Sisu
- Glükolüüs: etapi seadmine
- Krebsi tsükkel: kapsli kokkuvõte
- Sukeldumine sügavamale Krebsi tsükli reaktsioonidesse
- Mnemoonika õpilastele
Krebsi tsükkel, mis sai nime 1953. aasta Nobeli preemia laureaadi ja füsioloog Hans Krebsi järgi, on metaboolsete reaktsioonide sari, mis leiavad aset eukarüootsete rakkude mitokondrites. Lihtsamalt öeldes tähendab see, et bakteritel pole Krebsi tsükli jaoks rakulist masinat, seega piirdus see taimede, loomade ja seentega.
Glükoos on molekul, mis lõpuks toimub elusate organismide poolt ainevahetuse kaudu energia saamiseks adenosiintrifosfaadi või ATP kujul. Glükoosi saab kehas säilitada mitmel kujul; glükogeen on natuke rohkem kui pikk glükoosimolekulide ahel, mida hoitakse lihas- ja maksarakkudes, samal ajal kui dieedis sisalduvatel süsivesikutel, valkudel ja rasvadel on komponente, mida saab metaboliseerida ka glükoosiks. Kui glükoosi molekul siseneb rakku, laguneb see tsütoplasmas püruvaadiks.
Edasine sõltub sellest, kas püruvaat siseneb aeroobsesse hingamisteedesse (tavaline tulemus) või laktaadikäärimisteekonda (kasutatakse intensiivse treeningu või hapnikuvaeguse korral), enne kui see lõpuks võimaldab ATP tootmist ja süsinikdioksiidi eraldumist ( CO2) ja vesi (H2O) kui kõrvalsaadused.
Krebsi tsükkel - mida nimetatakse ka sidrunhappe tsükliks või trikarboksüülhappe (TCA) tsükliks - on esimene samm aeroobses rajas ja see toimib tsükli jätkamiseks pidevalt aine, mida nimetatakse oksaloatsetaadiks, sünteesimiseks, ehkki nagu te vaata, see pole tegelikult tsükkel "missioon". Krebsi tsükkel pakub ka muid eeliseid. Kuna see hõlmab umbes kaheksat reaktsiooni (ja vastavalt üheksa ensüümi), mis hõlmavad üheksat erinevat molekuli, on kasulik välja töötada tööriistad, et hoida tsükli olulised punktid otse oma mõtetes.
Glükolüüs: etapi seadmine
Glükoos on kuue süsiniku (heksoos) suhkur, mis looduses on tavaliselt rõnga kujul. Nagu kõik monosahhariidid (suhkrumonomeerid), koosneb see süsinikust, vesinikust ja hapnikust suhtega 1-2-1, valemiga C6H12O6. See on üks valkude, süsivesikute ja rasvhapete metabolismi lõpptoodetest ning toimib kütusena igat tüüpi organismis alates üherakulistest bakteritest kuni inimesteni ja suuremate loomadeni välja.
Glükolüüs on anaeroobne otseses tähenduses "ilma hapnikuta". See tähendab, et reaktsioonid jätkuvad, kas O2 on rakkudes olemas või mitte. Olge ettevaatlik, et eristada seda hapnikust ei tohi olla "kuigi see on nii mõnede bakterite puhul, mis tegelikult hapniku tapavad ja mida nimetatakse kohustuslikeks anaeroobideks.
Glükolüüsi reaktsioonides fosforüülitakse algselt kuue süsiniku glükoos - see tähendab, et sellele on lisatud fosfaatrühm. Saadud molekul on fruktoosi (puuviljasuhkur) fosforüülitud vorm. Seejärel see molekul fosforüülitakse teist korda. Kõik need fosforüülimised nõuavad ATP molekuli, mis mõlemad muundatakse adenosiindifosfaadiks või ADP-ks. Seejärel muundatakse kuue süsiniku molekul kaheks kolme süsiniku molekuliks, mis muundatakse kiiresti püruvaadiks. Mõlemal molekulil töödeldes toodetakse NAD + kahe molekuli (nikotiinamiidadeniini dinukleotiid) abil 4 ATP, mis muundatakse kaheks NADH molekuliks. Nii tekib iga glükolüüsi siseneva glükoosimolekuli kohta võrk, mis koosneb kahest ATP-st, kahest püruvaadist ja kahest NADH-st, samal ajal kui tarbitakse kaks NAD +.
Krebsi tsükkel: kapsli kokkuvõte
Nagu varem märgitud, sõltub püruvaadi saatus asjaomase organismi ainevahetuse vajadustest ja keskkonnast. Prokarüootides tagab glükolüüs pluss kääritamine peaaegu kogu üksikute rakkude energiavajaduse, ehkki mõned neist organismidest on arenenud elektronide transpordiahelad mis võimaldavad neil hapnikku kasutada ATP vabastamiseks glükolüüsi metaboliitidest (produktidest). Nii prokarüootides kui ka kõigis eukarüootides, kuid pärmi korral, kui hapnikku pole saadaval või kui rakkude energiavajadust ei ole võimalik aeroobse hingamise abil täielikult täita, muundatakse püruvaat fermentatsiooni teel piimhappeks ensüümi laktaatdehüdrogenaasi või LDH toimel. .
Krebsi tsükli jaoks ette nähtud püruvaat liigub tsütoplasmast üle rakuorganellide membraani (tsütoplasmas funktsionaalsed komponendid), mida nimetatakse mitokondrid. Olles sattunud mitokondrite maatriksisse, mis on omamoodi mitokondrite enda tsütoplasma, muundatakse see ensüümi püruvaatdehüdrogenaasi mõjul erinevaks kolme süsiniku ühendiks, mida nimetatakse atsetüülkoensüümiks A või atsetüül CoA. Keemilisest rivist saab välja valida palju ensüüme, kuna neil on ühine "-ase" järelliide.
Siinkohal peaksite kasutama diagrammi, mis kirjeldab Krebsi tsüklit, kuna see on ainus viis mõttekalt järgida; vt näidet ressursside kohta.
Krebsi tsüklit nimetatakse selliseks seetõttu, et üks selle peamistest saadustest, oksaaloatsetaat, on samuti reagent. See tähendab, et kui püruvaadist moodustatud kahe süsiniku atsetüül-CoA siseneb tsüklisse ülesvoolu, reageerib see oksaaloatsetaadiga, nelja süsiniku molekuliga, ja moodustab tsitraadi, kuue süsiniku molekuli. Tsüdraat, sümmeetriline molekul, sisaldab kolme karboksüülrühmad, millel on protoneeritud kujul (-COOH) ja protoneerimata kujul (-COOH). Just see karboksüülrühmade trio annab sellele tsüklile nime "trikarboksüülhape". Sünteesi juhib veemolekuli lisamine, muutes selle kondensatsioonireaktsiooniks ja atsetüül-CoA koensüümi A osa kaotamiseks.
Seejärel viiakse tsitraat ümber samade aatomitega molekuliks erinevas paigutuses, mida nimetatakse sobivalt isotsitraadiks. Seejärel eraldab see molekul CO2 saada viie süsiniku ühendiks α-ketoglutaraadiks ja järgmises etapis toimub sama asi, α-ketoglutaraadil kaotades CO2 saades samal ajal koensüümi A, et saada suktsinüül-CoA. See nelja süsiniku molekul muutub suktsinaadiks koos CoA kaotamisega ja seejärel viiakse see ümber nelja süsinikuga deprotoneeritud hapete protsessiooniks: fumaraat, malaat ja lõpuks oksaloatsetaat.
Krebsi tsükli kesksed molekulid on järjekorras
See jätab ära ensüümide nimed ja mitmed kriitilised kaasreagendid, nende hulgas NAD + / NADH, sarnane molekulide paar FAD / FADH2 (flaviini adeniini dinukleotiid) ja CO2.
Pange tähele, et süsiniku kogus mis tahes tsükli ühes punktis jääb samaks. Oksaloatsetaat korjab atsetüül-CoA-ga ühendades kaks süsinikuaatomit, kuid need kaks aatomit kaotavad Krebsi tsükli esimeses pooles CO2 järjestikuste reaktsioonide korral, kus NAD + taandatakse ka NADH-ks. (Keemias, mõnevõrra lihtsustamiseks, lisavad redutseerimisreaktsioonid prootoneid, samal ajal kui oksüdatsioonireaktsioonid eemaldavad need.) Vaadates protsessi tervikuna ja uurides ainult neid kahe-, nelja-, viie- ja kuue süsiniku reagente ja tooteid, ei ole see kohe selge, miks rakud tegelevad millegi sarnasega nagu biokeemiline Ferri ratas, kusjuures sama elanikkonna erinevad sõitjad laaditakse rattale ja maha, kuid päeva lõpuks ei muutu midagi, välja arvatud väga paljud rattapöörad.
Krebsi tsükli eesmärk on ilmsem, kui vaadata, mis juhtub vesinikuioonidega nendes reaktsioonides. Kolmes erinevas punktis kogub NAD + prootonit ja teises punktis kogub FAD kahte prootonit. Mõelge prootonitele - nende mõju tõttu positiivsetele ja negatiivsetele laengutele - elektronpaaridena. Selles vaates on tsükli punkt suure energiaga elektronide paaride kogunemine väikestest süsiniku molekulidest.
Sukeldumine sügavamale Krebsi tsükli reaktsioonidesse
Võite märgata, et Krebsi tsüklist puuduvad kaks kriitilist molekuli, mis eeldatavalt esinevad aeroobses hingamises: Hapnik (O2) ja ATP - energiavorm, mida rakud ja kuded kasutavad otseselt selliste tööde tegemiseks nagu kasvamine, parandamine ja nii edasi. Jällegi, see on sellepärast, et Krebsi tsükkel on tabeli seadistaja elektronide transpordiahela reaktsioonide jaoks, mis toimuvad läheduses, mitokondriaalses membraanis, mitte mitokondrite maatriksis. Tsüklis nukleotiidide (NAD + ja FAD) kogutud elektrone kasutatakse "allavoolu", kui need on transpordiahela hapnikuaatomite poolt aktsepteeritud. Tegelikult koorib Krebsi tsükkel väärtusliku materjali pealtnäha tähelepandamatu ümmarguse konveierilindi küljest ja eksportib selle lähedalasuvasse töötlemiskeskusesse, kus tegelik tootmismeeskond töötab.
Pange tähele ka seda, et Krebsi tsüklis näiliselt ebavajalikud reaktsioonid (miks peaksite ikkagi tegema kaheksa sammu, et teha seda, mida võib-olla kolmes või neljas tehakse) genereerivad molekule, mis ehkki Krebsi tsükli vaheühendid võivad olla reageerivad reageerimata olekus reaktsioonides .
Võrdluseks aktsepteerib NAD prootoni 3., 4. ja 8. etapis ning kahes esimeses neist CO-st2 on shed; etapis 5 toodetakse SKPst molekul guanosiintrifosfaati (GTP); ja FAD võtab kaks prootonit vastu etapis 6. Etapis 1 CoA "lahkub", kuid "naaseb" etapis 4. Tegelikult on ainult etapis 2 tsitraadi ümberkorraldamine isotsitraadiks "vaikne" väljaspool süsiniku molekule reaktsioon.
Mnemoonika õpilastele
Krebsi tsükli olulisuse tõttu biokeemias ja inimese füsioloogias on tudengid, professorid ja teised välja pakkunud hulga mnemoonikaid ehk viise nimede meeldejätmiseks, et aidata Krebsi tsükli etappe ja reagente meelde jätta. Kui soovite meelde jätta ainult süsiniku reagente, vaheühendeid ja tooteid, on võimalik töötada järjestikuste ühendite esimestest tähtedest alates, nagu need ilmuvad (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M; siin, pange tähele, et "koensüüm A" on tähistatud väikese tähega "c"). Nendest tähtedest saate luua särtsaka isikupärase fraasi, kusjuures molekulide esimesed tähed on fraasi sõnade esimesed tähed.
Keerukam viis selle saavutamiseks on kasutada mnemoonikat, mis võimaldab igal sammul jälgida süsinikuaatomite arvu, mis võib võimaldada teil biokeemilisest vaatenurgast toimuvat kogu aeg paremini arvesse võtta. Näiteks kui lasete kuue tähelisel sõnal esindada kuue süsiniku oksaloatsetaati ja vastavalt väiksemate sõnade ja molekulide jaoks, saate luua skeemi, mis on kasulik nii mäluseadmena kui ka teabe poolest rikas. Üks ajakirja "Journal of Chemical Education" kaastöötaja pakkus välja järgmise idee:
Siin näete kuutähelist sõna, mis koosneb kahetähelisest sõnast (või rühmast) ja neljatähelisest sõnast. Kõik järgmised kolm sammu hõlmavad ühe tähe asendamist ilma tähtede (või "süsiniku") kadumiseta. Järgmise kahe sammuga kaasneb tähe (või jällegi "süsiniku") kadumine. Ülejäänud skeem säilitab neljatäheliste sõnade nõude samal viisil, nagu ka Krebsi tsükli viimased sammud sisaldavad erinevaid, tihedalt seotud nelja süsiniku molekule.
Lisaks neile konkreetsetele seadmetele võib teil olla kasulik joonistada endale terviklik rakk või selle osa, mis ümbritseb mitokondriooni, ja visandada glükolüüsi reaktsioone nii detailselt, kui soovite, tsütoplasma osas ja Krebsi tsüklis mitokondrites. maatriksi osa. Näitaksite selles visandis, kuidas püruvaat suunatakse mitokondrite sisemusse, kuid võite joonistada ka kääritamiseni viiva noole, mis toimub ka tsütoplasmas.