چرخه کربس

چرخه کربس به عنوان چرخه اسید تری کربوکسیلیک (TCA) شناخته می شود.

در سلول های پروکاریوتی، چرخه اسید سیتریک در سیتوپلاسم رخ می دهد. در سلول های یوکاریوتی، چرخه اسید سیتریک در ماتریکس میتوکندری انجام می شود. این چرخه برای اولین بار توسط دانشمند “سر هانس آدولف کربس” (1900 تا 1981) توضیح داده شد. او جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی را در سال 1953 با فریتز آلبرت لیپمن، پدر چرخه ATP دریافت کرد. این فرآیند مشتقات گلوکز، اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه را از طریق یک سری مراحل کنترل شده توسط آنزیم به دی اکسید کربن (CO2) اکسید می کند. هدف چرخه کربس جمع آوری (هشت) الکترون پرانرژی از این سوخت ها با اکسید کردن آنها است که توسط حامل های فعال NADH و FADH2 به زنجیره انتقال الکترون منتقل می شوند. چرخه کربس همچنین منبع پیش سازهای بسیاری از مولکول های دیگر است و بنابراین یک مسیر آمفیبولیک است (به این معنی که هم آنابولیک و هم کاتابولیک است).

معادله خالص

acetyl CoA + 3 NAD + FAD + ADP + HPO₄^-2 —————> 2 CO₂ + CoA + 3 NADH⁺ + FADH⁺ + ATP

واکنش 1: تشکیل سیترات

اولین واکنش چرخه تراکم استیل کوآ با اگزالواستات برای تشکیل سیترات است که توسط سیترات سنتاز کاتالیز می شود.

هنگامی که اگزالواستات با استیل-CoA متصل می شود، یک مولکول آب به استیل حمله می کند که منجر به آزاد شدن کوآنزیم A از کمپلکس می شود.

واکنش 2: تشکیل ایزوسیترات

سیترات برای تشکیل یک فرم ایزومر، ایزوسیترات توسط یک آنزیم آکونتیناز، بازآرایی می شود.

در این واکنش، یک مولکول آب از اسید سیتریک خارج می‌شود و سپس در محل دیگری قرار می‌گیرد. اثر کلی این تبدیل این است که گروه –OH از موقعیت 3 به 4 روی مولکول منتقل می شود. این تبدیل، مولکول ایزوسیترات را ایجاد می کند.

واکنش 3: اکسیداسیون ایزو آلفا-کتوگلوتارات

در این مرحله، ایزوسیترات دهیدروژناز، دکربوکسیلاسیون اکسیداتیو ایزوسیترات را کاتالیز می کند و α-کتوگلوتارات را تشکیل می دهد.

در واکنش، تولید NADH از NAD دیده می شود. آنزیم ایزوسیترات دهیدروژناز اکسیداسیون گروه –OH را در موقعیت 4′ ایزوسیترات کاتالیز می کند تا یک ماده حد واسط تولید کند که سپس یک مولکول دی اکسید کربن از آن حذف شده و آلفا کتوگلوتارات به دست می آید.

واکنش 4: اکسیداسیون آلفا-کتوگلوتارات به سوکسینیل کوآ

آلفا کتوگلوتارات اکسید می شود، دی اکسید کربن حذف می شود و کوآنزیم A اضافه می شود تا ترکیب 4 کربنی سوکسینیل-CoA را تشکیل دهد.

در طی این اکسیداسیون، NAD+ به +NADH+H کاهش می یابد. آنزیمی که این واکنش را کاتالیز می کند آلفا کتوگلوتارات دهیدروژناز است.

واکنش 5: تبدیل سوکسینیل کوآ به سوکسینات

CoA از سوکسینیل کوآ حذف می شود تا سوکسینات تولید شود.

انرژی آزاد شده برای ساخت گوانوزین تری فسفات (GTP) از گوانوزین دی فسفات (GDP) و Pi توسط فسفوریلاسیون در سطح بستر استفاده می شود. سپس می توان از GTP برای ساخت ATP استفاده کرد. آنزیم سوکسینیل کوآ سنتاز این واکنش چرخه اسید سیتریک را کاتالیز می کند.

واکنش 6: اکسیداسیون سوکسینات به فومارات

سوکسینات به فومارات اکسید می شود.

در طی این اکسیداسیون، FAD به FADH2 کاهش می یابد. آنزیم سوکسینات دهیدروژناز حذف دو هیدروژن از سوکسینات را کاتالیز می کند.

واکنش 7: هیدراتاسیون فومارات به مالات

هیدراتاسیون برگشت پذیر فومارات به ال-مالات توسط فوماراز (فومارات هیدراتاز) کاتالیز می شود.

فوماراز روند بازآرایی را با افزودن هیدروژن و اکسیژن به بستری که قبلاً حذف شده بود ادامه می دهد.

واکنش 8: اکسیداسیون مالات به اگزالواستات

مالات برای تولید اگزالواستات، ترکیب اولیه چرخه اسید سیتریک توسط مالات دهیدروژناز اکسید می شود. در طی این اکسیداسیون، NAD+ به +NADH+H کاهش می یابد.

تولید ATP

کل ATP = دوازده ATP

3NAD+ = 9 ATP
1FAD = 2 ATP
1ATP = 1 ATP
با مرور کل فرآیند، چرخه کربس در درجه اول گروه استیل و آب را به دی اکسید کربن و اشکال پرانرژی واکنش دهنده های دیگر تبدیل می کند.

اهمیت چرخه کربس

• ترکیبات میانی تشکیل شده در چرخه کربس برای سنتز مولکول های زیستی مانند اسیدهای آمینه، نوکلئوتیدها، کلروفیل، سیتوکروم ها و چربی ها و غیره استفاده می شوند.
• واسطه مانند سوکسینیل CoA در تشکیل کلروفیل شرکت می کند.
• اسیدهای آمینه از آلفا-کتوگلوتاریک اسید، پیروویک اسید و اگزالواستیک اسید تشکیل می شوند.
• چرخه کربس (چرخه اسید سیتریک) مقدار زیادی انرژی (ATP) مورد نیاز برای فعالیت های متابولیکی مختلف سلول آزاد می کند.
• در این چرخه اسکلت کربنی بدست می آید که در فرآیند رشد و نگهداری سلول ها استفاده می شود.

“کیمیا زیست گستر نوین” در راستای ارتقاء تولیدات و سطح علمی کشور مبادرت به واردات و توزیع مواد شیمیایی و مصرفی آزمایشگاهی کرده است. هدف مجموعه ما تأمين مواد و تجهيزات مورد نياز در بخش هاى مختلف آزمايشگاهى، تحقيقاتى، بيمارستانى، صنعتى و … مي باشد.

مطالب مفید: