Obsah
- Glykolýza: Nastavenie fázy
- Krebsov cyklus: Zhrnutie kapsúl
- Potápanie hlbšie do Krebsových cyklov
- Mnemotechnika pre študentov
Krebsov cyklus, pomenovaný po roku 1953 nositeľom Nobelovej ceny a fyziologom Hansom Krebsom, je radom metabolických reakcií, ktoré sa vyskytujú v mitochondriách eukaryotických buniek. Zjednodušene to znamená, že baktérie nemajú bunkový mechanizmus pre Krebsov cyklus, takže sa obmedzujú na rastliny, zvieratá a huby.
Glukóza je molekula, ktorá sa v konečnom dôsledku metabolizuje živými vecami na odvodenie energie vo forme adenozíntrifosfátu alebo ATP. Glukóza môže byť v tele uložená v mnohých formách; glykogén je málo viac ako dlhý reťazec molekúl glukózy, ktorý je uložený vo svalových a pečeňových bunkách, zatiaľ čo uhľohydráty, bielkoviny a tuky v potrave obsahujú zložky, ktoré je možné metabolizovať aj na glukózu. Keď molekula glukózy vstúpi do bunky, v cytoplazme sa rozloží na pyruvát.
Čo sa stane ďalej, závisí od toho, či pyruvát vstupuje do aeróbnej respiračnej cesty (obvyklý výsledok) alebo do fermentačnej dráhy laktátu (ktorá sa používa pri záchvatoch s vysokou intenzitou cvičenia alebo pri nedostatku kyslíka) predtým, ako nakoniec umožní výrobu ATP a uvoľňovanie oxidu uhličitého ( CO2) a vodou (H2O) ako vedľajšie produkty.
Krebsov cyklus - tiež nazývaný cyklus kyseliny citrónovej alebo cyklus trikarboxylovej kyseliny (TCA) - je prvým krokom v aeróbnej dráhe a pracuje tak, aby nepretržite syntetizoval dostatok látky nazývanej oxaloacetát, aby udržal cyklus v chode, aj keď, ako budete vidíte, toto nie sú v skutočnosti cykly „misia“. Krebsov cyklus prináša aj ďalšie výhody. Pretože zahŕňa približne osem reakcií (a zodpovedajúcim spôsobom deväť enzýmov) zahŕňajúcich deväť rôznych molekúl, je užitočné vyvinúť nástroje na udržanie dôležitých bodov cyklu priamo vo vašej mysli.
Glykolýza: Nastavenie fázy
Glukóza je šesťuhlíkový (hexózový) cukor, ktorý je v prírode zvyčajne vo forme krúžku. Rovnako ako všetky monosacharidy (cukrové monoméry), pozostáva z uhlíka, vodíka a kyslíka v pomere 1 - 1 - 1 so vzorcom C6H12O6, Je jedným z konečných produktov metabolizmu bielkovín, uhľohydrátov a mastných kyselín a slúži ako palivo v každom organizme od jednobunkových baktérií po človeka a väčšie zvieratá.
Glykolýza je anaeróbna v prísnom zmysle slova „bez kyslíka“. To znamená, že reakcie pokračujú, či O2 je prítomný v bunkách alebo nie. Dávajte pozor, aby ste to odlíšili od „kyslíka“ nesmie byť prítomný, “hoci to je prípad niektorých baktérií, ktoré sú skutočne usmrtené kyslíkom a sú známe ako obligátne anaeróby.
Pri reakciách glykolýzy je najskôr šesťfázová glukóza fosforylovaná - to znamená, že je k nej pripojená fosfátová skupina. Výsledná molekula je fosforylovaná forma fruktózy (ovocný cukor). Táto molekula sa potom fosforyluje druhýkrát. Každá z týchto fosforylácií vyžaduje molekulu ATP, ktoré sú konvertované na adenozín difosfát alebo ADP. Šesť-uhlíková molekula sa potom prevedie na dve tri-uhlíkové molekuly, ktoré sa rýchlo premenia na pyruvát. Pri spracovaní obidvoch molekúl sa 4 ATP produkujú pomocou dvoch molekúl NAD + (nikotínamid adenín dinukleotid), ktoré sa premieňajú na dve molekuly NADH. Takto sa pre každú molekulu glukózy, ktorá vstupuje do glykolýzy, vytvorí sieť dvoch ATP, dvoch pyruvátov a dvoch NADH, zatiaľ čo dve NAD + sa spotrebujú.
Krebsov cyklus: Zhrnutie kapsúl
Ako už bolo uvedené, osud pyruvátu závisí od metabolických požiadaviek a prostredia príslušného organizmu. V prokaryotoch poskytuje glykolýza plus fermentácia takmer všetky energetické potreby jednotlivých buniek, aj keď niektoré z týchto organizmov sa vyvinuli transportné reťazce elektrónov ktoré im umožňujú využívať kyslík na uvoľnenie ATP z metabolitov (produktov) glykolýzy. V prokaryotoch, ako aj vo všetkých eukaryotoch okrem kvasiniek, ak nie je k dispozícii žiadny kyslík alebo ak nie je možné uspokojiť energetickú potrebu buniek pomocou aeróbneho dýchania, pyruvát sa prevádza fermentáciou na kyselinu mliečnu pod vplyvom enzýmu laktát dehydrogenázy alebo LDH. ,
Pyruvát určený na Krebsov cyklus sa pohybuje z cytoplazmy cez membránu bunkových organel (funkčné zložky v cytoplazme) nazývané mitochondrie, Keď je raz v mitochondriálnej matrici, ktorá je druhom cytoplazmy pre samotné mitochondrie, premieňa sa pod vplyvom enzýmu pyruvátdehydrogenázy na inú trojuhlíkovú zlúčeninu nazývanú acetyl koenzým A alebo acetyl CoA, Mnoho enzýmov je možné vybrať z chemickej zostavy kvôli prípone „-ase“, ktorú zdieľajú.
V tomto bode by ste mali využiť diagram s podrobnosťou Krebsovho cyklu, pretože je to jediný spôsob, ako zmysluplne nasledovať; pozrite si príklad zdrojov.
Dôvod, prečo je Krebsov cyklus označený ako taký, je ten, že jedným z jeho hlavných produktov, oxaloacetátom, je tiež reaktant. To znamená, že ak acetyl-CoA tvorený dvoma atómami uhlíka vytvorený z pyruvátu vstúpi do cyklu z „proti prúdu“, reaguje s oxaloacetátom, molekulou so štyrmi atómami uhlíka a tvorí citrát, molekulu so šiestimi atómami uhlíka. Citrát, symetrická molekula, obsahuje tri karboxylové skupiny, ktoré majú formu (-COOH) v protonizovanej forme a (-COO-) v nechránenej forme. Tento trio karboxylových skupín prepožičiava tomuto cyklu názov „kyselina trikarboxylová“. Syntéza je riadená pridaním molekuly vody, čo vedie ku kondenzačnej reakcii a strate koenzýmu A časti acetyl CoA.
Citrát sa potom preusporiada na molekulu s rovnakými atómami v odlišnom usporiadaní, ktoré sa vhodne nazýva izocitrát. Táto molekula potom vydáva CO2 aby sa stala a-ketoglutarátom s 5 atómami uhlíka, a v ďalšom kroku sa stane to isté, pričom a-ketoglutarát stráca CO2 zatiaľ čo sa získa koenzým A, aby sa stal sukcinyl CoA. Táto molekula so štyrmi atómami uhlíka sa stáva sukcinujúcou so stratou CoA a následne sa preusporiada na proces deprotonovaných kyselín so 4 atómami uhlíka: fumarát, malát a nakoniec oxaloacetát.
Centrálne molekuly Krebsovho cyklu sú potom v poriadku
Toto vynecháva názvy enzýmov a niekoľko kritických ko-reaktantov, medzi nimi NAD + / NADH, podobný pár molekúl FAD / FADH2 (flavin adenín dinukleotid) a CO2.
Všimnite si, že množstvo uhlíka v rovnakom bode v ktoromkoľvek cykle zostáva rovnaké. Oxaloacetát zachytáva dva atómy uhlíka, keď sa kombinuje s acetyl CoA, ale tieto dva atómy sa stratia v prvej polovici Krebsovho cyklu ako CO2 v následných reakciách, v ktorých je NAD + tiež redukovaná na NADH. (V chémii sa kvôli zjednodušeniu trochu redukčné reakcie pridávajú protóny, zatiaľ čo oxidačné reakcie ich odstraňujú.) Pri pohľade na proces ako celok a skúmaním iba týchto dvoch, štvor, päť a šesť uhlíkových reaktantov a produktov to nie je okamžite je jasné, prečo sa bunky zapájajú do niečoho podobného biochemickému ruskému kolesu, pričom na koleso a na koleso sa naložia rôzni jazdci z tej istej populácie, ale na konci dňa sa nič nezmení, s výnimkou veľkého množstva otáčok kolesa.
Účel Krebsovho cyklu je zrejmejší, keď sa pozriete na to, čo sa stane s týmito vodíkovými iónmi. V troch rôznych bodoch NAD + zbiera protón av inom bode FAD zbiera dva protóny. Predstavte si protóny - kvôli ich účinku na pozitívne a negatívne náboje - ako páry elektrónov. Z tohto pohľadu je bodom cyklu akumulácia vysokoenergetických párov elektrónov z malých molekúl uhlíka.
Potápanie hlbšie do Krebsových cyklov
Možno si všimnete, že v Krebsovom cykle chýbajú dve kritické molekuly, o ktorých sa predpokladá, že budú prítomné pri aeróbnom dýchaní: Kyslík (O2) a ATP, forma energie priamo využívaná bunkami a tkanivami na vykonávanie takých činností, ako je rast, oprava atď. Opäť je to preto, že Krebsov cyklus je tabuľkovým nastavovačom pre reťazové reakcie elektrónového transportu, ktoré sa vyskytujú skôr v mitochondriálnej membráne než v mitochondriálnej matrici. Elektróny zozbierané nukleotidmi (NAD + a FAD) v cykle sa používajú „po prúde“, ak sú akceptované atómami kyslíka v transportnom reťazci. Krebsov cyklus v skutočnosti odvíja cenný materiál v zdanlivo nevšednom kruhovom dopravnom páse a exportuje ho do neďalekého spracovateľského strediska, kde pracuje skutočný výrobný tím.
Tiež si všimnite, že zdanlivo nepotrebné reakcie v Krebsovom cykle (koniec koncov, prečo podniknúť osem krokov na dosiahnutie toho, čo by sa mohlo urobiť v troch alebo štyroch?) Generujú molekuly, ktoré, hoci medziprodukty v Krebsovom cykle, môžu slúžiť ako reaktanty v nesúvisiacich reakciách. ,
Na porovnanie, NAD prijíma protón v krokoch 3, 4 a 8 a v prvých dvoch z týchto CO2 je kôlňa; molekula guanozíntrifosfátu (GTP) sa vyrába z GDP v kroku 5; a FAD akceptuje dva protóny v kroku 6. V kroku 1 CoA „opúšťa“, ale „vracia sa“ v kroku 4. V skutočnosti iba krok 2, preskupenie citranu na izocitrát, je „tichý“ mimo uhlíkových molekúl v reakcia.
Mnemotechnika pre študentov
Kvôli dôležitosti Krebsovho cyklu v biochémii a fyziológii človeka prišli študenti, profesori a ďalší s mnohými mnemotechnikami alebo spôsobmi na zapamätanie si mien, aby si pomohli zapamätať si kroky a reaktanty v Krebsovom cykle. Ak si len chceme pamätať na uhlíkové reaktanty, medziprodukty a produkty, je možné pracovať z prvých písmen po sebe nasledujúcich zlúčenín (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M; tu, všimnite si, že „koenzým A“ je zastúpený malým písmenom „c“). Z týchto písmen môžete vytvoriť falošnú prispôsobenú frázu, pričom prvé písmená molekúl slúžia ako prvé písmená v slovách frázy.
Dômyselnejším spôsobom, ako to dosiahnuť, je použitie mnemotechniky, ktorá vám umožní sledovať počet atómov uhlíka v každom kroku, čo vám môže kedykoľvek umožniť lepšie internalizovať, čo sa deje z biochemického hľadiska. Napríklad, ak necháte šesť-písmenové slovo predstavovať šesť-uhlík oxaloacetát a zodpovedajúcim spôsobom pre menšie slová a molekuly, môžete vytvoriť schému, ktorá je užitočná ako pamäťové zariadenie a je bohatá na informácie. Jeden prispievateľ do „Vestníka chemického vzdelávania“ navrhol túto myšlienku:
Tu vidíte šesťpísmenné slovo tvorené dvojpísmenovým slovom (alebo skupinou) a štvorpísmenným slovom. Každý z nasledujúcich troch krokov zahŕňa nahradenie jedným písmenom bez straty písmen (alebo „uhlíka“). Každý z nasledujúcich dvoch krokov predstavuje stratu listu (alebo opäť „uhlíka“). Zvyšok schémy zachováva požiadavku štvorpísmenového slova rovnakým spôsobom, že posledné kroky Krebsovho cyklu zahŕňajú rôzne, blízko príbuzné štyri uhlíkové molekuly.
Okrem týchto špecifických zariadení môže byť pre vás užitočné nakresliť celú bunku alebo jej časť obklopujúcu mitochondriu a načrtnúť reakcie glykolýzy v detailoch, ktoré sa vám páčia v časti cytoplazmy a Krebsov cyklus v mitochondriách. maticová časť. V tomto náčrte by ste ukázali, že pyruvát sa uvoľňuje do vnútra mitochondrií, ale môžete tiež nakresliť šípku vedúcu k fermentácii, ktorá sa vyskytuje aj v cytoplazme.