კრებსის ციკლი

კრებსის, ანუ ლიმონმჟავა ციკლის გაგება ძალიან რთულია, როცა უყურებ ამ სქემას, არანაირი წარმოდგენა არ გაქვს გლიკოლიზზე და ზოგადად უჯრედულ სუნთქვაზე. საბედნიეროდ, რაც არ უნდა რთული საკითხი იყოს, ყველაფრის ახსნა შესაძლებელია მარტივ ენაზე. 

tumblr_ma9qqpeyk21qaobbko1_500რა არის სუნთქვა?  ესაა პროცესი, როცა შევისუნთქავთ ჟანგბადს და გამოვყოფთ ნახშიროჟანს. აქამდე არასდროს მიფიქრია, საიდან ჩნდებოდა ნახშირბადი და რატომ გამოიყოფოდა ჩვენი ორგანიზმიდან.

თუ ბი ქლია, ყველა ორგანული ნივთიერების ჟანგვისა და წვის საბოლოო პროდუქტი ყოველთვის არის ნახშიროჟანგი. რატომ? იმიტომ, რომ ყველა ორგანული ნივთიერების ჩონჩხი აგებულია ნახშირბადებისგან, და მათი დანაწევრების, გნებავთ ჟანგვის შედეგი რა უნდა იყოს, თუ არა CO2.

ცოცხალ ორგანიზმებში სუნთქვა კომპლექსური მექანიზმებით მიმდინარეობს, პირობითად კი 3 სტადიად იყოფა.

1ლ სტადიაზე ნებისმიერი ორგანული საწვავი იშლება 2 ნახშირბადატომიან ფრაგმენტამდე – აცეტილის ჯგუფამდე. იგი მიერთებულია კოფერმენტთან და წარმოქმნის აცეტილ-CoA-ს.

მე-2 სტადიაზე აცეტილის ჯგუფი ჩაერთვება ლიმონმჟავა ციკლში (კრებსის ციკლში). აქ ფერმენტული გზით მას მოეხლიჩება წყალბადის ატომები და გამოთავისუფლდება ნახშირორჟანგი.

მე-3მსტადიაზე მოხლეჩილი წყალბადის ატომები იშლებიან პროტონებად და მაღალი ენერგიის შემცველ ელექტრონებად. ეს უკანასკნელნი გადაეცემიან ე.წ. ელექტრონების გადაცემის ანუ სუნთქვის ჯაჭვის გავლით მოლეკულურ ჟანგბადს და აღადგენენ მას წყლის მოლეკულამდე. ელექტრონების გადატანის ამ პროცესში გამოიყოფა დიდი რაოდენობით ენერგია რომელიც აკუმულირდება ატფ-ში. ამ ბოლო პროცესს კი ეწოდება ჟანგვითი ფოსფორილირება.

don worry, I’ll make it clear image3

ამჯერად შევეხებით კრებსის ციკლს. ჰანს კრებსი იყო გერმანელი ექიმი, ბიოქიმიკოსი, რომელსაც უნდოდა მამის პროფესიას გაჰყლოდა. იმის გამო, რომ ”ებრაული სისხლი ერია”, გერმანიაში მისი გაჩერება შეუძლებელი გახდა და არა ერთხელ მოუწია გადასახლება. მისი კვლევითი ლაბორატორიები იმდენ ადგილას იყო განთავსებული, რომ მათ კრებსის იმპერიასაც ეძახდნენ. მის სახელს უკავშირდება რამდენიმე ციკლი, მათ შორის შარდოვანასა და გლიოქსალატის ციკლები. თუმცა ყველაზე ნიშვნელოვანი და კარგად ცნობილი მათ შორის არის ლიმონმჟავა ციკლი.

წარმოდგენა რომ შეგვექმნას, ზოგადად მეტაბოლიზმი იყოფა 2 ნაწილად: კატაბოლიზმი და ანაბოლიზმი. უხეშად, კატაბოლიზმი არის სხვადასხვა ნივთიერებების დაშლა, ანაბოლიზმი კი სინთეზი. მიუხედავად იმისა, რომ კრებსის ციკლი “ემსახურება” კატაბოლიზმს, ის ანაბოლიზმის დასაბამს წარმოადგენს, რადგან მის პროცესში წარმოქმნილი სხვადასხვა ნივთიერებებისგან იწყება ორგანიზმისთვის მნიშვნელოვანი მოლეკულების სინთეზი.

მისი განხილვა უმჯობესია დავიწყოთ გლიკოლიზით, ანუ იმ პროცესით, რომელიც მას წინ უძღვის. ამისთვის ვიშველიებ khanacademy-ს სკეჩს, მასზე საკმაოდ მარტივადაა ყველაფერი გამოსახული.image5

გლიკოლიზი-მარტივად წარმოვიდგინოთ ესაა გლუკოზის ლიზისი ანუ დაშლა. გლუკოზა არის უმთავრესი ბიოლოგიური საწვავი, რომელიც გლიკოლიზის რთული პროცესის შედეგად იშლება 2 მოლეკულა პირუვატად. ამ შემთხვევაში მოლეკულური ფორმულები არ გვაინტერესებს. უბრალოდ განვიხილოთ ნახშირბადოვანი ჯაჭვი.

გლუკოზის მოლეკულა შედგება 6 ნახშირბადოვანი ჯაჭვისგან. მისგან მიიღება 2 მოლეკულა პირუვატი, რომლებიც 3 ნახშირბადიანი ჯაჭვისგან არიან აგებული. გლიკოლიზის შედეგად გამოიყოფა, საბოლოო ჯამში, 2 მოლეკულა ატფ და 2-ც NADH. ამათ მნიშვნელობაზე მოგვიანებით ვისაუბრებთ. გლიკოლიზი მიმდინარეობს ციტოზოლში, ხოლო კრებსის ციკლი მიტოქონდრიებში.

გლიკოლიზის შედეგად მიღებული პირუვატი არ ერთვება პირდაპირ კრებსის ციკლში. ამისთვის მას სჭირდება ჟანგვა, რაც კრებსის ციკლის მოსამზადებელ ეტაპს წარმოადგენს. პირუვატის ჟანგვა წარმოადგენს რეაქციას, რომელსაც მულტიფერმენტული სისტემა აკატალიზებს, და ზოგადად ფერმენტთა სახელების გამოცნობა არაა რთული (პირუვატდეჰიდროგენაზული კომპლექსი).

საბოლოო ჯამში 3 ნახშირბადოვანი ჯაჭვიდან ვიღებთ 2 ნახშირბადიან მოლეკულას აცეტილს- რომელიც მიერთებულია კოფერმენტზე და წარმოიქმნება აცეტილ-CoA, რომელიც თავის მხრივ უკვე ერთვება ციკლში.

სად წავიდა 1 ნახშირბადი? ის გამოიყოფა ნახშიროჟანგის სახით. ამავდროულად რეაქციის შედეგად ვიღებთ 1 მოლეკულა NADH-ს. სწორედ, რომ წყალბადის წართმევა განაპირობებს პირუვატის ჟანგვას.

გადავიდეთ ცალკეულ ეტაპებზე.

  1. დააკვირდით ხან აკადემის სქემასაც ზემოთ. აცეტილ-CoA ურთიერთქმედებს ოქსალოაცეტატთან და მიიღება ლიმონ მჟავა- ანუ ციტრატი. (სწორედ ამის სახელი აქვს ციკლსაც.) ასევე შეხედეთ ნახშირბადოვან ჯაჭვს. 2+4=6 ანუ მივიღეთ 6-ნახშირბადოვანი მოლეკულა ციტრატი. თვითონ ეს რეაქცია 2 ნაწილიანია, უხეშად რომ ვთქვათ. ჯერ ხდება აცეტილ-CoA-ს შეერთება ოქსალოაცეტატთან და მიიღება შუალედური პროდუქტი. შემდგომ ხდება ჰიდროლიზი და CoA გამოიდევნება მოლეკულიდან.image6

2. ამ რეაქციას აკატალიზებს ფერმენტი აკონტინაზა. ეს არის იზომერიზაციის რეაქცია. ციტრატიდან მიიღება იზოციტრატი, ანუ ხდება მოლეკულაში შემავალი ატომების გადაჯგუფება. რეაქციის შედეგად არაფერი გამოიყოფა. მე-3 ნახშირბადზე არსებული OH ჯგუფი გადადის მე-4 ნახშირბად ატომზე.

image7

და ეს რაღაცას მაგონებს:

image8

3. შემდგომ რეაქციას აკატალიზებს ფერმენტი- იზოციტრატდეჰიდროგენაზა (იუ დონ სეი). მისი სახელიც მარტივი მისახვედრია, რადგან ხდება იზოციტრატის ჟანგვა წყალბადის ატომის ჩამოცილების ხარჯზე.image9 ასევე დეკარბოქსილირება- ნახშირბადის ატომის წართმევა. ამ რეაქციის მაკატალიზებელი ფერმენტის 2 სახე არსებობს. NAD-სა NADP-ზე დამოკიდებული. აღსანიშნავია, რომ ნადზე დამოკიდებული მხოლოდ მიტოქონდრიაში გვხვდება.

 

4. შემდგომ რეაქციაში ხდება ალფა-კეტოგლუკონმჟავას ჟანგვა და დეკარბოქსილირება. ამით ძალიან ჰგავს პირუვატის ჟანგვის პროცესს.

image10

5. შემდგომ ენერგიით მდიდარი სუქცინილ-CoA იშლება და გამოიყოფა ერთი მოლეკულა GTP, რაც ატფ-ს ეკვივალენტურია. შეტევას თავისუფალი ფოსფატური ჯგუფი ახორციელებს და კოენზიმ-ა-ს გამოძევების შემდეგ უერთდება გდფ-ს მოლეკულას. წარმოიქმნება სუქცინატი ანუ ქარვის მჟავა.

image11

6. სუქცინატი განიცდის დეჰიდრირებას. ფერმენტი სუკცინატ დეჰიდროგენაზა ართმევს სუბსტრატს 2 ატომ წყალბადს და გადააქვს კოფერმენტ ფად-ზე (ფლავინადენინდინუკლეოტიდი). ეს კოფერმენტი ნად-ის მსგავსად იერთებს წყალბადს. განსხვავება მხოლოდ იმაშია რომ ფად არ შორდება ფერმენტს და იერთებს წყალბადის 2 ატომს.

image12

7. შემდეგი რეაქციის დროს წარმოიქმნება ვაშლის მჟავას. ფუმარატი იერთებს წყლის მოლეკულას. OH-ჯგუფის მდებარეობა განაპირობებს მის სახელს-L-malate.

image13

8. ბოლო რეაქციაში ჩვენ ვიღებთ ისევ ოქსალოაცეტატს, რომელიც გვქონდა სულ პირველ რეაქციაში. მარტივი მისახვედრია ფერმენტის სახელიც, რომელიც აკატალიზებს რეაქციას- მალატდეჰიდროგენაზა. აქაც ხდება მალატის ჟანგვა წყალბადის ატომის წართმევის ხარჯზე.

image14

მას შეუძლია შეუერთდეს აცეტილ-CoA-ს და თავიდან ჩაებას ციკლში. ნორმალურ პირობებში, სტანდარტულად, რეაქციის წონასწორობა მკვეთრად მარცხნივაა გადახრილი, ორგანიზმში კი უპრობლემოდ მიმდინარეობს, რატო? ამას განაპირობებს ფერმენტის აქტივობა, რომელიც იწოვს ოქსალოაცეტატს. სწორედ ამიტომ, მისი კონცენტრაციის შემცირების შედეგად, წონასწორობა მარჯვინ გადაიწევს. ესაა ძალიან მნიშვნელოვანი მომენტი ამ რეაქციის დროს.

რა უნდა გვახსოვდეს ყოველთვის? ის რომ მეტაბოლიზმში ყველაფერი უკავშირდება ენერგიას და ის ძირითად შემთხვევაში დაიყვანება ატფ-მდე. ამიტომ ნებისმიერი ციკლისა თუ პროცესის გამოსავლიანობას ანგარიშობენ წარმოქმნილი ენერგიის ატფ-ს ეკვივალენტურობის ხარჯზე.

მოდით დავთვალოთ.

1 მოლეკულა გლუკოზა გვაძლევდა 2 პირუვატს, ამიტომ კრებსის ციკლში თუ რამეს ვიღებთ უნდა გავამრავლოთ 2ზე. გლიკოლიზის შედეგად რა მივიღეთ ისიც არ უნდა დავივიწყოთ (2 ატფ, 2 ნადჰ)

ციკლში ჩვენ მივიღეთ:

3 NADH    x2 = 6 NADH
1 ATP        x2=2 ATP   (ციკლში ატფ გტფ-ს სახითაა მოხსენებული. ისინი ერთმანეთის ეკვივალენტურია)
1 FADH2  x2= 2FADH2

არ უნდა დაგვავიწყდეს კრებსის ციკლის მოსამზადებელ ეტაპზე პირუვატის ჟანგვის დროს გამოყოფილი 1 NADH    x2= 2NADH

საბოლოოდ მივიღეთ:

4 ATP
10 NADH=30 ATP
2 FADH2=4 ATP
და გადავიყვანოთ ყველაფერი ატფ-ში. მივიღეთ 38 მოლეკულა.

ახლა აღარ უნდა გავიჭირდეს, როცა დავხედავთ მსგავს სქემას:

image2

გამოყენებული ლიტერატურა:

 

Advertisements

One thought on “კრებსის ციკლი

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s