क्रेब्स चक्र का परिणाम क्या है, एटीपी का निर्माण। क्रेब्स चक्र, जैविक भूमिका, मुख्य प्रतिक्रियाएँ

पीवीके डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया में गठित एसिटाइल-एससीओए फिर प्रवेश करता है ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र(टीसीए चक्र, साइट्रिक एसिड चक्र, क्रेब्स चक्र)। पाइरूवेट के अलावा, अपचय से आने वाले कीटो एसिड भी चक्र में शामिल होते हैं अमीनो अम्लया कोई अन्य पदार्थ.

ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र

चक्र आगे बढ़ता है माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्सऔर प्रतिनिधित्व करता है ऑक्सीकरणअणुओं एसिटाइल-एससीओएलगातार आठ प्रतिक्रियाओं में.

पहली प्रतिक्रिया में वे बंध जाते हैं एसिटलऔर oxaloacetate(ऑक्सैलोएसिटिक एसिड) बनना साइट्रेट(साइट्रिक एसिड), फिर साइट्रिक एसिड का आइसोमेराइजेशन होता है आइसोसाइट्रेटऔर CO2 की सहवर्ती रिहाई और NAD में कमी के साथ दो डिहाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाएं।

पांचवी प्रतिक्रिया में GTP बनता है, यही प्रतिक्रिया है सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण. इसके बाद, FAD-निर्भर डिहाइड्रोजनेशन क्रमिक रूप से होता है सफल होना(स्यूसिनिक एसिड), जलयोजन फूमरोवाअम्ल को मैलेट(मैलिक एसिड), फिर एनएडी-निर्भर डिहाइड्रोजनेशन जिसके परिणामस्वरूप गठन होता है oxaloacetate.

परिणामस्वरूप, चक्र की आठ प्रतिक्रियाओं के बाद दोबाराऑक्सालोएसीटेट बनता है .

अंतिम तीन प्रतिक्रियाएं तथाकथित जैव रासायनिक रूपांकनों (एफएडी-निर्भर डिहाइड्रोजनेशन, हाइड्रेशन और एनएडी-निर्भर डिहाइड्रोजनेशन) का गठन करती हैं, इसका उपयोग कीटो समूह को सक्सिनेट संरचना में पेश करने के लिए किया जाता है। यह रूपांकन फैटी के β-ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं में भी मौजूद है। अम्ल। विपरीत क्रम में (कमी, डेजलयोजन और कमी) यह रूप फैटी एसिड संश्लेषण प्रतिक्रियाओं में देखा जाता है।

टीएसटीके के कार्य

1. ऊर्जा

• पीढ़ी हाइड्रोजन परमाणुश्वसन श्रृंखला के कामकाज के लिए, अर्थात् NADH के तीन अणु और FADH2 का एक अणु,
• एकल अणु संश्लेषण जी.टी.एफ(एटीपी के बराबर)।

2. अनाबोलिक. टीसीसी में गठित हैं

• हीम अग्रदूत स्यूसिनिल-एससीओए,
• कीटो एसिड जिन्हें अमीनो एसिड में बदला जा सकता है - α-कीटोग्लूटारेटग्लूटामिक एसिड के लिए, oxaloacetateएस्पार्टिक एसिड के लिए,
• नींबू का अम्ल, फैटी एसिड के संश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है,
• oxaloacetate, ग्लूकोज संश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है।

टीसीए चक्र की अनाबोलिक प्रतिक्रियाएं

ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र का विनियमन

एलोस्टेरिक विनियमन

TCA चक्र की पहली, तीसरी और चौथी प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करने वाले एंजाइम किसके प्रति संवेदनशील होते हैं? एलोस्टेरिक विनियमनमेटाबोलाइट्स:

ऑक्सालोएसीटेट उपलब्धता का विनियमन

मुख्यऔर बुनियादीटीसीए चक्र का नियामक ऑक्सालोएसीटेट है, या यों कहें कि इसकी उपलब्धता। ऑक्सालोएसीटेट की उपस्थिति एसिटाइल-एससीओए को टीसीए चक्र में भर्ती करती है और प्रक्रिया शुरू करती है।

आमतौर पर सेल में होता है संतुलनएसिटाइल-एससीओए (ग्लूकोज, फैटी एसिड या अमीनो एसिड से) के गठन और ऑक्सालोएसीटेट की मात्रा के बीच। ऑक्सालोएसीटेट का स्रोत है पाइरूवेट, (ग्लूकोज या ऐलेनिन से निर्मित), से प्राप्त किया जाता है एस्पार्टिक अम्लसंक्रमण या एएमपी-आईएमपी चक्र के परिणामस्वरूप, और से भी फल अम्लस्वयं चक्र (स्यूसिनिक, α-कीटोग्लुटेरिक, मैलिक, साइट्रिक), जो अमीनो एसिड के अपचय के दौरान बन सकता है या अन्य प्रक्रियाओं से आ सकता है।

पाइरूवेट से ऑक्सालोएसीटेट का संश्लेषण

एंजाइम गतिविधि का विनियमन पाइरूवेट कार्बोक्सिलेज़की सहभागिता से किया गया एसिटाइल-एससीओए. यह एलोस्टेरिक है उत्प्रेरकएंजाइम, और इसके बिना पाइरूवेट कार्बोक्सिलेज व्यावहारिक रूप से निष्क्रिय है। जब एसिटाइल-एससीओए जमा हो जाता है, तो एंजाइम काम करना शुरू कर देता है और ऑक्सालोएसीटेट बनता है, लेकिन, निश्चित रूप से, केवल पाइरूवेट की उपस्थिति में।

बहुमत भी अमीनो अम्लअपने अपचय के दौरान, वे टीसीए चक्र के मेटाबोलाइट्स में परिवर्तित होने में सक्षम होते हैं, जो फिर ऑक्सालोएसीटेट में चले जाते हैं, जो चक्र की गतिविधि को भी बनाए रखता है।

अमीनो एसिड से टीसीए चक्र मेटाबोलाइट पूल की पुनःपूर्ति

नए मेटाबोलाइट्स (ऑक्सालोएसीटेट, साइट्रेट, α-कीटोग्लूटारेट, आदि) के साथ चक्र की पुनःपूर्ति की प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है एनाप्लेरोटिक.

चयापचय में ऑक्सालोएसीटेट की भूमिका

महत्वपूर्ण भूमिका का एक उदाहरण oxaloacetateकीटोन निकायों के संश्लेषण को सक्रिय करने का कार्य करता है और कीटोअसिदोसिसरक्त प्लाज्मा पर नाकाफीऑक्सालोएसीटेट की मात्रा जिगर में. यह स्थिति इंसुलिन-निर्भर मधुमेह मेलिटस (टाइप 1 मधुमेह) के विघटन और उपवास के दौरान देखी जाती है। इन विकारों के साथ, यकृत में ग्लूकोनियोजेनेसिस की प्रक्रिया सक्रिय हो जाती है, अर्थात। ऑक्सालोएसीटेट और अन्य मेटाबोलाइट्स से ग्लूकोज का निर्माण, जिससे ऑक्सालोएसीटेट की मात्रा में कमी आती है। फैटी एसिड ऑक्सीकरण का एक साथ सक्रियण और एसिटाइल-एससीओए का संचय एसिटाइल समूह के उपयोग के लिए एक बैकअप मार्ग को ट्रिगर करता है - कीटोन निकायों का संश्लेषण. इस मामले में, शरीर में रक्त अम्लीकरण विकसित होता है ( कीटोअसिदोसिस) एक विशिष्ट नैदानिक ​​​​तस्वीर के साथ: कमजोरी, सिरदर्द, उनींदापन, मांसपेशियों की टोन में कमी, शरीर का तापमान और रक्तचाप।

टीसीए चक्र प्रतिक्रियाओं की दर में परिवर्तन और कुछ शर्तों के तहत कीटोन निकायों के संचय के कारण

ऑक्सालोएसीटेट की भागीदारी के साथ विनियमन की वर्णित विधि सुंदर सूत्रीकरण का एक उदाहरण है " वसा कार्बोहाइड्रेट की ज्वाला में जलती है"इसका तात्पर्य यह है कि ग्लूकोज की "दहन की लौ" पाइरूवेट की उपस्थिति की ओर ले जाती है, और पाइरूवेट न केवल एसिटाइल-एससीओए में परिवर्तित हो जाता है, बल्कि एसिटाइल-एससीओए में भी परिवर्तित हो जाता है। ऑक्सालोएसीटेट।ऑक्सालोएसीटेट की उपस्थिति से बनने वाले एसिटाइल समूह का समावेश सुनिश्चित होता है वसायुक्त अम्लटीसीए चक्र की पहली प्रतिक्रिया में, एसिटाइल-एससीओए के रूप में।

फैटी एसिड के बड़े पैमाने पर "दहन" के मामले में, जो मांसपेशियों में देखा जाता है शारीरिक कार्यऔर जिगर में साथ उपवासटीसीए चक्र प्रतिक्रिया में एसिटाइल-एससीओए के प्रवेश की दर सीधे ऑक्सालोएसीटेट (या ऑक्सीकृत ग्लूकोज) की मात्रा पर निर्भर करेगी।

यदि ऑक्सालोएसीटेट की मात्रा यकृतकोशिकापर्याप्त नहीं है (कोई ग्लूकोज नहीं है या यह पाइरूवेट में ऑक्सीकृत नहीं है), तो एसिटाइल समूह कीटोन निकायों के संश्लेषण में जाएगा। ऐसा तब होता है जब लंबे समय तक उपवासऔर टाइप 1 मधुमेह मेलेटस.

क्रेब्स चक्र।

पाइक ने एसीटेट "खाया",

परिणाम साइट्रेट है.

सीआईएस-एकोनाइटेट के माध्यम से

यह आइसोसिट्रेट होगा.

ओवर को हाइड्रोजन देना,

यह CO2 खो देता है।

मैं इस बात से बेहद खुश हूं

अल्फ़ा-कीटो-ग्लूटारेट।

ऑक्सीकरण आ रहा है:

NAD हाइड्रोजन चुराएगा,

बी 1 और लिपोएट

वे कोएंजाइम ए को लेकर जल्दी में हैं,

CO2 एकत्र किया जाता है।

और ऊर्जा बमुश्किल है

सक्सिनिल में दिखाई दिया,

तुरंत एटीएफ का जन्म हुआ।

और जो रह गया वह सक्सेसफुल था।

अब वह FAD पर पहुँच गया -

उसे हाइड्रोजन की जरूरत है.

हाइड्रोजन खोने के बाद,

यह सिर्फ धुंआधार बन गया.

फ्यूमरेट ने पानी पिया,

हाँ, यह मैलेट में बदल गया।

यहां एनएडी मैलेट करने आया था,

हाइड्रोजन खरीदा।

PIKE फिर सामने आया है

और चुपचाप छुप गया

गार्ड एसीटेट...

एंजाइमोंइस चित्र में है.

सहएंजाइमों- क्या यह एनएडी, एनएडीपी, एटीपी, जीटीपी है? फिर वहाँ है।

योजना:

परिणामी पीसीए अणु एक नए एसिटाइल-सीओए अणु के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और चक्र फिर से दोहराता है।

एक क्रांति का ऊर्जा संतुलन: 3 एनएडीएच 2 + 1 एफएडीएच 2 (आगे ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की श्वसन श्रृंखला में भेजा गया) + 1 जीटीपी (एनएडीएच 2 -> 3 एटीपी, एफएडीएच 2 -> 2 एटीपी, जीटीपी -> 1 एटीपी) = 12 एटीपी।

टीसीए चक्र का विनियमन: 4 नियामक एंजाइम: साइट्रेट सिंथेज़, आइसोसिट्रेट डीजी, α-KG डीजी और एसडीएच। टीसीए चक्र मुख्य रूप से एनएडीएच 2 और एटीपी द्वारा बाधित होता है, जो टीसीए चक्र और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन श्रृंखला के उत्पाद हैं। TCA चक्र मुख्य रूप से NAD+ और ADP द्वारा सक्रिय होता है।

कोशिका में ऑक्सीजन के उपयोग के लिए ऑक्सीडेज मार्ग माइटोकॉन्ड्रियल ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण है। रेडॉक्स श्रृंखला के श्वसन परिसरों की संरचना, स्थानीयकरण और कार्य, बचपन में ऊतक विशेषताएं। विनियमन.

कोशिका में ऑक्सीजन के उपयोग के लिए ऑक्सीडेज मार्ग:

यह माइटोकॉन्ड्रिया में होता है, 90% O2 का उपभोग करता है और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की प्रक्रिया प्रदान करता है।

ऑक्सीडेटिव फाृॉस्फॉरिलेशन- श्वसन श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉन आंदोलन की ऊर्जा के कारण एडीपी और एच 3 पीओ 4 से एटीपी का संश्लेषण।

यह एरोबिक कोशिकाओं में एटीपी का मुख्य स्रोत है

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण में प्रक्रियाएं शामिल होती हैं ऑक्सीकरणऔर फास्फारिलीकरण.

1) ऑक्सीकरण प्रक्रिया

ऑक्सीकरण प्रक्रिया तब होती है जब इलेक्ट्रॉन श्वसन श्रृंखला के साथ ऊतक श्वसन के सब्सट्रेट से ऑक्सीजन की ओर बढ़ते हैं। ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन की श्वसन श्रृंखला में माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में एम्बेडेड 4 प्रोटीन कॉम्प्लेक्स और यूबिकिनोन और साइटोक्रोम सी के छोटे मोबाइल अणु होते हैं जो प्रोटीन कॉम्प्लेक्स के बीच झिल्ली की लिपिड परत में घूमते हैं।

एक। कॉम्प्लेक्स I - NADH 2 डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स – श्वसन एंजाइम कॉम्प्लेक्स में सबसे बड़ा, इसमें कोएंजाइम के रूप में एफएमएन और 5 आयरन-सल्फर (Fe 2 S 2 और Fe 4 S 4) प्रोटीन होते हैं।

बी। कॉम्प्लेक्स II - एसडीएच। इसमें कोएंजाइम के रूप में एफएडी और आयरन-सल्फर प्रोटीन होता है।

सी। कॉम्प्लेक्स III - कॉम्प्लेक्स बी-सी 1 (एंजाइम क्यूएच 2 डीजी)। प्रत्येक मोनोमर में साइटोक्रोम बी 562, बी 566, सी 1 और आयरन-सल्फर प्रोटीन से जुड़े 3 हेम्स होते हैं।

डी। कॉम्प्लेक्स IV - साइटोक्रोम ऑक्सीडेज कॉम्प्लेक्स। प्रत्येक मोनोमर में 2 साइटोक्रोम (ए और ए 3) और 2 तांबे के परमाणु होते हैं।

इ। कोएंजाइम क्यू (यूबिकिनोन)। स्थानांतरण 2H + और 2e -।

एफ। साइटोक्रोम सी. परिधीय पानी में घुलनशील झिल्ली प्रोटीन। इसमें एक हीम अणु होता है।

गति के चरण ई - श्वसन श्रृंखला के साथ

एक। 2e - NADH 2 से, कॉम्प्लेक्स I (FMN→SFe प्रोटीन) से होकर CoQ तक जाएं, इस मामले में जारी ऊर्जा H+ की पंपिंग सुनिश्चित करती है।

बी। 2e के साथ CoQ - मैट्रिक्स से पानी से 2H+ लेता है और CoQH 2 में बदल जाता है (CoQ में कमी कॉम्प्लेक्स II की भागीदारी के साथ भी होती है)।

सी। CoQH 2 2e - को कॉम्प्लेक्स III में और 2H + को इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में स्थानांतरित करता है।

डी। साइटोक्रोम सी कॉम्प्लेक्स III के ई-सी को कॉम्प्लेक्स IV में स्थानांतरित करता है।

इ। कॉम्प्लेक्स IV ई-को O2 पर डंप करता है, इस मामले में जारी ऊर्जा H+ की पंपिंग सुनिश्चित करती है।

आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली पर बनने वाली विद्युत रासायनिक क्षमता का उपयोग इसके लिए किया जाता है:

एक। एडीपी का एटीपी में फास्फारिलीकरण;

बी। माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के पार पदार्थों का परिवहन;

सी। गर्मी की उत्पत्ति।

2) फास्फोराइलेशन प्रक्रिया

फॉस्फोराइलेशन प्रक्रिया एटीपी सिंथेटेज़ (एच + -एटीपीस) द्वारा की जाती है, जो ऑक्सीकरण के दौरान जारी मुक्त ऊर्जा का 40-45% उपभोग करती है। H + -ATPase माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली का एक अभिन्न प्रोटीन है, इसमें 2 प्रोटीन कॉम्प्लेक्स F 0 और F 1 होते हैं।

एक। हाइड्रोफोबिक कॉम्प्लेक्स एफ 0झिल्ली में डूबा हुआ और एक आधार के रूप में कार्य करता है जो झिल्ली में एटीपी सिंथेज़ को ठीक करता है। इसमें कई उपइकाइयाँ शामिल हैं जो एक चैनल बनाती हैं जिसके माध्यम से प्रोटॉन को मैट्रिक्स में ले जाया जाता है।

बी। जटिल एफ 1माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में फैला हुआ है। इसमें 9 सबयूनिट (3α, 3β, γ, δ, ε) शामिल हैं। α और β सबयूनिट्स को "हेड" बनाने के लिए जोड़े में रखा जाता है; ए- और β-सबयूनिट्स के बीच 3 सक्रिय केंद्र हैं जिनमें एटीपी संश्लेषण होता है; γ, δ, ε - सबयूनिट्स F 1 कॉम्प्लेक्स को F 0 से जोड़ती हैं।

एटीपी सिंथेटेज़ विद्युत रासायनिक क्षमता की ऊर्जा और रासायनिक बांड की ऊर्जा के प्रतिवर्ती अंतर-रूपांतरण को सुनिश्चित करता है।

आंतरिक झिल्ली की विद्युत रासायनिक क्षमता एच+ को एटीपी सिंथेज़ चैनल के माध्यम से इंटरमेम्ब्रेन स्पेस से माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में स्थानांतरित करने का कारण बनती है। एफ ओ चैनल के माध्यम से प्रोटॉन के प्रत्येक स्थानांतरण के साथ, इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता की ऊर्जा रॉड को मोड़ने पर खर्च की जाती है, जिसके परिणामस्वरूप ए- और β-सबयूनिट की संरचना चक्रीय रूप से बदलती है और सभी 3 सक्रिय केंद्र जोड़े द्वारा बनते हैं α- और β-सबयूनिट्स चक्र के अगले चरण को उत्प्रेरित करते हैं: 1) ADP और H 3 PO 4 का बंधन; 2) एटीपी के फॉस्फोएनहाइड्राइड बंधन का गठन; 3) अंतिम उत्पाद एटीपी का विमोचन।

ट्राईकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र (क्रेब्स चक्र)

ग्लाइकोलाइसिस ग्लूकोज को पाइरूवेट में परिवर्तित करता है और ग्लूकोज अणु से दो एटीपी अणु उत्पन्न करता है - जो उस अणु की संभावित ऊर्जा का एक छोटा सा अंश है।

एरोबिक स्थितियों के तहत, पाइरूवेट को ग्लाइकोलाइसिस से एसिटाइल-सीओए में परिवर्तित किया जाता है और ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र (साइट्रिक एसिड चक्र) में सीओ2 में ऑक्सीकृत किया जाता है। इस मामले में, इस चक्र की प्रतिक्रियाओं में जारी इलेक्ट्रॉन एनएडीएच और एफएडीएच 2 से 0 2 तक गुजरते हैं - अंतिम स्वीकर्ता। इलेक्ट्रॉन परिवहन माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में एक प्रोटॉन ग्रेडिएंट के निर्माण से जुड़ा होता है, जिसकी ऊर्जा का उपयोग ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन के परिणामस्वरूप एटीपी के संश्लेषण के लिए किया जाता है। आइए इन प्रतिक्रियाओं पर विचार करें.

एरोबिक स्थितियों के तहत, पाइरुविक एसिड (पहला चरण) ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन से गुजरता है, जो एसिटाइल-सीओए (दूसरा चरण) के गठन के साथ लैक्टिक एसिड में परिवर्तन से अधिक कुशल होता है, जिसे ग्लूकोज टूटने के अंतिम उत्पादों - सीओ 2 और एच में ऑक्सीकृत किया जा सकता है। 2 0 (तीसरा चरण)। जी. क्रेब्स (1900-1981), एक जर्मन जैव रसायनज्ञ, ने व्यक्तिगत कार्बनिक अम्लों के ऑक्सीकरण का अध्ययन किया, उनकी प्रतिक्रियाओं को एक चक्र में संयोजित किया। इसलिए, ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र को अक्सर उनके सम्मान में क्रेब्स चक्र कहा जाता है।

पाइरुविक एसिड का एसिटाइल-सीओए में ऑक्सीकरण माइटोकॉन्ड्रिया में तीन एंजाइमों (पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज, लिपोमाइड डिहाइड्रोजनेज, लिपॉयल एसिटाइलट्रांसफेरेज़) और पांच कोएंजाइम (एनएडी, एफएडी, थायमिन पाइरोफॉस्फेट, लिपोइक एसिड एमाइड, कोएंजाइम ए) की भागीदारी के साथ होता है। इन चार कोएंजाइमों में विटामिन बी (बी एक्स, बी 2, बी 3, बी 5) होते हैं, जो कार्बोहाइड्रेट के सामान्य ऑक्सीकरण के लिए इन विटामिनों की आवश्यकता को इंगित करता है। इस जटिल एंजाइम प्रणाली के प्रभाव में, पाइरूवेट एक ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन प्रतिक्रिया में एसिटिक एसिड - एसिटाइल कोएंजाइम ए के सक्रिय रूप में परिवर्तित हो जाता है:

शारीरिक स्थितियों के तहत, पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज एक विशेष रूप से अपरिवर्तनीय एंजाइम है, जो फैटी एसिड को कार्बोहाइड्रेट में परिवर्तित करने की असंभवता की व्याख्या करता है।

एसिटाइल-सीओए अणु में एक उच्च-ऊर्जा बंधन की उपस्थिति इस यौगिक की उच्च प्रतिक्रियाशीलता को इंगित करती है। विशेष रूप से, एसिटाइल-सीओए माइटोकॉन्ड्रिया में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए कार्य कर सकता है; यकृत में, अतिरिक्त एसिटाइल-सीओए का उपयोग साइटोसोल में कीटोन निकायों के संश्लेषण के लिए किया जाता है, यह स्टेरॉयड और फैटी एसिड जैसे जटिल अणुओं के संश्लेषण में भाग लेता है।

पाइरुविक एसिड के ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन की प्रतिक्रिया में प्राप्त एसिटाइल-सीओए ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र (क्रेब्स चक्र) में प्रवेश करता है। क्रेब्स चक्र, कार्बोहाइड्रेट, वसा और अमीनो एसिड के ऑक्सीकरण के लिए अंतिम कैटाबोलिक मार्ग, अनिवार्य रूप से एक "चयापचय कड़ाही" है। क्रेब्स चक्र की प्रतिक्रियाएं, जो विशेष रूप से माइटोकॉन्ड्रिया में होती हैं, उन्हें साइट्रिक एसिड चक्र या ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र (टीसीए चक्र) भी कहा जाता है।

ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक कम कोएंजाइम (एनएडीएच + एच + के 3 अणु और एफएडीएच 2 के 1 अणु) की पीढ़ी है, जिसके बाद हाइड्रोजन परमाणुओं या उनके इलेक्ट्रॉनों को अंतिम स्वीकर्ता - आणविक ऑक्सीजन में स्थानांतरित किया जाता है। यह परिवहन मुक्त ऊर्जा में बड़ी कमी के साथ होता है, जिसका एक हिस्सा एटीपी के रूप में भंडारण के लिए ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की प्रक्रिया में उपयोग किया जाता है। यह स्पष्ट है कि ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र एरोबिक, ऑक्सीजन पर निर्भर है।

1. ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र की प्रारंभिक प्रतिक्रिया साइट्रिक एसिड बनाने के लिए माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स एंजाइम साइट्रेट सिंथेज़ की भागीदारी के साथ एसिटाइल-सीओए और ऑक्सालोएसेटिक एसिड का संघनन है।

2. एंजाइम एकोनिटेज़ के प्रभाव में, जो साइट्रेट से पानी के अणु को हटाने को उत्प्रेरित करता है, बाद वाला बदल जाता है

सीआईएस-एकोनाइटिक एसिड के लिए। पानी सीस-एकोनिटिक एसिड के साथ मिलकर आइसोसिट्रिक एसिड में बदल जाता है।

3. एंजाइम आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज तब साइट्रिक एसिड चक्र की पहली डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है, जब आइसोसिट्रिक एसिड को ऑक्सीडेटिव डीकार्बोक्सिलेशन द्वारा α-कीटोग्लुटेरिक एसिड में परिवर्तित किया जाता है:

इस प्रतिक्रिया में CO 2 का पहला अणु और NADH 4- H+ चक्र का पहला अणु बनता है।

4. α-कीटोग्लुटेरिक एसिड का स्यूसिनिल-सीओए में रूपांतरण α-कीटोग्लुटेरिक डिहाइड्रोजनेज के मल्टीएंजाइम कॉम्प्लेक्स द्वारा उत्प्रेरित होता है। यह प्रतिक्रिया रासायनिक रूप से पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया के अनुरूप है। इसमें लिपोइक एसिड, थायमिन पायरोफॉस्फेट, HS-KoA, NAD +, FAD शामिल हैं।

इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, NADH + H + और CO 2 का एक अणु फिर से बनता है।

5. सक्सिनिल-सीओए अणु में एक उच्च-ऊर्जा बंधन होता है, जिसकी ऊर्जा अगली प्रतिक्रिया में जीटीपी के रूप में संग्रहीत होती है। एंजाइम succinyl-CoA सिंथेटेज़ के प्रभाव में, succinyl-CoA मुक्त succinic एसिड में परिवर्तित हो जाता है। ध्यान दें कि विषम संख्या में कार्बन परमाणुओं के साथ फैटी एसिड के ऑक्सीकरण द्वारा मिथाइलमैलोनील-सीओए से स्यूसिनिक एसिड भी प्राप्त किया जा सकता है।

यह प्रतिक्रिया सब्सट्रेट फॉस्फोराइलेशन का एक उदाहरण है, क्योंकि इस मामले में उच्च-ऊर्जा जीटीपी अणु इलेक्ट्रॉन और ऑक्सीजन परिवहन श्रृंखला की भागीदारी के बिना बनता है।

6. सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया में स्यूसिनिक एसिड फ्यूमरिक एसिड में ऑक्सीकृत हो जाता है। सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज, एक विशिष्ट लौह-सल्फर युक्त एंजाइम, जिसका सहएंजाइम FAD है। सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली से जुड़ा एकमात्र एंजाइम है, जबकि अन्य सभी चक्र एंजाइम माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में स्थित होते हैं।

7. इसके बाद शारीरिक स्थितियों के तहत प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया में एंजाइम फ्यूमरेज़ के प्रभाव में फ्यूमरिक एसिड का मैलिक एसिड में जलयोजन होता है:

8. ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र की अंतिम प्रतिक्रिया सक्रिय एंजाइम माइटोकॉन्ड्रियल एनएडी~-निर्भर मैलेट डिहाइड्रोजनेज की भागीदारी के साथ मैलेट डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया है, जिसमें कम एनएडीएच + एच + का तीसरा अणु बनता है:

ऑक्सालोएसिटिक एसिड (ऑक्सालोएसीटेट) का निर्माण ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र की एक क्रांति को पूरा करता है। ऑक्सालैसिटिक एसिड का उपयोग एसिटाइल-सीओए के दूसरे अणु के ऑक्सीकरण में किया जा सकता है, और प्रतिक्रियाओं के इस चक्र को कई बार दोहराया जा सकता है, जिससे लगातार ऑक्सालोएसिटिक एसिड का उत्पादन होता है।

इस प्रकार, चक्र के सब्सट्रेट के रूप में टीसीए चक्र में एसिटाइल-सीओए के एक अणु के ऑक्सीकरण से जीटीपी के एक अणु, एनएडीपी + एच + के तीन अणु और एफएडीएच 2 के एक अणु का उत्पादन होता है। जैविक ऑक्सीकरण श्रृंखला में इन कम करने वाले एजेंटों का ऑक्सीकरण

लेनिशन से 12 एटीपी अणुओं का संश्लेषण होता है। यह गणना "जैविक ऑक्सीकरण" विषय से स्पष्ट है: इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली में एक एनएडी + अणु का समावेश अंततः 3 एटीपी अणुओं के गठन के साथ होता है, एक एफएडीएच 2 अणु का समावेश 2 एटीपी अणुओं के गठन को सुनिश्चित करता है, और एक GTP अणु 1 ATP अणु के बराबर है।

ध्यान दें कि एडिटाइल-सीओए के दो कार्बन परमाणु ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र में प्रवेश करते हैं और दो कार्बन परमाणु आइसोसाइट्रेट डिहाइड्रोजनेज और अल्फा-कीटोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित डीकार्बोक्सिलेशन प्रतिक्रियाओं में सीओ 2 के रूप में चक्र छोड़ते हैं।

एरोबिक परिस्थितियों में ग्लूकोज अणु के C0 2 और H 2 0 में पूर्ण ऑक्सीकरण के साथ, एटीपी के रूप में ऊर्जा का निर्माण होता है:

• ग्लूकोज अणु के पाइरुविक एसिड (ग्लाइकोलाइसिस) के 2 अणुओं में रूपांतरण के दौरान एटीपी के 4 अणु;
• 3-फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया (ग्लाइकोलाइसिस) में 6 एटीपी अणु बनते हैं;
• पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया में पाइरुविक एसिड के दो अणुओं के ऑक्सीकरण के दौरान और ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र में एसिटाइल-सीओए के दो अणुओं के सीओ 2 और एच 2 0 में परिवर्तन के दौरान 30 एटीपी अणु बनते हैं। इसलिए, ग्लूकोज अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण से कुल ऊर्जा उत्पादन 40 एटीपी अणु हो सकता है। हालांकि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि ग्लूकोज के ऑक्सीकरण के दौरान, ग्लूकोज को ग्लूकोज-6-फॉस्फेट में परिवर्तित करने के चरण में और फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट को फ्रुक्टोज-1,6- में परिवर्तित करने के चरण में दो एटीपी अणुओं का सेवन किया जाता है। द्विफॉस्फेट. इसलिए, ग्लूकोज अणु के ऑक्सीकरण से "शुद्ध" ऊर्जा उत्पादन 38 एटीपी अणु है।

आप अवायवीय ग्लाइकोलाइसिस और ग्लूकोज के एरोबिक अपचय की ऊर्जा की तुलना कर सकते हैं। ग्लूकोज के 1 ग्राम अणु (180 ग्राम) में सैद्धांतिक रूप से निहित 688 किलो कैलोरी ऊर्जा में से 20 किलो कैलोरी एनारोबिक ग्लाइकोलाइसिस की प्रतिक्रियाओं में गठित एटीपी के दो अणुओं में होती है, और 628 किलो कैलोरी सैद्धांतिक रूप से लैक्टिक एसिड के रूप में रहती है।

एरोबिक परिस्थितियों में, 38 एटीपी अणुओं में ग्लूकोज के एक ग्राम अणु के 688 किलो कैलोरी से 380 किलो कैलोरी प्राप्त होती है। इस प्रकार, एरोबिक स्थितियों में ग्लूकोज के उपयोग की दक्षता एनारोबिक ग्लाइकोलाइसिस की तुलना में लगभग 19 गुना अधिक है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सभी ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं (ट्रायोज़ फॉस्फेट, पाइरुविक एसिड का ऑक्सीकरण, ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र की चार ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं) एडीपी और फास्फोरस (पाश्चर प्रभाव) से एटीपी के संश्लेषण में प्रतिस्पर्धा करती हैं। इसका मतलब यह है कि ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं में परिणामी अणु NADH + H + के पास श्वसन प्रणाली की प्रतिक्रियाओं, हाइड्रोजन को ऑक्सीजन में स्थानांतरित करने और एंजाइम LDH, हाइड्रोजन को पाइरुविक एसिड में स्थानांतरित करने के बीच एक विकल्प होता है।

ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र के शुरुआती चरणों में, इसके एसिड चक्र के कामकाज को बाधित किए बिना अन्य कोशिका यौगिकों के संश्लेषण में भाग लेने के लिए चक्र छोड़ सकते हैं। ट्राईकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र गतिविधि के नियमन में विभिन्न कारक शामिल हैं। उनमें से, मुख्य रूप से एसिटाइल-सीओए अणुओं की आपूर्ति, पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स की गतिविधि, श्वसन श्रृंखला के घटकों की गतिविधि और संबंधित ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन, साथ ही ऑक्सालोएसेटिक एसिड के स्तर का उल्लेख किया जाना चाहिए।

आणविक ऑक्सीजन सीधे ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र में शामिल नहीं है, लेकिन इसकी प्रतिक्रियाएं केवल एरोबिक स्थितियों के तहत की जाती हैं, क्योंकि एनएडी ~ और एफएडी को केवल इलेक्ट्रॉनों को आणविक ऑक्सीजन में स्थानांतरित करके माइटोकॉन्ड्रिया में पुनर्जीवित किया जा सकता है। इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र के विपरीत, ग्लाइकोलाइसिस, अवायवीय परिस्थितियों में भी संभव है, क्योंकि एनएडी ~ पाइरुविक एसिड के लैक्टिक एसिड में संक्रमण के दौरान पुनर्जीवित होता है।

एटीपी के निर्माण के अलावा, ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र का एक और महत्वपूर्ण अर्थ है: चक्र शरीर के विभिन्न जैवसंश्लेषणों के लिए मध्यस्थ संरचनाएं प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, पोर्फिरिन के अधिकांश परमाणु स्यूसिनिल-सीओए से आते हैं, कई अमीनो एसिड α-केटोग्लुटेरिक और ऑक्सालोएसेटिक एसिड के व्युत्पन्न होते हैं, और फ्यूमरिक एसिड यूरिया संश्लेषण की प्रक्रिया में होता है। यह कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन के चयापचय में ट्राईकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र की अखंडता को प्रदर्शित करता है।

जैसा कि ग्लाइकोलाइसिस की प्रतिक्रियाओं से पता चलता है, अधिकांश कोशिकाओं की ऊर्जा उत्पन्न करने की क्षमता उनके माइटोकॉन्ड्रिया में निहित होती है। विभिन्न ऊतकों में माइटोकॉन्ड्रिया की संख्या ऊतकों के शारीरिक कार्यों से जुड़ी होती है और एरोबिक स्थितियों में भाग लेने की उनकी क्षमता को दर्शाती है। उदाहरण के लिए, लाल रक्त कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया नहीं होता है और इसलिए अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में ऑक्सीजन का उपयोग करके ऊर्जा उत्पन्न करने की क्षमता नहीं होती है। हालाँकि, एरोबिक परिस्थितियों में कार्य करने वाली हृदय की मांसपेशियों में, कोशिका साइटोप्लाज्म की आधी मात्रा माइटोकॉन्ड्रिया द्वारा दर्शायी जाती है। यकृत अपने विभिन्न कार्यों के लिए एरोबिक स्थितियों पर भी निर्भर करता है, और स्तनधारी हेपेटोसाइट्स में प्रति कोशिका 2 हजार माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं।

माइटोकॉन्ड्रिया में दो झिल्ली शामिल हैं - बाहरी और आंतरिक। बाहरी झिल्ली सरल होती है, जिसमें 50% वसा और 50% प्रोटीन होता है, और इसमें अपेक्षाकृत कम कार्य होते हैं। आंतरिक झिल्ली संरचनात्मक और कार्यात्मक रूप से अधिक जटिल है। इसकी लगभग 80% मात्रा प्रोटीन है। इसमें साइटोसोल और माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स के बीच इलेक्ट्रॉन परिवहन और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण, चयापचय मध्यस्थों और एडेनिन न्यूक्लियोटाइड में शामिल अधिकांश एंजाइम शामिल हैं।

रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में शामिल विभिन्न न्यूक्लियोटाइड, जैसे एनएडी +, एनएडीएच, एनएडीपी +, एफएडी और एफएडीएच 2, आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में प्रवेश नहीं करते हैं। एसिटाइल-सीओए माइटोकॉन्ड्रियल डिब्बे से साइटोसोल में नहीं जा सकता है, जहां फैटी एसिड या स्टेरोल्स के संश्लेषण के लिए इसकी आवश्यकता होती है। इसलिए, इंट्रामाइटोकॉन्ड्रियल एसिटाइल-सीओए ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र की साइट्रेट सिंथेज़ प्रतिक्रिया में परिवर्तित हो जाता है और इस रूप में साइटोसोल में प्रवेश करता है।

ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र- साइट्रिक एसिड चक्र या क्रेब्स चक्र प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट के टूटने और संश्लेषण के दौरान मध्यवर्ती उत्पादों के रूप में गठित डी- और ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड के ऑक्सीडेटिव परिवर्तनों के लिए जानवरों, पौधों और सूक्ष्म जीवों के जीवों में व्यापक रूप से प्रतिनिधित्व किया जाने वाला मार्ग है। एच. क्रेब्स और डब्ल्यू. जॉनसन (1937) द्वारा खोजा गया। यह चक्र चयापचय का आधार है और दो महत्वपूर्ण कार्य करता है - शरीर को ऊर्जा की आपूर्ति करना और सभी मुख्य चयापचय प्रवाह को एकीकृत करना, दोनों कैटोबोलिक (बायोडिग्रेडेशन) और एनाबॉलिक (जैवसंश्लेषण)।

क्रेब्स चक्र में 8 चरण होते हैं (आरेख में मध्यवर्ती उत्पादों को दो चरणों में हाइलाइट किया गया है), जिसके दौरान निम्नलिखित होता है:

1) एसिटाइल अवशेषों का दो CO2 अणुओं में पूर्ण ऑक्सीकरण,

2) अपचयित निकोटिनमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड (एनएडीएच) के तीन अणु और एक अपचयित फ्लेविन एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड (एफएडीएच 2) बनते हैं, जो चक्र में उत्पन्न ऊर्जा का मुख्य स्रोत है और

3) ग्वानोसिन ट्राइफॉस्फेट (जीटीपी) का एक अणु तथाकथित सब्सट्रेट ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप बनता है।

सामान्य तौर पर, पथ ऊर्जावान रूप से फायदेमंद है (डीजी 0 " = -14.8 किलो कैलोरी।)

क्रेब्स चक्र, माइटोकॉन्ड्रिया में स्थानीयकृत, साइट्रिक एसिड (साइट्रेट) से शुरू होता है और ऑक्सालोएसिटिक एसिड (ऑक्सालोएसीटेट - ओए) के गठन के साथ समाप्त होता है। चक्र के सबस्ट्रेट्स में ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड - साइट्रिक, सीआईएस-एकोनिटिक, आइसोसिट्रिक, ऑक्सालोसुसिनेट (ऑक्सालोसुसिनेट) और डाइकारबॉक्सिलिक एसिड - 2-केटोग्लुटेरिक (केजी), स्यूसिनिक, फ्यूमरिक, मैलिक (मैलेट) और ऑक्सालोएसेटिक शामिल हैं। क्रेब्स चक्र के सबस्ट्रेट्स में एसिटिक एसिड भी शामिल है, जो अपने सक्रिय रूप में (यानी एसिटाइल कोएंजाइम ए, एसिटाइल-एससीओए के रूप में) ऑक्सैलोएसेटिक एसिड के साथ संघनन में भाग लेता है, जिससे साइट्रिक एसिड का निर्माण होता है। यह साइट्रिक एसिड की संरचना में शामिल एसिटाइल अवशेष है जो ऑक्सीकृत होता है; कार्बन परमाणुओं को सीओ 2 में ऑक्सीकृत किया जाता है, हाइड्रोजन परमाणु आंशिक रूप से डिहाइड्रोजनेज के कोएंजाइम द्वारा स्वीकार किए जाते हैं, और आंशिक रूप से प्रोटोनेटेड रूप में समाधान में, यानी पर्यावरण में चले जाते हैं।

पाइरुविक एसिड (पाइरूवेट), जो ग्लाइकोलाइसिस के दौरान बनता है और चयापचय मार्गों को काटने में केंद्रीय स्थानों में से एक पर कब्जा कर लेता है, आमतौर पर एसिटाइल-सीओए के गठन के लिए शुरुआती यौगिक के रूप में इंगित किया जाता है। एक जटिल संरचना वाले एंजाइम - पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज (CP1.2.4.1 - PDHase) के प्रभाव में, पाइरूवेट को CO 2 (प्रथम डीकार्बाक्सिलेशन), एसिटाइल-सीओए बनाने के लिए ऑक्सीकरण किया जाता है और NAD द्वारा कम किया जाता है ( सेमी. आरेख). हालाँकि, पाइरूवेट का ऑक्सीकरण एसिटाइल-सीओए बनाने के एकमात्र तरीके से बहुत दूर है, जो फैटी एसिड (थियोलेज़ एंजाइम या फैटी एसिड सिंथेटेज़) के ऑक्सीकरण और कार्बोहाइड्रेट और अमीनो एसिड के अपघटन की अन्य प्रतिक्रियाओं का एक विशिष्ट उत्पाद भी है। क्रेब्स चक्र की प्रतिक्रियाओं में शामिल सभी एंजाइम माइटोकॉन्ड्रिया में स्थानीयकृत होते हैं, उनमें से अधिकांश घुलनशील होते हैं, और सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज (KF1.3.99.1) झिल्ली संरचनाओं के साथ मजबूती से जुड़ा होता है।

साइट्रिक एसिड का निर्माण, जिसके संश्लेषण के साथ चक्र उचित रूप से शुरू होता है, साइट्रेट सिंथेज़ (EC4.1.3.7 - आरेख में संघनक एंजाइम) की मदद से, एक एंडर्जोनिक प्रतिक्रिया (ऊर्जा अवशोषण के साथ) है, और इसका कार्यान्वयन KoA [CH3 CO~SKoA] के साथ एसिटाइल अवशेषों के ऊर्जा-समृद्ध बंधन के उपयोग के कारण संभव है। यह संपूर्ण चक्र के नियमन का मुख्य चरण है। इसके बाद सीस-एकोनिटिक एसिड (एंजाइम एकोनिटेज़ KF4.2.1.3, में पूर्ण स्टीरियोस्पेसिफिकिटी - हाइड्रोजन के स्थान के प्रति संवेदनशीलता) के गठन के मध्यवर्ती चरण के माध्यम से साइट्रिक एसिड का आइसोसिट्रिक एसिड में आइसोमेराइजेशन होता है। संबंधित डिहाइड्रोजनेज (आइसोसाइट्रेट डिहाइड्रोजनेज KF1.1.1.41) के प्रभाव के तहत आइसोसिट्रिक एसिड के आगे परिवर्तन का उत्पाद स्पष्ट रूप से ऑक्सालोसुसिनिक एसिड है, जिसके डिकार्बोजाइलेशन (दूसरा सीओ 2 अणु) सीजी की ओर जाता है। इस चरण को भी सख्ती से विनियमित किया जाता है। कई विशेषताओं में (उच्च आणविक भार, जटिल बहुघटक संरचना, चरणबद्ध प्रतिक्रियाएं, आंशिक रूप से समान कोएंजाइम, आदि) KH डिहाइड्रोजनेज (EC1.2.4.2) PDHase जैसा दिखता है। प्रतिक्रिया उत्पाद CO2 (तीसरा डीकार्बोक्सिलेशन), H+ और स्यूसिनिल-सीओए हैं। इस स्तर पर, सक्सिनिल-सीओए सिंथेटेज़, जिसे अन्यथा सक्सिनेट थायोकिनेज (EC6.2.1.4) कहा जाता है, सक्रिय होता है, जो मुक्त सक्सिनेट के गठन की प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है: सक्सिनिल-सीओए + पी इनॉर्ग + जीडीपी = सक्सिनेट + कोए + जीटीपी। इस प्रतिक्रिया के दौरान, तथाकथित सब्सट्रेट फॉस्फोराइलेशन होता है, अर्थात। स्यूसिनिल-सीओए की ऊर्जा का उपयोग करके ग्वानोसिन डिपोस्फेट (जीडीपी) और खनिज फॉस्फेट (पी इनॉर्ग) की कीमत पर ऊर्जा-समृद्ध ग्वानोसिन ट्राइफॉस्फेट (जीटीपी) का निर्माण। सक्सिनेट के बनने के बाद, सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज (KF1.3.99.1), एक फ्लेवोप्रोटीन, क्रिया में आता है, जिससे फ्यूमरिक एसिड बनता है। एफएडी एंजाइम के प्रोटीन भाग से जुड़ा होता है और राइबोफ्लेविन (विटामिन बी 2) का चयापचय रूप से सक्रिय रूप है। इस एंजाइम को हाइड्रोजन उन्मूलन में पूर्ण स्टीरियोस्पेसिफिकिटी की भी विशेषता है। फ्यूमरेज़ (EC4.2.1.2) फ्यूमरिक एसिड और मैलिक एसिड (स्टीरियोस्पेसिफिक भी) के बीच संतुलन सुनिश्चित करता है, और मैलिक एसिड डिहाइड्रोजनेज (मैलेट डिहाइड्रोजनेज EC1.1.1.37, जिसके लिए कोएंजाइम NAD + की आवश्यकता होती है, स्टीरियोस्पेसिफिक भी है) पूरा होने की ओर ले जाता है क्रेब्स चक्र का, यानी ऑक्सालोएसिटिक एसिड का निर्माण। इसके बाद, एसिटाइल-सीओए के साथ ऑक्सैलोएसेटिक एसिड की संघनन प्रतिक्रिया दोहराई जाती है, जिससे साइट्रिक एसिड बनता है और चक्र फिर से शुरू हो जाता है।

सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज श्वसन श्रृंखला के अधिक जटिल सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स (कॉम्प्लेक्स II) का हिस्सा है, जो श्वसन श्रृंखला को प्रतिक्रिया के दौरान बनने वाले कम करने वाले समकक्षों (एनएडी-एच 2) की आपूर्ति करता है।

PDHase के उदाहरण का उपयोग करके, आप विशेष किनेज़ और फॉस्फेट PDHase द्वारा संबंधित एंजाइम के फॉस्फोराइलेशन-डीफॉस्फोराइलेशन के कारण चयापचय गतिविधि के कैस्केड विनियमन के सिद्धांत से परिचित हो सकते हैं। ये दोनों PDGase से जुड़े हुए हैं।

यह माना जाता है कि व्यक्तिगत एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं का उत्प्रेरण एक सुपरमॉलेक्यूलर "सुपरकॉम्प्लेक्स", तथाकथित "मेटाबोलोन" के हिस्से के रूप में किया जाता है। एंजाइमों के ऐसे संगठन का लाभ यह है कि सहकारकों (कोएंजाइम और धातु आयन) और सब्सट्रेट्स का कोई प्रसार नहीं होता है, और यह चक्र के अधिक कुशल संचालन में योगदान देता है।

विचार की गई प्रक्रियाओं की ऊर्जा दक्षता कम है, हालांकि, पाइरूवेट के ऑक्सीकरण और क्रेब्स चक्र की बाद की प्रतिक्रियाओं के दौरान गठित एनएडीएच के 3 मोल और एफएडीएच 2 के 1 मोल ऑक्सीडेटिव परिवर्तनों के महत्वपूर्ण उत्पाद हैं। उनका आगे का ऑक्सीकरण माइटोकॉन्ड्रिया में श्वसन श्रृंखला के एंजाइमों द्वारा भी किया जाता है और फॉस्फोराइलेशन से जुड़ा होता है, अर्थात। खनिज फॉस्फेट के एस्टरीफिकेशन (ऑर्गेनोफॉस्फोरस एस्टर का निर्माण) के कारण एटीपी का निर्माण। ग्लाइकोलाइसिस, पीडीएचेज और क्रेब्स चक्र की एंजाइमेटिक क्रिया - कुल 19 प्रतिक्रियाएं - एटीपी के 38 अणुओं के गठन के साथ ग्लूकोज के एक अणु के सीओ 2 के 6 अणुओं के पूर्ण ऑक्सीकरण को निर्धारित करती हैं - यह सौदेबाजी चिप "ऊर्जा मुद्रा" है कोश। श्वसन श्रृंखला के एंजाइमों द्वारा NADH और FADH 2 के ऑक्सीकरण की प्रक्रिया ऊर्जावान रूप से बहुत कुशल है, वायुमंडलीय ऑक्सीजन का उपयोग करके होती है, पानी के निर्माण की ओर ले जाती है और कोशिका के ऊर्जा संसाधनों (90% से अधिक) के मुख्य स्रोत के रूप में कार्य करती है। हालाँकि, क्रेब्स चक्र के एंजाइम इसके प्रत्यक्ष कार्यान्वयन में शामिल नहीं हैं। प्रत्येक मानव कोशिका में 100 से 1000 माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं, जो महत्वपूर्ण ऊर्जा प्रदान करते हैं।

चयापचय में क्रेब्स चक्र के एकीकृत कार्य का आधार यह है कि प्रोटीन से कार्बोहाइड्रेट, वसा और अमीनो एसिड अंततः इस चक्र के मध्यवर्ती (मध्यवर्ती) में परिवर्तित हो सकते हैं या उनसे संश्लेषित हो सकते हैं। उपचय के दौरान चक्र से मध्यवर्ती पदार्थों को हटाने को जैवसंश्लेषण के लिए आवश्यक एटीपी के निरंतर गठन के लिए चक्र की कैटोबोलिक गतिविधि की निरंतरता के साथ जोड़ा जाना चाहिए। इस प्रकार, लूप को एक साथ दो कार्य करने होंगे। साथ ही, मध्यवर्ती (विशेषकर OA) की सांद्रता कम हो सकती है, जिससे ऊर्जा उत्पादन में खतरनाक कमी आ सकती है। इसे रोकने के लिए, "सुरक्षा वाल्व" होते हैं जिन्हें एनाप्लेरोटिक प्रतिक्रियाएं (ग्रीक से "भरने के लिए") कहा जाता है। सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया पाइरूवेट से OA का संश्लेषण है, जो पाइरूवेट कार्बोक्सिलेज (EC6.4.1.1) द्वारा किया जाता है, जो माइटोकॉन्ड्रिया में भी स्थानीयकृत है। नतीजतन, OA की एक बड़ी मात्रा जमा हो जाती है, जो साइट्रेट और अन्य मध्यवर्ती के संश्लेषण को सुनिश्चित करती है, जो क्रेब्स चक्र को सामान्य रूप से कार्य करने की अनुमति देती है और साथ ही, बाद के जैवसंश्लेषण के लिए साइटोप्लाज्म में मध्यवर्ती को हटाने को सुनिश्चित करती है। इस प्रकार, क्रेब्स चक्र के स्तर पर, उपचय और अपचय की प्रक्रियाओं का प्रभावी ढंग से समन्वित एकीकरण हार्मोनल सहित कई और सूक्ष्म नियामक तंत्रों के प्रभाव में होता है।

अवायवीय परिस्थितियों में, क्रेब्स चक्र के बजाय, इसकी ऑक्सीडेटिव शाखा KG (प्रतिक्रिया 1, 2, 3) तक कार्य करती है और इसकी रिडक्टिव शाखा OA से सक्सेनेट (प्रतिक्रिया 8®7®6) तक कार्य करती है। इस मामले में, अधिक ऊर्जा संग्रहीत नहीं होती है और चक्र सेलुलर संश्लेषण के लिए केवल मध्यवर्ती आपूर्ति करता है।

जब शरीर आराम से गतिविधि की ओर संक्रमण करता है, तो ऊर्जा और चयापचय प्रक्रियाओं को सक्रिय करने की आवश्यकता उत्पन्न होती है। यह, विशेष रूप से, जानवरों में सबसे धीमी प्रतिक्रियाओं (1-3) को शंटिंग और सक्सिनेट के प्रमुख ऑक्सीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है। इस मामले में, केजी, छोटे क्रेब्स चक्र का प्रारंभिक सब्सट्रेट, तेजी से संक्रमण प्रतिक्रिया (अमीन समूह स्थानांतरण) में बनता है।

ग्लूटामेट + ओए = सीजी + एस्पार्टेट

क्रेब्स चक्र (तथाकथित 4-एमिनोब्यूटाइरेट शंट) का एक और संशोधन ग्लूटामेट, 4-एमिनोब्यूटाइरेट और स्यूसिनिक सेमियलडिहाइड (3-फॉर्माइलप्रोपियोनिक एसिड) के माध्यम से केजी को सक्सिनेट करने के लिए रूपांतरण है। यह संशोधन मस्तिष्क के ऊतकों में महत्वपूर्ण है, जहां लगभग 10% ग्लूकोज इस मार्ग से टूट जाता है।

श्वसन श्रृंखला के साथ क्रेब्स चक्र का घनिष्ठ युग्मन, विशेष रूप से पशु माइटोकॉन्ड्रिया में, साथ ही एटीपी के प्रभाव में चक्र के अधिकांश एंजाइमों का निषेध, उच्च फॉस्फोरिल क्षमता पर चक्र की गतिविधि में कमी का निर्धारण करता है। सेल, यानी उच्च एटीपी/एडीपी सांद्रता अनुपात पर। अधिकांश पौधों, बैक्टीरिया और कई कवक में, अयुग्मित वैकल्पिक ऑक्सीकरण मार्गों के विकास से तंग युग्मन को दूर किया जाता है, जो उच्च फॉस्फोरिल क्षमता पर भी एक साथ श्वसन और चक्र गतिविधि को उच्च स्तर पर बनाए रखने की अनुमति देता है।

इगोर रापानोविच

हर कोई जानता है कि सामान्य कामकाज के लिए शरीर को कई पोषक तत्वों की नियमित आपूर्ति की आवश्यकता होती है जो स्वस्थ चयापचय के लिए आवश्यक होते हैं और तदनुसार, ऊर्जा उत्पादन और व्यय की प्रक्रियाओं का संतुलन होता है। जैसा कि ज्ञात है, ऊर्जा उत्पादन की प्रक्रिया माइटोकॉन्ड्रिया में होती है, जिसे इस विशेषता के कारण कोशिकाओं का ऊर्जा केंद्र कहा जाता है। और शरीर की प्रत्येक कोशिका को कार्य करने के लिए ऊर्जा प्रदान करने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के क्रम को क्रेब्स चक्र कहा जाता है।

क्रेब्स चक्र - माइटोकॉन्ड्रिया में होने वाले चमत्कार

क्रेब्स चक्र (टीसीए चक्र - ट्राईकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र) के माध्यम से प्राप्त ऊर्जा व्यक्तिगत कोशिकाओं की जरूरतों को पूरा करती है, जो बदले में विभिन्न ऊतकों और तदनुसार, हमारे शरीर के अंगों और प्रणालियों का निर्माण करती हैं। चूँकि शरीर ऊर्जा के बिना अस्तित्व में ही नहीं रह सकता, इसलिए माइटोकॉन्ड्रिया कोशिकाओं को उनकी ज़रूरत की ऊर्जा लगातार आपूर्ति करने के लिए लगातार काम कर रहे हैं।

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) - यह यौगिक हमारे शरीर में सभी जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक ऊर्जा का एक सार्वभौमिक स्रोत है।

टीसीए चक्र केंद्रीय चयापचय मार्ग है, जिसके परिणामस्वरूप चयापचयों का ऑक्सीकरण पूरा होता है:

• वसायुक्त अम्ल;
• अमीनो अम्ल;
• मोनोसैकेराइड्स

एरोबिक ब्रेकडाउन के दौरान, ये बायोमोलेक्यूल्स छोटे अणुओं में टूट जाते हैं जिनका उपयोग ऊर्जा उत्पन्न करने या नए अणुओं को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है।

ट्राईकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र में 8 चरण होते हैं, अर्थात्। प्रतिक्रियाएँ:

1. साइट्रिक एसिड का निर्माण:

2. आइसोसिट्रिक एसिड का निर्माण:

3. आइसोसिट्रिक एसिड का डिहाइड्रोजनीकरण और प्रत्यक्ष डीकार्बोक्सिलेशन।

4. α-कीटोग्लुटेरिक एसिड का ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन

5. सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण

6. सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज के साथ स्यूसिनिक एसिड का डीहाइड्रोजनीकरण

7. फ्यूमरेज़ एंजाइम द्वारा मैलिक एसिड का निर्माण

8. ऑक्सालेसेटेट का निर्माण

इस प्रकार, क्रेब्स चक्र बनाने वाली प्रतिक्रियाओं के पूरा होने के बाद:

• एसिटाइल-सीओए का एक अणु (ग्लूकोज के टूटने के परिणामस्वरूप बनता है) कार्बन डाइऑक्साइड के दो अणुओं में ऑक्सीकृत हो जाता है;
• तीन NAD अणु NADH में कम हो जाते हैं;
• एक FAD अणु FADN 2 में कम हो जाता है;
• GTP का एक अणु (ATP के समतुल्य) बनता है।

अणु NADH और FADH 2 इलेक्ट्रॉन वाहक के रूप में कार्य करते हैं और ग्लूकोज चयापचय के अगले चरण - ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन में एटीपी का उत्पादन करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

क्रेब्स चक्र के कार्य:

• कैटोबोलिक (ईंधन अणुओं के एसिटाइल अवशेषों का अंतिम चयापचय उत्पादों में ऑक्सीकरण);
• अनाबोलिक (क्रेब्स चक्र के सब्सट्रेट - अमीनो एसिड और ग्लूकोज सहित अणुओं के संश्लेषण का आधार);
• एकीकृत (टीसीसी एनाबॉलिक और कैटोबोलिक प्रतिक्रियाओं के बीच की कड़ी है);
• हाइड्रोजन दाता (माइटोकॉन्ड्रियल श्वसन श्रृंखला को 3 NADH.H + और 1 FADH 2 की आपूर्ति);
• ऊर्जा।

क्रेब्स चक्र के सामान्य कामकाज के लिए आवश्यक तत्वों की कमी से शरीर में ऊर्जा की कमी से जुड़ी गंभीर समस्याएं पैदा हो सकती हैं।

चयापचय लचीलेपन के लिए धन्यवाद, शरीर न केवल ग्लूकोज को ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करने में सक्षम है, बल्कि वसा भी है, जिसके टूटने से अणु भी बनते हैं जो पाइरुविक एसिड (क्रेब्स चक्र में शामिल) बनाते हैं। इस प्रकार, एक उचित रूप से बहने वाला टीसीए चक्र नए अणुओं के निर्माण के लिए ऊर्जा और बिल्डिंग ब्लॉक्स प्रदान करता है।