چرخه سیتریک اسید چیست ؟ (نگاهی دقیق به چرخه کربس)

این چرخه چگونه اتفاق می افتد؟

مولکول هایی که وارد چرخه اسید سیتریک می شوند و در گردش هستند، بیشتر از اتم های کربن ساخته شده اند. برای درک چگونگی عملکرد این چرخه، باید نحوه بازآرایی اتم های کربن را در طول چرخه دنبال کنیم. مولکول هایی که شاتل های الکترونی نامیده می شوند، انرژی آزاد شده توسط بازآرایی های مرحله ای و تفریق کربن ها را به شکل الکترون می پذیرند. شاتل های الکترونی مولکول های آلی کوچکی مانند +NAD و FADH هستند که الکترون های پرانرژی را با به دست آوردن الکترون (از طریق “کاهش”) و از دست دادن الکترون ها (از طریق “اکسیداسیون”) به جایی که باید باشند منتقل می کنند. الکترون هایی که توسط شاتل های الکترونی منتقل می شوند، بعداً برای تولید ATP استفاده خواهند شد.

• شاتل های انرژی:

NADH: یک شاتل انرژی است که الکترون‌های انرژی بالا را به زنجیره انتقال الکترون می‌رساند و در نهایت انرژی تولید ۲ تا ۳ مولکول ATP را تامین می‌کند. هنگامی که این شاتل الکترونی حامل الکترون های پرانرژی نباشد، یعنی اکسید شده باشد (الکترون های خود را از دست داده است)، بار مثبت باقی می ماند و NAD نامیده می شود.

FADH: شاتل انرژی دیگری است که الکترون های پر انرژی را به زنجیره انتقال الکترون می برد، جایی که در نهایت باعث تولید 1 تا 2 مولکول ATP می شود. شکل اکسید شده FADH,   FAD است و درست مانند NADH اتفاق می افتد.

مولکول های انرژی بالا:
ATP: نوعی انرژی است که سلول ها می توانند فوراً از آن استفاده کنند.
GTP: مشابه GTP، ATP را می توان به راحتی در سلول به ATP تبدیل کرد.

چرخه کربس به زبان ساده:

مرحله 1: گلیکولیز
در این مرحله یک مولکول گلوکز 6 کربنی به دو مولکول 3 کربنی به نام پیرووات تقسیم می شود. پیرووات برای ایجاد استیل CoA مورد نیاز است.
مرحله 2: تبدیل پیروات به استیل CoA
این مرحله بسیار کوتاه و بین گلیکولیز و چرخه اسید سیتریک است. مولکول پیروات 3 کربنی ساخته شده در گلیکولیز، کربن از دست می دهد تا یک مولکول جدید 2 کربنی به نام استیل CoA تولید کند. کربنی که خارج می شود دو اکسیژن از پیرووات را با خود می گیرد و به صورت دی اکسید کربن (CO) از بدن خارج می شود. CO ماده زائدی است که هنگام بازدم آزاد می کنید.

مرحله 3: چرخه اسید سیتریک
این فرایند چرخه نامیده می شود زیرا مولکول شروع، اگزالواستات (که دارای 4 کربن است) در پایان چرخه بازسازی می شود. در طول چرخه اسید سیتریک، اگزالواستات به تدریج به چندین مولکول مختلف تبدیل می شود ( اتم های کربن به آن اضافه می شوند و از آن جدا می شوند)، اما در پایان چرخه همیشه به اگزالو استات تبدیل می شود تا دوباره استفاده شود. انرژی را می توان از این چرخه گرفت. که محصولات واکنش انرژی کمتری نسبت به واکنش دهنده ها دارند. تفاوت انرژی بین محصولات و واکنش دهنده ها انرژی است که هنگام انجام واکنش آزاد می شود. انرژی آزاد شده با کاهش شاتل های الکترونی (NAD و FAD) به NADH و FADH جذب می شود.

برای شروع چرخه، یک آنزیم استیل CoA و اگزالواستات را با هم ترکیب می شوند تا اسید سیتریک تشکیل شود (یک مولکول 2 کربنی + یک مولکول 4 کربنی = یک مولکول 6 کربنی!).این اولین مولکولی است که در چرخه ساخته می شود.سپس آنزیم ها به سرعت بخشیدن (“کاتالیز”) دنباله ای از بازآرایی ها ادامه می دهند و مولکول اسید سیتریک ساخته شده را به مجموعه ای از مولکول های متفاوت تر تبدیل می کنند. این آنزیم ها فقط سرعت رخ دادن این بازآرایی ها را تغییر می دهند و بر روی نتیجه نقشی ندارند.

در این فرایند یک آنزیم اتم های موجود در مولکول اسید سیتریک (6 کربن) را به یک آرایش جدید 6 کربنی بازآرایی می کند.
هنگامی که آرایش 6 کربنی اکسید می شود انرژی آزاد می شود و باعث حذف یک کربن می شود. مولکول کربن حذف شده با اکسیژن ترکیب می شود و CO تولید می کند. مقداری از انرژی، به شکل الکترون، در تشکیل ترکیب پرانرژی، NADH، جذب می شود. (توجه نمایید که مقداری از انرژی آزاد شده از چرخه برای کاهش NAD و تولید NADH استفاده می شود.)

الکترون های پر انرژی که برای کاهش به NAD داده می شوند از اکسیداسیون (از دست دادن الکترون ها) از مولکول کربن حاصل می شوند.

سپس، همان نوع واکنش دوباره اتفاق می افتد. کربن دیگری از مولکول 5 کربنی جدا می شود و یک مولکول 4 کربنی و CO باقی می ماند و مقداری از انرژی آزاد شده برای کاهش NAD به NADH استفاده می شود.
در این مرحله مجددا بازآرایی رخ می دهد و به مولکول 4 کربنی اجازه می دهد تا پیکربندی راحت تری پیدا کند (پیکربندی که به انرژی یا فشار ساختاری زیادی نیاز ندارد و به راحتی تشکیل پیوند می دهد). در طی این بازآرایی، گروه های غیر کربنی به مولکول اضافه شده و از آن حذف می شوند. GTP و FADH در این مراحل ساخته می شوند.

مولکول 4 کربنی کربن های خود را برای آخرین بار مرتب می کند و اگزالواستات تولید می کند. به یاد داشته باشید که اگزالواستات دوباره در چرخه بعدی استفاده خواهد شد. بار دیگر، مقداری از انرژی آزاد شده برای کاهش NAD به NADH منتقل می شود.

محصولات تولیدی در این چرخه:

• 1 GTP
• 3 NADH
• 1 FADH 
• 2 CO 
• اگزالواستات بازسازی شده

CO که در مرحله تبدیل (مرحله 2) آزاد می شود و دو CO که در چرخه اسید سیتریک ساخته می شود، همان سه کربنی هستند که از پیروات اولیه (ساخته شده در پایان مرحله 1 تنفس سلولی) به وجود آمده اند. پس از دو دور چرخه اسید سیتریک، یک مولکول گلوکز را به طور کامل به CO اکسید کرده و انرژی آن را در یک سری مراحل جذب می کند. این محصولات از چرخه اسید سیتریک در میتوکندری سلول های انسان ساخته می شوند.

مرحله 4: فسفوریلاسیون اکسیداتیو

در طی فسفوریلاسیون اکسیداتیو، NADH و FADH به زنجیره انتقال الکترون منتقل می‌شوند، در این فرایند الکترون‌های پرانرژی در نهایت سنتز ATP را هدایت می‌کنند.

چه نوع غذاهایی باید بخوریم تا چرخه اسید سیتریک خود را تقویت کنیم؟

بدن ما قادر به هضم کربوهیدرات های پیچیده، پروتئین ها و چربی ها برای تامین انرژی چرخه اسید سیتریک است. کربوهیدرات ها را می توان به گلوکز، اولین مولکول مورد استفاده در طی گلیکولیز، تجزیه کرد. به طور مشابه، پروتئین ها را می توان به بخش های اساسی خود تجزیه کرد تا استیل CoA، مولکولی که وارد چرخه اسید سیتریک می شود، تشکیل دهد. اجزای بسیاری از چربی ها می توانند به استیل CoA تبدیل شوند یا به گلوکز تبدیل گردند و بتوانند وارد چرخه اسید سیتریک شوند. اساساً، همه انواع مختلف غذایی که می خوریم می توانند در چرخه اسید سیتریک قرار گیرند.

درباره سایر اسید ها در وبسایت شیمیایی تهران بیشتر بخوانید:

• اسید لاکتیک
• اسید استیک
• اسید فسفریک
• اسید سولفونیک
• و…