ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र (क्रेब्स चक्र)

ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र सबसे पहले अंग्रेजी बायोकेमिस्ट जी क्रेब्स ने खोजा था।वह पाइरूवेट के पूर्ण दहन के लिए इस चक्र के महत्व को बताने वाले पहले व्यक्ति थे, जिसका मुख्य स्रोत ग्लाइकोलाइटिक रूपांतरण है। कार्बोहाइड्रेट. बाद में यह दिखाया गया कि ट्राइकारबॉक्सिलिक का चक्र अम्लवह केंद्र है जहां लगभग सभी चयापचय पथ अभिसरण होते हैं। इस प्रकार, क्रेब्स चक्र- आम अंत पथ ऑक्सीकरण एसिटलसमूह (एसिटाइल-सीओए के रूप में), जिसमें इसे प्रक्रिया में परिवर्तित किया जाता है अपचयअधिकांश कार्बनिक अणुओं, "सेलुलर ." की भूमिका निभा रहे हैं ईंधन»: कार्बोहाइड्रेट, वसायुक्त अम्लऔर अमीनो अम्ल.

ऑक्सीडेटिव के परिणामस्वरूप बनता है डिकार्बोजाइलेशनमें पाइरूवेट माइटोकॉन्ड्रियाएसिटाइल-सीओए प्रवेश करता है क्रेब्स चक्र. यह चक्र मैट्रिक्स में होता है माइटोकॉन्ड्रियाऔर आठ . के होते हैं क्रमिक प्रतिक्रियाएं(चित्र 10.9)। चक्र एसिटाइल-सीओए को ऑक्सालोसेटेट और गठन के साथ शुरू होता है साइट्रिक एसिड (सिट्रट) फिर नींबू का अम्ल(छह-कार्बन यौगिक) एक श्रृंखला द्वारा निर्जलीकरण(दूर ले जा रही है हाइड्रोजन) और दो डीकार्बोक्सिलेशन(सीओ 2 का विच्छेदन) दो कार्बन खो देता है परमाणुऔर फिर से क्रेब्स चक्रऑक्सालोएसेटेट (चार-कार्बन यौगिक) में बदल जाता है, अर्थात। चक्र एक के पूर्ण मोड़ के परिणामस्वरूप अणुएसिटाइल-सीओए सीओ 2 और एच 2 ओ में जलता है, और अणुऑक्सालोसेटेट पुन: उत्पन्न होता है। सभी आठ पर विचार करें क्रमिक प्रतिक्रियाएं(चरण) क्रेब्स चक्र.

चावल। 10.9.ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र (क्रेब्स चक्र).

प्रथम प्रतिक्रियाउत्प्रेरित एंजाइमसिट-चूहा-सिंथेज़, जबकि एसिटलएसिटाइल-सीओए समूह ऑक्सालोसेटेट के साथ संघनित होता है, जिसके परिणामस्वरूप का निर्माण होता है नींबू का अम्ल:

जाहिर है, इसमें प्रतिक्रियाओंसम्बंधित एंजाइमसिट्रिल-सीओए। फिर बाद वाला अनायास और अपरिवर्तनीय रूप से हाइड्रोलाइज हो जाता है सिट्रटऔर एचएस-कोए।

दूसरे के परिणामस्वरूप प्रतिक्रियाओंबनाया नींबू का अम्लसीआईएस-एकोनिटिक के गठन के साथ निर्जलीकरण से गुजरना पड़ता है अम्ल, जो, जोड़कर अणु पानी, इसमें जाता है आइसोसाइट्रिक एसिड(आइसोसाइट्रेट)। इन उत्क्रमणीय उत्प्रेरित करता है प्रतिक्रियाओंजलयोजन-निर्जलीकरण एंजाइमएकोनाइट हाइड्रैटेज़ (एकोनिटेज़)। नतीजतन, एच और ओएच का एक पारस्परिक आंदोलन होता है अणु सिट्रट:

तीसरा प्रतिक्रियागति को सीमित करने लगता है क्रेब्स चक्र. आइसोसाइट्रिक एसिडएनएडी-निर्भर आइसो-साइट्रेट डिहाइड्रोजनेज की उपस्थिति में निर्जलित।

आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज के दौरान प्रतिक्रियाओं आइसोसाइट्रिक एसिडसाथ ही डीकार्बोक्सिलेटेड। एनएडी-आश्रित आइसोसाइट्रेट डिहाइड्रोजनेज एलोस्टेरिक है एंजाइम, जो एक विशिष्ट के रूप में उत्प्रेरकआवश्यकता है एडीपी. के अलावा, एंजाइमअपने व्यक्त करने के लिए गतिविधिकी आवश्यकता है आयनोंएमजी 2+ या एमएन 2+।

चतुर्थी के दौरान प्रतिक्रियाओंα-ketoglutaric . का ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन अम्लएक उच्च-ऊर्जा यौगिक succinyl-CoA के निर्माण के साथ। इसका तंत्र प्रतिक्रियाओंउसके समान प्रतिक्रियाओंऑक्सीडेटिव डिकार्बोजाइलेशनएसिटाइल-सीओए के लिए पाइरूवेट, α-ketoglutarate डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स इसकी संरचना में पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स जैसा दिखता है। एक और दूसरे मामले में, प्रतिक्रियाओंभाग 5 सहएंजाइमों: टीपीपी, एमाइड लिपोइक एसिड, एचएस-कोए, एफएडी और एनएडी+।

पांचवां प्रतिक्रियाउत्प्रेरित एंजाइमसक्सीनिल-सीओए-सिंथेटेस। इसके दौरान प्रतिक्रियाओं succinyl-CoA GTP की भागीदारी के साथ और अकार्बनिक फॉस्फेटमें बदल जाता है स्यूसेनिक तेजाब (उत्तराधिकारी) उसी समय, GTP के उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट बंधन का निर्माण succinyl-CoA के उच्च-ऊर्जा थियोथर बंधन के कारण होता है:

नतीजतन, छठा प्रतिक्रियाओं उत्तराधिकारीमें निर्जलित फ्युमेरिक अम्ल. ऑक्सीकरण उत्तराधिकारीउत्प्रेरित सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज, में अणुजिसके बाद से प्रोटीनदृढ़ता से (सहसंयोजक) बाध्य कोएंजाइमएफएडी इसकी बारी में सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेजआंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल के साथ दृढ़ता से जुड़ा हुआ है झिल्ली:

सातवीं प्रतिक्रियाप्रभाव में किया गया एंजाइमफ्यूमरेट हाइड्रेटेज ( फ्यूमरेज़) एक ही समय में गठित फ्युमेरिक अम्लहाइड्रेटेड, उत्पाद प्रतिक्रियाओंएक सेब का अम्ल(मालत)। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि फ्यूमरेट हाइड्रेटेज है स्टीरियोस्पेसिफिकिटी(अध्याय 4 देखें) - दौरान प्रतिक्रियाओंएल-सेब बनता है अम्ल:

अंत में, आठवें के दौरान प्रतिक्रियाओं ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्रमाइटोकॉन्ड्रियल एनएडी-आश्रित के प्रभाव में मैलेट डिहाइड्रोजनेजचल रहा ऑक्सीकरणएल-मैलेट से ऑक्सालोसेटेट:

जैसा कि देखा जा सकता है, चक्र के एक मोड़ में, जिसमें आठ एंजाइम होते हैं प्रतिक्रियाओं, पूर्ण ऑक्सीकरण("दहन") one . का अणुओंएसिटाइल कोआ। चक्र के निरंतर संचालन के लिए, सिस्टम को एसिटाइल-सीओए की निरंतर आपूर्ति आवश्यक है, और सहएंजाइमों(एनएडी + और एफएडी), जो कम अवस्था में चले गए हैं, उन्हें बार-बार ऑक्सीकृत किया जाना चाहिए। ये है ऑक्सीकरणवाहक प्रणाली में किया गया इलेक्ट्रॉनोंमें श्वसन श्रृंखला(में श्वसन श्रृंखला एंजाइमों) में स्थानीयकृत झिल्ली माइटोकॉन्ड्रिया. परिणामी FADH 2 SDH के साथ दृढ़ता से जुड़ा हुआ है, इसलिए यह संचारित होता है परमाणुओं हाइड्रोजनकोक्यू के माध्यम से एक परिणाम के रूप में जारी किया गया ऑक्सीकरणएसिटाइल-सीओए ऊर्जा काफी हद तक मैक्रोर्जिक फॉस्फेट बॉन्ड में केंद्रित है एटीपी. 4 . से भाप परमाणुओं हाइड्रोजन 3 जोड़ों NADH को परिवहन प्रणाली में स्थानांतरित करें इलेक्ट्रॉनों; प्रत्येक पर गिनती करते समय जोड़ाजैविक प्रणाली में ऑक्सीकरणगठित 3 अणुओं एटीपी(संयुग्मित के दौरान ), और कुल मिलाकर, इसलिए, 9 अणुओं एटीपी(अध्याय 9 देखें)। एक जोड़ा परमाणुओंसक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज-एफएडीएच 2 से परिवहन प्रणाली में प्रवेश करता है इलेक्ट्रॉनोंकोक्यू के माध्यम से, जिसके परिणामस्वरूप केवल 2 अणुओं एटीपी. दौरान क्रेब्स चक्रएक भी संश्लेषित है अणुजीटीपी (सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण), जो एक . के बराबर है अणु एटीपी. तो, अत ऑक्सीकरणएक अणुओंएसिटाइल-सीओए in क्रेब्स चक्रऔर प्रणाली ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरणफॉर्म 12 . हो सकता है अणुओं एटीपी.

यदि हम ग्लाइकोलाइटिक दरार के कुल ऊर्जा प्रभाव की गणना करते हैं शर्कराऔर बाद में ऑक्सीकरणदो उभरते अणुओंसीओ 2 और एच 2 ओ के लिए पाइरूवेट, तो यह बहुत बड़ा होगा।

जैसा कि उल्लेख किया गया है, एक अणुनाध (3 .) अणुओं एटीपी) ऑक्सीडेटिव के दौरान बनता है डिकार्बोजाइलेशनपाइरूवेट से एसिटाइल-सीओए। एक को विभाजित करते समय अणुओं शर्करा 2 . का गठन अणुओंपाइरूवेट, और ऑक्सीकरण 2 तक अणुओंएसिटाइल-सीओए और बाद के 2 मोड़ ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्रसंश्लेषित 30 अणुओं एटीपी(इस तरह, ऑक्सीकरण अणुओंसीओ 2 को पाइरूवेट और एच 2 ओ 15 . देता है अणुओं एटीपी) इस संख्या में जोड़ा जाना चाहिए 2 अणुओं एटीपीएरोबिक के दौरान गठित ग्लाइकोलाइसिस, और 6 अणुओं एटीपी, द्वारा संश्लेषित ऑक्सीकरण 2 अणुओंएक्स्ट्रामाइटोकॉन्ड्रियल एनएडीएच, जो के दौरान बनते हैं ऑक्सीकरण 2 अणुओंडिहाइड्रोजनेज में ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट प्रतिक्रियाओं ग्लाइकोलाइसिस. इसलिए, में विभाजित होने पर ऊतकोंएक अणुओं शर्करासमीकरण C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O, 38 के अनुसार संश्लेषित होता है अणुओं एटीपी. निःसंदेह ऊर्जा की दृष्टि से पूर्ण बंटवारा शर्कराअवायवीय की तुलना में अधिक कुशल प्रक्रिया है ग्लाइकोलाइसिस.

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि 2 अणुओंभविष्य में NADH के साथ ऑक्सीकरण 6 . नहीं दे सकते अणुओं एटीपी, लेकिन केवल 4. तथ्य यह है कि वे स्वयं अणुओंएक्स्ट्रामाइटोकॉन्ड्रियल एनएडीएच के माध्यम से प्रवेश करने में सक्षम नहीं हैं झिल्लीअंदर माइटोकॉन्ड्रिया. हालांकि, वे देते हैं इलेक्ट्रॉनोंजैविक की माइटोकॉन्ड्रियल श्रृंखला में शामिल किया जा सकता है ऑक्सीकरणतथाकथित ग्लिसरॉल फॉस्फेट शटल तंत्र का उपयोग करना (चित्र 10.10)। साइटोप्लाज्मिक एनएडीएच पहले ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट बनाने के लिए साइटोप्लाज्मिक डाइहाइड्रॉक्सीएसीटोन फॉस्फेट के साथ प्रतिक्रिया करता है। प्रतिक्रियाकटैलिसीस

चावल। 10.10.ग्लिसरॉल फॉस्फेट शटल तंत्र। पाठ में स्पष्टीकरण।

एनएडी-निर्भर साइटोप्लाज्मिक ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा नियंत्रित किया जाता है:

डायहाइड्रोक्सीसिटोन फॉस्फेट + एनएडीएच + एच +<=>ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट + एनएडी +।

परिणामस्वरूप ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट आसानी से माइटोकॉन्ड्रियल के माध्यम से प्रवेश करता है झिल्ली. अंदर माइटोकॉन्ड्रियादूसरा (माइटोकॉन्ड्रियल) ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज (फ्लेविन) एंजाइम) ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट को फिर से डाइहाइड्रॉक्सीएसीटोन फॉस्फेट में ऑक्सीकृत करता है:

ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट + FAD<=>डायहाइड्रोक्सीसिटोन फॉस्फेट + FADH 2.

बहाल फ्लेवोप्रोटीन(एंजाइम-एफएडीएच 2) उसके द्वारा अधिग्रहित कोक्यू के स्तर पर परिचय देता है इलेक्ट्रॉनोंजैविक की श्रृंखला में ऑक्सीकरणऔर इसके साथ जुड़े ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण, और डायहाइड्रोक्सीएसीटोन फॉस्फेट से निकलता है माइटोकॉन्ड्रियामें कोशिका द्रव्यऔर साइटोप्लाज्मिक एनएडीएच + एच + के साथ फिर से बातचीत कर सकता है। इस प्रकार, जोड़ा इलेक्ट्रॉनों(एक से अणुओंसाइटोप्लाज्मिक एनएडीएच + एच +), में पेश किया गया श्वसन श्रृंखलाग्लिसरॉल फॉस्फेट शटल तंत्र का उपयोग करके, 3 नहीं, बल्कि 2 . देता है एटीपी.

चावल। 10.11.साइटोसोलिक एनएडीएच से माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में समकक्षों को कम करने के हस्तांतरण के लिए मैलेट-एस्पार्टेट शटल सिस्टम। पाठ में स्पष्टीकरण।

इसके बाद, यह दिखाया गया कि इस शटल तंत्र का उपयोग केवल कंकाल की मांसपेशियों और मस्तिष्क में साइटोसोलिक एनएडीएच + एच + से कम समकक्षों को स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। माइटोकॉन्ड्रिया.

पर प्रकोष्ठों जिगर, गुर्दे और हृदय, एक अधिक जटिल malate-as-partate शटल प्रणाली संचालित होती है। ऐसे शटल तंत्र का संचालन उपस्थिति के कारण संभव हो जाता है मैलेट डिहाइड्रोजनेजऔर साइटोसोल और इन दोनों में एस्पार्टेट एमिनोट्रांस्फरेज माइटोकॉन्ड्रिया.

यह पाया गया कि साइटोसोलिक एनएडीएच + एच + कम समकक्षों से, पहले भागीदारी के साथ एंजाइम मैलेट डिहाइड्रोजनेज(चित्र 10.11) साइटोसोलिक ऑक्सालोएसेटेट में स्थानांतरित हो जाते हैं। नतीजतन, मैलेट का निर्माण होता है, जो एक प्रणाली की मदद से परिवहन करता है डाइकारबॉक्सिलिक अम्ल, भीतर से गुजरता है झिल्ली माइटोकॉन्ड्रियामैट्रिक्स में। यहां, मैलेट को ऑक्सालोएसेटेट में ऑक्सीकृत किया जाता है, और मैट्रिक्स एनएडी + को एनएडीएच + एच + तक कम कर दिया जाता है, जो अब इसे स्थानांतरित कर सकता है इलेक्ट्रॉनोंमें श्वसन श्रृंखला एंजाइमों, आंतरिक पर स्थानीयकृत झिल्ली माइटोकॉन्ड्रिया. बदले में, ग्लूटामेट की उपस्थिति में परिणामी ऑक्सालोसेटेट और एंजाइमएएसएटी में प्रवेश करता है प्रतिक्रिया संक्रमण. परिणामी एस्पार्टेट और α-ketoglutarate, विशेष परिवहन प्रणालियों की मदद से, गुजरने में सक्षम हैं झिल्ली माइटोकॉन्ड्रिया.

साइटोसोल में परिवहन ऑक्सालोसेटेट को पुन: उत्पन्न करता है, जो अगले चक्र को ट्रिगर करता है। सामान्य तौर पर, प्रक्रिया में आसानी से प्रतिवर्ती शामिल होता है प्रतिक्रियाओं, ऊर्जा की खपत के बिना होता है, इसकी "प्रेरक शक्ति" स्थिर होती है स्वास्थ्य लाभएनएडी + साइटोसोल में ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट द्वारा, जो के दौरान बनता है अपचय शर्करा.

इसलिए, यदि मैलेट-एस्पार्टेट तंत्र कार्य करता है, तो पूर्ण के परिणामस्वरूप ऑक्सीकरणएक अणुओं शर्करा 36 नहीं, बल्कि 38 . बन सकता है अणुओं एटीपी(सारणी 10.1)।

तालिका में। 10.1 दिए गए हैं प्रतिक्रियाओं, जिसमें उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट बांड का निर्माण होता है अपचय शर्करा, एरोबिक और एनारोबिक स्थितियों के तहत प्रक्रिया की दक्षता को दर्शाता है

रूसी संघ के शिक्षा मंत्रालय

समारा राज्य तकनीकी विश्वविद्यालय

कार्बनिक रसायन विभाग

विषय पर सार:

"ट्राइकाबोक्सिक एसिड का चक्र (क्रेब्स चक्र)"

छात्र द्वारा पूर्ण: III - NTF - 11

एरोशकिना एन.वी.

चेक किया गया।

अवायवीय किण्वन की प्रक्रिया उन दिनों सभी जीवित चीजों के लिए ऊर्जा के मुख्य स्रोत के रूप में कार्य करती थी जब पृथ्वी के वायुमंडल में ऑक्सीजन नहीं थी। इसकी उपस्थिति ने ऊर्जा प्राप्त करने के लिए मौलिक रूप से नई संभावनाएं खोलीं। ऑक्सीजन एक अच्छा ऑक्सीकरण एजेंट है, और जब कार्बनिक पदार्थों का ऑक्सीकरण होता है, तो किण्वन की तुलना में दस गुना अधिक ऊर्जा निकलती है। तो, ग्लूकोज के ऑक्सीकरण के दौरान C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6H 2 O + 6CO 2, 686 kcal प्रति मोल निकलता है, जबकि लैक्टिक एसिड किण्वन की प्रतिक्रिया में केवल 47 kcal प्रति mol होता है।

स्वाभाविक रूप से, कोशिकाओं ने उन अवसरों का उपयोग करना शुरू कर दिया जो खुले थे। एरोबिक परिस्थितियों में एटीपी संश्लेषण अवायवीय संश्लेषण की तुलना में बहुत अधिक कुशल है: यदि किण्वन के दौरान 1 ग्लूकोज अणु के उपयोग के दौरान 2 एटीपी अणु बनते हैं, तो ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के दौरान - लगभग 30 (पुराने आंकड़ों के अनुसार - 38)। हम पाठ 12 में ऊर्जा संतुलन के बारे में अधिक बात करेंगे।

विभिन्न कार्बनिक पदार्थ ऑक्सीडेटिव परिवर्तनों से गुजरते हैं - अमीनो एसिड, शर्करा, फैटी एसिड, आदि के चयापचय के मध्यवर्ती मेटाबोलाइट्स। उनमें से प्रत्येक के लिए अपना स्वयं का चयापचय मार्ग बनाना अतार्किक होगा। पहले इन सभी पदार्थों को एक एकीकृत ऑक्सीकरण एजेंट के साथ ऑक्सीकरण करना अधिक सुविधाजनक है, और फिर ऑक्सीजन के साथ ऐसे "सार्वभौमिक ऑक्सीकरण एजेंट" के परिणामी कम रूप को ऑक्सीकरण करना है। निकोटिनामाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड, एनएडी, कोशिका में इस सार्वभौमिक रेडॉक्स मध्यवर्ती के रूप में प्रयोग किया जाता है; हम इस यौगिक के बारे में पहले ही पाठ 10 में बात कर चुके हैं। जैसा कि पाठ 10 में बताया गया है, यह पदार्थ दो रूपों में मौजूद हो सकता है: ऑक्सीकृत NAD + और अपचयित NAD∙H। पहले रूप को दूसरे रूप में बदलने के लिए दो इलेक्ट्रॉनों और एक H + आयन की आपूर्ति की आवश्यकता होती है।

प्रणाली एक रेडॉक्स शटल की भूमिका निभाता है जो विभिन्न कार्बनिक पदार्थों से ऑक्सीजन में इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करता है: पहले चरण में, एनएडी + कार्बनिक पदार्थों से इलेक्ट्रॉनों को लेता है, अंततः उन्हें सीओ 2 और एच 2 ओ में ऑक्सीकरण करता है (बेशक, एक चरण में नहीं, लेकिन कई मध्यवर्ती कनेक्शनों के माध्यम से); दूसरे चरण में, ऑक्सीजन पहले चरण के दौरान बने NAD∙H का ऑक्सीकरण करती है और इसे वापस ऑक्सीकृत अवस्था में लौटा देती है।

तो, सबसे सामान्य रूप में, एरोबिक स्थितियों (यानी, ऑक्सीजन की उपस्थिति में) के तहत विभिन्न पदार्थों की अपघटन प्रतिक्रियाओं का सेट निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

1)	कार्बनिक यौगिक +
2)

पहले चरण की प्रतिक्रियाएं या तो साइटोप्लाज्म या माइटोकॉन्ड्रिया में होती हैं, जबकि दूसरे चरण की प्रतिक्रियाएं केवल माइटोकॉन्ड्रिया में होती हैं। इस पाठ में हम केवल पहले समूह की प्रतिक्रियाओं पर विचार करेंगे, दूसरे समूह की प्रतिक्रियाओं का अध्ययन 12वें पाठ में किया जाएगा।

सेल में एक और कोएंजाइम है - एफएडी (फ्लेविन एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड) - जो रेडॉक्स शटल के रूप में भी कार्य करता है, लेकिन एनएडी की तुलना में कम प्रतिक्रियाओं में उपयोग किया जाता है; यह विटामिन बी 2 - राइबोफ्लेविन से संश्लेषित होता है।

आइए विशिष्ट चयापचय मार्गों को देखें - ग्लूकोज और फैटी एसिड का ऑक्सीडेटिव रूपांतरण। एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस उन्हीं प्रतिक्रियाओं से शुरू होता है जो एनारोबिक ग्लाइकोलाइसिस के रूप में हम पहले ही विचार कर चुके हैं (पाठ 10 देखें)। हालांकि, प्रक्रिया के अंतिम चरण अलग तरीके से आगे बढ़ेंगे। एनारोबिक ग्लाइकोलाइसिस करते समय, कोशिका को एक समस्या का सामना करना पड़ा: कम NAD∙H के साथ क्या करना है, जो ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया के दौरान बनता है? यदि इसे वापस एनएडी + में ऑक्सीकृत नहीं किया जाता है, तो प्रक्रिया जल्दी से रुक जाएगी, इसलिए, एनारोबिक ग्लाइकोलाइसिस में, अंतिम प्रतिक्रिया - लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज - बस इस कोएंजाइम को उसके मूल रूप में वापस करने के लिए कार्य करती है। एरोबिक स्थितियों में ऐसी कोई समस्या नहीं होती है। इसके विपरीत, NAD∙H ऑक्सीजन चयापचय में ऊर्जा के सबसे मूल्यवान स्रोत के रूप में कार्य करता है - एक विशेष वाहक प्रणाली इसे साइटोसोल से माइटोकॉन्ड्रिया तक पहुंचाती है, जहां यह ऑक्सीकरण होता है, और इस ऊर्जा के कारण एटीपी को संश्लेषित किया जाता है।

जब ग्लाइकोलाइसिस एरोबिक परिस्थितियों में होता है, तो पाइरुविक एसिड कम नहीं होगा, लेकिन माइटोकॉन्ड्रिया में ले जाया जाएगा और ऑक्सीकृत हो जाएगा। सबसे पहले, यह एक एसिटिक एसिड अवशेष में बदल जाएगा, एसिटाइल, सहसंयोजक एक विशेष कोएंजाइम से जुड़ा हुआ है - तथाकथित कोएंजाइम ए।

यह अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया माइटोकॉन्ड्रियल एंजाइम पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा की जाती है, जो कार्बन डाइऑक्साइड की रिहाई के साथ पाइरुविक एसिड को एसिटाइल-कोएंजाइम ए में ऑक्सीकरण करता है। इस एंजाइम में इसके काम के लिए आवश्यक कई कोएंजाइम होते हैं: थायमिन पाइरोफॉस्फेट (विटामिन बी 1 - थायमिन से निर्मित), लिपोइक एसिड (इसे कभी-कभी स्वास्थ्य को बढ़ावा देने वाले आहार पूरक के रूप में उपयोग किया जाता है) और एफएडी (हमने इसके बारे में पहले ही ऊपर लिखा था)। यह एक बहुत ही जटिल प्रोटीन है, जिसमें कई सबयूनिट होते हैं, इसका आणविक भार कई मिलियन डाल्टन होता है।

कोएंजाइम ए, जिससे एक एसिटाइल अवशेष जुड़ा होता है, पैंटोथेनिक एसिड से संश्लेषित होता है, जो एक विटामिन (विटामिन बी 5) भी है। एसिटाइल-कोएंजाइम ए एक मैक्रोरग है जो एटीपी के रूप में ऊर्जा में समृद्ध है (पाठ 9 देखें)।

पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज एरोबिक ग्लूकोज अपचय के नियमन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह एंजाइम NAD∙H और एसिटाइल-सीओए, इसके अंतिम उत्पादों द्वारा नकारात्मक प्रतिक्रिया तरीके से बाधित होता है। इस प्रोटीन के आवंटन और सहसंयोजक संशोधन दोनों सहित एक जटिल तंत्र का उपयोग करके विनियमन किया जाता है। यह एंजाइम फैटी एसिड द्वारा भी बाधित होता है। फैटी एसिड ऊर्जा का एक अधिक कैलोरी स्रोत हैं, और इसके अलावा, वे सेल में सिंथेटिक प्रक्रियाओं को पूरा करने के लिए कम मूल्यवान हैं, इसलिए, ग्लूकोज (आखिरकार, पाइरूवेट इससे बनता है) और फैटी एसिड दोनों की उपस्थिति में, यह है पहले फैटी एसिड को ऑक्सीकरण करने की सलाह दी जाती है।

फिर एसिटाइल-कोएंजाइम ए को सीओ 2 और एच 2 ओ में ऑक्सीकृत किया जाएगा, जिसे क्रेब्स चक्र कहा जाता है (जी क्रेब्स के सम्मान में, जिन्होंने पहली बार 1937 में इसका वर्णन किया था)।

सेल के ऊर्जा चयापचय में क्रेब्स चक्र की मुख्य भूमिका कम कोएंजाइम NAD∙H और FAD∙H 2 प्राप्त करना है, जो तब ADP और फॉस्फेट से ATP को संश्लेषित करने के लिए ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत किया जाएगा (हम इस प्रक्रिया पर पाठ में विचार करेंगे) 12)। कोएंजाइम की बहाली एसिटिक एसिड अवशेषों के सीओ 2 और एच 2 ओ के पूर्ण ऑक्सीकरण द्वारा प्राप्त की जाती है।

चक्र एसिटाइल-सीओए से ऑक्सालोएसेटिक एसिड (एक तटस्थ वातावरण में, यह ऑक्सालोसेटेट आयन है) में एसिटिक एसिड अवशेषों के हस्तांतरण के साथ शुरू होता है, जिसके परिणामस्वरूप साइट्रिक एसिड (अधिक सटीक, साइट्रेट आयन) बनता है, और कोएंजाइम ए जारी किया जाता है। यह प्रतिक्रिया एंजाइम साइट्रेट सिंथेज़ द्वारा उत्प्रेरित होती है और अपरिवर्तनीय है।

इस चरण में शामिल कार्बनिक अम्लों में तीन कार्बोक्सिल समूह होते हैं, कभी-कभी पूरे चक्र को "ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र" कहा जाता है, लेकिन यह नाम दुर्भाग्यपूर्ण है - पहले से ही अगले चरण में एक कार्बोक्सिल समूह खो गया है। इसलिए, चक्र को अक्सर "ट्राइकारबॉक्सिलिक और डाइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र" के रूप में जाना जाता है।

दोनों ही मामलों में, कार्बन डाइऑक्साइड जारी किया जाता है, ऑक्सीकरण एजेंट एनएडी + एनएडी ∙ एच तक कम हो जाता है, और प्रतिक्रिया के दौरान कोएंजाइम ए में छोटा एसिड अवशेष जोड़ा जाता है। ए। α-ketoglutarate डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज के रूप में अपरिवर्तनीय है प्रतिक्रिया, और इसे उत्प्रेरित करने वाले एंजाइम में समान कोएंजाइम होते हैं।

प्रतिक्रिया उत्पाद succinyl-coenzyme A, एसिटाइल-कोएंजाइम A की तरह ऊर्जा से भरपूर है। इस ऊर्जा को गर्मी में नष्ट करना मूर्खता होगी, और सेल इस तरह के कचरे की अनुमति नहीं देता है। Succinyl-CoA केवल succinic acid (अधिक सटीक रूप से, succinate ion) और कोएंजाइम A के लिए हाइड्रोलाइज्ड नहीं है, इस प्रतिक्रिया के दौरान, GTP को GDP और फॉस्फेट से संश्लेषित किया जाता है, और GTP ATP की तरह मैक्रोर्जिक है।

Succinic एसिड आगे ऑक्सीकरण से गुजरता है। हालांकि, इसका ऑक्सीकरण एजेंट सामान्य एनएडी + नहीं है, बल्कि एक अन्य कोएंजाइम - एफएडी है। प्रकृति ने इस विशेष कोएंजाइम का उपयोग क्रेब्स चक्र का अध्ययन करने वाले छात्रों और स्कूली बच्चों के जीवन को जहर देने के लिए बिल्कुल नहीं किया। तथ्य यह है कि स्यूसिनिक एसिड में, एक बहुत ही निष्क्रिय समूह -सीएच 2 -सीएच 2 - ऑक्सीकरण के अधीन है। कार्बनिक रसायन विज्ञान के पाठ्यक्रम को याद रखें - एल्केन्स आमतौर पर अल्कोहल और एल्डिहाइड की तुलना में थोड़ा प्रतिक्रियाशील होते हैं, उन्हें ऑक्सीकरण करना अधिक कठिन होता है। यहां भी, सेल को एक मजबूत फ्लेविन ऑक्सीडेंट का उपयोग करने के लिए मजबूर किया जाता है, न कि सामान्य निकोटीनैमाइड। उसी समय, succinic एसिड फ्यूमरिक एसिड में बदल जाता है, एंजाइम succinate dehydrogenase द्वारा प्रतिक्रिया को तेज किया जाता है।

चक्र की अंतिम प्रतिक्रिया ऑक्सैलोएसेटिक एसिड के लिए मैलिक एसिड का ऑक्सीकरण है, प्रसिद्ध एनएडी + एक ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है, और प्रतिक्रिया एंजाइम मैलेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होती है।

परिणामी NAD∙H और FAD∙H 2 को फिर माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीकृत किया जाता है, जिससे ATP संश्लेषण के लिए ऊर्जा मिलती है। क्रेब्स चक्र जीटीपी के 1 अणु का भी उत्पादन करता है, एक ऊर्जा-समृद्ध यौगिक जो फॉस्फेट अवशेषों को एडीपी में स्थानांतरित करने और एटीपी बनाने में सक्षम है। ऑक्सैलोएसेटिक एसिड अणु बिना किसी बदलाव के चक्र को छोड़ देता है - यह एसिटाइल कोएंजाइम ए के ऑक्सीकरण के लिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है, और चक्र के प्रत्येक मोड़ के अंत में अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाता है। क्रेब्स चक्र एंजाइम माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में स्थित होते हैं (सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज को छोड़कर, यह आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली पर स्थित होता है)।

क्रेब्स चक्र में, कई एंजाइम एक साथ नियंत्रित होते हैं। आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज NAD∙H, चक्र के अंतिम उत्पाद द्वारा बाधित होता है, और ADP द्वारा सक्रिय होता है, जो ऊर्जा व्यय के दौरान बनने वाला पदार्थ है। मैलेट डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया की उत्क्रमणीयता भी चक्र नियमन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। NAD∙H की उच्च सांद्रता पर, यह प्रतिक्रिया दाएं से बाएं ओर, मैलेट के निर्माण की ओर बढ़ती है। नतीजतन, ऑक्सालोसेटेट की एकाग्रता गिर जाती है, और साइट्रेट सिंथेज़ प्रतिक्रिया की दर कम हो जाती है। परिणामी मैलेट का उपयोग अन्य चयापचय प्रक्रियाओं में किया जा सकता है। साइट्रेट सिंथेज़ भी एटीपी द्वारा पूरी तरह से बाधित है। α-ketoglutarate dehydrogenase की गतिविधि को भी नियंत्रित किया जाता है।

क्रेब्स चक्र न केवल ग्लूकोज, बल्कि फैटी एसिड और अमीनो एसिड के ऑक्सीडेटिव परिवर्तनों में शामिल है। बाहरी झिल्ली के माध्यम से प्रवेश के बाद, फैटी एसिड पहले कोएंजाइम ए के अतिरिक्त साइटोप्लाज्म में सक्रिय होते हैं, जबकि एटीपी के दो मैक्रोर्जिक बॉन्ड खपत होते हैं:

R–COOH + HS–KoA + ATP = R–CO–S–KoA + AMP + P–P।

पाइरोफॉस्फेट तुरंत एंजाइम पाइरोफॉस्फेट द्वारा साफ किया जाता है, प्रतिक्रिया के संतुलन को दाईं ओर स्थानांतरित कर देता है।

एसाइल-कोएंजाइम ए को फिर माइटोकॉन्ड्रिया में स्थानांतरित कर दिया जाता है।

इन जीवों में, फैटी एसिड के तथाकथित β-ऑक्सीकरण की एक एंजाइमेटिक प्रणाली संचालित होती है। β-ऑक्सीकरण की प्रक्रिया चरणों में आगे बढ़ती है। प्रत्येक चरण में, एसिटाइल कोएंजाइम ए के रूप में एक दो-कार्बन टुकड़ा फैटी एसिड से अलग हो जाता है, और एनएडी + एनएडी एच और एफएडी से एफएडी ∙ एच 2 तक कम हो जाता है।

पहली प्रतिक्रिया के दौरान, कार्बोनिल कार्बन परमाणु के पास स्थित -CH 2 -CH 2 - समूह का ऑक्सीकरण होता है। क्रेब्स चक्र में सक्सेनेट ऑक्सीकरण के मामले में, एफएडी ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है। तब (दूसरी प्रतिक्रिया) परिणामी असंतृप्त यौगिक का दोहरा बंधन हाइड्रेटेड होता है, जबकि तीसरा कार्बन परमाणु हाइड्रॉक्सिलेटेड हो जाता है - कोएंजाइम ए से जुड़ा एक β-हाइड्रॉक्सी एसिड बनता है। तीसरी प्रतिक्रिया के दौरान, यह अल्कोहल समूह एक कीटो में ऑक्सीकृत हो जाता है समूह, NAD + का उपयोग ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में किया जाता है। अंत में, कोएंजाइम ए का एक और अणु परिणामी बीटा-केटोएसिल कोएंजाइम ए के साथ प्रतिक्रिया करता है। परिणामस्वरूप, एसिटाइल कोएंजाइम ए को हटा दिया जाता है, और एसाइल-सीओए को दो कार्बन परमाणुओं द्वारा छोटा कर दिया जाता है। अब दूसरी बार चक्रीय प्रक्रिया आगे बढ़ेगी, फैटी एसिड अवशेषों को एक और एसिटाइल-सीओए द्वारा छोटा किया जाएगा, और इसी तरह जब तक फैटी एसिड पूरी तरह से साफ नहीं हो जाता। β-ऑक्सीकरण की चार प्रतिक्रियाओं में से, केवल पहली अपरिवर्तनीय है, बाकी प्रतिवर्ती हैं, बाएं से दाएं उनका मार्ग अंत उत्पादों के निरंतर उत्पादन द्वारा सुनिश्चित किया जाता है।

कुल मिलाकर, पामिटॉयल-कोएंजाइम ए का β-ऑक्सीकरण समीकरण के अनुसार आगे बढ़ता है:

एसिटाइल-सीओए फिर क्रेब्स चक्र में प्रवेश करता है। NAD∙H और FAD∙H 2 माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीकृत होते हैं, एटीपी संश्लेषण के लिए ऊर्जा प्रदान करते हैं।

अमीनो एसिड अपचय भी क्रेब्स चक्र के माध्यम से आगे बढ़ता है। विभिन्न अमीनो एसिड विभिन्न चयापचय मार्गों के माध्यम से चक्र में प्रवेश करते हैं, और उनका विचार इस पाठ्यक्रम के लिए बहुत जटिल है।

क्रेब्स चक्र का उपयोग कोशिका द्वारा न केवल ऊर्जा की जरूरतों के लिए किया जाता है, बल्कि इसके लिए आवश्यक कई पदार्थों के संश्लेषण के लिए भी किया जाता है। यह कोशिका के अपचय और उपचय दोनों प्रक्रियाओं में केंद्रीय चयापचय मार्ग है।

खुद हंस क्रेब्स ने पहले सैद्धांतिक रूप से सुझाव दिया कि di- और ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड के परिवर्तन चक्रीय रूप से आगे बढ़ते हैं, और फिर प्रयोगों की एक श्रृंखला की जिसमें उन्होंने इन एसिड के अंतःरूपणों और एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस को उत्तेजित करने की उनकी क्षमता को दिखाया। हालांकि, इस तरह से इस चयापचय मार्ग के प्रवाह के लिए मजबूत सबूत, और अन्यथा नहीं, समस्थानिक लेबलिंग के प्रयोगों का उपयोग करके प्राप्त किया गया था।

कल्पना कीजिए कि आपने क्रेब्स चक्र के एक निश्चित मध्यवर्ती मेटाबोलाइट में एक सामान्य प्राकृतिक आइसोटोप को एक रेडियोधर्मी के साथ बदल दिया है। अब यह पदार्थ, जैसा कि यह था, एक रेडियोधर्मी लेबल धारण करता है, और इससे इसके आगे के भाग्य का पता लगाना संभव हो जाता है। इस तरह के लेबल वाले कंपाउंड को सेल एक्सट्रैक्ट में जोड़ा जा सकता है और थोड़ी देर बाद देखें कि यह क्या बदल जाता है। ऐसा करने के लिए, आप छोटे अणुओं को मैक्रोमोलेक्यूल्स से अलग कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, बाद की वर्षा द्वारा) और क्रोमैटोग्राफिक विधि का उपयोग करके उनके मिश्रण को अलग कर सकते हैं (पाठ 8 देखें)। फिर यह केवल यह निर्धारित करने के लिए रहता है कि किन पदार्थों में रेडियोधर्मिता है। उदाहरण के लिए, यदि आप रेडियोधर्मी लेबल वाले साइट्रिक एसिड को अर्क में मिलाते हैं, तो बहुत जल्द लेबल सिस-एकोनिटिक और आइसोसाइट्रिक एसिड में और कुछ समय बाद α-ketoglutaric में मिल जाएगा। यदि लेबल किए गए α-ketoglutaric एसिड को जोड़ा जाता है, तो लेबल सबसे पहले succinyl-coenzyme A और succinic acid में, फिर fumaric एसिड में चला जाएगा। इस प्रकार, विभिन्न रेडियोधर्मी लेबल वाले पदार्थों को जोड़कर और यह निर्धारित करके कि रेडियोधर्मी लेबल कहाँ गया, चयापचय पथ के किसी भी चरण में प्रतिक्रियाओं के अनुक्रम का पता लगाना संभव है।

रेडियोधर्मिता को विभिन्न तरीकों से निर्धारित किया जा सकता है। एक फोटोग्राफिक इमल्शन को रोशन करने का सबसे आसान तरीका है, क्योंकि रेडियोधर्मिता की खोज ए। बेकरेल ने ही की थी, क्योंकि रेडियोधर्मी विकिरण की फोटोग्राफिक प्लेट को रोशन करने की क्षमता के कारण। उदाहरण के लिए, यदि हम पतली परत क्रोमैटोग्राफी द्वारा पदार्थों के मिश्रण को अलग करते हैं और हम जानते हैं कि किसी विशेष पदार्थ का स्थान कहाँ स्थित है, तो हम बस अपने क्रोमैटोग्राम में एक फोटोग्राफिक प्लेट संलग्न कर सकते हैं। फिर फोटोग्राफिक प्लेट का वह भाग जो रेडियोधर्मिता वाले स्थान के संपर्क में था, प्रकाशित हो जाएगा। यह केवल यह देखने के लिए रहता है कि किस पदार्थ के धब्बे के पास इमल्शन जलता है, और कोई तुरंत कह सकता है कि यह इन पदार्थों में था कि रेडियोधर्मी लेबल पारित हुआ।

इस विधि को कहा जाता है ऑटोरैडियोग्राफी . इसका उपयोग न केवल छोटे अणुओं, बल्कि बड़े अणुओं का भी अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, एक जीवित कोशिका में रेडियोधर्मी लेबल वाले यूरिडीन को जोड़कर। जैसा कि हमने पाठ 7 में कहा था, यूरिडीन न्यूक्लियोटाइड आरएनए का हिस्सा हैं, इसलिए इस मैक्रोमोलेक्यूल को जल्द ही रेडियोधर्मी रूप से लेबल किया जाएगा। अब सेल में आरएनए के स्थान और परिवहन को ट्रैक करना संभव है। ऐसा करने के लिए, आपको कोशिकाओं को ठीक करने की आवश्यकता है ताकि आगे की प्रक्रियाओं के दौरान मैक्रोमोलेक्यूल्स अवक्षेपित हो जाएं और दूर न तैरें, उन्हें फोटोग्राफिक इमल्शन से भरें और थोड़ी देर बाद माइक्रोस्कोप से देखें, जहां प्रबुद्ध क्षेत्र दिखाई देते हैं।

ऑटोरैडियोग्राफी सेल में अणुओं के भाग्य का सीधे निरीक्षण करना संभव बनाती है। हालांकि, विधि में एक खामी भी है - यह केवल एक रेडियोधर्मी लेबल की उपस्थिति की गुणात्मक विशेषता देता है और इसे मात्रात्मक रूप से मापने की अनुमति नहीं देता है। सटीक मात्रात्मक माप के लिए, एक अलग विधि का उपयोग किया जाता है। रेडियोधर्मी समस्थानिकों से निकलने वाले β-कण विशेष पदार्थों - स्किंटिलेटर्स की चमक पैदा करते हैं। इस चमक की तीव्रता को एक विशेष उपकरण - एक जगमगाहट काउंटर का उपयोग करके सटीक रूप से मापा जा सकता है। चमक को सटीक रूप से मापकर, हम रेडियोधर्मी आइसोटोप की मात्रा को सटीक रूप से निर्धारित कर सकते हैं। हालांकि, जगमगाहट काउंटर का उपयोग केवल नमूने में रेडियोधर्मी आइसोटोप की कुल मात्रा को मापता है। यदि हम एक सेल निलंबन को एक स्किन्टिलेटर समाधान के साथ भर देते हैं, तो हम एक रेडियोधर्मी यौगिक की कुल मात्रा निर्धारित कर सकते हैं, लेकिन ऑर्गेनेल पर इसका वितरण नहीं। ऐसा करने के लिए, हमें अलग-अलग सेल ऑर्गेनेल को अलग करना होगा और उनमें रेडियोधर्मिता को मापना होगा।

आमतौर पर जैव रासायनिक अनुसंधान में ट्रिटियम 3 एच, कार्बन 14 सी, फॉस्फोरस 32 पी और सल्फर 35 एस जैसे आइसोटोप का उपयोग किया जाता है।

कार्बन की रासायनिक ऊर्जा का अधिकांश भाग ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ एरोबिक परिस्थितियों में जारी किया जाता है। क्रेब्स चक्र को साइट्रिक एसिड चक्र, या सेलुलर श्वसन भी कहा जाता है। कई वैज्ञानिकों ने इस प्रक्रिया की व्यक्तिगत प्रतिक्रियाओं को समझने में भाग लिया: ए। सजेंट-ग्योर्गी, ए। लेह्निंगर, एक्स। क्रेब्स, जिनके नाम पर चक्र का नाम एस। ई। सेवेरिन और अन्य रखा गया।

कार्बोहाइड्रेट के अवायवीय और एरोबिक पाचन के बीच घनिष्ठ संबंध है। सबसे पहले, यह पाइरुविक एसिड की उपस्थिति में व्यक्त किया जाता है, जो कार्बोहाइड्रेट के अवायवीय टूटने को पूरा करता है और सेलुलर श्वसन (क्रेब्स चक्र) शुरू करता है। दोनों चरण एक ही एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होते हैं। फॉस्फोराइलेशन के दौरान रासायनिक ऊर्जा निकलती है और एटीपी मैक्रोर्ज के रूप में आरक्षित होती है। समान कोएंजाइम (NAD, NADP) और धनायन रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं। अंतर इस प्रकार हैं: यदि कार्बोहाइड्रेट का अवायवीय पाचन मुख्य रूप से हाइलोप्लाज्म में स्थानीयकृत होता है, तो सेलुलर श्वसन की प्रतिक्रियाएं मुख्य रूप से माइटोकॉन्ड्रिया में होती हैं।

कुछ शर्तों के तहत, दो चरणों के बीच विरोध देखा जाता है। तो, ऑक्सीजन की उपस्थिति में, ग्लाइकोलाइसिस तेजी से कम हो जाता है (पाश्चर प्रभाव)। ग्लाइकोलाइसिस उत्पाद कार्बोहाइड्रेट के एरोबिक चयापचय (क्रैबट्री प्रभाव) को बाधित कर सकते हैं।

क्रेब्स चक्र में कई रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप कार्बोहाइड्रेट के टूटने वाले उत्पाद कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकृत हो जाते हैं, और रासायनिक ऊर्जा मैक्रोर्जिक यौगिकों में जमा हो जाती है। एक "वाहक" के निर्माण के दौरान - ऑक्सालोएसेटिक एसिड (एसओसी)। इसके बाद, सक्रिय एसिटिक एसिड अवशेषों के "वाहक" के साथ संक्षेपण होता है। ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड होता है - साइट्रिक। रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान, चक्र में एसिटिक एसिड अवशेषों का "कारोबार" होता है। पाइरुविक अम्ल के प्रत्येक अणु से एडीनोसिन ट्राइफॉस्फेट के अठारह अणु बनते हैं। चक्र के अंत में, एक "वाहक" जारी किया जाता है, जो सक्रिय एसिटिक एसिड अवशेषों के नए अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करता है।

क्रेब्स चक्र: प्रतिक्रियाएं

यदि कार्बोहाइड्रेट के अवायवीय पाचन का अंतिम उत्पाद लैक्टिक एसिड है, तो लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज के प्रभाव में यह पाइरुविक एसिड में ऑक्सीकृत हो जाता है। पाइरूविक एसिड अणुओं का एक हिस्सा पाइरूवेट कार्बोक्सिलेज एंजाइम के प्रभाव में और Mg2 + आयनों की उपस्थिति में BJC के "वाहक" के संश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है। पाइरुविक एसिड के अणुओं का एक हिस्सा "सक्रिय एसीटेट" के गठन का स्रोत है - एसिटाइलकोएंजाइम ए (एसिटाइल-सीओए)। प्रतिक्रिया पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज के प्रभाव में की जाती है। एसिटाइल-सीओए में लगभग 5-7% ऊर्जा जमा होती है। रासायनिक ऊर्जा का मुख्य द्रव्यमान "सक्रिय एसीटेट" के ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप बनता है।

साइट्रेट सिंथेटेज़ के प्रभाव में, क्रेब्स चक्र स्वयं कार्य करना शुरू कर देता है, जिससे साइट्रेट एसिड का निर्माण होता है। यह एसिड, एकोनाइट हाइड्रैटेज के प्रभाव में, निर्जलीकरण करता है और सीआईएस-एकोनिटिक एसिड में बदल जाता है, जो पानी के अणु को जोड़ने के बाद आइसोसाइट्रिक बन जाता है। तीन ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड के बीच एक गतिशील संतुलन स्थापित होता है।

आइसोसिट्रिक एसिड को ऑक्सालोसुकिनिक एसिड में ऑक्सीकृत किया जाता है, जो डीकार्बोक्सिलेटेड होता है और अल्फा-केटोग्लुटरिक एसिड में परिवर्तित हो जाता है। प्रतिक्रिया एंजाइम आइसोसाइट्रेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होती है। अल्फा-केटोग्लुटेरिक एसिड, एंजाइम 2-ऑक्सो- (अल्फा-कीटो) -ग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज के प्रभाव में, डीकार्बोक्सिलेटेड होता है, जिसके परिणामस्वरूप मैक्रोर्जिक बॉन्ड युक्त succinyl-CoA का निर्माण होता है।

अगले चरण में, succinyl-CoA, एंजाइम succinyl-CoA सिंथेटेस की कार्रवाई के तहत, मैक्रोर्जिक बॉन्ड को GDP (ग्वानोसिन डाइफॉस्फेट एसिड) में स्थानांतरित करता है। जीटीपी (ग्वानोसिन ट्राइफॉस्फेट एसिड) एंजाइम जीटीपी-एडेनाइलेट किनेज के प्रभाव में एएमपी (एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट एसिड) को एक मैक्रोर्जिक बंधन देता है। क्रेब्स चक्र: सूत्र - GTP + AMP - GDP + ADP।

एंजाइम के प्रभाव में succinate dehydrogenase (SDH) को फ्यूमरिक में ऑक्सीकृत किया जाता है। एसडीएच का कोएंजाइम फ्लेविन एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड है। फ्यूमरेट, एंजाइम फ्यूमरेट हाइड्रेटेज के प्रभाव में, मैलिक एसिड में परिवर्तित हो जाता है, जो बदले में ऑक्सीकृत हो जाता है, जिससे बीओसी बनता है। प्रतिक्रियाशील प्रणाली में एसिटाइल-सीओए की उपस्थिति में, बीएफए को फिर से ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र में शामिल किया जाता है।

तो, एक ग्लूकोज अणु से 38 एटीपी अणु बनते हैं (दो - एनारोबिक ग्लाइकोलाइसिस के कारण, छह - दो एनएडी एच + एच + अणुओं के ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप, जो ग्लाइकोलाइटिक ऑक्सीकरण के दौरान बने थे, और 30 - के कारण टीसीए)। सीटीसी की दक्षता 0.5 है। शेष ऊर्जा ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाती है। TCA में, लैक्टिक एसिड का 16-33% ऑक्सीकरण होता है, इसके शेष द्रव्यमान का उपयोग ग्लाइकोजन पुनर्संश्लेषण के लिए किया जाता है।

ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र को क्रेब्स चक्र के रूप में भी जाना जाता है, क्योंकि इस तरह के चक्र का अस्तित्व हंस क्रेब्स द्वारा 1937 में प्रस्तावित किया गया था।
इसके लिए 16 साल बाद उन्हें फिजियोलॉजी या मेडिसिन के नोबेल पुरस्कार से नवाजा गया। इसलिए, खोज बहुत महत्वपूर्ण है। इस चक्र का अर्थ क्या है और यह इतना महत्वपूर्ण क्यों है?

कोई कुछ भी कहे, आपको अभी काफी दूर से शुरुआत करनी होगी। यदि आपने इस लेख को पढ़ने का बीड़ा उठाया है, तो कम से कम अफवाह से आप जानते हैं कि कोशिकाओं के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत ग्लूकोज है। यह रक्त में लगभग अपरिवर्तित सांद्रता में लगातार मौजूद रहता है - इसके लिए विशेष तंत्र हैं जो ग्लूकोज को स्टोर या रिलीज करते हैं।

प्रत्येक कोशिका के अंदर माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं - अलग-अलग अंग (कोशिका के "अंग") जो ग्लूकोज को एक इंट्रासेल्युलर ऊर्जा स्रोत - एटीपी प्राप्त करने के लिए संसाधित करते हैं। एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड) एक ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करने के लिए बहुमुखी और बहुत सुविधाजनक है: यह सीधे प्रोटीन में एकीकृत होता है, उन्हें ऊर्जा प्रदान करता है। सबसे सरल उदाहरण प्रोटीन मायोसिन है, जिसकी बदौलत मांसपेशियां सिकुड़ने में सक्षम होती हैं।

ग्लूकोज को एटीपी में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है, इस तथ्य के बावजूद कि इसमें बड़ी मात्रा में ऊर्जा होती है। इस ऊर्जा को कैसे निकाला जाए और इसे बर्बर (सेलुलर मानकों के अनुसार) का सहारा लिए बिना सही दिशा में निर्देशित किया जाए, जैसे कि जलना? वर्कअराउंड का उपयोग करना आवश्यक है, क्योंकि एंजाइम (प्रोटीन उत्प्रेरक) कुछ प्रतिक्रियाओं को बहुत तेजी से और अधिक कुशलता से आगे बढ़ने की अनुमति देते हैं।

पहला कदम ग्लूकोज अणु का पाइरूवेट (पाइरुविक एसिड) या लैक्टेट (लैक्टिक एसिड) के दो अणुओं में रूपांतरण है। इस मामले में, ग्लूकोज अणु में संग्रहीत ऊर्जा का एक छोटा सा हिस्सा (लगभग 5%) जारी किया जाता है। लैक्टेट अवायवीय ऑक्सीकरण द्वारा निर्मित होता है - अर्थात ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में। एनारोबिक परिस्थितियों में ग्लूकोज को इथेनॉल और कार्बन डाइऑक्साइड के दो अणुओं में बदलने का एक तरीका भी है। इसे किण्वन कहा जाता है, और हम इस विधि पर विचार नहीं करेंगे।


... जिस प्रकार हम स्वयं ग्लाइकोलाइसिस की क्रियाविधि पर विस्तार से विचार नहीं करेंगे, अर्थात् ग्लूकोज का पाइरूवेट में टूटना। क्योंकि, लींगर को उद्धृत करने के लिए, "ग्लूकोज का पाइरूवेट में रूपांतरण अनुक्रम में अभिनय करने वाले दस एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित होता है।" जो चाहें जैव रसायन पर एक पाठ्यपुस्तक खोल सकते हैं और प्रक्रिया के सभी चरणों से विस्तार से परिचित हो सकते हैं - इसका बहुत अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है।

ऐसा लगता है कि पाइरूवेट से कार्बन डाइऑक्साइड तक का रास्ता काफी सरल होना चाहिए। लेकिन यह पता चला कि यह नौ-चरण की प्रक्रिया के माध्यम से किया जाता है, जिसे ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र कहा जाता है। अर्थव्यवस्था के सिद्धांत के साथ यह स्पष्ट विरोधाभास (क्या यह सरल नहीं हो सकता है?) आंशिक रूप से इस तथ्य के कारण है कि चक्र कई चयापचय मार्गों को जोड़ता है: चक्र में बनने वाले पदार्थ अन्य अणुओं के अग्रदूत होते हैं जो अब श्वसन से संबंधित नहीं हैं ( उदाहरण के लिए, अमीनो एसिड), और किसी भी अन्य यौगिकों को चक्र में समाप्त कर दिया जाता है और ऊर्जा के लिए या तो "जला" जाता है या कम आपूर्ति में पुनर्नवीनीकरण किया जाता है।

क्रेब्स चक्र के संबंध में परंपरागत रूप से माना जाने वाला पहला कदम पाइरूवेट का एसिटाइल अवशेष (एसिटाइल-सीओए) के लिए ऑक्सीडेटिव डिकार्बोजाइलेशन है। सीओए, यदि कोई नहीं जानता है, तो कोएंजाइम ए है, जिसकी संरचना में एक थियोल समूह होता है, जिस पर यह एसिटाइल अवशेष ले जा सकता है।


वसा के टूटने से एसिटाइल भी बनते हैं, जो क्रेब्स चक्र में भी प्रवेश करते हैं। (वे समान रूप से संश्लेषित होते हैं - एसिटाइल-सीओए से, जो इस तथ्य की व्याख्या करता है कि केवल समान संख्या में कार्बन परमाणुओं वाले एसिड वसा में लगभग हमेशा मौजूद होते हैं)।

एसिटाइल-सीओए साइट्रेट देने के लिए ऑक्सालोसेटेट के साथ संघनित होता है। यह कोएंजाइम ए और एक पानी के अणु को मुक्त करता है। यह चरण अपरिवर्तनीय है।

साइट्रेट को चक्र में दूसरा ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड, सीआईएस-एकोनिटेट के लिए निर्जलित किया जाता है।

Cis-aconitate एक पानी के अणु को वापस जोड़ता है, जो पहले से ही आइसोसाइट्रिक एसिड में बदल जाता है। यह और पिछले चरण प्रतिवर्ती हैं। (एंजाइम आगे और पीछे दोनों प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं - आप जानते हैं, है ना?)

आइसोसिट्रिक एसिड डीकार्बोक्सिलेटेड (अपरिवर्तनीय रूप से) होता है और साथ ही साथ केटोग्लुटरिक एसिड देने के लिए ऑक्सीकृत होता है। वहीं, NAD+ ठीक होकर NADH में बदल जाता है।

अगला कदम ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन है। लेकिन इस मामले में, succinate नहीं बनता है, लेकिन succinyl-CoA, जो अगले चरण में हाइड्रोलाइज्ड होता है, एटीपी संश्लेषण के लिए जारी ऊर्जा को निर्देशित करता है।

यह एक और NADH अणु और एक FADH2 अणु (NAD के अलावा एक कोएंजाइम, जो, हालांकि, ऑक्सीकरण और कम किया जा सकता है, भंडारण और ऊर्जा जारी कर सकता है) का उत्पादन करता है।

यह पता चला है कि ऑक्सालोसेटेट उत्प्रेरक के रूप में काम करता है - यह जमा नहीं होता है और इस प्रक्रिया में खपत नहीं होता है। तो यह है - माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सालोसेटेट की सांद्रता काफी कम बनी रहती है। लेकिन अन्य उत्पादों के संचय से कैसे बचें, चक्र के सभी आठ चरणों का समन्वय कैसे करें?

ऐसा करने के लिए, जैसा कि यह निकला, विशेष तंत्र हैं - एक प्रकार की नकारात्मक प्रतिक्रिया। जैसे ही किसी निश्चित उत्पाद की सांद्रता आदर्श से ऊपर उठती है, यह उसके संश्लेषण के लिए जिम्मेदार एंजाइम के काम को अवरुद्ध कर देता है। और प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाओं के लिए, यह और भी सरल है: जब उत्पाद की सांद्रता पार हो जाती है, तो प्रतिक्रिया बस विपरीत दिशा में जाने लगती है।

और कुछ छोटी-छोटी टिप्पणियाँ

हर कोई जानता है कि ठीक से काम करने के लिए, शरीर को स्वस्थ चयापचय के लिए आवश्यक कई पोषक तत्वों के नियमित सेवन की आवश्यकता होती है और तदनुसार, ऊर्जा उत्पादन और व्यय प्रक्रियाओं का संतुलन। ऊर्जा उत्पादन की प्रक्रिया, जैसा कि आप जानते हैं, माइटोकॉन्ड्रिया में होती है, जो इस विशेषता के लिए धन्यवाद, कोशिकाओं के ऊर्जा केंद्र कहलाती है। और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का वह क्रम जो आपको शरीर की प्रत्येक कोशिका के कार्य के लिए ऊर्जा प्राप्त करने की अनुमति देता है, क्रेब्स चक्र कहलाता है।

क्रेब्स चक्र - माइटोकॉन्ड्रिया में होने वाले चमत्कार

क्रेब्स चक्र (टीसीए - ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड का चक्र) के माध्यम से प्राप्त ऊर्जा व्यक्तिगत कोशिकाओं की जरूरतों के लिए जाती है, जो बदले में हमारे शरीर के विभिन्न ऊतकों और तदनुसार, अंगों और प्रणालियों को बनाती है। चूंकि शरीर ऊर्जा के बिना बस मौजूद नहीं हो सकता है, माइटोकॉन्ड्रिया लगातार कोशिकाओं को उनकी जरूरत की ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए लगातार काम कर रहे हैं।

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

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

• वसायुक्त अम्ल;
• अमीनो अम्ल;
• मोनोसैकेराइड।

एरोबिक क्षय की प्रक्रिया में, ये बायोमोलेक्यूल्स छोटे अणुओं में टूट जाते हैं जिनका उपयोग ऊर्जा या नए अणुओं के संश्लेषण के लिए किया जाता है।

ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र में 8 चरण होते हैं, अर्थात। प्रतिक्रियाएं:

1. साइट्रिक एसिड का निर्माण:

2. आइसोसाइट्रिक एसिड का निर्माण:

3. आइसोसाइट्रिक एसिड का डीहाइड्रोजनीकरण और प्रत्यक्ष डीकार्बाक्सिलेशन।

4. α-ketoglutaric एसिड का ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन

5. सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण

6. सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा succinic एसिड का निर्जलीकरण

7. एंजाइम फ्यूमरेज़ 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 होता है;
• तीन एनएडी अणु एनएडीएच में कम हो जाते हैं;
• एक FAD अणु FADH 2 में अपचित हो जाता है;
• जीटीपी (एटीपी के बराबर) का एक अणु उत्पन्न होता है।

एनएडीएच और एफएडीएच 2 अणु इलेक्ट्रॉन वाहक के रूप में कार्य करते हैं और ग्लूकोज चयापचय, ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण में अगले चरण में एटीपी उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

क्रेब्स चक्र के कार्य:

• अपचय (चयापचय के उत्पादों को समाप्त करने के लिए ईंधन अणुओं के एसिटाइल अवशेषों का ऑक्सीकरण);
• उपचय (क्रेब्स चक्र के सब्सट्रेट - अमीनो एसिड और ग्लूकोज सहित अणुओं के संश्लेषण का आधार);
• एकीकृत (सीटीके - एनाबॉलिक और कैटोबोलिक प्रतिक्रियाओं के बीच एक कड़ी);
• हाइड्रोजन दाता (3 NADH.H + और 1 FADH 2 की डिलीवरी माइटोकॉन्ड्रिया की श्वसन श्रृंखला में);
• ऊर्जा।

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

चयापचय लचीलेपन के कारण, 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, ठीक से बहने वाला सीटीसी नए अणुओं के निर्माण के लिए ऊर्जा और बिल्डिंग ब्लॉक्स प्रदान करता है।