(साइट्रिक एसिड चक्र या क्रेब्स चक्र)

एरोबिक स्थितियों के तहत, परिणामी एसिटाइल-सीओए क्रेब्स चक्र में प्रवेश करता है। क्रेब्स चक्र में, पानी निकालने और जोड़ने, डीकार्बाक्सिलेशन और डीहाइड्रोजनीकरण की प्रतिक्रियाओं के बाद, एसिटाइल-सीओए के रूप में चक्र में प्रवेश करने वाला एसिटाइल अवशेष पूरी तरह से साफ हो जाता है। समग्र प्रतिक्रिया इस प्रकार लिखी गई है:

सीएच 3 सीओ ~ एस-सीओए + 3एच 2 ओ + एडीपी + एच 3 आरओ 4 →

एचएस-सीओए + 2सीओ 2 + 4[एच 2] + एटीपी

क्रेब्स चक्र जानवरों और पौधों में समान है। यह उत्पत्ति की एकता का एक और प्रमाण है। यह चक्र माइटोकॉन्ड्रिया के स्ट्रोमा में होता है। आइए इस पर अधिक विस्तार से विचार करें:

चक्र की पहली प्रतिक्रिया साइट्रिक एसिड (साइट्रेट) के निर्माण के साथ एसिटाइल-सीओए से ऑक्सैलोएसेटिक एसिड (ओएए) में एसिटाइल अवशेषों का स्थानांतरण है (चित्र 3.2)।

साइट्रेट सिंथेज़ द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रिया के दौरान, एसिटाइल-सीओए का मैक्रोर्जिक बंधन बर्बाद हो जाता है, यानी, वह ऊर्जा जो चक्र की शुरुआत से पहले पाइरूवेट ऑक्सीकरण की प्रक्रिया में संग्रहीत की गई थी। इसका मतलब है, ग्लाइकोलाइसिस की तरह, क्रेब्स चक्र कोशिका में ऊर्जा के भंडारण से नहीं, बल्कि व्यय से शुरू होता है।

हम इस बात पर जोर देते हैं कि परिवर्तनों की श्रृंखला जो इस चक्र को बनाती है और अंततः कई एसिड की कार्बन संरचना को नष्ट करने के उद्देश्य से होती है, उनकी वृद्धि के साथ शुरू होती है: दो-कार्बन टुकड़ा (एसिटिक एसिड) को गठन के साथ एएए के टेट्रागोनल टुकड़े में जोड़ा जाता है छह-कार्बन ट्राईकार्बोक्सिलिक एसिड साइट्रेट, जिसे बड़ी मात्रा में कोशिकाओं में संग्रहित किया जा सकता है।

इस प्रकार, क्रेब्स चक्र एक उत्प्रेरक प्रक्रिया है और यह अपचय (विनाश) से नहीं, बल्कि साइट्रेट के संश्लेषण से शुरू होता है। साइट्रेट सिंथेटेज़, जो इस प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है, नियामक एंजाइमों से संबंधित है: यह एनएडीएच और एटीपी द्वारा बाधित होता है। NADH अंतिम उत्पाद है जिसके रूप में श्वसन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा संग्रहीत होती है। साइट्रेट सिंथेटेज़ जितना अधिक सक्रिय होगा, चक्र की अन्य प्रतिक्रियाएँ उतनी ही तेज़ होंगी, NADH के निर्माण के साथ पदार्थों का निर्जलीकरण उतनी ही तेज़ी से होगा। हालाँकि, बाद की मात्रा में वृद्धि से एंजाइम में अवरोध उत्पन्न होता है, और चक्र धीमा हो जाएगा। यह फीडबैक लूप का एक उदाहरण है।

प्रतिक्रियाओं की अगली श्रृंखला साइट्रेट का सक्रिय आइसोसिट्रिक एसिड (आइसोसिट्रेट) में रूपांतरण है। यह पानी की भागीदारी के साथ आगे बढ़ता है और वास्तव में, साइट्रिक एसिड के इंट्रामोल्युलर परिवर्तन के लिए नीचे आता है। इस परिवर्तन का मध्यवर्ती उत्पाद सीआईएस-एकोनिटिक एसिड है:

दोनों प्रतिक्रियाएं एकोनिटेज़ द्वारा उत्प्रेरित होती हैं। फिर आइसोसिट्रेट को आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा निर्जलित किया जाता है, जिसका कोएंजाइम NAD+ है। ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप, ऑक्सालो-स्यूसिनिक एसिड (ऑक्सालोसुसिनेट) बनता है।

बाद वाला एसिड डीकार्बोक्सिलेटेड होता है। अलग किया गया CO 2 एसिटाइल अवशेष से संबंधित है, जो एसिटाइल-सीओए के रूप में चक्र में प्रवेश करता है। डीकार्बाक्सिलेशन के परिणामस्वरूप, एक बहुत सक्रिय α-कीटोग्लुटेरिक एसिड (कीटोग्लूटारेट) बनता है।

α-केटोग्लूटारेट, बदले में, उसी परिवर्तन से गुजरता है जो पाइरूवेट के साथ चक्र की शुरुआत से पहले होता है: एक साथ ऑक्सीकरण और डीकार्बाक्सिलेशन।

α-कीटोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स प्रतिक्रिया में भाग लेता है:

α-कीटोग्लूटारेट + NAD + + CoA-SH →

succinyl-S-CoA + CO 2 + NADH + H + →

स्यूसिनिल-एस-एसओए + एडीपी + एच 3 आरओ 4 →

स्यूसिनिक एसिड + एटीपी + सीओए-एसएच

जारी CO 2 एक अन्य कण है जो एसिटाइल अवशेष से अलग हो जाता है। इन जटिल परिवर्तनों के परिणामस्वरूप बनने वाला स्यूसिनिक एसिड (सक्सिनेट) फिर से निर्जलित होता है, और फ्यूमरिक एसिड (फ्यूमरेट) बनता है। प्रतिक्रिया की मध्यस्थता सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा की जाती है। फ्यूमरेट, पानी के अणु को जोड़ने के बाद, आसानी से मैलिक एसिड (मैलेट) में परिवर्तित हो जाता है। फ्यूमरेट हाइड्रोटेज़ प्रतिक्रिया में भाग लेता है।

मैलिक एसिड, ऑक्सीकरण होने पर, NAD + - विशिष्ट मैलेट डिहाइड्रोजनेज की भागीदारी के साथ PAA में परिवर्तित हो जाता है।

याद रखें कि पीएए क्रेब्स चक्र का अंतिम उत्पाद है - यह प्रकाश में पीईपी के कार्बोक्सिलेशन के दौरान सी 4 पौधों (हैच-स्लेक चक्र) के प्रकाश संश्लेषण के दौरान और सीएएम प्रकार के पौधों में अंधेरे में भी बनता है।

इस प्रकार, क्रेब्स चक्र समाप्त हो जाता है और फिर से शुरू हो सकता है। एक शर्त नए एसिटाइल-सीओए अणुओं की आपूर्ति है।

क्रेब्स चक्र का मुख्य महत्व ऊर्जा का भंडारण है, जो एटीपी के मैक्रोर्जिक बांड में पाइरूवेट के विनाश के परिणामस्वरूप जारी होता है। कोशिका को एटीपी की आपूर्ति करके, क्रेब्स चक्र अन्य प्रक्रियाओं का नियामक हो सकता है जिनके लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जैसे पानी और नमक का परिवहन, कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण और परिवहन। चक्र में पदार्थों का परिवर्तन जितनी तेजी से होगा, जितना अधिक एटीपी संश्लेषित किया जा सकेगा, उतनी ही तेजी से ये प्रक्रियाएं चलेंगी।

चक्र में बनने वाले मध्यवर्ती पदार्थों का उपयोग प्रोटीन, वसा, कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एसिटाइल-सीओए फैटी एसिड के संश्लेषण के लिए एक आवश्यक उत्पाद है, केटोग्लूटारेट को रिडक्टिव एमिनेशन के परिणामस्वरूप ग्लूटामिक एसिड में परिवर्तित किया जा सकता है, और फ्यूमरेट या पीएए को एसपारटिक एसिड में परिवर्तित किया जा सकता है।

क्रेब्स चक्र का समग्र परिणाम इस प्रकार इस तथ्य से कम हो जाता है कि प्रत्येक एसिटाइल समूह (दो-कार्बन टुकड़ा) जो पाइरूवेट (तीन-कार्बन टुकड़ा) से बनता है, सीओ 2 में विभाजित हो जाता है। इस प्रक्रिया के दौरान, NAD+, FAD+ को बहाल किया जाता है और ATP को संश्लेषित किया जाता है।

Di- और ट्राईकार्बोक्सिलिक एसिड के चक्र के नियमन में, NADH और NAD + के बीच का अनुपात, साथ ही ATP की सांद्रता महत्वपूर्ण है। एटीपी और एनएडीएच की एक उच्च सामग्री क्रेब्स चक्र के ऐसे एंजाइमों की गतिविधि को रोकती है जैसे पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज, साइट्रेट सिंथेटेज़, आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज, मैलेट डिहाइड्रोजनेज। ऑक्सालोएसीटेट की सांद्रता में वृद्धि उन एंजाइमों को रोकती है जिनकी गतिविधि इसके संश्लेषण से जुड़ी होती है - सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज और मैलेट डिहाइड्रोजनेज। 2-हाइड्रॉक्सीग्लुटेरिक एसिड का ऑक्सीकरण एडिनाइलेट्स द्वारा त्वरित होता है, जबकि सक्सिनेट का ऑक्सीकरण एटीपी, एडीपी और यूबिकिनोन द्वारा त्वरित होता है। क्रेब्स चक्र में कई अन्य विनियमन बिंदु हैं।

ग्लाइऑक्सिलेट मार्ग

वसा युक्त बीजों के अंकुरण के साथ क्रेब्स चक्र का क्रम थोड़ा बदल जाता है। इस प्रकार का क्रेब्स चक्र, जिसमें ग्लाइऑक्सिलिक एसिड भाग लेता है, ग्लाइऑक्साइलेट चक्र कहलाता है (चित्र 3.3)।

आइसोसिट्रेट (आइसोसिट्रिक एसिड) के निर्माण से पहले परिवर्तनों के पहले चरण क्रेब्स चक्र के समान हैं। फिर प्रतिक्रियाओं का सिलसिला बदल जाता है. आइसोसिट्रेट, आइसोसिट्रेट लाइसेज़ की भागीदारी के साथ, स्यूसिनिक और ग्लाइऑक्सिलिक एसिड में विभाजित हो जाता है:

सक्सिनेट (स्यूसिनिक एसिड) चक्र छोड़ देता है, और ग्लाइऑक्सिलेट एसिटाइल-सीओए से बंध जाता है और मैलेट बनता है। प्रतिक्रिया मैलेट सिंथेज़ द्वारा उत्प्रेरित होती है। मैलेट पीआई में ऑक्सीकृत हो जाता है और चक्र समाप्त हो जाता है। दो एंजाइमों - आइसोसिट्रेटेज़ (आइसोसाइट्रेट लाइसेज़) और मैलेट सिंथेज़ के अलावा, बाकी सभी क्रेब्स चक्र के समान ही हैं। जब मैलेट का ऑक्सीकरण होता है, तो NAD + अणु बहाल हो जाता है। इस चक्र के लिए एसिटाइल-सीओए का स्रोत वसा के विनाश के दौरान बनने वाले फैटी एसिड हैं। कुल चक्र समीकरण को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

2CH 3 CO-S-CoA + 2H 2 O + ओवर + →

2HS-CoA + COOH-CH 2 -CH 2 -COOH + NADH + H +

ग्लाइऑक्सिलेट चक्र विशेष अंगों - ग्लाइऑक्सीसोम्स में होता है।

इस चक्र का क्या महत्व है? कम किए गए NADH को तीन एटीपी अणुओं को बनाने के लिए ऑक्सीकरण किया जा सकता है। सक्सिनेट (स्यूसिनिक एसिड) ग्लाइऑक्सीसोम को छोड़ता है और माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करता है, जहां यह क्रेब्स चक्र में शामिल होता है। यहां इसे पीआईई में, फिर पाइरूवेट, फ़ॉस्फ़ोएनोलपाइरूवेट और आगे चीनी में परिवर्तित किया जाता है।

इस प्रकार, ग्लाइऑक्सिलेट चक्र की मदद से वसा को कार्बोहाइड्रेट में परिवर्तित किया जा सकता है। यह विशेष रूप से बीज के अंकुरण के दौरान बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि शर्करा को पौधे के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में ले जाया जा सकता है, जबकि वसा को नहीं। ग्लाइऑक्साइलेट पोर्फिरिन के संश्लेषण के लिए एक सामग्री के रूप में काम कर सकता है, और इसका मतलब क्लोरोफिल है।

ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र (क्रेब्स चक्र)

ग्लाइकोलाइसिस ग्लूकोज को पाइरूवेट में परिवर्तित करता है और ग्लूकोज अणु से दो एटीपी अणु उत्पन्न करता है - यह इस 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 सीओ 2 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। इलेक्ट्रॉनिक परिवहन माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के एक प्रोटॉन ग्रेडिएंट के निर्माण से जुड़ा है, जिसकी ऊर्जा का उपयोग ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन के परिणामस्वरूप एटीपी संश्लेषण के लिए किया जाता है। आइए एक नजर डालते हैं इन प्रतिक्रियाओं पर.

एरोबिक स्थितियों के तहत, पाइरुविक एसिड (चरण 1) ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन से गुजरता है, जो एसिटाइल-सीओए (चरण 2) के गठन के साथ लैक्टिक एसिड में परिवर्तन से अधिक कुशल है, जिसे ग्लूकोज टूटने के अंतिम उत्पादों में ऑक्सीकरण किया जा सकता है - सीओ 2 और एच 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, लिपोयलैसेटाइलट्रांसफेरेज़) 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, ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन प्रतिक्रिया में पाइरूवेट 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 मैक्रोर्जिक बंधन की उपस्थिति इस यौगिक की उच्च प्रतिक्रियाशीलता को इंगित करती है। विशेष रूप से, एसिटाइल-सीओए ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए माइटोकॉन्ड्रिया में कार्य कर सकता है; यकृत में, अतिरिक्त एसिटाइल-सीओए का उपयोग कीटोन निकायों के संश्लेषण के लिए किया जाता है; साइटोसोल में, यह स्टेराइड्स और फैटी एसिड जैसे जटिल अणुओं के संश्लेषण में शामिल होता 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, अमीनो एसिड के ऑक्सीकरण के लिए अंतिम कैटाबोलिक मार्ग, अनिवार्य रूप से एक "चयापचय बॉयलर" है। क्रेब्स चक्र की प्रतिक्रियाएं, जो विशेष रूप से माइटोकॉन्ड्रिया में होती हैं, उन्हें साइट्रिक एसिड चक्र या ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र (टीसीए) 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 समझा जाता है कि ट्राईकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र एरोबिक है, जो ऑक्सीजन पर निर्भर है।

1. ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र की प्रारंभिक प्रतिक्रिया साइट्रिक एसिड बनाने के लिए माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स साइट्रेट सिंथेज़ एंजाइम 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 परिवर्तित हो जाता है

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

3. तब एंजाइम आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज साइट्रिक एसिड चक्र की पहली डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है, जब आइसोसिट्रिक एसिड ऑक्सीडेटिव डिकार्बोजाइलेशन प्रतिक्रियाओं में α-कीटोग्लुटेरिक एसिड में परिवर्तित हो 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 अणु फिर से बनता है।

5. सक्सिनिल-सीओए अणु में एक मैक्रोर्जिक 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 पर स्थिर होने वाला एकमात्र एंजाइम है, जबकि अन्य सभी चक्र एंजाइम माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में स्थित होते हैं।

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

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

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

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

आयन 12 एटीपी अणुओं के संश्लेषण की ओर ले जाता 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 के समावेश से 2 एटीपी अणुओं का निर्माण होता 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 सीओ 2 और एच 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 4 एटीपी अणु;
• 3-फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया (ग्लाइकोलाइसिस) में 6 एटीपी अणु बनते हैं;
• पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया में दो पाइरुविक एसिड अणुओं के ऑक्सीकरण के दौरान और ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र में दो एसिटाइल-सीओए अणुओं के सीओ 2 और एच 2 0 में परिवर्तन के दौरान 30 एटीपी अणु बनते हैं। इसलिए, ग्लूकोज अणु के पूर्ण ऑक्सीकरण के दौरान कुल ऊर्जा उत्पादन 40 एटीपी अणु हो सकता है। हालाँकि, 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-डिफॉस्फेट में परिवर्तित करने के चरण में, दो एटीपी अणु थे ग्रहण किया हुआ। इसलिए, ग्लूकोज अणु के ऑक्सीकरण के दौरान "शुद्ध" ऊर्जा उत्पादन 38 एटीपी अणु है।

आप अवायवीय ग्लाइकोलाइसिस और एरोबिक ग्लूकोज 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 दो एटीपी 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 में से 380 किलो कैलोरी प्राप्त हुई। इस प्रकार, एरोबिक परिस्थितियों में ग्लूकोज उपयोग की दक्षता एनारोबिक ग्लाइकोलाइसिस की तुलना में लगभग 19 गुना अधिक है।

यह बताया जाना चाहिए कि सभी ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं (ट्रायोज़ फॉस्फेट, पाइरुविक एसिड का ऑक्सीकरण, ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र की चार ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं) एडीपी और फेनोर (पाश्चर प्रभाव) से एटीपी के संश्लेषण में प्रतिस्पर्धा करती हैं। इसका मतलब यह है कि ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं में परिणामी एनएडीएच + एच + अणु के पास श्वसन प्रणाली की प्रतिक्रियाओं के बीच एक विकल्प होता है, जो हाइड्रोजन को ऑक्सीजन में स्थानांतरित करता है, और एलडीएच एंजाइम, जो हाइड्रोजन को पाइरुविक एसिड में स्थानांतरित करता है।

ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र के शुरुआती चरणों में, इसके एसिड चक्र के कामकाज को परेशान किए बिना अन्य कोशिका यौगिकों के संश्लेषण में भाग लेने के लिए चक्र छोड़ सकते हैं। ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र की गतिविधि के नियमन में विभिन्न कारक शामिल होते हैं। उनमें से, सबसे पहले, हमें एसिटाइल-सीओए अणुओं का सेवन, पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स की गतिविधि, श्वसन श्रृंखला के घटकों की गतिविधि और इसके साथ जुड़े ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण, साथ ही ऑक्सालोएसेटिक के स्तर का उल्लेख करना चाहिए। अम्ल.

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

एटीपी के निर्माण के अलावा, ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र का एक और महत्वपूर्ण महत्व है: चक्र शरीर के विभिन्न जैवसंश्लेषण के लिए मध्यस्थ संरचनाएं प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, अधिकांश पोर्फिरिन परमाणु स्यूसिनिल-सीओए से उत्पन्न होते हैं, कई अमीनो एसिड α-कीटो-ग्लूटेरिक और ऑक्सालो-एसिटिक एसिड के व्युत्पन्न होते हैं, और फ्यूमरिक एसिड यूरिया के संश्लेषण के दौरान होता है। यह कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन के चयापचय में ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र की अभिन्नता को प्रकट 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 संबंधित 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 2,000 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 इलेक्ट्रॉन परिवहन और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण, चयापचय मध्यस्थों और साइटोसोल और माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स के बीच एडेनिन न्यूक्लियोटाइड्स 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 की खोज सबसे पहले अंग्रेजी बायोकेमिस्ट जी. क्रेब्स ने की थी।

वह पाइरूवेट के पूर्ण दहन के लिए इस चक्र के महत्व को बताने वाले पहले व्यक्ति थे, जिसका मुख्य स्रोत कार्बोहाइड्रेट का ग्लाइकोलाइटिक रूपांतरण है। इसके बाद, यह सिद्ध हो गया कि ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र वह केंद्र है जिसमें लगभग सभी चयापचय पथ परिवर्तित होते हैं। इस प्रकार, क्रेब्स चक्र एसिटाइल समूहों (एसिटाइल-सीओए के रूप में) के ऑक्सीकरण के लिए एक सामान्य अंतिम मार्ग है, जिसमें अपचय के दौरान "सेलुलर ईंधन" की भूमिका निभाने वाले अधिकांश कार्बनिक अणु परिवर्तित हो जाते हैं: कार्बोहाइड्रेट, फैटी एसिड और अमीनो एसिड.

माइटोकॉन्ड्रिया में पाइरूवेट के ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन के परिणामस्वरूप गठित एसिटाइल-सीओए क्रेब्स चक्र में प्रवेश करता है। यह चक्र माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में होता है और इसमें लगातार आठ प्रतिक्रियाएं होती हैं। यह चक्र ऑक्सालोएसीटेट के साथ एसिटाइल-सीओए के संघनन और साइट्रिक एसिड (साइट्रेट) के निर्माण से शुरू होता है। फिर साइट्रिक एसिड (एक छह-कार्बन यौगिक), डीहाइड्रोजनेशन (हाइड्रोजन का अमूर्तन) और दो डीकार्बोक्सिलेशन (सीओ 2 का उन्मूलन) की एक श्रृंखला द्वारा, दो कार्बन परमाणु खो देता है और क्रेब्स में फिर से ऑक्सालोसेटेट (एक चार-कार्बन यौगिक) में बदल जाता है। चक्र, यानी चक्र के पूर्ण मोड़ के परिणामस्वरूप, एसिटाइल-सीओए का एक अणु सीओ 2 और एच 2 ओ में जल जाता है, और ऑक्सालोएसीटेट अणु पुनर्जीवित हो जाता है। क्रेब्स चक्र की सभी आठ लगातार प्रतिक्रियाओं (चरणों) पर विचार करें।

पहली प्रतिक्रिया एंजाइम साइट्रेट सिंथेज़ द्वारा उत्प्रेरित होती है; इस मामले में, एसिटाइल-सीओए का एसिटाइल समूह ऑक्सालोएसीटेट के साथ संघनित होता है, जिसके परिणामस्वरूप साइट्रिक एसिड बनता है:

जाहिरा तौर पर, इस प्रतिक्रिया में, एंजाइम से बंधा सिट्रील-सीओए एक मध्यवर्ती उत्पाद के रूप में बनता है, जो बाद में साइट्रेट और एचएस-सीओए बनाने के लिए अनायास और अपरिवर्तनीय रूप से हाइड्रोलाइज्ड हो जाता है।

दूसरी प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, गठित साइट्रिक एसिड सीआईएस के गठन के साथ निर्जलीकरण से गुजरता है - एकोनिटिक एसिड, जो पानी के अणु से जुड़कर आइसोसिट्रिक एसिड (आइसोसिट्रेट) में बदल जाता है। ये प्रतिवर्ती जलयोजन-निर्जलीकरण प्रतिक्रियाएं एंजाइम एकोनिटेट हाइड्रैटेज़ (एकोनिटेज़) द्वारा उत्प्रेरित होती हैं। परिणामस्वरूप, H और OH साइट्रेट अणु में गति करते हैं:

तीसरी प्रतिक्रिया क्रेब्स चक्र की दर को सीमित करती प्रतीत होती है। आइसोसिट्रिक एसिड एनएडी-निर्भर आइसो-साइट्रेट डिहाइड्रोजनेज की उपस्थिति में निर्जलित होता है।

आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया के दौरान, आइसोसिट्रिक एसिड एक साथ डीकार्बोक्सिलेटेड होता है। एनएडी + -डिपेंडेंट आइसोसाइट्रेट डिहाइड्रोजनेज एक एलोस्टेरिक एंजाइम है जिसे एक विशिष्ट उत्प्रेरक के रूप में एडीपी की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, एंजाइम को अपनी गतिविधि प्रकट करने के लिए Mg 2+ या Mn 2+ आयनों की आवश्यकता होती है।

चौथी प्रतिक्रिया के दौरान, α-कीटोग्लुटेरिक एसिड का ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन एक उच्च-ऊर्जा यौगिक स्यूसिनिल-सीओए के निर्माण के साथ होता है। इस प्रतिक्रिया का तंत्र पाइरूवेट के एसिटाइल-सीओए में ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन के समान है; α-कीटोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स इसकी संरचना में पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स जैसा दिखता है। दोनों मामलों में, 5 कोएंजाइम प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं: टीपीपी, लिपोइक एसिड एमाइड, एचएस-सीओए, एफएडी और एनएडी +।

पांचवीं प्रतिक्रिया एंजाइम सक्सिनिल-सीओए सिंथेटेज़ द्वारा उत्प्रेरित होती है। इस प्रतिक्रिया के दौरान, succinyl-CoA, GTP और अकार्बनिक फॉस्फेट की भागीदारी के साथ, succinic एसिड (succinet) में परिवर्तित हो जाता है। साथ ही, उच्च-ऊर्जा जीटीपी फॉस्फेट बंधन का निर्माण स्यूसिनिल-सीओए के उच्च-ऊर्जा थायोथर बंधन के कारण होता है:

छठी प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, सक्सिनेट फ्यूमरिक एसिड में निर्जलित हो जाता है। सक्सिनेट का ऑक्सीकरण सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होता है, जिसके अणु में एफएडी कोएंजाइम मजबूती से (सहसंयोजक) प्रोटीन से बंधा होता है। बदले में, सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के साथ दृढ़ता से जुड़ा हुआ है:

सातवीं प्रतिक्रिया एंजाइम फ्यूमरेट हाइड्रेटेज़ (फ्यूमरेज़) के प्रभाव में की जाती है। परिणामस्वरूप फ्यूमरिक एसिड हाइड्रेटेड होता है, प्रतिक्रिया उत्पाद मैलिक एसिड (मैलेट) होता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि फ्यूमरेट हाइड्रेटेज़ स्टीरियोस्पेसिफिक है; प्रतिक्रिया के दौरान, एल-मैलिक एसिड बनता है:

अंत में, ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र की आठवीं प्रतिक्रिया के दौरान, माइटोकॉन्ड्रियल एनएडी-निर्भर मैलेट डिहाइड्रोजनेज के प्रभाव में, एल-मैलेट को ऑक्सालोएसीटेट में ऑक्सीकृत किया जाता है:

जैसा कि देखा जा सकता है, चक्र के एक मोड़ में, जिसमें आठ एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाएं शामिल होती हैं, एक एसिटाइल-सीओए अणु का पूर्ण ऑक्सीकरण ("दहन") होता है। चक्र के निरंतर संचालन के लिए, सिस्टम को एसिटाइल-सीओए की निरंतर आपूर्ति आवश्यक है, और कोएंजाइम (एनएडी + और एफएडी), जो कम अवस्था में चले गए हैं, को बार-बार ऑक्सीकरण किया जाना चाहिए। यह ऑक्सीकरण माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में स्थानीयकृत श्वसन श्रृंखला (श्वसन एंजाइमों की श्रृंखला में) में इलेक्ट्रॉन वाहक प्रणाली में किया जाता है। परिणामी FADH 2 सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज के साथ दृढ़ता से जुड़ा हुआ है, इसलिए यह CoQ के माध्यम से हाइड्रोजन परमाणुओं को स्थानांतरित करता है।

एसिटाइल-सीओए ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप जारी ऊर्जा काफी हद तक एटीपी के उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट बांड में केंद्रित होती है। हाइड्रोजन परमाणुओं के चार जोड़े में से तीन जोड़े NADH को इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली में ले जाते हैं; इस मामले में, जैविक ऑक्सीकरण प्रणाली में प्रत्येक जोड़ी के लिए, तीन एटीपी अणु बनते हैं (संयुग्मित ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की प्रक्रिया में), और इसलिए कुल नौ एटीपी अणु बनते हैं। सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज-एफएडीएच 2 से परमाणुओं की एक जोड़ी CoQ के माध्यम से इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली में प्रवेश करती है, जिसके परिणामस्वरूप केवल दो एटीपी अणु बनते हैं। क्रेब्स चक्र के दौरान, एक जीटीपी अणु (सब्सट्रेट फॉस्फोराइलेशन) भी संश्लेषित होता है, जो एक एटीपी अणु के बराबर होता है। इसलिए, जब एसिटाइल-सीओए का एक अणु क्रेब्स चक्र और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की प्रणाली में ऑक्सीकृत होता है, तो बारह एटीपी अणु बन सकते हैं।

जैसा कि उल्लेख किया गया है, एक एनएडीएच अणु (तीन एटीपी अणु) पाइरूवेट के एसिटाइल-सीओए में ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन द्वारा बनता है। जब एक ग्लूकोज अणु विखंडित होता है, तो दो पाइरूवेट अणु बनते हैं, और जब वे दो एसिटाइल-सीओए अणुओं में ऑक्सीकृत होते हैं और ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र के दो मोड़ों के दौरान, तीस एटीपी अणु संश्लेषित होते हैं (इसलिए, एक पाइरूवेट अणु का सीओ में ऑक्सीकरण होता है) 2 और एच 2 ओ पंद्रह एटीपी अणु देता है)। इस मात्रा में एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस के दौरान बनने वाले दो एटीपी अणुओं और दो एक्स्ट्रामाइटोकॉन्ड्रियल एनएडीएच अणुओं के ऑक्सीकरण के कारण संश्लेषित छह एटीपी अणुओं को जोड़ा जाना चाहिए, जो ग्लाइकोलाइसिस के डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया में ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट के दो अणुओं के ऑक्सीकरण के दौरान बनते हैं। . इसलिए, जब एक ग्लूकोज अणु समीकरण C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O के अनुसार ऊतकों में टूट जाता है, तो अड़तीस एटीपी अणु संश्लेषित होते हैं। निस्संदेह, ऊर्जा की दृष्टि से, ग्लूकोज का पूर्ण विघटन अवायवीय ग्लाइकोलाइसिस की तुलना में अधिक कुशल प्रक्रिया है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट के रूपांतरण के दौरान गठित दो एनएडीएच अणु बाद में ऑक्सीकरण पर छह एटीपी अणु नहीं, बल्कि केवल चार दे सकते हैं। तथ्य यह है कि एक्स्ट्रामाइटोकॉन्ड्रियल एनएडीएच अणु स्वयं झिल्ली के माध्यम से माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करने में सक्षम नहीं हैं। हालाँकि, उनके द्वारा दान किए गए इलेक्ट्रॉनों को तथाकथित ग्लिसरॉल फॉस्फेट शटल तंत्र का उपयोग करके जैविक ऑक्सीकरण की माइटोकॉन्ड्रियल श्रृंखला में शामिल किया जा सकता है। साइटोप्लाज्मिक एनएडीएच सबसे पहले साइटोप्लाज्मिक डाइहाइड्रॉक्सीएसीटोन फॉस्फेट के साथ प्रतिक्रिया करके ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट बनाता है। प्रतिक्रिया NADH-निर्भर साइटोप्लाज्मिक ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होती है:

डायहाइड्रॉक्सीएसीटोन फॉस्फेट + एनएडीएच + एच + ↔ ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट + एनएडी +।

परिणामस्वरूप ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट आसानी से माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में प्रवेश कर जाता है। माइटोकॉन्ड्रिया के अंदर, एक अन्य (माइटोकॉन्ड्रियल) ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज (एक फ्लेविन एंजाइम) ग्लिसरॉल-3-फॉस्फेट को डायहाइड्रॉक्सीएसीटोन फॉस्फेट में पुन: ऑक्सीकरण करता है।

ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र (सीटीसी) या 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 का एक मार्ग है।

ट्राईकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र सभी जीवों की कोशिकाओं में मौजूद होता है: पौधे, जानवर और सूक्ष्मजीव।

यह चक्र चयापचय का आधार है और दो महत्वपूर्ण कार्य करता है:

शरीर को ऊर्जा की आपूर्ति करना;

सभी प्रमुख चयापचय प्रवाहों का एकीकरण, दोनों कैटोबोलिक (बायोडिग्रेडेशन) और एनाबॉलिक (जैवसंश्लेषण)।

मैं आपको याद दिला दूं कि एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस की प्रतिक्रियाएं कोशिका के साइटोप्लाज्म में स्थानीयकृत होती हैं और पाइरूवेट (पीवीसी) के निर्माण की ओर ले जाती हैं।

बाद के परिवर्तन पाइरूवेटमाइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में होता है।

मैट्रिक्स में, पाइरूवेट को परिवर्तित किया जाता है एसिटाइल कोआ- मैक्रोएर्जिक यौगिक। प्रतिक्रिया एंजाइम एनएडी-निर्भर पाइरूवेट डिकार्बोक्सिलेज़ द्वारा उत्प्रेरित होती है:

इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बना NADH∙H + का घटा हुआ रूप श्वसन श्रृंखला में प्रवेश करता है और 6 एटीपी अणु (1 ग्लूकोज अणु के संदर्भ में) उत्पन्न करता है।

सीटीसी आठ प्रतिक्रियाओं का एक क्रम है जो घटित होती हैंआव्यूह माइटोकॉन्ड्रिया(चित्र .1):

चावल। 1. ट्राईकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र की योजना

1) अपरिवर्तनीय संघनन प्रतिक्रिया एसिटाइल कोआसह ओक्सैलोएसिटिकएसिड (ऑक्सालोएसीटेट), एंजाइम साइट्रेट सिंथेटेज़ द्वारा उत्प्रेरित होकर बनता है साइट्रिक एसिड (साइट्रेट).

2) प्रतिवर्ती आइसोमेराइजेशन प्रतिक्रिया साइट्रिक एसिड (साइट्रेट) वी आइसोसिट्रिक एसिड (आइसोसाइट्रेट), जिसके दौरान हाइड्रॉक्सी समूह का दूसरे कार्बन परमाणु में स्थानांतरण होता है, एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होता है एकोनिटेज़.

प्रतिक्रिया एक मध्यवर्ती उत्पाद के निर्माण के माध्यम से आगे बढ़ती है
सीआईएस-एसैनिटिक एसिड ( सीआईएस एकोनिटेट).

3) अपरिवर्तनीय ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन प्रतिक्रिया आइसोसिट्रिक एसिड (आइसोसाइट्रेट): हाइड्रॉक्सी समूह आइसोसिट्रिक एसिडऑक्सीकृत रूप के माध्यम से कार्बोनिल समूह में ऑक्सीकृत हो जाता है ओवर+और साथ ही कार्बोक्सिल समूह टूट जाता है
β-स्थिति बनाने के लिए α-कीटोग्लुटेरिक एसिड (α-कीटोग्लूटारेट). इस प्रतिक्रिया का मध्यवर्ती उत्पाद ऑक्सालोसुकिनिक एसिड (ऑक्सालोसुसिनेट).

यह चक्र की पहली प्रतिक्रिया है जिसमें NAD + -कोएंजाइम का ऑक्सीकृत रूप NADH ∙ H +, एंजाइम में कम हो जाता हैआइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज।

NADH∙H का घटा हुआ रूप श्वसन श्रृंखला में प्रवेश करता है, जहां यह NAD+ में ऑक्सीकृत हो जाता है, जिससे 2 अणुओं का निर्माण होता है एटीपी.

4) प्रतिवर्ती ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन प्रतिक्रिया
α-कीटोग्लुटेरिक एसिडमैक्रोर्जिक यौगिक के लिए succinyl सीओए. प्रतिक्रिया एंजाइम 2-ऑक्सोग्लूटेरेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स द्वारा उत्प्रेरित होती है।

5) प्रतिक्रिया चक्र में सब्सट्रेट फॉस्फोराइलेशन की एकमात्र प्रतिक्रिया है; एंजाइम succinyl-CoA सिंथेटेज़ द्वारा उत्प्रेरित। इस प्रतिक्रिया में, succinyl-CoA भागीदारी के साथ ग्वानोडाइन डाइफॉस्फेट (सकल घरेलू उत्पाद) और अकार्बनिक फॉस्फेट (एच 3 पीओ 4 ) में बदल जाता हुँ स्यूसेनिक तेजाब (सफल होना).

उसी समय, एक मैक्रोर्जिक यौगिक का संश्लेषण होता हैजीटीपी खर्च परमैक्रोर्जिक कनेक्शन थिओथर बंधन succinyl-सीओए।

6) डिहाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रिया स्यूसेनिक तेजाब (सफल होना) शिक्षा के साथ फ्युमेरिक अम्ल(फ्यूमरेट)।

प्रतिक्रिया जटिल एंजाइम सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होती है, जिसके अणु में कोएंजाइम एफएडी + सहसंयोजक रूप से बंधा होता है, और एंजाइम का प्रोटीन भाग होता है। प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप FAD + का ऑक्सीकृत रूप FAD∙H 2 तक कम हो जाता है।

एफएडी ∙ एच 2 का घटा हुआ रूप श्वसन श्रृंखला में प्रवेश करता है, जहां यह एफएडी + के ऑक्सीकृत रूप में पुन: उत्पन्न होता है, जिससे दो एटीपी अणुओं का निर्माण होता है।

7) जलयोजन प्रतिक्रिया फ्युमेरिक अम्ल (fumarate) पहले सेब का तेज़ाब (मैलेट). प्रतिक्रिया एंजाइम फ्यूमरेज़ द्वारा उत्प्रेरित होती है।

8) डिहाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रिया सेब का तेज़ाबपहले ऑक्जेलैसिटिक एसिड (oxaloacetate). प्रतिक्रिया एंजाइम NAD+-निर्भर मैलेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होती है।

प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, NAD का ऑक्सीकृत रूप NADH∙H + के घटे हुए रूप में बदल जाता है।

NADH∙H का घटा हुआ रूप श्वसन श्रृंखला में प्रवेश करता है, जहां यह NAD+ में ऑक्सीकृत हो जाता है, जिससे 2 ATP अणुओं का निर्माण होता है।

समग्र सीटीसी समीकरण इस प्रकार लिखा जा सकता है:

एसिटाइल-सीओए + 3एनएडी + + एफएडी + + जीडीपी + एच 3 पीओ 4 =

2 सीओ 2 + एच 2 ओ + एचएस-सीओए + 3एनएडीएच ∙ एच + एफएडी ∙ एच 2 + जीटीपी

जैसा कि इस प्रक्रिया में सीटीसी के कुल समीकरण की योजना से देखा जा सकता है, निम्नलिखित को बहाल किया गया है:

तीन NADH∙H अणु (प्रतिक्रियाएं 3, 4, 8);

एक FAD∙H2 अणु (प्रतिक्रिया 6)।

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की प्रक्रिया में इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में इन अणुओं के एरोबिक ऑक्सीकरण के दौरान, यह बनता है:

NADH∙H का एक अणु - 3 अणु एटीपी;

संक्षिप्त ऐतिहासिक जानकारी

हमारा पसंदीदा चक्र सीटीसी, या ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड का चक्र है - पृथ्वी पर और पृथ्वी के नीचे और पृथ्वी में जीवन ... रुकें, लेकिन सामान्य तौर पर यह सबसे आश्चर्यजनक तंत्र है - यह सार्वभौमिक है, यह क्षय को ऑक्सीकरण करके होता है जीवित जीवों की कोशिकाओं में कार्बोहाइड्रेट, वसा, प्रोटीन के उत्पाद, परिणामस्वरूप हमें अपने शरीर की गतिविधि के लिए ऊर्जा मिलती है।

इस प्रक्रिया की खोज हंस क्रेब्स ने ही की थी, जिसके लिए उन्हें नोबेल पुरस्कार मिला!

उनका जन्म 25 अगस्त - 1900 को जर्मन शहर हिल्डेशाइम में हुआ था। उन्होंने हैम्बर्ग विश्वविद्यालय से चिकित्सा की शिक्षा प्राप्त की, बर्लिन में ओटो वारबर्ग के मार्गदर्शन में जैव रासायनिक अनुसंधान जारी रखा।

1930 में, एक छात्र के साथ मिलकर, उन्होंने शरीर में अमोनिया को बेअसर करने की प्रक्रिया की खोज की, जो मनुष्यों सहित जीवित दुनिया के कई प्रतिनिधियों में थी। यह चक्र यूरिया चक्र है, जिसे क्रेब्स चक्र #1 के नाम से भी जाना जाता है।

जब हिटलर सत्ता में आया, तो हंस ब्रिटेन चले गए, जहां उन्होंने कैम्ब्रिज और शेफ़ील्ड विश्वविद्यालयों में विज्ञान का अध्ययन जारी रखा। हंगेरियन बायोकेमिस्ट अल्बर्ट सजेंट-ग्योर्गी के शोध को विकसित करते हुए, उन्हें एक अंतर्दृष्टि मिलती है और सबसे प्रसिद्ध क्रेब्स चक्र नंबर 2, या दूसरे शब्दों में "सजेंट-ग्योर्गी-क्रेब्स चक्र" - 1937 बनाते हैं।

शोध के नतीजे "नेचर" पत्रिका को भेजे जाते हैं, जो लेख प्रकाशित करने से इंकार कर देता है। फिर पाठ हॉलैंड की पत्रिका "एन्ज़िमोलोगिया" में चला जाता है। क्रेब्स को फिजियोलॉजी या मेडिसिन में 1953 का नोबेल पुरस्कार मिला।

खोज अद्भुत थी: 1935 में, सजेंट-ग्योर्गी ने पाया कि स्यूसिनिक, ऑक्सालोएसेटिक, फ्यूमरिक और मैलिक एसिड (सभी 4 एसिड पशु कोशिकाओं के प्राकृतिक रासायनिक घटक हैं) कबूतर की पेक्टोरल मांसपेशियों में ऑक्सीकरण प्रक्रिया को बढ़ाते हैं। जिसे टुकड़े-टुकड़े कर दिया गया है.

इसमें यह है कि चयापचय प्रक्रियाएं उच्चतम गति से आगे बढ़ती हैं।

1937 में एफ. नूप और के. मार्टियस ने पाया कि साइट्रिक एसिड एक मध्यवर्ती उत्पाद, सीआईएस - एकोनिटिक एसिड के माध्यम से आइसोसिट्रिक एसिड में परिवर्तित हो जाता है। इसके अलावा, आइसोसिट्रिक एसिड को ए-केटोग्लुटेरिक एसिड में और उस एसिड को स्यूसिनिक एसिड में परिवर्तित किया जा सकता है।

क्रेब्स ने कबूतर की पेक्टोरल मांसपेशी द्वारा O2 के अवशोषण पर एसिड के प्रभाव को देखा और पीवीसी के ऑक्सीकरण और एसिटाइल-कोएंजाइम ए के निर्माण पर उनके सक्रिय प्रभाव का खुलासा किया। इसके अलावा, मांसपेशियों में प्रक्रियाएं मैलोनिक एसिड द्वारा बाधित थीं , जो स्यूसिनिक एसिड के समान है और प्रतिस्पर्धी रूप से उन एंजाइमों को रोक सकता है जिनका सब्सट्रेट स्यूसिनिक एसिड है।

जब क्रेब्स ने प्रतिक्रिया माध्यम में मैलोनिक एसिड जोड़ा, तो ए-केटोग्लुटेरिक, साइट्रिक और स्यूसिनिक एसिड का संचय शुरू हुआ। इस प्रकार, यह स्पष्ट है कि ए-केटोग्लुटेरिक, साइट्रिक एसिड की संयुक्त क्रिया से स्यूसिनिक का निर्माण होता है।

हंस ने 20 से अधिक पदार्थों की जांच की, लेकिन उनका ऑक्सीकरण पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा। प्राप्त आंकड़ों की तुलना करने पर क्रेब्स को एक चक्र प्राप्त हुआ। शुरुआत में, शोधकर्ता ठीक-ठीक यह नहीं कह सके कि यह प्रक्रिया साइट्रिक या आइसोसिट्रिक एसिड से शुरू होती है, इसलिए उन्होंने इसे "ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र" कहा।

अब हम जानते हैं कि पहला साइट्रिक एसिड है, इसलिए सही चक्र साइट्रेट चक्र या साइट्रिक एसिड चक्र है।

यूकेरियोट्स में, टीसीए प्रतिक्रियाएं माइटोकॉन्ड्रिया में होती हैं, जबकि उत्प्रेरक के लिए सभी एंजाइम, 1 को छोड़कर, माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में मुक्त अवस्था में निहित होते हैं, सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज के अपवाद के साथ, जो आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली पर स्थानीयकृत होता है और इसमें शामिल होता है लिपिड बाईलेयर. प्रोकैरियोट्स में, चक्र की प्रतिक्रियाएँ साइटोप्लाज्म में होती हैं।

आइये मिलते हैं चक्र के प्रतिभागियों से:

1) एसिटाइल-कोएंजाइम ए:
- एसिटाइल समूह
- कोएंजाइम ए - कोएंजाइम ए:

2) पाई - ऑक्सालोएसीटेट - ऑक्सालिक-एसिटिक एसिड:
क्योंकि इसमें दो भाग होते हैं: ऑक्सालिक और एसिटिक एसिड।

3-4) साइट्रिक और आइसोसिट्रिक एसिड:

5) ए-केटोग्लुटेरिक एसिड:

6) सक्सिनिल-कोएंजाइम ए:

7) स्यूसिनिक एसिड:

8) फ्यूमरिक एसिड:

9)मैलिक एसिड:

प्रतिक्रियाएँ कैसे होती हैं? सामान्य तौर पर, हम सभी अंगूठी की उपस्थिति के आदी हैं, जो नीचे चित्र में दिखाया गया है। सब कुछ नीचे चरणों में सूचीबद्ध है:

1. एसिटाइल-कोएंजाइम ए और ऑक्सल-एसिटिक एसिड का संघनन ➙ साइट्रिक एसिड।

एसिटाइल-कोएंजाइम ए का परिवर्तन ऑक्सालो-एसिटिक एसिड के संघनन से उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप साइट्रिक एसिड बनता है।

प्रतिक्रिया के लिए एटीपी की खपत की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि इस प्रक्रिया के लिए ऊर्जा एसिटाइल-कोएंजाइम ए के साथ थायोथर बंधन के हाइड्रोलिसिस के परिणामस्वरूप प्रदान की जाती है, जो मैक्रोर्जिक है:

2. साइट्रिक एसिड सीस-एकोनिटिक एसिड से होकर आइसोसिट्रिक एसिड में बदल जाता है।

साइट्रिक एसिड को आइसोसिट्रिक एसिड में आइसोमेराइज़ किया जाता है। रूपांतरण एंजाइम - एकोनिटेज़ - पहले सीस-एकोनाइटिक एसिड बनाने के लिए साइट्रिक एसिड को निर्जलित करता है, फिर पानी को मेटाबोलाइट के दोहरे बंधन में जोड़ता है, जिससे आइसोसिट्रिक एसिड बनता है:

3. आइसोलिसिट्रिक एसिड को ए-कीटोग्लुटेरिक एसिड और CO2 बनाने के लिए डिहाइड्रोजनीकृत किया जाता है।

आइसोलिसिट्रिक एसिड एक विशिष्ट डिहाइड्रोजनेज द्वारा ऑक्सीकृत होता है, जिसका सहएंजाइम एनएडी है।

इसके साथ ही ऑक्सीकरण के साथ, आइसोसिट्रिक एसिड डीकार्बोक्सिलेटेड होता है। परिवर्तनों के परिणामस्वरूप, α-कीटोग्लुटेरिक एसिड बनता है।

4. अल्फा-कीटोग्लुटेरिक एसिड निर्जलित होता है ➙ स्यूसिनिल-कोएंजाइम ए और CO2।

अगला चरण α-कीटोग्लुटेरिक एसिड का ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन है।

यह α-कीटोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स द्वारा उत्प्रेरित होता है, जो तंत्र, संरचना और क्रिया में पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स के समान है। परिणामस्वरूप, succinyl-CoA बनता है।

5. सक्सिनिल-कोएंजाइम ए ➙ स्यूसिनिक एसिड।

स्यूसिनिल-सीओए को स्यूसिनिक एसिड मुक्त करने के लिए हाइड्रोलाइज किया जाता है, जारी ऊर्जा ग्वानोसिन ट्राइफॉस्फेट के निर्माण द्वारा संग्रहीत की जाती है। यह चरण चक्र में एकमात्र ऐसा चरण है जहां ऊर्जा सीधे जारी होती है।

6. स्यूसिनिक एसिड निर्जलित होता है ➙ फ्यूमरिक।

स्यूसिनेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा स्यूसिनिक एसिड का डिहाइड्रोजनीकरण त्वरित होता है, इसका सहएंजाइम FAD है।

7. फ्यूमरिक हाइड्रेटेड ➙ मैलिक।

फ्यूमरिक एसिड, जो स्यूसिनिक एसिड के डिहाइड्रोजनेशन के दौरान बनता है, हाइड्रेटेड होता है और मैलिक एसिड बनता है।

8. मैलिक एसिड निर्जलित होता है ➙ ऑक्सालिक-एसिटिक - चक्र बंद हो जाता है।

अंतिम प्रक्रिया मैलेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित मैलिक एसिड का डिहाइड्रोजनीकरण है;

चरण का परिणाम एक मेटाबोलाइट है जिससे ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड का चक्र शुरू होता है - ऑक्सालिक एसिटिक एसिड।

अगले चक्र की 1 प्रतिक्रिया में, एसिटाइल-कोएंजाइम ए का एक और मिलीलीटर प्रवेश करेगा।

इस चक्र को कैसे याद रखें? अभी!

1) बहुत ही लाक्षणिक अभिव्यक्ति:
एक पूरा अनानास और सूफले का एक टुकड़ा आज वास्तव में मेरा दोपहर का भोजन है, जो साइट्रेट, सीआईएस-एकोनाइटेट, आइसोसिट्रेट, (अल्फा-)कीटोग्लूटारेट, स्यूसिनिल-सीओए, सक्सिनेट, फ्यूमरेट, मैलेट, ऑक्सालोएसिटेट से मेल खाता है।

2) एक और लम्बी कविता:

पाइक ने एसीटेट खाया, इससे साइट्रेट निकला,
सिसाकोनाइट के माध्यम से यह आइसोसाइट्रेट होगा।
हाइड्रोजन छोड़ने के बाद, यह CO2 खो देता है,
अल्फ़ा-किटोग्लूटारेट इससे बेहद खुश है।
ऑक्सीकरण आ रहा है - NAD ने हाइड्रोजन चुरा लिया है,
टीडीपी, कोएंजाइम ए CO2 लेते हैं।
और ऊर्जा बमुश्किल सक्सिनिल में प्रकट हुई,
तुरंत एटीपी का जन्म हुआ और उत्तराधिकारी बना रहा।
तो वह FAD तक पहुंच गया - उसे हाइड्रोजन की आवश्यकता है,
फ्यूमरेट ने पानी पिया और मैलेट में बदल गया।
फिर मैलेट आया, हाइड्रोजन प्राप्त किया,
PIKE फिर प्रकट हुआ और चुपचाप छिप गया।

3) मूल कविता छोटी है:

पाइक एसिटाइल लिमोनिल,
लेकिन नार्सिसस हार्स डर गया था
वह उससे ऊपर ISOLIMONO है
अल्फा - केटोग्लुटरल।
कोएंजाइम से संतृप्त,
एम्बर फुमारोवो,
सर्दियों के लिए सेब भंडार में,
फिर से PIKE में बदल गया।