دورة حمض الستريك (دورة كريبس)

دورة حمض الستريك، وتُسمى أيضًا دورة كريبس أو دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل، هي المحور الميتوكوندري المركزي لعملية الأيض التأكسدي. تستقبل مجموعة الأسيتيل ثنائية الكربون من أسيتيل-التميم الإنزيمي أ (acetyl-CoA)، وتؤكسدها بالكامل إلى ثاني أكسيد الكربون، وفي هذه العملية تختزل التميمات الإنزيمية NAD+ و FAD التي تغذي السلسلة التنفسية بالإلكترونات.

Definition

دورة حمض الستريك هي المسار الميتوكوندري الدوري المكون من ثمانية تفاعلات حيث تتكثف مجموعة الأسيتيل من أسيتيل-التميم الإنزيمي أ مع الأوكسالوأسيتات وتتأكسد إلى جزيئين من CO2، مع تجديد الأوكسالوأسيتات وإنتاج تميمات إنزيمية مختزلة (NADH و FADH2) وفوسفات عالي الطاقة واحد في كل دورة.

Scope

يغطي هذا المدخل التسلسل الدوري المكون من ثماني خطوات بدءًا من تخليق السترات وحتى تجديد الأوكسالوأسيتات، ونواتجه (التميمات الإنزيمية المختزلة، GTP/ATP، و CO2)، ودوره المزدوج في إنتاج الطاقة والتخليق الحيوي، وتنظيمه. يتعامل المدخل مع الدورة كموضوع أيضي في الكيمياء الحيوية، وليس كإرشادات سريرية.

Core questions

• كيف تتأكسد مجموعة الأسيتيل من أسيتيل-التميم الإنزيمي أ إلى ثاني أكسيد الكربون؟
• ما هي النواتج المنتجة للطاقة في دورة واحدة من الدورة؟
• كيف تتصل الدورة بسلسلة نقل الإلكترون؟
• كيف تخدم الدورة أدوارًا هدمية وبنائية على حد سواء؟

Key concepts

• أسيتيل-التميم الإنزيمي أ كجزيء دخول
• التكثف مع الأوكسالوأسيتات لتكوين السترات
• خطوتان لنزع الكربوكسيل تُطلقان CO2
• إنتاج NADH و FADH2 و GTP/ATP في كل دورة
• تجديد الأوكسالوأسيتات (الطبيعة الدورية)
• الوظيفة الأمفيبولية في الهدم والتخليق الحيوي
• التفاعلات الابتنائية التي تجدد المركبات الوسيطة

Mechanisms

تبدأ كل دورة عندما تتكثف مجموعة الأسيتيل ثنائية الكربون من أسيتيل-التميم الإنزيمي أ مع الأوكسالوأسيتات رباعي الكربون لتكوين السترات. ثم تُطلق سلسلة من تفاعلات الأيزومرة والأكسدة ونزع الكربوكسيل جزيئين من CO2، وتختزل ثلاثة جزيئات من NAD+ إلى NADH وجزيء واحد من FAD إلى FADH2، وتنتج جزيئًا واحدًا من GTP أو ATP عن طريق الفسفرة على مستوى الركيزة، مع تجديد الأوكسالوأسيتات لكي تستمر الدورة. تحمل التميمات الإنزيمية المختزلة إلكتروناتها إلى سلسلة نقل الإلكترون، حيث يتم إنتاج معظم ATP في النهاية. بالإضافة إلى الأكسدة، تُسحب العديد من المركبات الوسيطة للدورة للتخليق الحيوي؛ وتُجدد التفاعلات الابتنائية (anaplerotic reactions) هذه المركبات الوسيطة لكي تستمر الدورة، مما يمنحها طابعًا أمفيبوليًا (amphibolic).

Clinical relevance

نظرًا لأن الدورة تقع عند مفترق طرق أيض الكربوهيدرات والدهون والأحماض الأمينية، فإن الاضطرابات في إنزيماتها أو في إمداد مركباتها الوسيطة يمكن أن يكون لها عواقب أيضية واسعة النطاق، وترتبط الطفرات في بعض إنزيمات الدورة بالمرض. يشرح هذا المدخل الكيمياء الحيوية وليس أساسًا للتشخيص أو العلاج الفردي.

History

صاغ هانس كريبس المسار الدوري في عام 1937، بناءً على ملاحظات سابقة حول أكسدة الأحماض العضوية في الأنسجة وعلى عمل ألبرت سنت-جورجي حول المحفزات التنفسية، موضحًا أن أكسدة وحدات الأسيتيل تتم من خلال تسلسل متجدد ذاتيًا من الأحماض ثلاثية الكربوكسيل وثنائية الكربوكسيل. أوضح اكتشاف التميم الإنزيمي أ بواسطة فريتز ليبمان لاحقًا كيفية دخول مجموعات الأسيتيل إلى الدورة، وأصبح المسار حجر الزاوية في الكيمياء الحيوية الأيضية.

Key figures

• Hans Krebs
• Albert Szent-Györgyi
• Fritz Lipmann

Seminal works

• krebs-1937

Frequently asked questions

لماذا تُسمى دورة حمض الستريك دورة؟

لأن تفاعلها الأخير يجدد الأوكسالوأسيتات، وهو الجزيء الذي يبدأ التسلسل؛ يعود المسار إلى نقطة بدايته مع كل دورة، لذا يمكن لمجموعة صغيرة من المركبات الوسيطة معالجة العديد من مجموعات الأسيتيل.

هل تنتج دورة حمض الستريك معظم ATP في الخلية مباشرة؟

لا. تنتج كل دورة جزيئًا واحدًا فقط من GTP أو ATP مباشرة؛ المساهمة الرئيسية للدورة في الطاقة هي التميمات الإنزيمية المختزلة NADH و FADH2، التي تدفع الجزء الأكبر من إنتاج ATP في سلسلة نقل الإلكترون.