گلیکولیز و چرخه اسید سیتریک

گلیکولیز و چرخه اسید سیتریک مسیرهای اصلی کاتابولیک هستند که کربن مشتق شده از گلوکز را اکسید کرده و انرژی را به صورت ATP و حامل‌های الکترون کاهیده شده ذخیره می‌کنند.

Definition

گلیکولیز مسیر سیتوزولی است که یک گلوکز را به دو پیرووات با تولید خالص ATP و NADH تبدیل می‌کند؛ چرخه اسید سیتریک مسیر میتوکندریایی است که گروه استیل استیل-کوآ را به دی‌اکسید کربن اکسید می‌کند و NADH، FADH2 و GTP تولید می‌نماید.

Scope

این مبحث ده واکنش گلیکولیز از گلوکز به پیرووات، دکربوکسیلاسیون اکسیداتیو پیرووات به استیل-کوآ، و هشت واکنش چرخه اسید سیتریک را پوشش می‌دهد، از جمله بازده خالص انرژی آنها، مراحل کلیدی تنظیم شده آنها، و نقش آنها به عنوان مسیرهای تولیدکننده انرژی و تأمین‌کننده پیش‌سازهای بیوسنتزی.

Core questions

• مراحل سرمایه‌گذاری انرژی و بازده انرژی گلیکولیز کدامند؟
• پیرووات چگونه به چرخه اسید سیتریک مرتبط می‌شود؟
• محصولات خالص یک دور چرخه اسید سیتریک کدامند؟
• کدام مراحل تنظیم می‌شوند و چرا؟

Key theories

چرخه اسید سیتریک

کربس یک سری واکنش‌های چرخه‌ای را استنتاج کرد که اگزالواستات را بازسازی می‌کند در حالی که واحدهای استیل را اکسید می‌نماید، و توضیح می‌دهد که چگونه سلول‌ها سوخت‌های کربنی را به طور کامل اکسید کرده و حامل‌های الکترون را برای سنتز ATP در مراحل بعدی کاهش می‌دهند.

Mechanisms

در گلیکولیز، گلوکز فسفریله شده و به دو واحد سه کربنی تقسیم می‌شود که اکسید شده و دفسفریله می‌شوند تا پیرووات را تشکیل دهند، و در نتیجه دو ATP و دو NADH خالص از طریق فسفریلاسیون در سطح سوبسترا تولید می‌شود. پیرووات دهیدروژناز پیرووات را به استیل-کوآ تبدیل می‌کند. در چرخه اسید سیتریک، استیل-کوآ با اگزالواستات متراکم می‌شود؛ اکسیداسیون‌ها و دکربوکسیلاسیون‌های متوالی دو مولکول دی‌اکسید کربن را آزاد کرده و سه NADH، یک FADH2 و یک GTP در هر دور تولید می‌کنند، در حالی که اگزالواستات بازسازی می‌شود.

Clinical relevance

این مسیرها نمونه‌های کانونی شبکه‌های واکنش متابولیکی هستند که در شیمی و مهندسی متابولیک مورد مطالعه قرار می‌گیرند؛ واسطه‌های آنها نیز بیوسنتز را تغذیه می‌کنند. این مبحث توصیفی و غیرتجویزی است.

History

گلیکولیز در دهه 1930 توسط امبدن، مایرهاف و پارناس روشن شد، که گاهی اوقات این مسیر به نام آنها نامگذاری می‌شود؛ کربس چرخه اسید سیتریک را در سال 1937 منتشر کرد و تصویر کاملی از چگونگی اکسید شدن سوخت‌ها به دی‌اکسید کربن با حفظ انرژی در کوفاکتورهای کاهیده شده را ارائه داد.

Key figures

• Hans Krebs
• Gustav Embden
• Otto Meyerhof
• Jakub Karol Parnas

Seminal works

• krebs1937
• nelson2021

Frequently asked questions

آیا گلیکولیز به اکسیژن نیاز دارد؟

خیر؛ خود گلیکولیز بی‌هوازی است و پیرووات، ATP و NADH را بدون اکسیژن تولید می‌کند، اگرچه سرنوشت پیرووات و بازاکسیداسیون NADH به در دسترس بودن اکسیژن بستگی دارد.

چرا چرخه اسید سیتریک را چرخه می‌نامند؟

زیرا واکنش نهایی آن مولکول آغازین اگزالواستات را بازسازی می‌کند و به این مسیر اجازه می‌دهد تا یک گروه استیل دیگر را بپذیرد و به طور مداوم ادامه یابد.