ไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริก

ไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริกเป็นวิถีแคแทบอลิซึมหลักที่ออกซิไดซ์คาร์บอนที่ได้จากกลูโคส โดยจับพลังงานในรูปของ ATP และตัวนำอิเล็กตรอนที่ถูกรีดิวซ์

Definition

ไกลโคไลซิสคือวิถีในไซโตซอลที่เปลี่ยนกลูโคสหนึ่งโมเลกุลเป็นไพรูเวตสองโมเลกุล พร้อมกับการสร้าง ATP และ NADH สุทธิ; วัฏจักรกรดซิตริกคือวิถีในไมโทคอนเดรียที่ออกซิไดซ์หมู่แอซิทิลของอะเซทิล-โคเอไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ โดยสร้าง NADH, FADH2 และ GTP

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมปฏิกิริยา 10 ขั้นตอนของไกลโคไลซิสจากกลูโคสไปเป็นไพรูเวต, การดีคาร์บอกซิเลชันแบบออกซิเดทีฟของไพรูเวตไปเป็นอะเซทิล-โคเอ, และปฏิกิริยา 8 ขั้นตอนของวัฏจักรกรดซิตริก รวมถึงผลผลิตพลังงานสุทธิ, ขั้นตอนสำคัญที่มีการควบคุม, และบทบาทของวิถีเหล่านี้ทั้งในการให้พลังงานและเป็นแหล่งของสารตั้งต้นในการสังเคราะห์ทางชีวภาพ

Core questions

• ระยะการลงทุนพลังงานและระยะการคืนทุนพลังงานของไกลโคไลซิสคืออะไร?
• ไพรูเวตเชื่อมโยงกับวัฏจักรกรดซิตริกได้อย่างไร?
• ผลผลิตสุทธิของการหมุนหนึ่งรอบของวัฏจักรกรดซิตริกคืออะไร?
• ขั้นตอนใดบ้างที่ถูกควบคุมและเพราะเหตุใด?

Key theories

วัฏจักรกรดซิตริก

เครบส์ได้สรุปชุดปฏิกิริยาที่เป็นวัฏจักรซึ่งสร้างออกซาโลอะซีเตตขึ้นใหม่ในขณะที่ออกซิไดซ์หน่วยแอซิทิล ซึ่งอธิบายว่าเซลล์ออกซิไดซ์เชื้อเพลิงคาร์บอนได้อย่างสมบูรณ์และรีดิวซ์ตัวนำอิเล็กตรอนสำหรับการสังเคราะห์ ATP ในขั้นตอนถัดไปได้อย่างไร

Mechanisms

ในไกลโคไลซิส กลูโคสจะถูกฟอสโฟรีเลทและแยกออกเป็นหน่วยสามคาร์บอนสองหน่วย ซึ่งจะถูกออกซิไดซ์และดีฟอสโฟรีเลทเป็นไพรูเวต ทำให้ได้ ATP สุทธิสองโมเลกุลและ NADH สุทธิสองโมเลกุลโดยการฟอสโฟรีเลชันระดับซับสเตรต เอนไซม์ไพรูเวตดีไฮโดรจีเนสจะเปลี่ยนไพรูเวตเป็นอะเซทิล-โคเอ ในวัฏจักรกรดซิตริก อะเซทิล-โคเอจะรวมตัวกับออกซาโลอะซีเตต; การออกซิเดชันและการดีคาร์บอกซิเลชันที่ต่อเนื่องกันจะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์สองโมเลกุลและสร้าง NADH สามโมเลกุล, FADH2 หนึ่งโมเลกุล, และ GTP หนึ่งโมเลกุลต่อหนึ่งรอบ ในขณะที่สร้างออกซาโลอะซีเตตกลับคืนมา

Clinical relevance

วิถีเหล่านี้เป็นตัวอย่างหลักของเครือข่ายปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมที่ศึกษาในวิชาเคมีและวิศวกรรมเมแทบอลิซึม; สารตัวกลางของวิถีเหล่านี้ยังเป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์ทางชีวภาพ การนำเสนอเนื้อหานี้เป็นเชิงพรรณนาและไม่เป็นการแนะนำการรักษา

History

ไกลโคไลซิสได้รับการอธิบายอย่างละเอียดในช่วงทศวรรษ 1930 โดย Embden, Meyerhof และ Parnas ซึ่งบางครั้งวิถีนี้ก็ถูกตั้งชื่อตามพวกเขา; เครบส์ได้ตีพิมพ์วัฏจักรกรดซิตริกในปี 1937 ซึ่งทำให้ภาพรวมของการที่เชื้อเพลิงถูกออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์พร้อมกับการอนุรักษ์พลังงานในโคแฟกเตอร์ที่ถูกรีดิวซ์สมบูรณ์ขึ้น

Key figures

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

Seminal works

• krebs1937
• nelson2021

Frequently asked questions

ไกลโคไลซิสจำเป็นต้องใช้ออกซิเจนหรือไม่?

ไม่; ไกลโคไลซิสเองเป็นกระบวนการที่ไม่ใช้ออกซิเจน โดยสร้างไพรูเวต, ATP และ NADH โดยไม่ใช้ออกซิเจน แม้ว่าชะตากรรมของไพรูเวตและการออกซิเดชันของ NADH กลับคืนจะขึ้นอยู่กับการมีออกซิเจนหรือไม่ก็ตาม

ทำไมวัฏจักรกรดซิตริกจึงถูกเรียกว่าวัฏจักร?

เนื่องจากปฏิกิริยาสุดท้ายของมันสร้างโมเลกุลเริ่มต้นคือออกซาโลอะซีเตตขึ้นใหม่ ทำให้วิถีนี้สามารถรับหมู่แอซิทิลอื่นและดำเนินต่อไปได้อย่างต่อเนื่อง