בין אם למדת ביולוגיה בתיכון ובין אם קראת על עליות מסת שריר, בוודאי שמעת מחזור קרבס. זהו אחד השלבים המטבוליים של נשימה תאית אירובית המתרחשים בגופנו. זה ידוע גם בשם מחזור חומצות הלימון והוא שלב מטבולי המתרחש במטריצה המיטוכונדריה של כל תאי החי.
במאמר זה אנו נספר לכם מה המאפיינים, שלב אחר שלב, חלקי מחזור הקרבס וחשיבותם ברמה הכללית.
שלבי נשימה תאית
לפני שנסביר איזה מחזור קרבס, עלינו לזכור כיצד עובדת נשימה תאית, מכיוון שיש חשיבות חיונית. בואו נראה מהם שלבי הנשימה התאית. זה קורה בשלושה שלבים עיקריים:
- גליקוליזה: זהו התהליך שבו גלוקוז מתפרק לחלקים קטנים יותר. במהלך תהליך זה נוצר פירובט או חומצה פירובית אשר יוביל לאצטיל-קוא.
- מחזור קרבס: במחזור קרבס אצטיל- CoA מחומצן ל- CO2.
- שרשרת נשימה: כאן מרבית האנרגיה מופקת על ידי העברת אלקטרונים ממימן. אנרגיה זו נובעת מחיסול החומרים המשתתפים בכל השלבים הקודמים.
מהו מחזור הקרבס
כיצד פועלת נשימה תאית, הנכללת באחד השלבים של מחזור זה, בואו נראה במה מדובר. אנו יודעים כי זהו מחזור מורכב ויש לו פונקציות רבות המסייעות לחילוף החומרים בתאים. ללא מחזור זה, כל התאים לא היו יכולים למלא פונקציות חיוניות לגופנו. המטרה הסופית של מחזור הקרבס היא לקדם את פירוק המוצרים הסופיים של חילוף החומרים של פחמימות, ליפידים וכמה חומצות אמינו.
כאשר אנו אוכלים אוכל עלינו לדעת כי מרכיבי התזונה העיקריים הם פחמימות, חלבונים ושומנים. חלבונים, בתורם, מורכבים מחומצות אמינו. מסיבה זו, בתהליך ההאכלה יש חשיבות רבה למחזור הקרבס. כל החומרים שנבלעים בגוף באמצעות מזון הופכים להיות ב- Acetyl-CoA עם שחרור CO2 ו- H2O וסינתזה של ATP.
הודות לסינתזה זו נוצרת האנרגיה שעל התאים להשתמש בה על מנת למלא את תפקידיהן. יש לנו חומרי ביניים שונים בכל שלבי המחזור בהם הם משתמשים כמבשרים בסינתזה של חומצות אמינו וביומולקולות אחרות. בזכות מחזור זה אנו יכולים להשיג אנרגיה ממולקולות המזון האורגני. אנרגיה זו שאנו משיגים אנו יכולים להעביר אותה למולקולות לשימוש בפעילות הסלולרית ונוכל לבצע את התפקידים החיוניים שלנו ואת כל הפעילויות הגופניות של ימינו.
בתוך מחזור הקרבס אנו מוצאים כמה תגובות כימיות הם בעיקר מחמצנים באופיים. כל התגובות זקוקות לחמצן על מנת להתקיים. לכל תגובה כימית יש חלק מהאנזימים המצויים במיטוכונדריה של התאים. לכל האנזימים המאפיין העיקרי של היכולת לזרז תגובות כימיות. כאשר אנו מדברים על זרז תגובה אנו מתכוונים להגדיל את קצב המרת המגיבים למוצרים.
שלבי מחזור הקרבס
ישנן מספר תגובות כימיות במהלך מחזור זה הדורשות ביצוע חמצן. התגובה הכימית הראשונה היא דקארבוקסילציה חמצונית של פירובט. בתגובה זו, הגלוקוז המתקבל מהשפלה של הידרטים קירחים מומר לשתי מולקולות של חומצה פירובית או פירובט. גלוקוז מושפל באמצעות גליקוליזה והופך למקור חשוב של אצטיל-CoA. הדקרבוקסילציה החמצונית של פירובט מתחילה במחזור חומצת לימון. תגובה כימית זו מתאימה לחיסול הפחמן הדו-חמצני והפירובט הנוצר בקבוצת האצטיל הנקשרת לקואנזים A. בתגובה כימית זו, NADH מיוצר כמולקולה נושאת אנרגיה.
לאחר שנוצרה מולקולת אצטיל-CoA, זה כאשר מחזור הקראב מתרחש במטריקס של המיטוכונדריה. מטרת החלק הזה היא להיות מסוגלים לשלב שרשרת של חמצון תאית כדי לחמצן את כל הפחמנים ולהיות מסוגלים להמיר אותם לפחמן דו חמצני. כדי שכל התגובות הכימיות הללו יתקיימו, נוכחות של חמצן נחוצה בכל עת. לכן, הזכרנו לפני שהתחלנו לתאר את מחזור הקרבס את חשיבות הנשימה התאית.
הכל מתחיל באנזים ציטראט סינטטאזה המשמש לזרז את התגובה הכימית בה פועלת העברת קבוצת האצטיל לחומצה האוקסאלואצטית היוצרת חומצת לימון ושחרור קואנזים A. שמו של מחזור זה קשור להיווצרותו של חומצת לימון וכל התגובות הכימיות המתרחשות כאן.
תגובות חמצון ודקרבוקסילציה נוספות מתרחשות בשלבים הבאים. תגובות אלו גורמות להיווצרות חומצה קטוגלוטרית. במהלך התהליך משתחרר פחמן דו חמצני ונוצרים NADH ו- H. חומצה קטוגלוטרית זו עוברת תגובת דקרבוקסילציה חמצונית שמזרזת קומפלקס אנזימטי שחלק ממנו אצטיל CoA ו- NAD. כל התגובות הללו יובילו לחומצה סואצינית, NADH ומולקולת GTP שתעביר לאחר מכן את האנרגיה שלה למולקולת ADP המייצרת ATP.
השלבים האחרונים של מחזור זה כך הם מתמקדים רק בעובדה שניתן לחמצן חומצה חומצתית כדי ליצור חומצה פומרית. סוג זה של חומצה ידוע בשם fumarate. הקואנזים שלו הוא ADF. כאן עומד להיווצר FADH2, שהוא עוד מולקולת נושאת אנרגיה. לבסוף, חומצה פומרית אינה נעימה כדי להיות מסוגל ליצור חומצה מאלית המכונה גם מלאט. לסיום מחזור הקרבס, חומצה מאלית מתחילה להתחמצן ליצירת חומצה אוקסאלואטית בהדרגה. באופן זה, המחזור מופעל מחדש ושוב כל התגובות שהזכרנו מתרחשות שוב מההתחלה.
אני מקווה שעם מידע זה תוכלו ללמוד עוד על מחזור הקרבס ומאפייניו.