دورة كريبس

مقدمة

دورة كريبس، المعروفة أيضًا بدورة حمض الستريك أو دورة حمض الستريك، هي مسار أيضي أساسي يحدث في مصفوفة الميتوكوندريا. تلعب هذه الدورة دورًا حاسمًا في الكائنات الهوائية من خلال توفير الطاقة عبر تفاعلات الأكسدة التي تُنتج نواقل إلكترونية مُختزلة (NADH وFADH2)، والتي تُستخدم لاحقًا في سلسلة نقل الإلكترون لإنتاج ATP عبر الفسفرة التأكسدية.

نظرة عامة على دورة كريبس

تتكون دورة كريبس من سلسلة من التفاعلات المحفزة بالإنزيمات، والتي تُحوّل بشكل دوري أسيتيل مرافق الإنزيم-أ إلى جزيئين من ثاني أكسيد الكربون، مع إنتاج متزامن للطاقة على شكل ATP وعوامل مساعدة مُختزلة (NADH وFADH2). المعادلة العامة لدورة واحدة من دورة أسيتيل-CoA هي:

Acetyl-CoA + 3 NAD+ + 1 FAD + 3 ADP + 3 Pi + 2 H2O → 2 CO2 + 3 NADH + CoA + ATP + FADH2 + 3 H+

تبدأ الدورة بتكثيف أسيتيل-CoA مع أوكسالوأسيتات (OAA)، مُنتجًا السترات، وذلك بتحفيز من إنزيم سيترات سينثاز. تتضمن التفاعلات اللاحقة إضافة متكررة لمركبات ثنائية الكربون مُشتقة من أسيتيل-CoA إلى مركب السترات رباعي الكربون، متبوعة بخطوات إزالة الكربوكسيل والتحلل التي تُطلق ثاني أكسيد الكربون وتُعيد تكوين أوكسالوأسيتات، مُكملةً بذلك دورة واحدة.

Acetyl-CoA + 3 NAD+ + 1 FAD + 3 ADP + 3 Pi + 2 H2O → 2 CO2 + 3 NADH + CoA + ATP + FADH2 + 3 H+ # تفاصيل التفاعلات في دورة كريبس

سينثاز السترات

يتضمن التفاعل الأول في الدورة تكثيف أسيتيل-CoA مع أوكسالوأسيتات لتكوين السترات، ويحفز هذا التفاعل إنزيم سينثاز السترات (CS). يتم نقل جزء CoA من أسيتيل-CoA إلى مجموعة الكربوكسيل ألفا في أوكسالوأسيتات.

أكونيتاز

يحفز إنزيم أكونيتاز تحويل السترات إلى إيزوسيترات، حيث يقوم بترطيب السترات عند ذرة الكربون بيتا لإنتاج سيس-أكونيتات، ثم يُنزع الماء منه لإنتاج إيزوسيترات.

نازعة هيدروجين الإيزوسيترات

يتم تحويل الإيزوسيترات إلى ألفا-كيتوغلوتارات وثاني أكسيد الكربون عبر نزع الكربوكسيل التأكسدي بواسطة نازعة هيدروجين الإيزوسيترات (IDH). يتضمن هذا التفاعل اختزال NAD+، مما ينتج عنه NADH.

مُركّب نازعة هيدروجين ألفا-كيتوغلوتارات

الخطوة التالية في الدورة هي نزع الكربوكسيل التأكسدي من ألفا-كيتوغلوتارات لإنتاج سكسينيل-CoA، وثاني أكسيد الكربون، ومكافئات الاختزال (NADH أو FADH2). يُحفّز هذا التفاعل بواسطة مُركّب نازعة هيدروجين ألفا-كيتوغلوتارات.

مُركّب سكسينيل-CoA سينثيتاز

يُحوّل سكسينيل-CoA المُتكوّن في الخطوة السابقة إلى سكسينات وCoA، وذلك بواسطة مُركّب سكسينيل-CoA سينثيتاز (SCS). يستهلك هذا التفاعل أيضًا ATP لإنتاج ADP وPi.

نازعة هيدروجين السكسينات

يُحفّز إنزيم نازعة هيدروجين السكسينات (SDH) تحويل السكسينات إلى فومارات، ويتضمن ذلك أكسدة السكسينات واختزال FAD في آنٍ واحد. يُعاد أكسدة FAD المختزل بواسطة الأكسجين، مُنتجًا FADH2 أثناء نقل الإلكترونات في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا.

فوماراز

يُحفز إنزيم الفوماراز (FA) عملية التفاعل العكسي بين الفومارات والمالات، حيث يُؤدي تفاعل الترطيب المتبادل للفومارات إلى تكوين المالات، ثم تفاعل نزع الماء من المالات إلى الفومارات. يوفر هذا التفاعل آلية لتنظيم دورة كريبس بشكل عكسي، إذ يميل التوازن نحو المالات عند انخفاض تركيز ATP وارتفاع تركيز ADP.

نازعة هيدروجين المالات

يُحفز إنزيم نازعة هيدروجين المالات (MDH) عملية التحويل النهائية للمالات إلى أوكسالوأسيتات، والتي تتضمن أكسدة المالات واختزال NAD+، مُنتجًا NADH في هذه العملية. يُؤسس هذا التفاعل دورة جديدة، حيث يُمكن للأوكسالوأسيتات الآن التفاعل مع أسيتيل-CoA لبدء دورة أخرى من دورة كريبس.

تنظيم دورة كريبس

يتم تنظيم معدل التدفق عبر دورة كريبس على مستويات متعددة، تشمل توافر الركائز، والتنظيم التآزري للإنزيمات، والتثبيط الارتجاعي. ومن أهم آليات التنظيم ما يلي:

• سينثاز السترات: يُثبط بواسطة الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) وثنائي نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADH)، مما يُسهل إنتاج ATP عند الحاجة إلى الطاقة.

• مُركب نازعة هيدروجين البيروفات (PDC): يُثبط بواسطة أسيتيل مرافق الإنزيم-أ (acetyl-CoA) وثنائي نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADH)، مما يحافظ على التوازن الصحيح بين أكسدة البيروفات وإنتاج اللاكتات.

• مُركب نازعة هيدروجين ألفا-كيتوغلوتارات: يُثبط تآزريًا بواسطة أسيتيل مرافق الإنزيم-أ (acetyl-CoA) وسكسينيل مرافق الإنزيم-أ (succinyl-CoA)، مما يمنع الإنتاج المفرط لـ ATP عند الحاجة إلى الطاقة.

• فوسفوفركتوكيناز (PFK): يُثبط بواسطة ATP، مما يضمن استقلاب الجلوكوز فقط عند الحاجة لإنتاج ATP.
  ... # ملخص

تُعدّ دورة كريبس مسارًا أيضيًا حيويًا في الكائنات الهوائية، إذ تُوفّر الطاقة والعوامل المساعدة المُختزلة اللازمة لتخليق الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) عبر الفسفرة التأكسدية. تتألف الدورة من سلسلة من التفاعلات المُحفّزة بالإنزيمات التي تُحوّل أسيتيل مرافق الإنزيم-أ (acetyl-CoA) إلى ثاني أكسيد الكربون (CO2) بشكل دوري، مع إنتاج مُصاحب للطاقة على شكل ATP وعوامل مساعدة مُختزلة (NADH وFADH2). يتم تنظيم دورة كريبس على مستويات متعددة لضمان سلامة الأيض وتوازن الطاقة.