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1953 년 노벨상 수상자이자 생리 학자 Hans Krebs의 이름을 따서 명명 된 Krebs주기는 진핵 세포의 미토콘드리아에서 일어나는 일련의 대사 반응입니다. 간단히 말해서 이것은 박테리아에 Krebs주기에 대한 세포 기계가 없기 때문에 식물, 동물 및 곰팡이로 제한됩니다.
포도당은 생명체에 의해 궁극적으로 대사되어 아데노신 트리 포스페이트 또는 ATP의 형태로 에너지를 유도하는 분자입니다. 포도당은 몸에 수많은 형태로 저장 될 수 있습니다. 글리코겐은 근육과 간 세포에 저장되는 포도당 분자의 긴 사슬에 지나지 않으며,식이 탄수화물, 단백질 및 지방은 포도당으로 대사 될 수있는 성분을 가지고 있습니다. 포도당 분자가 세포에 들어가면 세포질에서 피루브산으로 분해됩니다.
다음에 일어날 일은 궁극적으로 ATP 생산과 이산화탄소 방출을 허용하기 전에 피루 베이트가 호기성 호흡 경로 (일반적인 결과) 또는 젖산 발효 경로 (고강도 운동 또는 산소 결핍에 사용됨)에 들어가는 지 여부에 달려 있습니다 ( CO2) 및 물 (H2부산물로서의 O).
Krebs주기 (시트르산주기 또는 트리 카르 복실 산 (TCA)주기라고도 함)는 호기성 경로의 첫 번째 단계이며주기를 계속 유지하기 위해 옥 살로 아세테이트라는 물질을 지속적으로 충분히 합성합니다. 참조, 이것은 실제로 "임무"사이클이 아닙니다. Krebs주기는 다른 이점도 제공합니다. 여기에는 9 개의 별개의 분자를 포함하는 약 8 개의 반응 (및 이에 상응하는 9 개의 효소)이 포함되어 있기 때문에주기의 중요한 점을 염두에 두는 도구를 개발하는 것이 도움이됩니다.
당분 해 : 단계 설정
포도당은 자연적으로 일반적으로 고리 형태 인 6- 탄소 (헥 소스) 설탕입니다. 모든 단당류 (설탕 단량체)와 마찬가지로 탄소, 수소 및 산소는 1-2-1 비율로 C의 공식으로 구성됩니다6H12영형6. 그것은 단백질, 탄수화물 및 지방산 대사의 최종 산물 중 하나이며 단세포 박테리아에서 인간 및 더 큰 동물에 이르기까지 모든 유형의 유기체에서 연료 역할을합니다.
당분 해는 "산소없이"라는 엄격한 의미에서 혐기성입니다. 즉, 반응이 O인지 여부2 세포에 존재하거나 존재하지 않습니다. 이것을 "산소"와 구별하기 위해주의하십시오 해서는 안된다 "이것은 실제로 산소에 의해 죽이고 절대 혐기성 미생물로 알려진 일부 박테리아의 경우에도 마찬가지입니다.
해당 반응에서 6 개의 탄소 포도당은 처음에 인산화됩니다. 즉, 여기에 인산기가 붙어 있습니다. 생성 된 분자는 인산화 된 형태의 과당 (과일 설탕)입니다. 그런 다음이 분자는 두 번째로 인산화됩니다. 이들 인산화 각각은 ATP 분자를 필요로하며, 둘 다 아데노신 디 포스페이트 또는 ADP로 전환된다. 그 다음 6 개의 탄소 분자는 2 개의 3 개의 탄소 분자로 전환되고, 이는 피루 베이트로 빠르게 전환된다. 그 과정에서 두 분자를 처리 할 때 두 분자의 NADH로 전환되는 두 분자의 NAD + (니코틴 아미드 아데닌 디 뉴클레오티드)의 도움으로 4 개의 ATP가 생성됩니다. 따라서, 당분 해에 들어가는 모든 포도당 분자에 대해, 2 개의 ATP, 2 개의 피루 베이트 및 2 개의 NADH의 네트가 생성되는 반면, 2 개의 NAD +는 소비된다.
Krebs Cycle : 캡슐 요약
앞서 언급했듯이 피루 베이트의 운명은 대사 요구와 해당 유기체의 환경에 달려 있습니다. 원핵 생물에서, 당분 해 및 발효는 이들 유기체 중 일부가 진화했지만 거의 모든 단일 세포 에너지 요구를 제공한다 전자 수송 사슬 산소를 이용하여 해당 분해물의 대사 산물 (제품)에서 ATP를 방출 할 수 있습니다. 원핵 생물뿐만 아니라 모든 진핵 생물뿐만 아니라 효모에서, 이용 가능한 산소가 없거나 세포 에너지 요구가 호기성 호흡을 통해 완전히 충족 될 수없는 경우, 피루 베이트는 효소 락 테이트 탈수소 효소 또는 LDH의 영향하에 발효를 통해 젖산으로 전환된다 .
Krebs 주기로 예정된 피루 베이트는 세포 소기관 (세포질의 기능적 구성 요소)의 막을 가로 질러 세포질에서 움직입니다. 미토콘드리아. 미토콘드리아 자체에 대한 일종의 세포질 인 미토콘드리아 매트릭스에서, 피루브산 탈수소 효소 효소의 영향하에 아세틸 코엔자임 A라고하는 다른 3 개의 탄소 화합물로 전환됩니다. 아세틸 CoA. 많은 효소들은 그들이 공유하는 "-ase"접미사 때문에 화학 물질 라인업에서 추출 될 수 있습니다.
이 시점에서 Krebs주기를 자세히 설명하는 다이어그램을 사용해야합니다. 예를 들어 리소스를 참조하십시오.
Krebs주기의 이름이 이렇게 지정된 이유는 주요 제품 중 하나 인 옥 살로 아세테이트도 반응물이기 때문입니다. 즉, 피루 베이트로부터 생성 된 2- 탄소 아세틸 CoA가 "상류"로부터 사이클에 진입 할 때, 이는 4- 탄소 분자 인 옥 살로 아세테이트와 반응하여 6- 탄소 분자 인 시트 레이트를 형성한다. 대칭 분자 인 구연산염은 카르복실기양성자 화 된 형태의 형태 (-COOH) 및 양성자 화 된 형태의 형태 (-COO-)를 갖는다. "트리 카르 복실 산"이라는 명칭을이 사이클에 부여하는 것이 바로 카르복실기의 트리오이다. 물 분자의 첨가에 의해 합성이 이루어지고,이를 축합 반응으로 만들고, 아세틸 CoA의 코엔자임 A 부분의 손실을 초래한다.
그런 다음 구연산염을 다른 배열로 동일한 원자를 가진 분자로 재 배열합니다.이를 적절하게 이소 시트 레이트라고합니다. 그런 다음이 분자는 CO를 방출합니다2 5- 탄소 화합물 α- 케 토글 루타 레이트가되고, 다음 단계에서 α- 케 토글 루타 레이트가 CO를 잃는 것과 같은 일이 발생합니다2 코엔자임 A를 회복시키면서 숙시 닐 CoA가된다. 이 4 개의 탄소 분자는 CoA의 손실과 함께 숙신산이되고, 그 후 4 개의 탄소 탈 양성자 화 된 산 : 푸마 레이트, 말 레이트 및 최종 옥 살로 아세테이트의 행렬로 재 배열된다.
Krebs주기의 중심 분자는 순서대로
이것은 효소의 이름과 다수의 중요한 공 반응 제를 생략하고 그중 유사한 분자 쌍 FAD / FADH 인 NAD + / NADH2 (플라 빈 아데닌 디 뉴클레오티드) 및 CO2.
모든 사이클에서 같은 시점의 탄 소량은 동일하게 유지됩니다. 옥 살로 아세테이트는 아세틸 CoA와 결합 할 때 2 개의 탄소 원자를 흡수하지만,이 2 개의 원자는 Krebs주기의 상반기에서 CO로서 손실됩니다.2 NAD +가 NADH로 감소되는 연속적인 반응에서. (화학에서, 다소 단순화하기 위해, 환원 반응은 산화 반응을 제거하면서 양자를 추가합니다.) 공정 전체를 살펴보고이 2, 4, 5 및 6 개의 탄소 반응물과 생성물 만 검사하는 것은 아닙니다. 세포가 생화학 적 관람차와 비슷한 역할을하는 이유를 즉시 알 수 있습니다. 같은 인구의 다른 라이더가 바퀴를 싣고 내릴 때도 있지만 바퀴를 많이 돌리는 것을 제외하고는 하루 종일 바뀌지 않습니다.
이러한 반응에서 수소 이온이 어떻게되는지 살펴보면 Krebs주기의 목적이 더 분명합니다. 세 가지 다른 지점에서 NAD +는 양성자를 수집하고 다른 지점에서 FAD는 두 개의 양성자를 수집합니다. 양성자와 음전하에 미치는 영향으로 인해 양성자를 전자쌍으로 생각하십시오. 이 관점에서, 사이클의 요점은 작은 탄소 분자로부터 고 에너지 전자 쌍의 축적이다.
Krebs Cycle Reactions에 대한 심층 분석
유산소 호흡에 존재할 것으로 예상되는 두 가지 중요한 분자가 Krebs주기에서 누락되었음을 알 수 있습니다. 산소 (O)2) 및 ATP, 세포 및 조직에 의해 직접적으로 사용되는 에너지 형태로서, 성장, 복구 등과 같은 작업을 수행한다. 다시 말하지만, Krebs주기는 미토콘드리아 매트릭스가 아닌 미토콘드리아 막에서 근처에서 발생하는 전자 수송 연쇄 반응에 대한 테이블 설정 기이기 때문입니다. 사이클에서 뉴클레오티드 (NAD + 및 FAD)에 의해 수확 된 전자는 수송 사슬에서 산소 원자에 의해 수용 될 때 "하류"로 사용된다. Krebs주기는 사실상 눈에 띄지 않는 원형 컨베이어 벨트에서 귀중한 재료를 제거하여 실제 생산 팀이 근무하는 인근 처리 센터로 내 보냅니다.
또한 Krebs주기에서 불필요하게 보이는 반응 (결국, 아마도 3 개 또는 4 개에서 수행 할 수있는 작업을 수행하기 위해 8 단계를 수행해야하는 이유는 무엇입니까?)은 Krebs주기의 중간체이지만 관련이없는 반응에서 반응물로 작용할 수있는 분자를 생성합니다. .
참고로, NAD는 3, 4, 8 단계와이 CO의 처음 두 단계에서 양성자를 받아들입니다.2 흘리다; 단계 5에서 구아노 신 트리 포스페이트 (GTP) 분자가 GDP로부터 생성되고; FAD는 6 단계에서 2 개의 양성자를 받아들입니다. 1 단계에서 CoA는 "잎을 남겨두고"4 단계에서 "돌아갑니다". 실제로 시트 레이트를 이소 시트 레이트로 재배 열한 2 단계 만 탄소 분자 외부에서 "자동"입니다. 반응.
학생들을위한 니모닉
생화학 및 인간 생리학에서 Krebs주기의 중요성으로 인해 학생, 교수 및 기타 사람들은 Krebs주기의 단계와 반응물을 기억하는 데 도움이되는 여러 가지 니모닉 또는 이름을 기억하는 방법을 고안했습니다. 탄소 반응물, 중간체 및 생성물만을 기억하고자하는 경우, 연속되는 화합물의 첫 글자 (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M)에서 작업 할 수 있습니다. 여기에서 "코엔자임 A"는 작은 "c"로 표시됩니다. 분자의 첫 글자가 문구의 단어에서 첫 글자가되는이 글자들로부터 개성있는 맞춤 문구를 만들 수 있습니다.
더 복잡한 방법은 모든 단계에서 탄소 원자 수를 추적 할 수있는 니모닉을 사용하는 것입니다. 이렇게하면 생화학적인 관점에서 발생하는 일을 항상 더 잘 내재화 할 수 있습니다. 예를 들어, 6 자로 된 단어가 6 개의 탄소 옥 살로 아세테이트를 나타내도록하고 이에 따라 더 작은 단어와 분자에 대해 메모리 장치 및 정보가 풍부한 구성표를 만들 수 있습니다. "화학 교육 저널"에 기고 한 한 사람은 다음 아이디어를 제안했습니다.
여기에서는 두 글자로 된 단어 (또는 그룹)와 네 글자로 구성된 6 글자 단어를 볼 수 있습니다. 다음 세 단계는 각각 문자 손실 (또는 "탄소")없이 단일 문자 대체를 포함합니다. 다음 두 단계는 각각 문자의 손실 (또는 "탄소")을 포함합니다. 나머지 체계는 Krebs주기의 마지막 단계가 서로 밀접하게 관련된 4 개의 탄소 분자를 포함하는 것과 같은 방식으로 4 자의 단어 요구 사항을 유지합니다.
이러한 특정 장치 외에도 미토콘드리아를 둘러싼 완전한 세포 또는 세포의 일부를 끌어 당기고 세포질 부분과 미토콘드리아의 Krebs주기에서 원하는만큼 당분 해 반응을 스케치하는 것이 유리할 수 있습니다 매트릭스 부분. 이 스케치에서 피루 베이트가 미토콘드리아의 내부로 셔틀 링되는 것을 보여 주지만, 세포질에서 발생하는 발효로 이어지는 화살표를 그릴 수도 있습니다.