براكسيلابس المدونة العربية لمعامل العلوم الإفتراضية براكسيلابس
إذا كنت مهتما بعلم الأحياء أو العلوم على وجه العموم، فلا بد وأنك قد سمعت عن “دورة كريبس” ولعلك تعلم أن لها دور حيوي ومهم جدا داخل أجسامنا. ولكن ما هي دورة كريبس بالضبط؟
دورة كربس هي سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تساعد على تكسير وإطلاق الطاقة المخزنة في الطعام. تعرف دورة كريبس أيضا باسم دورة حمض الكربوكسيل (TCA) أو دورة حمض الستريك. تعتبر دورة كريبس المحور المركزي لعملية الأيض الخلوي، حيث تؤدي العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية المهمة التي تنتج في النهاية جزيئات ATP .
تلقي هذه المقالة نظرة فاحصة على شرح دورة كريبس، وكيف تعمل، وما هو الغرض منها، ومخططها، وأيضا أين تحدث دورة كريبس، وما هي نتائجها والمزيد. إقرأ مقالتنا و احصل على إجابات لجميع أسئلتك لتفسر لك دورة كريبس خطوة بخطوة.
ما هي دورة كريبس؟
دورة كريبس عبارة عن سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الجسم، تبدأ الدورة بتناول الطعام، والذي يتم تقسيمه إلى جزيئات صغيرة بواسطة المعدة والأمعاء، ثم يمتص الجسم هذه الجزيئات عبر الأمعاء الدقيقة وينقلها إلى الكبد عبر مجرى الدم. في الكبد، تتكسر الجزيئات إلى قطع أصغر تسمى الأحماض الأمينية، ثم في الخطوة التالية من الدورة، تتحول هذه الأحماض الأمينية إلى جلوكوز من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية تسمى الفسفرة.
بعد ذلك، يدخل الجلوكوز إلى الخلايا الرئيسية للجسم ويمكن استخدامه للحصول على الطاقة أو يمكن تخزينه على شكل جليكوجين لاستخدامه لاحقا، فعندما يحتاج الجسم إلى مزيد من الطاقة، فإنه يخزن الجلوكوز الزائد على شكل جليكوجين.
الجليكوجين هو شكل من أشكال النشا المخزنة في الكبد والعضلات التي يستخدمها الجسم للحصول على الطاقة خلال فترات الصيام أو عندما لا يتم تناول الطعام لفترة طويلة من الزمن. إذا كان لدى الجسم طاقة زائدة بعد استخدام إمداداتها من الجليكوجين، فيمكنه بعد ذلك تكسير الدهون المخزنة المتبقية إلى أحماض دهنية.
أين تحدث دورة كريبس؟
تحدث دورة كريبس بالضبط في (مصفوفة الميتوكوندريا أو الحشوة) وتحول البيروفات الموجود بالميتوكوندريا إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. مصفوفة الميتوكوندريا هي محلول كثيف يحيط بقمم نتوءات الميتوكوندريا. تحتوي هذه المصفوفة على الماء، وجميع الإنزيمات الضرورية، والإنزيمات المساعدة، والفوسفات الضروري لتفاعلات دورة كربس.
الهدف الرئيسي من دورة كريبس
باختصار، الغرض أو الهدف من دورة كربس هو الجمع بين ثاني أكسيد الكربون والماء باستخدام الطاقة من خلال سلسلة نقل الإلكترون. ثم يتم استخدام الجزيئات الناتجة لأغراض توليد الطاقة وبناء الخلايا.
يمكننا القول أيضًا أن الغرض من دورة كربس هو مساعدة الخلايا على تحويل الجلوكوز إلى طاقة، وتوفير جزيء ATP، وهو وحدة واحدة من الطاقة. تعتبر بداية النواتج النهائية أنها ذو طاقة عالية جدًا وينتهي بها الأمر إلى استخدامها كجزيئات ATP في خلايانا.
ملاحظة: ATP أو أدينوسين ثلاثي الفوسفات هو مادة موجودة في جميع الخلايا الحية تستخدم لتوفير الطاقة للعديد من عمليات التمثيل الغذائي وتستخدم أيضًا لصنع جزيئات الحمض النووي الريبي. يعتبر أيضًا كإنزيم يعمل مع العديد من الإنزيمات داخل أجسامنا.
الجلوكوز هو سكر بسيط موجود في معظم الأطعمة، تستخدم الخلايا الجلوكوز لإنتاج الطاقة، والتي تحتاجها للقيام بكل شيء بداية من البقاء على قيد الحياة إلى إجراء تفاعلات كيميائية مهمة.
مخطط دورة كريبس
المخطط التالي هو مخطط يوضح مراحل دورة كريبس بالتفصيل، فهو يوضح الخطوات المختلفة، وهياكل المواد الوسيطة خلال الدورة، والإنزيمات والإنزيمات المساعدة التي تحفز كل خطوة في دورة كريبس.
مراحل دورة كريبس
الآن سوف تحصل على إجابات لجميع أسئلتك مع تفسير خطوة بخطوة لخطوات ومراحل دورة كريبس.
تبدأ دورة TCA بتحطيم البيروفات وإطلاق CO2 كمنتج ثانوي، يمكن أن يدخل هذا الكربون بعد ذلك مسارات مختلفة اعتمادًا على نوع الجزيء الذي يرتبط به، إما O2 أو NAD +، فتستخدم نتائج هذا التفاعل لتكوين ATP وكذلك لتكوين الأسيتيل CoA.
تمر دورة كريبس بثماني مراحل أو خطوات:
المرحلة الاولى (تشكيل حمض الستريك)
يتفاعل الأسيتيل مرافق الإنزيم Acetyl CoA مع أكسالوأسيتات في وجود إنزيم سينسيز سترات.
المرحلة الثانية (تشكيل ايزومرات السيترات)
في الخطوة الثانية، يتم تحويل حمض الستريك أولًا إلى مركب وسيط يسمى cis-aconitase، ثم يتم تحويله إلى isocitrate وهو أيزومر السيترات في وجود إنزيم الأكونيتاز.
المرحلة الثالثة (إزالة الكربوكسيل والأكسدة)
في الخطوة الثالثة ، يتأكسد مركب Isocitrate لتشكيل alpha-ketoglutarate ألفا كيتوجلوتارات في وجود إنزيم نازعة هيدروجين الأيزوسيترات. نتيجة لهذه الخطوة، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون وتشكيل جزيء NADH.
المرحلة الرابعة (تشكيل سكسينيل مرافق الإنزيم أ)
في الخطوة الرابعة ، يتأكسد مركب ألفا كيتوجلوتارات ويرتبط بالإنزيم المرافق أ، لتكوين succinyl CoA في وجود إنزيم نازعة هيدروجين A-Ketoglutarate الذي يحرر:
- الجزيء الثاني من NADH
- ثاني أكسيد الكربون
- بروتون
المرحلة الخامسة (إنتاج ثلاثي فوسفات الغوانوزين GTP)
في الخطوة الخامسة، يتم تحويل Succinyl CoA إلى مركب سكسينات في وجود إنزيم سينثيتاز الذي يشكل جزيء GTP من خلال عملية فسفرة الناتج الإجمالي. إذن، يمكننا اعتبار أن نتيجة هذه الخطوة هي إطلاق جزيئات GTP، والإنزيم المساعد A، وكذلك تكوين السكسينات.
المرحلة السادسة (تكوين الفومارات)
في الخطوة السادسة، يتأكسد مركب السكسينات ويتحول إلى فومارات في وجود إنزيم سكسينات ديهيدروجيناز. في هذه الخطوة، يتم إنتاج جزيء FADH₂
المرحلة السابعة (تشكيل المالات)
في الخطوة السابعة، يتم تحويل مركب فومارات إلى مالات في وجود إنزيم الفوماراز. في هذه الخطوة، يتم دمج H2O لتشكيل بنية المنتج النهائي (مالات) حتى نتمكن من اعتبار إنزيم الفوماراز إنزيم هيدرولاز.
المرحلة الثامنة (تكوين أكسالوأسيتات)
في الخطوة الثامنة والأخيرة، يتم تحويل مركب المالات إلى أكسالوأسيتات في وجود إنزيم مالات ديهيدروجيناز. هنا يتم إنتاج جزيء NADH رقم 3 في الدورة.
معادلة دورة كريبس (صيغة دورة كريبس)
المعادلة التالية هي معادلة دورة كريبس الكلية أو صيغة دورة كريبس التي تصف جميع النواتج:
2 acetyl groups + 6 NAD+ + 2 FAD + 2 ADP + 2 Pi + 2 H20 → 4CO2 + 6 NADH + 2 FADH2 + 2ATP + 2 CoA
احصل على محاكاة لمختبرات العلوم الافتراضية الموجهة وتجاوز نتائج التعلم التي تبحث عنها باستخدام مختبرات براكسيلابس الافتراضية مجانا الآن!
نتائج دورة كريبس
كما أوضحنا سابقا دورة كريبس هي سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تسمح للخلايا باستخدام الطاقة من الكربوهيدرات. تبدأ الدورة بدخول الجلوكوز إلى الخلية، ثم تستخدم هذه الطاقة في عمليات خلوية مختلفة مثل تخليق البروتينات والأغشية والحفاظ على الوظائف الخلوية. كما أنها تنتج ثاني أكسيد الكربون والماء.
من أجل استخدام الطاقة من الجلوكوز لهذه العمليات، يجب تحويلها إلى نوع آخر من الطاقة – في شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). هذا هو الشكل الرئيسي لتخزين الطاقة في الخلية ويزود الخلايا بالطاقة التي تحتاجها لتنفيذ العمليات المختلفة. الطاقة الناتجة عن تحويل الجلوكوز إلى جزيء ATP تسمى التنفس الخلوي، وتعد دورة كربس جزءا أساسيا من عملية التنفس الخلوي.
تنتج دورة كربس جزيئات NADH وFADH₂، والتي تستخدم في الفسفرة التأكسدية لإنتاج ATP. كما أنه ينتج جزيئين من ثاني أكسيد الكربون في كل دورة (يتم إنتاج CO2 واحد عندما يتأكسد 1 من 4 ذرات كربون في جزيء حمض الستريك). تنتج الدورة 3 أيونات هيدروجين (H +) خلال كل دورة.
لذلك يمكننا القول أن صافي ناتج كل دورة كريبس هو:
- ثلاث جزيئات NADH.
- جزيء واحد FADH₂.
- جزيء واحد GTP.
- 2 جزيئات ثاني أكسيد الكربون.
- ثلاث أيونات الهيدروجين.
ملاحظة: في حالة وجود جزيء واحد من الجلوكوز، هناك جزيئان من أسيتيل-CoA يدخلان دورة كريبس، وبالتالي فإن الطاقة الإجمالية (نتائج دورة كريبس) تتضاعف إلى:
- ستة جزيئات NADH
- جزيئان FADH₂
- جزيئان GTP
في سلسلة نقل الإلكترونات، يعطي كل جزيء NADH اثنان / ثلاث جزيئات ATP ويكون كل جزيء FADH2 جزيء ATP عند الأكسدة
كم تنتج دورة كريبس من ATP؟
الإجابة باختصار هي جزئ واحد من ATP
لمزيد من التفاصيل والفهم شاهد الفيديو التالي
https://www.nagwa.com/en/videos/917156152428/
أهمية دورة كريبس
تكمن أهمية دورة كريبس في أنها تلعب دورًا مهما للغاية في إنتاج الطاقة وعمليات التخليق الحيوي للجزيئات. تنهي الدورة عملية تكسير السكر التي بدأت في تحلل السكر وتغذي إنتاج ATP. كما أنها أساسية في تفاعلات التخليق الحيوي من خلال توفير مركبات وسيطة تستخدم لتصنيع جزيئات بيولوجية مهمة مثل الأحماض الأمينية. توفر الدورة الإلكترونات التي تغذي عملية الفسفرة التأكسدية التي تعتبر المصدر الرئيسي للطاقة وATP.
تنظيم دورة كريبس
يتم تنظيم دورة TCA من خلال العديد من العوامل:
- الإنزيمات: هناك 3 إنزيمات رئيسية نازعة للهيدروجين تستخدم للتنظيم في مسار كريبس:
- بيروفات ديهيدروجيناز
- إيزوسيترات ديهيدروجيناز
- ألفا كيتوغلوتارات ديهيدروجيناز
- المستقلبات، مثل NADH التي تثبط غالبية الإنزيمات الموجودة في دورة كريبس ويمكن أن تبطئ وتوقف عملية تحلل السكر قبل إطلاق الكثير من الطاقة عن طريق عملية تكوين السكر.
- منظم مهم آخر هو سترات، الذي يثبط فسفوفركتوكيناز ويعتبر إنزيمًا حيويًا للغاية في عملية تحلل السكر. يقلل السيترات من إنتاج البيروفات وبالتالي أسيتيل-CoA (مقدمة مهمة لتخليق الدهون).
- يلعب الكالسيوم أيضا دورًا في تنظيم دورة حمض الستريك لأنه يحفز تفاعل الارتباط ثم يسرع الدورة.
معلومات سريعة عن دورة كريبس
- دورة كريبس هي دورة و عملية دورية. ولكنها مختلفة عن أي نوع آخر من خلايا الوقود لأنها تعتمد على الأكسجين لتخليق الطاقة بدلًا من استخدام الأكسجين المنقول عن طريق التنفس.
- سميت دورة كريبس بهذا الاسم نسبة إلى مكتشفها العالم يدعى هانز أدولف كريبس في عام 1937.
- دورة كريبس هي مسار التمثيل الغذائي، وهي سلسلة من التفاعلات التي تحدث في كل من الخلايا النباتية والحيوانية.
- تصف دورة كربس الخطوة الأخيرة من التنفس الخلوي؛ حيث يتكسر الجلوكوز، بمساعدة الأكسجين من الرئتين أو مجرى الدم، إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.
- في الجزء الأول من التنفس الخلوي، يحدث تحلل الجلوكوز حيث يتحول جزيء واحد من الجلوكوز إلى جزيئين من حمض البيروفيك. ثم يدخل هذان الجزيئين في دورة حمض الستريك مما يؤدي إلى تكوين CO2 و NADH و FADH2. ثم يتم نقلها من خلال الفسفرة التأكسدية لتكوين) ATP إنتاج 36 ATP لكل جزيء جلوكوز بأقصى كفاءة.
- تلعب الفيتامينات مثل الثيامين والريبوفلافين و البانتوثنيك والنياسين دورا حيويا في دورة TCA، كجزء من العوامل المساعدة للإنزيمات المختلفة مثل FAD وجزيئات NAD و الإنزيم المساعد A.
- تعرف دورة كريبس بعملية متعاكسة (مسار البناء والهدم) لأنه في الدورة يحدث كل من البناء والهدم.
- دورة كريبس هي جزء من التنفس الخلوي الذي يساعد الخلايا على تكسير الطعام لتوليد الطاقة، وتسمى هذه العملية الأكسدة.
- الطعام الذي نأكله ونشربه يزود أجسامنا بالطاقة في شكل جلوكوز، ويدخل الجلوكوز الخلية عن طريق الانتشار ويمكن أن يحدث هذا في غشاء البلازما أو غشاء الليزوزوم.
- بمجرد وصول جزيء السكر إلى الغشاء الخلوي، يضخ بروتين غشاء الخلية السكر إلى الخلية، وعبر الجدار الخلوي، وإلى الحيز داخل الخلايا. بمجرد دخول الخلية، يتم تكسير السكر من خلال سلسلة من التفاعلات “دورة حامض الستريك”.
توفر معامل براكسيلابس أكثر من 50 محاكاة معملية افتراضية لعلم الأحياء يمكنك الوصول إليها في أي مكان وزمان. قم بإنشاء حسابك المجاني وجربه الآن!
