מחזור ציטרטים: פונקציה, תפקיד ומחלות

מחזור הציטראט הוא מעגל של תגובות ביוכימיות המשמש לפרק חומר אורגני. התהליך משובץ בחילוף החומרים הכללי ומשתלט על כמחצית מייצור האנרגיה בו. אם מחזור הציטראט נפגע, המיטוכונדריופתיה עשויה להיות נוכחת.

מהו מחזור הציטראט?

באורגניזמים חיים שבתאיהם יש גרעין, מחזור הציטראט מתרחש במטריקס המיטוכונדריה של התאים. מחזור הציטראט הוא מסלול השפלה מטבולי וככזה ממלא תפקיד חשוב בחילוף החומרים הסלולרי. זה נקרא גם חומצת לימון מחזור ומתאים למעגל של תגובות ביוכימיות. מרכז מחזור הציטראט הוא חמצון, שבו חומרים מתכלים על ידי שחרור אלקטרונים. בתוך ה חומצת לימון מחזור, חומרים אורגניים מפורקים בדרך זו כדי לספק מוצרי ביניים לביוסינתזה. באורגניזמים שבתאיהם יש גרעין, מחזור הציטראט מתרחש במטריקס המיטוכונדריה של התאים. בכל שאר האורגניזמים, הוא ממוקם בציטופלזמה. כאשר מחזור הציטרט מתרחש בסדר הפוך, זה נקרא מחזור ציטראט רדוקטיבי. מחזור ציטראט רדוקטיבי שכזה קיים, למשל, בהטמעה של פַּחמָן בגוף של שונים בקטריה. מחזור הציטרט חייב את שמו לציטראט, המכונה אניון של חומצת לימון. הנס א 'קרבס היה הראשון שתיאר את מחזור הציטראט, ולכן המחזור נקרא גם מחזור קרבס.

פונקציה ומשימה

מחזור הציטראט מספק ביניים לאורגניזם האנושי לבניית רכיבים אורגניים. הוא גם מספק אנרגיה לבני אדם באופן ישיר ועקיף בצורה ביוכימית. מסלולי ההשפלה של חילוף החומרים של חלבון, שומן ופחמימות נפגשים במחזור הציטראטים בצורה של מופעלת חומצה אצטית. במהלך פירוק הסוכרים, השומנים ו חומצות אמינו, אצטיל-CoA נוצר כמוצר ביניים. אצטיל-CoA זה מושפל ל- CO2 ו- H2O במחזור חומצת לימון. השלב הראשון הוא עיבוי. לפיכך, מולקולת C-2 של אצטיל-CoA מעובה יחד עם מולקולת C-4 ליצירת ציטראט, כלומר מולקולת C-6. ציטראט C-6 זה מושפל כעת. ההשפלה מתרחשת תחת מחשוף CO2 כפול ומולידה את תרכובת ה- C-4 succinate. לאחר מכן חמצון על פני שני שלבים. תרכובת C-4 הופכת לפיכך לאוקסאלואצטט ומחזור חדש יכול להתחיל. לאחר כל מחזור יש שאריות אצטיל, כלומר מולקולת C-2 נוספת. שני CO2 מולקולות כל אחד מהם עוזב את המחזור. מולקולת C-4 אחת כל אחת נצרכת בתהליך, ויוצרת מולקולת C-6 אחת. רק כאשר המחזור הושלם, הוא יכול להיווצר שוב. לאחר השלמת המחזור המלא, התוצאה היא חמצון של אצטט ל מַיִם ו פַּחמָן דוּ תַחמוֹצֶת. השלבים האישיים של התגובות מתרחשים באמצעות הידרציה, התייבשות, התייבשות ודה-קרבוקסילציה. בהתחשב בכל ענפי מחזור הציטראט, ניתן לומר שהמחזור מקושר זה לזה עם חילוף החומרים כולו. לפיכך, המחזור משמש גם להכנת מסלולים מטבוליים אנבוליים. אנרגיה מסופקת רק על ידי ארבע התייבשות של אלפא-קטוגלוטרט, איזוציטרט, מלאט וסוצינאט. אספקת אנרגיה זו נובעת מחמצון שעובר HCO2 כחלק משרשרת הנשימה. בשרשרת הנשימה, אנרגיה זו נדרשת כחלק מזרחן חמצוני להפקת ATP ממנו אדנוזין דיפוספט. לפיכך, חמצון במחזור הציטראט משולב היטב לקבלת אנרגיה בשרשרת הנשימה. כמחצית מכל התגובות לייצור אנרגיה בחילוף החומרים מתרחשות לכן במהלך מחזור הציטראט.

מחלות והפרעות

מומים ופגיעה ב המיטוכונדריה ידועים גם בשם מיטוכונדריופתיה. במומים כאלה, מחזור הציטראט אינו יכול להתקיים במידה הרגילה. לכן האנרגיה כבר לא מספקת בצורה מספקת בצורה של ATP. לכן חולים מרגישים חלשים, עייפים ועייפים. פתולוגיות מיטוכונדריאליות יכולות לעבור בירושה או לרכישה באמצעות השפעות סביבתיות. לעתים קרובות יש מתאם בין שתי הצורות. לדוגמה, הצורה שעברה בירושה נותרת לעתים קרובות ללא תסמינים עד שהשפעות סביבתיות יוזמות את הופעתה. אספקת האנרגיה שאינה מספקת של התאים נחשבת כיום כגורם אפשרי למחלות ניווניות שונות.מחלת הסרטן ומחלות לב וכלי דם קשורות כיום גם לחילוף חומרים מופרע בתאים במובן של תפקוד לקוי של המיטוכונדריה. תלוי אילו תהליכים ב- המיטוכונדריה מופרעים, יש לדבר של פתולוגיות מיטוכונדריאליות שונות. אם, למשל, פירובטה השפלה מופרעת, שריפה of גלוקוז כבר לא יכול להתקיים בצורה מספקת והתוצר הסופי של בעירת גלוקוז, כלומר גליקוליזה, אינו יכול לעבור למחזור הציטראט. לרוב, לתופעה זו קודמת מוטציה בתורשת הסמי-דומיננטית המקושרת ל- X. עם זאת, פתולוגיות מיטוכונדריאליות עם השפעות אחרות על מחזור הציטראט עשויות להיות קיימות. Acetyl-CoA מעובד עוד יותר במחזור מגליקוליזה. זהו השלב הלפני אחרון של בעירת פחמימות, המתרחש לפני שרשרת הנשימה. אם תהליך זה מופרע, עלול להיות אחראי על מחסור בקטוגלוטרט דהידרוגנאז, כלומר מחסור באנזים. מחסור בפומראז יכול גם להיות גורם אפשרי. פתולוגיות מיטוכונדריאליות מתבטאות בא חומצה לקטית עומס יתר, אשר בתורו נובע מ פירובטה גודש במעלה הזרם של מחזור הציטראט. התסמינים הם בדרך כלל תלונות שריריות ונוירולוגיות. פתולוגיות מיטוכונדריאליות נבדלות עם מספר המוטציות המיטוכונדריה, אך בדרך כלל מתקדם במהירות. נכון לעכשיו, אין מסלולי טיפול סיבתי כטיפול אמצעים, רק טיפולים סימפטומטיים.