της Δήμητρας Σπανού καθγήτριας χημικού
υπό κατασκευή
Αφιερώνεται
σε όσους προσπαθούμε να κρατήσουμε την γραμμή μας
αλλά και σε αυτούς που αγαπούν ανακαλύπτουν τους εναλλακτικούς παράλληλους δρόμους
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Τα άτομα μπορούν να προσλάβουν αυτήν την ενέργεια από φωτόνια, άλλα ηλεκτρόνια ή σωματίδια
Ο κύκλος των ηλεκτρονίων των ατόμων της ύλης
Οι οργανισμοί χρησιμοποιούν δότες ηλεκτρονίων για να καλύψουν τις ενεργειακές τους ανάγκες και πηγές για την προμήθεια του άνθρακα. Ανάλογα με την ουσία /ες αυτές που ανάγουν οι οργανισμοί χαρακτηρίζονται:
Ετερότροφοι αν χρησιμοποιούν οργανικές ουσίες για ενέργεια και πηγή άνθρακα
Αυτότροφοι αν χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα σαν πηγή άνθρακα
Χημειότροφοι αν χρησιμοποιούν απλές ανόργανες ή οργανικές ουσίες σαν πηγή ενέργειας
Φωτοαυτότροφοι αν χρησιμοποιούν το φως σαν πηγή ενέργειας
Ο κύκλος των ηλεκτρονίων των ατόμων αφορά το άβιο και το έμβιο περιβάλλον εφόσον:
-Οι φυσικοί και χημικοί νόμοι που διέπουν τα έμβια συστήματα είναι ίδιοι που διέπουν τα άβια
-H χημική σύσταση και οι μεταβολικές διαδικασίες όλων των ζωντανών οργανισμών είναι σε μεγάλο βαθμό όμοιες , παρά τις μεγάλες αποκλίσεις που παρατηρούνται
Αντιδράσεις κίνησης ηλεκτρονίων μέσα στα κύτταρα (οξειδοαναγωγικές) έχουμε σε καταβολικές διαδικασίες όπως την γλυκόλυση, την διάσπαση λιπαρών οξέων της διατροφής, την διάσπαση αμινοξέων , τον κύκλο του Κιτρικού οξέος, και την αναπνευστική αλυσίδα
Ο κύκλος του κιτρικού οξέος η κύκλος του Κρεμπς
Είναι ο τελικός δρόμος για την αποδόμηση των θρεπτικών οργανικών ουσιών, οι οποίες προκύπτουν από την διάσπαση των υδατανθράκων των λιπών και πρωτεϊνών.
Ο κύκλος αυτός γίνεται σε όλους τους οργανισμούς, από τα βακτήρια μέχρι τον άνθρωπο, αποτελεί τον βασικό κύκλο παραγωγής ενέργειας μέσω της δημιουργίας μορίων ΑΤΡ όπως και την αναγωγή συνενζύμων .
Τα προϊόντα αυτά εισέρχονται στον κύκλο υπό μορφή διτανθρακικών μονάδων.
Αυτό συμβαίνει μέσα στα μιτοχόνδρια των κυττάρων όπου, εισέρχεται το ακέτυλοσυνένζυμο Α και ενώνεται με το οξαλοξικό για παραγωγή του κιτρικού οξέος που δουλεύεται μέσα στον κύκλο.
Εάν τα προϊόντα διάσπασης όπως αναφέρθηκε δεν είναι σε αυτή την μορφή του CH3COSCoA (κέτυλοσυνένζυμο Α), υφίστανται επί πλέον κατεργασία όπως είναι η οξειδωτική καρβοξυλίωση για να μετατραπούν.(Οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση πυροσταφυλικού)
Τα λιπαρά οξέα και τα αμινοξέα ισολευκίνη, λευκίνη, Λυσίνη, τρυπτοφάνη, μεταβολίζονται και καταλήγουν σε ακετυλοσυνένζυμοΑ
Το ακετυλοσυνένζυμοΑ είναι ο τρόπος που εισέρχονται αυτές οι ουσίες στον κύκλο αυτό .
Μέσα τον κύκλο αυτό οι διττανθρακικές μονάδες αποδομούνται κατά τους εξής τρόπους:
- αποσπάται ένα μόριο CO2
όπως στο ισοκιτρικό και στο α κετογλουταρικό
- αποσπώνται 2 άτομα υδρογόνου
όπως στη οξείδωση του μηλικού σε οξαλοξικό
- μεταβάλλεται το μόριo μεταβολίτη μέσα στον κύκλο ώστε να μπορεί να αποσπαστεί CO2 όπως
η μετατροπή του κιτρικού σε ισοκιτρικό ώστε στην συνέχεια αποσπάται ευκολότερα το CO2 λόγω ευνοικότερων επαγωγικών συνδυασμών
και η απόσπαση υδρογόνων από το ισοκιτρικό για τον ίδιο λόγο.
Από τον κύκλο αυτόν παράγονται παραγεται ΑΤΡ, ένα μόριο GTP 3 μόρια NADH και 1 μόριο FADH2. Ο κύκλος χρειάζεται οξυγόνο που αφαιρεί τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας από τα συνένζυμα, που μετά εισέρχονται στον κύκλο σαν NAD+ και FAD
Εισαγωγή στον κύκλο του κιτρικού με C2 ( ακετυλοσυνένζυμοΑ)
Τα προϊόντα διάσπασης που επίκειται να εισέλθουν στον κύκλο του κιτρικού οξέος, πρέπει να είναι σε μορφή διττανθρακικών
Εάν τα προϊόντα διάσπασης που επίκειται να εισέλθουν στον κύκλο του κιτρικού οξέος, όπως αναφέρθηκε δεν είναι σε μορφή διττανθρακικών, , υφίστανται επί πλέον κατεργασία
α. Η οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση
Μια από τις διεργασίες αυτές είναι η αποοξειδωτική καρβοξυλίωση.
Είναι βασική αντίδραση αναγωγής του άνθρακα των οργανικών ενώσεων σε μεταβολικούς κύκλους.
Πρόκειται για αντίδραση κατά την οποία αποσπάται άνθρακας από ένα 2οξυοξύ και παράγεται το αμέσως χαμηλότερο οξύ και διοξείδιο του άνθρακα. Κατά την αντίδραση αυτή ελευθερώνεται επίσης και ένα υδρογόνο, του οποίου συνήθως αποδέκτης είναι το NAD.
Η Γλυκόζη, και τα αμινοξέα θρεονίνη, σερίνη, κυστεϊνη που καταλήγουν σε πυροσταφυλικό οξύ, με οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση αυτό μετατρέπεται σε ακετυλοσυνένζυμοΑ
Αποκαρβοξυλίωση στην βιοχημεία, υφίστανται το πυροσταφυλικό, το 2 οξογλουταρικό (στον κύκλο του κιτρικού), καθώς και μερικά άλλα οξοοξέα πο προέρχονται από αμινοξέα όπως βαλίνη, λευκίνη.
Η οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση, γίνεται πάνω σε ένα πολύπλοκο ενζυμικό σύστημα από 3 διαφορετικές υποομάδες.
Η μια αποτελείται από μια αποκαρβοξυλάση - υδρογονάση, και προσθετική ομάδα την διφωσφορική θειαμίνη.
Η άλλη βρίσκεται στο κέντρο του ενζύμου και φέρει λιποικό οξύ με μια λυσίνη. Λειτουργεί σαν τρανακετυλάση μεταφέρει ακετυλομάδα στο συνένζυμο Α
Το τρίτο ένζυμο δρα στο δεϋδρολιποαμίδιο, και είναι μια φλαβοπρωτεϊνη - αφυδρογονάση και μεταφέρει υδρογόνο στο NAD
Οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση πυροσταφυλικού 
Οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση α κετογλουταρικού
+ CoA-SH + NAD+ 
+ CO2 + NADH
Ο Κύκλος του κιτρικού οξέος (Κρεμπς)
εντοπίζεται στα μιτοχόνδρια του κυττάρου και συνδέεται με την αναπνευστική αλυσίδα στην οποία, τα ανηγμένα συνένζυμα από αυτόν τον κύκλο NADH, FADH2 οξειδώνονται με τον σχηματισμό νερού.
β. Διάσπαση λιπαρών οξέων και παραγωγή CH3COSCoA
Τα λιπαρά οξέα που προέρχονται από την διάσπαση τριγλυκεριδίων. Για να εισέλθουν τα οξέα αυτά στο μιτοχόνδριο του κυττάρου προκειμένου να διασπαστούν, μετατρέπονται σε θειοεστέρες με το SCoA.
Εκεί γίνεται η βαθμιαία αποικοδόμησή τους σε διττανθρακικές μονάδες.
Αν η αποικοδόμηση λιπαρών οξέων με την δημιουργία κετοσωμάτων υπερβεί ένα όριο, υπερπαράγεται το ακέτυλοσυνένζυμοΑ και το ήπαρ αντιδρά με την δημιουργία κετοσωμάτων.
Τα ένζυμα που συμμετέχουν στην διάσπαση λιπαρών οξέων είναι η ακυλο -CoA-συνθετάση η ακυλο -CoA-αφυδρογονάση, η ενόυλο-CoA-υδρατάση, η β υδροξυακύκοαφυδρογονάση.
Η ισορροπία - ρύθμιση των κύκλων (ομοιόσταση)
Οι κύκλοι αυτοί ρυθμίζονται με την παρουσία ή ενεργοποίηση των σχετικών ενζύμων.
Παραδείγματα
Κατά την αντίδραση αποκαρβοξυλίωσης του πυροσταφυλικού, -το οποίο προκύπτει από τον μεταβολισμό των υδατανθράκων και της αλλανίνης, και καταλήγει σε ακέτυλοσυνένζυμα Α το οποίο εισέρχεται και ενεργοποιεί τον κύκλο του κιτρικού-,
απαραίτητο είναι το ένζυμο καρβοξυλάση- υδρογονάση του πυροσταφυλικού. Η ρύθμιση της ενεργοποίησής της
Η ενζυμική δραστηριότητα του ενζύμου αυτού ρυθμίζεται ως εξής:
Α το τελικό προϊόν, το CH3COSCoA (ακέτυλοσυνένζυμοΑ) αναστέλει το ένζυμο τρανσακετυλάση ενώ ταυτόχρονα παράγεται το ανηγμένο συνένζυμο NADH που αναστέλει το ένζυμο αφυδρογονάση.
Β. Το έζυμο της αντίδρασης αποκαρβοξυλάση- αφυδρογονάση-τρανσακετυλάση ( που στην πραγματικότητα είναι ένα ενδομετατρεπόμενο πολυενζυμικό σύμπλεγμα) αδρανοποιείται αν φωσφορυλιωθεί σε συγκεκριμένη θέση (μια σερίνη του). Αυτό γίνεται με ένζυμο την κινάση. Η δράση της κινάσης ρυθμίζεται από την σχέση NAP/NAPH και από CH3COSCoA/CH3CO/SCoA αλλά και την παρουσία της ATP (που παράγεται με την λειτουργία του κύκλου του κιτρικού) .
Μια αντίστοιχη ρυθμιστική διεργασία συμβαίνει και σε κάποια σημεία του κυκλου του κιτρικού όπως α. στην αφυδρογόνοση του ισοκιτρικού (και στην συνέχεια βέβαια αποκαρβοξυλίωση προς α κετογλουταρικο). Το ένζυμο αφυδρογονάση του ισοκιτρικού για να ενεργοποιηθεί χρειάζεται ADP ενώ με ATP και NADH απενεργοποιείται. Έτσι το ένζυμο από ορισμένους θεωρείται ένζυμο-βηματοδότης του κιτρικού κύκλου.
Μια άλλη ακόμα περίπτωση της ρύθμισης του κυκλου του κιτρικού μέσω της ρύθμισης των ενζύμων είναι στο στάδιο της σύνθεσης του κιτρικού. Το ένζυμο συνθετάση του κιτρικού, ρυθμίζεται αλλοεστερικά από την παρουσία NADP και ηλεκτρυλοσυνένζυμοΑ καθώς και ATP και ελλαττώνεται η ταχύτηα αντίδρασης.
Ο κύκλος του κιτρικού οξέος στα φυτά. Ο κύκλος του γλυοξυλικού οξέος
Στα φυτά εκτός από τον γνωστό κύκλο του κιτρικού, υπάρχει μια δεύτερη πορεία, που ξεκινάει από την θέση του ισοκιτρικού με επόμενο στάδιο την δημιουργία γλυοξυλικού ( με δύο άτομα άνθρακα) και στην συνέχεια με πρόσληψη ακετυλομάδας απευθείας στην θέση του μηλικού κ.λ.π.
Ο κύκλος του κιτρικού οξέος εντάσσεται σε μια συνθετότερη διαδικασία που είναι γνωστή σαν κυτταρική αναπνοή
Δήμητρα Σπανού
ΠΗΓΕΣ
https://www.abiweb.de/biologie-stoffwechsel/zellatmung/oxidative-decarboxylierung.html
https://www.art-therapy.center/%CE%BF-%CE%BA%CF%8D%CE%BA%CE%BB%CE%BF%CF%82-%CF%84%CE%BF%CF%85-%CE%BA%CE%B9%CF%84%CF%81%CE%B9%CE%BA%CE%BF%CF%8D-%CE%BF%CE%BE%CE%AD%CE%BF%CF%82-krebs%CE%BA%CE%B1%CE%B9-%CE%B7-%CE%BF%CE%BE%CE%B5%CE%B9/
https://archive.eclass.uth.gr/eclass/modules/document/file.php/SEYA209/11_%CE%9A%CF%8D%CE%BA%CE%BB%CE%BF%CF%82_%CF%84%CE%BF%CF%85_Krebs_2015.pdf
https://rwu.pressbooks.pub/bio103/chapter/cellular-respiration/
https://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/8/bc/vlu/stoffwechsel/fette.vlu/Page/vsc/de/ch/8/bc/stoffwechsel/fett/fettsaeureabbau.vscml.html
+ CoA-SH + NAD+ + CO2 + NADH