المحتويات · 7 أقسام
تُعد دورة كريبس (دورة حمض الستريك، دورة السيترات) المسار الأيضي المركزي الذي يربط بين هدم الكربوهيدرات والدهون والبروتينات. إن فهم هذه الدورة هو حجر الأساس في كيمياء الطاقة الحيوية، وهو ضروري لكل طالب طب لاجتياز الاختبارات وفهم الأمراض السريرية.
ماهية دورة كريبس وأهميتها الحيوية
تحدث دورة كريبس في مصفوفة الميتوكوندريا (Matrix). وظائفها الرئيسية هي:
- إنتاج الطاقة — توليد الإنزيمات المساعدة المختزلة (NADH وFADH₂) التي تنقل الإلكترونات إلى سلسلة التنفس
- أمفيبولية (مزدوجة الوظيفة) — تشارك في الهدم والبناء على حد سواء (تُستخدم الوسائط لتخليق الأحماض الأمينية والجلوكوز والهيم)
- تكاملية — «تقاطع» مسارات الأيض: هنا تتقاطع مسارات أكسدة الجلوكوز والأحماض الدهنية والأحماض الأمينية
تنتج الدورة الواحدة: 3 NADH، و1 FADH₂، و1 GTP (تساوي تقريباً ATP)، و2 CO₂. وحسابياً عبر الفسفرة التأكسدية، يعادل ذلك حوالي 10 ATP لكل جزيء أسيتيل مرافق الإنزيم أ (Acetyl-CoA).
تفاعلات دورة كريبس: شرح خطوة بخطوة
تتضمن الدورة 8 تفاعلات متتالية. ولحفظ ترتيبها، تساعدنا قاعدة الذاكرة التרמוية التالية: «السيترات ← الأكونيتات ← الإيزوسيترات ← ألفا-كيتوجلوتارات ← السكسينيل مرافق الإنزيم أ ← السكسينات ← الفومارات ← المالات ← الأكسالوآسيتات».
| № | التفاعل | الإنزيم | الناتج | عامل مساعد / الناتج |
|---|---|---|---|---|
| 1 | أسيتيل مرافق الإنزيم أ + OAA ← سيترات | سيترات سينثاز | السيترات (6C) | — |
| 2 | سيترات ← إيزوسيترات | أكونيتاز | الإيزوسيترات (6C) | — |
| 3 | إيزوسيترات ← ألفا-كيتوجلوتارات | إيزوسيترات ديهيدروجيناز | ألفا-كيتوجلوتارات (5C) | NADH + CO₂ |
| 4 | ألفا-KG ← سكسينيل مرافق الإنزيم أ | معقد ألفا-كيتوجلوتارات ديهيدروجيناز | سكسينيل مرافق الإنزيم أ (4C) | NADH + CO₂ |
| 5 | سكسينيل مرافق الإنزيم أ ← سكسينات | سكسينيل مرافق الإنزيم أ سينثاز | السكسينات (4C) | GTP (فسفرة على مستوى الركيزة) |
| 6 | سكسينات ← فومارات | سكسينات ديهيدروجيناز (المعقد II) | الفومارات (4C) | FADH₂ |
| 7 | فومارات ← مالات | فوماراز | L-مالات (4C) | H₂O |
| 8 | مالات ← أكسالوآسيتات | مالات ديهيدروجيناز | OAA (4C) | NADH |
الإنزيمات الرئيسية وتنظيمها
ثلاثة تفاعلات تعتبر غير عكوسة وتعمل كنقاط تنظيمية:
| الإنزيم | المحفزات | المثبطات |
|---|---|---|
| سيترات سينثاز | ADP، الركائز | ATP، NADH، سيترات، سكسينيل مرافق الإنزيم أ |
| إيزوسيترات ديهيدروجيناز | ADP، Ca²⁺ | ATP، NADH |
| ألفا-كيتوجلوتارات ديهيدروجيناز | Ca²⁺ | ATP، NADH، سكسينيل مرافق الإنزيم أ |
المبدأ الأساسي: الشحنة الطاقوية العالية (ATP/NADH) تثبط الدورة، بينما الشحنة المنخفضة (ADP/NAD⁺) تحفزها. يقوم الكالسيوم بتنشيط الدورة أثناء انقباض العضلات عندما تكون الحاجة إلى الطاقة في ذروتها.
الارتباط بسلسلة التنفس وإنتاج ATP
تنقل الإنزيمات المساعدة المختزلة الإلكترونات إلى سلسلة نقل الإلكترون (ETC) على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا:
- 1 NADH ← المعقد I ← ~2.5 ATP
- 1 FADH₂ ← المعقد II ← ~1.5 ATP
إجمالي الدورة الواحدة: 3 NADH × 2.5 = 7.5 ATP + 1 FADH₂ × 1.5 = 1.5 ATP + 1 GTP = ~10 ATP. الأكسدة الكاملة لجزيء جلوكوز واحد (تحلل سكري + دورتين من دورة حمض الستريك + سلسلة نقل الإلكترون) تنتج ~30-32 ATP.
التفاعلات المُجدِّدة للوسطاء (Anaplerotic)
تتطلب السير الطبيعي للدورة تدفقاً مستمراً للمركبات الوسيطة:
- بيروفات كاربوكسيلاز: بيروفات + CO₂ ← أكسالوآسيتات (التفاعل الأنفليبروتي الرئيسي)
- glutamate dehydrogenase: glutamate → α-ketoglutarate
- Aminotransferases: aspartate → OAA (via AST)
If OAA "escapes" into gluconeogenesis (via PEPCK), anaplerotic reactions replenish its level.
الارتباطات السريرية
- Thiamine (B₁) deficiency — thiamine is a component of TPP, a cofactor for α-ketoglutarate dehydrogenase and pyruvate dehydrogenase. Deficiency → beriberi, Wernicke encephalopathy
- Fluoroacetate poisoning — fluorocitrate blocks aconitase → cycle arrest
- Succinate dehydrogenase (SDH) mutations — associated with paragangliomas and pheochromocytomas (succinate accumulation activates HIF-1α)
- Lactic acidosis — in hypoxia, the TCA cycle slows down → pyruvate does not enter the cycle → turns into lactate
- Oncometabolites — isocitrate dehydrogenase (IDH1/2) mutations in gliomas → 2-hydroxyglutarate is produced instead of α-KG
الأسئلة الشائعة
Why doesn't the Krebs cycle work without oxygen?
The cycle itself does not consume O₂ directly, but without oxygen the respiratory chain stops → NADH and FADH₂ are not reoxidized → NAD⁺ and FAD are not regenerated → TCA enzymes cannot function (they need oxidized coenzymes as acceptors).
How much ATP does one glucose molecule yield?
Maximum ~30–32 ATP: glycolysis yields 2 ATP + 2 NADH, pyruvate dehydrogenase — 2 NADH, two turns of the TCA cycle — 6 NADH + 2 FADH₂ + 2 GTP. Everything is summed up via the ETC. The exact number depends on the shuttle mechanism (malate-aspartate → 2.5 ATP/NADH, glycerophosphate → 1.5 ATP/NADH).
How to memorize the cycle reactions?
Mnemonic based on the first letters of substrates: Citrate, cis-Aconitate, Isocitrate, α-Ketoglutarate, Succinyl-CoA, Succinate, Fumarate, Malate, Oxaloacetate.
Study biochemistry through interactive biochemistry lessons on the platform. Related topics: amino acids, mitosis and meiosis, antibiotics. Use clinical calculators for practice.