המיקום בתהליך
חזרה קצרה על גליקוליזה:
- השקענו שני ATP, קיבלנו ארבעה ATP ← רווח נקי: שני ATP
- יצרנו שני NADH
- רוב האנרגיה עדיין עצורה בפירובאט!
המעבר הגדול: עד עכשיו הכל היה בציטוזול. עכשיו נכנסים למיטוכונדריה.
שלושת השלבים של נשימה תאית
- יצירת Acetyl-CoA מפירובאט
- מעגל קרבס
- שרשרת מעבר אלקטרונים (בשיעורים הבאים)
כניסת פירובאט למיטוכונדריה
MPC - Mitochondrial Pyruvate Carrier
- סימפורטר על הממברנה הפנימית
- מכניס פירובאט יחד עם $\ce{H+}$
שני גורלות לפירובאט
| אם צריך גלוקוז | אם צריך אנרגיה |
|---|---|
| פירובאט קרבוקסילאז ← גלוקונאוגנזה | פירובאט דהידרוגנאז ← מעגל קרבס |
Coenzyme A ו-Acetyl-CoA
המבנה החשוב: קבוצת תיול (SH) בקצה
קשר תיואסטר = קשר בין S ל-C = קשר עתיר אנרגיה!
Acetyl-CoA = קבוצת אצטיל (2 פחמנים) קשורה ל-CoA דרך קשר תיואסטר
קומפלקס פירובאט דהידרוגנאז (PDH)
הריאקציה הכוללת
\[\ce{Pyruvate + CoA + NAD+ -> Acetyl-CoA + CO2 + NADH}\]מבנה הקומפלקס
- 3 אנזימים: E1, E2, E3
- 5 קו-פקטורים: $\ce{TPP}$, ליפואט, $\ce{CoA}$, $\ce{FAD}$, $\ce{NAD⁺}$
נקודה קריטית: המולקולה נשארת קשורה לקומפלקס לאורך כל 5 הריאקציות - לא משתחררת לתוך המטריקס!
חמשת השלבים
| שלב | מה קורה | תוצר |
|---|---|---|
| 1 | פירובאט (3C) מאבד CO₂ | הידרוקסיאתיל-TPP (2C) |
| 2 | העברה מ-TPP לליפואט | אצטיל-ליפואט |
| 3 | CoA “גונב” את האצטיל | Acetyl-CoA |
| 4 | ליפואט מעביר אלקטרונים ל-FAD | FADH₂ |
| 5 | FAD מעביר אלקטרונים ל-NAD⁺ | NADH |
קומפלקסים דומים (חשוב לדעת!)
שלושה קומפלקסים עובדים באותו מנגנון:
- פירובאט דהידרוגנאז
- α-קטוגלוטראט דהידרוגנאז (בתוך מעגל קרבס)
- קומפלקס חמצון איזולאוצין
E3 זהה בכולם! אם E3 לא עובד ← E2 לא עובד ← הכל עוצר.
מעגל קרבס - הסכמה
Acetyl-CoA (2C)
│
▼ ①
Citrate (6C)
│
▼ ②
Isocitrate (6C)
│
▼ ③ ──► CO₂ + NADH
α-Ketoglutarate (5C)
│
▼ ④ ──► CO₂ + NADH
Succinyl-CoA (4C)
│
▼ ⑤ ──► GTP
Succinate (4C)
│
▼ ⑥ ──► FADH₂
Fumarate (4C)
│
▼ ⑦
Malate (4C)
│
▼ ⑧ ──► NADH
Oxaloacetate (4C)
│
└─────────► חוזר להתחלה
שמונת השלבים - מה חשוב לזכור
שלב 1 - ציטראט סינתאז
- Acetyl-CoA + Oxaloacetate → Citrate
- ΔG מאוד שלילי (אקסרגוני)
- ציטראט מעכב את PFK1 בגליקוליזה - רגולציה הגיונית!
שלב 3 - איזוציטראט דהידרוגנאז
- יוצר NADH ראשון + CO₂
שלב 4 - α-קטוגלוטראט דהידרוגנאז
- עובד בדיוק כמו PDH
- יוצר NADH + CO₂
- האנרגיה נשמרת בקשר תיואסטר
שלב 5 - סוכסיניל-CoA סינתטאז
- יוצר GTP (ניתן להמרה ל-ATP)
- זו היצירה היחידה של “מטבע אנרגיה” ישיר במעגל
שלב 6 - סוכסינאט דהידרוגנאז ⚠️
- חלבון ממברנלי - יושב על הממברנה הפנימית
- יוצר FADH₂
- יופיע שוב בשרשרת מעבר אלקטרונים
למבחן: מלונאט הוא מעכב תחרותי של סוכסינאט דהידרוגנאז!
שלב 8 - מלאט דהידרוגנאז
- יוצר NADH + Oxaloacetate
- סוגר את המעגל
סיכום תוצרים
ממולקולת Acetyl-CoA אחת
| תוצר | כמות |
|---|---|
| NADH | 3 |
| FADH₂ | 1 |
| GTP | 1 |
| CO₂ | 2 |
ממולקולת גלוקוז אחת (להכפיל!)
| שלב | ATP | NADH | FADH₂ | GTP |
|---|---|---|---|---|
| גליקוליזה | 2 | 2 | - | - |
| 2× PDH | - | 2 | - | - |
| 2× מעגל קרבס | - | 6 | 2 | 2 |
| סה”כ | 2 | 10 | 2 | 2 |
שקילות אנרגטית
- 1 NADH = 2.5 ATP
- 1 FADH₂ = 1.5 ATP
סה”כ ממולקולת גלוקוז: ~30-32 ATP
ריאקציות אנאפלרוטיות
ריאקציות שמזינות את מעגל קרבס - מוסיפות מולקולות ביניים כשצריך.
| אנזים | ריאקציה |
|---|---|
| פירובאט קרבוקסילאז | Pyruvate → Oxaloacetate |
| מאליק אנזים | Pyruvate → Malate |
למה ניתן לצפות במבחן?
ככל הנראה
- סכמת מעגל קרבס בלי שמות אנזימים
- איפה נוצרים NADH, FADH₂, GTP
- הבנת רגולציה והשפעות
- מלונאט כמעכב תחרותי
פחות סביר
- כימיה מפורטת
- שמות אנזימים ספציפיים
מושגי מפתח
| מושג | הגדרה |
|---|---|
| קשר תיואסטר | קשר S-C, עתיר אנרגיה |
| דה-קרבוקסילציה חמצונית | שחרור CO₂ + חמצון |
| ריאקציות אנאפלרוטיות | ריאקציות שמזינות את המעגל |
| MPC | Mitochondrial Pyruvate Carrier |
| מעכב תחרותי | מולקולה דומה שמתחרה על אתר פעיל |
הקשרים לנושאים קודמים
| נושא | הקשר |
|---|---|
| PFK1 (גליקוליזה) | מעוכב ע”י ציטראט |
| גלוקונאוגנזה | פירובאט קרבוקסילאז יוצר אוקסלואצטט |
| תאי דם אדומים | אין מיטוכונדריה ← אין מעגל קרבס! |
| מעגל הפנטוזות | מסלול יחיד ל-NADPH בתאי דם אדומים |