چرخه اسید سیتریک چیست؟

اسید سیتریک یکی از مهم‌ترین و پراستفاده‌ترین مواد شیمیایی و اسیدی در صنعت مواد غذایی است. به دلیل اینکه اسید سیتریک یکی از قوی‌ترین اسیدهای خوراکی است، از آن استفاده‌های مختلفی می‌شود. برای مثال از اسید سیتریک، به عنوان طعم‌دهنده و نگهدارنده در خوراکی‌ها و نوشیدنی‌ها علی‌الخصوص نوشابه‌ها و آب‌نبات‌ها استفاده می‌شود.

در این‌جا به توضیحاتی دربارۀ چرخه کربس می‌پردازیم. چرخه‌ای که از اکسیژن استفاده می‌کند و آب و دی اکسید کربن را به عنوان محصول تولید می‌کند. در این چرخه که با نام دیگر چرخۀ اسید سیتریک نیز شناخته می‌شود، مولکول ADP به ATP یا همان انرژی مورد نیاز سلول تبدیل می‌‌شود.

با ما همراه باشید تا در بخش بعد به شکلی دقیق‌تر نگاهی به چرخۀ اسید سیتریک بیاندازیم.

چرخۀ اسید سیتریک(چرخه کربس)

اگر بخواهیم به صورت خلاصه در همین ابتدا از کلیت این فرایند بگوییم، می‌توان این‌طور عنوان کرد که چرخه کربس، در واقع نوعی بهره‌برداری از انرژی شیمیایی برای تنفس سلولی است.

چرخۀ اسید تری کربوکسیلیک(مخفف: TCA) که به عنوان چرخه کربس یا اسید سیتریک نیز شناخته می‌شود، منبع اصلی انرژی برای سلول‌ها و بخش مهمی از تنفس هوازی در سلول است.

واکنش‌های چرخه کربس با تشکیل اسید سیتریک شروع می‌شوند که شامل سه گروه کربوکسیلیک(COOH) است. از این رو به آن چرخۀ اسید سیتریک می‌گویند.

در چرخۀ اسید سیتریک، انرژی شیمیایی موجود در مولکولی به نام استیل کوآنزیمِ A مهار می‌شود، از نیروی آن کاسته می‌شود و به مولکولی با قدرت کمتر به نام نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید (NADH) تبدیل می‌شود.

چرخه کربس، بخشی از متابولیسم بزرگتری به نام متابولیسم گلوکز است که در آن مولکول گلوکز اکسید می‌شود تا مولکولی به اسم پیرووات را تشکیل دهد. سپس اکسید شده و به‌عنوان استیل کوآنزیمِ A وارد چرخۀ اسید سیتریک می‌شود.

نکته: نیمی از مولکول‌های واسطه‌ای که چرخه اسید سیتریک به آن‌ها بستگی دارد نیز منشاء مسیرهایی هستند که به ترکیبات مهمی مانند اسیدهای چرب، اسیدهای آمینه یا پورفیرین‌ها منجر می‌شوند. به این ترتیب اگر هر یک از این واسطه‌ها منحرف شوند، یکپارچگیِ چرخه کربس شکسته شده و چرخه از کار می‌افتد.

تولید انرژی ضروری را تنها در صورتی می‌‌توان از سر گرفت که جای خالیِ واسطۀ منحرف‌شده یا واسطۀ بعدی که منجر به تولید اگزالواستات می‌شود، مجدداً پر شود.

فرایند پُر کردن جای خالیِ واسطۀ منحرف‌شده در چرخه اسید سیتریک با سری واکنش‌هایی به نام واکنش‌های آناپلروتیک(به معنای پُر کردنِ مجدد) میسر می‌شود.

واسطه‌های چرخه کربس

در چرخۀ اسید سیتریک واسطه‌هایی وجود دارند. این واسطه‌‌ها به ترتیب در زیر شماره‌گذاری شده‌اند:

• سیترات
• ایزوسیترات
• اکسوگلوتارات
• سوکسینیل-کوآ
• سوکسینات
• فومارات
• مالات
• اگزالواستات(اگزالواستیک اسید)

مراحل چرخه کربس

• چرخۀ کربس(یا همان اسید سیتریک) با واکنشی به نام واکنشِ ترکیبیِ آنزیمیِ آلدولِ استیل کو آنزیم A به اگزالواستات آغاز می‌شود و سپس اولین واسطۀ چرخه یعنی سیترات را تشکیل می‌دهد.
• سیترات توسط یک توالی دی‌هیدراتاسیون-هیدراتاسیون ایزومریزه می‌شود تا ایزوسیترات(دومین واسطۀ چرخه اسید سیتریک) تولید شود.
• اکسیداسیون آنزیمیِ بیشتر و دکربوکسیلاسیونِ مجدد، مولکولی به نام 2-کتوگلوتارات را تحویل می‌دهد.
• پس از دکربوکسیلاسیون‌ها و اکسیداسیون‌های آنزیمیِ دیگر، 2-کتوگلوتارات به چهارمین واسطۀ چرخه کربس یعنی سوکسینیل-کوآ تبدیل می‌شود.
• در مرحلۀ بعدی چرخۀ اسید سیتریک سوکسینیل-کوآ هیدرولیز می‌شود. هیدرولیز این متابولیت به سوکسینات با فسفوریلاسیون گوانوزین دی فسفات (GDP)به گوانوزین تری فسفات(GTP) همراه است.
• اشباع‌زداییِ آنزیمی، توسط فلاوین آدنین دی نوکلئوتید(FAD) وابسته به سوکسینات دهیدروژناز، فومارات یا همان ششمین مورد از واسطه‌های چرخه کربس را تولید می‌کند.
• پس از هیدراتاسیون استریو اختصاصی، فوماراتِ کاتالیز‌شده توسط فوماراز به اِل-مالات تبدیل می‌شود. اگر یادتان باشد، در قسمت واسطه‌های چرخۀ اسید سیتریک، اشاره کرده‌ بودیم که مالات، هفتمین واسطۀ چرخه است.
• آخرین مرحلۀ اکسیداسیونِ اِل-مالات به اگزالواستاتِ جفت‌شده با NAD به این صورت است که اِل‌-مالات توسط مالات دی‌هیدروژناز کاتالیز می‌شود و چرخۀ اسید سیتریک را تکمیل می‌کند و آن را می‌بندد.

چرخه کربس در کجا رخ می‌دهد؟

چرخۀ اسید سیتریک برای اولین‌بار در بافت عضلانیِ یک کبوتر مشاهده شد. چرخه کربس در تمام سلول‌های یوکاریوتی و پروکاریوتی رخ می‌دهد. این چرخه در یوکاریوت‌ها، در ماتریکس میتوکندری رخ می‌دهد و در پروکاریوت‌ها، در سیتوزول انجام می‌شود.

محصولات چرخه کربس

قبل از شروع چرخۀ اسید سیتریک، یک مولکول گلوکز باید به استیل کوآ(استیل کوآنزیمِ A) تبدیل شود. در این فرآیند 2 مولکول استیل کوآ به چرخه وارد می‌شود. بنابراین، چرخه دو بار به ازای هر گلوکز اصلی پیش می‌رود و دو برابر محصولات ذکرشده در زیر را تولید می‌کند.

یک چرخۀ اسید سیتریک، 7 محصول به دست می‌دهد:

• GTP
• 3  مولکولِ NADH

• FADH₂، که در حضور کوآنزیمQ (ubiquinone) به UQH₂ تبدیل می‌شود.
• 2 مولکول CO₂ یا همان کربن دی اکسید

پیرووات چیست؟

پیرووات یک مولکول زیستی می‌باشد که محصول متابولیسم گلوکز است. این مولکول با آدنوزین تری فسفات و دی اکسید کربن واکنش داده و در ابتدای چرخۀ اسید سیتریک آن را به استیل و آدنوزین دی فسفات(ADP) تبدیل می‌کند. اغلب در مرحلۀ مقدماتی یا ابتداییِ چرخه گنجانده می‌شود.

پیرووات معمولاً از محصول گلیکولیز اسید پیروویک به دست می‌آید که به سرعت در اکثر سیستم‌های طبیعی تجزیه می‌شود و در نهایت پیرووات را باقی می‌گذارد. پیرووات نقش مهمی را در تبدیل‌های زیستی متعددی ایفا می‌کند.

تاریخچۀ چرخه کربس

کشف چرخۀ اسید سیتریک(یا همان چرخه کربس) توسط شیمی‌دان آلمانی، هانس آدولف کربس در سال 1937 نقطۀ عطفی در بیوشیمی بود. کربس در سال 1953 جایزۀ نوبل فیزیولوژی یا پزشکی را به‌خاطر این مشارکت در مطالعۀ متابولیسم واسطه در تجزیه اکسیداتیو کربوهیدرات‌ها دریافت کرد.

کربس و همکارش ویلیام آرتور جانسون یافته‌های خود را با عنوان «نقش اسید سیتریک در متابولیسم میانجی در بافت‌های حیوانی» پس از رد شدن توسط مجلۀ Nature در ژورنال Enzymologia منتشر کردند.

با دانستن مراحل چرخۀ اسید سیتریک، می‌بینیم که فرایندی رخ می‌دهد که در انتهای آن سیترات آزاد می‌شود. اسید سیتریک موارد استفادۀ زیادی در صنایع غذایی و شیمیایی دارد.

یکی از بزرگ‌ترین نماینده‌های فروش اسید سیتریک در کشور شرکت زکیّه تجارت می‌باشد. شرکت زکیّه تجارت با سابقۀ درخشان خود توانسته است فعالیت نزدیکی را با بزرگ‌ترین شرکت‌های مواد غذایی داشته باشد و با کیفیت عالی محصولات خود و همچنین خدمات پس از فروش، به خوبی توانسته است نظر مشتریان خود را جلب نماید.