قندها در داخل بدن طی واکنشهایی به انرژی و مواد دیگر تبدیل می شوند. چرخه کربس یکی از مراحل تخریب قندها است که طی آن پیرووات حاصل از گلیکولیز به انرژی تبدیل می شود. پیرووات طی یک سری واکنشهای منظم اکسید شده به استیل تبدیل می شود. استیل حاصل با کوآنزیم A ترکیب شده استیل کوآنزیم A را می سازد که در ماتریکس میتوکندری به ترکیبات ساده تر مبدل می گردد.
کربس در سال ۱۹۱۰ مشخص کرد که مکانیسم تبدیل پیرووات به ترکیبات ساده تر طی یک سری واکنشهای چرخه ای صورت می گیرد این چرخه به نام چرخه کربس معروف است. کربس این چرخه را چرخه تری کربوکسیلیک اسید (TCA) نامید.
ایجاد استیل کوآنزیم A
پیرووات طی یک سری واکنشهایی به استیل کوآنزیم A تبدیل می شود. این واکنشها مستلزم یک مجموعه پیرووات دهیدروژناز و یک سری کوآنزیمهای اختصاصی مانند تیامین پیروفسفات ، اسیدلیپوئیک FAD و NADH است. استیل کوآنزیم A بوجود آمده با داشتن آرایش فضایی مناسب موجب شروع واکنشهای چرخه کربس می شود و با متراکم شدن و اتصال به اسید اگزالواستیک و از دست دادن COA ، اسید سیتریک را می سازد. ماتریکس میتوکندری واجد کلیه آنزیمها و کوآنزیمها و سایر عوامل لازم برای انجام چرخش TCA است.
مراحل چرخه کربس
در طی چرخه کربس چهار مرحله اکسایش انجام می گیرد که منجر به خروج دو مولکول CO۲ از باقیمانده پیکر قند ، یعنی استیل کوآنزیم A و آزاد شدن مثبت اتم هیدروژن و بالاخره تشکیل مجدد اسید اگزالواستیک می گردد و این چرخه هشت مرحله دارد که عبارتند از:
مرحله اول
واکنشی است که بوسیله آنزیم سیترات سنتتاز کاتالیز می شود. در این مرحله ، استیل کوآنزیم A با اگزالواستات که ترکیبی چهار کربنی است ترکیب می شود و تشکیل سیترات با شش اتم کربن می دهد.
مرحله دوم
سیترات حاصل تحت اثر آنزیم آکونیتاز به ایزوسیترات تبدیل می شود. برای ایجاد فرآورده واکنش باید از یک واکنش واسطه بگذرد بدین معنی که ابتدا سیترات با از دست دادن یک مولکول آب به سیس آکونیتات تبدیل می شود و پس این ترکیب با پذیرش یک مولکول آب ، ایزوسیترات می سازد.
مرحله سوم
ایزوسیترات حاصل تحت اثر آنزیم ایزوسیترات دهیدروژناز ، دو هیدروژن متصل به C-۵ را از دست می دهد و به شکل کتو درمی آید. همچنین گروه کربوکسیل (C-۳) را نیز به صورت CO۲ آزاد ساخته و آلفاکتوگلوتارات تولید می کند. این واکنش در واقع نخستین واکنش از چرخه است که طی آن CO۲ ساخته می شود.
مرحله چهارم
کمپلکس آنزیمی آلفاکتوگلوتارات دهیدروژناز ، یک مولکول CO۲ از آلفاکتوگلوتارات برمی دارد و با اتصال کوآنزیم A به آن سوکسینیل کوآنزیم A می سازد. در این واکنش ، NAD به عنوان کوآنزیم شرکت می کند. این مرحله دومین مرحله از ساخته شدن CO۲ طی چرخه کربس است.
مرحله پنجم
مرحله بعد تبدیل سوکسینیل کوآنزیم A به سوکسینات است که بوسیله آنزیم سوکسینیل کوآنزیم A سنتتاز کاتالیز می شود. اهمیت این واکنش در ایجاد ترکیب پر انرژی در شکل GTP است. پیوند تیواستر موجود در سوکسینیل کوآنزیم A بر اثر آبکافت با آزادسازی کوآنزیم A مقداری انرژی آزاد می کند که برای سنتز GTP مورد استفاده قرار می گیرد. GTP سریعا فسفات خود را به ADP می دهد و ATP می سازد.
مرحله ششم
در مرحله بعد سوکسینات حاصل تحت تاثیر کوآنزیم FAD دو پروتون از دست می دهد و به فومارات تبدیل می شود. آنزیم سوکسینات دهیدروژناز واکنش را کاتالیز می کند.
مرحله هفتم
با اضافه شدن مولکول آب به محل پیوند دو گانه که بوسیله آنزیم فوماراز کاتالیز می شود L- مالات ایجاد می گردد.
مرحله هشتم
در مرحله آخر آنزیم حالات دهیدروژناز دو هیدروژن از حالات برمی دارد و آن را به اگزالواستات تبدیل می کند و بدین سان چرخه TCA کامل می گردد.
جمع بندی واکنشهای چرخه TCA
از اکسایش یک مولکول پیرووات و تبدیل آن به استیل کوآنزیم A و پس وارد شدنش در چرخه TCA ، سه مولکول CO۲ ، یک مولکول GTP و یا ATPو پنج مولکول کوآنزیم احیا شده (۴ مولکول NADH و یک مولکول FADH۲) بوجود می آیند. بدین ترتیب ، طی چرخه TCA تنها یک مولکول ترکیب پرانرژی ساخته می شود. لذا این چرخه به تنهایی مقدار بسیار کمی انرژی شیمیایی آزاد می سازد.
