حلقة كريبس: دورة الحياة والموت التي يجهلها معظمنا

ماذا نعرف عن حلقة كريبس؟ وما أهميتها؟

تعد هذه الحلقة عملية ضرورية لاستمرار الحياة بالنسبة إلى البشر وجميع الكائنات الهوائية الأخرى، لكن القليل منا يعرفون التفاصيل الدقيقة حول حلقة كريبس وآلية عملها، وهو ما يشرحه هذا المقال.

حلقة كريبس:

ترتبط حلقة كريبس عند معظم الأشخاص ببعض المصطلحات، مثل التنفس وتوليد الطاقة والميتوكوندريا التي تمثل مركز الطاقة بالنسبة إلى الخلية.

أُطلق على هذه العملية اسم (حلقة كريبس) نسبةً إلى (هانز كريبس)، أول من اقترح وجودها، وتُعرف أيضًا بحلقة حمض السيتريك أو حلقة (TCA)، وهي سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل ميتوكوندريا الخلية فتولد الطاقة خلال التنفس الهوائي، ويحدث ذلك عبر أكسدة الأسيتات المشتقة من الكربوهيدرات والدهون والبروتينات، فتتحول تلك الأسيتات إلى ثاني أكسيد الكربون.

نجد حلقة كريبس داخل كل خلية حية تستخدم الأكسجين لإنتاج الطاقة، إذ تُستخدم من قبل جميع الأحياء الهوائية، وهي الكائنات الحية التي لا يمكنها أن تعيش وتنمو إلا بوجود الأكسجين.

تمثل حلقة كريبس جزءًا أساسيًا من عملية التنفس الخلوي التي تقوم بها المركبات العضوية لإنتاج الطاقة، وتدعى هذه العملية بالتنفس الهوائي عندما تتطلب وجود الأكسجين، وتتكون من أربع مراحل، إذ تبدأ بتحلل السكر، يتلوه تفاعل الارتباط، ثم حلقة كريبس، وتنتهي بالفسفرة التأكسدية.

كيف تعمل حلقة كريبس؟

تتألف حلقة كريبس من 8 مراحل، تنتهي بتحويل جزيء يسمى أسيتيل مرافق الإنزيم-أ (Acetyl-CoA) إلى ثاني أكسيد الكربون، مرورًا بعملية إنتاج نيوكليوتيد أدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) الحامل للطاقة.

مرافقات الإنزيمات هي مركبات عضوية تحتاجها العديد من الإنزيمات في تأدية وظيفتها.

تبدأ الحلقة بتفاعل أسيتيل مرافق الإنزيم-أ المشتق من الجلوكوز أو الأحماض الدهنية أو البروتينات، مع مركب مكون من أربع ذرات كربون يسمى بالأوكزالوأسيتات (Oxaloacetate)، فتتشكل السيترات (Citrate) التي تحوي ست ذرات كربون، ويُطلَق مرافق الإنزيم-أ (CoA-SH).

في المرحلتين الثانية والثالثة يُعاد ترتيب السيترات لتشكيل الإيزوسيترات، التي تفقد بدورها أحد جزيئات ثاني أكسيد الكربون وتخضع للأكسدة ليتشكل جزيء خماسي الكربون هو ألفا-كيتوغلوتارات، وخلال ذلك يُرجَع مرافق الإنزيم (NAD+) إلى (NADH).

يفقد ألفا-كيتوغلوتارات أحد جزيئات ثاني أكسيد الكربون ويخضع للأكسدة أيضًا في المرحلة الرابعة، فيتكون سكسينيل مرافق الإنزيم-أ (Succinyl-CoA)، الذي يحتوي على أربع ذرات كربون، ويتحول (NAD+) إلى (NADH) من جديد.

يُشكل سكسينيل مرافق الإنزيم-أ بعدها ما يُعرف بالسكسينات (Succinate)، ويخضع جزيء يسمى الغوانوزين ثنائي الفوسفات (GDP) في الوقت ذاته لعملية الفسفرة بهدف الحصول على الغوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP)، الذي ينقل الفوسفات إلى الأدينوزين ثنائي الفوسفات (ADP)، مشكلًا جزيء (ATP) بالغ الأهمية.

تتأكسد السكسينات في المرحلة السادسة مشكّلة الفومارات (Fumarate)، ويُرجع جزيء (FAD) إلى (FADH2).

تتشكل المالات (Malate) نتيجة إضافة الماء إلى الفومارات في المرحلة السابعة، وتخضع المالات بدورها في المرحلة الثامنة والأخيرة للأكسدة مشكّلة الأوكزالوأسيتات، لتبدأ الدورة من جديد. تفقد المالات الهيدروجين الذي ينتقل إلى (NAD+) لتشكيل (NADH).

تنتج دورة واحدة من حلقة كريبس جزيئين من ثاني أكسيد الكربون، وجزيئًا واحدًا من (ATP)، وثلاثة جزيئات من (NADH)، وجزيئًا واحدًا أيضًا من (FADH2)، وتجري العملية بكاملها في الميتوكوندريا.

ما أهمية حلقة كريبس؟

بعد التعرف إلى مراحل حلقة كريبس وآلية عملها، قد يتساءل البعض حول أهميتها وضرورة فهمنا لها، ويكمن الجواب في جزيء (ATP).

يعرّف الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) بأنه جزيء حامل للطاقة موجود في خلايا الكائنات الحية جميعها، إذ يقود عمليات عديدة في الخلايا الحية، مثل تقلص العضلات، ونقل الشوارد الكهربائية، وانتشار السيالات العصبية، والتركيب الحيوي الكيميائي.

تُنتج الحلقة جزيئًا من (ATP)، لكن مرافقات الإنزيمات المُرجَعة، مثل (NADH) و(FADH2)، قد تساهم أيضًا في توليد المزيد من جزيئات (ATP) عبر عملية تسمى بسلسلة نقل الإلكترون.

تزود حلقة كريبس الأحياء الهوائية بالطاقة التي تحتاجها لاستمرار حياتها، وكذلك تمثل جزءًا من عملية إنتاج السلائف اللازمة لتصنيع بعض المواد مثل الأحماض الأمينية والدهنية.

ويمكننا -بناءً على ما سبق- القول إن حلقة كريبس عملية شديدة الأهمية، إذ تمثل مسألة حياة أو موت بالنسبة إلى الكائنات الحية.

اقرأ أيضًا:

الميتوكوندريا (المتقدرات) – التركيب والوظيفة

الميتوكوندريا – كيف تنتج الخلية الحية الطاقة اللازمة لعملها ؟

ترجمة: سارة دامر

تدقيق: أنس الرعيدي

المصدر