क्रेब्स चक्र

साइट्रिक अम्ल चक्र के रूप में भी जाना जाता है, क्रेब्स चक्र या टीसीए चक्र माइटोकॉन्ड्रिया में होने वाली अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला है, जिसके माध्यम से लगभग सभी जीवित कोशिकाएं एरोबिक श्वसन में ऊर्जा उत्पन्न करती हैं। यह ऑक्सीजन का उपयोग करता है और उत्पादों के रूप में जल और कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ता है। यहां, ADP को ATP में परिवर्तित किया जाता है।

परिचय

क्रेब्स चक्र या टीसीए चक्र (ट्राइकारबॉक्सिलिक अम्ल चक्र) या साइट्रिक अम्ल चक्र माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में होने वाली एंजाइम उत्प्रेरित अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला है, जहां एसिटाइल-CO को कार्बन डाइऑक्साइड बनाने के लिए ऑक्सीकरण किया जाता है और कोएंजाइम कम हो जाते हैं, जो इलेक्ट्रॉन परिवहन में एटीपी उत्पन्न करते हैं।

क्रेब्स चक्र का नाम हंस क्रेब्स के नाम पर रखा गया था, जिन्होंने विस्तृत चक्र की परिकल्पना की थी। उनके योगदान के लिए उन्हें 1953 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।

यह आठ-चरणीय प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला है, जहां एसिटाइल-COके एसिटाइल समूह को CO₂ के दो अणु बनाने के लिए ऑक्सीकरण किया जाता है और इस प्रक्रिया में, एक एटीपी का उत्पादन होता है। कम उच्च ऊर्जा वाले यौगिक, NADH और FADH₂ भी उत्पादित होते हैं।

प्रत्येक ग्लूकोज अणु से एसिटाइल-CO के दो अणु उत्पन्न होते हैं इसलिए क्रेब्स चक्र के दो मोड़ की आवश्यकता होती है जिससे चार CO₂, छह NADH, दो FADH₂ और दो ATP प्राप्त होते हैं।

क्रेब्स चक्र कोशिकीय श्वसन का एक भाग है

कोशिकीय श्वसन कोशिकाओं में होने वाली एक अपचयी अभिक्रिया है। यह एक जैव रासायनिक प्रक्रिया है जिसके द्वारा ऊर्जा जारी करने के लिए पोषक तत्वों को तोड़ा जाता है, जो एटीपी के रूप में संग्रहीत होता है और अपशिष्ट उत्पाद निकलते हैं। एरोबिक श्वसन में ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है।

कोशिकीय श्वसन चार चरणों वाली प्रक्रिया है। इस प्रक्रिया में, ग्लूकोज कार्बन डाइऑक्साइड में ऑक्सीकृत हो जाता है और ऑक्सीजन जल में अपचयित हो जाता है। इस प्रक्रिया में निकलने वाली ऊर्जा एटीपी के रूप में संग्रहीत होती है। प्रत्येक ग्लूकोज अणु से 36 से 38 एटीपी बनते हैं।

चार चरण हैं:

1. ग्लाइकोलाइसिस:

पाइरूवेट के 2 अणुओं को बनाने के लिए ग्लूकोज अणु का आंशिक ऑक्सीकरण। यह प्रक्रिया साइटोसोल में होती है।

2. एसिटाइल COका निर्माण:

ग्लाइकोलाइसिस में बनने वाला पाइरूवेट माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में प्रवेश करता है। यह एसिटाइल CO के दो अणुओं को बनाने के लिए ऑक्सीडेटिव डिकार्बोक्सिलेशनन से गुजरता है। अभिक्रिया पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है।

3. क्रेब्स चक्र (टीसीए चक्र या साइट्रिक अम्ल चक्र):

यह कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन और लिपिड के पूर्ण ऑक्सीकरण के लिए सामान्य मार्ग है क्योंकि वे एसिटाइल कोएंजाइम ए या चक्र के अन्य मध्यवर्ती में चयापचयित होते हैं। उत्पादित एसिटाइल COट्राइकार्बोक्सिलिक अम्ल चक्र या साइट्रिक अम्ल चक्र में प्रवेश करता है। इस प्रक्रिया में ग्लूकोज पूरी तरह से ऑक्सीकृत हो जाता है। एसिटाइल CO 4-कार्बन यौगिक ऑक्सालोएसीटेट के साथ मिलकर 6C साइट्रेट बनाता है। इस प्रक्रिया में, CO₂ के 2 अणु निकलते हैं और ऑक्सालोएसीटेट को पुनर्चक्रित किया जाता है। ऊर्जा एटीपी और अन्य उच्च ऊर्जा यौगिकों जैसे एनएडीएच और FDH₂ में संग्रहीत होती है।

4. इलेक्ट्रॉन परिवहन प्रणाली और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण:

एटीपी तब उत्पन्न होता है जब ग्लाइकोलाइसिस, साइट्रिक अम्ल चक्र और फैटी अम्ल ऑक्सीकरण में उत्पादित NADH और FADH₂ जैसे ऊर्जा-समृद्ध अणुओं से इलेक्ट्रॉन वाहकों की एक श्रृंखला द्वारा आणविक O₂ में इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित किया जाता है। O₂ घटकर H₂O हो गया है। यह माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में होता है।

क्रेब्स साइकिल चरण

यह आठ चरणों वाली प्रक्रिया है. क्रेब्स चक्र या टीसीए चक्र एरोबिक स्थिति के तहत माइटोकॉन्ड्रिया के मैट्रिक्स में होता है।

चरण 1: पहला चरण 6C साइट्रेट बनाने के लिए 4-कार्बन यौगिक ऑक्सालोएसीटेट के साथ एसिटाइल CO का संघनन है, कोएंजाइम ए जारी होता है। अभिक्रिया साइट्रेट सिंथेज़ द्वारा उत्प्रेरित होती है।

चरण 2: साइट्रेट को उसके आइसोमर, आइसोसिट्रेट में परिवर्तित किया जाता है। एंजाइम एकोनिटेज़ इस अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है।

चरण 3: आइसोसाइट्रेट 5C 𝝰-कीटोग्लूटारेट बनाने के लिए डिहाइड्रोजनीकरण और डिकार्बोक्सिलेशनन से गुजरता है। CO2 का एक आणविक रूप जारी होता है। आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है। यह एक NAD+ आश्रित एंजाइम है। NAD+ को NADH में बदल दिया जाता है।

चरण 4: 𝝰-कीटोग्लूटारेट एक 4C यौगिक, स्यूसिनिल CoA बनाने के लिए ऑक्सीडेटिव डीकार्बोक्सिलेशनन से गुजरता है। अभिक्रिया 𝝰-कीटोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज एंजाइम कॉम्प्लेक्स द्वारा उत्प्रेरित होती है। CO2 का एक अणु निकलता है और NAD+ NADH में परिवर्तित हो जाता है।

चरण 5: सक्सिनिल COसक्सिनेट बनाता है। एंजाइम succinyl CoA सिंथेटेज़ अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है। जीटीपी प्राप्त करने के लिए इसे जीडीपी के सब्सट्रेट-स्तर फॉस्फोराइलेशन के साथ जोड़ा जाता है। GTP अपने फॉस्फेट को ADP में स्थानांतरित करके ATP बनाता है।

चरण 6: सक्सिनेट को एंजाइम सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा फ्यूमरेट में ऑक्सीकृत किया जाता है। इस प्रक्रिया में, FAD को FADH₂ में बदल दिया जाता है।

चरण 7: एक H₂O मिलाने से फ्यूमरेट मैलेट में परिवर्तित हो जाता है। इस अभिक्रिया को उत्प्रेरित करने वाला एंजाइम फ्यूमरेज़ है।

चरण 8: मैलेट को ऑक्सालोएसीटेट बनाने के लिए निर्जलित किया जाता है, जो एसिटाइल CO के एक अन्य अणु के साथ जुड़ता है और नया चक्र शुरू करता है। हाइड्रोजन हटकर NAD+ में स्थानांतरित होकर NADH बनाते हैं। मैलेट डिहाइड्रोजनेज अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है।

क्रेब्स चक्र का महत्व

• क्रेब्स चक्र या साइट्रिक अम्ल चक्र ग्लूकोज, वसा और एमीनो अम्ल के ऑक्सीकरण का अंतिम मार्ग है।

• कई जानवर ऊर्जा स्रोत के रूप में ग्लूकोज के अलावा अन्य पोषक तत्वों पर निर्भर हैं।

• एमीनो अम्ल (प्रोटीन का चयापचय उत्पाद) विघटित हो जाते हैं और पाइरूवेट और क्रेब्स चक्र के अन्य मध्यवर्ती पदार्थों में परिवर्तित हो जाते हैं। वे चक्र में प्रवेश करते हैं और चयापचयित होते हैं उदाहरण के लिए एलानिन को पाइरूवेट में, ग्लूटामेट को α-कीटोग्लूटारेट में, एस्पार्टेट को डीमिनेशन पर ऑक्सालोएसीटेट में परिवर्तित किया जाता है।

• वसा अम्ल एसिटाइल COबनाने के लिए β-ऑक्सीकरण से गुजरते हैं, जो क्रेब्स चक्र में प्रवेश करता है।

• यह कोशिकाओं में एटीपी उत्पादन का प्रमुख स्रोत है। पोषक तत्वों के पूर्ण ऑक्सीकरण के बाद बड़ी मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न होती है।

• यह ग्लूकोनियोजेनेसिस लिपोजेनेसिस और एमीनो अम्ल के अंतररूपांतरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

• कई मध्यवर्ती यौगिकों का उपयोग एमीनो अम्ल, न्यूक्लियोटाइड, साइटोक्रोम, क्लोरोफिल आदि के संश्लेषण में किया जाता है।

• साइट्रिक अम्ल चक्र में विटामिन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। राइबोफ्लेविन, नियासिन, थियामिन और पैंटोथेनिक अम्ल विभिन्न एंजाइम सहकारकों (एफएडी, एनएडी) और कोएंजाइम ए का हिस्सा हैं।

• क्रेब्स चक्र का विनियमन NAD+ की आपूर्ति और भौतिक और रासायनिक कार्यों में ATP के उपयोग पर निर्भर करता है।

• क्रेब्स चक्र एंजाइमों के आनुवंशिक दोष तंत्रिका क्षति से जुड़े हैं।

• चूँकि अधिकांश प्रक्रियाएँ काफी हद तक यकृत में होती हैं, यकृत कोशिकाओं को होने वाली क्षति के बहुत अधिक प्रभाव होते हैं। हाइपरअमोनमिया यकृत रोगों में होता है और ऐंठन और कोमा की ओर ले जाता है। यह α-कीटोग्लूटारेट की वापसी और ग्लूटामेट के गठन के परिणामस्वरूप एटीपी उत्पादन में कमी के कारण होता है, जो ग्लूटामाइन बनाता है।

अभ्यास प्रश्न

1. क्रेब्स चक्र कहाँ होता है?

2. क्रेब्स साइकिल कैसे काम करती है?

3. क्रेब्स चक्र में कितने एटीपी का उत्पादन होता है?

4. कार्बोहाइड्रेट के चयापचय में क्रेब्स चक्र की क्या भूमिका है?

5. क्रेब्स चक्र की दक्षता क्या है?