מעגל החומצה הציטרית

של ה מעגל החומצה הציטרית הוא מחזור של תגובות ביוכימיות המשמש לפירוק חומרים אורגניים. התהליך מוטמע בחילוף החומרים הכולל ומשתלט על כמחצית מייצור האנרגיה. אם מחזור חומצת הלימון מופרע, יתכן כי קיימת מחלה מיטוכונדרית.

מהו מחזור חומצות לימון?

מחזור חומצות לימון הוא מסלול פירוק מטבולי וככזה משחק תפקיד חשוב במטבוליזם של התא. גם הוא יעשה זאת מעגל החומצה הציטרית נקרא ומתכתב עם מחזור של תגובות ביוכימיות. מרכז מחזור חומצות לימון הוא חמצון, שבמהלכו חומרים מתפרקים על ידי שחרור אלקטרונים.

באופן זה, חומרים אורגניים מתפרקים במחזור חומצות לימון כדי להיות מסוגלים לספק מוצרים ביניים לביוסינתזה. ביצורים חיים אשר לתאים שלהם יש גרעין, מחזור חומצות לימון מתרחש במטריקס המיטוכונדריאלי של התאים. בכל שאר היצורים החיים הוא ממוקם בציטופלזמה.

אם מחזור חומצות לימון מתרחש בסדר הפוך, זה נקרא מחזור חומצות לימון צמצום. מחזור חומצה לימונית רדוקטיבית שכזו מתרחשת, למשל, בהטמעת פחמן בגופם של חיידקים שונים.

מחזור חומצות לימון חייב את שמו לציטראט, המכונה אניון של חומצת לימון. האנס א. קרבס היה הראשון שתיאר את מחזור חומצות הלימון, כך שהמחזור נקרא גם מחזור קרבס.

פונקציה ומשימה

מחזור חומצות לימון מספק לאורגניזם האנושי תוצרי ביניים לבניית רכיבים אורגניים. בנוסף, הוא מספק לאנשים אנרגיה בצורה ישירה ועקיפה בצורה ביוכימית. מסלולי הפירוק של חילוף החומרים של חלבון, שומן ופחמימות נפגשים במחזור חומצות לימון בצורה של חומצה אצטית מופעלת.

כאשר מפרקים סוכרים, שומנים וחומצות אמינו, נוצר אצטיל-CoA כמוצר ביניים. אצטיל-CoA זה מתפרק ל- CO2 ו- H2O במחזור חומצות לימון. השלב הראשון הוא עיבוי. מולקולת C-2 מאצטיל-CoA מעובה יחד עם מולקולת C-4 לציטראט, כלומר למולקולת C-6. C-6 ציטראט זה נשבר כעת. השפל מתרחש עם שחרור כפול של CO2 ויוצר את תרכובת ה- C-4. אחריה מגיע חמצון דו-שלבי. תרכובת C-4 הופכת לאוקסלואצטט ומחזור חדש יכול להתחיל.

לאחר כל מחזור יש שארית אצטיל, כלומר מולקולת C-2 נוספת. שתי מולקולות CO2 עוזבות כל אחת מהמחזור. מולקולת C-4 אחת נצרכת עם היווצרות מולקולה C-6. רק לאחר סיום המחזור ניתן לשחזר אותה שוב. לאחר סיום המחזור, מתחמצן אצטט למים ופחמן דו חמצני. הצעדים האישיים של התגובות מתרחשים באמצעות התייבשות, התייבשות, התייבשות ודה-קרבוקסילציה.

לאור כל הענפים של מחזור חומצות לימון, אפשר לדבר על רשת של המחזור עם כל חילוף החומרים. המחזור משמש אפוא גם להכנת מסלולי מטבוליזם אנבוליים. רק ארבע ההתייבשות של אלפא-קטוגלוטרט, איזוציטרט, מלאט וסוקינאט מספקים אנרגיה. אספקת אנרגיה זו נובעת מחמצון שעובר ה- HCO2 כחלק משרשרת הנשימה. אנרגיה זו נדרשת בשרשרת הנשימה כחלק מפוספורילציה חמצונית כדי לייצר ATP מדופוספט אדנוזין.

על כן החמצון במחזור חומצות לימון קשור קשר הדוק לשימור האנרגיה בשרשרת הנשימה. כמחצית מהתגובות לייצור אנרגיה מתרחשות אפוא במטבוליזם דרך מחזור חומצות לימון.

מחלות ומחלות

מומים ופגיעה במיטוכונדריה ידועים גם בשם מיטוכונדריופתים. עם מומים כאלה, מחזור חומצות לימון אינו יכול להתרחש במידה הרגילה. אנרגיה כבר אינה זמינה בכמויות מספיקות בצורה של ATP. לפיכך החולים חשים חלשים, עייפים ומותשים.

פתולוגיות מיטוכונדריות יכולות להיות בירושה או לרכוש באמצעות השפעות סביבתיות. לעיתים קרובות יש קשר בין שתי הצורות. לדוגמה, הצורה המורשת נשארת לעתים קרובות ללא תסמינים עד להשפעות סביבתיות שיזמו את ההתפרצות.

אספקת האנרגיה המספיקה של התאים נחשבת כיום כגורם אפשרי למחלות עצביות ניווניות שונות. מחלות סרטן ומחלות לב וכלי דם קשורות כעת גם למטבוליזם של תאים מופרעים במובן של מסלול מיטוכונדיאלי.

תלוי אילו תהליכים מופרעים במיטוכונדריה, אנו מדברים על פתולוגיות מיטוכונדריות שונות. אם, למשל, הפרעת הפירובאטה מופרעת, הבעירה של הגלוקוזה כבר לא יכולה להתרחש מספיק ותוצר הסיום של הבעירה הגלוקוזית, כלומר גליקוליזה, אינו יכול להעביר למחזור חומצות לימון. לרוב קדמה לתופעה זו מוטציה בירושה הסמי-דומיננטית הקשורה ל- X.

אך גם פתולוגיות מיטוכונדריות עם השפעות אחרות על מחזור חומצות לימון יכולות להיות קיימות. Acetyl-CoA מעובד עוד יותר במחזור הגליקוליזה. זהו הצעד הלפני אחרון בעירה בפחמימות, שמתרחש לפני שרשרת הנשימה. אם תהליך זה מופרע, יכול להיות אחראי על חוסר בקטוגלוטרט דה-הידרוגנאז, למשל, חסר באנזים. היעדר fumarase יכול גם להיות סיבה אפשרית.

פתולוגיות מיטוכונדריות מתבטאות בעומס יתר של חומצה לקטית, אשר בתורו נובע מהצטברות פירובטה לפני מחזור חומצות לימון. התסמינים הם בדרך כלל תלונות שריריות ונוירולוגיות. פתולוגיות מיטוכונדריות שונות זה מזה במספר המיטוכונדריה המוטות, אך בדרך כלל מתקדמות במהירות. כרגע אין אפשרויות טיפול סיבתי כאמצעי טיפולי, רק טיפולים סימפטומטיים.