วัฏจักรกรดซิตริก

ภาพรวมของวัฏจักรกรดซิตริก

วัฏจักรกรดซิตริก หรือ วัฏจักรเครบส์ (อังกฤษ: Krebs' cycle) หรือ วัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก เป็นวัฏจักรกลางในการผลิต ATP รวมทั้ง NADH + H+ และ FADH2 ที่จะเข้าสู่ปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชั่นเพื่อสร้าง ATP ต่อไป เกิดขึ้นบริเวณเมทริกซ์ซึ่งเป็นของเหลวในไมโทคอนเดรีย โดยมีการสลายแอซิทิลโคเอนไซม์ เอ ซึ่งจะเกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และเก็บพลังงานจากปฏิกิริยาดังกล่าวไว้ในรูปของ NADH FADH₂ และ ATP การย่อยสลายสารอาหารใด ๆ ให้สมบูรณ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำต้องเข้าวัฏจักรนี้เสมอ เป็นขั้นตอนการสร้างคาร์บอนไดออกไซด์มากที่สุดในการหายใจระดับเซลล์

ขั้นตอนของวัฏจักรกรดซิตริก

• การผลิตอะเซติลโคเอ โดยเปลี่ยนไพรูเวตไปเป็นอะเซติลโคเอนไซม์ เอ ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ 1 โมเลกุล
• ปฏิกิริยาการออกซิเดชั่นของอะเซติลโคเอในวัฏจักรเครบส์ เกิดขึ้น 8 ขั้นตอนดังนี้

ปฏิกิริยาที่ 1 แอซิติลโคเอนไซม์ เอ จะรวมตัวกับกรดออกซาโลแอซิติกและน้ำ เป็นกรดซิตริก โดยอาศัยการเร่งการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ซิเตรตซินเทส (Citrate synthase)

ปฏิกิริยาที่ 2 กรดซิตริกสูญเสียน้ำไป และกลายเป็นกรดซิสแอคอนิติก (Cisaconitic acid) โดยอาศัยการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ซิสแอคอนิเตส (Cisaconitase) แล้วกรดซิสแอคอนิติก รวมตัวกับน้ำเปลี่ยนไปเป็นกรดไอโซซิตริก (Isocitric acid) โดยอาศัยเอนไซม์ตัวเดิม

 ปฏิกิริยาที่ 3 กรดไอโซซิตริกถูกเปลี่ยนเป็นกรดแอลฟา-คีโตกลูตาริก (α-Ketoglutaric acid) ในปฏิกิริยานี้มีการสร้าง NADH + H⁺ จาก NAD⁺ และมีการดึง CO₂ ออกด้วย เอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาของขั้นตอนนี้คือ ไอโซซิเตรตดีไฮโดรจีเนส (Isocitrate dehydrogenase)

ปฏิกิริยาที่ 4 กรดแอลฟา-คีโตกลูตาริกจะทำปฏิกิริยากับโคเอนไซม์ เอ กลายเป็น ซักซินิลโคเอนไซม์ เอ (Succinyl CoA) ในขั้นตอนนี้มีการสร้าง CO₂ และ NADH + H⁺ จาก NAD⁺ ด้วย เอนไซม์ที่ทำหน้าที่เร่งการเกิดปฏิกิริยาในขั้นตอนนี้คือ เอนไซม์แอลฟา-คีโตกลูตาเรต ดีไฮโดรจีเนส (α-Ketoglutarate dehydrogenase)

ปฏิกิริยาที่ 5 สารซักซินิลโคเอนไซม์ เอ เป็นสารที่มีพลังงานสูง เมื่อแตกตัวเป็นกรดซักซินิกจะมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาสร้าง GTP ได้ 1 โมเลกุล (เทียบเท่า ATP 1 โมเลกุล) โดยการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ซักซินิลโอเอนไซม์ เอ ซินเทส (Succinyl CoA synthase) ปฏิกิริยานี้มีการเติม H₂O จำนวน 1 โมเลกุล

ปฏิกิริยาที่ 6 กรดซักซินิกจะปล่อย 2H ให้แก่ FAD ได้เป็น FADH₂ และกรดซักซินิกจะเปลี่ยนเป็นกรดฟิวมาริก (Fumaric acid) โดยมีเอนไซม์ซักซิเนตดีไฮโดรจีเนส (Succinate     dehydrogenase) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาที่ 7 กรดฟิวมาริกถูกเติม H₂O 1 โมเลกุล ได้ผลิตภัณฑ์เป็นกรดมาลิก (Malic acid) โดยมีเอนไซม์ฟิวมาเรส (Fumarase) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาที่ 8 กรดมาลิกสูญเสีย 2H ให้แก่ NAD⁺ ได้ผลิตภัณฑ์เป็น  NADH + H⁺ และกรดออกซาโลแอซีติก โดยมีเอนไซม์มาเลตดีไฮโดรจีเนส (Malate dehydrogenase) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา กรดออกซาโลแอซิติกที่ได้จากปฏิกิริยาในขั้นตอนนี้จะไปรวมตัวกับแอซิติลโคเอนไซม์ เอ แล้วกลับเข้าสู่วัฏจักรเครปส์ในรอบถัด ๆ ไป 

อ้างอิง

• Neil A. Campbell, Jane B. Reece, Biology / Neil A. Campbell, Jane B. Reece. - 8th ed., Benjamin Cummings, 2009

แหล่งข้อมูลอื่น

• An animation of the citric acid cycle at Smith College
• A video of members of The Ohio State Marching Band enacting the Krebs cycle at YouTube
• Notes on citric acid cycle เก็บถาวร 2008-05-22 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน at rahulgladwin.com
• A more detailed tutorial animation เก็บถาวร 2005-06-25 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน at johnkyrk.com
• A citric-acid cycle self quiz flash applet เก็บถาวร 2008-07-06 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน at University of Pittsburgh
• The chemical logic behind the citric acid cycle เก็บถาวร 2011-05-22 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน at ufp.pt