دورة كريبس (دورة الحمض الستريك): آليات التنفس الخلوي وإنتاج ATP — الثالثة ثانوي (بكالوريا) علوم طبيعة وحياة

الأهداف التعليمية

• فهم موقع دورة كريبس في عملية التنفس الخلوي.
• التعرف على تفاعلات دورة الحمض الستريك خطوة بخطوة.
• حساب نواتج الدورة من ATP و NADH و FADH₂.
• ربط دورة كريبس ببقية مراحل التنفس الخلوي.

I. تمهيد: موقع دورة كريبس في التنفس الخلوي

التنفس الخلوي هو عملية أكسدة الجزيئات العضوية (الجلوكوز) لإنتاج الطاقة في وجود الأكسجين. يمر بأربع مراحل:

1. تحلل الجلوكوز (Glycolysis): يحدث في السيتوبلازم، ينتج 2 ATP و 2 NADH.
2. أكسدة البيروفات: تحويل البيروفات إلى أسيتيل CoA داخل الميتوكوندريا.
3. دورة كريبس: تحدث في مصفوفة الميتوكوندريا.
4. سلسلة نقل الإلكترونات والفسفرة التأكسدية: على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا.

II. دورة كريبس

1. الموقع والشروط

تحدث في مصفوفة الميتوكوندريا. تبدأ باندماج أسيتيل CoA (C2) مع أوكزالوأسيتات (C4) لتكوين السترات (C6).

2. تفاعلات الدورة (8 خطوات)

1. تكوين السترات: أسيتيل CoA + أوكزالوأسيتات → سيترات. يحفزه إنزيم سترات سينثاز.
2. تحويل السيترات إلى إيزوسترات: بإزاحة OH. يحفزه أكونيتاز.
3. نزع كربوكسيل أول: إيزوسترات → α-كيتوغلوتارات (+ CO₂ + NADH).
4. نزع كربوكسيل ثانٍ: α-كيتوغلوتارات → سكسينيل CoA (+ CO₂ + NADH).
5. تحويل سكسينيل CoA → سكسينات: (+ GTP → ATP).
6. أكسدة السكسينات → فومارات: (+ FADH₂).
7. إماهة الفومارات → مالات: يحفزه فوماراز.
8. أكسدة المالات → أوكزالوأسيتات: (+ NADH).

3. حصيلة الدورة (لكل أسيتيل CoA)

• 3 NADH → 3 × 2.5 = 7.5 ATP
• 1 FADH₂ → 1 × 1.5 = 1.5 ATP
• 1 GTP → 1 ATP
• 2 CO₂

المجموع: 10 ATP لكل دورة. وجزيء الجلوكوز ينتج دورتين، أي 20 ATP من دورة كريبس.

4. الحصيلة الإجمالية للتنفس الخلوي

تحلل الجلوكوز: 2 ATP + 2 NADH (≈7 ATP). أكسدة البيروفات: 2 NADH (≈5 ATP). دورة كريبس: ≈20 ATP. سلسلة النقل: ≈34 ATP. المجموع: ≈36-38 ATP لكل جزيء جلوكوز.

III. تمارين بكالوريا محلولة

التمرين 1: حساب عدد دورات كريبس

خلية عضلية تستهلك 180g من الجلوكوز (M=180 g/mol) خلال ساعة. احسب عدد دورات كريبس.

الحل: عدد المولات = 180/180 = 1 mol. كل جزيء جلوكوز → دورتان. عدد الدورات = 2 × 6.02×10²³ = 1.204×10²⁴ دورة.

التمرين 2: مقارنة (بكالوريا 2020)

قارن بين كمية ATP في دورة كريبس والتخمر اللبني.

الحل: التخمر اللبني ينتج 2 ATP فقط لكل جلوكوز. التنفس الخلوي مع دورة كريبس ينتج 36-38 ATP. دورة كريبس أكثر فعالية بقرابة 18-19 مرة.

الخلاصة

دورة كريبس هي محطة مركزية في التنفس الخلوي حيث يتم أكسدة الأسيتيل CoA بالكامل مع إنتاج NADH و FADH₂ المستخدمين في سلسلة نقل الإلكترونات لإنتاج ATP.

📍 دروس مشابهة

• التكاثر عند الحيوانات — الثانية ثانوي علوم
• التركيب الضوئي — الثالثة ثانوي علوم