المحتوى
- أساسيات الجلوكوز
- مسار تحلل السكر الكامل
- تحلل السكر: مرحلة الاستثمار
- تحلل السكر: مرحلة العودة
- تنظيم تحلل السكر
- تحلل إنزيم تنشيط السكر
- تحلل انزيم تحلل
- المزيد عن اللائحة السداسية
تحلل هي عملية التمثيل الغذائي العالمي بين الكائنات الحية في العالم. هذه السلسلة من 10 ردود فعل في السيتوبلازم في جميع الخلايا تحول جزيء السكر بستة الكربون جلوكوز إلى جزيئين من البيروفات ، وجزيئين من ATP وجزيئين من NADH.
تعرف على تحلل السكر.
في بدائيات النوى، والتي هي أبسط الكائنات الحية ، فإن تحلل السكر هو في الحقيقة لعبة الأيض الخلوي الوحيدة في المدينة. هذه الكائنات ، التي تتكون جميعها تقريبًا من خلية واحدة ذات محتويات قليلة نسبيًا ، لها احتياجات استقلابية محدودة ، ويعد تحلل الغلوتين كافياً للسماح لها بالازدهار والتكاثر في غياب عوامل منافسة. حقيقيات النواة، من ناحية أخرى ، طرح تحلل السكر كشيء من المقبلات المطلوبة قبل أن يدخل الطبق الرئيسي في التنفس الهوائي الصورة.
غالبًا ما تركز مناقشات تحلل السكر على الظروف التي تفضلها ، على سبيل المثال ، الركيزة الكافية وتركيز الإنزيم. أقل ما يذكر ، ولكن المهم أيضًا ، هي الأشياء التي قد تكون حسب التصميم تعيق معدل انحلال السكر. على الرغم من أن الخلايا تحتاج إلى الطاقة ، إلا أن تشغيل قدر كبير من المواد الخام عبر مطحنة تحلل السكر ليس دائمًا نتيجة خلوية مرغوبة. لحسن الحظ بالنسبة للخلية ، فإن العديد من المشاركين في تحلل السكر لديهم القدرة على التأثير على سرعته.
أساسيات الجلوكوز
الجلوكوز هو سكر يحتوي على ستة الكربون مع الصيغة C6هيدروجين12O6. (التوافه جزيء حيوي المرح: كل الكربوهيدرات - سواء كان السكر أو النشا أو الألياف غير القابلة للذوبان - لديه الصيغة الكيميائية العامة CNهيدروجين2NON.) لديه كتلة المولي من 180 غرام ، على غرار الأحماض الأمينية أثقل من حيث حجمها. إنه قادر على الانتشار بحرية داخل وخارج الخلية من خلال غشاء البلازما.
الجلوكوز هو أحادي السكاريد ، وهذا يعني أنه لا يصنع من خلال الجمع بين السكريات الأصغر. الفركتوز هو أحادي السكاريد ، بينما السكروز ("سكر المائدة") عبارة عن ديساكهاريد مركب من جزيء الجلوكوز وجزيء الفركتوز.
والجدير بالذكر أن الجلوكوز في شكل حلقة ، ممثلة على شكل مسدس في معظم المخططات. خمس من ذرات الطوق الست هي الجلوكوز ، بينما السادس هو الأكسجين. يكمن عدد الكربون 6 في ميثيل (- CH3) مجموعة خارج الحلبة.
مسار تحلل السكر الكامل
الصيغة الكاملة لمجموع ردود الفعل 10 من انحلال السكر هي:
C6هيدروجين12O6 + 2 NAD+ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
بمعنى ، هذا يعني أن جزيء الجلوكوز يتم تحويله إلى جزيئين من الجلوكوز ، يولدان 2 ATP و 2 NADH (الشكل المخفض لنيكوتيناميد أدينين دينوكليوتيد ، وهو "ناقل إلكترون" شائع في الكيمياء الحيوية).
لاحظ أنه لا يوجد أكسجين مطلوب. على الرغم من أن البيروفات على الدوام تقريبا يتم استهلاكه في خطوات التنفس الهوائية ، يحدث التحلل في الكائنات الحية الهوائية واللاهوائية على حد سواء.
تحلل السكر: مرحلة الاستثمار
ينقسم تحلل السكر بشكل كلاسيكي إلى جزأين: "مرحلة الاستثمار" ، والتي تتطلب 2 ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، "عملة الطاقة" للخلايا) لتشكيل جزيء الجلوكوز إلى شيء يحتوي على قدر كبير من الطاقة المحتملة ، و "مكافأة" أو مرحلة "الحصاد" ، حيث يتم إنشاء 4 ATP عن طريق تحويل جزيء واحد من ثلاثة كربونات (glyceraldehyde-3-phosphate ، أو GAP) إلى بيروفيت آخر. هذا يعني أنه يتم إنشاء ما مجموعه 4 -2 = 2 ATP لكل جزيء من الجلوكوز.
عندما يدخل الجلوكوز إلى خلية ، يتم تفسيره (بمعنى أنه يحتوي على مجموعة فوسفات مرتبطة بها) تحت تأثير الإنزيم. هيكسوكيناز. هذا الإنزيم ، أو محفز البروتين ، هو من بين أهم الإنزيمات التنظيمية في تحلل السكر. يتم تحفيز كل من التفاعلات العشرة في تحلل السكر بواسطة إنزيم واحد ، وهذا الإنزيم بدوره يحفز فقط تفاعل واحد.
ثم يتم تحويل الجلوكوز - 6 - الفوسفات (G6P) الناتج عن خطوة الفسفرة هذه إلى فركتوز - 6 - فوسفات (F6P) قبل حدوث الفسفرة الثانية ، وهذه المرة في اتجاه فسفوفروكتوكيناز، آخر الانزيم التنظيمي الحاسم. ينتج عن هذا تكوين الفركتوز -1،6-بيسفوسفات (FBP) ، وتكون المرحلة الأولى من تحلل السكر كاملة.
تحلل السكر: مرحلة العودة
ينقسم الفركتوز -1،6-بيسفوسفات إلى زوج من جزيئات ثلاثية الكربون ، ثنائي هيدروكسي أسيتون الفوسفات (DHAP) وجلايدرالديهايد 3-فوسفات (GAP). يتم تحويل DHAP بسرعة إلى GAP ، وبالتالي فإن التأثير الصافي للانقسام هو إنشاء جزيئين متماثلين من ثلاثة كربون من جزيء واحد أحادي الكربون.
ثم يتم تحويل GAP بواسطة إنزيم هيدروجينيز إنزيم glyceraldehyde-3-phosphate إلى 1،3-ديفيوسفوسفلسرات. هذه خطوة مشغول NAD+ يتم تحويلها إلى NADH و H+ باستخدام ذرات الهيدروجين التي جردت من GAP ، ومن ثم فسفر الجزيء.
في الخطوات المتبقية ، التي تحول 1،3-ثنائي فسفوغليسرات إلى بيروفيت ، تتم إزالة كلا الفوسفات بالتسلسل من جزيء ثلاثي الكربون لتوليد ATP. لأن كل شيء بعد تقسيم FBP يحدث مرتين لكل جزيء الجلوكوز ، وهذا يعني أن 2 NADH ، 2 H+ و 4 ATP يتم إنشاؤها في مرحلة العودة ، لشبكة من 2 NADH ، 2 H+ و 2 ATP.
اقرأ المزيد عن النتيجة النهائية لتحلل السكر.
تنظيم تحلل السكر
تلعب ثلاثة من الإنزيمات التي تشارك في تحلل السكر أدوارًا رئيسية في تنظيم العملية. اثنان ، هكسوكيناز وفوسفو فركتوكيناز (أو PFK) ، تم ذكرهما بالفعل. الثالث، بيروز كيناز، هو المسؤول عن تحفيز رد فعل التحلل النهائي ، وتحويل فسفوينول بيروفيت (PEP) إلى البيروفات.
كل من هذه الانزيمات لها المنشطات طالما مثبطات. إذا كنت معتادًا على الكيمياء ومفهوم تثبيط الملاحظات ، فقد تكون قادرًا على التنبؤ بالظروف التي تؤدي إلى إنزيم معين لتسريع أو إبطاء نشاطه. على سبيل المثال ، إذا كانت منطقة خلية غنية بـ G6P ، فهل تتوقع أن يبحث هيكسوكيناز بقوة عن جزيئات الجلوكوز التي تتجول؟ ربما لن ترغب ، في ظل هذه الظروف ، ليست هناك حاجة ملحة لإنشاء G6P إضافية. وأنك سوف تكون الصحيح.
تحلل إنزيم تنشيط السكر
في حين يتم تثبيط هيكسوكيناز بواسطة G6P ، يتم تنشيطه بواسطة AMP (أدينوسين أحادي الفوسفات) و ADP (أدينوزين ثنائي فوسفات) ، وكذلك PFK و بيروفات كيناز. وذلك لأن المستويات العالية من AMP و ADP تشير بشكل عام إلى مستويات أقل من ATP ، وعندما يكون ATP منخفضًا ، يكون الدافع وراء حدوث تحلل السكر مرتفعًا.
يتم تنشيط بيروز كيناز أيضًا عن طريق الفركتوز -1،6-فوسفات ، وهو أمر منطقي ، لأن الكثير من FBP يشير إلى أن وسيط انحلال السكر يتراكم في اتجاه المنبع وتحتاج الأشياء إلى الحدوث بشكل أسرع في نهاية ذيل العملية. أيضا ، الفركتوز -2،6 - الفوسفات هو المنشط لل PFK.
تحلل انزيم تحلل
Hexokinase ، كما لوحظ ، تم تثبيته بواسطة G6P. يُثبط كل من PFK و pyruvate kinase بسبب وجود ATP لنفس السبب الأساسي الذي يتم تنشيطهما بواسطة AMP و ADP: حالة الطاقة في الخلية تفضل انخفاض معدل تحلل السكر.
PFK هو أيضا يحول دون سترات، أحد مكونات دورة كريبس التي تحدث في مجرى التنفس الهوائي. بيروز كيناز تمنعه الاسيتيل coa، وهو الجزيء الذي يتم تحويله إلى البيروفات بعد انتهاء تحلل السكر وقبل بدء دورة كريبس (في الواقع ، يتحد أسيتيل CoA مع أوكسالاسيتات في الخطوة الأولى من الدورة لإنشاء سيترات). أخيرًا ، يحول حمض ألينين الأميني أيضًا كيناز البيروفات.
المزيد عن اللائحة السداسية
قد تتوقع منتجات أخرى من انحلال السكر إلى جانب G6P لتثبيط هيكسوكيناز ، لأن وجودها بكميات كبيرة يبدو أنه يشير إلى انخفاض الحاجة إلى G6P. ومع ذلك ، فقط G6P نفسه يمنع hexokinase. لماذا هذا؟
السبب بسيط إلى حد ما: هناك حاجة إلى G6P لمسارات التفاعل بخلاف تحلل السكر ، بما في ذلك تحويل الفوسفات البنتوز و تخليق الجليكوجين. لذلك ، إذا تمكنت جزيئات المصب بخلاف G6P من إعاقة عمل هيكسوكيناز ، فإن مسارات التفاعل الأخرى هذه سوف تبطئ أيضًا بسبب عدم دخول G6P إلى العملية ، وبالتالي فإنها تمثل تلفًا جانبيًا من نوع ما.