المحتوى
- الجلوكوز: التعريف
- الجلوكوز ، أنواع الخلايا والتمثيل الغذائي
- عملية تحلل السكر
- تحلل في وقت مبكر
- تحلل في وقت لاحق
- عمليات ما بعد تحلل السكر
الجلوكوز هو المصدر النهائي للوقود الخلوي لجميع الكائنات الحية ، مع الطاقة في الروابط الكيميائية المستخدمة في التوليف أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) بطرق مختلفة مترابطة ومترابطة. عندما يعبر جزيء من هذا السكر المكون من ستة كربون (أي hexose) غشاء البلازما لخلية من الخارج للدخول إلى السيتوبلازم ، فإنه على الفور فسفرته - أي ، مجموعة الفوسفات ، التي تحمل شحنة كهربائية سالبة ، متصلة بجزء من جزيء الجلوكوز. هذه النتائج في صافي شحنة سالبة على ما أصبح بعد ذلك الجلوكوز 6 فوسفات جزيء ، مما يمنعها من مغادرة الخلية.
بدائيات النوى، والتي تشمل مجالات البكتيريا والأثريات ، ليس لديها عضيات مرتبطة بالأغشية ، بما في ذلك الميتوكوندريا أنه في حقيقيات النواة استضافة دورة كريبس وسلسلة نقل الإلكترون المعتمدة على الأكسجين. نتيجة لذلك ، لا تشارك بدائيات النوى في التنفس الهوائي ("بالأكسجين") ، بدلاً من ذلك تستمد طاقتها تقريبًا من تحلل السكر ، وهي العملية اللاهوائية التي تعمل أيضًا قبل التنفس الهوائي الذي يتم في خلايا حقيقية النواة.
الجلوكوز: التعريف
نظرًا لأن الجلوكوز هو من بين الجزيئات الأكثر حيوية في الكيمياء الحيوية ، ونقطة الانطلاق ربما لأكثر مجموعة تفاعلات حيوية في سجلات الحياة على كوكب الأرض ، فإن هناك مناقشة موجزة لهيكل وسلوك هذا الجزيء.
المعروف أيضا باسم سكر العنب (عادة في إشارة إلى النظم غير البيولوجية ، مثل الجلوكوز المصنوع من الذرة) و سكر الدم (في إشارة إلى النظم البيولوجية ، على سبيل المثال ، في سلبيات الطبية) ، الجلوكوز هو جزيء من ستة الكربون مع الصيغة الكيميائية C6هيدروجين12O6. في دم الإنسان ، يبلغ التركيز الطبيعي للجلوكوز حوالي 100 مجم / ديسيلتر. 100 ملغ هو عُشر الجرام ، بينما dL عُشر لتر. ينجح هذا في الغرام لكل لتر ، وبما أن الشخص العادي لديه حوالي 4 لترات من الدم ، فإن معظم الناس لديهم حوالي 4 غرام من الجلوكوز في مجرى الدم في أي وقت - فقط حوالي سدس الأوقية.
خمسة من ذرات الكربون الستة (ج) في الجلوكوز الجلوس في حلقة ستة ذرة شكل أن الجزيء يفترض 99.98 في المئة من الوقت في الطبيعة. ذرة الحلقة السادسة عبارة عن أكسجين (O) ، مع إرفاق السادس من C بإحدى الحلقات Cs كجزء من a hydroxymethyl (-CH2يا) مجموعة. هو في مجموعة الهيدروكسيل (أوه) الفوسفات غير العضوي (Pi) يتم إرفاقه أثناء عملية الفسفرة التي تحبس الجزيء في السيتوبلازم الخلوي.
الجلوكوز ، أنواع الخلايا والتمثيل الغذائي
بدائيات النوى صغيرة (الغالبية العظمى من الخلايا أحادية الخلية) وبسيطة (الخلية الوحيدة التي تفتقر معظمها إلى نواة وغيرها من العضيات المرتبطة بالأغشية). قد يمنعهم ذلك من أن يكونوا أنيقين وممتعين في معظم النواحي مثل حقيقيات النوى ، لكنه أيضًا يبقي متطلبات الوقود منخفضة نسبيًا.
في كل من بدائيات النوى والنواة ، يعتبر تحلل الغليكولا الخطوة الأولى في استقلاب الجلوكوز.. إن الفسفرة التي تحتوي على الجلوكوز عند دخولها الخلية عن طريق الانتشار عبر غشاء البلازما هي الخطوة الأولى في تحلل السكر ، والتي تم وصفها بالتفصيل في قسم لاحق.
في نهاية انحلال السكر ، تم استخدام جزيء الجلوكوز لتكوين جزيئين بيروفيت بثلاثة كربونات ، وجزيئين لما يسمى بحامل الإلكترون عالي الطاقة نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد (NADH) ، وكسب صافٍ لجزيئين ATP.
في هذه المرحلة ، في بدائيات النوى ، تدخل البيروفات عادة في عملية التخمير ، وهي عملية لاهوائية مع عدد من الاختلافات المختلفة التي سيتم استكشافها قريبًا. ولكن بعض البكتيريا طورت القدرة على تنفيذ التنفس الهوائي إلى حد ما وتسمى اللاهوائية الاختيارية. تسمى البكتيريا التي لا يمكن أن تستمد الطاقة إلا من تحلل السكر تلزم اللاهوائيةوالعديد من هؤلاء يقتلون بالفعل بالأكسجين. وهناك عدد قليل من البكتيريا حتى نموذج تعهد، وهذا يعني ، مثلك ، لديهم مطلب الأكسجين. بالنظر إلى أن البكتريا لديها حوالي 3.5 مليار سنة للتكيف مع متطلبات البيئة المتغيرة للأرض ، فلا ينبغي أن يكون مفاجئًا أنها استلمت مجموعة من الاستراتيجيات الأساسية للبقاء على قيد الحياة.
عملية تحلل السكر
يشمل تحلل السكر 10 تفاعلاتوهو رقم مستدير ولطيف ، لكنك لا تحتاج بالضرورة إلى حفظ جميع المنتجات والوسائط والإنزيمات في جميع هذه الخطوات. بدلاً من ذلك ، في حين أن بعض هذه التفاصيل ممتعة ومفيدة ، إلا أنه من المهم أن تكتسب حسًا ماذا يحدث في انحلال الكلي ، و لماذا ا يحدث (من حيث الفيزياء الأساسية واحتياجات الخلية).
يتم التقاط تحلل السكر في التفاعل التالي ، وهو مجموع ردود الفعل الفردية العشرة:
C6هيدروجين12O6 → 2 درجة مئوية3هيدروجين4O3 + 2 ATP + 2 NADH
في اللغة الإنجليزية البسيطة ، في انحلال السكر ، يتم تقسيم جزيء واحد من الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات ، وعلى طول الطريق ، يتم تصنيع جزيئين من الوقود وجزيئين من جزيئات "ما قبل الوقود". ATP هي العملة شبه العالمية للطاقة في العمليات الخلوية ، في حين أن NADH ، وهو الشكل المخفض لـ NAD + أو نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد ، يعمل كحامل إلكترون عالي الطاقة يتبرع بتلك الإلكترونات في النهاية ، في صورة أيونات الهيدروجين (H +) ، لجزيئات الأكسجين في نهاية سلسلة نقل الإلكترون في الأيض الهوائية ، مما أدى إلى الكثير من اعبي التنس المحترفين من انحلال السكر وحده يمكن أن العرض.
تحلل في وقت مبكر
ينتج عن فسفرة الجلوكوز بعد دخوله في السيتوبلازم الجلوكوز 6 فوسفات (G-6-P). الفوسفات يأتي من ATP ودمجها في أوراق الجلوكوز الأدينوزين ثنائي فسفات (ADP) وراء. كما لوحظ ، هذا الفخاخ الجلوكوز داخل الخلية.
بعد ذلك ، يتم تحويل G-6-P إلى سكر الفواكه-6-فوسفات (F-6-P). هذا المماكبة التفاعل ، لأن المادة المتفاعلة والمنتج هما أيزومرات لبعضهما البعض - جزيئات لها نفس عدد كل نوع من أنواع الذرة ، ولكن بترتيبات مكانية مختلفة. في هذه الحالة ، تحتوي حلقة الفركتوز على خمس ذرات فقط. ويطلق على الانزيم المسؤول عن هذا النوع من ألعاب الخفة الذرية إيزوميراز فسفوغلوكوز. (معظم أسماء الإنزيمات ، في حين تكون مرهقة في كثير من الأحيان ، على الأقل منطقية مثالية.)
في رد الفعل الثالث لتحلل السكر ، يتم تحويل F-6-P إلى الفركتوز 1،6 bisphosphate (F-1،6-BP). في خطوة الفسفرة هذه ، يأتي الفوسفات مرة أخرى من ATP ، لكن هذه المرة يتم إضافته إلى ذرة كربون مختلفة. الانزيم المسؤول هو فسفوفروكتوكيناز (PFK).
في التفاعل الرابع لانحلال السكر ، ينقسم جزيء F-1،6-BP ، وهو غير مستقر تمامًا بسبب جرعته المزدوجة من مجموعات الفوسفات ، بواسطة الإنزيم ألدولاز في جزيئات ثلاث فوسفات واحدة تحمل المجموعة جلسرالديهايد 3-الفوسفات (GAP) و ثنائي هيدروكسي أسيتون الفوسفات (DHAP). هذه هي الأيزومرات ، ويتم تحويل DHAP بسرعة إلى GAP في الخطوة الخامسة من انحلال السكر باستخدام دفعة من الانزيم إيزوميراز الفوسفات الثلاثي (TIM).
في هذه المرحلة ، أصبح جزيء الجلوكوز الأصلي جزيئين متماثلين من ثلاثة كربونات ، منفردين فسفوريين ، بتكلفة اثنين من ATP. من هذه النقطة إلى الأمام ، يحدث كل تفاعل موصوف لتحلل السكر مرتين لكل جزيء جلوكوز يخضع لتحلل السكر.
تحلل في وقت لاحق
في رد الفعل السادس لتحلل السكر ، يتم تحويل GAP إلى 1،3-bisphosphoglycerate (1،3-BPG) تحت تأثير جلسرالديهايد 3-فوسفات ديهيدروجينيز. تعمل إنزيمات ديهيدروجينيز على إزالة ذرات الهيدروجين (أي البروتونات). يصبح الهيدروجين المنطلق من GAP مرتبطًا بجزيء NAD + ، مما ينتج عنه NADH. لأن الجزيء الأولي للجلوكوز المنبع قد أدى إلى اثنان جزيئات GAP ، بعد هذا التفاعل ، اثنان تم إنشاء جزيئات NADH.
في تفاعل تحلل السكر السابع ، تكون إحدى تفاعلات الفسفرة في تحلل السكر الباكر مقلوبة بالفعل. عند الانزيم فسفوغليسيرات كيناز يزيل مجموعة الفوسفات من 1،3-BPG ، والنتيجة هي 3-فسفوغليسرات (3-PG). تتم إلحاق الفوسفات الذي تم تجريده من جزيئي 1،3-BPG إلى ADP لتشكيل اثنين من ATP. هذا يعني أن "ATP" في "الخطوتين الأول والثاني" قد تم "إرجاعهما" في رد الفعل السابع.
في الخطوة الثامنة ، يتم تحويل 3-PG إلى 2-فسفوغليسرات (2-PG) بواسطة فسفوغلسرات mutase، التي تنقل مجموعة الفوسفات المتبقية إلى ذرة كربون مختلفة. mutase يختلف عن أيزوميراز في أنه أقل عبئا في عملها. بدلاً من إعادة ترتيب بنية الجزيء ، فإنهم يحولون فقط إحدى مجموعاتها الجانبية إلى بقعة جديدة ، تاركين العمود الفقري الكلي ، الحلقة ، إلخ.
في رد الفعل التاسع لتحلل السكر ، يتم تحويل 2-PG إلى الفسفوإينول (PEP) تحت عمل إينولاز. الإينول هو مركب ذو رابطة مزدوجة من الكربون والكربون يرتبط فيه أحد الكربونات أيضًا بمجموعة هيدروكسيل.
أخيرًا ، رد الفعل العاشر والأخير لتحلل السكر ، يتحول PEP إلى البيروفات بفضل الإنزيم. بيروز كيناز. يتم إرفاق مجموعات الفوسفات التي تمت إزالتها من PEP بجزيئات ADP ، مما ينتج عنه جهازي ATP واثنين من البيروفات ، وصيغته هي (ج3هيدروجين4O3) أو (CH3) CO (COOH). وبالتالي ، فإن المعالجة الأولية اللاهوائية لجزيء واحد من الجلوكوز تعطي اثنين من البيروفات ، واثنين من جزيئات ATP واثنين من جزيئات NADH.
عمليات ما بعد تحلل السكر
البيروفات الناتجة في نهاية المطاف عن طريق إدخال الجلوكوز في الخلايا يمكن أن تتخذ واحدة من مسارين. إذا كانت الخلية بدائية النواة ، أو إذا كانت الخلية حقيقية النواة ولكنها تحتاج مؤقتًا إلى وقود أكثر مما يمكن أن يوفره التنفس الهوائي وحده (كما هو الحال ، على سبيل المثال ، خلايا العضلات أثناء ممارسة التمارين البدنية الشاقة مثل الغناء أو رفع الأثقال) ، تدخل البيروفات في مسار التخمير. إذا كانت الخلية حقيقية النواة ومتطلباتها من الطاقة نموذجية ، فإنها تتحرك البيروفات داخل الميتوكوندريا وتشارك في دورة كريبس: