المحتوى
- ما هو الجلوكوز؟
- ما هو اعبي التنس المحترفين؟
- التنفس الخلوي
- تحلل في وقت مبكر
- تحلل في وقت لاحق
- دورة كريبس
- سلسلة نقل الإلكترون
الجلوكوز ، وهو سكر مكون من ستة الكربون ، هو "المدخلات" الأساسية في المعادلة التي تعمل طوال الحياة. يتم تحويل الطاقة من الخارج ، إلى حد ما ، إلى طاقة للخلية. كل كائن حي على قيد الحياة ، من أفضل صديق لك إلى أدنى بكتيريا ، لديه خلايا تحرق الجلوكوز للحصول على الوقود على مستوى التمثيل الغذائي الجذر.
تختلف الكائنات الحية في مدى قدرة خلاياها على استخراج الطاقة من الجلوكوز. في جميع الخلايا ، هذه الطاقة في شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP).
لذلك ، شيء واحد تشترك جميع الخلايا الحية في أنها تستقلب الجلوكوز لصنع ATP. يمكن أن يبدأ جزيء معين من الجلوكوز يدخل الخلية كوجبة عشاء ، مثل فريسة حيوان بري ، كمادة نباتية أو شيء آخر.
بصرف النظر عن ذلك ، فقد أدت عمليات الهضم والكيمياء الحيوية المختلفة إلى تحطيم جميع جزيئات متعدد الكربون في أي مادة يستوعبها الكائن الغذائي لتغذية السكر أحادي السكاريد الذي يدخل في مسارات التمثيل الغذائي الخلوي.
ما هو الجلوكوز؟
كيميائيا ، الجلوكوز هو هيكسوز السكر، عرافة كونها بادئة يونانية لـ "ستة" ، عدد ذرات الكربون في الجلوكوز. الصيغة الجزيئية لها C6هيدروجين12O6، مما يعطيها الوزن الجزيئي من 180 غراما لكل مول.
الجلوكوز هو أيضا أ أحادي السكاريد في هذا هو السكر الذي يتضمن وحدة أساسية واحدة فقط ، أو أحادي المعدن. سكر الفاكهة هو مثال آخر على السكاريد الأحادي ، بينما سكر القصبأو سكر المائدة (الفركتوز زائد الجلوكوز) ، اللاكتوز (الجلوكوز زائد غالاكتوز) و الملتوز سكر الشعير (الجلوكوز زائد الجلوكوز) هي المركبات السكرية الثنائية.
لاحظ أن نسبة ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين في الجلوكوز هي 1: 2: 1. جميع الكربوهيدرات ، في الواقع ، تظهر هذه النسبة نفسها ، وصيغها الجزيئية كلها من النموذج Cنهيدروجين2NOن.
ما هو اعبي التنس المحترفين؟
اعبي التنس المحترفين نيكليوزيد، في هذه الحالة الأدينوساين ، مع ثلاث مجموعات الفوسفات المرتبطة به. هذا في الواقع يجعلها أ النوكليوتيدات، كما نوكليوسيد هو البنتوز السكر (سواء الريبوز أو الديوكسيريبوز) جنبا إلى جنب مع قاعدة النيتروجين (أي الأدينين ، السيتوزين ، الجوانين ، الثيمين أو اليوراسيل) ، في حين أن النوكليوتيدات هي نيوكليوسيد مع واحد أو أكثر من مجموعات الفوسفات المرتبطة. لكن بصرف النظر عن المصطلحات ، فإن الشيء المهم الذي يجب معرفته عن الـ ATP هو أنه يحتوي على الأدينين والريبوز وسلسلة من ثلاث مجموعات من الفوسفات.
يرصد اعبي التنس المحترفين عبر الفسفرة ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) ، وعلى العكس ، عندما تكون رابطة فوسفات الطرف في ATP تحللو ADP و Pأنا (الفوسفات غير العضوي) هي المنتجات. يعتبر اتحاد لاعبي التنس المحترفين "عملة الطاقة" للخلايا حيث يستخدم هذا الجزيء الاستثنائي لتشغيل كل عملية التمثيل الغذائي تقريبًا.
التنفس الخلوي
التنفس الخلوي هي مجموعة من المسارات الأيضية في الكائنات حقيقية النواة التي تحول الجلوكوز إلى ATP وثاني أكسيد الكربون في وجود الأكسجين ، مما ينطلق من الماء وينتج ثروة من ATP (36 إلى 38 جزيء لكل جزيء جلوكوز مستثمر) في هذه العملية.
الصيغة الكيميائية المتوازنة للتفاعل الصافي الكلي ، باستثناء ناقلات الإلكترون وجزيئات الطاقة ، هي:
C6هيدروجين12O6 + 6 يا2 → 6 شركة2 + 6 ساعات2O
يتضمن التنفس الخلوي بالفعل ثلاثة مسارات متميزة ومتتابعة:
الأخيران من هذه المراحل يعتمدان على الأكسجين ويشكلان معًا التنفس الهوائي. في كثير من الأحيان ، في مناقشات عملية التمثيل الغذائي حقيقية النواة ، يعتبر تحلل السكر ، على الرغم من أنه لا يعتمد على الأكسجين ، جزءًا من "التنفس الهوائي" لأن جميع منتجاته الرئيسية تقريبًا ، البيروفات، يمضي لدخول المسارين الآخرين.
تحلل في وقت مبكر
في تحلل السكر ، يتم تحويل الجلوكوز في سلسلة من 10 تفاعلات إلى البيروفات الجزيئي ، مع صافي ربح اثنين من جزيئات ATP وجزيئين من "الناقل الإلكترون" نيكوتيناميد الأدينين دينوكليوتيد (NADH). لكل جزيء من الجلوكوز يدخل العملية ، يتم إنتاج جزيئين من البيروفات ، حيث أن البيروفات يحتوي على ثلاث ذرات كربون لجلوكوز ستة.
في الخطوة الأولى ، يتحول الجلوكوز ليصبح الجلوكوز 6 فوسفات (G6P). يُلزم هذا الجلوكوز بالتمثيل الغذائي بدلاً من الانجراف مرة أخرى عبر غشاء الخلية ، لأن مجموعة الفوسفات تعطي G6P شحنة سالبة. على مدى الخطوات القليلة التالية ، يتم إعادة ترتيب الجزيء في مشتق سكري مختلف ومن ثم فسفرته مرة ثانية ليصبح الفركتوز 1،6 bisphosphate.
تتطلب هذه الخطوات المبكرة لتحلل السكر استثمار اثنين من ATP لأن هذا هو مصدر مجموعات الفوسفات في تفاعلات الفسفرة.
تحلل في وقت لاحق
ينقسم الفركتوز - 1،6 - فوسفات إلى جزيئين مختلفين من ثلاثة كربون ، يحمل كل منهما مجموعة الفوسفات الخاصة به ؛ تقريبا كل واحدة من هذه ، يتم تحويلها بسرعة إلى الآخر ، غليسيرألدهيد-3-فوسفات (G3P). وهكذا من هذه النقطة إلى الأمام ، يتم تكرار كل شيء لأن هناك نوعان من G3P لكل الجلوكوز "المنبع".
من هذه النقطة ، يتم فسفرة G3P في خطوة تنتج أيضًا NADH من الشكل المؤكسد NAD + ، ثم يتم إعطاء مجموعتي الفوسفات حتى جزيئات ADP في خطوات إعادة الترتيب اللاحقة لإنتاج جزيئي ATP جنبًا إلى جنب مع منتج الكربون النهائي من التحلل ، البيروفات.
بما أن هذا يحدث مرتين لكل جزيء الجلوكوز ، فإن النصف الثاني من تحلل السكر ينتج أربعة ATP لـ شبكة تحقيق مكاسب من تحلل السكر في اثنين من اعبي التنس المحترفين (حيث تم طلب اثنين في وقت مبكر من العملية) واثنين من NADH.
دورة كريبس
في ال رد فعل تحضيري، بعد أن يجد البيروفات المولدة في انحلال السكر طريقه من السيتوبلازم إلى مصفوفة الميتوكوندريا ، يتم تحويله أولاً إلى أسيتات (CH3طهي- وشركاه2 (منتج النفايات في هذا السيناريو) ثم إلى مركب يسمى انزيم الاسيتيلأو الاسيتيل coa. في رد الفعل هذا ، يتم إنشاء NADH. هذا يمهد الطريق لدورة كريبس.
تم تسمية هذه السلسلة المكونة من ثمانية ردود فعل لأن أحد العناصر المتفاعلة في الخطوة الأولى ، أوكسالوآسيتات، هو أيضا المنتج في الخطوة الأخيرة. تتمثل وظيفة دورة كريبس في وجود مورد بدلاً من الشركة المصنعة: فهي لا تنتج سوى جزيء ATP لكل جزيء جلوكوز ، ولكنها تساهم بستة أخرى من NADH واثنتين من FADH2، حامل إلكترون آخر وأحد أقارب نادين.
(لاحظ أن هذا يعني واحد ATP ، ثلاثة NADH و FADH واحد2 لكل منعطف من الدورة. لكل الجلوكوز الذي يدخل في التحلل ، يدخل جزيءان من أسيتيل CoA في دورة كريبس.)
سلسلة نقل الإلكترون
على أساس كل نسبة الجلوكوز ، فإن حصيلة الطاقة حتى هذه المرحلة هي أربعة ATP (اثنان من انحلال السكر واثنان من دورة كريبس) ، و 10 NADH (اثنان من انحلال السكر ، واثنان من رد الفعل التحضيري وستة من دورة كريبس) واثنان من FADH2 من دورة كريبس. بينما تستمر مركبات الكربون في دورة كريبس في الدوران حول المنبع ، تنتقل ناقلات الإلكترون من المصفوفة الميتوكوندريا إلى غشاء الميتوكوندريا.
عندما NADH و FADH2 إطلاق الإلكترونات الخاصة بهم ، وتستخدم هذه لإنشاء التدرج الكهروكيميائية عبر الغشاء الميتوكوندريا. يتم استخدام هذا التدرج لتشغيل مرفق مجموعات الفوسفات بـ ADP لإنشاء ATP في عملية تسمى الفسفرة التأكسدية، لذلك سميت لأن المستلم النهائي للإلكترونات المتتالية من حامل الإلكترون إلى حامل الإلكترون في السلسلة هو الأكسجين (O2).
لأن كل NADH ينتج ثلاثة ATP ولكل FADH2 تعطي اثنين ATP في الفسفرة المؤكسدة ، وهذا يضيف (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP إلى هذا المزيج. وهكذا يمكن أن ينتج عن جزيء واحد من الجلوكوز ما يصل إلى 38 ATP في الكائنات حقيقية النواة.