تحلل السكر هو مجموعة العمليات التي ينفذها الجسم تلقائيًا. كما هو معلوم يحتاج الإنسان إلى الكثير من الطاقة ليتمكن من القيام بجميع أنشطته اليومية ، لذلك يجب عليه الحفاظ على نظام غذائي جيد يعتمد على الخضار والبروتينات والفواكه وقبل كل شيء ، أن يكون لديه أحد أهم مصادر الطاقة ، على سبيل المثال ، الجلوكوز. يدخل الجلوكوز إلى الجسم من خلال الطعام وبأشكال كيميائية مختلفة سيتم تحويلها لاحقًا إلى أخرى ، وهذا يحدث من عمليات التمثيل الغذائي المختلفة.
ما هو تحلل السكر
جدول المحتويات
يمثل تحلل السكر الطريقة التي يبدأ بها الجسم تكسير جزيئات الجلوكوز للحصول على مادة يمكنها توفير الطاقة للجسم. هذا هو المسار الأيضي المسؤول عن أكسدة الجلوكوز ، من أجل الحصول على الطاقة للخلية. إنه يمثل الطريقة الأكثر فورية لالتقاط هذه الطاقة ، بالإضافة إلى أنه أحد الطرق التي يتم اختيارها بشكل عام في عملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات.
من بين وظائفها توليد جزيئات عالية الطاقة NADH و ATP كسبب لأصل الطاقة الخلوية في عمليات التخمير والتنفس الهوائي.
وظيفة أخرى يؤديها تحلل السكر هي تكوين البيروفات (جزيء أساسي في عملية التمثيل الغذائي الخلوي) والذي يمر في دورة التنفس الخلوي كعنصر من عناصر التنفس الهوائي. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يولد 3 و 6 مركبات كربون وسيطة ، والتي تستخدم بشكل شائع في العمليات الخلوية المختلفة.
يتكون تحلل السكر من مرحلتين ، كل واحدة تتكون من 5 تفاعلات. تشتمل المرحلة الأولى على أول خمس تفاعلات ، ثم يتم تحويل جزيء الجلوكوز الأصلي إلى جزيئين مكونين من 3 فوسفوجلايسيرالديهيد.
تسمى هذه المرحلة عمومًا المرحلة التحضيرية ، أي هنا عندما ينقسم الجلوكوز إلى جزيئين من 3 كربون لكل منهما ؛ دمج هذين الحموض الفوسفوريك (جزيئين من جلسيرالديهيد 3 فوسفات). من الممكن أيضًا أن يحدث تحلل السكر في النباتات ، وعادة ما يتم شرح هذه المعلومات في pdf.
اكتشاف تحلل السكر
في عام 1860 ، أجريت الدراسات الأولى المتعلقة بإنزيم تحلل السكر ، والتي وضعها لويس باستور ، الذي اكتشف أن التخمير يحدث بفضل تدخل العديد من الكائنات الحية الدقيقة ، وبعد سنوات ، في عام 1897 ، اكتشف إدوارد بوشنر مستخلصًا خلية يمكن أن تسبب التخمر.
في عام 1905 ، تم تقديم مساهمة أخرى في النظرية ، حيث قرر آرثر هاردن وويليام يونغ أن الكسور الخلوية للكتلة الجزيئية ضرورية لحدوث التخمير ، ومع ذلك ، يجب أن تكون هذه الكتل عالية وحساسة للحرارة ، أي يجب أن تكون إنزيمات.
وزعموا أيضًا أن هناك حاجة إلى جزء حشوي ذو كتلة جزيئية منخفضة ومقاومة للحرارة ، أي أنزيمات مساعدة من نوع ATP و ADP و NAD +. كان هناك المزيد من التفاصيل التي تم تأكيدها في عام 1940 بتدخل أوتو مايرهوف ولويس ليلوار الذي انضم إليه بعد سنوات قليلة. لقد واجهوا بعض الصعوبات في تحديد مسار التخمير ، بما في ذلك قصر العمر والتركيزات المنخفضة للمواد الوسيطة في تفاعلات حال السكر التي تنتهي دائمًا بالسرعة.
علاوة على ذلك ، تبين أن إنزيم تحلل السكر يحدث في العصارة الخلوية للخلايا حقيقية النواة والخلايا بدائية النواة ، ولكن في الخلايا النباتية ، تم العثور على تفاعلات تحلل السكر في دورة كالفين ، والتي تحدث داخل البلاستيدات الخضراء. يتم تضمين الكائنات الحية القديمة نسبيًا في الحفاظ على هذا المسار ، ولهذا السبب يعتبر أحد أقدم المسارات الأيضية. بمجرد الانتهاء من ملخص تحلل السكر ، يمكنك التحدث بشكل مكثف عن دوراته أو مراحله.
دورة تحلل السكر
كما ذكرنا سابقًا ، هناك سلسلة من المراحل أو الدورات في تحلل السكر والتي لها أهمية قصوى ، وهي مرحلة إنفاق الطاقة ومرحلة الاستفادة من الطاقة ، والتي يمكن تفسيرها على أنها مخطط تحلل السكر أو ببساطة عن طريق سرد كل من تفاعلات تحلل السكر. هذه ، بدورها ، مقسمة إلى 4 أجزاء أو عناصر أساسية سيتم شرحها بالتفصيل أدناه.
مرحلة إنفاق الطاقة
إنها مرحلة مسؤولة عن تحويل جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من جليسيرالديهيد ، ومع ذلك ، لكي يحدث هذا ، هناك حاجة إلى 5 خطوات ، وهي هيكسوكيناز ، جلوكوز 6-ف أيزوميراز ، فسفوفركتوكيناز ، ألدولاز وثلاثي. ايزوميراز الفوسفات ، والذي سيتم تفصيله أدناه:
- هيكسوكيناز: من أجل زيادة طاقة الجلوكوز ، يجب أن يولد تحلل السكر تفاعلًا ، وهذا هو فسفرة الجلوكوز. الآن ، لكي يحدث هذا التنشيط ، هناك حاجة إلى تفاعل محفز بواسطة إنزيم هكسوكيناز ، أي نقل مجموعة الفوسفات من ATP ، والتي يمكن إضافتها من مجموعة الفوسفات إلى سلسلة من الجزيئات يشبه الجلوكوز ، بما في ذلك المانوز والفركتوز. بمجرد حدوث هذا التفاعل ، يمكن استخدامه في عمليات أخرى ، ولكن فقط عند الضرورة.
- إيزوميراز الجلوكوز 6-P: هذه خطوة مهمة للغاية لأنها هنا حيث يتم تحديد الهندسة الجزيئية التي ستؤثر على المراحل الحرجة في تحلل السكر ، الأولى هي التي تضيف مجموعة الفوسفات إلى منتج التفاعل ، والثاني هو عندما يتم تكوين جزيئين غليسرالدهيد ، والذي سيكون ، في النهاية ، سلائف البيروفات. يتحول الجلوكوز 6 فوسفات إلى فركتوز 6 فوسفات في هذا التفاعل ، ويتم ذلك من خلال إنزيم الجلوكوز 6 فوسفات أيزوميراز.
- فوسفوفركتوكيناز: في عملية تحلل السكر هذه ، يتم إجراء فسفرة فوسفات الفركتوز 6 في الكربون 1 ، بالإضافة إلى ذلك ، يتم إنفاق ATP من خلال إنزيم فوسفوفركتوكيناز 1 ، المعروف باسم PFK1.
بسبب كل ما سبق ، يحتوي الفوسفات على طاقة تحلل مائي منخفضة وعملية لا رجعة فيها ، وأخيراً يحصل على منتج يسمى الفركتوز 1.6 بيسفوسفات. الجودة التي لا رجعة فيها ضرورية لأنها تحولها إلى نقطة تحكم في تحلل السكر ، وهذا هو سبب وضعها في هذا وليس في التفاعل الأول ، لأن هناك ركائز أخرى غير الجلوكوز يمكنها الدخول في تحلل السكر.
- ألدولاز: هذا الإنزيم تمكن من كسر الفركتوز 1،6 bisphosphate إلى جزيئين 3-الكربون يسمى trioses، وتسمى هذه الجزيئات ثنائي هيدروكسي أسيتون الفوسفات وغليسيرألدهيد 3 الفوسفات. يتم هذا الفاصل بفضل تكاثف ألدول والذي ، بالمناسبة ، قابل للعكس.
يتميز هذا التفاعل بخصائصه الرئيسية وهي الطاقة الحرة التي تتراوح بين 20 و 25 Kj / mol وهذا لا يحدث في الظروف العادية ، حتى بشكل أقل تلقائية ، ولكن عندما يتعلق الأمر بالظروف داخل الخلايا ، فإن الطاقة الحرة صغيرة ، وهذا بسبب وجود تركيز منخفض من الركائز وهذا هو بالضبط ما يجعل التفاعل قابلاً للانعكاس.
- ثلاثي إيزوميراز الفوسفات: في عملية تحلل السكر هذه ، توجد طاقة حرة قياسية وإيجابية ، وهذا يولد عملية غير مفضلة ، ولكنها تولد طاقة حرة سلبية ، وهذا يجعل تكوين G3P في الاتجاه المفضل. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الوحيد الذي يمكنه اتباع الخطوات المتبقية لتحلل السكر هو فوسفات الجلسيرالديهيد 3 ، لذلك يتم تحويل الجزيء الآخر الناتج عن تفاعل فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون إلى فوسفات جلسيرالديهيد 3.
هناك ميزتان في فسفرة الجلوكوز ، الأولى تعتمد على جعل الجلوكوز عامل استقلابي تفاعلي ، والثاني أنه يتحقق أن الجلوكوز 6 فوسفات لا يمكنه عبور غشاء الخلية ، وهو يختلف تمامًا عن الجلوكوز نظرًا لأنه يحتوي على شحنة سالبة توفرها مجموعة الفوسفات للجزيء ، فإن هذا يجعل عبوره أكثر تعقيدًا. كل هذا يمنع ضياع ركيزة الطاقة في الخلية.
علاوة على ذلك ، يحتوي الفركتوز على مراكز خيفي حساسة لتركيزات المواد الوسيطة مثل الأحماض الدهنية والسترات. في هذا التفاعل ، يتم تحرير إنزيم فوسفوفركتوكيناز 2 ، وهو المسؤول عن الفسفرة في الكربون 2 وتنظيمه.
في هذه الخطوة ، يتم استهلاك ATP فقط في الخطوتين الأولى والثالثة ، بالإضافة إلى ذلك ، يجب تذكره في الخطوة الرابعة ، حيث يتم إنشاء جزيء من glyceraldehyde-3-phosphate ، ولكن في هذا التفاعل ، يتم إنشاء جزيء ثان. مع هذا يجب أن نفهم أنه ، من هناك ، تحدث جميع التفاعلات التالية مرتين ، ويرجع ذلك إلى جزيئين من glyceraldehyde تم إنشاؤه من نفس المرحلة.
مرحلة الاستفادة من الطاقة
بينما يتم استهلاك طاقة ATP في المرحلة الأولى ، في هذه المرحلة ، يصبح الجلسيرالديهيد جزيءًا يحتوي على المزيد من الطاقة ، لذلك في النهاية يتم الحصول على فائدة نهائية: 4 جزيئات ATP. يتم شرح كل تفاعل من تفاعلات تحلل السكر في هذا القسم:
- نازعة هيدروجين الغليسيرالديهيد -3 فوسفات: في هذا التفاعل ، يتأكسد جلسيرالديهيد 3 فوسفات باستخدام NAD + ، عندها فقط يمكن إضافة أيون فوسفات إلى الجزيء ، والذي يتم تنفيذه بواسطة إنزيم نازعة هيدروجين جليسيرالديهيد 3 فوسفات في 5 خطوات ، بهذه الطريقة يزيد من الطاقة الكلية للمركب.
- كيناز الفوسفوجليسيرات: في هذا التفاعل ، يتمكن إنزيم فوسفوجليسيرات كيناز من نقل مجموعة الفوسفات المكونة من 1.3 بيسفوسفوجليسيرات إلى جزيء ADP ، وهذا يولد أول جزيء ATP في مسار فوائد الطاقة. نظرًا لأن الجلوكوز يتحول إلى جزيئين من glyceraldehyde ، يتم استرداد 2 ATP في هذه المرحلة.
- طفرة الفوسفوجليسيرات: ما يحدث في هذا التفاعل هو التغيير في موضع الفوسفات C3 إلى C2 ، وكلاهما متشابه جدًا وقابل للعكس مع اختلافات في الطاقة الحرة قريبة من الصفر. هنا يتم تحويل 3 فوسفوجليسيرات التي تم الحصول عليها من التفاعل السابق إلى 2 فوسفوجليسيرات ، ومع ذلك ، فإن الإنزيم الذي يحفز هذا التفاعل هو فوسفوجليسيرات مطفرة.
- Enolase: يوفر هذا الإنزيم تكوين رابطة مزدوجة في 2 phosphoglycerate ، مما يؤدي إلى إزالة جزيء الماء الذي تم تكوينه بواسطة الهيدروجين من C2 و OH من C3 ، مما ينتج عنه phosphoenolpyruvate.
- بيروفات كيناز: هنا يتم نزع فسفرة الفوسفوينول بيروفات ، ومن ثم يتم الحصول على إنزيم البيروفات و ATP ، وهو تفاعل لا رجعة فيه يحدث من بيروفات كيناز (إنزيم يعتمد ، بالمناسبة ، على البوتاسيوم و المغنيسيوم.
منتجات تحلل السكر
نظرًا لأن الاتجاه الأيضي للوسائط في التفاعلات يعتمد على الاحتياجات الخلوية ، يمكن اعتبار كل وسيط بمثابة نتاج للتفاعلات ، إذن ، سيكون كل منتج (بالترتيب وفقًا للتفاعلات الموضحة مسبقًا) على النحو التالي:
- جلوكوز 6 فوسفات
- فركتوز 6 فوسفات
- الفركتوز 1.6 بيسفوسفات
- فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون
- جليسيرالديهيد 3 فوسفات
- 1.3 بيسفوسفوجليسيرات
- 3 فوسفوجليسيرات
- 2 فوسفوجليسيرات
- فسفوينول بيروفات
- بيروفات
استحداث السكر
إنه مسار ابتنائي يحدث فيه تخليق الجليكوجين من خلال مادة بسيطة ، وهو الجلوكوز 6 فوسفات. يحدث تكوُّن الجليكوجين في الكبد والعضلات ، ولكنه يحدث بدرجة أقل في الأخير. يتم تنشيطه من خلال الأنسولين استجابة لمستويات الجلوكوز المرتفعة التي يمكن أن تحدث بعد تناول الأطعمة التي تحتوي على الكربوهيدرات.
و استحداث السكر يتم إنشاؤه من خلال دمج وحدات الجلوكوز المتكررة، والتي تأتي في و شكل UDP الجلوكوز إلى جليكوجين الخائن التي كانت موجودة سابقا والتي تقوم على البروتينات غلايكوجينين، الذي يتكون من سلسلتين autoglicosilan وأنه بالإضافة إلى ذلك ، يمكنهم ربط سلاسلهم بثامن الجلوكوز.
