ما هو ضروري لبدء عملية تحلل السكر؟

تحلل السكر هي عملية استخلاص الطاقة في شكل ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوزين) من جلوكوز جزيء السكر المكون من ستة كربون (C₆ح₁₂ا₆). تحدث هذه السلسلة المكونة من عشرة تفاعلات سريعة النيران في جميع الخلايا في الطبيعة. في الكائنات وحيدة الخلية مثل البكتيريا ، يكون دائمًا المصدر الوحيد للطاقة الخلوية.

في الكائنات متعددة الخلايا مثل الحيوانات والنباتات والفطريات التي لديها المعدات الخلوية لاستخدام الأكسجين في تفاعلاتها ، يعتبر تحلل السكر مجرد خطوة أولى في التنفس الخلوي. لكل جزيء من الجلوكوز ، ينتج التنفس الخلوي ككل 36 إلى 38 ATP ، وينتج تحلل السكر وحده اثنين فقط من ATP.

بعد أن ينتشر جزيء الجلوكوز في خلية من خلال غشاء الخلية ، يكون له زوجان من مجموعات الفوسفات المرتبطة به أثناء إعادة ترتيبهما. ثم ينقسم إلى قسمين ، وتصبح جزيئات الكربون الثلاثة المتماثلة الناتجة في النهاية البيروفات. الربح الصافي لتحلل السكر هو اثنان من ATP.

على مستوى أكثر حبيبات ، تحلل الجلوكوز هو استخراج الطاقة الموجودة في روابط جزيئات الجلوكوز من أجل استخدام الخلية لتلك الطاقة ، مع تكلفة جزيء الجلوكوز الذي يتحلل إلى شيء آخر.

تتطلب التفاعلات العشرة المختلفة لتحلل السكر جميعها تخصصًا خاصًا بها الانزيمات، وهي بروتينات تسرع بشكل كبير التفاعلات داخل الخلايا. يمكن للخلية التحكم في سرعة تحلل السكر ، وبالتالي معدل توافر الطاقة ، عن طريق جعل بعض الإنزيمات متاحة أكثر أو أقل توفرًا.

مطلوب الجلوكوز فقط كمتفاعل في بداية تحلل السكر ، ولكن على طول الطريق ، يجب توفير اثنين من ATP لدفع العملية إلى نقطة المنتصف. بعد انقسام الجزيء ، تتطلب العملية إمدادًا ثابتًا من NAD⁺ المضي قدما.

والجدير بالذكر أن الأكسجين ليس مطلوب لتحلل السكر ، وفي حالة عدم وجوده ، يمكن أن يستمر التحلل عن طريق التخمير. هذه العملية تحول البيروفات إلى لاكتات ، وبذلك توفر NAD الذي تشتد الحاجة إليه⁺ إلى تحلل السكر من خلال تحويل NADH₂.

عندما يدخل الجلوكوز إلى الخلية ، يتم فسفرته (أي يحتوي على فوسفات مرتبط بإنزيم). ثم يعاد ترتيبه إلى سكر آخر بستة كربون ، الفركتوز. يتم فسفرة هذا الجزيء مرة ثانية عند ذرة كربون مختلفة ، وعند هذه النقطة تكتمل المرحلة الأولى من تحلل السكر.

هذا ما يسمى في كثير من الأحيان "مرحلة الاستثمار" من تحلل السكر ، لأنه على الرغم من أن النتيجة الإجمالية هي توفير الطاقة ، يجب أن تتكبد الخلية خسارة متواضعة أولاً. وبالتالي ، فإن اثنين من ATP اللازمين لتوفير الفوسفات في هذه المرحلة هما استثمار ، لكنه دائمًا ما يؤتي ثماره.

في بداية ما يسمى ب "مرحلة العودة" ينقسم جزيء الفركتوز المكون من ستة كربون ومضاعف الفسفرة إلى جزئين متشابهين للغاية من ثلاثة كربون ، ولكل منهما مجموعة الفوسفات الخاصة به ؛ يتم تحويل كل واحد بسرعة إلى الآخر ، glyceraldehyde-3-phosphate.

يتم إعادة ترتيب الجزيئات المتطابقة الآن وفسفرتها وإعادة ترتيبها مرة أخرى عدة مرات في البيروفات (C₃ح₄ا₃). في ردود الفعل النهائية التي تتطلب NAD⁺، تتخلى الجزيئات المزدوجة عن الفوسفات باسم ATP ، مما يعني أن هذه المرحلة تنتج أربعة ATP. وبالتالي ينتج عن التحلل السكري اثنين من ATP بشكل عام بعد حساب اثنين من ATP "المستهلك" في المرحلة الأولى.

في النهاية ، فإن منتجات تحلل السكر هي البيروفات ، NADH₂، اثنان من ذرات الهيدروجين المحررة و ATP. نظرًا لأن المنتج الأولي هو الجلوكوز فقط ويظهر ATP لاحقًا ، فإن المعادلة الإجمالية لتحلل السكر هي:

ج₆ح₁₂ا₆ + 2 ATP + 2 NAD + 2 درجة مئوية₃ح₄ا₃ + 4 ATP + 2 NADH + 2 ساعة⁺

ثم ينتقل البيروفات إلى الميتوكوندريا من أجل التنفس الهوائي في حالة وجود كمية كافية من الأكسجين (وهي في معظم الأحيان لدى البشر) ولكنها تبقى في السيتوبلازم للتخمير حتى اللاكتات إذا كان مستوى الأكسجين غير كافٍ.