ما هو المطلوب لحدوث تحلل السكر؟

تحلل السكر هو التنفس الأيضي المكون من 10 خطوات لجلوكوز السكر. الغرض من تحلل السكر هو إنتاج طاقة كيميائية تستخدمها الخلية. يعتبر العلماء أن تحلل السكر هو مسار تنفس قديم لأنه يمكن أن يحدث في غياب الأكسجين ، وهو كيف يمكن أن تسمح للبكتيريا اللاهوائية البدائية التي سبقت أكسجين الأرض بالبقاء على قيد الحياة أجواء.

يتطلب تحلل السكر مكونات محددة للعمل. تشمل مدخلات تحلل السكر الخلية الحية والإنزيمات والجلوكوز وجزيئات نقل الطاقة نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD +) والأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP).
اقرأ المزيد حول ماهية تحلل السكر.

يستخدم تحلل السكر ويوجد تقريبًا في كل كائن حي على وجه الأرض. يُعتقد أن هذا هو أحد المسارات الأيضية الأولى التي تظهر على الأرض لأنه لا يتطلب الأكسجين ، وهو ما لم يكن متاحًا بسهولة في الغلاف الجوي المبكر.

تحلل السكر هو الخطوة الأولى في العديد من مسارات التمثيل الغذائي للكائن الحي والتي تأخذ السكر وتحوله إلى طاقة خلوية قابلة للاستخدام. باستخدام مزيج من جميع مدخلات تحلل السكر ، تحول هذه العملية سكرًا واحدًا يحتوي على 6 كربون إلى 2 من البيروفات ، و 2 ATP ، و 2 من جزيئات NADH ، جميعها يتم استخدامها بعد ذلك في مسارات استقلابية أخرى مثل دورة Kreb ، والتخمير ، و / أو الفسفرة المؤكسدة ، و / أو الخلوية التنفس.

المدخل الأساسي لتحلل السكر هو السكر. عادةً ما يكون السكر المستخدم هو الجلوكوز ، لكن الإنزيمات يمكنها تحويل سكريات ستة كربون أخرى ، مثل الجالاكتوز و الفركتوز ، إلى مواد وسيطة تدخل مسار تحلل السكر في اتجاه مجرى نقطة البداية لـ الجلوكوز.

النباتات وغيرها من ذاتية التغذية تخلق الجلوكوز أثناء عملية التمثيل الضوئي باستخدام الطاقة الشمسية وثاني أكسيد الكربون. يجب على المتغايرين تناول السكر عن طريق تناول النباتات ، ذاتية التغذية ، ومصادر الطعام الأخرى. يتوفر السكر في مجموعة متنوعة من الأطعمة مباشرة أو على شكل نشا وسليلوز ، والتي تتحلل إلى جلوكوز. يذوب الجلوكوز في الماء ، وبمساعدة الإنزيمات ، يمكن بسهولة نقله إلى الخلية أو خارجها ، اعتمادًا على تركيزاته النسبية على جانبي غشاء الخلية.

الإنزيمات عبارة عن بروتينات تعمل كمحفزات للتفاعلات الكيميائية الحيوية. تقلل الإنزيمات الطاقة اللازمة لتحريك التفاعل دون أن تستهلكها العملية. تساعد إنزيمات نقل الجلوكوز الخلايا على استيراد الجلوكوز.

أول إنزيم في مسار تحلل السكر هو هيكسوكيناز ، والذي يحول الجلوكوز إلى جلوكوز 6 فوسفات (G6P). تستنفد هذه الخطوة الأولى تركيز الجلوكوز في الخلية ، مما يساعد على انتشار الجلوكوز الإضافي في الخلية. لا ينتشر منتج G6P بسهولة خارج الخلية ، لذلك يقوم هيكسوكيناز في الواقع بحبس جزيء الجلوكوز لتستخدمه الخلية. تسعة إنزيمات أخرى تشارك في تحلل السكر مع استخدام واحد في كل خطوة من العملية.

ATP هو أنزيم مساعد يخزن وينقل ويطلق الطاقة الكيميائية داخل الخلايا. يحتوي جزيء ATP على ثلاث مجموعات فوسفاتية ، كل واحدة محتفظ بها برابطة عالية الطاقة. ينتج ATP طاقة كيميائية عندما تزيل الإنزيمات مجموعة واحدة أو أكثر من مجموعات الفوسفات. في التفاعل العكسي ، تستخدم الإنزيمات الطاقة عند إضافة الفوسفات إلى السلائف ، مما يؤدي إلى إنتاج ATP.

يتطلب التحلل السكري اثنين من جزيئات ATP لبدء العمل ، ولكنه ينتج أربعة ATPs في الخطوة الأخيرة ، مما يعطي عائدًا صافياً لاثنين من ATPs.

NAD + هو أنزيم مؤكسد يقبل الإلكترونات والبروتونات من الجزيئات الأخرى ، ويخلق الشكل المختزل NADH. في التفاعل العكسي ، يعمل NADH كعامل اختزال يتبرع بالإلكترونات والبروتونات عندما يتأكسد مرة أخرى إلى NAD +. يتم استخدام NAD + و NADH في مجموعة متنوعة من المسارات الكيميائية الحيوية ، بما في ذلك تحلل السكر ، التي تتطلب عامل مؤكسد أو مختزل.

يتطلب تحلل السكر جزيئين من NAD + لكل جزيء جلوكوز ، مما ينتج عنه جزيئين من NADH بالإضافة إلى أيوني هيدروجين وجزيئين من الماء. المنتج النهائي لتحلل السكر هو البيروفات ، والذي يمكن للخلية أن تستقلبه بشكل أكبر لإنتاج كمية كبيرة من الطاقة الإضافية.