معادلة التمثيل الغذائي للجلوكوز

يمكن لخلايا الجسم تكسير أو استقلاب الجلوكوز لتوليد الطاقة التي يحتاجونها. وبدلاً من مجرد إطلاق هذه الطاقة كحرارة ، فإن الخلايا تخزن هذه الطاقة على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات أو ATP. يعمل ATP كنوع من عملة الطاقة المتوفرة في شكل مناسب لتلبية احتياجات الخلية.

نظرًا لأن تحلل الجلوكوز هو تفاعل كيميائي ، فيمكن وصفه باستخدام المعادلة الكيميائية التالية: C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O ، حيث يتم إطلاق 2870 كيلوجول من الطاقة لكل مول من الجلوكوز يتم استقلابه. على الرغم من أن هذه المعادلة تصف العملية الكلية ، إلا أن بساطتها خادعة ، لأنها تخفي كل تفاصيل ما يحدث بالفعل. لا يتم استقلاب الجلوكوز في خطوة واحدة. بدلاً من ذلك ، تكسر الخلية الجلوكوز في سلسلة من الخطوات الصغيرة ، كل منها تطلق الطاقة. تظهر المعادلات الكيميائية لهذه أدناه.

الخطوة الأولى في استقلاب الجلوكوز هي تحلل الجلوكوز ، وهي عملية من عشر خطوات يكون فيها جزيء الجلوكوز lysed أو ينقسم إلى اثنين من السكريات ثلاثية الكربون والتي يتم بعد ذلك تغييرها كيميائيًا لتشكيل جزيئين من البيروفات. المعادلة الصافية لتحلل السكر كالتالي: C6H12O6 + 2 ADP + 2 [P] i + 2 NAD + -> 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH ، حيث C6H12O6 عبارة عن جلوكوز ، [P] i عبارة عن مجموعة فوسفات ، و NAD + و NADH عبارة عن مستقبلات / ناقلات للإلكترون و ADP هو أدينوزين ثنائي الفوسفات. مرة أخرى ، بينما تعطي هذه المعادلة الصورة العامة ، فإنها تخفي أيضًا الكثير من التفاصيل القذرة ؛ نظرًا لأن التحلل السكري عبارة عن عملية من عشر خطوات ، يمكن وصف كل خطوة باستخدام معادلة كيميائية منفصلة.

الخطوة التالية في استقلاب الجلوكوز هي دورة حمض الستريك (تسمى أيضًا دورة كريبس أو دورة حمض الكربوكسيل). يتم تحويل كل جزيء من جزيئي البيروفات المتكون من تحلل السكر إلى مركب يسمى أسيتيل CoA ؛ من خلال عملية من 8 خطوات ، يمكن كتابة المعادلة الكيميائية الصافية لدورة حامض الستريك كما يلي: acetyl CoA + 3 NAD + Q + GDP + [P] i + 2 H2O -> CoA-SH + 3 NADH + 3 H + + QH2 + GTP + 2 ثاني أكسيد الكربون. الوصف الكامل لجميع الخطوات المتضمنة خارج نطاق هذه المقالة ؛ ومع ذلك ، تتبرع دورة حامض الستريك بشكل أساسي بالإلكترونات إلى جزيئين حامل للإلكترون ، NADH و FADH2 ، والتي يمكنها بعد ذلك التبرع بهذه الإلكترونات لعملية أخرى. كما أنه ينتج جزيء يسمى GTP له وظائف مماثلة لـ ATP في الخلية.

في الخطوة الرئيسية الأخيرة في استقلاب الجلوكوز ، تتبرع جزيئات حامل الإلكترون من دورة حمض الستريك (NADH و FADH2) إلكتروناتهم إلى سلسلة نقل الإلكترون ، وهي سلسلة من البروتينات المدمجة في غشاء الميتوكوندريا في خلاياك. الميتوكوندريا هي هياكل مهمة تلعب دورًا رئيسيًا في استقلاب الجلوكوز وتوليد الطاقة. تعمل سلسلة نقل الإلكترون على تشغيل عملية تقود توليف ATP من ADP.

النتائج الإجمالية لعملية التمثيل الغذائي للجلوكوز مثيرة للإعجاب. لكل جزيء من الجلوكوز ، يمكن لخلويتك أن تصنع 38 جزيءًا من ATP. نظرًا لأن الأمر يتطلب 30.5 كيلوجول لكل مول لتصنيع ATP ، فإن خليتك تخزن بنجاح 40 بالمائة من الطاقة المنبعثة عن طريق تكسير الجلوكوز. تُفقد الـ 60 في المائة المتبقية كحرارة ؛ تساعد هذه الحرارة في الحفاظ على درجة حرارة جسمك. في حين أن 40 في المائة قد يبدو وكأنه رقم منخفض ، إلا أنه أكثر كفاءة بكثير من العديد من الآلات التي صممها البشر. حتى أفضل السيارات ، على سبيل المثال ، يمكنها فقط تحويل ربع الطاقة المخزنة في البنزين إلى طاقة تحرك السيارة.