ما هي الآثار التي قد تمنع تحلل السكر؟

تحلل السكر هي عملية استقلابية عالمية بين الكائنات الحية في العالم. هذه السلسلة المكونة من 10 تفاعلات في السيتوبلازم لجميع الخلايا تحول جزيء السكر المكون من ستة كربون الجلوكوز إلى جزئين من البيروفات وجزيئين من ATP وجزيئين من NADH.
تعرف على تحلل السكر.

في بدائيات النوى، التي هي أبسط الكائنات الحية ، تحلل السكر هو حقًا لعبة التمثيل الغذائي الخلوي الوحيدة في المدينة. هذه الكائنات الحية ، التي تتكون كلها تقريبًا من خلية واحدة بمحتويات قليلة نسبيًا ، محدودة احتياجات التمثيل الغذائي ، ويكفي تحلل السكر للسماح لهم بالازدهار والتكاثر في غياب المنافسة عوامل. حقيقيات النواة، من ناحية أخرى ، قم بطرح تحلل السكر كشيء من المقبلات المطلوبة قبل أن يدخل الطبق الرئيسي للتنفس الهوائي في الصورة.

غالبًا ما تركز مناقشات تحلل السكر على الظروف التي تفضلها ، على سبيل المثال ، تركيز مناسب من الركيزة والإنزيم. غالبًا ما يتم ذكر الأشياء التي قد يتم ذكرها عن طريق التصميم ، ولكنها مهمة أيضًا تعيق معدل تحلل السكر. على الرغم من أن الخلايا تحتاج إلى طاقة ، فإن تشغيل أكبر قدر ممكن من المواد الخام من خلال مطحنة تحلل السكر ليس دائمًا نتيجة خلوية مرغوبة. لحسن حظ الخلية ، فإن العديد من المشاركين في تحلل السكر لديهم القدرة على التأثير على سرعتها.

الجلوكوز هو سكر من ستة كربون بالصيغة C₆ح₁₂ا₆. (حقائق ممتعة عن الجزيئات الحيوية: كل مادة كربوهيدراتية - سواء كانت سكرًا أو نشا أو أليافًا غير قابلة للذوبان - لها الصيغة الكيميائية العامة C_نح_2Nا_ن.) لها كتلة مولارية تبلغ 180 جم ، تشبه الأحماض الأمينية الثقيلة من حيث حجمها. إنه قادر على الانتشار بحرية داخل وخارج الخلية من خلال غشاء البلازما.

الجلوكوز هو أحادي السكاريد ، مما يعني أنه لا يتم تصنيعه عن طريق الجمع بين السكريات الصغيرة. الفركتوز هو أحادي السكاريد ، بينما السكروز ("سكر المائدة") عبارة عن ثنائي السكاريد يتم تجميعه من جزيء الجلوكوز وجزيء الفركتوز.

والجدير بالذكر أن الجلوكوز يكون على شكل حلقة ، ويتم تمثيله على شكل مسدس في معظم المخططات. خمس من ست ذرات من الجلوكوز ، والسادس هو الأكسجين. يقع الكربون رقم 6 في ميثيل (- CH₃) مجموعة خارج الحلبة.

الصيغة الكاملة لمجموع ردود الفعل العشرة لتحلل السكر هي:

ج₆ح₁₂ا₆ + 2 NAD⁺ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH₃(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺

بالكلمات ، هذا يعني أن جزيء الجلوكوز يتم تحويله إلى جزيئين من الجلوكوز ، مما ينتج عنه 2 ATP و 2 NADH (الشكل المختزل من نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد ، وهو "حامل إلكترون" شائع في الكيمياء الحيوية).

لاحظ أنه لا يلزم وجود أكسجين. على الرغم من استمرار استهلاك البيروفات بشكل دائم تقريبًا في خطوات التنفس الهوائية ، يحدث تحلل السكر في الكائنات الهوائية واللاهوائية على حد سواء.

ينقسم تحلل الجلوكوز بشكل كلاسيكي إلى جزأين: "مرحلة الاستثمار" ، والتي تتطلب 2 ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، "الطاقة عملة "الخلايا) لتشكيل جزيء الجلوكوز في شيء به قدر كبير من الطاقة الكامنة ، و" مكافأة "أو" حصاد " المرحلة ، حيث يتم إنشاء 4 ATP عن طريق تحويل جزيء ثلاثي الكربون (glyceraldehyde-3-phosphate ، أو GAP) إلى جزيء آخر ، البيروفات. هذا يعني أنه يتم إنتاج إجمالي 4-2 = 2 ATP لكل جزيء من الجلوكوز.

عندما يدخل الجلوكوز إلى الخلية ، يتم فسفرته (أي يحتوي على مجموعة فوسفات ملحقة به) تحت تأثير الإنزيم هيكسوكيناز. يعد هذا الإنزيم ، أو محفز البروتين ، من بين أهم الإنزيمات التنظيمية في تحلل السكر. يتم تحفيز كل تفاعل من التفاعلات العشرة في تحلل السكر بواسطة إنزيم واحد ، وهذا الإنزيم بدوره يحفز تفاعل واحد فقط.

يتم بعد ذلك تحويل الجلوكوز 6 فوسفات (G6P) الناتج عن خطوة الفسفرة هذه إلى الفركتوز 6 فوسفات (F6P) قبل حدوث الفسفرة الثانية ، هذه المرة في اتجاه فسفوفركتوكيناز، إنزيم تنظيمي مهم آخر. ينتج عن هذا تكوين الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات (FBP) ، واكتملت المرحلة الأولى من تحلل السكر.

ينقسم الفركتوز -1،6-بيسفوسفات إلى زوج من جزيئات ثلاثة كربون ، ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات (DHAP) وغليسيرالديهيد -3 فوسفات (GAP). يتم تحويل DHAP بسرعة إلى GAP ، وبالتالي فإن التأثير الصافي للانقسام هو إنشاء جزيئين متطابقين من ثلاثة كربون من جزيء واحد إلى ستة كربون.

ثم يتم تحويل GAP بواسطة إنزيم نازعة هيدروجين الغليسيرالدهيد -3 فوسفات إلى 1،3-ثنائي فوسفوجليسيرات. هذه خطوة مشغولة. NAD⁺ يتم تحويله إلى NADH و H⁺ باستخدام ذرات الهيدروجين التي تم تجريدها من GAP ، ثم يتم فسفرة الجزيء.

في الخطوات المتبقية ، والتي تحول 1،3-diphosphoglycerate إلى بيروفات ، تتم إزالة كلا الفوسفات بالتسلسل من جزيء ثلاثي الكربون لتوليد ATP. لأن كل شيء بعد انقسام FBP يحدث مرتين لكل جزيء جلوكوز ، فهذا يعني أن 2 NADH ، 2 H⁺ و 4 ATP يتم إنشاؤها في مرحلة العودة ، لشبكة 2 NADH ، 2 H.⁺ و 2 ATP.
اقرأ المزيد عن النتيجة النهائية لتحلل السكر.

ثلاثة من الإنزيمات التي تشارك في تحلل السكر تلعب أدوارًا رئيسية في تنظيم العملية. تم ذكر اثنين ، هيكسوكيناز وفوسفوفركتوكيناز (أو PFK) بالفعل. الثالث، بيروفات كيناز، مسؤول عن تحفيز تفاعل تحلل السكر النهائي ، وتحويل الفوسفوينول بيروفات (PEP) إلى البيروفات.

كل من هذه الإنزيمات لها المنشطات إلى جانب مثبطات. إذا كنت معتادًا على الكيمياء ومفهوم تثبيط التغذية الراجعة ، فقد تتمكن من التنبؤ بالظروف التي تؤدي إلى تسريع إنزيم معين أو إبطاء نشاطه. على سبيل المثال ، إذا كانت منطقة الخلية غنية بـ G6P ، فهل تتوقع أن يبحث هيكسوكيناز بقوة عن أي جزيئات جلوكوز تتجول؟ ربما لن تفعل ذلك ، لأنه في ظل هذه الظروف ، ليست هناك حاجة ملحة لإنشاء G6P إضافي. وأنك سوف تكون الصحيح.

بينما يتم تثبيط هيكسوكيناز بواسطة G6P ، يتم تنشيطه بواسطة AMP (أدينوزين أحادي الفوسفات) و ADP (ثنائي فوسفات الأدينوسين) ، مثل PFK و pyruvate kinase. وذلك لأن المستويات الأعلى من AMP و ADP تشير عمومًا إلى انخفاض مستويات ATP ، وعندما يكون ATP منخفضًا ، يكون الدافع لحدوث تحلل السكر مرتفعًا.

يتم تنشيط بيروفات كيناز أيضًا بواسطة الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات ، وهو أمر منطقي ، لأن الكثير من FBP يعني ضمناً أن وسيط تحلل السكر يتراكم في المنبع وأن الأمور يجب أن تحدث بشكل أسرع في نهاية الذيل عملية. أيضا ، الفركتوز 2،6-بيسفوسفات هو منشط لـ PFK.

Hexokinase ، كما لوحظ ، يثبطه G6P. يتم تثبيط كل من PFK و pyruvate kinase بسبب وجود ATP لنفس السبب الأساسي الذي يتم تنشيطهما بواسطة AMP و ADP: تفضل حالة الطاقة في الخلية انخفاضًا في معدل تحلل السكر.

تم منع PFK أيضًا بواسطة سترات، أحد مكونات دورة كريبس التي تحدث في اتجاه مجرى التنفس الهوائي. يتم تثبيط بيروفات كيناز بواسطة أسيتيل CoA، وهو الجزيء الذي يتم تحويل البيروفات إليه بعد انتهاء تحلل السكر وقبل دورة كريبس. يبدأ (في الواقع ، يتحد acetyl CoA مع oxaloacetate في الخطوة الأولى من دورة الإنشاء سترات). أخيرًا ، يثبط الحمض الأميني ألانين أيضًا بيروفات كيناز.

قد تتوقع أن منتجات أخرى من تحلل السكر إلى جانب G6P تمنع هيكسوكيناز ، حيث يبدو أن وجودها بكميات كبيرة يشير إلى انخفاض الحاجة إلى G6P. ومع ذلك ، فإن G6P نفسه فقط يمنع هيكسوكيناز. لماذا هذا؟

السبب بسيط إلى حد ما: هناك حاجة إلى G6P لمسارات تفاعل أخرى غير تحلل السكر ، بما في ذلك تحويلة فوسفات البنتوز و تخليق الجليكوجين. لذلك ، إذا كانت جزيئات المصب بخلاف G6P يمكن أن تمنع هيكسوكيناز من عملها ، فإن مسارات التفاعل الأخرى هذه قد يتباطأ أيضًا بسبب عدم دخول G6P في العملية ، وبالتالي قد يمثل ضررًا جانبيًا من نوع ما