ما هي مرحلة الجسر لتحلل السكر؟

جميع الكائنات الحية تستخدم جزيء يسمى الجلوكوز وعملية تسمى تحلل السكر لتلبية بعض أو كل احتياجاتهم من الطاقة. بالنسبة للكائنات بدائية النواة أحادية الخلية ، مثل البكتيريا ، فهذه هي العملية الوحيدة المتاحة لتوليد ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات ، "عملة الطاقة" للخلايا).

الكائنات حقيقية النواة (الحيوانات والنباتات والفطريات) لديها آلات خلوية أكثر تطوراً ويمكنها الحصول على الكثير من جزيء الجلوكوز - أكثر من خمسة عشر ضعفًا من ATP ، في الواقع. هذا لأن هذه الخلايا تستخدم التنفس الخلوي ، والذي في مجمله هو تحلل السكر بالإضافة إلى التنفس الهوائي.

رد فعل يشمل نزع الكربوكسيل المؤكسد في التنفس الخلوي يسمى رد فعل الجسر يعمل كمركز معالجة بين التفاعلات اللاهوائية الصارمة لتحلل السكر وخطوتين التنفس الهوائي التي تحدث في الميتوكوندريا. وبالتالي ، فإن مرحلة الجسر هذه ، التي يطلق عليها رسميًا أكسدة البيروفات ، ضرورية.

في عملية تحلل السكر ، تقوم سلسلة من عشرة تفاعلات في السيتوبلازم الخلوي بتحويل جزيء السكر المكون من ستة كربون ينقسم الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات ، وهو مركب ثلاثي الكربون ، بينما ينتج ما مجموعه اثنين من ATP الجزيئات. في الجزء الأول من تحلل السكر ، والذي يُسمى بمرحلة الاستثمار ، هناك حاجة بالفعل إلى اثنين من ATP لتحريك التفاعلات على طول ، بينما في الجزء الثاني ، مرحلة العودة ، يتم تعويض هذا أكثر من خلال تخليق أربعة ATP الجزيئات.

مرحلة الاستثمار: يحتوي الجلوكوز على مجموعة فوسفات ملحقة ثم يعاد ترتيبها في جزيء الفركتوز. يحتوي هذا الجزيء بدوره على مجموعة فوسفات مضافة ، والنتيجة هي جزيء الفركتوز مضاعف الفسفرة. ثم ينقسم هذا الجزيء ويصبح جزيئين متطابقين من ثلاثة كربون ، ولكل منهما مجموعة الفوسفات الخاصة به.

مرحلة العودة: كل جزيء من جزيئي الكربون الثلاثة له نفس المصير: له مجموعة فوسفات أخرى مرتبطة ، ولكل منهما يستخدم منها في صنع ATP من ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) أثناء إعادة ترتيبه في بيروفات مركب. تولد هذه المرحلة أيضًا جزيء NADH من جزيء NAD⁺.

وبالتالي ، يبلغ صافي إنتاج الطاقة 2 ATP لكل جلوكوز.

رد فعل الجسر ، ويسمى أيضًا رد فعل انتقالييتكون من خطوتين. الأول هو نزع الكربوكسيل من البيروفات ، والثاني هو ربط ما تبقى بجزيء يسمى أنزيم أ.

نهاية جزيء البيروفات عبارة عن كربون مزدوج الترابط مع ذرة أكسجين ومرتبط بمجموعة هيدروكسيل (-OH). في الممارسة العملية ، يتم فصل ذرة H في مجموعة الهيدروكسيل عن ذرة O ، لذلك يمكن اعتبار هذا الجزء من البيروفات على أنه يحتوي على ذرة C واحدة واثنين من ذرات O. في نزع الكربوكسيل ، تتم إزالة هذا على شكل CO₂، أو نشبع.

بعد ذلك ، تُسمى بقايا جزيء البيروفات مجموعة الأسيتيل والتي لها الصيغة CH₃يصبح C (= O) مرتبطًا بالإنزيم المساعد A في المكان الذي كانت تشغله سابقًا مجموعة الكربوكسيل من البيروفات. في هذه العملية ، NAD⁺ يتم تقليله إلى NADH. لكل جزيء من الجلوكوز ، يكون تفاعل الجسر هو:

2 CH₃C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD⁺ → 2 CH₃C (= O) CoA + 2 NADH

دورة كريبس: يقع موقع دورة كريبس في مصفوفة الميتوكوندريا (المادة الموجودة داخل الأغشية). هنا ، يتحد acetyl CoA مع جزيء رباعي الكربون يسمى oxaloacetate لتكوين جزيء من ستة كربون ، سترات. يتم تقليص هذا الجزيء مرة أخرى إلى oxaloacetate في سلسلة من الخطوات ، لبدء الدورة من جديد.

والنتيجة هي 2 ATP مع 8 NADH و 2 FADH₂ (ناقلات الإلكترون) للخطوة التالية.

سلسلة نقل الإلكترون: تحدث هذه التفاعلات على طول الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، حيث يتم تضمين أربع مجموعات أنزيم متخصصة ، تسمى المركب الأول حتى الرابع. تستخدم هذه الطاقة في الإلكترونات الموجودة على NADH و FADH2 لدفع تخليق ATP ، حيث يكون الأكسجين هو المستقبل النهائي للإلكترون.

والنتيجة هي 32 إلى 34 ATP ، مما يضع إنتاجية الطاقة الإجمالية للتنفس الخلوي من 36 إلى 38 ATP لكل جزيء من الجلوكوز.