عملية هدم الجلوكوز catabolism
of glucose هي عملية محورية لعملية الأيض metabolism في جميع الكائنات الحية، حيث أنه يوفر لمحة عن كيفية حصول الكائنات
الحية على الطاقة للحياة. في هذا الموضوع، نعرف كيف تحصل الخلايا على الطاقة من
مركبات عضوية organic compounds أخرى (الدهون fats
والبروتينات proteins) عن طريق توجيه تلك
المركبات إلى عملية التنفس الخلوي cellular respiration.
مجموعة واسعة من أحاديات التسكر monosaccharides، ثنائيات
التسكر disaccharides، وعديدات التسكر polysaccharides تخدم كمصادر طاقة مفيدة. جميعها يجب أن تمر عبر سلسلة من التحويلات التحضيرية preparatory conversions قبل أن يتم معالجتها في مسار تحلل السكر glycolysis، دورة حمض الستريك citric acid cycle، والفسفرة التأكسدية oxidative phosphorylation.
استعدادا للدخول في نظام الأيض، تستخدم كربوهيدرات carbohydrates مختلفة مسارات مختلفة. السكروز Sucrose، على سبيل
المثال، يهضم أولا بواسطة الانزيم سكريز sucrase إلى الجزيئات المكونة له، الجلوكوز glucose والفركتوز fructose. يدخل جزيء الجلوكوز مسار تحلل السكر مباشرة، ولكن جزيء الفركتوز يتم تحويله أولاً إلى فركتوز-1-فوسفات fructose-1-phosphate. ثم يخضع هذا الأخير لمزيد من التحويلات وانقسام جزيئي molecular split قبل أن يدخل النظام كثنائي هيدروكسي أسيتون الفوسفات Dihydroxyacetone phosphate (DHAP) [التفاعل (4) في مسار تحلل السكر]. اللاكتوز Lactose، سكر ثنائي آخر، يكسر بواسطة الانزيم لاكتيز lactase إلى
الجلوكوز والجالاكتوز galactose. يخضع الجالاكتوز لسلسلة من التغييرات قبل أن يصبح
جاهزا لدخول مسار تحلل السكر في شكل جلوكوز-6-فوسفات glucose-6-phosphate [التفاعل (2) في مسار تحلل السكر].
تؤيض عديدات التسكر المخزنة، مثل النشا starch والجليكوجين glycogen، بواسطة إنزيمات
تزيل وحدة جلوكوز واحدة في كل مرة وتحولها إلى جلوكوز-1-فوسفات glucose-1-phosphate. يحول إنزيم هذا المركب إلى جلوكوز-6-فوسفات، الجاهز للدخول في مسار تحلل السكر. النقطة
الأساسية هي أن كربوهيدرات أخرى غير الجلوكوز تستخدم أيضاً
كمصادر للطاقة الكيميائية chemical energy.
يتضح اقتصاد الأيض بشكل أكبر عندما ننظر في هدم البروتين protein والدهون fat. الدهون هي مصادر طاقة قيمة للغاية لأن روابطها
الكيميائية chemical bonds تحتوي على كميات هائلة من الطاقة الكيميائية. على الرغم من أن البروتينات بشكل عام لا تعتبر مصادر طاقة، الخلايا تستخدمها للطاقة عندما تنقص امدادات الكربوهيدرات والدهون. تقسم كل من الدهون والبروتينات عبر هدم الجلوكوز وكذلك عبر مسارات أخرى. بشكل أساسي، تخضع البروتينات والدهون لسلسلة من التحويلات المحفزة بالانزيمات enzyme-catalyzed conversions وتشكل مكونات توجد عادة في أيض الكربوهيدرات carbohydrate
metabolism. ثم تستمر هذه المكونات على امتداد المسارات الأيضية metabolic
pathways كما لو أنها نشأت من الكربوهيدرات.
تكسر البروتينات الى أحماض أمينية amino acids. ثم تحول الانزيمات العديد من الأحماض الأمينية إلى مكونات مسار عن طريق
إزالة المجموعة الأمينية amino group واستبدالها بمجموعة الكربونيل carbonyl group. تسمى هذه العملية نزع
الأمين (نزع المجموعة الأمينية) deamination. على سبيل المثال، يتم تحويل
ألانين alanine إلى بيروفيت pyruvate ويتم
تحويل حمض الأسبارتيك aspartic acid إلى أوكسالوآسيتيت oxaloacetate. لبعض
الأحماض الأمينية، العملية أكثر تعقيدا، ولكن النتيجة هي نفسها: تصبح الأحماض
الأمينية وسائط intermediates مسار التنفس الخلوي
cellular respiration.
تتكون الدهون من ثلاثة أحماض دهنية fatty
acids مرتبطة بجزيء الجليسرول glycerol. لتكون
مفيدة لأغراض الطاقة، تفصل الأحماض الدهنية عن الجليسرول بواسطة الانزيم ليبيز lipase. عندما يحدث هذا،
يحول جزء الجليسرول إلى ثنائي هيدروكسي أسيتون الفوسفات DHAP. للأحماض الدهنية، هناك سلسلة معقدة complex
series من التحويلات تسمى أكسدة بيتا beta
oxidation، التي يكسر فيها كل حمض دهني طويل السلسلة long-chain بواسطة
الأنزيمات إلى وحدات ثنائية الكربون 2-carbon units. ثم تحول إنزيمات أخرى كل وحدة إلى جزيء
من أسيتيل مرافق إنزيمي أ acetyl-CoA جاهز لدورة حمض
الستريك. في كل دورة من دورة حمض الستريك، يتم اشتقاق 16 جزيء من ATP. يجب أن
توضح عملية حسابية سريعة ناتج الطاقة الكبير من الأحماض الدهنية التي لها ستة عشر
ذرة من الكربون (ثماني وحدات ثنائية الكربون).
في معظم البيئات، يمكن أن تستخدم الميكروبات microbes مجموعة
كبيرة ومتنوعة من المركبات الكيميائية chemical compounds كمصادر
طاقة محتملة. عندما تتنافس على هذه المصادر الغذائية، بعض الكائنات البكتيرية يمكن
أن "تزيد من الرائحة الكريهة".
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق