تفاعلات تحلل السكر اللاهوائي ومسارات التخمر



ال التحلل اللاهوائي أو اللاهوائية هو طريق تقويضي تستخدمه أنواع كثيرة من الخلايا لتدهور الجلوكوز في غياب الأكسجين. وهذا يعني أن الجلوكوز لا يتأكسد تمامًا لثاني أكسيد الكربون والماء ، كما هو الحال مع التحلل الهوائي ، ولكن يتم إنتاج المنتجات المخمرة.

ويسمى التحلل اللاهوائي لأنه يحدث بدون وجود الأكسجين ، والذي يعمل في حالات أخرى كمتقبل نهائي للإلكترون في سلسلة نقل الميتوكوندريا ، حيث يتم إنتاج كميات كبيرة من الطاقة من معالجة منتجات التحلل.

اعتمادًا على الكائن الحي ، ستؤدي حالة اللاهوائية أو عدم وجود الأكسجين إلى إنتاج حامض اللبنيك (خلايا العضلات ، على سبيل المثال) أو الإيثانول (الخميرة) ، من البيروفات الناتجة عن هدم الجلوكوز.

نتيجة لذلك ، تنخفض كفاءة استخدام الطاقة بشكل كبير ، حيث يتم إنتاج مولين فقط من ATP لكل مول من الجلوكوز الذي تتم معالجته ، مقارنةً بـ 8 مول التي يمكن الحصول عليها أثناء تحلل السكر الهوائي (فقط في مرحلة تحليل السكر).

إن الفرق في عدد جزيئات ATP له علاقة بإعادة أكسدة NADH ، والتي لا تولد ATP إضافي ، على عكس ما يحدث في تحلل السكر الهوائي ، حيث يتم الحصول على 3 جزيئات من ATP لكل NADH.

مؤشر

  • 1 ردود الفعل
  • 2 طرق التخمير
    • 2.1 إنتاج حمض اللبنيك
    • 2.2 إنتاج الإيثانول
  • 3 التخمير الهوائية
  • 4 تحلل السكر والسرطان
  • 5 المراجع

ردود الفعل

ليس التحلل اللاهوائي بعيدًا على الإطلاق عن التحلل اللاهوائي ، لأن مصطلح "اللاهوائية" يشير أكثر إلى ما يحدث بعد مسار التحلل ، أي إلى مصير المنتجات ووسطاء التفاعل..

وهكذا ، تشارك عشرة إنزيمات مختلفة في تفاعلات تحلل اللاهوائية ، وهي:

1- هيكسوكيناز (HK): يستخدم جزيء واحد من ATP لكل جزيء من الجلوكوز. وتنتج الجلوكوز 6 فوسفات (G6P) و ADP. رد الفعل لا رجعة فيه ويستدعي أيونات المغنيسيوم.

 2- أيزوميراز فسفوغلوكوز (PGI): يعزف G6P إلى الفركتوز 6 فوسفات (F6P).

 3 - فوسفو فركتوكيناسا (PFK): فسفوريلات F6P إلى الفركتوز 1،6 بيسفوسفات (F1.6-BP) باستخدام جزيء واحد من ATP لكل F6P ، هذا التفاعل هو أيضا لا رجعة فيه.

 4-الدولاز: يشق جزيء F1.6-BP وينتج 3-فوسفات glyceraldehyde (GAP) وفوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون (DHAP).

 5 - ترايز أيزوميراز الفوسفات الثلاثي (TIM): يشارك في التحول بين DHAP و GAP.

 6-جلسرالديهايد 3-فوسفات ديهيدروجينيز (GAPDH): يستخدم جزيئين من NAD+ وجزيئين من الفوسفات غير العضوي (Pi) إلى GAP الفوسفوريت ، ينتج عنه 1،3-biphosphoglycerate (1،3-BPG) و 2 NADH.

 7-كينفوسفليسيراز كيناز (PGK): ينتج جزيئين من ATP بواسطة الفسفرة على مستوى الركيزة لجزيئين من ADP. ويستخدم كل جزيء من 1،3-BPG كمانح لمجموعة الفوسفات. تنتج جزيئين من 3 فوسفوغلسرات (3PG).

 8-فسفوغلسرات mutase (PGM): إعادة ترتيب جزيء 3PG لتكوين وسيط مع طاقة أعلى ، 2PG.

 9-Enolase: من 2PG ينتج فسفونول بيروفيت (PEP) عن طريق تجفيف الأول.

10-بيروز كيناز (PYK): يتم استخدام فسفوينول بيروفيت بواسطة هذا الإنزيم لتشكيل البيروفات. يشتمل التفاعل على نقل مجموعة الفوسفات عند موضع الفوسفونول بيروفيت في جزيء ADP. يتم إنتاج 2 بيروفيت و 2 ATP لكل الجلوكوز.

طرق التخمير

التخمير هو المصطلح المستخدم للإشارة إلى أن الجلوكوز أو المواد الغذائية الأخرى تتحلل في حالة عدم وجود الأكسجين ، من أجل الحصول على الطاقة.

في غياب الأكسجين ، لا يوجد لسلسلة نقل الإلكترون متقبل نهائي ، وبالتالي لا يحدث فسفرة مؤكسدة تنتج كميات كبيرة من الطاقة في شكل ATP. لا يتم إعادة أكسدة NADH عبر طريق الميتوكوندريا ولكن من خلال مسارات بديلة ، والتي لا تنتج ATP.

بدون ما يكفي NAD+ يتوقف مسار التحلل ، نظرًا لأن نقل الفوسفات إلى GAP يتطلب الحد المصاحب لهذا العامل المساعد.

لدى بعض الخلايا آليات بديلة للتغلب على فترات اللاهوائية ، وعادة ما تنطوي هذه الآليات على نوع من التخمير. خلايا أخرى ، على العكس من ذلك ، تعتمد بشكل حصري تقريبًا على عمليات التخمير من أجل بقائها.

منتجات مسارات التخمير للعديد من الكائنات ذات الصلة اقتصاديًا بالإنسان ؛ ومن الأمثلة على ذلك إنتاج الإيثانول من قبل بعض الخمائر في اللاهوائية وتشكيل حمض اللبنيك بواسطة بكتيريا اللاكتو المستخدمة لإنتاج اللبن..

إنتاج حمض اللبنيك

أنواع كثيرة من الخلايا في غياب الأكسجين تنتج حمض اللبنيك وذلك بفضل رد الفعل المحفز بواسطة مركب اللاهيدروجيناز اللاكتات ، والذي يستخدم كربونونات البيروفات والنادر المنتجة في تفاعل GAPDH.

إنتاج الإيثانول

يتم تحويل بيروفات إلى أسيتالديهيد وثاني أكسيد الكربون عن طريق بيروفيك ديكاربوكسيلاز. ثم يتم استخدام أسيتالديهيد بواسطة ديهيدروجينيز الكحول ، مما يقلل من إنتاج الإيثانول وتجديد جزيء NAD+ لكل جزيء البيروفات الذي يدخل بهذه الطريقة.

التخمير الهوائي

إن تحلل اللاهوائية اللاصفي له خاصية رئيسية تتمثل في حقيقة أن المنتجات النهائية لا تتوافق مع CO2 والماء ، كما في حالة التحلل الهوائية. بدلاً من ذلك ، يتم إنشاء منتجات نموذجية من ردود الفعل التخمير.

وصف بعض المؤلفين عملية "التخمر الهوائي" أو تحلل الجلوكوز الهوائي في بعض الكائنات الحية ، بما في ذلك بعض الطفيليات من عائلة المثقبيات والعديد من خلايا الأورام السرطانية..

في هذه الكائنات ، تم إثبات أنه حتى في وجود الأكسجين ، تتوافق منتجات مسار التحلل مع منتجات الطرق المخمرة ، لذلك يُعتقد أن هناك أكسدة "جزئية" للجلوكوز ، حيث لا يتم استخراج الطاقة بالكامل ممكن من كربونه.

على الرغم من أن "التخمر الهوائي" للجلوكوز لا يعني الغياب التام للنشاط التنفسي ، لأنه ليس عملية لا شيء أو لا شيء. ومع ذلك ، يشير الأدب إلى إفراز منتجات مثل البيروفات ، اللاكتات ، السكسينات ، مالات والأحماض العضوية الأخرى.

تحلل السكر والسرطان

تظهر العديد من الخلايا السرطانية زيادة في امتصاص الجلوكوز وتدفق السكر في الدم.

الأورام في مرضى السرطان تنمو بسرعة ، وبالتالي فإن الأوعية الدموية في نقص الأكسجة. وبالتالي ، يعتمد تكملة الطاقة لهذه الخلايا بشكل أساسي على التحلل اللاهوائي.

ومع ذلك ، يتم دعم هذه الظاهرة من خلال عامل نسخ يحفز نقص الأكسجين (HIF) ، مما يزيد من التعبير عن الإنزيمات المحللة للسكر وناقلات الجلوكوز في الغشاء من خلال آليات معقدة.

مراجع

  1. أكرم ، م. (2013). مراجعة مصغرة حول تحلل السكر والسرطان. ج. كان. التربيه., 28, 454-457.
  2. Bustamante، E.، & Pedersen، P. (1977). التحلل الهوائي العالي لخلايا سرطان الكبد الجرذ في الثقافة: دور هيكسوكيناز الميتوكوندريا. بروك. NATL. أكاد. الخيال العلمي., 74(9) ، 3735-3739.
  3. Cazzulo، J. J. (1992). التخمير الهوائي للجلوكوز بواسطة المثقبيات. مجلة فيسب, 6, 3153-3161.
  4. Jones، W.، & Bianchi، K. (2015). تحلل الهوائية الهوائية: ما وراء الانتشار. حدود في علم المناعة, 6, 1-5.
  5. Li، X.، Gu، J.، & Zhou، Q. (2015). مراجعة انحلال السكر الهوائي والإنزيمات الرئيسية - أهداف جديدة لعلاج سرطان الرئة. سرطان الصدر, 6, 17-24.
  6. ماريس ، إيه جاي فان ، أبوت ، Æ. D. A. ، Bellissimi ، Æ. E.، Brink، J. Van Den، Kuyper، Æ. م ، لوتيك ، Æ. M. A. H.، Pronk، J. T. (2006). التخمير الكحولي لمصادر الكربون في تحلل الكتلة الحيوية بواسطة خميرة Saccharomyces cerevisiae: الوضع الحالي. أنتوني فان ليوينهوك, 90, 391-418.
  7. نيلسون ، دي إل إل ، وكوكس ، إم إم (2009). مبادئ ليهنغر للكيمياء الحيوية. إصدارات أوميغا (الطبعة الخامسة).