مراحل تحلل السكر ووظائفه

ال تحلل أو تحلل السكر هو العملية التي يتم من خلالها تقسيم جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات. يتم إنتاج الطاقة من خلال تحلل السكر ، والذي يستخدمه الجسم في عمليات خلوية مختلفة.

يُعرف تحلل السكر أيضًا باسم دورة Embden-Meyerhof ، تكريماً لجوستاف إمدين وأوتو فريتز مايرهوف ، اللذين كانا مكتشفين لهذا الإجراء..

يتم إنشاء تحلل السكر في الخلايا ، وخاصة في العصارة الخلوية الموجودة في السيتوبلازم. هذا هو الإجراء الأكثر انتشارًا في جميع الكائنات الحية ، لأنه يتولد في جميع أنواع الخلايا ، حقيقية النواة وبدائية النواة..

هذا يعني أن الحيوانات والنباتات والبكتيريا والفطريات والطحالب وحتى الكائنات الأولية معرضة لعملية تحلل السكر.

الهدف الرئيسي من تحلل السكر هو إنتاج الطاقة التي يتم استخدامها بعد ذلك في العمليات الخلوية الأخرى للجسم.

يتوافق تحلل السكر مع الخطوة الأولى التي تنشأ منها عملية التنفس الخلوية أو الهوائية ، والتي يكون فيها وجود الأكسجين ضروريًا.

في حالة البيئات التي تفتقر إلى الأكسجين ، فإن تحلل السكر لديه أيضًا مشاركة مهمة ، لأنه يساهم في عملية التخمير.

مؤشر

• 1 مراحل تحلل السكر
  • 1.1 مرحلة متطلبات الطاقة
  • 1.2 مرحلة إطلاق الطاقة
• 2 وظائف تحلل السكر
  • 2.1 الحماية العصبية
• 3 المراجع

مراحل تحلل السكر

يتم إنشاء تحلل السكر نتيجة لعشر مراحل. يمكن شرح هذه المراحل العشر بطريقة مبسطة ، وتحديد فئتين رئيسيتين: الأولى ، التي يوجد فيها متطلبات الطاقة ؛ والثاني ، حيث يتم إنتاج أو إطلاق المزيد من الطاقة.

مرحلة متطلبات الطاقة

يبدأ بجزيء الجلوكوز الذي يتم الحصول عليه من السكر ، والذي يحتوي على جزيء الجلوكوز وجزيء الفركتوز.

بمجرد فصل جزيء الجلوكوز ، يتم ربطه بمجموعتين من الفوسفات ، تسمى أيضًا أحماض الفوسفوريك.

نشأت هذه الأحماض الفوسفورية من ثلاثي أدينوسين الفوسفات (ATP) ، وهو عنصر يعتبر أحد المصادر الرئيسية للطاقة المطلوبة في الأنشطة والوظائف المختلفة للخلايا.

مع دمج هذه المجموعات الفوسفاتية ، يتم تعديل جزيء الجلوكوز ويعتمد اسمًا آخر: الفركتوز 1.6-الفوسفات.

تولِّد أحماض الفسفوريك وضعا غير مستقر في هذا الجزيء الجديد ، مما يؤدي إلى تقسيمه إلى جزأين..

نتيجة لذلك ، ينشأ نوعان من السكريات المختلفة ، ولكل منها خصائص فوسفاتية وثلاثة كربونات.

على الرغم من أن هذين السكرين لهما نفس القواعد ، إلا أنهما يتمتعان بخصائص تجعلهما مختلفين عن بعضهما البعض.

يسمى الأول glyceraldehyde-3-phosphate ، وهو الذي سينتقل مباشرة إلى المرحلة التالية من عملية تحلل السكر.

يُطلق على سكر الفوسفات الثاني الذي يتكون من ثلاثة الكربون اسم فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون ، والمعروف اختصارًا بـ DHAP. كما أنه يشارك في الخطوات التالية لتحلل السكر بعد أن أصبح المكون نفسه من السكر الأول الناتج عن العملية: glyceraldehyde-3-phosphate.

يتم إنشاء هذا التحول من فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون إلى فوسفات glyceraldehyde-3 من خلال إنزيم يقع في السيتوسول من الخلايا ويسمى هيدروجينيز الجلسرين -3 فوسفات. تُعرف عملية التحويل هذه باسم "مكوك فوسفات الجلسرين".

ثم ، بشكل عام ، يمكن القول أن المرحلة الأولى من انحلال السكر تعتمد على تعديل جزيء الجلوكوز في جزيئين من فوسفات الثلاثي. إنها المرحلة التي لا تحدث فيها الأكسدة.

تتكون الخطوة المذكورة من خمس خطوات تسمى التفاعلات ويتم تحفيز كل خطوة بواسطة إنزيمها الخاص. الخطوات الخمس للمرحلة التحضيرية أو متطلبات الطاقة هي كما يلي:

الخطوة الأولى

الخطوة الأولى في تحلل السكر هي تحويل الجلوكوز إلى جلوكوز 6 فوسفات. الانزيم الذي يحفز هذا التفاعل هو هيكسوكيناز. هنا ، يتم فسفرة حلقة الجلوكوز.

يتكون الفسفرة من إضافة مجموعة فوسفات إلى جزيء مشتق من ATP. نتيجة لذلك ، في هذه المرحلة من التحلل ، تم استهلاك جزيء واحد من ATP.

يحدث التفاعل بمساعدة إنزيم هيكسوكيناز ، وهو إنزيم يحفز الفسفرة في العديد من هياكل الجلوكوز التي تشبه الحلقة الستة..

يتدخل المغنيسيوم الذري أيضًا للمساعدة في حماية الشحنات السلبية لمجموعات الفوسفات في جزيء ATP.

نتيجة هذا الفسفرة هي جزيء يسمى الجلوكوز - 6 - الفوسفات (G6P) ، ويسمى ذلك لأن الكربون 6 من الجلوكوز يكتسب مجموعة الفوسفات.

الخطوة الثانية

تتضمن الخطوة الثانية من تحلل السكر تحوّل الجلوكوز - 6 - فوسفات إلى فركتوز - 6 - فوسفات (F6P). يحدث هذا التفاعل بمساعدة إنزيم إنزيم فسفوغلوكوز الإنزيم.

كما يوحي اسم الإنزيم ، فإن هذا التفاعل يستلزم تأثير إيزومريزي.

يشتمل التفاعل على تحول رابطة الكربون والأكسجين لتعديل الحلقة المكونة من ستة أعضاء في الحلقة المكونة من خمسة أعضاء.

تتم عملية إعادة التنظيم عندما يتم فتح الحلقة المكونة من ستة أعضاء ثم يتم إغلاقها بحيث يصبح أول الكربون الآن خارج الحلقة.

الخطوة الثالثة

في الخطوة الثالثة من انحلال السكر في الدم ، يتم تحويل الفركتوز 6 فوسفات إلى الفركتوز - 1.6 - الفوسفات (FBP).

على غرار التفاعل الذي يحدث في الخطوة الأولى من تحلل السكر ، يوفر جزيء ثانٍ من ATP مجموعة الفوسفات التي تتم إضافتها إلى جزيء الفركتوز 6 فوسفات.

الإنزيم الذي يحفز هذا التفاعل هو فسفوفركتوكيناز. كما في الخطوة 1 ، تعمل ذرة المغنيسيوم للمساعدة في حماية الشحنات السلبية.

الخطوة الرابعة

يقسم إنزيم ألدولاز الفركتوز 1،6-فوسفات إلى سكرتين هما إيزومرات لبعضهما البعض. هذان السكريات هما فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون وثلاثي فوسفات الجلسرالديهايد.

تستخدم هذه المرحلة إنزيم ألدولاز ، الذي يحفز انشقاق الفركتوز - 1.6 - ثنائي الفوسفات (FBP) لإنتاج جزيئين 3 كربونات. أحد هذه الجزيئات يسمى ثلاثي فوسفات glyceraldehyde ويسمى الآخر dihydroxyacetone phosphate.

الخطوة الخامسة

يقوم إنزيم إيزوميراز إنزيم ثلاثي الفوسفات باختراق جزيئات ثنائي هيدروكسي أسيتون الفوسفات وثلاثي أسيتات الفوسفات. يتم التخلص من و / أو استخدام فوسفات الجلسرالديهايد في الخطوة التالية من التحلل.

يعتبر جلسرالديهايد ثلاثي الفوسفات هو الجزيء الوحيد الذي يستمر في مسار التحلل. ونتيجة لذلك ، فإن جميع جزيئات فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون المنتجة يتبعها إنزيم إيزوميراز إنزيم ثلاثي الفوسفات ، الذي يعيد ترتيب فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون في ثلاثي فوسفات الجليكالديهايد بحيث يمكن أن يستمر في التحلل.

في هذه المرحلة ، يوجد مسار جليكوليتي اثنين من جزيئات من ثلاث كاربونات ، ولكن لم يتم تحويل الجلوكوز بالكامل بعد إلى البيروفات.

مرحلة إطلاق الطاقة

سيخضع جزيئان السكر الثلاثة الكربون اللذان تم توليدهما من المرحلة الأولى الآن لسلسلة أخرى من التحولات. سيتم إنشاء العملية الموضحة أدناه مرتين لكل جزيء سكر.

في المقام الأول ، ستتخلص إحدى الجزيئات من إلكترونين وبروتونين ، ونتيجة لهذا الإصدار ، ستضاف فوسفات واحد إلى جزيء السكر. يسمى العنصر الناتج 1،3 بيفوسفوجلسرات.

بعد ذلك ، يتخلص 1،3-biphosphoglycerate من إحدى مجموعات الفوسفات ، التي تصبح في النهاية جزيء ATP.

في هذه المرحلة يتم تحرير الطاقة. ويسمى الجزيء الذي ينتج عن هذا الإصدار من الفوسفات 3-فسفوغليسيرات.

يصبح 3-phosphoglycerate عنصرا آخر مساويا له ، ولكن مع خصائص معينة من حيث التركيب الجزيئي. هذا العنصر الجديد هو 2 - فسفوغليسيرات.

في الخطوة قبل الأخيرة من عملية تحلل السكر ، يتحول 2-phosphoglycerate إلى phosphoenolpyruvate نتيجة لفقد جزيء الماء.

أخيرًا ، يتخلص الفسفونول بيروفيت من مجموعة فوسفات أخرى ، وهو إجراء ينطوي أيضًا على تكوين جزيء ATP ، وبالتالي إطلاق طاقة.

خالٍ من الفوسفات ، ينتج فسفوينول بيروفات في نهاية العملية في جزيء البيروفات.

في نهاية انحلال السكر ، يتم إنشاء جزيئين من البيروفات ، أربعة من ATP واثنان من النيكوتيناميد الأدينين دينوكليوتيد الهيدروجين (NADH) ، عنصر من العناصر الأخيرة والتي تفضل أيضًا إنشاء جزيئات ATP في الجسم.

كما رأينا ، فإنه في النصف الثاني من تحلل السكر تحدث ردود الفعل الخمسة المتبقية. وكما هو معروف هذه المرحلة كمادة مؤكسدة.

بالإضافة إلى ذلك ، يتدخل إنزيم محدد لكل خطوة وتحدث تفاعلات هذه المرحلة مرتين لكل جزيء من الجلوكوز. الخطوات الخمس لفوائد أو مرحلة إطلاق الطاقة هي كما يلي:

الخطوة الأولى

في هذه الخطوة ، يحدث حدثان رئيسيان ، أحدهما هو أن ثلاثي فوسفات الجليكيرالدهيد يتأكسد بواسطة أنزيم نيكوتيناميد أدينين دينوكلويدات (NAD) ؛ ومن ناحية أخرى ، يتم فسف الجزيء بإضافة مجموعة فوسفات حرة.

الانزيم الذي يحفز هذا التفاعل هو جلسرالديهايد ثلاثي فوسفات ديهيدروجينيز.

يحتوي هذا الإنزيم على هياكل مناسبة ويحتفظ بالجزيء في مثل هذا الموقف الذي يسمح لجزيء النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد باستخلاص الهيدروجين من ثلاثي فوسفات الجلسيرالدهيد ، وتحويل NAD إلى نازعة هيدروجين إنزيم (NADH).

بعد ذلك تهاجم مجموعة الفوسفات جزيء ثلاثي فوسفات glyceraldehyde وتطلقه من الإنزيم لإنتاج 1،3 bisphosphoglyrate و NADH وذرة الهيدروجين..

الخطوة الثانية

في هذه المرحلة ، يتم تحويل 1،3 bisphosphoglyrate إلى triphosphoglycerate بواسطة إنزيم phosphoglycerate kinase..

يتضمن هذا التفاعل فقدان مجموعة الفوسفات من المادة الأولية. يتم نقل الفوسفات إلى جزيء ثنائي فسفات الأدينوزين الذي ينتج أول جزيء ATP.

نظرًا لأن هناك في الواقع جزيئين من 1.3 بيفوسكليسيريت (نظرًا لوجود منتجين من 3 كربونات من المرحلة الأولى من انحلال السكر في الدم) ، يتم في الواقع توليف جزيئين من ATP في هذه الخطوة.

مع هذا التوليف من ATP ، تم إلغاء أول جزيئين من ATP المستخدم ، مما تسبب في وجود شبكة من 0 جزيئات من ATP حتى هذه المرحلة من تحلل السكر.

مرة أخرى لوحظ أن ذرة المغنيسيوم متورطة لحماية الشحنات السالبة في مجموعات الفوسفات من جزيء ATP.

الخطوة الثالثة

تتضمن هذه الخطوة إعادة ترتيب بسيط لموضع مجموعة الفوسفات في جزيء 3 فوسفات الجلسرات ، والذي يحولها إلى 2 فوسفلسلس.

يدعى الجزيء الذي يشارك في تحفيز هذا التفاعل باسم ميتاز فسفوغلسرات (PGM). mutase هو إنزيم يحفز نقل مجموعة وظيفية من موقع في جزيء إلى آخر.

تستمر آلية التفاعل عن طريق إضافة مجموعة فوسفات إضافية أولاً إلى الموضع 2 من 3 فوسفات الجلسات. بعد ذلك ، يزيل الإنزيم الفوسفات من الموضع 3 ، تاركًا فقط الفوسفات 2 ، ومن ثم يعطي 2 فسفلسليس. وبهذه الطريقة ، تتم استعادة الإنزيم أيضًا إلى حالته الفسفورية الأصلية.

الخطوة الرابعة

تتضمن هذه الخطوة تحويل 2 فسفوغليسيت إلى فسفونول بيروفيت (PEP). يتم تحفيز التفاعل بواسطة إنزيم الإنزيم.

يعمل Enolase عن طريق إزالة مجموعة من الماء أو تجفيف 2 فسفوغلسرات. خصوصية جيب الإنزيم تمكن الإلكترونات الموجودة في الركيزة من إعادة ترتيب بطريقة تصبح رابطة الفوسفات المتبقية غير مستقرة للغاية ، وبالتالي تحضير الركيزة للتفاعل التالي.

الخطوة الخامسة

الخطوة الأخيرة من تحلل السكر بتحويل الفوسفونول بيروفيت إلى البيروفات بمساعدة إنزيم البيروفات كيناز.

كما يوحي اسم الانزيم ، فإن هذا التفاعل ينطوي على نقل مجموعة الفوسفات. يتم نقل مجموعة الفوسفات المرتبطة بالكربون 2 'من فسفوينول بيروفيت إلى جزيء ثنائي فسفات الأدينوزين ، وإنتاج ATP.

مرة أخرى ، نظرًا لوجود جزيئين من فسفوينول بيروفيت ، في الواقع يتم إنشاء جزيئين من أدينوسين ثلاثي الفوسفات أو ATP.

وظائف انحلال السكر

عملية تحلل السكر ذات أهمية حيوية لجميع الكائنات الحية ، لأنها تمثل الإجراء الذي يتم من خلاله توليد الطاقة الخلوية.

هذا الجيل من الطاقة يفضل العمليات التنفسية للخلايا وأيضًا عملية التخمير.

يحتوي الجلوكوز الذي يدخل الجسم من خلال استهلاك السكريات على تركيبة معقدة.

من خلال تحلل السكر ، يمكن تبسيط هذا التكوين وتحويله إلى مركب يمكن للجسم الاستفادة منه لتوليد الطاقة.

من خلال عملية تحلل السكر ، يتم إنشاء أربعة جزيئات من ATP. هذه الجزيئات من ATP هي الطريقة الرئيسية التي من خلالها يحصل الكائن الحي على الطاقة ويفضل إنشاء خلايا جديدة ؛ لذلك ، فإن توليد هذه الجزيئات ضروري للكائن الحي.

الحماية العصبية

لقد حددت الدراسات أن تحلل السكر يلعب دورًا مهمًا في سلوك الخلايا العصبية.

قرر باحثون من جامعة سالامانكا ، ومعهد علوم الأعصاب في كاستيا إي ليون ومستشفى سالامانكا الجامعي أن زيادة انحلال السكر في الخلايا العصبية تعني موتاً أكثر سرعةً لهذه.

هذا هو نتيجة للخلايا العصبية التي تعاني مما يسمى الإجهاد التأكسدي. ثم ، كلما انخفض تحلل السكر ، زادت قوة مضادات الأكسدة على الخلايا العصبية ، وكلما زادت إمكانية البقاء على قيد الحياة.

يمكن أن يكون لتداعيات هذا الاكتشاف تأثير إيجابي على الدراسات الخاصة بالأمراض التي تتميز بانحطاط الخلايا العصبية ، مثل مرض الزهايمر أو الشلل الرعاش..

مراجع

1. "ما هو البيروفات؟" في دليل التمثيل الغذائي. تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2017 من دليل التمثيل الغذائي: guiametabolica.org
2. "تحلل السكر" في المعهد الوطني للسرطان. تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2017 من المعهد الوطني للسرطان: cancer.gov
3. Pichel، J. "عثر على الآلية التي تتحكم في تحلل السكر والضغط التأكسدي في الخلايا العصبية" (11 يونيو 2009) في الوكالة الأيبيرية الأمريكية لنشر العلوم والتكنولوجيا. تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2017 من الوكالة الأيبيرية الأمريكية لنشر العلوم والتكنولوجيا: dicyt.com
4. "تحلل السكر" في أكاديمية خان. تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2017 من أكاديمية خان: en.khanacademy.org
5. González، A. and Raisman، J. "Glucolysis: the cytosol" (31 August 2005) in Hypertexts of the Biology Area. تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2017 من النصوص التشعبية في مجال علم الأحياء: biologia.edu.ar
6. Smith، J. "What is Glycolysis" (May May، 2017) in News Medical. تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2017 من News Medical: news-medical.net
7. بيلي ، L. "10 خطوات من تحلل السكر" (8 يونيو 2017) في Thoughco. تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2017 من Thoughco: thoughtco.com
8. بيرج ، ج. ، تيموكزكو ، جيه آند ستاير ، ل. "الكيمياء الحيوية. الطبعة الخامسة. " في المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2017 من المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية: ncbi.nlm.nih.gov
9. "جلسرين -3 فوسفات ديهيدروجينيز" في كلينيكا يونيفرسيداد دي نافارا. تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2017 من كلينيكا يونيفرسيداد دي نافارا: cun.es
10. "خطوات التنفس الخلوي" في أكاديمية خان. تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2017 من أكاديمية خان: en.khanacademy.org.