أنواع طرق الأيض والطرق الرئيسية

ل مسار الأيض إنها مجموعة من التفاعلات الكيميائية ، تحفزها الإنزيمات. في هذه العملية ، يتم تحويل جزيء X إلى جزيء Y ، من خلال المستقلبات الوسيطة. طرق التمثيل الغذائي تحدث في البيئة الخلوية.

خارج الخلية ، ستستغرق ردود الفعل هذه الكثير من الوقت ، وقد لا يحدث بعضها. لذلك ، كل خطوة تتطلب وجود البروتينات الحفزية تسمى الأنزيمات. يتمثل دور هذه الجزيئات في الإسراع بعدة أوامر من حيث الحجم في سرعة كل تفاعل داخل المسار.

من الناحية الفسيولوجية ، ترتبط مسارات التمثيل الغذائي مع بعضها البعض. أي أنها ليست معزولة داخل الخلية. تشترك العديد من الطرق الأكثر أهمية في المستقلبات الشائعة.

وبالتالي ، فإن مجموعة من جميع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلايا تسمى الأيض. تتميز كل خلية بإظهار أداء استقلابي محدد ، يتم تعريفه بمحتوى الإنزيمات الموجودة في داخلها ، والذي بدوره يتم تحديده وراثياً.

مؤشر

• 1 الخصائص العامة للمسارات الأيضية
  • 1.1 يتم تحفيز التفاعلات بواسطة الإنزيمات
  • 1.2 يتم تنظيم عملية التمثيل الغذائي عن طريق الهرمونات
  • 1.3 التقسيم
  • 1.4 تنسيق التدفق الأيضي
• 2 أنواع مسارات التمثيل الغذائي
  • 2.1 طرق تقويضي
  • 2.2 طرق الابتنائية
  • 2.3 طرق برمائية
• 3 مسارات التمثيل الغذائي الرئيسية
  • 3.1 تحلل أو تحلل
  • 3.2 تكوين السكر
  • 3.3 دورة جليوكسيلات
  • 3.4 دورة كريبس
  • 3.5 سلسلة نقل الإلكترون
  • 3.6 تخليق الأحماض الدهنية
  • 3.7 بيتا أكسدة الأحماض الدهنية
  • 3.8 استقلاب النيوكليوتيدات
  • 3.9 التخمير
• 4 المراجع

الخصائص العامة لمسارات التمثيل الغذائي

داخل البيئة الخلوية ، يحدث عدد كبير من التفاعلات الكيميائية. مجموعة من هذه التفاعلات هي الأيض ، وتتمثل المهمة الرئيسية لهذه العملية في الحفاظ على توازن الكائن الحي في ظل ظروف طبيعية ، وكذلك في ظل ظروف التوتر.

وبالتالي ، يجب أن يكون هناك توازن في تدفقات هذه الأيضات. من بين الخصائص الرئيسية لمسارات التمثيل الغذائي لدينا ما يلي:

يتم تحفيز التفاعلات بواسطة الإنزيمات

أبطال مسارات التمثيل الغذائي هي الانزيمات. يتحملون مسؤولية دمج وتحليل المعلومات المتعلقة بحالة التمثيل الغذائي ، ويمكنهم تعديل نشاطهم وفقًا للمتطلبات الخلوية في الوقت الحالي.

يتم تنظيم عملية الأيض عن طريق الهرمونات

تتم عملية الأيض عن طريق سلسلة من الهرمونات ، التي تكون قادرة على تنسيق التفاعلات الأيضية ، مع مراعاة احتياجات وأداء الكائن الحي.

التقسيم

هناك تجزئة مسارات التمثيل الغذائي. أي أن كل مسار يحدث في مقصورة خلوية محددة ، أسميها السيتوبلازم ، الميتوكوندريا ، وغيرها. قد تحدث طرق أخرى في عدة مقصورات في وقت واحد.

يساعد تجزئة الطرق في تنظيم طرق الابتنائية والتهدئة (انظر أدناه).

تنسيق تدفق الأيض

يتم تحقيق عملية التمثيل الغذائي من خلال استقرار نشاط الإنزيمات المعنية. من الضروري التأكيد على أن طرق الابتنائية ونظرائهم التقويضية ليست مستقلة تمامًا. في المقابل ، يتم تنسيقها.

هناك نقاط أنزيمية رئيسية ضمن مسارات التمثيل الغذائي. مع سرعة تحويل هذه الأنزيمات ، يتم تنظيم التدفق الكامل للمسار.

أنواع المسارات الأيضية

في الكيمياء الحيوية ، تتميز ثلاثة أنواع من مسارات التمثيل الغذائي الرئيسية. يتم تنفيذ هذا التقسيم وفقًا لمعايير الطاقة الحيوية: طرق تقويضي ، الابتنائية والأمفيبولية.

طرق تقويضي

تشمل طرق التقليب ردود فعل التحلل التأكسدي. يتم تنفيذها من أجل الحصول على الطاقة وتقليل الطاقة ، والتي سيتم استخدامها لاحقًا بواسطة الخلية في تفاعلات أخرى.

معظم الجزيئات العضوية لا يتم تصنيعها بواسطة الكائن الحي. في المقابل ، يجب أن نستهلكها من خلال الطعام. في تفاعلات الهدم ، تتحلل هذه الجزيئات إلى المونومرات التي تتكون منها ، والتي يمكن أن تستخدمها الخلايا.

طرق الابتنائية

تشتمل مسارات الابتنائية على تفاعلات كيميائية اصطناعية ، وتتخذ جزيئات صغيرة وبسيطة ، وتحولها إلى عناصر أكبر وأكثر تعقيدًا.

لكي تحدث هذه التفاعلات ، يجب أن تكون هناك طاقة متاحة. من أين تأتي هذه الطاقة؟ من مسارات تقويضي ، في المقام الأول في شكل ATP.

وبهذه الطريقة ، يمكن استخدام الأيضات التي تنتجها المسارات التقويضية (والتي تسمى عالميًا "تجمع الأيضات") في مسارات الابتنائية من أجل تجميع جزيئات أكثر تعقيدًا يحتاجها الجسم في الوقت الحالي.

من بين هذه المجموعة من المستقلبات ، هناك ثلاثة جزيئات رئيسية لهذه العملية: البيروفات ، أسيتيل أنزيم A والجلسرين. هذه المستقلبات مسؤولة عن ربط عملية التمثيل الغذائي لمختلف الجزيئات الحيوية ، مثل الدهون والكربوهيدرات ، من بين أشياء أخرى..

الطرق البرمائية

طريق الأمفيبول يعمل كطريق الابتنائية أو تقويضي. أعني ، إنه طريق مختلط.

الطريق الأمفيبول الأكثر شهرة هو دورة كريبس. يلعب هذا المسار دورًا أساسيًا في تدهور الكربوهيدرات والدهون والأحماض الأمينية. ومع ذلك ، فإنه يشارك أيضًا في إنتاج السلائف للطرق الاصطناعية.

على سبيل المثال ، تكون مستقلبات دورة كريبس هي سلائف نصف الأحماض الأمينية المستخدمة في صنع البروتينات.

مسارات التمثيل الغذائي الرئيسية

في جميع الخلايا التي هي جزء من الكائنات الحية ، يتم تنفيذ سلسلة من مسارات التمثيل الغذائي. بعض هذه الكائنات تشترك فيها معظم الكائنات الحية.

تشتمل هذه المسارات الأيضية على تخليق وتدهور وتحويل المستقلبات الحيوية للحياة. هذه العملية برمتها تعرف باسم الأيض الوسيط.

تحتاج الخلايا إلى مركبات عضوية وغير عضوية دائمة ، وكذلك طاقة كيميائية ، والتي يتم الحصول عليها بشكل أساسي من جزيء ATP.

ATP (الأدينوساين ثلاثي الفوسفات) هو الشكل الأكثر أهمية لتخزين الطاقة لجميع الخلايا. وعادة ما يتم التعبير عن مكاسب الطاقة واستثمارات مسارات التمثيل الغذائي من حيث جزيئات ATP.

بعد ذلك ، سيتم مناقشة أهم الطرق الموجودة في الغالبية العظمى من الكائنات الحية.

تحلل أو تحلل

تحلل السكر هو طريق ينطوي على تحلل الجلوكوز إلى جزيئين من حمض البيروفيك ، حيث يحصل على جزيئين من جزيئات ATP. وهو موجود فعليًا في جميع الكائنات الحية ويعتبر وسيلة سريعة للحصول على الطاقة.

بشكل عام ، يتم تقسيمها عادة إلى مرحلتين. الأول ينطوي على مرور جزيء الجلوكوز في اثنين من glyceraldehyde ، عكس اثنين من جزيئات ATP. في المرحلة الثانية ، يتم إنشاء مركبات عالية الطاقة ، ويتم الحصول على 4 جزيئات من ATP و 2 من البيروفات كمنتجات نهائية.

يمكن أن يستمر الطريق بطريقتين مختلفتين. إذا كان هناك أكسجين ، فإن الجزيئات ستنهي أكسدتها في السلسلة التنفسية. أو ، في غياب هذا ، يحدث التخمير.

استحداث السكر

تكوين الجلوكوز هو طريق لتخليق الجلوكوز ، يبدأ من الأحماض الأمينية (باستثناء الليوسين والليسين) ، اللاكتات ، الجلسرين أو أي وسيط من دورة كريبس.

الجلوكوز هو ركيزة لا غنى عنها لأنسجة معينة ، مثل الدماغ والكريات الحمراء والعضلات. يمكن الحصول على مساهمة الجلوكوز من خلال احتياطيات الجليكوجين.

ومع ذلك ، عندما يتم استنفاد هذه ، يجب أن يبدأ الجسم في تخليق الجلوكوز من أجل تلبية متطلبات الأنسجة - وخاصة النسيج العصبي.

يحدث هذا المسار بشكل رئيسي في الكبد. إنه أمر حيوي لأنه في حالات الصيام ، يمكن أن يستمر الجسم في الحصول على الجلوكوز.

يرتبط تنشيط المسار أو عدمه بتغذية الكائن الحي. الحيوانات التي تستهلك وجبات عالية في الكربوهيدرات لها معدلات منخفضة من الجلوكوز ، في حين أن الوجبات الغذائية منخفضة الجلوكوز تتطلب نشاطًا كبيرًا في تكوين السكر.

دورة جليوكسيلات

هذه الدورة فريدة من نوعها للنباتات وأنواع معينة من البكتيريا. يحقق هذا المسار تحول وحدات الأسيتيل ، وكاربونين ، إلى وحدات من أربعة كربونات - المعروفة باسم السكسينات. يمكن أن ينتج المركب الأخير طاقة ويمكن استخدامه أيضًا لتخليق الجلوكوز.

في البشر ، على سبيل المثال ، سيكون من المستحيل العيش فقط على خلات. في عملية التمثيل الغذائي لدينا ، لا يمكن تحويل أنزيم الأسيتيل A إلى بيروفيت ، وهو مقدمة لطريق الجلوكونوجين ، لأن تفاعل إنزيم بيروفيت ديهيدروجينيز لا رجعة فيه.

يشبه المنطق الكيميائي الحيوي للدورة منطق دورة حمض الستريك ، باستثناء مرحلتي إزالة الكربوكسيل. يحدث في عضيات محددة للغاية من النباتات تسمى glyoxysomes ، وهو مهم بشكل خاص في بذور بعض النباتات مثل عباد الشمس.

دورة كريبس

إنه أحد الطرق التي تعتبر أساسية لعملية التمثيل الغذائي للكائنات العضوية ، لأنه يوحد عملية التمثيل الغذائي لأهم الجزيئات ، بما في ذلك البروتينات والدهون والكربوهيدرات.

إنه مكون من التنفس الخلوي ، ويهدف إلى إطلاق الطاقة المخزنة في جزيء أسيتيل أنزيم A - السلائف الرئيسية لدورة كريبس. وهو يتألف من عشر خطوات إنزيمية ، وكما ذكرنا ، تعمل الدورة في كل من الممرات الابتنائية والهضمية.

في الكائنات حقيقية النواة ، تحدث الدورة في مصفوفة الميتوكوندريا. في بدائيات النوى - التي تفتقر إلى مقصورات خلوية حقيقية - يتم تنفيذ الدورة في منطقة السيتوبلازم.

سلسلة نقل الإلكترون

تتشكل سلسلة نقل الإلكترون من خلال سلسلة من الناقلات المثبتة في الغشاء. تهدف السلسلة إلى توليد الطاقة في شكل ATP.

السلاسل قادرة على خلق التدرج الكهروكيميائي بفضل تدفق الإلكترونات ، وهي عملية حاسمة لتوليف الطاقة.

تخليق الأحماض الدهنية

الأحماض الدهنية هي جزيئات تلعب أدوارًا مهمة جدًا في الخلايا ، فهي موجودة بشكل أساسي كعنصر هيكلي لجميع الأغشية البيولوجية. لهذا السبب ، فإن تخليق الأحماض الدهنية ضروري.

تحدث عملية التخليق بأكملها في العصارة الخلوية للخلية. يُسمى الجزيء المركزي للعملية malonyl coenzyme A. وهو المسؤول عن توفير الذرات التي تشكل الهيكل العظمي الكربوني للحامض الدهني في التكوين.

بيتا أكسدة الأحماض الدهنية

أكسدة بيتا هي عملية تدهور الأحماض الدهنية. يتم تحقيق ذلك من خلال أربع خطوات: الأكسدة بواسطة FAD ، الترطيب ، الأكسدة بواسطة NAD + و thiolysis. في السابق ، يجب تنشيط الأحماض الدهنية من خلال دمج أنزيم A.

نتاج التفاعلات المذكورة هي وحدات مكونة من زوجين من الكربونات على شكل أسيتيل أنزيم أ. يمكن لهذا الجزيء أن يدخل دورة كريبس.

تعتمد كفاءة استخدام الطاقة في هذا الطريق على طول سلسلة الأحماض الدهنية. بالنسبة لحمض النخيل ، على سبيل المثال ، الذي يحتوي على 16 كربون ، فإن العائد الصافي هو 106 جزيئات من ATP.

يحدث هذا الطريق في الميتوكوندريا حقيقية النواة. هناك أيضًا مسار بديل آخر في مقصورة تسمى بيروكسيسوم.

نظرًا لأن معظم الأحماض الدهنية موجودة في السيتوسول الخلوي ، فيجب نقلها إلى المقصورة حيث تتأكسد. يعتمد النقل على الكارتنيتي ، ويسمح لهذه الجزيئات بدخول الميتوكوندريا.

استقلاب النيوكليوتيدات

يُعتبر تخليق النيوكليوتيدات حدثًا رئيسيًا في عملية التمثيل الغذائي الخلوي ، حيث أن هذه هي سلائف الجزيئات التي تشكل جزءًا من المادة الوراثية والحمض النووي والحمض النووي الريبي (RNA) وجزيئات الطاقة المهمة ، مثل ATP و GTP.

تتضمن سلائف تخليق النيوكليوتيدات أحماض أمينية مختلفة ، ريبوز 5 فوسفات ، ثاني أكسيد الكربون و NH₃. طرق الانتعاش هي المسؤولة عن إعادة تدوير القواعد الحرة والنيوكليوزيدات المنبعثة من انهيار الأحماض النووية.

يتم تشكيل حلقة البيورين من فوسفات الريبوز 5 ، ويحدث أن تكون نواة البيورين ، وأخيرا يتم الحصول على النوكليوتيدات.

يتم تصنيعها حلقة بيريميدين كما حمض orotic. بعد الارتباط إلى الريبوز 5 فوسفات ، يتحول إلى نيوكليوتيدات بيريميدين.

تخمير

التخمير عبارة عن عمليات أيضية مستقلة عن الأكسجين. هم من نوع تقويضي والمنتج النهائي للعملية هو المستقلب الذي لا يزال لديه القدرة على الأكسدة. هناك أنواع مختلفة من التخمير ، ولكن في الجسم يحدث التخمير اللبني.

التخمير اللبني يحدث في السيتوبلازم الخلوي. يتكون من التحلل الجزئي للجلوكوز من أجل الحصول على الطاقة الأيضية. يتم إنتاج حمض اللبنيك كمادة مضبوطة.

بعد جلسة مكثفة من التمارين اللاهوائية ، لا توجد العضلات بتركيزات كافية من الأكسجين ويحدث التخمر اللاكتيكي.

تضطر بعض خلايا الجسم للتخمير ، لأنها تفتقر إلى الميتوكوندريا ، كما هو الحال في خلايا الدم الحمراء.

في الصناعة ، تُستخدم عمليات التخمير بتردد عال لإنتاج سلسلة من المنتجات للاستهلاك البشري ، مثل الخبز والمشروبات الكحولية واللبن وغيرها..

مراجع

1. Baechle، T. R.، & Earle، R. W. (Eds.). (2007). مبادئ تدريب القوة والتكييف البدني. Ed. Panamericana Medical.
2. Berg، J. M.، Stryer، L.، & Tymoczko، J. L. (2007). كيمياء حيوية. أنا عكس.
3. Campbell، M. K. & & Farrell، S. O. (2011). الكيمياء الحيوية. الطبعة السادسة. طومسون. بروكس / كول.
4. Devlin، T. M. (2011). كتاب الكيمياء الحيوية. جون وايلي وأولاده.
5. Koolman، J.، & Röhm، K. H. (2005). الكيمياء الحيوية: النص والأطلس. Ed. Panamericana Medical.
6. موجيوس ، الخامس (2006). ممارسة الكيمياء الحيوية. حركية الإنسان.
7. مولر استيرل ، دبليو (2008). الكيمياء الحيوية. أساسيات الطب وعلوم الحياة. أنا عكس.
8. بورتمانز ، جيه آر (2004). مبادئ ممارسة الكيمياء الحيوية. 3^{الثالثة}, طبعة منقحة. Karger.
9. Voet، D.، & Voet، J. G. (2006). كيمياء حيوية. Ed. Panamericana Medical.