تحلل السكر. تحلل السكر الهوائية واللاهوائية

في هذه المقالة ، سوف نلقي نظرة فاحصة على التحلل الهوائي وعملياته وتحليل المراحل والمراحل. دعنا نتعرف على اللاهوائية ، ونتعرف على التعديلات التطورية لهذه العملية ونحدد أهميتها البيولوجية.

ما هو تحلل السكر

تحلل السكر هو أحد الأشكال الثلاثة لأكسدة الجلوكوز ، حيث تكون عملية الأكسدة نفسها مصحوبة بإطلاق الطاقة ، والتي يتم تخزينها في NADH و ATP. في عملية تحلل السكر من جزيء جزيئين من حمض البيروفيك.

تحلل السكر هو عملية تحدث تحت تأثير العديد من المحفزات البيولوجية - الإنزيمات. العامل المؤكسد الرئيسي هو الأكسجين - O 2 ، ومع ذلك ، يمكن أن تستمر عمليات تحلل السكر في غيابه. هذا النوع من تحلل السكر يسمى تحلل السكر اللاهوائي.

عملية تحلل السكر في غياب الأكسجين

التحلل اللاهوائي هو عملية تدريجية لأكسدة الجلوكوز حيث لا يتأكسد الجلوكوز تمامًا. يتكون جزيء واحد من حمض البيروفيك. ومن وجهة نظر الطاقة ، يكون تحلل السكر بدون مشاركة الأكسجين (اللاهوائي) أقل فائدة. ومع ذلك ، عندما يدخل الأكسجين الخلية ، يمكن أن تتحول عملية الأكسدة اللاهوائية إلى عملية هوائية وتنتقل بشكل كامل.

آليات تحلل السكر

عملية تحلل الجلوكوز هي تحلل ستة كربون من الجلوكوز إلى ثلاثة كربون بيروفات على شكل جزيئين. تنقسم العملية نفسها إلى 5 مراحل من التحضير و 5 مراحل يتم فيها تخزين الطاقة في ATP.

تتكون عملية تحلل السكر من مرحلتين و 10 مراحل على النحو التالي:

• المرحلة 1 ، المرحلة 1 - فسفرة الجلوكوز. عند ذرة الكربون السادسة في الجلوكوز ، يتم تنشيط السكاريد نفسه عن طريق الفسفرة.
• المرحلة 2 - أزمرة الجلوكوز 6 فوسفات. في هذه المرحلة ، يقوم الفسفوغلوكوزيميراز بشكل تحفيزي بتحويل الجلوكوز إلى فركتوز 6 فوسفات.
• المرحلة 3 - الفركتوز 6 - الفوسفات وفسفرته. تتكون هذه الخطوة من تكوين الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات (الألدولاز) عن طريق عمل الفوسفوفركتوكيناز -1 ، الذي يصاحب مجموعة الفوسفوريل من حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك إلى جزيء الفركتوز.
• الخطوة 4 هي عملية انقسام الألدولاز لتكوين جزيئين من ثلاثي الفوسفات ، وهما الإلدوز والكيتوز.
• المرحلة 5 - ثلاثي الفوسفات وأزمرتها. في هذه المرحلة ، يتم إرسال glyceraldehyde-3-phosphate إلى الخطوات اللاحقة في تكسير الجلوكوز ، ويتم تحويل فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون إلى شكل glyceraldehyde-3-phosphate تحت تأثير الإنزيم.
• المرحلة 2 ، المرحلة 6 (1) - Glyceraldehyde-3-phosphate وأكسدته - المرحلة التي يتأكسد فيها هذا الجزيء ويتحول إلى diphosphoglycerate-1،3.
• الخطوة 7 (2) - تهدف إلى نقل مجموعة الفوسفات إلى ADP من 1.3-diphosphoglycerate. المنتجات النهائية لهذه المرحلة هي تكوين 3-فوسفوجليسيرات و ATP.
• الخطوة 8 (3) - الانتقال من 3-فوسفوجليسيرات إلى 2-فوسفوجليسيرات. تحدث هذه العملية تحت تأثير إنزيم فوسفوجليسيرات موتيز. الشرط الأساسي لحدوث تفاعل كيميائي هو وجود المغنيسيوم (Mg).
• المرحلة 9 (4) - 2 فسفوغليسيرتا مجففة.
• المرحلة 10 (5) - يتم نقل الفوسفات الناتج عن مرور المراحل السابقة إلى ADP و PEP. يتم نقل الطاقة من الفوسفوينولبيروفات إلى ADP. يتطلب التفاعل وجود أيونات البوتاسيوم (K) والمغنيسيوم (Mg).

الأشكال المعدلة لتحلل السكر

يمكن أن تكون عملية تحلل السكر مصحوبة بإنتاج إضافي لـ 1،3 و 2،3-biphosphoglycerates. 2،3-فسفوغليسيرات تحت تأثير المحفزات البيولوجية قادرة على العودة إلى تحلل السكر وتمرر إلى شكل 3-فوسفوجليسيرات. يتنوع دور هذه الإنزيمات ، على سبيل المثال ، وجود 2،3-بيفوسفوجليسيرات ، في الهيموجلوبين ، يتسبب في مرور الأكسجين إلى الأنسجة ، مما يعزز التفكك ويقلل من تقارب O 2 وخلايا الدم الحمراء.

تقوم العديد من البكتيريا بتغيير أشكال تحلل السكر في مراحل مختلفة ، مما يقلل من عددها الإجمالي أو يعدلها تحت تأثير الإنزيمات المختلفة. يحتوي جزء صغير من اللاهوائية على طرق أخرى لتحلل الكربوهيدرات. العديد من محبي الحرارة لديهم فقط 2 من الإنزيمات المحللة للسكر على الإطلاق ، وهما إنولاز و بيروفات كيناز.

الجليكوجين والنشا والسكريات وأنواع أخرى من السكريات الأحادية

التحلل الهوائي هو عملية تتميز أيضًا بأنواع أخرى من الكربوهيدرات ، وعلى وجه التحديد ، فهي متأصلة في النشا والجليكوجين ومعظم السكاريد (المانوز والجلاكتوز والفركتوز والسكروز وغيرها). تهدف وظائف جميع أنواع الكربوهيدرات عمومًا إلى الحصول على الطاقة ، ولكنها قد تختلف في تفاصيل الغرض منها واستخدامها وما إلى ذلك. انهيار الجليكوجين. يمكن تخزين الجليكوجين نفسه في الجسم كمصدر احتياطي للطاقة. لذلك ، على سبيل المثال ، الجلوكوز الذي يتم الحصول عليه أثناء الوجبة ، ولكن لا يمتصه الدماغ ، يتراكم في الكبد وسيتم استخدامه عند نقص الجلوكوز في الجسم من أجل حماية الفرد من الاضطرابات الخطيرة في التوازن.

أهمية تحلل السكر

تحلل الجلوكوز هو نوع فريد من نوعه ، ولكنه ليس النوع الوحيد من أكسدة الجلوكوز في الجسم ، وهي خلية كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى. إنزيمات تحلل السكر قابلة للذوبان في الماء. يمكن أن يحدث تفاعل تحلل السكر في بعض الأنسجة والخلايا بهذه الطريقة فقط ، على سبيل المثال ، في خلايا نيفرون الكبد والكبد. لا يتم استخدام طرق أخرى لأكسدة الجلوكوز في هذه الأعضاء. ومع ذلك ، فإن وظائف تحلل السكر ليست هي نفسها في كل مكان. على سبيل المثال ، الأنسجة الدهنية والكبد في عملية الهضم استخراج الركائز اللازمة من الجلوكوز لتخليق الدهون. تستخدم العديد من النباتات تحلل السكر كوسيلة لاستخراج الجزء الأكبر من طاقتها.

تقويض الجلوكوز 1 مصحوب باستهلاك 2 جزيء ATP لتفسفر الركيزة من السداسي ، وتشكيل 4 جزيئات ATP في تفاعلات الفسفرة الركيزة ، وتقليل 2 جزيئات NADH 2 وتوليف جزيئين PVC. 2 جزيئات هيولي من NADH 2 ، اعتمادًا على آلية المكوك ، تعطي من 4 إلى 6 جزيئات ATP في السلسلة التنفسية للميتوكوندريا.

وبالتالي ، فإن تأثير الطاقة النهائي لتحلل السكر الهوائي ، اعتمادًا على آلية المكوك ، يتراوح من 6 إلى 8 جزيئات ATP.

التحلل اللاهوائي

في ظل الظروف اللاهوائية ، يضمن PVC ، مثل O 2 في السلسلة التنفسية ، تجديد NAD + من NADH 2 ، وهو أمر ضروري لاستمرار تفاعلات تحلل السكر. ثم يتم تحويل PVC إلى حمض اللاكتيك. يحدث التفاعل في السيتوبلازم بمشاركة اللاكتات ديهيدروجينيز.

11. نازعة هيدروجين اللاكتات(اللاكتات: NAD + أوكسيريدوكتاز). يتكون من 4 وحدات فرعية ، لها 5 أشكال إسوية.

اللاكتات ليس منتجًا نهائيًا استقلابيًا يتم إزالته من الجسم. تدخل هذه المادة من الأنسجة إلى مجرى الدم ويتم استخدامها ، وتتحول إلى جلوكوز في الكبد (دورة كوري) ، أو عندما يتوفر الأكسجين ، فإنها تتحول إلى بولي كلوريد الفينيل ، والتي تدخل المسار العام للتقويض ، وتتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. س.

ناتج ATP أثناء تحلل السكر اللاهوائي

يعتبر تحلل السكر اللاهوائي أقل كفاءة من تحلل السكر الهوائي. تقويض 1 جلوكوز مصحوب باستهلاك 2 جزيء ATP من أجل فسفرة الركيزة ، وتشكيل 4 جزيئات ATP في تفاعلات فسفرة الركيزة ، وتوليف 2 جزيئات لاكتات. وبالتالي ، فإن تأثير الطاقة النهائي لتحلل السكر اللاهوائي يساوي 2 جزيء ATP.

الأهمية البلاستيكية لتقويض الجلوكوز

أثناء عملية الهدم ، يمكن أن يؤدي الجلوكوز وظائف بلاستيكية. تستخدم مستقلبات تحلل السكر لتكوين مركبات جديدة. وهكذا ، يشارك الفركتوز -6 f و 3-PGA في تكوين ريبوز-5-و (أحد مكونات النيوكليوتيدات) ؛ يمكن تضمين 3-phosphoglycerate في تخليق الأحماض الأمينية مثل السيرين والجليسين والسيستين. في الكبد والأنسجة الدهنية ، يتم استخدام Acetyl-CoA في التخليق الحيوي للأحماض الدهنية والكوليسترول ، ويستخدم DAP لتخليق الجلسرين 3p.

تنظيم تحلل السكر

تأثير باستور- انخفاض معدل استهلاك الجلوكوز وتراكم اللاكتات في وجود الأكسجين.

يتم تفسير تأثير باستير من خلال وجود منافسة بين أنزيمات الأيروبيك (DG malate و glycerol-6f DG و PVA DG) ومسارات الأكسدة اللاهوائية (LDG) من أجل المستقلب المشترك لـ PVA والإنزيم المساعد NADH 2. بدون الأكسجين ، لا تستهلك الميتوكوندريا PVK و NADH 2 ، ونتيجة لذلك ، يزداد تركيزها في السيتوبلازم وتنتقل إلى تكوين اللاكتات. في وجود الأكسجين ، تضخ الميتوكوندريا PVC و NADH2 من السيتوبلازم ، مما يقطع تفاعل تكوين اللاكتات. نظرًا لأن تحلل السكر اللاهوائي ينتج القليل من ATP ، فقد يكون هناك فائض من AMP (ADP + ADP = AMP + ATP) ، والذي ، عن طريق فسفوفركتوكيناز 1 ، يحفز تحلل السكر. أثناء الهدم الهوائي للجلوكوز ، يتكون ATP كثيرًا ، فائض محتمل من ATP من خلال فسفوفركتوكيناز 1 وبيروفات كيناز ، على العكس من ذلك ، يمنع تحلل الجلوكوز. يؤدي تراكم الجلوكوز 6p إلى تثبيط هكسوكيناز ، مما يقلل من استهلاك الخلايا للجلوكوز.

استقلاب الفركتوز والجالاكتوز

يستخدم الفركتوز والجالاكتوز ، إلى جانب الجلوكوز ، للحصول على الطاقة أو تصنيع المواد: الجليكوجين ، TG ، GAG ، اللاكتوز ، إلخ.

استقلاب الفركتوز

يتم تحويل كمية كبيرة من الفركتوز ، التي تشكلت أثناء تكسير السكروز ، إلى جلوكوز موجود بالفعل في خلايا الأمعاء. يذهب جزء من الفركتوز إلى الكبد.

لفهم ماهية تحلل الجلوكوز ، سيتعين عليك اللجوء إلى المصطلحات اليونانية ، لأن هذا المصطلح يأتي من الكلمات اليونانية: glycos - Sweet and lysis - splitting. من كلمة جليكوس يأتي اسم الجلوكوز. وبالتالي ، يشير هذا المصطلح إلى عملية تشبع الجلوكوز بالأكسجين ، ونتيجة لذلك يتحلل جزيء واحد من مادة حلوة إلى جسيمتين صغيرتين من حمض البيروفيك. التحلل السكري هو تفاعل كيميائي حيوي يحدث في الخلايا الحية ويهدف إلى تكسير الجلوكوز. هناك ثلاثة أنواع من تحلل الجلوكوز ، والتحلل الهوائي هو أحدها.

تتكون هذه العملية من عدد من التفاعلات الكيميائية الوسيطة مصحوبة بإطلاق الطاقة. هذا هو جوهر تحلل السكر. يتم إنفاق الطاقة المنبعثة على النشاط الحيوي العام للكائن الحي. تبدو الصيغة العامة لانهيار الجلوكوز كما يلي:

الجلوكوز + 2NAD + + 2ADP + 2Pi → 2 بيروفات + 2NADH + 2H + + 2ATP + 2H2O

يتم إجراء الأكسدة الهوائية للجلوكوز ، متبوعًا بانقسام جزيء ستة كربون ، من خلال 10 تفاعلات وسيطة. يتم الجمع بين ردود الفعل الخمسة الأولى من خلال المرحلة التحضيرية من التحضير ، وتهدف التفاعلات اللاحقة إلى تكوين ATP. أثناء التفاعلات ، تتشكل أيزومرات مجسمة للسكريات ومشتقاتها. يحدث التراكم الرئيسي للطاقة بواسطة الخلايا في المرحلة الثانية المرتبطة بتكوين ATP.

مراحل التحلل التأكسدي. المرحلة 1

في التحلل الهوائي ، يتم تمييز مرحلتين.

المرحلة الأولى هي المرحلة التحضيرية. يتفاعل الجلوكوز فيه مع جزيئين ATP. تتكون هذه المرحلة من 5 خطوات متتالية من التفاعلات الكيميائية الحيوية.

الخطوة الأولى. فسفرة الجلوكوز

تتم عملية الفسفرة ، أي عملية نقل بقايا حمض الفوسفوريك في التفاعلات الأولى واللاحقة ، على حساب جزيئات حمض ثلاثي الفوسفوريك الأديسين.

في الخطوة الأولى ، يتم نقل بقايا حمض الفوسفوريك من جزيئات ثلاثي فوسفات الأديسين إلى التركيب الجزيئي للجلوكوز. تنتج العملية الجلوكوز 6 فوسفات. يعمل Hexokinase كعامل مساعد في هذه العملية ، مما يسرع العملية بمساعدة أيونات المغنيسيوم ، ويعمل كعامل مساعد. تشارك أيونات المغنيسيوم أيضًا في تفاعلات أخرى لتحلل السكر.

المرحلة الثانية. تكوين ايزومير الجلوكوز 6 فوسفات

في المرحلة الثانية ، تحدث أزمرة الجلوكوز 6 فوسفات إلى الفركتوز 6 فوسفات.

الأزمرة هي تكوين مواد لها نفس الوزن وتركيب العناصر الكيميائية ، ولكن لها خصائص مختلفة بسبب الترتيب المختلف للذرات في الجزيء. تتم عملية أزمرة المواد تحت تأثير الظروف الخارجية: الضغط ، درجة الحرارة ، المحفزات.

في هذه الحالة ، تتم العملية تحت تأثير محفز إيزوميراز الفوسفوجلوكوز بمشاركة أيونات Mg +.

الخطوة الثالثة. فسفرة الفركتوز 6 فوسفات

في هذه المرحلة ، تحدث إضافة مجموعة الفوسفوريل بسبب ATP. تتم العملية بمشاركة إنزيم فوسفوفركتوكيناز -1. هذا الإنزيم مخصص فقط للمشاركة في التحلل المائي. نتيجة للتفاعل ، يتم الحصول على الفركتوز - 1،6 - ثنائي الفوسفات والنيوكليوتيد أديسين ثلاثي الفوسفات.

ATP - أديسين ثلاثي الفوسفات ، مصدر فريد للطاقة في الكائن الحي. إنه جزيء معقد وكبير نوعًا ما يتكون من مجموعات الهيدروكربون والهيدروكسيل والنيتروجين ومجموعات حامض الفوسفوريك مع رابطة حرة واحدة ، مجمعة في عدة هياكل دورية وخطية. يحدث إطلاق الطاقة نتيجة تفاعل بقايا حمض الفوسفوريك مع الماء. يترافق التحلل المائي لـ ATP بتكوين حمض الفوسفوريك وإطلاق 40-60 J من الطاقة التي ينفقها الجسم على نشاطه الحيوي.

ولكن أولاً ، يجب أن تحدث فسفرة الجلوكوز بسبب جزيء Adesine ثلاثي الفوسفات ، أي نقل بقايا حمض الفوسفوريك إلى الجلوكوز.

الخطوة الرابعة. تفكك الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات

في التفاعل الرابع ، يتحلل الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات إلى مادتين جديدتين.

• فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون ،
• جليسيرالديهيد -3 فوسفات.

في هذه العملية الكيميائية ، يعمل الألدوليز كمحفز ، وهو إنزيم يشارك في استقلاب الطاقة وضروري لتشخيص عدد من الأمراض.

الخطوة الخامسة. تكوين ايزومرات ثلاثي الفوسفات

وأخيرًا ، فإن العملية الأخيرة هي أزمرة ثلاثي الفوسفات.

سيستمر Glycerald-3-phosphate في المشاركة في عملية التحلل المائي الهوائي. والمكون الثاني ، ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات ، بمشاركة إنزيم ثلاثي فوسفات أيزوميراز ، يتم تحويله إلى جلسيرالديهيد -3 فوسفات. لكن هذا التحول قابل للعكس.

المرحلة 2. تخليق الأديسين ثلاثي الفوسفات

في هذه المرحلة من تحلل السكر ، سوف تتراكم الطاقة الكيميائية الحيوية على شكل ATP. يتكون الأديسين ثلاثي الفوسفات من ثنائي فوسفات الأديسين عن طريق الفسفرة. كما أنها تنتج NADH.

يحتوي الاختصار NADH على فك تشفير معقد للغاية ويصعب تذكره لغير المتخصص - نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد. NADH هو أنزيم ، وهو مركب غير بروتيني يشارك في العمليات الكيميائية للخلية الحية. يوجد في شكلين:

1. مؤكسد (NAD + ، NADox) ؛
2. المستعادة (NADH ، NADred).

في عملية التمثيل الغذائي ، يشارك NAD في تفاعلات الأكسدة والاختزال عن طريق نقل الإلكترونات من عملية كيميائية إلى أخرى. من خلال التبرع أو قبول الإلكترون ، يتم تحويل الجزيء من NAD + إلى NADH ، والعكس صحيح. في الكائن الحي ، يتم إنتاج NAD من التربتوفان أو الأحماض الأمينية الأسبارتات.

يخضع اثنان من الجسيمات الدقيقة من جليسيرالديهيد -3 فوسفات لتفاعلات يتم خلالها تكوين البيروفات و 4 جزيئات ATP. لكن الناتج النهائي من ثلاثي فوسفات الأديسين سيكون 2 جزيئات ، حيث يتم إنفاق جزئين في المرحلة التحضيرية. تستمر العملية.

الخطوة السادسة - أكسدة جليسيرالديهيد -3 فوسفات

في هذا التفاعل ، تحدث أكسدة وفسفرة جليسيرالديهيد -3 فوسفات. والنتيجة هي حمض 1.3-ديفوسفوجليسيريك. يشارك Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase في تسريع التفاعل

يحدث التفاعل بمشاركة الطاقة المتلقاة من الخارج ، لذلك يطلق عليه اسم endergonic. تستمر هذه التفاعلات بالتوازي مع الطاقة ، أي إطلاق ، وإعطاء الطاقة. في هذه الحالة ، مثل هذا التفاعل هو العملية التالية.

الخطوة السابعة. نقل مجموعة الفوسفات من 1.3-diphosphoglycerate إلى adesine diphosphate

في هذا التفاعل الوسيط ، يتم نقل مجموعة الفوسفوريل بواسطة فوسفوجليسيرات كيناز من 1.3-ثنائي فوسفوجليسيرات إلى ثنائي فوسفات الأديسين. والنتيجة هي 3-فوسفوجليسيرات و ATP.

حصل إنزيم فوسفوجليسيرات كيناز على اسمه من قدرته على تحفيز التفاعلات في كلا الاتجاهين. ينقل هذا الإنزيم أيضًا بقايا الفوسفات من ثلاثي فوسفات الأديسين إلى 3-فوسفوجليسيرات.

غالبًا ما يُنظر إلى ردود الفعل السادسة والسابعة على أنها عملية واحدة. يعتبر عنصر 1.3-diphosphoglycerate الموجود فيه منتجًا وسيطًا. تبدو ردود الفعل السادسة والسابعة معًا كما يلي:

Glyceraldehyde-3-phosphate + ADP + Pi + NAD + ⇌3 -phosphoglycerate + ATP + NADH + H +، ΔG'o \ u003d -12.2 kJ / mol.

وفي المجموع ، تطلق هاتان العمليتان جزءًا من الطاقة.

الخطوة الثامنة. نقل مجموعة الفسفوريل من 3-فوسفوجليسيرات.

الحصول على 2-phosphoglycerate هو عملية قابلة للعكس ، تحدث تحت تأثير التحفيز من إنزيم phosphoglycerate mutase. يتم نقل مجموعة الفسفوريل من ذرة الكربون ثنائية التكافؤ المكونة من 3-فوسفوجليسيرات إلى ذرة ثلاثية التكافؤ من 2-فوسفوجليسيرات ، مما يؤدي إلى تكوين حمض 2-فوسفوجليسيريك. يحدث التفاعل بمشاركة أيونات مغنيسيوم موجبة الشحنة.

الخطوة التاسعة. عزل الماء من 2-فوسفوجليسيرات

هذا التفاعل هو في الأساس رد الفعل الثاني لانهيار الجلوكوز (الأول كان رد فعل الخطوة السادسة). في ذلك ، يحفز إنزيم phosphopyruvate hydratase إزالة الماء من ذرة C ، أي عملية التخلص من جزيء 2-phosphoglycerate وتشكيل phosphoenolpyruvate (حمض phosphoenolpyruvic).

العاشرة والأخيرة. نقل بقايا الفوسفات من PEP إلى ADP

يتضمن التفاعل النهائي لتحلل السكر أنزيمات مساعدة - البوتاسيوم والمغنيسيوم والمنغنيز ، ويعمل إنزيم بيروفات كيناز كمحفز.

يعتبر تحويل شكل enol لحمض البيروفيك إلى شكل كيتو عملية قابلة للعكس ، وكلا الأيزومرين موجودان في الخلايا. تسمى عملية انتقال المواد متساوي القياس من واحدة إلى أخرى التكثيف.

ما هو تحلل السكر اللاهوائي؟

إلى جانب تحلل الجلوكوز الهوائي ، أي انهيار الجلوكوز بمشاركة O2 ، هناك أيضًا ما يسمى الانهيار اللاهوائي للجلوكوز ، والذي لا يشارك فيه الأكسجين. كما يتكون من عشرة ردود أفعال متتالية. ولكن أين تحدث المرحلة اللاهوائية من تحلل السكر ، هل هي مرتبطة بعمليات تحلل الأكسجين للجلوكوز ، أم أنها عملية كيميائية حيوية مستقلة ، دعنا نحاول معرفة ذلك.

التحلل اللاهوائي هو تحلل الجلوكوز في غياب الأكسجين لتكوين اللاكتات. لكن في عملية تكوين حمض اللاكتيك ، لا يتراكم NADH في الخلية. تتم هذه العملية في الأنسجة والخلايا التي تعمل في ظل ظروف تجويع الأكسجين - نقص الأكسجة. تشمل هذه الأنسجة في المقام الأول عضلات الهيكل العظمي. في خلايا الدم الحمراء ، على الرغم من وجود الأكسجين ، يتشكل اللاكتات أيضًا أثناء تحلل السكر ، لأنه لا توجد ميتوكوندريا في خلايا الدم.

يحدث التحلل المائي اللاهوائي في العصارة الخلوية (الجزء السائل من السيتوبلازم) وهو الفعل الوحيد الذي ينتج ويزود ATP ، لأنه في هذه الحالة لا يعمل الفسفرة المؤكسدة. الأكسجين ضروري للعمليات المؤكسدة ، لكنه غير موجود في التحلل اللاهوائي.

يعمل كل من أحماض البيروفيك واللاكتيك كمصادر للطاقة للعضلات لأداء مهام معينة. تدخل الأحماض الزائدة إلى الكبد ، حيث يتم تحويلها مرة أخرى إلى الجليكوجين والجلوكوز تحت تأثير الإنزيمات. وتبدأ العملية مرة أخرى. يتم تعويض نقص الجلوكوز بالتغذية - باستخدام السكر والفواكه الحلوة والحلويات الأخرى. لذلك لا يمكنك رفض الحلويات تمامًا من أجل الشكل. الجسم يحتاج السكروز ولكن باعتدال.

قبل دراسة التنفس الخلوي بالتفصيل ، من المفيد التعرف عليه بشكل عام. يوضح الشكل مسارات الهوائية و التنفس اللاهوائي. لاحظ أن هناك مسارًا هوائيًا واحدًا فقط ، بينما يوجد مساران لا هوائيان. لاحظ أيضًا أن المرحلة الأولى من كل هذه المسارات شائعة. هذه الخطوة هي تحلل السكر.

تحلل السكر

تحلل السكريسمى أكسدة الجلوكوز إلى حمض البيروفيك. كما يتضح من الشكل ، ينتج جزيء واحد من الجلوكوز (مركب 6-كربون ، 6 درجة مئوية) جزيئين من حمض البيروفيك (مركب بيتا كربون ، 3 درجة مئوية). لا تحدث العملية في الميتوكوندريا ، ولكن في سيتوبلازم الخلية ، والأكسجين غير مطلوب لها. يمكن تقسيم العملية إلى ثلاث مراحل:

1. فسفرة السكر. نتيجة هذا التفاعل ، يتم "تنشيط" السكر ، أي زيادة تفاعله. عند تنشيطه ، يتم استهلاك بعض ATP ، وبما أن الهدف الكامل من التنفس هو توفير ATP ، فقد يبدو أن استهلاكه يؤدي إلى نتائج عكسية. ومع ذلك ، يجب أن يُنظر إلى هذا على أنه نوع من "الاستثمار" يمكن من خلاله أن تحدث ردود الفعل التي تؤدي إلى تكوين ATP لاحقًا.

2. انقسام من السكر الفسفوري 3Cإلى قسمين 3C-saccharophosphates. ويرتبط أصل اسم "تحلل السكر" (من الكلمة اليونانية التحلل - التحلل ، الاضمحلال) بهذا أيضًا ، ففوسفات السكر المكونان هما أيزومرات. قبل الخضوع لمزيد من التحول ، ينتقل أحدهما إلى الآخر ، بحيث يتم الحصول على نوعين متطابقين من 3C-saccharophosphates.

3. الأكسدة بإزالة الهيدروجين.

كل 3C-saccharophosphateتحول إلى حمض البيروفيك. في هذه الحالة ، يحدث نزع الهيدروجين بتكوين جزيء واحد من NAD المختزل وجزيئين من ATP. العائد الكلي (من جزيئين من 3C-saccharophosphate) هو: جزيئين من NAD المختزل وأربعة جزيئات من ATP.

هكذا الخطوة الأولى من تحلل السكرفي تفاعلات الفسفرة ، يتم استهلاك جزيئين من ATP ، وفي الثالث ، يتم تكوين أربعة جزيئات. وبالتالي ، فإن العائد الصافي لـ ATP من تحلل السكر هو جزيئين. بالإضافة إلى ذلك ، أثناء تحلل السكر ، يتم قطع أربع ذرات هيدروجين ونقلها إلى NAD. سننظر في مصيرهم لاحقًا. يمكن كتابة التفاعل العام لتحلل السكر على النحو التالي:

استهلاك وإنتاج المواد المختلفةفي عملية تحلل السكر مبينة في الجدول.

عند استخدامها في عملية التنفس الدهنييتم تحويل الجلسرين بسهولة إلى 3C-saccharophosphate ، والذي يدخل في مسار تحلل السكر. في هذه الحالة ، يتم استهلاك جزيء واحد من ATP ويتم تكوين ثلاثة جزيئات.

المصير النهائييعتمد حمض البيروفيك على وجود الأكسجين في الخلية. في حالة توفر الأكسجين ، يمر حمض البيروفيك إلى الميتوكوندريا من أجل أكسدة كاملة لثاني أكسيد الكربون والماء (التنفس الهوائي). إذا لم يكن هناك أكسجين ، فإنه يتحول إما إلى إيثانول أو حمض اللاكتيك (التنفس اللاهوائي).

تحلل السكر- سلسلة من التفاعلات الأنزيمية التي تؤدي إلى انهيار الجلوكوز مع تكوين PVC ، مصحوبًا بتكوين ATP (في العصارة الخلوية للخلية). هناك نوعان من تحلل السكر - الهوائية واللاهوائية.

التحلل الهوائي:يتم تشكيل PVK ويدخل الميتوكوندريا. في ظل الظروف الهوائية ، يتحلل PVA أيضًا ، في المسار العام للتقويض ، إلى CO 2 و H 2 O. التحلل الهوائي هو جزء من الانهيار الهوائي للجلوكوز.

التحلل اللاهوائي:يتكون PVC ، والذي يتم تحويله بعد ذلك إلى لاكتات. الانهيار اللاهوائي للجلوكوز وتحلل السكر اللاهوائي مترادفات. يحدث التحلل اللاهوائي للجلوكوز في الدقائق الأولى من عمل العضلات ، في كريات الدم الحمراء (بدون ميتوكوندريا) ، مع إمداد غير كافٍ من الأكسجين.

تفاعلات تحلل السكر:

1). فسفرة الجلوكوز. يتم تحفيز التفاعل بواسطة هكسوكيناز ، في الخلايا المتنيّة للكبد - عن طريق الجلوكوكيناز. يعتبر تكوين الجلوكوز 6 فوسفات في الخلية مصيدة للجلوكوز ، لأن غشاء الجلوكوز الفسفوري غير منفذة. الجلوكوز 6 فوسفات هو مثبط خيفي للتفاعل.

2). تفاعل الأزمرة بمشاركة إيزوميراز الجلوكوز 6 فوسفات:

3) المرحلة المحددة- تفاعل الفسفرة المحفز بواسطة 6-فوسفوفركتوكيناز ، والذي يتم تثبيطه بواسطة ATP والسترات ، ويتم تنشيطه بواسطة - AMP.

4). تفاعل الانقسام الدول بمشاركة الألدولاز.

5). أزمرة فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون ، إنزيم - ثلاثي إيزوميراز فوسفات:

يتم تحويل جزيء واحد من الجلوكوز إلى جزيئين من جليسيرالديهيد -3 فوسفات (تفاعلات 4 ، 5).

6). تفاعل الأكسدة ، إنزيم - نازعة هيدروجين فوسفات جلسيرالديهيد:

7). الفسفرة الركيزة بمشاركة فوسفوجليسيرات كيناز:

8). النقل الجزيئي لمجموعة الفوسفات ، إنزيم - فسفوغليسيروموتاز:

9). تفاعل الجفاف بمشاركة إنولاز:

10). الفسفرة الركيزة ، إنزيم - بيروفات كيناز:

11). في ظل الظروف اللاهوائية ، يحدث تفاعل اختزال البيروفات مع اللاكتات تحت تأثير إنزيم نازعة هيدروجين اللاكتات:

المعادلة الشاملة لتحلل السكر اللاهوائي هي:

لا يتطلب تحلل السكر اللاهوائي سلسلة تنفسية.

ناتج ATP أثناء تحلل السكر اللاهوائي: يتكون ATP نتيجة تفاعلين من فسفرة الركيزة: من 1.3-bisphosphoglycerate - تفاعل 7 ، ومن phosphoenolpyruvate - تفاعل 10. بالنظر إلى أن جزيء واحد من الجلوكوز ينقسم إلى 2 ثلاثي ويعطي جزيئين من فوسفات الجلسيرالديهيد ، يتم تكوين 4 ATP. يستخدم 2ATP لتنشيط الجلوكوز (تفاعلات 1 و 3 لتحلل السكر). في المجموع.