6: מטבוליזם II — תגובות אנבוליות
- Page ID
- 208613
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
כפי שצוין בתחילת ספר זה, רוב האנרגיה לחיים על הפלנטה הזו מקורה בשמש. בפרק האחרון הדיון היה על פירוק מולקולות מורכבות כגון סוכרים ושומנים המחזיקים באנרגיה פוטנציאלית רבה, אך קשה לגישה, לייצור מולקולות כמו ATP שיכולות לשמש כמקורות אנרגיה תאית נגישים יותר. אנרגיה זו משמשת לאחר מכן לסינתזה של הביומולקולות המורכבות יותר הדרושות לבניית תאים חיים. סינתזה זו, היווצרות סוכרים, חומצות שומן וחומצות אמינו, היא המוקד של פרק זה. למרות שטכנית פילמור של חומצות גרעין וחלבונים הם תהליכים אנבוליים, הם אינם נכללים בפרק זה ונבדקים בפירוט בנפרד.
- 6.1: פוטוסינתזה
- בדרך זו או אחרת, האנרגיה של מולקולות סוכר ודלק שומן נגזרת מפוטוסינתזה - המרת אנרגיית אור סולארית לאנרגיית קשר כימי, בין אם ישירות בתאי צמחים פוטוסינתטיים ובחיידקים פוטוסינתטיים מסוימים, ובין אם בעקיפין על ידי בליעת אותם צמחים וחיידקים. פוטוסינתזה היא רעיון פשוט: מולקולות פחמן דו חמצני באטמוספירה מחוברות למולקולות מים ליצירת סוכרים וחמצן.
- 6.2: מחזור קלווין
- התגובות הכהות (קיבוע פחמן) משתנות בהתאם לסוג הצמח. הקבוצה הנפוצה ביותר של תגובות קיבוע פחמן נמצאת בצמחים מסוג C3, הנקראים כך מכיוון שהתוצר היציב העיקרי הוא מולקולת 3 הפחמן, גליצראלדהיד-3-פוספט. תגובות אלו, הידועות בעיקר בשם מחזור קלווין, מקבעות CO₂ על הפנטוז, ריבולוז 1,5-ביס-פוספט (RuBP).
- 6.3: מסלול הפוספט פנטוז
- NADP/NADPH משמש במסלולים מטבוליים רדוקטיביים, ואילו NAD/NADH משמש במסלולים חמצוניים. עם תפקיד כה חשוב בביוסינתזה, אין זה מפתיע שייצורו הוא חלק ממסלול מטבולי מרכזי, מסלול הפנטוז פוספט, הנקרא גם מסלול הפוספוגלוקונאט, ושאנט המונופוספט הקסוז.
- 6.4: גלוקונאוגנזה
- תהליך הגלוקונאוגנזה הוא במובנים רבים ההפך הפשוט מגליקוליזה, ולכן אין זה מפתיע שחלק מהאנזימים המשמשים בגליקוליזה זהים לאלה המשמשים לגלוקונאוגנזה. עם זאת, ישנם כמה יוצאים מן הכלל. אלה התעוררו (וכנראה התפתחו) משתי סיבות עיקריות - (1) התרמודינמיקה של התגובה אוסרת, ו- (2) הצורך בשליטה עצמאית בתהליכים הקטבוליים והאנבוליים.
- 6.5: סינתזת גליקוגן
- למרות שגלוקוז הוא הדלק העיקרי לתאים, הוא אינו מולקולה יעילה לאחסון ארוך טווח באורגניזמים מורכבים (כלומר גדולים יותר מאשר חד תאיים). לכן, הן בצמחים והן בבעלי חיים, מולקולות הגלוקוז מקושרות זו לזו ליצירת פוליסכרידים המכונים גלוקנים. אצל בעלי חיים, הגלוקן שנוצר הוא גליקוגן, המורכב ממולקולות גלוקוז המקושרות על ידי קשרים גליקוזידיים. הגודל הממוצע של יחידת גליקוגן הוא גרגיר ציטופלסמי המכיל מעל 100000 מולקולות גלוקוז.
- 6.6: סינתזת חומצות שומן
- מערכת סינתאז חומצות השומן מורכבת משבעה אנזימים המקושרים יחד עם חלבון נשא אציל (ACP). כאמור, קומפלקס זה נמצא בציטופלזמה, ולכן המצעים שלו חייבים להיות גם כן. האצטיל-CoA בציטופלזמה נגזר בעיקר מהאצטיל-CoA המיטוכונדריאלי באמצעות מעבורת ציטראט-מאלאט המחברת דה-אצטילציה במיטוכונדריון עם אצטילציה בציטוזול.
- 6.7: סינתזת חומצות אמינו
- בבני אדם ניתן לסנתז רק מחצית מחומצות האמינו הסטנדרטיות (Glu, Gln, Pro, Asp, Asn, Ala, Gly, Ser, Tyr, Cys), ולכן מסווגים את חומצות האמינו הלא חיוניות. בתוך קבוצה זו, לשלושת הראשונים, גלוטמט, גלוטמין ופרולין, יש מסלול אנבולי משותף. זה מתחיל בגלוטמט דהידרוגנאז, שמוסיף אמוניה ל-α-ketoglutarate בנוכחות NADPH ליצירת גלוטמט. זוהי תגובת מפתח לכל סינתזת חומצות האמינו.
תמונה ממוזערת: תהליכים ביוכימיים המפרקים דברים מגדולים לקטנים יותר נקראים תהליכים קטבוליים. תהליכים קטבוליים הם לרוב חמצוניים באופיים ומשחררים אנרגיה. חלק מהאנרגיה הזו, אך לא כל האנרגיה הזו, נלכדת כ- ATP. (CC BY-SA-NC; קווין אהרן ואינדירה רג'גופל).