Skip to main content
Global

7.6: اتصالات مسارات التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والبروتين والدهون

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    196281

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    المهارات اللازمة للتطوير

    • ناقش الطرق التي ترتبط بها مسارات التمثيل الغذائي للكربوهيدرات وتحلل السكر ودورة حمض الستريك مع مسارات التمثيل الغذائي للبروتين والدهون
    • اشرح لماذا لا تعتبر مسارات التمثيل الغذائي أنظمة مغلقة

    لقد تعلمت عن هدم الجلوكوز، الذي يوفر الطاقة للخلايا الحية. لكن الكائنات الحية تستهلك أكثر من الجلوكوز للطعام. كيف تنتهي شطيرة الديك الرومي في شكل ATP في زنزاناتك؟ يحدث هذا لأن جميع المسارات التقويضية للكربوهيدرات والبروتينات والدهون ترتبط في النهاية بتحلل السكر ومسارات دورة حمض الستريك (انظر الشكل\(\PageIndex{2}\)). يجب اعتبار المسارات الأيضية مسامية - أي أن المواد تدخل من مسارات أخرى، وتغادر المواد الوسيطة إلى مسارات أخرى. هذه المسارات ليست أنظمة مغلقة. العديد من الركائز والمواد الوسيطة والمنتجات في مسار معين هي مواد تفاعلية في مسارات أخرى.

    روابط السكريات الأخرى بعملية التمثيل الغذائي للجلوكوز

    الجليكوجين، بوليمر الجلوكوز، هو جزيء تخزين الطاقة في الحيوانات. عند وجود كمية كافية من ATP، يتم تحويل الجلوكوز الزائد إلى جليكوجين للتخزين. يتم تصنيع الجليكوجين وتخزينه في كل من الكبد والعضلات. سيتم تحلل الجليكوجين إلى مونومرات الجلوكوز (G-1-P) إذا انخفضت مستويات السكر في الدم. يسمح وجود الجليكوجين كمصدر للجلوكوز بإنتاج ATP لفترة أطول من الوقت أثناء التمرين. يتم تقسيم الجليكوجين إلى G-1-P وتحويله إلى G-6-P في كل من خلايا العضلات والكبد، ويدخل هذا المنتج مسار تحلل السكر.

    السكروز هو ثنائي السكاريد مع جزيء من الجلوكوز وجزيء من الفركتوز المرتبط مع رابط جليكوسيدي. الفركتوز هو أحد السكريات الغذائية الثلاثة، إلى جانب الجلوكوز والجالاكتوز (وهو جزء من سكر الحليب، اللاكتوز ثنائي السكاريد)، والتي يتم امتصاصها مباشرة في مجرى الدم أثناء عملية الهضم. ينتج تقويض كل من الفركتوز والجالاكتوز نفس عدد جزيئات ATP مثل الجلوكوز.

    اتصالات البروتينات بأيض الجلوكوز

    يتم تحلل البروتينات بواسطة مجموعة متنوعة من الإنزيمات في الخلايا. في معظم الأحيان، يتم إعادة تدوير الأحماض الأمينية في تخليق بروتينات جديدة. ومع ذلك، إذا كانت هناك أحماض أمينية زائدة، أو إذا كان الجسم في حالة جوع، فسيتم تحويل بعض الأحماض الأمينية إلى مسارات تقويض الجلوكوز (الشكل\(\PageIndex{1}\)). يجب إزالة كل حمض أميني من مجموعته الأمينية قبل الدخول في هذه المسارات. يتم تحويل المجموعة الأمينية إلى أمونيا. في الثدييات، يصنع الكبد اليوريا من جزيئين من الأمونيا وجزيء ثاني أكسيد الكربون. وبالتالي، فإن اليوريا هي منتج النفايات الرئيسي في الثدييات المنتجة من النيتروجين الناشئ في الأحماض الأمينية، وتترك الجسم في البول.

    يوضح هذا الرسم التوضيحي أن الأحماض الأمينية ألانين والجليسين والثريونين والسيستين والسيرين يمكن تحويلها إلى بيروفات. يمكن تحويل الليوسين والليسين والفينيل ألانين والتيروزين والتريبتوفان والإيزولوسين إلى أسيتيل CoA. يمكن تحويل الأرجينين والبرولين والهيستيدين والجلوتامين والجلوتامات إلى ألفا كيتوجلوتارات. يمكن تحويل الإيزولوسين والفالين والميثيونين والثريونين إلى سكسينيل CoA. يمكن تحويل التيروزين والفينيل ألانين إلى فومارات، ويمكن تحويل الأسبارتات والأسباراجين إلى أوكسال أسيتات.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): يمكن للهياكل العظمية الكربونية لبعض الأحماض الأمينية (المشار إليها في الصناديق) المشتقة من البروتينات أن تتغذى على دورة حمض الستريك. (الائتمان: تعديل العمل من قبل ميكائيل هاغستروم)

    اتصالات استقلاب الدهون والجلوكوز

    الدهون المرتبطة بمسارات الجلوكوز هي الكوليسترول والدهون الثلاثية. الكوليسترول هو دهون تساهم في مرونة غشاء الخلية وهي مقدمة لهرمونات الستيرويد. يبدأ تخليق الكوليسترول بمجموعات الأسيتيل ويستمر في اتجاه واحد فقط. لا يمكن عكس العملية.

    الدهون الثلاثية هي شكل من أشكال تخزين الطاقة على المدى الطويل في الحيوانات. تتكون الدهون الثلاثية من الجلسرين وثلاثة أحماض دهنية. يمكن للحيوانات أن تصنع معظم الأحماض الدهنية التي تحتاجها. يمكن صنع الدهون الثلاثية وتكسيرها من خلال أجزاء من مسارات تقويض الجلوكوز. يمكن تحويل الجلسرين إلى الغليسيرول 3-الفوسفات، والذي يستمر من خلال تحلل السكر. يتم تقويض الأحماض الدهنية في عملية تسمى أكسدة بيتا التي تحدث في مصفوفة الميتوكوندريا وتحول سلاسل الأحماض الدهنية إلى وحدتين من الكربون من مجموعات الأسيتيل. يتم التقاط مجموعات الأسيتيل بواسطة CoA لتشكيل الأسيتيل CoA الذي ينتقل إلى دورة حمض الستريك.

    يوضح هذا الرسم التوضيحي أنه يمكن تدمير الجليكوجين والدهون والبروتينات عن طريق التنفس الهوائي. يتحلل الجليكوجين إلى جلوكوز يتغذى على تحلل السكر في البداية. يتم تقسيم الدهون إلى الجلسرين، الذي تتم معالجته عن طريق تحلل السكر، ويتم تحويل الأحماض الدهنية إلى أسيتيل CoA. يتم تقسيم البروتينات إلى أحماض أمينية تتم معالجتها في مراحل مختلفة من التنفس الهوائي، بما في ذلك تحلل السكر وتكوين الأسيتيل CoA ودورة حمض الستريك.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): يمكن أن يتغذى الجليكوجين من الكبد والعضلات، المتحلل إلى جلوكوز-1-فوسفات، جنبًا إلى جنب مع الدهون والبروتينات، في المسارات التقويضية للكربوهيدرات.

    اتصال التطور: مسارات التمثيل الضوئي والتمثيل الغذائي الخلوي

    تتكون عمليات التمثيل الضوئي والتمثيل الغذائي الخلوي من عدة مسارات معقدة للغاية. يُعتقد عمومًا أن الخلايا الأولى نشأت في بيئة مائية - «حساء» من العناصر الغذائية - ربما على سطح بعض الطين المسامي. إذا تكررت هذه الخلايا بنجاح وارتفعت أعدادها بشكل مطرد، فسيترتب على ذلك أن الخلايا ستبدأ في استنزاف العناصر الغذائية من الوسط الذي تعيش فيه أثناء تحويل العناصر الغذائية إلى مكونات أجسامها. كان من الممكن أن يؤدي هذا الوضع الافتراضي إلى الانتقاء الطبيعي لصالح تلك الكائنات الحية التي يمكن أن توجد باستخدام العناصر الغذائية التي بقيت في بيئتها ومن خلال معالجة هذه العناصر الغذائية في مواد يمكنها البقاء على قيد الحياة. سيفضل الاختيار تلك الكائنات الحية التي يمكنها استخراج القيمة القصوى من العناصر الغذائية التي يمكنها الوصول إليها.

    تم تطوير شكل مبكر من التمثيل الضوئي الذي سخر طاقة الشمس باستخدام الماء كمصدر لذرات الهيدروجين، لكن هذا المسار لم ينتج الأكسجين الحر (التمثيل الضوئي الأنوكسيجيني). (لم ينتج التمثيل الضوئي المبكر الأكسجين الحر لأنه لم يستخدم الماء كمصدر لأيونات الهيدروجين؛ بدلاً من ذلك، استخدم مواد مثل كبريتيد الهيدروجين وبالتالي أنتج الكبريت). يُعتقد أن تحلل السكر تطور في هذا الوقت ويمكن أن يستفيد من السكريات البسيطة التي يتم إنتاجها، لكن هذه التفاعلات لم تكن قادرة على استخراج الطاقة المخزنة في الكربوهيدرات بشكل كامل. ربما كان تطور تحلل السكر يسبق تطور عملية التمثيل الضوئي، حيث كان مناسبًا تمامًا لاستخراج الطاقة من المواد المتراكمة تلقائيًا في «الحساء البدائي». استخدم شكل لاحق من التمثيل الضوئي الماء كمصدر للإلكترونات والهيدروجين، وولد الأكسجين الحر. مع مرور الوقت، أصبح الغلاف الجوي مزودًا بالأكسجين، ولكن ليس قبل أن يطلق الأكسجين معادن مؤكسدة في المحيط ويخلق طبقة «صدأ» في الرواسب، مما يسمح بتأريخ ظهور أول أجهزة التمثيل الضوئي المؤكسدة. تكيفت الكائنات الحية لاستغلال هذا الجو الجديد الذي سمح بتطور التنفس الهوائي كما نعرفه. عندما تطورت العملية الكاملة لعملية التمثيل الضوئي بالأكسجين وأصبح الغلاف الجوي مزودًا بالأكسجين، تمكنت الخلايا أخيرًا من استخدام الأكسجين الذي طرده التمثيل الضوئي لاستخراج المزيد من الطاقة من جزيئات السكر باستخدام دورة حمض الستريك والفسفرة التأكسدية.

    ملخص

    يرتبط تكسير وتكوين الكربوهيدرات والبروتينات والدهون بمسارات تقويض الجلوكوز. السكريات البسيطة هي الجالاكتوز والفركتوز والجليكوجين والبنتوس. يتم تقويضها أثناء تحلل السكر. ترتبط الأحماض الأمينية من البروتينات بتقويض الجلوكوز من خلال البيروفات والأسيتيل CoA ومكونات دورة حمض الستريك. يبدأ تخليق الكوليسترول بمجموعات الأسيتيل، وتأتي مكونات الدهون الثلاثية من الجلسرين 3-الفوسفات من تحلل السكر ومجموعات الأسيتيل المنتجة في الميتوكوندريا من البيروفات.

    المساهمون والصفات