Skip to main content
Global

4.2: تحلل السكر

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    191700

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

    حتى التفاعلات المجهدة والمطلقة للطاقة تتطلب كمية صغيرة من طاقة التنشيط للمضي قدمًا. ومع ذلك، ضع في اعتبارك التفاعلات الإندرونية، التي تتطلب قدرًا أكبر من مدخلات الطاقة لأن منتجاتها تتمتع بطاقة حرة أكثر من مفاعلاتها. من أين تأتي الطاقة اللازمة لتشغيل هذه التفاعلات داخل الخلية؟ تكمن الإجابة في جزيء يوفر الطاقة يسمى أدينوزين ثلاثي الفوسفات، أو ATP. ATP هو جزيء صغير وبسيط نسبيًا، ولكن داخل روابطه يحتوي على إمكانية حدوث انفجار سريع للطاقة يمكن تسخيرها لأداء العمل الخلوي. يمكن اعتبار هذا الجزيء عملة الطاقة الأساسية للخلايا بنفس الطريقة التي يكون بها المال هو العملة التي يستبدلها الناس بالأشياء التي يحتاجونها. يُستخدم ATP لتشغيل غالبية التفاعلات الخلوية التي تتطلب الطاقة.

    ATP في أنظمة المعيشة

    لا يمكن للخلية الحية تخزين كميات كبيرة من الطاقة الحرة. ستؤدي الطاقة الحرة الزائدة إلى زيادة الحرارة في الخلية، مما يؤدي إلى تشويه الإنزيمات والبروتينات الأخرى، وبالتالي تدمير الخلية. بدلاً من ذلك، يجب أن تكون الخلية قادرة على تخزين الطاقة بأمان وإطلاقها للاستخدام عند الحاجة فقط. تقوم الخلايا الحية بتحقيق ذلك باستخدام ATP، والذي يمكن استخدامه لملء أي حاجة للطاقة للخلية. كيف؟ تعمل كبطارية قابلة لإعادة الشحن.

    عندما يتم تكسير ATP، عادةً عن طريق إزالة مجموعة الفوسفات الطرفية الخاصة به، يتم إطلاق الطاقة. تُستخدم هذه الطاقة للقيام بعمل الخلية، عادةً عن طريق ربط الفوسفات المنبعث بجزيء آخر، وبالتالي تنشيطه. على سبيل المثال، في العمل الميكانيكي لتقلص العضلات، يوفر ATP الطاقة لتحريك بروتينات العضلات المقلصة.

    هيكل ووظيفة ATP

    يوجد في قلب ATP جزيء من أحادي فوسفات الأدينوزين (AMP)، والذي يتكون من جزيء أدينين مرتبط بجزيء الريبوز ومجموعة فوسفات واحدة (الشكل\(\PageIndex{1}\)). الريبوز هو سكر خماسي الكربون موجود في الحمض النووي الريبي و AMP هو أحد النيوكليوتيدات في الحمض النووي الريبي. تؤدي إضافة مجموعة فوسفات ثانية إلى هذا الجزيء الأساسي إلى ظهور أدينوزين دي فوسفات (ADP)؛ وتشكل إضافة مجموعة الفوسفات الثالثة أدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP).

    يوضح هذا الرسم التوضيحي التركيب الجزيئي لـ ATP. هذا الجزيء عبارة عن نيوكليوتيد أدينين مع ريبوز وسلسلة من ثلاث مجموعات فوسفات مرتبطة به. تسمى مجموعات الفوسفات ألفا وبيتا وغاما بترتيب زيادة المسافة من سكر الريبوز الذي ترتبط به.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): يُظهر هيكل ATP المكونات الأساسية للأدينين ثنائي الحلقة، والريبوز الخماسي الكربوني، وثلاث مجموعات من الفوسفات.

    تتطلب إضافة مجموعة الفوسفات إلى الجزيء كمية كبيرة من الطاقة وتؤدي إلى رابطة عالية الطاقة. يتم شحن مجموعات الفوسفات بشكل سلبي وبالتالي صد بعضها البعض عندما يتم ترتيبها في سلسلة، كما هي في ADP و ATP. هذا التنافر يجعل جزيئات ADP و ATP غير مستقرة بطبيعتها. يؤدي إطلاق مجموعة أو مجموعتين من الفوسفات من ATP، وهي عملية تسمى التحلل المائي، إلى إطلاق الطاقة.

    تحلل السكر

    لقد قرأت أن كل الطاقة التي تستخدمها الكائنات الحية تقريبًا تأتي إليها في روابط السكر والجلوكوز. تحلل السكر هو الخطوة الأولى في تكسير الجلوكوز لاستخراج الطاقة لعملية التمثيل الغذائي للخلايا. تقوم العديد من الكائنات الحية بتحلل السكر كجزء من عملية التمثيل الغذائي. يحدث تحلل السكر في السيتوبلازم لمعظم الخلايا بدائية النواة وجميع الخلايا حقيقية النواة.

    يبدأ تحلل السكر بهيكل سداسي الكربون على شكل حلقة لجزيء جلوكوز واحد وينتهي بجزيئين من سكر ثلاثي الكربون يسمى البيروفات. يتكون تحلل السكر من مرحلتين متميزتين. في الجزء الأول من مسار تحلل السكر، تُستخدم الطاقة لإجراء تعديلات بحيث يمكن تقسيم جزيء السكر المكون من ستة كربون بالتساوي إلى جزيئين من البيروفات ثلاثي الكربون. في الجزء الثاني من تحلل السكر، يتم إنتاج ATP ونيكوتيناميد-أدينين ثنائي النوكليوتيد (NADH) (الشكل\(\PageIndex{2}\)).

    إذا لم تتمكن الخلية من تقويض جزيئات البيروفات بشكل أكبر، فإنها ستحصد جزيئين فقط من ATP من جزيء واحد من الجلوكوز. على سبيل المثال، خلايا الدم الحمراء في الثدييات الناضجة قادرة فقط على تحلل السكر، وهو المصدر الوحيد لـ ATP. في حالة توقف تحلل السكر، ستموت هذه الخلايا في النهاية.

    رسم بياني يُظهر الجلوكوز في الجزء العلوي بسهم يشير لأسفل إلى ثنائي فسفات الفركتوز، والذي ينقسم بعد ذلك إلى جزيئين من جلسرالديهيد ثلاثي الفوسفات. يشكل كل من هذه الجزيئات NADH واحدًا وجزيئين من ATP في عملية تحويل كل منها إلى جزيء بيروفات.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): في تحلل السكر، يتم تحويل جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات.

    ملخص

    يعمل ATP كعملة طاقة للخلايا. يسمح للخلايا بتخزين الطاقة لفترة وجيزة ونقلها داخل نفسها لدعم التفاعلات الكيميائية الإندرونية. هيكل ATP هو هيكل نيوكليوتيد الحمض النووي الريبي مع ثلاث مجموعات فوسفات مرفقة. عندما يتم استخدام ATP للطاقة، يتم فصل مجموعة الفوسفات، ويتم إنتاج ADP. يتم استخدام الطاقة المشتقة من هدم الجلوكوز لإعادة شحن ADP إلى ATP.

    تحلل السكر هو المسار الأول المستخدم في تكسير الجلوكوز لاستخراج الطاقة. نظرًا لاستخدامه من قبل جميع الكائنات الحية على وجه الأرض تقريبًا، فلا بد أنه تطور في وقت مبكر من تاريخ الحياة. يتكون تحلل السكر من جزأين: يقوم الجزء الأول بإعداد حلقة الجلوكوز المكونة من ستة كربون لفصلها إلى اثنين من السكريات ثلاثية الكربون. يتم استثمار الطاقة من ATP في الجزيء خلال هذه الخطوة لتنشيط الفصل. يستخرج النصف الثاني من تحلل السكر ATP والإلكترونات عالية الطاقة من ذرات الهيدروجين ويربطها بـ NAD +. يتم استثمار جزيئين ATP في النصف الأول ويتم تكوين أربعة جزيئات ATP خلال النصف الثاني. ينتج عن ذلك مكاسب صافية لجزيئين ATP لكل جزيء من الجلوكوز للخلية.

    مسرد المصطلحات

    ATP
    (أيضًا، أدينوزين ثلاثي الفوسفات) عملة الطاقة للخلية
    تحلل السكر
    عملية تكسير الجلوكوز إلى جزيئين من ثلاثة كربون مع إنتاج ATP و NADH

    المساهمون والصفات