Skip to main content
Global

4.5: اتصالات بمسارات التمثيل الغذائي الأخرى

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    191699

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

    لقد تعلمت عن هدم الجلوكوز، الذي يوفر الطاقة للخلايا الحية. لكن الكائنات الحية تستهلك أكثر من مجرد الجلوكوز للطعام. كيف توفر شطيرة الديك الرومي، التي تحتوي على البروتين، الطاقة لخلاياك؟ يحدث هذا لأن جميع المسارات التقويضية للكربوهيدرات والبروتينات والدهون ترتبط في النهاية بتحلل السكر ومسارات دورة حمض الستريك (الشكل\(\PageIndex{1}\)). يجب اعتبار المسارات الأيضية مسامية - أي أن المواد تدخل من مسارات أخرى، وتغادر المواد الأخرى إلى مسارات أخرى. هذه المسارات ليست أنظمة مغلقة. العديد من المنتجات في مسار معين هي مواد تفاعلية في مسارات أخرى.

    روابط السكريات الأخرى بعملية التمثيل الغذائي للجلوكوز

    الجليكوجين، بوليمر الجلوكوز، هو جزيء تخزين الطاقة على المدى القصير في الحيوانات. عند وجود كمية كافية من ATP، يتم تحويل الجلوكوز الزائد إلى جليكوجين للتخزين. يتم تصنيع الجليكوجين وتخزينه في الكبد والعضلات. سيتم إخراج الجليكوجين من التخزين إذا انخفضت مستويات السكر في الدم. يسمح وجود الجليكوجين في خلايا العضلات كمصدر للجلوكوز بإنتاج ATP لفترة أطول أثناء التمرين.

    السكروز هو ثنائي السكاريد المصنوع من الجلوكوز والفركتوز المرتبطين معًا. يتحلل السكروز في الأمعاء الدقيقة، ويتم امتصاص الجلوكوز والفركتوز بشكل منفصل. الفركتوز هو أحد السكريات الغذائية الثلاثة، إلى جانب الجلوكوز والجالاكتوز (وهو جزء من سكر الحليب، اللاكتوز ثنائي السكاريد)، الذي يتم امتصاصه مباشرة في مجرى الدم أثناء عملية الهضم. ينتج تقويض كل من الفركتوز والجالاكتوز نفس عدد جزيئات ATP مثل الجلوكوز.

    اتصالات البروتينات بأيض الجلوكوز

    يتم تقسيم البروتينات بواسطة مجموعة متنوعة من الإنزيمات في الخلايا. في معظم الأحيان، يتم إعادة تدوير الأحماض الأمينية إلى بروتينات جديدة. ومع ذلك، إذا كانت هناك أحماض أمينية زائدة، أو إذا كان الجسم في حالة مجاعة، فسيتم تحويل بعض الأحماض الأمينية إلى مسارات تقويض الجلوكوز. 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 من النيتروجين الناشئ في الأحماض الأمينية، وتترك الجسم في البول.

    روابط الدهون إلى استقلاب الجلوكوز

    الدهون المرتبطة بمسارات الجلوكوز هي الكوليسترول والدهون الثلاثية. الكوليسترول هو دهون تساهم في مرونة غشاء الخلية وهي مقدمة لهرمونات الستيرويد. يبدأ تخليق الكوليسترول بـ acetyl CoA ويستمر في اتجاه واحد فقط. لا يمكن عكس العملية، ولا يتم إنتاج ATP.

    الدهون الثلاثية هي شكل من أشكال تخزين الطاقة على المدى الطويل في الحيوانات. تخزن الدهون الثلاثية حوالي ضعف كمية الطاقة التي تخزنها الكربوهيدرات. 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 تسفير الجلسرين والمضي قدمًا من خلال تحلل السكر. يتم تقسيم الأحماض الدهنية إلى وحدات ثنائية الكربون تدخل 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. يتم تقسيم الدهون إلى الجلسرين، الذي تتم معالجته عن طريق تحلل السكر، والأحماض الدهنية، التي يتم تحويلها 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\(\PageIndex{1}\): يمكن أن يتغذى الجليكوجين من الكبد والعضلات، إلى جانب الدهون، على المسارات التقويضية للكربوهيدرات.

    التطور في العمل: مسارات التمثيل الضوئي والتمثيل الغذائي الخلوي

    يتكون التمثيل الضوئي والتمثيل الغذائي الخلوي من عدة مسارات معقدة للغاية. يُعتقد عمومًا أن الخلايا الأولى نشأت في بيئة مائية - «حساء» من العناصر الغذائية. إذا كانت هذه الخلايا تتكاثر بنجاح وارتفعت أعدادها بشكل مطرد، فسيترتب على ذلك أن الخلايا ستبدأ في استنزاف العناصر الغذائية من الوسط الذي تعيش فيه، حيث تقوم بتحويل العناصر الغذائية إلى خلاياها الخاصة. 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 استخدامها للبقاء على قيد الحياة. بالإضافة إلى ذلك، سيفضل الاختيار تلك الكائنات الحية التي يمكنها استخراج القيمة القصوى من العناصر الغذائية المتاحة.

    تم تطوير شكل مبكر من التمثيل الضوئي الذي سخر طاقة الشمس باستخدام مركبات أخرى غير الماء كمصدر لذرات الهيدروجين، لكن هذا المسار لم ينتج الأكسجين الحر. يُعتقد أن تحلل السكر تطور قبل 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. استخدم شكل لاحق من التمثيل الضوئي الماء كمصدر لأيونات الهيدروجين وتوليد الأكسجين الحر. مع مرور الوقت، أصبح الغلاف الجوي مزودًا بالأكسجين. تكيفت الكائنات الحية لاستغلال هذا الجو الجديد وسمحت بتطور التنفس كما نعرفه. عندما تطورت العملية الكاملة لعملية التمثيل الضوئي كما نعرفها 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.

    ملخص

    يرتبط تكسير وتكوين الكربوهيدرات والبروتينات والدهون بمسارات تقويض الجلوكوز. تشمل الكربوهيدرات التي يمكن أن تغذي أيضًا تقويض الجلوكوز الجالاكتوز والفركتوز والجليكوجين. هذه ترتبط مع تحلل السكر. ترتبط الأحماض الأمينية من البروتينات بتقويض الجلوكوز من خلال البيروفات والأسيتيل CoA ومكونات دورة حمض الستريك. يبدأ تخليق الكوليسترول بـ acetyl CoA، ويتم التقاط مكونات الدهون الثلاثية بواسطة acetyl CoA وتدخل دورة حمض الستريك.

    المساهمون والصفات