التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

طبيعة عمل الإنزيم ،نوع النواتج – قد يعطي فكرة عن المعاون الإنزيمي.

رقم ٩٩في الرقم الثالث يعني أن الإنزيم قد اكتشف بعد الترتيب السابق.

مثال إنزيم يحلل الريبوفلافين E.C. 3.5. 99.1 Riboflavine hydrolase يتبع إنزيمات التحليل المائي – يحلل رابطة C – Nغير ببتيديه – ٩٩مركبات

أخري.

مثال إنزيم يحلل الثيامين E.C. 3.5.99.2 Thiamine hydrolaseيتبع إنزيمات التحليل المائي – يحلل رابطة C – Nغير ببتيدية – ٩٩مركبات أخري.

-٢٣٠-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

يقصد بالتمثيل الغذائي هو عبارة عن مجموعة من العمليات الحيوية )البيوكيميائية( المتتالية التي تتم داخل جسم الكائن الحي على المواد الغذائية المختلفة بواسطة العوامل الإنزيمية بغرض الحصول على الطاقة أو بناء الأنسجة

وتشمل هذه العمليات نوعين من التفاعلات هما:

تفاعل الهدم ) :(Catabolism or Exergonicحيث يتم تكسير المواد الغذائية الرئيسية سواء كانت كربوهيدرات أو بروتينات أو دهون خلال طرق مختلفة من التفاعلات الحيوية إلى جزيئات بسيطة ويتم من خلال ذلك الحصول على

الطاقة.

Exergonic

) (Energyطاقة B +

A

Exergonic

Glucose

Pyruvic acid + CO2 + H2O + Energy

تفاعل بناء ) :(Anabolism or Endergonicالجزيئات البسيطة الناتجة من عمليات الهدم يمكن استخدامها لبناء مواد أكثر تعقيدا خلال سلسلة من التفاعلات الحيوية وذلك لبناء الأنسجة أي أن هذه العملية تحتاج إلى طاقة )استهلاك طاقة(.

Endergonicc

) (Energyطاقة C +

D

Endergonicc

Glucose

) (Energyطاقة Pyruvic acid +

وهذين التفاعلين )الهدم والبناء( لا يحدثا منفردين ولكن يحدث بينهم اتحاد حيث أن الح اررة الناتجة من تفاعل الهدم )الطارد للح اررة( يستفاد بجزء منها لإتمام تفاعل البناء )الماص للح اررة( ويتبقى جزء من الطاقة هذه الطاقة أو الح اررة Heatهي

-٢٣٢-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

عبارة عن الح اررة الناتجة والمتبقية بعد استخدام جزء من الح اررة الناتجة من تفاعل Exergonicلإتمام تفاعل .Endergonicويتم توضيح ذلك في الشكل التالي:

A

Heat

ic

Chemical

energy

onic

F ree energ y

D

on

erg

Ex

rg

n de

E

B

C + D + Heat

A + B

C

شكل رقم )(١٣

معظم التفاعلات التي تتم في الجسم تفاعلات بناء ) (Anabolismأي تحتاج إلى طاقة .هذه الطاقة يتم الحصول عليها من أماكن تفاعلات الهدم ) (Catabolismوبالتالي يستلزم وجود وسيط لنقل هذه الطاقة من أماكن إنتاجها إلى أماكن الإحتياج إليها وهذه المواد أو المركبات الوسيطية تسمى بنواقل الطاقة Mediating compoundsومن أشهر هذه المركبات مركب Adenosine Tri-

)Phosphate (ATP

-٢٣٣-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

تركيب :Adenosine Tri-Phosphate, ATP

NH2

C

N

N

C

HC

N

C

N

CH

تركيب جزىء ATP

O

O

5

1

H2 C

4

2

O

2000 Cal

P

O

13000 cal

~

O

OH

3

P

O

13000 cal

~

O

OH

P

OH

OH

هذا المركب ATPيجب الحفاظ على مستواه ثابت في الجسم وبالتالي هناك

مصدرين لإنتاج ATPهما:

مصدر مباش ر

- Direct source

مصدر غير مباش ر

- Indirect source

أولا :المصدر المباشر :The direct source

وذلك عن طريق ارتباط (AMP) Adenosine mono-Phosphateو (ADP) Adenosine Di-Phosphateبمركبات عالية في الطاقة ومن هذه المركبات العالية في الطاقة كرياتين فوسفات Creatine Phosphateأو فوسفو

اينول بيروفات .Phospo-enol pyruvate

Adenosine

سكر خماسى Ribose

O

OH

NH2

5

4

1

2

قاعدة أدنين

H2C

N

HO

3

مكان الارتباط مع الأدنين Adenine

لتك وين الأدين وزين Adenosine

C

Adenine

مكان الارتباط مع

مجاميع الفوسفات

N

C

HC

N

C

N

CH

يرتبط منها الأدنين مع السكر الخماسى Ribose

-٢٣٤-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

عند ارتباط قاعدة الأدنين بالسكر الخماسي Riboseعند ذرة الكربون رقم) (١وارتباط مجموعة فوسفات H2PO4مع مجموعة OHعلى ذرة الكربون رقم ) (٥تتكون رابطة عادية طاقتها ٢٠٠٠كالورى وفي هذه الحالة يتكون جزيء

).Adenosine Mono-Phosphate (AMP

NH2

C

N

N

C

HC

N

C

N

CH

ىء AMP

تركيب جز

O

O

5

4

1

2

H2C

O

2000 Cal

P

OH

OH

3

وعندما يرتبط جزيء AMPمع مركب عالي في الطاقة مثل كرياتين فوسفات Creatine Phosphateأو فوسفو اينول بيروفات .Phospo-enol pyruvate ترتبط مجموعة الفوسفات في AMPمع مجموعة OHالموجودة في المركب عالي

وجزيء ماء والرابطة

الطاقة ويتكون )Adenosine Di-Phosphate (ADP

المتكونة )~( تكون مرتفعة الطاقة ١٣٠٠كالورى.

NH2

C

N

N

C

HC

N

C

N

CH

تركيب جزىء ADP

O

O

5

4

1

2

H2 C

O

2000 Cal

P

OH

3

O

13000 cal

~

O

P

OH

OH

وبنفس الاسلوب السابق في تكوين ADPيتكون مركب ATPحيثيتحد مركب عالى في الطاقة مع مركب ADPويتكون Adenosine Tri- ) Phosphate (ADPوجزىء ماء والرابطة المتكونة )~( تكون مرتفعة الطاقة

١٣٠٠كالورى.

-٢٣٥-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

NH2

N

C

HC

C

N

N

C

N

CH

ATP تركيب جزىء

13000 cal

OH

P

OH

O

O

O

O

~

P

OH

O

13000 cal

~

P

2000 Cal

O

5

O

H2C

4

OH

1

3

2

: بالطريقة المباشرة فيما يلىATP ويمكن تلخيص خطوات انتاج

Ribose

+

Adenine

AMP

NH2

N

C

HC

C

N

N

C

N

CH

+

H2PO4

O

OH

P

OH

-٢٣٦-

2000 Cal

O

5

O

H2C

4

1

3

2

التمثيل الغذائي- المواد الحاملة للطاقة

ADP +

Creatine Phosphate

or

Phospo-enol pyruvate

NH2

N

C

HC

C

N

N

C

N

CH

ATP تركيب جزىء

13000 cal

OH

P

O

~

P

O

13000 cal

~

P

2000 Cal

O

5

O

H2C

4

OH

OH

OH

AMP +

O

O

O

1

3

Creatine Phosphate

or

Phospo-enol pyruvate

2

NH2

N

C

HC

C

N

N

C

N

CH

ADP تركيب جزىء

O

O

OH

P

O

13000 cal

~

P

2000 Cal

O

5

O

H2 C

4

OH

OH

1

3

2

:ATP التحليل الم ائى لل

Catabolism or ) من تفاعلات الهدمATP يعتبر التحليل المائى لل ينتج عنه طاقة ويتضح ذلك مماATP حيث أن تكسيرExergonic reactions)

:يلى

ك

سر

Adenosine

P ~ P ~ P (ATP)

+ H2O

Adenosine

P ~ P (ADP)

+

Adenosine

P (AMP) +

Pi +

Pi +

13000 kal

ك

سر

Adenosine

+ H2O

سر

ك

P ~ P (ADP)

Adenosine

P (AMP)

Adenosine +

+ H2O

Pi +

13000 kal

2000 kal

ADP – فوسفات و٦ - مع الجلوكوز ينتج جلوكوزATP عند تفاعل( كيلو كالورى١٣) كالورى١٣٠٠٠

ATP وفي هذا التفاعل ينطلق من ال

كيلو٨) – فوسفات فيتبقى٦ - كيلو كالورى( لتكوين جلوكوز٥) يتم استهلاك

-٢٣٧-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

كالورى( في صورة طاقة حرة .وبالتالى عند دخول ATPفي أي تفاعل فان )٨

كيلو كالورى( تنطلق في صورة طاقة حرة.

١كيلو كالورى = ٤,١٨٤كيلو جول

٨كيلو كالورى = ٣٣,٥كيلو جول

أي أنه عند دخول ATPفي أي تفاعل فانه تنتج طاقة حرة مقدارها ) ٨كيلو

كالورى( هذه الطاقة تعادل ) ٣٣,٥كيلو جول(.

ثانيا :المصدر غير المباشر :The indirect source وهذه الطريقة لإنتاج ATPتتم عن طرق الأكسدة البيولوجية ) Biological ) oxidationأو الأكسدة الفوسفورية ) (Oxidative phosphorylationفي الجسم وهي عبارة عن أكسدة أي مركب يحتوى على ذرتى هيدروجين من الصورة المختزلة إلى الصورة المؤكسدة حيث يتم نزع الهيدروجين H2ثم تتم على هذا الهيدروجين عمليه التأين Ionizationبواسطة مركب ال Quinoneفيصبح الهيدروجين في الصورة المتأينة ) (2H+ثم يرتبط هذا الهيدروجين المتأين مع الأكسجين الأيونى ) (O--لتكوين جزيء ماء الذى يتكون في نهاية التفاعل وليس بمجرد نزع الهيدروجين

من المادة التي سوف يتم اكسدتها كما يلى:

A + H2O

2H+ + 2e-

1- Dehydrogenase

2- NAD

3- FAD

Ionization

4- Quinone, H2

5- Cytochrome

- Cytochrome b

- Cytochrome c1

- Cytochrome c

- Cytochrome a

- Cytochrome a3

H2O

AH2

6- O-- + 2H+

إنزيم Dehydrogenaseيقوم بنزع الهيدروجين في الصورة ) ( H2من المادة

-٢٣٨-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

المختزلة).(AH2

كلا من NADو FADتعمل على حمل ال H2

Quinoneيقوم بعملية التأين ) Ionizationللهيدروجين( H2فيصبح في

الصورة المتأينة 2H+

2H+ + 2eH2

السيتوكروم Cytochromeوظيفته الأساسية هي حمل الألكترونات الناتجة من عملية التأين التي قام بها Quinoneوهذه الالكترونات يجب التخلص منها.

فالسيتوكروم في الوضع الطبيعى يدخل في تركيبه الحديديك ) (Fe+3وعندما يكتسب الالكترونات من ال Quinoneيتحول إلى حديدوز ) (Fe+2وبالتالى فان الصورة ) (Fe+2هي الحاملة للالكترونات المراد التخلص منها.

يكتسب الأكسجين ) (O2هذه الالكترونات )(2e-

ويتحول إلى الأكسجين

الأيونى ) (O--لذى يرتبط مع الهيدروجين المتأين 2H+فيتكون جزيء الماء

) (H2Oفي نهاية التفاعل.

α- ketoglutarate

Iso-citrate – H2

NADH2

NAD

ATP

FADH2

FAD

2H+

Ionization

Quinone -- +

Quinone

)Cytochrome b (Fe+++

)Cytochrome b (Fe++

Oxidized

Reduced

ATP

)Cytochrome c1 (Fe++

)c1 (Fe+++

Reduced

Oxidized

)Cytochrome c (Fe++

)Cytochrome c (Fe+++

Reduced

Oxidized

)a (Fe++

Cytochrome

)(Fe+++

Cytochrome

Cytochrome a

Oxidized

Reduced

)Cytochrome a3 (Fe++

)Cytochrome a3 (Fe+++

Reduced

Oxidized

ATP

O--

O--

O2

+

1⁄2

H2O

2H+

-٢٣٩-