التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

مسارات حمض البيروفك :Fate of pyruvaic acid

تتوقف المسارات التي سيتخذها حمض البيروفك الناتج من دورة التمثيل اللاهوائية glycolysisعلى أساس الظروف الخلوية:

-١في الظروف اللاهوائية:

أ -يتحول البيروفيك إلي حمض اللاكتيك:

ويحدث ذلك عند عدم توافر الأكسجين بالقدر الكافي وبمساعدة إنزيم lactate dehydrogenaseوفي وجود قرين الإنزيم .NADHويتم ذلك في العضلات وأيضا في كرات الدم الحمراء حيث يعتبر اللاكتيك الناتج الرئيسي للتمثيل الغذائي في

هذه الخلايا.

ونتيجة لتراكم حمض اللاكتيك بحدث انخفاض لدرجة pHمما يثبط إنزيم phosphofructokinaseمما يؤدي إلي ابطاء معدل حدوث دورة التمثيل

اللاهوائي glycolysis

وبعد التمرينات العضلية ينتشر حمض اللاكتيك في الدم والكبد ،ويحدث بعد ذلك أكسدة لحمض اللاكتيك في وجود NADفي خطوة عكسية للتفاعل السابق

ويتحول مرة أخري إلي حمض البيروفيك.

-٢٥٠-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

يحدث تحول للبيروفيك واللاكتيك من خلال عملية gluconeogensisإلي جلوكوز في خلايا الكبد والذي يخرج بدوره إلي تيار الدم متجها إلي العضلات مرة أخري حيث يعود ويتحول تحت الظروف اللاهوائية إلي حمض اللاكتيك فيما يعرف

بدورة كوري .Cori cycle

-٢تحول البيروفيك إلي إيثانول:

ويحدث هذا النوع من التحول في الظروف اللاهوائية في الخمائر والكائنات الدقيقة.

ويتم هذا التفاعل على خطوتين حيث يتم أولا نزع لمجموعة الكربوكسيل من

-٢٥١-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

حمض البيروفيك بانزيم pyruvate decarboxylaseلينتج مركب الأسيتالدهيد، أما في الخطوة الثانية فيحدث اختزال لمركب الاسيتالدهيد في وجود مركب NADH

بواسطة إنزيم .alcohol dehydrogenase

-٢في الظروف الهوائية يتحول البيروفيك إلي أستيل قرين أ:

ويعتبر هذا المسار هو المسار الرئيسي لحمض البيروفيك الناتج من دور الأكسدة اللاهوائية glycolysisحيث يتحول البيروفيك إلي مركب أسيتيل قرين أ الذي يدخل مباشرة بدوره إلي دورة الأحماض ثلاثية الكربوكسيل التي تعرف أيضا بدورة حمض الستريك وفيما يلي توضيح لخطوات هذه الدورة:

تفاعلات دورة TCAأو دورة حامض الستريك :Citric acid تتم هذه المرحلة في ظروف هوائية ) (Aerobic conditionsويدخل فيها حامض البيروفيك الناتج من الظروف اللاهوائية ) (Glycolysisوينتج عن هذه المرحلة ثانى أكسيد الكربون ،ماء وطاقة من خلال دورة حامض الستريك ) Citric ) .acidكما أن لهذه الدورة أسماء شائعة اخرى مثل Kreb’s cycleنسبة إلى أول مكتشف لها ) Hans Krebsالحاصل على جائزة نوبل .(١٩٥٣وكذلك تسمى بدورة الأحماض ثلاثية الكربوكسيل )Tri-Carboxylic Acid cycle (TCA نسبة إلى أن بعض الأحماض الناتجة من خلال هذه الدورة تحتوي على ثلاث

مجاميع كربوكسيل.

في الظروف الهوائية يتحول البيروفيك الناتج من دورة Glycolysisبالاكسدة من خلال دورة Citric acidإلى ثانى اكسيد الكربون وماء كناتج نهائى ،يتم اكسدة حامض البيروفيك إلى CO2ومجموعة الاسيتيل )CH3-C=O) Acetyl group

التي ترتبط مع )COA

(CO enzyme-Aفتتحول إلى اسيتيل كو إنزيم

.(Acetyl-COA) Aثم يدخل Acetyl – COAدورة حمض الستريك وبدخوله

-٢٥٢-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

أيضا فقد لعديد من

هذه الدورة فانه يتم انتاج عديد من جزيئات CO2ويصاحب ذلك الالكترونات ويتم استقبال تلك الالكترونات بسرعة بواسطة مستقبلات للالكترونات مثل NAD+وفي بعض التفاعلات الاخرى بواسطة ) FADفلافين ادنين داى نيكلوتيد( تستقبل الالكترونات وبروتونات الهيدروجين فيتحول NAD+إلى

NADH2

وال FADإلى FADH2ثم بعد ذلك تمر

الالكترونات من

NADH2و FADH2من خلال سلسة النقل الالكترونى )الأكسدة البيولوجية( إلى

الأكسجين ولينتج الماء وتنطلق الطاقة.

أول خطوات دورة Citric acidهي تكثيف مجموعة (2C) Acetyl group مع اوكسالواسيتات ) (4Cفيتكون ايون حامض الستريك ) (6Cثم يتبع ذلك عملية Isomerizationللسترات المتكونة ثم فقدان جزيئات CO2وعمليات اكسدة وتسمى هذه العملية Oxidative decarboxylationثم يتكون مركب الفا كيتوجلوتاريك ) (5Cثم تحدث اكسدة مع فقدان CO2لتكوين حامض السكسنيك ) ،(4Cوتستكمل الدورة بانتاج الاوكسالواسيتات مرة اخرى من السكسينات خلال عدة خطوات.

وتتكون دورة Citric acidمن عدة خطوات كما في الشكل كل خطوة تتم بمساعدة بعض الانزيمات اربع خطوات منها عبارة عن تفاعلات أكسدة كما في الخطوات ١٥و ١٧و ١٩و ٢١والعامل المؤكسد هو NAD+في تلك التفاعلات هي ) ١٥و ١٧و ١٩و .(٢١وقد يحدث في الخطوة رقم ١٩

بأن يقوم FAD

بدور العامل المؤكسد وفي هذه الحالة ينتج في الخطوة رقم ١٨جزئ من مركبات الطاقة حيث يتحول ) Guanosine diphosphate) GDPبالفسفرة إلى GTPوكما هو معروف فان GTPمشابهة لمركب ATPمع اختلاف في نوع القاعدة الازوتية

فقط حيث تستبدل الجوانين بالأدنين .Adenine

أولا :تحويل حامض البيروفيك إلى اسيتل كو :A

-١١الخطوة الحادية عشر :يتم تحول حامض البيروفيك إلى أستيل كو A

-٢٥٣-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

) (Acetyl – CoAوثانى أكسيد الكربون بواسطة نظام انزيمى يسمى Pyruvate ،dehydrogenase complexوتوجد مجموعة SHفي أحدى نهايات جزئ كو A ) (CoAويحدث ارتباط مجموعة الاسيتيل من خلالها )(CH3-C=O-S-CoA ولهذا يرمز CoAفي معادلة التفاعل بالرمز .CoA-SHولتحويل حامض البيروفيك إلى اسيتل كو Aبواسطة المعقد الانزيمى

Dehydrogenase

Pyruvate

تعتبر عملية اكسدة مع نزع مجموعة كربوكسيل

أي Decarboxylation Oxidativeوفقد جزئ CO2من البيروفيك كما في

المعادلة التالية:

Pyruvate + CoA-SH + NAD+ → Acetyl-CoA + CO2 + NADH2

ثانيا :خطوات دورة حمض الستريك:

تتضمن دورة حامض الستريك ) (TCAمرحلتين الأولى اضافة مجموعة اسيتيل ) ( Acetyl-CoA) (2Cإلى حامض الاوكسالواسيتك ) (4Cليعطى حمض الستريك ) (6Cويتبع ذلك فقد ٢جزئ CO2والمرحلة الثانية يتم فيها اعادة تكوين

حامض الاوكسالو اسيتك مرة اخرى.

-١٢الخطوة الثانية عشر :تكوين حامض الستريك Formation of Citric

:acid

في هذه الخطوة يتم تكون حامض الستريك من تفاعل الاسيتيل كو Aمع حامض الاوكسالو أسيتك حيث يتكون حامض الستريك وذلك في وجود إنزيم

Citrate synthetaseوخروج .CoA-SH

-١٣الخطوتين الثالثة عشر والرابعة عشر :تحويل حامض الستريك إلى حامض الأيزوستريك Formation of Iso-citric acid وفي هذه الخطوة يقوم إنزيم أكونيتيز Aconitaseبعملية Isomerization

-٢٥٤-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

لحامض الستريك حيث يتحول إلى حامض الأيزوستريك .ويتم هذا التفاعل بقيام الإنزيم بنزع جزئ ماء من حامض الستريك ليتكون مركب وسطى هو Akontic acidثم اضافة جزئ ماء مرة اخرى إلى Akontic acidليتكون حامض

الأيزوستريك.

-١٤الخطوتين الخامسة عشر والسادسة عشر :تكوين حامض الفا

كيتوجلوتاريكFormation of α–Ketoglutaric acid

وفي هذه الخطوة تتم عملية أكسدة مع نزع مجموعة كربوكسيل أي هي عملية Oxidative decarboxylationلحامض Iso-citrateليتحول إلى حامض الفا كيتو جلوتاريك مع خروج جزئ CO2وهذا يعتبر أول تفاعل اكسدة مع نزع مجموعة كربوكسيل خلال Citric acid cycleويقوم بهذه العملية إنزيم Iso-citrate dehydrogenaseويتم هذا التفاعل على مرحلتين الاولى منها هي أكسدة حامض الأيزوستريك إلى حامض اكسالو سكسينك ثم نزع جزئ CO2من حامض اكسالو سكسينك ليتكون حامض الفا كيتو جلوتاريك ونلاحظ أن في هذا التفاعل يتم انتاج أول جزئ من NADH2حيث يتكون من .NADأي يتم انتاج ٣جزيئات ATP ) ٦من أصل الجلوكوز( حيث أن كل جزئ NADH2يعطى ٣جزيئات ATP

نتيجة دخوله سلسلة النقل الالكترونى.

-١٥الخطوة السابعة عشر :تكوين السكسينيل كو A:Succinyl CoA

Formation of

وفي هذه الخطوة يتم ثانى عملية أكسدة مع نزع CO2خلال الدورة وبخروج جزئ CO2من حامض الالفا كيتوجلوتاريك فيتكون سكسينيل كو Succinyl-) A .(CoAوكذلك تكوين جزئ NADH2من ) NADينتج ٣جزيئات ATPأو ٦ جزيئات من اصل الجلوكوز( ويقوم إنزيم α-Ketoglutarate dehydrogenase

complexباتمام هذا التفاعل.

-٢٥٥-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

-١٦الخطوة الثامنة عشر :تكوين حامض السكسينيكFormation of :

:succinic acid

في هذه الخطوة ينفصل CoA-SHعن السكسينيل CoAفي وجود الماء وانزيم Inolaseفيتكون حامض السكسينيك .وفي نفس الوقت تجرى عملية فسفرة

لمركب GDPليكون مركب الطاقة GTPويقوم إنزيم

Succinyle-CoA

synthetaseباجراء هذا التفاعل .هذا التفاعل الوحيد في الدورة الذي يعطي GTP ويمكن استخدامه بواسطة الخلايا مباشرة كمصدر للطاقة.

-١٧الخطوة التاسعة عشر :تكوين حامض الفيوماريكFormation of :

Fumaric acid

في هذه الخطوة يتم اكسدة حامض السكسينيك إلى حامض الفيوماريك بواسطة

إنزيم

Succinate dehydrogenaseويدخل هنا المعاون الانزيمى FAD كمستقبل للالكترونات electron acceptorويتحول إلى FADH2الذى يدخل دورة النقل الالكترونى ليعطى ٢جزئ ) ATPويتكون ٤جزيئات ATPمن اصل

بدلا من FADكمستقبل

الجلوكوز( .وقد يدخل المعاون الانزيمى NAD

للالكترونات ويتحول إلى NADH2الذى يدخل دورة النقل الالكترونى ليعطى ٣ جزئ ) ATPويتكون ٦جزيئات ATPمن اصل الجلوكوز( وفي حالة دخول المعاون الانزيمى NADلاتتم عملية الفسفرة في الخطوة الثامنة عشر أي تحويل

مركب GDPإلى مركب الطاقة .GTP

-١٨الخطوة العشرون :تكوين حامض الماليك:Formation of Maliec acid:

وتتم هذه الخطوة بواسطة إنزيم Inolaseحيث يتم اضافة جزئ H2Oخلال الرابطة الزوجية لحامض الفيوماريك فيتحول إلى حامض الماليك.

-١٩الخطوة الحادية والعشرون :أعادة تكوين حامض الاوكسالواسيتك:

-٢٥٦-

التمثيل الغذائي- المواد الحاملة للطاقة

:Regeneration of oxaloacetic acid

يتم اكسدة حامض الماليك إلى حامض الاوكسالواسيتك ويصاحب هذا التفاعل ( ويقوم باتمام هذاATP جزئ٣ )انتاجNADH2 إلىNAD+ اختزال جزئ من وعلى هذا يمكن لجزئ حامضMalate dehydrogenease التفاعل إنزيم Acetyl- المتكون التفاعل مع جزئ جديد منOxaloacetic acid الاوكسالواسيتك

. من جديدCitric acid لاستكمال دورة الCoA

2 mole

Pyruvic acid

Dehydrogenase

NAD

Decarboxylase

NADH2

CoA- SH

Acetyl CoA

CO2

Oxal acetic + H O

2

+ H2O

Citric acid

Oxal acetic

Inolase

NADH2

NAD

-H2O

Akontic acid

Dehydrogenase

Inolase

Malic acid

+ H2O

+ H2O

Iso-citric acid

Fumaric acid

- Citric acid cycle.

- Krebs cycle.

- Tri-Carboxylic Acid cycle.

- TCA cycle

NADH2

NAD

NAD

Dehydrogenase

NADH2

Dehydrogenase

Oxal succinic

Succinic acid

+ H2O

Decarboxylase

NADH2

Succinyl CoA

α--Keto glutaric

CoA- SH

Decarboxylase

NAD

Dehydrogenase

CO2

-٢٥٧-

CO2

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

:Aerobic condition المرحلة الثانية أو المرحلة الهوائية

CH3

C

CH3

Step 11

Dehydrogenase

O

COO H

NAD

Decarboxylase CoASH

NADH2

Step 12

Oxal acetic

C O Acetyl CoA

O C COO H

2 mole

Pyruvic acid

Step 19

CH

NAD

Dehydrogenase

COOH

COOH

CH2 COOH

HO C COO H

Dehydrogenase

Step 20

CH

Inolase

CH2 COOH

SCoA

CO2

+H OH

+ H OH

CH2

COOH

Inolase

HOC H

COOH

Fumaric acid

CH2 COO H

Citric acid

Step 21

Inolase

Malic acid

NADH2

Step 13

-H2O

NAD

CH2 COOH

CH2 COOH

Succinic acid

C H2 COOH

C

Akontic acid

NADH2

COOH

CH COO H

+ H OH

Step 14

Inolase

Inolase + H OH

Step 18

CH2 COOH

Iso-citric acid C H COOH

CH2 COOH

O =C

HOCH

Succinyl CoA

C H2

COOH

SCoA

NADH2

NADH2

CO2

NAD

CoA- SH

Decarboxylase

Step 17

Dehydrogenase

CH2 COOH

C H2

O =C

CH2 COOH

Decarboxylase

COOH

α--Keto glutaric

-٢٥٨-

CO2

Step 16

C H COOH

O =C

COOH

Oxal succinic

Step 15

Dehydrogenase

NAD

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

جدول رقم ) (٢٦حساب الطاقة الناتجة من التمثيل الغذائي أو الأكسدة الكاملة للجلوكوز بالدم

رقم

نوع الدورة

الخطوة

التفاعل

ال

ATP

١ Glucose → Glucose -6مولPhosphate.

→ ١ Fructose -6- phosphateمول

Fructose -1,6- phosphate.

----- Glyceraldehyde-3-P → 1,3

٢جزىء –P– glyceric acid

----- 1,3 –P– glyceric acid → 3

٢جزىء –P– glyceric acid

→ ----- Phospho enol pyruvate

٢جزىء Pyruvic acid

----- Pyruvic acid → Acetyl

٢جزىء CoA

→ Oxal

----- Iso-citric acid

٢جزىء succinic

----- α-Keto glutaric → Succinyl

٢جزىءCoA

----- Succinic acid → Fumaric

٢جزىء acid

٢١

----- Malic acid → Oxal acetic ٢

١

الظروف

اللاهوائية

Glycolysis

Anaerobic

conditions

٣

٦

٧

١٠

١١

الظروف الهوائية

TCA cycle

Aerobic

conditions

فقد

١٥

١٨

١٩

انتاج

ال

ATP

-------- ٦مول

٢مول

٢مول

٦مول

٦مول

٦مول

٦مول

٦مول

.جزىء

٢مول

المجموع

٤٠مول

اذا المحصلة النهائية لل ATPالناتجة من دورتى Glycolysisو = TCA ٣٨ = ٢ – ٤٠مول .ATPبما أنه عند دخول ATPفي أي تفاعل فانه تنتج

طاقة حرة مقدارها ٣٣,٥كيلو جول.

اذا عند أكسدة واحد مول من الجلوكوز ينتج طاقة قدرها = ١٢٧٣ =٣٣,٥×٣٨كيلو

جول.

-٢٥٩-