التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

أنواع تختلف في عدد وحدات الأيزوبرين المكونة للسلسة ويوضح عددها في تسمية

هذا القرين الإنزيمي.

وينتمي لهذه المركبات فيتامين Kحيث يحتوى على تركيب كينوني.

وتعمل هذه المركبات في تفاعلات الأكسدة والإختزال فتستقبل عن طريقة حلقة الكينون ذرتي هيدروجين وهذه بدورها تعطي ذرتي الهيدروجين في عمليات إختزال

المركبات.

-٥إنزيمات معاونة من نوع أيونات ذرات المعادن:

توجد إنزيمات تحتاج عند القيام بعملها إلى أملاح بعض المعادن حيث تقوم أيونات

-٤٥٠-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

المعدن بعمل قرين الإنزيم فيحتاج الإنزيم المؤكسد للأزوتات Nitrateإلى أيونات الكوبلت حيث تقوم بدور في عمليات الأكسدة والإختزال .فعند إختزال الأزوتات إلى أزوتيت يعطي أيون الكوبلت إلكترون فيتغير رقم تأكسده من ٥إلي .٦

NO3 + Co+5

NO2 + Co+6

وفي التفاعلات العكسية يستقبل الكوبلت إلكترون ويقل رقم تاكسده.

وكذلك يعمل الخارصين ) (Znكانزيم معاون لإنزيم

Alcohol

dehydrogenaseالذي يحول الأسيتالدهيد إلى كحول إيثايل.

CH2OH

+ H2

CH3

CHO

- H2

CH3

ويعمل الخارصين في ربط الإنزيم مع مادة التفاعل Substrateفي خطوة

تكوين المركب الوسطى.

Enzyme

Zn

Substrate

مركب وسطي

وكذلك يحتاج إنزيم Glutamic dehydrogenaseإلى أملاح الخارصين حيث تعمل أيونات الخارصين على تجميع جزئيات الإنزيم .هذا ويحتاج إنزيم الألفا أميليز )الذي يحلل النشا إلى مالتوز( إلى أيونات الكالسيوم.

ابعا :قرائن الإنزيمات التي ترتبط مع بروتين الإنزيم:

ر

ولهذه المجموعة من قرائن الإنزيمات أنواع مختلفة يمكن توضيحها كما يلي-:

-١ثيامين بيروفوسفات :Thiamin pyrophosphate

وهو عبارة عن فيتامين ب) ١الثيامين( مرتبط بمجموعتي فوسفات ،ويرتبط مع

بروتين الإنزيم عن طريق البيروفوسفات.

-٤٥١-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

ويعمل الإنزيم ومعاونه على تحويل حامض البيروفيك إلى أسيتاهيد.

O

CHO + CO2

CH3

Thiamin pyrophosphate

Decrboxylase

COOH

Acetaldehyde

C

CH3

Pyruvic acid

-٢فلافين النيوكليوتيد :Flavin nucleotide

ويوجد منه نوعين كل منهما يحتوى على وحدة ريبوفلافين وهي فيتامين ب٢ وأحدهما عبارة عن أحادي نيوكليوتيد )Flavin mononucleotide (FMN ويتكون من فلافين مرتبط بوحدة م .ربيتول وهذه مرتبطة بوحدة حمض فوسفوريك.

أما النوع الثاني فهو ثنائي النيوكليوتيد )Flavin adenine dinucleotide (FAD وكلا النوعين مرتبط ببروتين الإنزيم ويكسبه اللون الأصفر.

Pi

)Flavin mononucleotide (FMN

-٤٥٢-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

)Flavin adenine dinucleotide (FAD

وتعمل هذه الإنزيمات في تفاعلات الأكسدة والإختزال باستقبال ذرتي هيدروجين لأكسدة المواد أو إعطاء ذرتي أيدروجين في عمليات إختزالها.

-٤٥٣-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

-٣بيريدوكسامين فوسفات :Pyridoxamine phosphate وهو يعمل كمرافق إنزيمي لأنزيمات ) Transaminaseأي أنه يعمل في تفاعلات نقل مجموعة الأمين مثل تفاعل إضافة مجموعة الأمين إلى حمض الجلوتاريك لتكوين حمض الجلوتاميك( .كما تعمل بعض هذه الإنزيمات في تفاعلات إزالة مجموعة كربوكسيل الأحماض وينتمي لهذه المجموعة فوسفات بيرودكسال وهو أيضا أحد أفراد فيتامين ب ٦ويعمل في نفس التفاعلات.

-٤البيوتين :Biotin

وهو مرتبط مع بروتين الإنزيم ويعمل في تفاعلات إدخال ثاني أكسيد الكربون في المركبات وتثبيته في صورة مجموعة كربوكسيل ،والشكل التالي يوضح البيوتين وهو مرتبط ببروتين الإنزيم مكون مركب وسطي يسمي .Biocytin

-٤٥٤-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

والمعادلات التالية توضح تفاعل إضافة مجموعة كربوكسيل لمركب الإينول بيروفك ليكون حمض الأوكسالوأسيتك وكيفية عمل البيوتين في هذا التفاعل:

Enzymes classification

تقسيم الإنزيمات

يمكن تقسيم الإنزيمات إلى قسمين:

أولا :إنزيمات تفرز وتعمل خارج الخلية Extra cellular enzymes ثانيا :إنزيمات تفرز وتعمل داخل الخلية Intra cellular enzymes

*وقد قسمت الإنزيمات سنة ١٩٦١بواسطة الإتحاد الدولي للكيمياء الحيوية ) Intrnational Union Biochemistry (I.U.Bإلى ستة أقسام رئيسية بالترتيب

الآتي-:

التأكسد والإختزال Oxidoreductases الناقلة Transferases التحلل المائي Hydrolyses كسر الجزيء دون إدخال ماء مع إدخال رابطة زوجية في كل جزء Lyases التشابه Isomerases-٤٥٥-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

التخليق أو التكوين )باستخدام Ligases or Synthetases (ATPويراعي في التقسيم الجديد أن كل قسم من الأقسام الستة ينقسم إلى تحت أقسام تبعا للتخصص وبذلك يكتب قبل إسم الإنزيم أربعة أرقام كل رقم منهم له دلالته

وذلك

الخاصة بحيث يمكن التعرف على الإنزيم من خلال هذه الأرقام:

الرقم الأول:

فمثلا

وهذا الرقم يدل على أن الإنزيم يتبع في التقسيم العام المجموعة كذا ....

رقم ) (١يدل على أن الإنزيم يتبع المجموعة الأولى )إنزيمات التأكسد والإختزال(.

تبعا للأقسام الرئيسية:

الرقم الثاني :وتختلف دلالته

المجموعة الأولى :إذا كان الرقم الثاني ) (١فهذا يدل على أن المادة تأخذ هيدروجين من الكحول أما إذا كان الرقم الثاني ) (٢فهذا يدل على أن المادة تأخذ

هيدروجين من الألدهيد.

المجموعة الثانية :يدل الرقم الثاني على طبيعة المجموعة المنقولة ،فإذا كان الرقم ) (١دل ذلك على أن المجموعة المنقولة بها ذرة كربون واحدة ،واذا كان الرقم ) (٢دل ذلك على أن المجموعة المنقولة عبارة عن ألدهيد ،أما إذا كان الرقم )(٣ فإن ذلك يدل على أن المجموعة المنقولة عبارة عن أسيتيل ..وهكذا.

المجموعة الثالثة :وفيها يظهر الرقم الثاني نوع الرابطة ،فإذا كان الرقم الثاني ) (١دل ذلك على أن الرابطة عبراة عن رابطة إستر ،أما إذا كان الرقم ) (٢دل ذلك

على أن الرابطة جلوكوزيل.

الرقم الثالث:

ويعطي فكرة أوضح عن طبيعة تفاعل الإنزيم:

المجموعة الأولى :الرقم الثالث يدل على المادة القابلة للهيدروجين ،فإذا كان الرقم ) (١تكون المادة القابلة للهيدروجين هي . NAD or NADPأما إذا كان

-٤٥٦-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

الرقم ) (٢تكون المادة القابلة للهيدروجين عبارة عن سيتوكروم ،أما إذا كان الرقم )(٣

تكون المادة القابلة للهيدروجين هو الأكسجين.

المجموعة الثانية :يدل الرقم الثالث فيها على نوع المجموعة المنقولة ،فإذا كان الرقم ) (١دل على أن المجموعة المنقولة عبارة عن ميثيل ،أما إذا كان الرقم ) (٢دل على أن المجموعة المنقولة هي هيدروكسي ميثيل ،أما إذا كان الرقم ) (٣فإن

المجموعة المنقولة تكون كربوكسيل ...وهكذا.

الرقم الرابع:

يدل الرقم الرابع على الرقم المسلسل لوضع الإنزيم في الترتيب العام للإنزيمات.

المجموعة الأولي :إنزيمات الأكسدة والإختزال Oxidoreductases

جنبا إلى جنب

تتم التفاعلات الخاصة بالأكسدة والإختزال في التفاعات الحيوية والأكسدة البيولوجية لا تتم في الجسم على خطوة واحدة بل في عدة خطوات وسطية يكون آخرها الأكسجين .وتبدأ بنزع الهيدروجين بواسطة إنزيمات Dehydrogenase

وقرائن الإنزيمات الخاصة بكل تفاعل.

ويطلق على الماد المعطية للهيدروجين Hydrogen donerوالمادة المستقبلة

أحيانا لا تنتقل ذرة الهيدروجين كما هي بل

للهيدروجين Hydrogen acceptorو

تنتقل الإلكترونات وتعمل عملية إختزال باتحادها مع مركب آخر كما في حالة إختزال

الحديديك إلي حديدوز.

Fe+++ + e

Fe++

ويلاحظ أن قرين الإنزيم المختزل ينزع منه الهيدروجين بواسطة الفلافوبروتينات

والأخيرة تنقسم إلي نوعين:

) (١فلافوبروتين ينزع الهيدروجين من NADH2 & NADPH2

FADH2 + NAD

NADH2 + FAD

-٤٥٧-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

) (٢فلافوبروتين ينزع الهيدروجين من مركبات أخرى غير NADH2 & NADPH2

مثل أكسدة حامض السكسينيك إلى فيوماريك:

COOH

COOH

FADH + H +

+

CH

+ FAD

CH2

CH2

CH

COOH

Succinic acid

COOH

Fumaric acid

ويلاحظ في هذه الحالة أن الفلافوبروتين تحتوي على معدن وتسمى Metal flavoproteinويمكن أن يتحد الهيدروجين الموجود في FADH2مباشرة مع الأكسجين الجوى كما في حالة Xanthine oxidaseوتسمى في هذه الحالة

.Aerobic dehydrogenase

Uric acid + FADH + H+

Xanthine + FAD

FAD + H2O

FADH2 + 1/2 O2

وفي بعض الأحيان لا يمكن إتحاد FADH2مع الأكسجين مباشرة إلا في

وعموما

وجود السيتوكروم ويسمى في هذه الحالة An aerobic dehydrogenase

فإنه توجد ثلاثة أنواع من الإنزيمات الأخيرة وهي:

-١أنواع لا تحتاج إلى فلافوبروتين مثل الإنزيم الخاص بأكسدة حامض

اللاكتيتك بواسطة .NAD

-٢أنواع dehydrogenaseتابع للفلافوبروتين ويؤكسد

NADPH2

-٣أنواع dehydrogenaseتابع للفلافوبروتين ويؤكسد مواد أخرى غير

NADH2 & NADPH2

ويعمل السيتوكروم كعامل وسيط بين An aerobic dehydrogenase

& NADH2

والأكسجين الجوي حيث يتحد الهيدروجين الناتج من Substrateمع الأكسجين

الجوي ليكون ماء.

-٤٥٨-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

عمليات الأكسدة البيولوجية :Biological oxidation من المعروف أن كل عملية أكسدة تكون مصحوبة بعملية إختزال .وبالرغم من أن

جدا ولازم ويحتمل أن

جميع عمليات الأكسدة لا تتضمن الأكسجين إلا أنه ضروري معظم أنسجة الجسم )إن لم يكن جميعها( تحتاج الأكسجين لإتمام عمليات الأكسدة الحيوية .وبالرغم من ذلك فإن المراحل المتوسطة لهذه العمليات قد تستمر في غياب الأكسجين .وتعرف التفاعالات الكيمائية التي تحدث أثناء تفاعلات التمثيل الغذائي داخل الخلية بعمليات الأكسدة الفسيولوجية .Physiological oxidation ومن المعروف أن الأكسجين لا يستطيع أن يؤكسد المواد الفسيولوجية خارج

جدا مثال ذلك :أن الأكسجين لا يستطيع

الجسم عند درجة ح اررته إلا بمقدار ضئيل

أن يؤكسد مادة الهيبوزانثين Hypoxanthineوحده .واذا سخن مع حامض النتيريك

ملامسا لخلايا الكبد المحتوية

لدرجة الغليان فإنه لا يتأكسد أما إذا كان الهيبوزانثين

على إنزيم زانثين أوكسيديز Xanthine oxidaseفإنه يتأكسد بسرعة في وجود

الأكسجين ويتحول إلى زانثين .Xanthine

وبناء على ذلك فإن الجسم يحتوي على عوامل تجعل هذه التفاعلات ممكنة في درجة ح اررته وكذلك تمكنه من إستخدام الطاقة الناتجة من عمليات الأكسدة في بناء مواد أخرى قبل أن تتحول هذه الطاقة إلى ح اررة أو طاقة كهربائية أو غيرها.

العوامل الكيميائية الحيوية التي تتضمن في عمليات الأكسدة البيولوجية هي:

• الإنزيمات Enzymes

• قرائن الإنزيمات Co-enzymes

• المواد القابلة للهيدروجين Hydrogen acceptor • المواد الحاملة للهيدروجين Hydrogen carriers هذا وتسمى الإنزيمات التي تؤثر على المادة الداخلة في التفاعل وتجعلها تفقد

-٤٥٩-