التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

ذرتي هيدروجين بإنزيمات الديهيدروجينيز Dehydrogenaseأما تلك التي تؤثر في الأكسجين وتجعله قادر على القيام بدوره في الأكسدة فتسمى بإنزيمات الأكسيديز

.Oxidase

أنواع الأنظمة المؤكسدة Types of oxidation systems

النوع الأول:

وفيه ينشط هيدروجين المادة الداخلة في التفاعل Substrateبواسطة إنزيم Dehydrogenaseالخاص بها بطريقة تجعله يستطيع أن يتفاعل مع عامل مؤكسد

مناسب أو مع الأكسجين.

ويلاحظ أن هناك إتحاد مؤقت بين المادة التي تقبل الهيدروجين والمادة الداخلة في التفاعل Substrateعلى الجزء البروتيني لإنزيم Dehydrogenaseبحيث يمر الهيدروجين من المادة الداخلة في التفاعل Substrateإلى المادة التي تحمله ثم تنفصل المادة المتأكسدة والمختزلة من إنزيم .Dehydrogenaseوتتكرر هذه

العملية بنفس الطريقة مرة أخرى ...وهكذا.

جدا نذكر منها:

والأمثلة على هذا النوع من الأنظمة المؤكسدة كثيرة

dehydrogenase

Oxidized form + H2O2

Substrate

وينتج عن هذا التفاعل فوق أكسيد الهيدروجين الذي يتحلل بواسطة إنزيم

Catalaseإلى ماء وأكسجين.

2H2O + O2

Catalase

2H2O2

النوع الثاني:

ويحتاج هذا النوع إلى وسيط لحمل الهيدروجين بين المادة الداخلة في التفاعل والأكسجين وهذا الوسيط هو السيتوكروم .Cytochrome

-٤٦٠-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

dehydrogenase

Oxidized form + Cytochrome H2

Cytochrome + H2O

Cytochrome oxidase

Substrate

Cytochrome H2

النوع الثالث:

بسيطا ذلك

إختلافا

وهذا النوع من الأنظمة المؤكسدة يختلف عن النوع الثاني

لأنه يتضمن مادتين حاملتين للهيدروجين ولا يحتاج إلى إنزيم Oxidaseويشتمل هذا النوع على قرين إنزيم ) (Co Iوالفلافوبروتين .ويمكن أن يتأكسد الفلافوبروتين

مرة أخرى بواسطة الأكسجين.

+ Co - I H2

dehydrogenase

Oxidized form

Substrate

Co- I

+ Flavoprotein red.

+ Flavoprotein oxid

Co - I

+ 1/2 O2

Flavoprotein oxid

Co - I H2

Flavoprotein red.

النوع الرابع:

وهذا النوع من التفاعلات يشمل سلسلة تفاعلات أكبر منها في النوع السابق.

وهو عبارة عن إتحاد النوعين السابقين )الثاني والثالث( ويمثل فيه )(Co I

والفلافوبروتين والسيتوكروم كما يلي:

Oxidized form + Co - I H2

dehydrogenase

Co- I

Substrate

Co - I + Flavoprotein red.

Co - I H2 + Flavoprotein oxid

Flavoprotein oxid + Cytochrome red.

Flavoprotein red. + Cytochrome

Cytochrome oxid + H2O

Cytochrome oxidase

Cytochrome red.

+ 1/2 O2

ومما سبق يتضح أنه لا بد من وجود الأكسجين في النهاية لكي يستغل الهيدروجين الناتج عن المادة الداخلة في التفاعل Substrateفي عمليات الأكسدة

البيولوجية.

-٤٦١-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

أنواع إنزيمات الأكسدة والإختزال:

Oxidases -I

وهي مجموعة من الإنزيمات التي لا بد لها من إستعمال الأكسجين الجوي كمادة قابلة للهيدروجين ولا تستطيع إستعمال أي بديل له .وهذه الإنزيمات عبارة عن

غالبا Prosthetic groupولكن قد يوجد مرتبط مع

بروتينات مرتبطة ولا يوجد لها

هذه الإنزيمات بعض أيونات المعادن مثل النحاس أو الحديد.

ومن أمثلة هذه الإنزيمات ما يلي:

أولا:الفينول أكسيديز Phenol oxidases

)Monophenol oxidase (١

وهذا الإنزيم يؤكسد الفينول إلى أرثو كينون وهو موجود في نبات عش الغراب ولا يعطي هذا الإنزيم الهيدروجين إلى غير الأكسجين.

Mono phenol oxidase

+ H2O2

+ O2

O

O

Orthoquinon

OH

Phenol

)Polyphenol oxidase (٢

وفصل هذا الإنزيم من نبات عش الغراب وكذلك من نبات البطاطس ويحتوي على النحاس ولا يؤثر على الفينولات الأحادية ولكن على الفينولات الثنائية مثل الكاتيكول حيث يحوله إلى الكينون وهو المسؤل عن تلون لب الخضروات باللون

الأسود عند تعريضها للجو.

O

OH

O

OH

Poly phenol oxidase

+ H2O

Quinone

+ 1/2 O2

Catechol

-٤٦٢-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

ثانياAscorbic acid oxidase:

ويوجد في كثير من النباتات ويعمل على أكسدة حامض الأسكوربيك إلى مركب

الديهيدرواسكوربيك كالأتي:

+ 1/2 O2

Ascorbic acid oxidase

ووجود حامض الأسكوربيك في النبات يمنع إسوداد النبات وذلك بتحويل الكينون

إلى فينول .ويحتوى هذا الإنزيم على النحاس.

Aerobic dehydrogenase -II

وهذه الإنزيمات يمكنها أن تعطي الهيدروجين مباشرة للأكسجين أو يمكنها أن تعطي الهيدروجين لعامل وسيط آخر مثل أزرق الميثلين أو أي عامل وسيط آخر.

وغالبا ما ينتج من التفاعل فوق أكسيد الهيدروجين ،ويحتوى هذا الإنزيم على

أيضا على معدن مثل النحاس أو الحديد أو المولبيدنم

Prosthetic groupويحتوى

ويسمى في هذه الحالة .Metalo flavoprotein

ومن أنواعها:

)D. Amino acid oxidase (١

يحتوى على Prosthetic groupويحتاج لقرين إنزيم FADويعمل على جميع الأحماض الأمينية الموجودة في صورة ) (Dما عدا حامض الجلوتاميك.

وعموما يساعد هذا الإنزيم على عملية الأكسدة

ويوجد هذا الإنزيم في الكلى والكبد.

ونزع مجموعة الأمين Oxidative deaminationوبذلك تتحول الأحماض الأمينية

-٤٦٣-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

إلى أحماض كيتونية كالآتي:

O + NH3

C

R

+ H2O

NH

C

-2H

R

NH2

H

C

COOH

COOH

COOH

Keto acid

Imino acid

D. amino acid

R

)L. Amino acid oxidase (٢

ويوجد هذا الإنزيم في سم بعض الحيات .ويعمل على إزالة المجموعة الأمينية من جميع الأحماض الأمينية الموجودة في صورة ) (Lويحولها إلي الأحماض

الكيتونية المقابلة لها.

Keto acid + NH3 + H2O2

L. Amino acid + H2O + O2

)Xanthine oxidase (٣

ويوجد في اللبن بكثرة وبعض أنسجة النبات ويحتوى على المولوبيدنم ويعمل مع قرين الإنزيم FADويؤثر على الهيبوزانثين حيث يؤكسده إلى زانثين في وجود الماء ويتحول الأخير إلى حمض اليوريك في وجود الأكسجين.

Xanthine

O2

Hydroxanthine hydrate

Hydroxanthine + H2O

Uric acid + FADH + H+

Xanthine + FAD

يوجد إنزيم آخر يشابه إنزيم الزانثين أكسيديز في اللبن ويسمى Schardinger enzymeوهو يساعد على أكسدة الألدهيدات إلى أحماض كربوكسيلية.

O

+ H2 O2

C

OH

R

+ O2

OH

CH

OH

O

R

+ H 2O

C

R

H

)Aldehyde oxidase (٤

وهو يؤكسد الألدهيدات إلى أحماض كربوكسيلية ولكن لا يؤكد الزانثين .وهو

موجود في الكبد ويحتوى على .Prosthetic group

-٤٦٤-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

)Glucose oxidase (٥

وهذا الإنزيم يؤكسد البيتاجلوكوز إلى حمض جلوكونك .كما يوجد إنزيمات أخرى

تحول جميع السكرات إلى أحماض ألدونية.

O

COOH

HO

C

+ H2O2

OH

H

H

HO

OH

H

OH

H

O

CH

OH

H

H

HO

OH

H

O

OH

H

H

HO

OH

H

H

H

CH2OH

CH2OH

Gluconic acid

CH2OH

Delta D. gluconolactone

Beta D. glucopyranose

مصير فوق أكسيد الأيدروجين المتكون:

يتكون مركب فوق أكسيد الهيدروجين في الجسم من عمليات الأكسدة المختلفة كما سبق .وتعمل إنزيمات كثيرة على هدم فوق أكسيد الهيدروجين لأنه سام .ومن

هذه الإنزيمات-:

Peroxidase -١

يوجد في النبات واللبن ويتحد هذا الإنزيم مع فوق أكسيد الهيدروجين ويكون مركب نشط يمكن أن يأخذ الهيدروجين من أي مركب آخر .ويوضح ذلك كما يلي:

+ 2H2O

)A (oxidized

AH2 + H2O2

Catalase -٢

يوجد في النبات والأنسجة الحيوانية ويحتوي على مجموعة هيم ) Heam (groupويعمل في تفاعل يكون مستقبل الهيدروجين Hedrogen acceptor ومعطي الهيدروجين Hedrogen donerهو فوق أكسيد الهيدروجين كالآتي:

+ 2H2O

O2

Catalase

-٤٦٥-

H 2 O 2 + H 2O 2

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

وهذا الإنزيم متخصص بشدة لفوق أكسيد الهيدروجين ولا يؤثر على فوق

الأكاسيد الأخرى.

Anaerobic dehydrogenase -III

يمكن تقسيم هذه الإنزيمات اللاهوائية إلى ثلاثة أقسام-:

-١إنزيمات ديهيدروجينيز Dehydrogenaseتحتاج إلي NAD -٢إنزيمات ديهيدروجينيز Dehydrogenaseتحتاج إلي NADP -٣إنزيمات ديهيدروجينيز Dehydrogenaseلاتحتاج إلي NADأو

NADP

أولا :إنزيمات ديهيدروجينيز Dehydrogenaseتحتاج إلي NAD

Glycerol phosphate dehydrogenase -١

وهو يحول الألفا جلسرول فوسفات إلي مركب الداي هيدروكسي أسيتون فوسفات في وجود NADكما يتضح من المعادلة التالية:

CH2 O P

CH2 O P

+ NADH + H+

O

+ NAD

C

CH OH

CH2 OH

CH2 OH

Dihydroxy acetone phosphate

Alpha glycerol phosphate

Lactic dehydrogenase -٢

وهو متخصص لحمض اللاكتيك ويمكن أن يعمل مع قرين الإنزيم NADPولكن سرعة التفاعل تقل مائة مرة مقارنة بالتفاعل الأصلي في وجود قرين الإنزيم .NAD

COOH

COOH

+ NADH + H+

O

+ NAD

C

CH OH

CH3

CH3

Pyruvic acid

Lactic acid

-٤٦٦-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

Malate dehydrogenase -٣

أيضا مع قرين

وهو متخص بالنسبة حمض المايك في الصورة ) (Lويعمل الإنزيم NADPولكن تقل سرعة التفاعل خمسة عشرة مرة.

COOH

COOH

CH2

+ NADH + H+

O

CH2

+ NAD

C

CH OH

COOH

COOH

Oxaloacetic acid

Malic acid

Alcohol dehydrogenase -٤

وهذا الإنزيم مرتبط به زنك .ويوجد في هذا الإنزيم مجموعة ).(SH وهذا الإنزيم يعمل على الكحولات الأولى والثانية وينتج من الأول ألدهيدات ومن

الثانية كيتونات كما يلي:

OH

O

NADH + H+

+

CH

+ NAD

R

CH2

HO

HO

+ NADH + H+

O

R

NAD

C

+

CH OH

HO

HO

L. glutamic dehydrogenase -٥

وهذا الإنزيم متخصص بالنسبة لحمض الجلوتاميك في الصورة ) (Lوأمكن

أيضا مع قرين الإنزيم . NADP

فصل عدة إنزيمات من هذه المجموعة تعمل

COOH

COOH

COOH

CH2

CH2

CH2

CH2

+ NH3

O

C

COOH

Alpha keto glutaric

H2O

+ NADH + H+

CH2

NH

C

COOH

Imino form

-٤٦٧-

+ NAD

CH2

CH NH2

COOH

L. glutamic acid

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقه

ثانيا :إنزيمات ديهيدروجينيز Dehydrogenaseتحتاج إلى NADP

Glucose-6-phosphate dehydrogenase -١

وهذا الإنزيم متخصص بالنسبة للصورة ) (Dمن الجلوكوز فقط ويتم التفاعل

كمايلي:

O

COOH

OH

C

OH

H

H

HO

+ NADPH +H+

OH

H

H 2O

OH

H

HC

OH

H

H

HO

OH

H

OH

H

H

HO

OH

H

+ NADP

O

O

H

CH2O P

H

CH2O P

Phosphogluconic acid

CH2O P

Delta lactone

Glucose-6-phosphate

وعملية تحويل الجلوكوز -٦-فوسفات إلي حمض الفوسفوجلوكونيك مهمة في

تكوين السكرات الخماسية من السكرات السداسية.

Isocitric acid dehydrogenase -٢

ويعمل على تحويل حمض الأيزوستريك إلي حمض الأوكسالوسكسينيك في

وجود قرين الإنزيم .NADP

+ NADPH +H+

COOH

C

COOH

HC

COOH

H2C

O

+ NADP

COOH

H

C

COOH

HC

COOH

H2C

HO

Iso citric acid

Oxalosuccinic acid

Malate dehydrogenase -٣

يساعد هذا الإنزيم على أكسدة ونزع ثاني أكسيد الكربون من حمض الماليك

ويحتاج في تفاعلاته إلى منجنيز.

-٤٦٨-

المواد الحاملة للطاقة -التمثيل الغذائي

COOH

CH3

NADPH + H+

+

CO2

+

O

+ NADP

C

CH2

CH OH

COOH

Pyruvic acid

COOH

Malic acid

ثالثا :إنزيمات ديهيدروجينيز Dehydrogenaseلاتحتاج إلي NADأو

NADP

L- lactic dehydrogenase -١

وهذا الإنزيم من نوع Metaloflavoproteinويعمل في وجود أزرق الميثلين ) (M.Bالذي يعمل كحامل للهيدروجين ،ويقوم الإنزيم بتحويل اللاكتيك )في صورة

(Lإلي حمض البيروفيك.

CH3

CH3

+ M.B. H2

O

+ M.B

C

CH OH

COOH

COOH

Pyruvic acid

L-lactic acid

Succinic acid dehydrogenase -٢

وهذا الإنزيم من نوع Metaloflavoproteinويحتوى على حديد ويحتاج إلى فوسفات .ويمكن وقف عمل هذا الإنزيم بواسطة إضافة بعض المثبطات المنافسة مثل حمض المالونيك والماليك والأكسالوأسيتيك .وهذا الإنزيم يحتوى على مجموعة ).(SH

COOH

COOH

M.B. H2

+

+ M.B

CH

CH2

CH2

CH

COOH

COOH

Succinic acid

Fumaric acid

Glycerophosphate dehydrogenase -٣

يساعد هذا الإنزيم على أكسدة مركب فوسفات الجلسرين في وجود أزرق

الميثلين.

-٤٦٩-