التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

انزيمات الاكسجينيز يحفز النقل المباشر وتربط الاكسجين بجزئى المادة

substrate

Oxygenases catalyze the direct transfer and incorporation of

oxygen into a substrats molecule

انزيمات الاكسجينيز تختص بتكوين اوتكسير عديد من الأنواع المختلفة للمركبات التمثيلية metabolitesاكثر من المشاركة في تفاعلات هدفها تدبير احتياطى الطاقة Provisionفي الخلية .انزيمات هذه المجموعة تحفز ربط الاكسجين في جزئى ال ،substrateوهذه تتم في خطوتين:

ربط الأكسجين إلى الإنزيم في مكان نشط .The active site التفاعل يتم باختزال الأكسجين المربوط أو النقل إلى .substrate

وتقسم انزيمات الاكسيجيز إلى مجموعتين:

انزيمات دى اكسجنيز )اكسى ترانس فيريز ،واكسجينيز الحقيقية( يربط كل

من ذرات الاكسجين إلى ال :substrate

Dioxy genases (oxygen transferases, True oxygenases) Incorporate

both oxygen atoms into the substrate

التفاعل الرئيسى:

A + O2

AO2

وأمثلة هذه النوعية من الانزيمات التي تحتوي على حديد مثل هوموجبنتيسات دى اكسيجينيز -٣ ،homogentisate dioxygeneseهيدرواكسانث اررنيلات دى اكسجينيز 3-hydroxyanthranilate dioxygenaseمن حزء السائل العلوى من الكبد .the supervatant fraction of the liverوتستخدم الانزيمات الهيم

Hemeمثل L-tryptophan dioxygenaseمن الكبد.

انزيمات مونواكسجينيز )تأثير مخلوط اكسيديز وهيدروكسيلز( تربط فقط درة

واحدة من الاكسجين إلى :substrate

)(mixed-function oxidases, hydroxylases

-٧٥٦-

Monooxygenases

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية incorporate only one atom of oxygen into the substrate تختزل ذرة الاوكسيجن الاخرى إلى ماء ،بالاضافة إلى انها معطى للأكترونات

أو cosubstrateوهذه ضرورة لهذا الغرض.

A-OH + H2O + Z

A – H + O2 + ZH2

جدا لهيدروكسله

انظمة ميكروسومال سيتكروم P – 450مونو اكسيجينيز هامة

عديد من الادوية:

Microsomal cytochrome P-450 mono oxygenase systems are important for the hydroxylation of many drugs هذه المونواكسجينيز موجودة في الميكروسومات الكبد مع سيتكروم P – 450

وسيتكروم ،b5كل من NADPH , NADH

يعطى مكافئات اختزاليه لاختزال

هذه السيتوكرومات والتى بالتإلى تتأكسد بواسطة .substrates شكل رقم )Electron transport chain in microsomes. Cyanide (CN) :(٦١

inhibits the indicated step

في سلسلة تفاعلات انزيمية تعرف The hydroxylases cycle

hydroxylase

DRUG-H+O2+2Fe2++ 2H+

)DRUG-OH + H2O+2Fe3+(P-450) (P-450

-٧٥٧-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

Cytochrome P.450 hydroxylase cycle in microsomes. :(٦٢) شكل رقم The system shown typical of steroid hydroxylases of the adrenal cortex.

Liver microsomal cytochrome P.450 hydroxylase does not require the iron-sulfur protein Fe2S2. Carbon monoxide (CO) inhibits the

indicated step.

:من خلال الادوية التي تمثل بواسطة هذا النظام

aminopyrine, aniline, morphine and benz

Benzpyrene,

phetamine.

لها القدرة على انتاج انزيماتPhenobarbital كثير من الادوية مثل

.P-450 الميكروسومال والسيتوكروم

مونو اوكسجينيز يحفز هيدروكسلةP-450 انظمة الميتوكوندريا سيتكروم

:الأستيرويدات

Mitochondrial cytochrome P-450 monooxygenase systems

catalyze steroidal hydroxylations

adrenal هذه الانظمة موجودة في الانسجة الاسيتروجتيك مثل قشرة الادرينال وهي تختصplacanta والمشيمةovary المبيض،testis والخصيهcortex

من الكوليسترولSteriod hormones

بتكوين هرمونات الاستيرويدات

11 B and 18 عند كسر السلسلة الجانبيه عندC22 ،C2O )هيدروكسيله في

-٧٥٨-

تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية-""التمثيل الغذائي للطاقة- المواد الحاملة للطاقة

.( موضع١٨ ، بيتا١١ ،positions

يحفزRenal systems كما أن انظمة الكلية

1 α – and 24 – hydroxylation of 25-hydroxy cholecalciferol.

. 26 hydroxylation in bile acid biosynthesis في الكبد يحفز يكون ستة مرات اكثر منP-450 سيتكروم ميتوكوند، في قشرة الادرينال.السيتوكرومات للسلسة التنفسية نظام مونو اكسجينيز يتكون من ثلاث مركبات موضوعة في داخل الغشاء.الداخلى للميتوكوندريا - NAD – specific FAD containing flavoprotein.

- Fe2 S2 protein (adrenodoxin).

- Cytochrome P-450.

Mitochondrial cytochrome P.450 monooxygenase system :(٦٣) شكل رقم Fe2S2. iron-sulfur protein (adrenodoxin) not that because NADP(H)

cannot penetrate the mitochondrial membrane. Sources of reducing equivalents are confined to substrates such as malate and isocitrate for which there are intramitochondrial NADP. Specilic dehydrogenases

-٧٥٩-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

السوبر اكسيد الأصول الحرة قد تسبب سمية الأكسجين:

The superoxide free radical may account for oxygen toxicity

وحديثا الحالة التي

الاكسجين مادة سامة ،هذه السمية تعزى إلى تكوين H2O2

يمكن أن يختزل الاكسجين في الانسجة إلى انيون سوبر اكسيد الأصول الحرة The

أيضا وجود

) superoxide anion free radical (O`2و

superoxide

غما عدم الظروف اللاهوائية الاجبارية( يقترح

dismutaseفي الكائنات الهوائية )ر

أن سيمة الاكسجين ترجع إلى تحويله إلى سوبر اكسيد ،ومع ذلك لا يوجد ادلة

مباشرة لسمية السوبر اكسيد.

ويتكون السوبر اكسيد عند اختزال الفلافينات الموجودة مثال في الزاثين اكسيديز يعاد الأكسدة احادية التكافؤ univaletlyبالاكسجين الجزئى ،وممكن تتكون خلال اكسدة احادى التكافؤ univalent oxidationsمع الأكسجين الجزئى molecular

oxygenفي السلسلة التنفسية.

Enzh + O`2 + H+

Enzh2 + O2

السوبر اكسيد ممكن يختزل السيتكروم .C

2+

)O`2 + Cyt c (Fe3+

) Superoxide O2 + Cyt c (Fe

Dismutase

او يزال بوجود الإنزيم المختص بسوبر اكسيد ديسميتيز.

O`2 + O`2 + 2 H+

H2O2 + O2

أيضا عامل مختزل،

في هذا التفاعل يعمل السوبر اكسيد كعامل مؤكسد و وتوضح التأثيرات الكيماوية للسوبر اكسيد في الانسجة بسلسلة تفاعلات الأصول الحرة Free-redical chain reactionsوهي تفترض أن O`2المرتبطة بالسيتكروم P-450مركب وسطى في تنشيط الاكسجين في تفاعلات الهيدروكسلة

.hydroxylation

-٧٦٠-

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية شكل رقم )Mitochondrial cytochrome P.450 monooxygenase :(٦٤ system Fe2S2. iron-sulfur protein (adrenodoxin) not that because NADP(H) cannot penetrate the mitochondrial membrane. Sources of reducing equivalents are confined to substrates such as malate and isocitrate for which there are intramitochondrial NADP. Specilic

dehydrogenases

تأثير superoxide dismutaseقد يكون حماية الكائنات الهوائية ضد التأثيرات السلبية للسوبربيروكسيد ،ويوجد الإنزيم في كثير من المركبات والتراكيبات المختلفة في الخلية ،ويتركب The cytosolic enzymeمن وحدتين متماثلتين كل واحدة تحتوي على مكافئ واحد من ،Zn2- ،Cu2-بينما انزيمات الميتوكوندريا تحتوي على Mn2-مثل الإنزيم الموجود في البكتريا.

وهذا يؤكد الافتراض أن الميتوكوندريا تتطور من Prokaryoteالتي تدخل

بالتكافل symbiosisمع .Protoceukaryote

يوجد إنزيم The dismutaseفي جميع الانسجة الهوائية الكبرى ،رغم تعريض

-٧٦١-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

الحيوانات لجو يحتوى %١٠٠اكسجين بسبب اقلمة زائدة للأنزيم ،خاصة في الرئتين ،والتعرض الطويل يؤدى لتدمير وتلف الرئة والوفاة ،وتعمل مضادات الاكسدة مثل الفاتوكوفيرول )فيتامين ه( كعامل انقاذ من الأصول الحرة مثل O2-وتقلل سمية

الاكسجين.

٤نقاط رئيسية توجز الاكسدة البيولوجية:

4- major points summarize biological oxidation

ودائما تصاحب الاكسدة

-١في الانظمة البيولوجية مثل الانظمة الكيماوية لابد

)فقد الكترونات( الاختزال )مستقبل الكترونات(.

Oxidoreductases -٢تقسم إلى ٤مجموعات:

Oxidases, dehydrogenases, hydroperoxidases and oxyenases.

-٣انزيمات الاوكسيديز والهيدروجينيز لها ادوار متنوعة في التمثيل الغذائي

هاما في عملية التنفس

وكلاهما يلعب دوار

-٤انزيمات الهيدروبيروكسيديز تحمى الجسم ضد التلف بالأصول الحرة وانزيمات اكسجينيز وسيط في تفاعلات الهيدروكسيلية للأدوية.

-٧٦٢-

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية

Overview of intermediary

رؤية في تمثيل المركبات الوسطية

metabolism

مصير مكونات الغذاء بعد عمليات الهضم والامتصاص تكوين مركبات تمثيل وسطية ،intermediary metabolismوتشمل encopassesمدى أو مجال

أيضا محاولات

واسع ليس فقط البحث في وصف مسارات التمثيل للجزيئات منفردة با لفهم علاقتها وميكانيكية تنظيم تدفق المواد الممثلة خلال المسارات المختلفة ،وتقع

مسارات التمثيل في ثلاث نماذج :Categories

شكل رقم )(٦٥

) (١مسارات البناء : Anabolic pathways

وتتضمن تكوين المركبات في الجسم سواء في تركيبة أو حركته ومنها تكوين البروتين والطاقة الحرة اللازمة لهذه العمليات والتى تأتى من النموذج أو المسار التالى.

) (٢مسارات الهدم : Catabolic pathways

وتشمل عمليات الاكسدة التي تطلق طاقة حرة في صورة فوسفات عإلى الطاقة أو مكافئات الاختزال ،مثل السلسلة التنفسية والاكسدة الفوسفورية.

) (٣مسارات امفيبوليه : Amphibolic pathways

لها اكثر من تأثير واحد وتحدث في مسارات فرعية متقاطعة مع المسارات الرئيسية للتمثيل وتعمل كرابط بين المسارات البناء والهدم مثل دورة حمض الستريك.

-٧٦٣-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

الاهمية الطبية الحيوية :Biomedical importance معرفة الميتابوليزم في الحيوان العادى شرط أو متطلب a prerequisiteلفهم العديد من الحالات الخاصة ،والتمثيل العادى يشمل التغيرات والاختلافات والاقلمة في التمثيل والراجع إلى فترات الصيام والاجهاد والحمل والرضاعة ،والتمثيل غير الطبيعى ينتج من النقص الغذائي ونقص الانزيمات والافراز غير الطبيعى للهرمونات ،وأهم مثال للمرض الناتج من التمثيل غير العادى مرض a metabolic

diseaseمرض السكر .diabetes mellitus

مسارات التمثيل الأساسية لإنتاج نواتج الهضم الرئيسية

The basic

:metabolic pathways process the major products of digestion يحدد طبيعة الغذاء النموذج التمثيلى الأساسى في الانسجة ،تحتاج الثدييات مثل الانسان لعملية امتصاص نواتج الهضم الكربوهيدرات – دهون – بروتين الغذاء غالبا جلوكوز وأحماض دهنيه وجليسرول وأحماض أمينية على الترتيب في

وهذه

المجترات )والى مدى اقل العشبيات الاخرى ،(herbivoresتهضم سليلوز العليقة بمعايشة الكائنات الدقيقة تبادل منفعة أو التكافل Symbioticإلى الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة الكربونية )حمض الخليك ،بروبيونك ،بيوتريك( ،وتتأقلم تمثيل الانسجة في هذه الحيوانات لاستخدام الأحماض الدهينة قصيرة السلسلة ك Major ،substratesجميع هذه نواتج هضم تخضع Processedلمساراتها التمثيلية الخاصة بها إلى النواتج العادية Acetyl COAحيث تتأكسد كلية بواسطة دورة

حمض الستريك.

-٧٦٤-

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية شكل رقم ) (٦٦تمثيل الكربوهيدرات يختص بقدر الجلوكوز:

Carbohydrate metabolism is concerused with the fate of glucose يتمثل الجلوكوز إلى بيروفات ولاكتات في جميع خلايا الثدييات بواسطة مسار دورة ،glycolysisوالفسفرة phosphorylationضرورية للجلوكوز للدخول في هذا المسار وتحدث دورة glycolysisفي غياب الأكسجين )لاهوائى( ،عندما يكون الناتج النهائى هو اللاكتات فقط ،والانسجة التي من الممكن أن تستخدم الاكسجين )هوائى( تكون قادرة على تمثيل البيروفات إلى أستيل COAالتي يمكن أن تدخل دورة حمض الستريك للأكسدة الكاملة إلى ثانى اكسيد الكربون والماء مع تحرير طاقة حرة كثيرة مثل ATPفي عملية الاكسدة الفوسفورية ،ويعتبر الجلوكوز هو الوقود الأساسى لانسجة كثيرة ،ولكن يشارك في عمليات اخرى:

) (١تحويل إلى مخزونه من البلمرة ،جليكوجين ،خاصة في العضلات والكبد.

) (٢دورة فوسفات البنتوز والتى تتم من المركبات التمثيلية الوسطية في دورة الجليكوليسيس glycolysisوهي مصدر لمكافئات الاختزال ) (2Hللتكوين الحيوى أيضا مصدر للريبوز وهو هام في تكوين النيكلوتيد

للأحماض الدهنية وهو

-٧٦٥-