تحلل السكر

ال تحلل السكر يحتوي في البشر وفي جميع الكائنات الحية متعددة الخلايا تقريبًا على تحلل متحكم حيويًا للسكريات البسيطة مثل D- الجلوكوز.

تتم عملية تحلل الجلوكوز وتحويله إلى بيروفات في عشر خطوات متتالية ويمكن أن تتم بالتساوي في الظروف الهوائية واللاهوائية.

يُستخدم التحلل الجلدي لتوليد الطاقة ، ويوفر البيروفات المرحلة الأولية الأولى للتخليق الكيميائي الحيوي لبعض المواد. يمر تفكيك الكربوهيدرات عالية الجودة (السكريات المتعددة) أيضًا من خلال تحلل السكر بعد تقسيمه إلى سكريات بسيطة.

ما هو تحلل الجلوكوز؟

تحلل السكر هو عملية استقلابية مركزية لتكسير السكر البسيط D-glucose ويحدث داخل الخلايا في العصارة الخلوية ، الجزء السائل من بلازما الخلية. تتم عملية التحلل في 10 خطوات فردية متتالية يتم التحكم فيها عن طريق الإنزيم. المنتجات النهائية للتوازن الكلي من تحلل السكر لكل جزيء جلوكوز هي 2 جزيئات بيروفات و 2 نيوكليوتيدات ATP و 2 نيوكليوتيدات NADH.

يمكن تقسيم الخطوات الفردية العشر إلى مرحلتين ، مرحلة التحضير من الخطوة 1 إلى الخطوة 5 ومرحلة الاستهلاك من الخطوة 6 إلى 10. مرحلة التحضير سلبية بقوة لعملية التمثيل الغذائي ، لذلك يجب توفير الطاقة على شكل 2 ATP. تكون مرحلة الاستهلاك فقط إيجابية بقوة ، بحيث يكون هناك زيادة في الطاقة على شكل 2 نيوكليوتيدات ATP و 2 نيوكليوتيدات NADH.

في أول خطوتين من تحلل السكر ، يتم نقل مجموعتين من الفوسفات إلى الجلوكوز ، والتي تأتي من 2 من نيوكليوتيدات ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) والتي يتم تحويلها بالتالي إلى نيوكليوتيدات ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين).

في حين أن تحلل السكر حتى تكوين البيروفات يكون مستقلاً عما إذا كانت الظروف المؤكسدة (الهوائية) أو اللاأكسجين (اللاهوائية) هي السائدة ، فإن التمثيل الغذائي الإضافي للبيروفات يعتمد على ما إذا كان الأكسجين متاحًا أم لا. ومع ذلك ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، لم تعد عمليات الانهيار والتحويل الإضافية تنتمي إلى تحلل السكر.

الوظيفة والمهمة

يعتبر تحلل السكر من أهم عمليات التمثيل الغذائي المركزية وأكثرها شيوعًا التي تحدث داخل الخلية. تتمثل مهمة ووظيفة تحلل السكر في التمثيل الغذائي النشط والمادي للسكر البسيط D-glucose.

يعمل ATP ، الذي يتم الحصول عليه كجزء من استقلاب الطاقة مع إضافة الطاقة ونقل مجموعة الفوسفات إلى نيوكليوتيد ADP ، كحامل للطاقة ومورد للطاقة. يتميز المسار عبر ATP بأنه يتم تخزين الطاقة لفترة وجيزة ولا تضيع من خلال تبديد الحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إحضار ATP إلى المكان الذي تكون فيه الطاقة مطلوبة لمسافات قصيرة.

كما أن تحلل السكر الإيجابي بقوة يوفر للخلية بيروفات. يمكن إدخاله إما في دورة حمض الستريك وسلسلة الجهاز التنفسي اللاحقة عن طريق "استهلاك" الأكسجين في ظل ظروف الأكسدة في الميتوكوندريا بالخلايا لتوليد المزيد من الطاقة ، أو يمكن استخدامه كمواد أولية لتخليق المواد المطلوبة.

نواتج التحلل الرئيسية في دورة حمض الستريك هي ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون) و H2O (الماء). تُستخدم الطاقة المنبعثة أثناء عملية الأكسدة في سلسلة الجهاز التنفسي لتفسفر ADP إلى ATP وبالتالي يتم تخزينها لفترة قصيرة.

يعد الانهيار الكامل للجلوكوز إلى الماء وثاني أكسيد الكربون مع إضافة الأكسجين أكثر إنتاجية من حيث الطاقة ، ولكن له عيب أنه لا يمكن أن يحدث إلا في ظل ظروف الأكسدة ، أي في ظل الظروف التي يتوفر فيها الأكسجين الجزيئي بكميات كافية. عندما يتطلب الأمر أداءً عاليًا لعضلات الهيكل العظمي ، يكون إمداد خلايا العضلات بالأكسجين بطيئًا للغاية ، بحيث يتعين عليها سحب الطاقة اللازمة من تحلل السكر.

ميزة أخرى لتحلل السكر هي سرعة العملية العالية ، والتي تعد أضعاف سرعة التحويل داخل دورة حمض الستريك.

الامراض والاعتلالات

تجسد عملية تحلل السكر واحدة من أقدم العمليات الأيضية وأكثرها استقرارًا للكائنات الحية من الناحية التطورية. ربما تم تشكيل تحلل السكر كواحدة من عمليات التمثيل الغذائي الأساسية منذ 3.5 مليار سنة ، قبل وقت طويل من تطور الكائنات متعددة الخلايا ، لأن جميع الكائنات الحية قادرة على تحلل السكر واستخدامها لتوليد الطاقة.

لا يُعرف سوى عدد قليل من الاضطرابات أو الأمراض المرتبطة صراحةً باضطراب تحلل السكر. تؤدي الاضطرابات في عملية تحلل السكر في المقام الأول إلى تأثيرات خطيرة على خلايا الدم الحمراء (كريات الدم الحمراء).

لأنها لا تحتوي على الميتوكوندريا ، فإنها تعتمد على إمداد الطاقة من خلال تحلل السكر. في حالة اضطراب إمداد الطاقة ، يحدث انحلال الدم ، أي تذوب أغشية كريات الدم الحمراء ويمر الهيموجلوبين مباشرة إلى المصل. عادة ما يكون هناك نقص في إنزيم بيروفات كيناز ، بحيث تتوقف عملية تحلل السكر.

يمكن العثور على سبب آخر يؤدي إلى أعراض مشابهة في كريات الدم الحمراء نفسها إذا لم يكن لديها الإنزيم الضروري KKR (إنزيم إنزيم بيروفات كيناز).

يعد مرض Tarui (مرض Tarui) أحد الأمراض القليلة التي تعطل بشكل مباشر عملية تحلل السكر. إنه مرض تخزين الجليكوجين. يتم تحويل الجلوكوز الزائد في مصل الدم مؤقتًا من قبل الجسم إلى سكر بوليمري (جليكوجين) ، والذي يتم تحويله لاحقًا مرة أخرى إلى جلوكوز إذا لزم الأمر ، ليتم استقلابه عن طريق تحلل السكر.

في حالة مرض Tarui ، يؤدي الخلل الجيني الوراثي إلى نقص في إنزيم فسفوفركتوكيناز ، وهو إنزيم يسبب الفسفرة وتحويل الجلوكوز إلى فركتوز -1،6-بيفوسفات (الخطوة الثالثة في تحلل السكر). يتسبب نقص الإنزيم في توقف تحلل السكر بحيث لا يتم تزويد عضلات الهيكل العظمي بالطاقة بشكل صحيح.تتطور التشنجات العضلية المؤلمة وفقر الدم الانحلالي ، ويتحلل غشاء خلايا الدم الحمراء.