معلومة

ما مصير NADH الذي ينتج في الكبد أثناء أكسدة حمض اللاكتيك؟

ما مصير NADH الذي ينتج في الكبد أثناء أكسدة حمض اللاكتيك؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يتم إنتاج NADH ("انخفاض NAD") أثناء أكسدة اللاكتات في الدم في الكبد. يتطلب تحلل السكر NAD+ ('المؤكسد NAD') ، في حين أن الجلوكوزين يتطلب NADH. ومع ذلك ، يبدو أن NADH لا يستخدم دائمًا في تكوين الجلوكوز (كيف يتم استخدام NAD + في تخمير حمض اللاكتيك بعد أن يتأكسد من NADH؟) ، أي أن دورة Cori لا تعمل دائمًا - فماذا يصبح NADH في هذه الحالة؟

أفضل تخميني هو أنه ، جنبًا إلى جنب مع البيروفات ، قد يتم نقله في الدم بطريقة أو بأخرى للقيام بالموقع الذي يحتاج إليه ، ثم يتم نقله إلى سلسلة نقل الإلكترون ، بينما يتم نقل البيروفات إلى كريبس. دورة.


"أفضل تخمين" في هذا السؤال غير صحيح والسؤال نفسه يشير إلى عدم فهم أدوار NAD+ و NADH في استقلاب الطاقة. (لتصحيح هذا ، الفصلين 17 و 18 من بيرج وآخرون. مقترحة.)

إن إنتاج NADH في أكسدة الكربوهيدرات والدهون هو الأساس المنطقي النشط لهذه العمليات. تحت الظروف الهوائية إعادة أكسدة NADH إلى NAD+ عبر تولد سلسلة نقل الإلكترون في الميتوكوندريا * ATP للعمليات النشطة للخلية.

سيكون مصير NADH الناتج عن أكسدة اللاكتات التي تصل إلى الكبد من الدم متشابهًا في ظل الظروف التي لا تكون فيها ضرورية لتكوين السكر (في عكس تفاعل GAPDH). في هذه الظروف ، سيتم إعادة تأكسدها إلى NAD+، وتوليد ATP في الميتوكوندريا *.

[لاحظ أيضًا أنه من المرجح أن تتأكسد البيروفات بواسطة ميتوكوندريا الكبد لإنتاج وسيطة أيضية و ATP ، بدلاً من نقلها إلى الدم. من المؤكد أن NADH لا ينتقل إلى الدم.]

* النقطة المتقدمة: السيتوبلازم والميتوكوندريا NAD

البيان أعلاه ، أن NADH "يعاد تأكسدها إلى NAD+، توليد ATP في الميتوكوندريا "، صحيح ، ولكن يمكن اعتباره يعني أن NADH يدخل الميتوكوندريا. ليس هذا هو الحال لأن NADH و NAD+ لا يمكن أن تمر عبر غشاء الميتوكوندريا (كما علق تومد). ومع ذلك ، فإن الإلكترونات التي تمثل حالة انخفاض NADH فعل تمر عبر الغشاء. يفعلون ذلك تحت ستار الجزيئات الأخرى التي يتم تقليلها في السيتوبلازم بواسطة NADH فيما يعرف باسم مكوكات الإلكترون. تدخل الإلكترونات في سلسلة نقل الإلكترون ويتم قبولها أخيرًا بواسطة الأكسجين الجزيئي. يمكن العثور على مزيد من التفاصيل حول المكوكات في القسم 18.5 من بيرج وآخرون.


9.3: تخمر وتجديد NAD +

ملخص القسم

يناقش هذا القسم عملية التخمير. نظرًا للتركيز الشديد في هذه الدورة على التمثيل الغذائي للكربون المركزي ، فإن مناقشة التخمير تركز بشكل مفهوم على تخمر البيروفات. ومع ذلك ، فإن بعض المبادئ الأساسية التي نغطيها في هذا القسم تنطبق بنفس القدر على تخمير العديد من الجزيئات الصغيرة الأخرى.

الغرض & ومثل من التخمير

أكسدة مجموعة متنوعة من المركبات العضوية الصغيرة هي عملية تستخدمها العديد من الكائنات الحية للحصول على الطاقة من أجل صيانة الخلايا ونموها. أكسدة الجلوكوز عن طريق تحلل السكر هو أحد هذه المسارات. تتضمن عدة خطوات رئيسية في أكسدة الجلوكوز إلى بيروفات تقليل مكوك الإلكترون / الطاقة NAD + إلى NADH. لقد طُلب منك بالفعل معرفة الخيارات التي قد تضطر الخلية بشكل معقول إلى إعادة أكسدة NADH إلى NAD + لتجنب استهلاك المسابح المتاحة من NAD + وبالتالي تجنب إيقاف تحلل السكر. بعبارة أخرى ، أثناء تحلل السكر ، يمكن للخلايا أن تولد كميات كبيرة من NADH وتستنفد ببطء إمداداتها من NAD +. إذا استمر تحلل السكر ، يجب أن تجد الخلية طريقة لتجديد NAD + ، إما عن طريق التوليف أو عن طريق شكل من أشكال إعادة التدوير.

في حالة عدم وجود أي عملية أخرى و [مدش] ، إذا أخذنا في الاعتبار تحلل السكر وحده و [مدشيت] ليس من الواضح على الفور ما يمكن أن تفعله الخلية. يتمثل أحد الخيارات في محاولة إعادة الإلكترونات التي تم تجريدها من مشتقات الجلوكوز إلى المنتج النهائي ، البيروفات ، أو أحد مشتقاته. يمكننا تعميم العملية من خلال وصفها بأنها عودة الإلكترونات إلى الجزيء الذي أزيلت منه ذات مرة ، عادةً لاستعادة تجمعات عامل مؤكسد. هذا باختصار التخمر. كما سنناقش في قسم مختلف ، يمكن لعملية التنفس أيضًا تجديد تجمعات NAD + من NADH. قد تختار الخلايا التي تفتقر إلى سلاسل الجهاز التنفسي أو في الظروف التي يكون فيها استخدام السلسلة التنفسية غير مواتية التخمر كآلية بديلة للحصول على الطاقة من الجزيئات الصغيرة.

مثال: تخمير حمض اللاكتيك

من الأمثلة اليومية على تفاعل التخمير اختزال البيروفات إلى اللاكتات عن طريق تفاعل تخمير حمض اللاكتيك. يجب أن يكون رد الفعل هذا مألوفًا لك: فهو يحدث في عضلاتنا عندما نبذل أنفسنا أثناء التمرين. عندما نجهد أنفسنا ، تتطلب عضلاتنا كميات كبيرة من ATP لأداء العمل الذي نطلبه منها. مع استهلاك الـ ATP ، تصبح خلايا العضلات غير قادرة على مواكبة الطلب على التنفس ، O2 يصبح مقيدًا ، ويتراكم NADH. تحتاج الخلايا إلى التخلص من الفائض وتجديد NAD + ، لذلك يعمل البيروفات كمستقبل للإلكترون ، ويولد اللاكتات ويؤكسد NADH إلى NAD +. تستخدم العديد من البكتيريا هذا المسار كطريقة لإكمال دورة NADH / NAD +. قد تكون على دراية بهذه العملية من منتجات مثل مخلل الملفوف والزبادي. التفاعل الكيميائي لتخمير حمض اللاكتيك هو كما يلي:

بيروفات + NADH وحمض اللبنيك + NAD +

شكل 1. يحول تخمير حمض اللاكتيك البيروفات (مركب كربوني مؤكسد قليلاً) إلى حمض اللاكتيك. في هذه العملية ، يتأكسد NADH ليشكل NAD +. الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

قصة طاقة لتخمير البيروفات إلى اللاكتات

مثال (إذا كانت طويلة قليلاً) قصة الطاقة لتخمير حمض اللاكتيك هو ما يلي:

المتفاعلات هي البيروفات ، NADH ، والبروتون. المنتجات هي اللاكتات و NAD +. تؤدي عملية التخمير إلى تقليل البيروفات لتكوين حمض اللاكتيك وأكسدة NADH لتكوين NAD +. تُستخدم الإلكترونات من NADH والبروتون لتقليل البيروفات إلى اللاكتات. إذا فحصنا جدولًا لإمكانية الاختزال القياسية ، فإننا نرى في ظل الظروف القياسية أن نقل الإلكترونات من NADH إلى البيروفات لتكوين اللاكتات يكون طاردًا للطاقة وبالتالي تلقائيًا حراريًا. تقترن خطوات الاختزال والأكسدة للتفاعل وتحفز بواسطة إنزيم نازعة هيدروجين اللاكتات.

مثال ثانٍ: التخمير الكحولي

عملية التخمير المألوفة الأخرى هي التخمر الكحولي ، الذي ينتج الإيثانول ، وهو كحول. تفاعل التخمير الكحولي هو كالتالي:

الشكل 2. يتألف تخمير الإيثانول من خطوتين. يتم تحويل البيروفات (حمض البيروفيك) أولاً إلى ثاني أكسيد الكربون وأسيتالديهيد. تقوم الخطوة الثانية بتحويل الأسيتالديهيد إلى إيثانول ويؤكسد NADH إلى NAD +. الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

في التفاعل الأول ، تتم إزالة مجموعة الكربوكسيل من حمض البيروفيك ، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون كغاز (قد يكون البعض منكم على دراية بهذا باعتباره مكونًا رئيسيًا للعديد من المشروبات). يزيل التفاعل الثاني الإلكترونات من NADH ، ويشكل NAD + وينتج الإيثانول (مركب مألوف آخر و mdashusually في نفس المشروب) من الأسيتالديهيد ، الذي يقبل الإلكترونات.

اكتب قصة طاقة كاملة لتخمير الكحول. اقترح الفوائد المحتملة لهذا النوع من التخمير لكائن الخميرة وحيدة الخلية.

مسارات التخمير عديدة

في حين أن مسارات تخمير حمض اللاكتيك والتخمير الكحولي الموصوفة أعلاه هي أمثلة ، إلا أن هناك العديد من التفاعلات (عدد كبير جدًا بحيث لا يمكن تجاوزها) التي طورتها الطبيعة لإكمال دورة NADH / NAD +. من المهم أن تفهم المفاهيم العامة وراء ردود الفعل هذه. بشكل عام ، تحاول الخلايا الحفاظ على توازن أو نسبة ثابتة بين NADH و NAD + عندما تصبح هذه النسبة غير متوازنة ، تعوض الخلية عن طريق تعديل التفاعلات الأخرى للتعويض. المطلب الوحيد لتفاعل التخمير هو أنه يستخدم مركبًا عضويًا صغيرًا كمستقبل إلكتروني لـ NADH ويجدد NAD +. تشمل تفاعلات التخمير المألوفة الأخرى تخمر الإيثانول (كما هو الحال في البيرة والخبز) ، والتخمير البروبيوني (وهو ما يصنع الثقوب في الجبن السويسري) ، والتخمير مالولاكتيك (وهو ما يعطي Chardonnay نكهته الأكثر نعومة و mdashthe المزيد من تحويل malate إلى lactate ، وأكثر ليونة. خمر). في الشكل 3 ، يمكنك أن ترى مجموعة كبيرة ومتنوعة من تفاعلات التخمير التي تستخدمها أنواع مختلفة من البكتيريا لإعادة أكسدة NADH إلى NAD +. تبدأ كل هذه التفاعلات مع البيروفات أو أحد مشتقات استقلاب البيروفات ، مثل أوكسالأسيتات أو فورمات. يتم إنتاج البيروفات من أكسدة السكريات (الجلوكوز أو الريبوز) أو غيرها من الجزيئات العضوية الصغيرة المختزلة. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه يمكن استخدام مركبات أخرى كركائز تخمير إلى جانب البيروفات ومشتقاته. وتشمل هذه تخمير الميثان ، تخمير الكبريتيد ، أو تخمير المركبات النيتروجينية مثل الأحماض الأمينية. لا يُتوقع منك حفظ كل هذه المسارات. ومع ذلك ، من المتوقع أن تتعرف على مسار يعيد الإلكترونات إلى منتجات المركبات التي تأكسد في الأصل لإعادة تدوير تجمع NAD + / NADH وربط هذه العملية بالتخمير.

الشكل 3. يوضح هذا الشكل مسارات تخمير مختلفة باستخدام البيروفات كركيزة أولية. في الشكل ، يتم تقليل البيروفات إلى مجموعة متنوعة من المنتجات عبر تفاعلات مختلفة وأحيانًا متعددة الخطوات (تمثل الأسهم المتقطعة عمليات متعددة الخطوات محتملة). لم يتم عرض جميع التفاصيل عمدا. النقطة الأساسية هي إدراك أن التخمير مصطلح واسع لا يرتبط فقط بتحويل البيروفات إلى حمض اللاكتيك أو الإيثانول. المصدر: Marc T. Facciotti (عمل أصلي)

ملاحظة على الرابط بين الفسفرة على مستوى الركيزة والتخمير

يحدث التخمر في حالة عدم وجود الأكسجين الجزيئي (O2). إنها عملية لا هوائية. لاحظ عدم وجود O2 في أي من تفاعلات التخمير الموضحة أعلاه. العديد من هذه التفاعلات قديمة جدًا ، ويُفترض أنها من أوائل التفاعلات الأيضية لتوليد الطاقة التي تتطور. هذا منطقي إذا أخذنا في الاعتبار ما يلي:

  1. انخفض الغلاف الجوي المبكر بدرجة كبيرة ، مع توفر القليل من الأكسجين الجزيئي بسهولة.
  2. كانت الجزيئات العضوية الصغيرة شديدة الاختزال متاحة نسبيًا ، ناشئة عن مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية.
  3. توجد هذه الأنواع من التفاعلات والمسارات والإنزيمات في العديد من الأنواع المختلفة من الكائنات الحية ، بما في ذلك البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى ، مما يشير إلى أن هذه التفاعلات قديمة جدًا.
  4. تطورت العملية قبل وقت طويل من O2 تم العثور عليه في البيئة.
  5. كانت الركائز ، شديدة الاختزال ، جزيئات عضوية صغيرة ، مثل الجلوكوز ، متاحة بسهولة.
  6. المنتجات النهائية للعديد من تفاعلات التخمير هي أحماض عضوية صغيرة تنتج عن أكسدة الركيزة الأولية.
  7. تقترن العملية بتفاعلات الفسفرة على مستوى الركيزة. أي أن الجزيئات العضوية الصغيرة المختزلة تتأكسد ، ويتم إنشاء ATP أولاً عن طريق تفاعل أحمر / ثور متبوعًا بفسفرة مستوى الركيزة.
  8. يشير هذا إلى أن تفاعلات الفسفرة والتخمير على مستوى الركيزة قد تطورت معًا.

إذا كانت الفرضية صحيحة ، وهي أن تفاعلات الفسفرة والتخمير على مستوى الركيزة قد تطورت معًا وكانت أول أشكال استقلاب الطاقة التي استخدمتها الخلايا لتوليد ATP ، فماذا ستكون عواقب مثل هذه التفاعلات مع مرور الوقت؟ ماذا لو كانت هذه هي الأشكال الوحيدة لاستقلاب الطاقة المتوفرة على مدى مئات الآلاف من السنين؟ ماذا لو تم عزل الخلايا في بيئة صغيرة مغلقة؟ ماذا لو لم يتم إنتاج الركائز الصغيرة والمختصرة بنفس معدل الاستهلاك خلال هذا الوقت؟

عواقب التخمير

تخيل عالماً يكون فيه التخمير هو الطريقة الأساسية لاستخراج الطاقة من الجزيئات الصغيرة. مع ازدهار السكان ، يتكاثرون ويستهلكون وفرة من الجزيئات العضوية الصغيرة المختزلة في البيئة ، مما ينتج الأحماض. إحدى النتائج هي تحمض (انخفاض درجة الحموضة) في البيئة ، بما في ذلك البيئة الخلوية الداخلية. يمكن أن يكون هذا معطلاً ، لأن التغيرات في الأس الهيدروجيني يمكن أن يكون لها تأثير عميق على الوظيفة والتفاعلات بين الجزيئات الحيوية المختلفة. لذلك ، لا بد من تطوير الآليات التي يمكن أن تزيل الأحماض المختلفة. لحسن الحظ ، في بيئة غنية بالمركبات المخفضة ، يمكن أن تنتج الفسفرة على مستوى الركيزة والتخمير كميات كبيرة من ATP.

من المفترض أن هذا السيناريو كان بداية تطور F0F1-ATPase ، آلة جزيئية تحلل جزيء ATP وتنقل البروتونات عبر الغشاء (سنرى هذا مرة أخرى في القسم التالي). مع F0F1-ATPase ، يمكن لـ ATP الناتج من التخمير الآن أن يسمح للخلية بالحفاظ على توازن الأس الهيدروجيني عن طريق اقتران الطاقة الحرة للتحلل المائي لـ ATP بنقل البروتونات خارج الخلية. الجانب السلبي هو أن الخلايا تضخ الآن كل هذه البروتونات في البيئة ، والتي ستبدأ الآن في التحمض.

إذا كانت الفرضية صحيحة ، فإن F0F1-ATPase أيضًا تطورت بشكل مشترك مع تفاعلات الفسفرة والتخمير على مستوى الركيزة ، فماذا سيحدث مع مرور الوقت للبيئة؟ في حين أن المركبات العضوية الصغيرة والمختصرة قد تكون وفيرة في البداية ، إذا توقف التخمير & quott في مرحلة ما ، فإن المركبات المختزلة قد تنفد وقد يصبح ATP نادرًا أيضًا. هذه مشكلة. بالتفكير مع وضع نموذج تقييم تحدي التصميم في الاعتبار ، حدد المشكلة (المشكلات) التي تواجه الخلية في هذه البيئة المفترضة. ما هي الآليات أو الطرق المحتملة الأخرى التي يمكن أن تتغلب بها الطبيعة على المشكلة (المشكلات)؟


حمض اللاكتيك ومجرى الدم

عندما يتراكم حمض اللاكتيك داخل خلايا العضلات ، فإنه يدخل مجرى الدم. يمتص الكبد اللاكتات المنتشرة. لاحقًا ، أثناء استراحتك ، ينشغل الكبد في أكسدة حمض اللاكتيك ليتحول إلى بيروفات من خلال تفاعل يحفزه إنزيم يسمى اللاكتات ديهيدروجينيز. يستخدم الإنزيم الإلكترونات التي تمت إزالتها من اللاكتات لتقليل جزيء NAD إلى NADH. يدخل البيروفات هياكل صغيرة على شكل كبسولة تسمى الميتوكوندريا عبر ناقل ، حيث قد تلتقي بواحد من عدة مصائر مختلفة.


ملخص القسم

إذا تعذر استقلاب NADH من خلال التنفس الهوائي ، فسيتم استخدام متقبل إلكترون آخر. ستستخدم معظم الكائنات الحية شكلاً من أشكال التخمير لإنجاز تجديد NAD + ، مما يضمن استمرار تحلل السكر. لا يترافق تجديد NAD + في التخمير مع إنتاج ATP ، وبالتالي ، لا يتم استخدام إمكانية NADH لإنتاج ATP باستخدام سلسلة نقل الإلكترون.

أسئلة إضافية للتحقق الذاتي

1. Tremetol ، السم الأيضي الموجود في نبات جذر الثعبان الأبيض ، يمنع استقلاب اللاكتات. عندما تأكل الأبقار هذا النبات ، يتركز Tremetol في الحليب. يمرض البشر الذين يستهلكون الحليب. تتفاقم أعراض هذا المرض ، والتي تشمل القيء وآلام البطن والرعشة ، بعد التمرين. لماذا تظن أن هذه هي القضية؟

2. عندما ينفد الأكسجين من خلايا العضلات ، ماذا يحدث لإمكانية استخلاص الطاقة من السكريات وما هي المسارات التي تستخدمها الخلية؟

الإجابات

قائمة المصطلحات

التنفس الخلوي اللاهوائي: استخدام متقبل الإلكترون بخلاف الأكسجين لإكمال التمثيل الغذائي باستخدام التناضح الكيميائي القائم على النقل الإلكتروني

التخمير: تحدث الخطوات التي تتبع الأكسدة الجزئية للجلوكوز عبر تحلل السكر لتجديد NAD + في غياب الأكسجين وتستخدم مركبًا عضويًا كمستقبل نهائي للإلكترون


الجزء 3: التحلل والتخمير

أ) تحلل السكر

تحلل السكر هي العملية التي يتم من خلالها تحويل جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات. يحدث عادة في السيتوبلازم. بالإضافة إلى 2 من جزيئات البيروفات ، فإن كل جزيء جلوكوز يخضع لتحلل السكر سيؤدي أيضًا إلى إنتاج 2 NADH و 4 جزيئات ATP. ومع ذلك ، أثناء العملية ، يتم استهلاك 2 جزيء ATP. وبالتالي ، فإن المنتجات الصافية لتحلل السكر هي 2 جزيئات بيروفات و 2 NADH و 2 ATP. (ستكون جزيئات NADH مفيدة جدًا كحاملات للإلكترون في سلسلة نقل الإلكترون ، والتي سنناقشها لاحقًا.)

يوضح الرسم البياني التالي كل خطوة من خطوات تحلل السكر ، ومع ذلك ، فإن عددًا قليلاً فقط من هذه الخطوات ذات عائد مرتفع بشكل خاص. في حين أنك لن تحتاج إلى حفظ كل خطوة من خطوات تحلل السكر والإنزيمات المرتبطة به ، فقد يكون من المفيد التعرف على وظيفة كل إنزيم.

الشكل: نظرة عامة على تحلل السكر. لاحظ أن جزيءًا واحدًا من الجلوكوز (جزيء 6 كربون) ينتج جزيئين من البيروفات (جزيء 3 كربون).

الخطوة 1: Hexokinase / Glucokinase

تم العثور على الجلوكوكيناز في خلايا الكبد (خلايا الكبد) وخلايا جزيرة β البنكرياسية. يتم تنشيطه عن طريق الأنسولين. من ناحية أخرى ، فإن Hexokinase أكثر شمولية ويوجد في معظم الأنسجة. يؤدي كلا الإنزيمين نفس الوظيفة: استخدام ATP لتحفيز الفسفرة غير القابلة للعكس للجلوكوز.

منتج هذا التفاعل ، الجلوكوز 6-فوسفات ، غير قادر الآن على الانتشار تلقائيًا خارج الخلية. الجلوكوز 6-فوسفات له أيضًا تأثير مثبط على إنزيم هيكسوكيناز.

الخطوة 3: فسفوفركتوكيناز 1 (PFK-1)

يحفز Phosphofructokinase 1 ، المعروف أيضًا باسم PFK-1 ، خطوة تحديد معدل تحلل السكر. يستخدم ATP لتحفيز التحويل النهائي للفركتوز 6-فوسفات إلى فركتوز 1،6-بيسفوسفات. هذه الخطوة منظمة للغاية. السيترات (منتج استقلابي للتنفس الهوائي) و ATP لهما تأثير سلبي على PFK-1.

لماذا يكون هذا؟ يشير وجود السترات و / أو ATP إلى تلبية احتياجات الخلية من الطاقة ، وبالتالي يشير إلى أن مسار تحلل السكر ليس مطلوبًا على الفور. نظرًا لأن هذه الخطوة هي تحويل لا رجوع فيه - وبالتالي تتطلب طاقة ليتم إجراؤها - فإن إغلاق PFK-1 عندما لا تكون هناك حاجة إليه يسمح للخلية بالحفاظ على الطاقة القيمة.

من ناحية أخرى ، يشير وجود AMP (أحادي فوسفات الأدينوزين) إلى انخفاض الطاقة في الخلية وينشط PFK-1.

الخطوة 6: G3P ديهيدروجينيز

يحفز نازعة الهيدروجين G3P التحويل القابل للانعكاس لغليسرالديهيد 3-فوسفات إلى 1،3-بيسفوسفوجليسيرات ، والذي يولد جزيء NADH واحد.ومع ذلك ، فإن جزيء واحد من الجلوكوز (بنية مكونة من 6 كربون) يولد جزيئين من جليسيرالديهيد 3-فوسفات - لذلك تنتج هذه الخطوة جزيئين من NADH لكل جزيء جلوكوز.

الخطوة 7: فوسفوجليسيرات كيناز

يحفز كيناز الفوسفوجليسيرات التحويل القابل للانعكاس لـ1،3-بيسفوسفوجليسيرات إلى 3-فوسفوجليسيرات - أو إزالة مجموعة الفوسفات من 1.3-بيسفوسفوجليسيرات. هذا يولد ATP واحدًا لكل جزيء من الفوسفوجليسيرات (أو 2 ATP لكل جزيء جلوكوز).

الخطوة 10: بيروفات كيناز

الإنزيم النهائي لتحلل السكر ، بيروفات كيناز، يحفز التحويل النهائي للفوسفوينول بيروفات إلى البيروفات - أو إزالة مجموعة الفوسفات من الفوسفوينول بيروفات. هذا يولد ATP واحدًا لكل جزيء من phosphoenolpyruvate (أو 2 ATP لكل جزيء جلوكوز).

ب) تخمير حمض اللاكتيك

في ظل الظروف اللاهوائية - أو عندما يكون هناك نقص في الأكسجين - فإن جزيئات البيروفات الناتجة عن تحلل السكر سوف تخضع للتخمير. خلال هذه العملية ، نازعة هيدروجين اللاكتات يحفز تحويل البيروفات إلى لاكتات (جزيء 3 كربون آخر) ويولد NAD + كمنتج ثانوي. نظرًا لأنه الإنزيم الوحيد في العملية ، فهو خطوة تحديد المعدل.

لماذا تقوم خلايانا بتخمر حمض اللاكتيك إذا لم ينتج عنه أي ATP؟ الغرض الأساسي من تخمير حمض اللاكتيك هو تجديد NAD + الذي تم تحويله إلى NADH أثناء تحلل السكر بواسطة نازعة هيدروجين الغليسيرالديهيد 3-فوسفات. هذا يجعل NAD + متاحًا للإنزيمات المحللة للجلوكوز ، لذلك يمكن لخلايانا أن تستمر في إنتاج 2 ATP في وقت واحد من خلال تحلل السكر.

يعد تخمير حمض اللاكتيك جزءًا من مسار أكبر يُعرف باسم دورة حمض اللاكتيك، أو دورة كوري. يتم إرسال اللاكتات التي تفرزها العضلات إلى الكبد عبر مجرى الدم. يمتلك الكبد إنزيمات متخصصة يمكنها تحويل اللاكتات إلى جلوكوز ، ثم يتم إرساله مرة أخرى إلى العضلات.

الشكل: تسمح دورة كوري بإعادة تدوير اللاكتات.

ج) استحداث السكر

بين مخازن الطاقة المتوفرة في الجليكوجين والمدخول الغذائي ، عادة ما يكون محتوى الجلوكوز في الجسم كافياً لتلبية احتياجات الطاقة. ومع ذلك ، يمكن لمصادر الطاقة هذه أن تنفد بسهولة: على سبيل المثال ، أثناء التمرين أو فترات الصيام. كيف يستمر توفير الطاقة؟

استحداث السكر هو مسار أيضي يستخدم السلائف من مصادر أخرى - على سبيل المثال ، الدهون أو الأحماض الأمينية - لإنتاج الجلوكوز. يمكن اعتبار العملية على أنها "عكس" تحلل السكر: بعد تحويل جزيئات السلائف هذه إلى بيروفات ، فإن العديد من نفس الإنزيمات المستخدمة في تحلل السكر ستعمل على التفاعل العكسي لتكوين الجلوكوز.

تتطلب أي تفاعلات هي خطوات تحد من المعدل في تحلل السكر مجموعة إضافية من الإنزيمات لتحفيز التفاعل العكسي أثناء تكوين السكر. تتطلب كل خطوة من هذه الخطوات جزيء ATP إضافي للعمل تلقائيًا.


كيف تستمد الخلايا الطاقة من الجلوكوز: المسارات الأيضية

تستخدم الخلايا خطوات مختلفة لتفكيك الجلوكوز الممتص إلى ثاني أكسيد الكربون والماء من خلال تفاعلات إنزيمية مختلفة. يحدث هدم الجلوكوز في مسارين استقلاليين: تحلل السكر وحمض الكربوكسيل (يُطلق عليه أيضًا حمض الستريك أو كريب).

تحلل السكر: توجد إنزيمات تحلل السكر في العصارة الخلوية للخلية ، ويحدث تحلل السكر في هذا الجزء من الخلية. تحلل الجلوكوز هو تحلل الجلوكوز 6 ج إلى اثنين من بيروفات المنتج النهائي 3 ج في التمثيل الغذائي الهوائي وحمض اللبنيك في الأيض اللاهوائي. إنه مسار تقويضي يتضمن الأكسدة وينتج طاقة ATP و NADH (مخفض NAD). تحلل السكر هو المسار الذي يتم من خلاله تقويض السكريات الأخرى (مثل الفركتوز والجالاكتوز) عن طريق تحويلها إلى مواد وسيطة من تحلل السكر. يمكن تحويل الفركتوز إلى فركتوز 6 فوسفات بواسطة هيكسوكيناز. يمكن أن يدخل الجالاكتوز في تحلل السكر عن طريق تحويله إلى جالاكتوز -1 فوسفات متبوعًا بالتحويل (في النهاية) إلى جلوكوز -1 فوسفات وبعد ذلك إلى جلوكوز 6 فوسفات (G6P) ، وهو وسيط تحلل الجلوكوز.

عملية إنتاج الطاقة من خلال تحلل السكر: يتكون التحلل السكري من مرحلتين: مرحلة استثمار الطاقة التي تتطلب إدخال ATP (المرحلة التحضيرية) ومرحلة تحقيق الطاقة (سداد) حيث يتم تصنيع ATP (الشكل 5.2). تحتوي الخلايا التي تستخدم الجلوكوز على إنزيم يسمى hexokinases ، والذي يستخدم ATP لتفسفر الجلوكوز (يربط مجموعة الفوسفور) ويحوله إلى G6P. في هذه المرحلة ، يمكن أن تبدأ "الآلة" الخلوية في معالجة الجلوكوز. باختصار ، في أول تفاعل لتحلل السكر ، يحفز هيكسوكيناز نقل الفوسفات إلى الجلوكوز من ATP ، مكونًا الجلوكوز 6 فوسفات. وبالتالي تستخدم هذه الخطوة ATP ، والذي يوفر الطاقة اللازمة لمواصلة التفاعل. يتم تحويل الجلوكوز 6-فوسفات إلى فركتوز 6 فوسفات وبعد ذلك إلى الفركتوز -1،6-بيفوسفات ، الذي ينقسم إلى ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات (DHAP) و جليسيرالديهيد -3 فوسفات (G3P). خلال هذه العملية ، يلزم وجود ATP إضافي لفوسفوريلات الفركتوز 6-فوسفات الوسيط. لذلك ، ينتج عن "تحضير" الجلوكوز استخدام جزيئين من ATP لكل جزيء جلوكوز معالج.
أثناء مرحلة المردود ، تتم معالجة G3P أيضًا لإنتاج البيروفات. خلال هذه المرحلة ، يتم إنتاج واحد من NADH واثنين من ATP خلال الخطوات الوسيطة. يمكن تحويل DHAP المنتج ببساطة إلى G3P ومعالجته بطريقة مماثلة لأول G3P. لذلك ، سينتج عن جزيء جلوكوز واحد إنتاج جزيئين من NADH وأربعة ATP واثنين من جزيئات البيروفات.

تحلل السكر: صافي ربح ATP

الشكل 5.2. مسار تحلل السكر في العصارة الخلوية المصدر: ويكيبيديا

تحلل السكر: الوظائف العامة

إنتاج ATP:
لكل جزيء من الجلوكوز ، تم استخدام 2 ATP (المرحلة التحضيرية) وتم إنشاء 2 NADH و 4 ATP و 2 من جزيئات البيروفات (مرحلة الدفع) وهو ما يعادل صافي إنتاج 2 NADH و 2 ATP و 2 جزيئات البيروفات ، و صافي ربح ATP هو 8 لكل مول من الجلوكوز.

إنتاج وسيطة أخرى:
يوفر تحلل الجلوكوز البيروفات لدورة TCA ، وتوليف الأحماض الأمينية من خلال النقل ، وجلوكوز 6-فوسفات (تخليق الجليكوجين) ، وفوسفات نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد ، (NADPH) (تخليق الدهون الثلاثية الأحماض الدهنية) ، وثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات الفوسفات سمين).

مصير البيروفات في جسم الحيوان

من المهم مناقشة مصير البيروفات الناتج عن تحلل السكر. يختلف مصير البيروفات باختلاف ظروف الحيوان ونوع الخلية.

مصائر بيروفات

إنتاج حمض اللاكتيك: عند وجود الأكسجين ، يوجد الكثير من NAD + ، لذلك تقوم الخلايا الهوائية بتحويل البيروفات إلى أنزيم أسيتيل A (CoA) للأكسدة في دورة حمض الستريك. عندما يكون الأكسجين غائبًا ، يمكن أن تنخفض مستويات NAD + ، لذا لمنع حدوث ذلك ، يستخدم اللاكتات ديهيدروجينيز NADH ويتم تحويل البيروفات إلى لاكتات (حيوانات) أو إيثانول (بكتيريا / خميرة). يوفر التحويل اللاهوائي لـ NADH إلى NAD + طاقة أقل بكثير من ATP للخلايا مقارنةً بوجود الأكسجين. يولد التمثيل الغذائي اللاهوائي للجلوكوز اثنين فقط من ATP لكل جلوكوز. بمجرد استنفاد الأكسجين للخلية ، سيقوم نظام آخر بتحويل حمض اللاكتيك مرة أخرى إلى البيروفات وإنتاج الجلوكوز.

إنتاج الأسيتيل CoA:

إنتاج Acetyl CoA: يحدث إنتاج Acetyl CoA في الحالة الهوائية ويعمل بمثابة مقدمة رئيسية لدورة TCA وتكوين الدهون وتكوين الكيتون (أثناء التوازن السلبي). يتم تحويل Acetyl CoA إلى ATP من خلال خطوات مختلفة في دورة TCA. أثناء هذا التحويل ، يعمل إنزيم بيروفات ديهيدروجينيز ومختلف الإنزيمات المساعدة التي تحتوي على فيتامين ب (الثيامين والريبوفلافين والنياسين وحمض البانتوثنيك) من خلال سلسلة من تفاعلات التكثيف والأزمرة ونزع الهيدروجين وينتج العديد من الوسائط المختلفة التي تستخدم للدهون أو الأحماض الأمينية نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة.

لتوليد المزيد من الطاقة من جزيء الجلوكوز ، تحدث عمليات كيميائية حيوية أخرى داخل جسم الحيوان. وتشمل هذه الخطوة الأنزيمية نازعة هيدروجين البيروفات (PDH) ، التي تربط تحلل السكر (العصارة الخلوية) بدورة TCA في الميتوكوندريا. خلال هذه الخطوة ، يتم تحويل 3 C بيروفات إلى شكل نشط من حمض الأسيتيك يسمى acetyl CoA ، ويتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون.

يتم نزع الكربوكسيل من حمض البيروفيك ويتم التقاط 2 H أيونات بواسطة NAD + وبالتالي فإنه يوفر مولتين من NADH لكل مول من الجلوكوز (صافي = إنتاج 6 ATP). تحتاج هذه الخطوة الأنزيمية إلى الإنزيم المساعد A ويتم تنظيم نشاطها بشكل كبير من خلال تركيز الأسيتيل CoA و ATP و NADH.


الوحدة 7: التنفس الخلوي واستقلاب الطاقة

أنا. وصف عملية التنفس الخلوي بشكل عام.

II. وصف أدوار ATP و NAD و FAD في استقلاب الطاقة في الخلية.

ثالثا. وصف عملية تحلل السكر.

رابعا. صف تكوين أنزيم الأسيتيل أ من حمض البيروفيك.

الخامس. اشرح دور دورة كريبس في التنفس الخلوي.

السادس. صف دور سلسلة نقل الإلكترون في التنفس الخلوي.

سابعا. وصف الخطوات الرئيسية في توليد ATP عن طريق التناضح الكيميائي.

ثامنا. لخص ATP الناتج عن انهيار جزيء جلوكوز واحد.

التاسع. صف أهمية الأكسجين (O2) في التنفس الخلوي وقارن التنفس الهوائي مع تخمر حمض اللاكتيك.

X. وصف أهمية الكربوهيدرات والدهون والبروتينات في تخزين الطاقة وتوافر الطاقة ، واستخدامها أثناء ظروف الجوع.

الحادي عشر. صف أهمية الجلوكوز في التنفس الخلوي وإنتاج ATP.

ثاني عشر. وصف دور الدهون والأحماض الأمينية في إنتاج ATP.

الثالث عشر. وصف دور أجسام الكيتون في استقلاب الطاقة.

الرابع عشر. وصف العلاقة بين استحداث السكر ، التمثيل الغذائي للدهون ، وتقويض البروتين.

الخامس عشر. وصف مصير الأحماض الأمينية التي يتم استقلابها لإنتاج ATP.

السادس عشر. اشرح أهمية تناول المغذيات المناسبة للحفاظ على التوازن في الجسم.

أهداف التعلم والأسئلة الإرشادية

في نهاية هذه الوحدة ، يجب أن تكون قادرًا على إكمال جميع المهام التالية ، بما في ذلك الإجابة على الأسئلة الإرشادية المرتبطة بكل مهمة.

أنا. وصف عملية التنفس الخلوي بشكل عام.

  1. حدد مصطلح "التنفس الخلوي".
  2. ما هي الوظيفة البيولوجية الرئيسية للتنفس الخلوي؟
  3. تحديد وكتابة المعادلة الكيميائية الشاملة للتنفس الخلوي الهوائي.

II. وصف أدوار ATP و NAD و FAD في استقلاب الطاقة في الخلية.

  1. استخدم جمل كاملة لوصف كيفية إنتاج الخلايا:
    • ATP
    • NADH
    • FADH2
  2. استخدم جمل كاملة لوصف الغرض البيولوجي لخلية تنتج:
    • ATP
    • NADH
    • FADH2

ثالثا. وصف عملية تحلل السكر.

رابعا. وصف تكوين أنزيم الأسيتيل أ من حمض البيروفيك.

الخامس. اشرح دور دورة كريبس في التنفس الخلوي.

السادس. صف دور سلسلة نقل الإلكترون في التنفس الخلوي.

سابعا. وصف الخطوات الرئيسية في توليد ATP عن طريق التناضح الكيميائي.

  1. اكتب ملخصًا مكونًا من جملة واحدة للأحداث الكيميائية التي تحدث أثناء كل من العمليات التالية:
    • تحلل السكر
    • أكسدة حمض البيروفيك
    • دورة كريبس (حمض الستريك)
    • سلسلة نقل الإلكترون
    • الفسفرة على مستوى الركيزة
    • الفسفرة التأكسدية
  2. حدد الجزيئات المطلوبة والمستهلكة والمنتجة خلال كل من العمليات التالية:
    • تحلل السكر
    • أكسدة حمض البيروفيك
    • دورة كريبس (حمض الستريك)
    • سلسلة نقل الإلكترون
  3. بدءا من وصول NADH و FADH2 في سلسلة نقل الإلكترون ، صف بدقة كيفية استخدام سلسلة نقل الإلكترون لتوليد ATP.

ثامنا. لخص ATP الناتج عن انهيار جزيء جلوكوز واحد.

  1. عند أي نقطة (نقاط) أثناء التنفس الخلوي الهوائي لجزيء جلوكوز واحد يتم إنتاج جزيئات ATP بواسطة كل من العمليات التالية ، وكم عدد جزيئات ATP التي يتم إنتاجها بواسطة كل عملية؟
    • الفسفرة على مستوى الركيزة
    • الفسفرة التأكسدية

التاسع. صف أهمية الأكسجين (O2) في التنفس الخلوي وقارن بين التنفس الهوائي وتخمير حمض اللاكتيك.

  1. ما الوظيفة الرئيسية الوحيدة التي يتطلبها الأكسجين أثناء التنفس الخلوي؟
  2. في حالة عدم وجود الأكسجين ، كم عدد جزيئات ATP التي يمكن إنتاجها من جزيء جلوكوز واحد؟
  3. اشرح لماذا ، في غياب الأكسجين ، يتطلب التوليد المستمر لـ ATP من الجلوكوز تحويل حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك.

X. وصف أهمية الكربوهيدرات والدهون والبروتينات في تخزين الطاقة وتوافر الطاقة ، واستخدامها أثناء ظروف الجوع.

  1. وصف وشرح استخدام الكربوهيدرات والدهون والبروتينات لإنتاج ATP عندما:
    • حالة امتصاصية (تغذية).
    • حالة ما بعد الانقطاع (الصيام).
    • ظروف الجوع.
  2. تحتوي جزيئات البروتين تقريبًا على نفس كمية الطاقة لكل جرام مثل الكربوهيدرات وتوجد على نطاق واسع في جميع أنحاء جسم الإنسان. اشرح لماذا من المهم من الناحية الفسيولوجية استخدام البروتينات كمصادر رئيسية للطاقة الكيميائية فقط بعد الجزيئات الأخرى المحتوية على الطاقة (بمعنى آخر.، تم استنفاد الكربوهيدرات والدهون).

الحادي عشر. صف أهمية الجلوكوز في التنفس الخلوي وإنتاج ATP.

  1. ما جزيء المغذيات المحدد الذي يمكن أن تتحلل فيه جميع خلايا جسم الإنسان عادةً لتوليد ATP؟

ثاني عشر. وصف دور الدهون والأحماض الأمينية في إنتاج ATP.

  1. ما هي جزيئات المغذيات الأخرى على الأقل بعض خلايا جسم الإنسان القادرة على التكسير لتوليد ATP؟ لكل من جزيئات المغذيات هذه ، ما أنواع خلايا الجسم التي يمكنها (أو لا تستطيع) تحطيمها؟

الثالث عشر. وصف دور أجسام الكيتون في استقلاب الطاقة.

  1. ما أنواع الجزيئات التي يمكن استخدامها لإنتاج أجسام الكيتون؟
  2. تحت أي ظروف يجب إنتاج أجسام الكيتون؟
  3. ما الوظيفة التي تخدمها أجسام الكيتون في جسم الإنسان؟

الرابع عشر. وصف العلاقة بين استحداث السكر واستقلاب الدهون وهدم البروتين.

الخامس عشر. وصف مصير الأحماض الأمينية التي يتم استقلابها لإنتاج ATP.

  1. قم بتسمية ووصف الآلية (الآليات) المستخدمة للسماح لخلايا الجسم بمواصلة إنتاج ATP في حالة:
    • تنخفض مستويات السكر في الدم
    • تنخفض مخازن الجليكوجين في الجسم
    • تنخفض مخازن الدهون في الجسم
    • الأكسجين غير متوفر
  2. اشرح السبب الوظيفي الذي يجعل ، في ظل ظروف انخفاض توافر الأكسجين ، يجب إنتاج حمض اللاكتيك (أو اللاكتات) للسماح باستمرار تحلل السكر.
  3. حدد بوضوح كل من المصطلحات التالية:
    • تحلل السكر
    • تكوّن الجليكوجين
    • استحداث السكر
    • تحلل الجليكوجين
  4. وصف العملية في جسم الإنسان والتي من خلالها يمكن استخدام بعض الطاقة الموجودة في جزيئات الدهون لتوليد ATP.
    • في أي عضو (أعضاء) و / أو نوع (أنواع) من الخلايا يمكن أن تحدث هذه العملية؟
    • ما هي الخطوات الرئيسية المتبعة؟
    • هل يمكن نقل أي من الجزيئات الوسيطة إلى أنسجة أخرى بشكل يسمح للأنسجة المستقبلة بتوليد ATP في حالة عدم وجود الجلوكوز؟
    • في أي مرحلة (مراحل) من التنفس الخلوي يمكن استخدام نواتج تحلل جزيئات الدهون؟
  5. وصف العملية في جسم الإنسان والتي من خلالها يمكن استخدام بعض الطاقة الموجودة في الأحماض الأمينية لتوليد ATP.
    • في أي عضو (أعضاء) و / أو نوع (أنواع) من الخلايا يمكن أن تحدث هذه العملية؟
    • ما هي الخطوة الرئيسية التي ينطوي عليها؟
    • في أي مرحلة (مراحل) من التنفس الخلوي يمكن استخدام نواتج تكسير الأحماض الأمينية؟
    • عند تكسير الأحماض الأمينية ، ما هي المادة الكيميائية السامة التي يتم إنتاجها والتي لا يتم إنتاجها عند تكسير الدهون أو الكربوهيدرات؟ ما هو مصير هذا المنتج؟
    • ما هي العواقب الفيزيولوجية الضارة المحتملة لتحطيم الأحماض الأمينية ، بدلاً من الجلوكوز ، لإنتاج ATP؟

السادس عشر. اشرح أهمية تناول المغذيات المناسبة للحفاظ على التوازن في الجسم.

  1. ضع قائمة بفئات العناصر الغذائية التي يمكن تقسيمها لإطلاق الطاقة التي يمكن استخدامها لإنتاج ATP.
  2. لكل من المواد الكيميائية التالية ، صِف وظيفتها في عملية التمثيل الغذائي واسم المغذيات المحددة التي يجب تناولها لإنتاجها:
    • بيروفات ديهيدروجينيز
    • نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD +)
    • فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD)
    • أنزيم أ

    الجزء 1: التمثيل الغذائي للكربوهيدرات

    الكربوهيدرات عبارة عن جزيئات عضوية تتكون من ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين. تشمل عائلة الكربوهيدرات كلاً من السكريات (أي السكريات الأحادية والسكريات الثنائية) والسكريات المتعددة. الجلوكوز والفركتوز أمثلة على السكريات ، والنشا ، والجليكوجين ، والسليلوز كلها أمثلة على السكريات. السكريات مصنوعة من عدة جزيئات أحادية السكاريد. تعمل السكريات المتعددة كمخزن للطاقة (مثل النشا والجليكوجين) وكمكونات هيكلية (مثل الكيتين في الحشرات والسليلوز في النباتات).

    أثناء الهضم ، يتم تقسيم الكربوهيدرات إلى سكريات بسيطة قابلة للذوبان يمكن نقلها عبر جدار الأمعاء إلى الدورة الدموية لتنتقل في جميع أنحاء الجسم. يبدأ هضم الكربوهيدرات في الفم بفعل الأميليز اللعابي على النشويات وينتهي بامتصاص السكريات الأحادية عبر ظهارة الأمعاء الدقيقة. بمجرد نقل السكريات الأحادية الممتصة إلى الأنسجة ، تتم عملية التنفس الخلوي يبدأ (الشكل 1). سيركز هذا القسم أولاً على تحلل الجلوكوز ، وهي عملية يتم فيها أكسدة الجلوكوز أحادي السكاريد ، وإطلاق الطاقة المخزنة في روابطه لإنتاج ATP.

    الشكل 1. التنفس الخلوي. يؤكسد التنفس الخلوي جزيئات الجلوكوز من خلال تحلل السكر ودورة كريبس والفسفرة المؤكسدة لإنتاج ATP.

    تحلل السكر: الجلوكوز هو أكثر مصادر الطاقة المتاحة للجسم بسهولة. بعد أن تقوم العمليات الهضمية بتفكيك السكريات الأحادية إلى السكريات الأحادية ، بما في ذلك الجلوكوز ، يتم نقل السكريات الأحادية عبر جدار الأمعاء الدقيقة إلى جهاز الدورة الدموية ، الذي ينقلها إلى الكبد. في الكبد ، تقوم خلايا الكبد إما بتمرير الجلوكوز عبر جهاز الدورة الدموية أو تخزين الجلوكوز الزائد في صورة جليكوجين. تمتص الخلايا في الجسم الجلوكوز المتداول استجابةً للأنسولين ومن خلال سلسلة من التفاعلات تسمى تحلل السكر، نقل بعض الطاقة في الجلوكوز إلى رابطة جديدة بين ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) ومجموعة فوسفات ثالثة لتكوين أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) (الشكل 2). الخطوة الأخيرة في تحلل السكر تنتج المنتج البيروفات.

    يمكن التعبير عن تحلل السكر بالمعادلة التالية:

    الجلوكوز + 2ATP + 2NAD + + 4ADP + 2Pأنا → 2 بيروفات + 4ATP + 2NADH + 2H +

    تنص هذه المعادلة على أن الجلوكوز & # 8211 بالاشتراك مع ATP (مصدر للطاقة الكيميائية) ، نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD + ، أنزيم يعمل كمستقبل للإلكترون) ، والفوسفات غير العضوي & # 8211 ينقسم إلى جزيئين من البيروفات ، توليد أربعة جزيئات ATP & # 8211 لعائد صافٍ لاثنين من ATP & # 8211 واثنين من جزيئات NADH المحتوية على الطاقة (الناتجة عن إضافة ذرة هيدروجين وإلكترون إضافي إلى NAD +). سيتم استخدام NADH الذي يتم إنتاجه في هذه العملية لاحقًا لإنتاج ATP في الميتوكوندريا. الأهم من ذلك ، بنهاية هذه العملية ، يولد جزيء جلوكوز واحد جزيئين من البيروفات ، وجزيئين من ATP عالي الطاقة ، واثنين من جزيئات NADH التي تحمل الإلكترون.

    يمكن تقسيم تحلل السكر إلى مرحلتين: استهلاك الطاقة (وتسمى أيضًا التهيئة الكيميائية) وإنتاج الطاقة. المرحلة الأولى هي مرحلة استهلاك الطاقة، لذلك يتطلب جزيئين ATP لبدء التفاعل لكل جزيء من الجلوكوز. في نهاية هذه المرحلة ، يتم تقسيم السكر المكون من ستة كربون لتشكيل اثنين من السكريات المكونة من ثلاثة كربون فسفرة ، وهما جليسرالديهيد -3 فوسفات (G3P) وفوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون (DHAP). ثم يتم تحويل DHAP إلى glyceraldehyde-3-phosphate.

    المرحلة الثانية من تحلل السكر ، و مرحلة إنتاج الطاقة، يحصد الطاقة الموجودة في G3P ، والتي تتم فسفرتها وأكسدتها. خلال هذه الخطوة ، يتم إطلاق إلكترون يتم التقاطه بعد ذلك بواسطة NAD + لإنشاء جزيء NADH. NADH هو جزيء عالي الطاقة ، مثل ATP ، ولكن على عكس ATP ، لا تستخدمه الخلية كعملة للطاقة. نظرًا لوجود جزيئين glyceraldehyde-3-phosphate ، يتم تصنيع جزيئين من NADH خلال هذه الخطوة. في سلسلة من التفاعلات التي تؤدي إلى البيروفات ، يتم بعد ذلك نقل مجموعتي الفوسفات من الجزيء الذي تم ربطهما به إلى اثنين من ADPs لتكوين اثنين من ATPs من خلال عملية الفسفرة على مستوى الركيزة (الفسفرة المباشرة). وبالتالي ، يستخدم التحلل السكري اثنين من ATPs ولكنه يولد أربعة ATPs ، مما ينتج عنه ربحًا صافياً لاثنين من ATPs وجزيئين من البيروفات. في وجود الأكسجين ، يستمر البيروفات حتى دورة كريبس (وتسمى أيضًا ملفات دورة حمض الستريك أو دورة حمض الكربوكسيليك (TCA)، حيث يتم استخلاص طاقة إضافية وتمريرها ، وتحويلها إلى حمض اللاكتيك عن طريق التخمير أو تستخدم في وقت لاحق لتخليق الجلوكوز من خلال استحداث السكر.

    الظروف اللاهوائية: عندما الأكسجين (O2) محدود أو غائب ، يدخل البيروفات في مسار لاهوائي. في هذه التفاعلات ، يمكن تحويل البيروفات إلى حمض اللاكتيك. يعمل هذا المسار على أكسدة NADH إلى NAD + الذي يحتاجه تحلل السكر. في هذا التفاعل ، يحل البيروفات محل الأكسجين كمستقبل نهائي للإلكترون. يقبل الإلكترونات من NADH الناتجة من تحلل السكر ، ويجدد NAD + ، ويختزل لتكوين حمض اللاكتيك. يحدث تخمر حمض اللاكتيك هذا في معظم خلايا الجسم عندما يكون الأكسجين محدودًا أو تكون الميتوكوندريا غائبة أو غير وظيفية. على سبيل المثال ، نظرًا لأن كريات الدم الحمراء (خلايا الدم الحمراء) تفتقر إلى الميتوكوندريا ، يجب أن تنتج ATP من تخمر حمض اللاكتيك. يعد هذا مسارًا فعالًا لإنتاج ATP لفترات زمنية قصيرة ، تتراوح من ثوانٍ إلى بضع دقائق. ينتشر حمض اللاكتيك المنتج في البلازما وينتقل إلى الكبد ، حيث يتحول مرة أخرى إلى البيروفات أو الجلوكوز. وبالمثل ، عندما يقوم الشخص بالتمارين ، فإن العضلات تستخدم ATP أسرع من وصول الأكسجين إليها. يعتمدون على تحلل السكر وإنتاج حمض اللاكتيك لإنتاج ATP السريع.

    الشكل 2. نظرة عامة على تحلل السكر. خلال مرحلة استهلاك الطاقة لتحلل السكر ، يتم استهلاك اثنين من ATPs ، مما يؤدي إلى نقل اثنين من الفوسفات إلى جزيء الجلوكوز. ينقسم جزيء الجلوكوز بعد ذلك إلى مركبين من ثلاثة كربون ، يحتوي كل منهما على الفوسفات. خلال المرحلة الثانية ، يضاف فوسفات إضافي إلى كل من مركبات الكربون الثلاثة. يتم توفير الطاقة لهذا التفاعل المرن من خلال إزالة (أكسدة) إلكترونين من كل مركب ثلاثي الكربون. خلال مرحلة إنتاج الطاقة ، تتم إزالة الفوسفات من كل من المركبات ثلاثية الكربون واستخدامها لإنتاج أربعة جزيئات ATP.

    التنفس الهوائي: في وجود الأكسجين ، يمكن أن يدخل البيروفات دورة كريبس حيث يتم استخراج طاقة إضافية حيث يتم نقل الإلكترونات من البيروفات إلى المستقبلات NAD + وفلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD) ، مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون كمنتج نفايات (الشكل 3). NADH و FADH2 (الناتجة عن إضافة ذرتين من الهيدروجين إلى FAD) تمرر الإلكترونات إلى سلسلة نقل الإلكترون ، والتي تستخدم الطاقة المنقولة لإنتاج ATP عن طريق الفسفرة المؤكسدة. كخطوة أخيرة في سلسلة نقل الإلكترون ، فإن الأكسجين هو مستقبل الإلكترون النهائي ، حيث يتحد مع الإلكترونات وأيونات الهيدروجين لإنتاج الماء داخل الميتوكوندريا.

    دورة كريبس (دورة حمض الستريك أو دورة حمض الكربوكسيل): يتم نقل جزيئات البيروفات المتولدة أثناء تحلل السكر عبر غشاء الميتوكوندريا إلى مصفوفة الميتوكوندريا الداخلية ، حيث يتم استقلابه بواسطة الإنزيمات في مسار يسمى دورة كريبس (الشكل 4). تسمى دورة كريبس أيضًا دورة حمض الستريك أو دورة حمض الكربوكسيل (TCA). خلال دورة كريبس ، الجزيئات عالية الطاقة ، بما في ذلك ATP و NADH و FADH2، تم انشاؤها. NADH و FADH2 ثم تمرر الإلكترونات عبر سلسلة نقل الإلكترون في الميتوكوندريا لتوليد المزيد من جزيئات ATP.

    ينتقل جزيء بيروفات ثلاثي الكربون المتولد أثناء تحلل السكر من السيتوبلازم إلى مصفوفة الميتوكوندريا ، حيث يتم تحويله إلى مجموعة أسيتيل ثنائية الكربون وترتبط بالإنزيم المساعد أ لتشكيل أسيتيل أنزيم أ (أسيتيل CoA) مركب. هذا التفاعل هو نزع الكربوكسيل المؤكسد الذي يطلق ثاني أكسيد الكربون وينقل إلكترونين إلى NAD + لتكوين NADH. يدخل Acetyl CoA دورة كريبس عن طريق الدمج مع جزيء رباعي الكربون ، أوكسالأسيتات ، لتكوين سترات جزيء ستة كربون ، أو حمض الستريك ، في نفس الوقت إطلاق جزيء أنزيم أ.

    يتم بعد ذلك تحويل جزيء سترات الكربون الستة إلى جزيء من خمسة كربون ثم جزيء من أربعة كربون ، وينتهي بـ oxaloacetate ، بداية الدورة. على طول الطريق ، كل جزيء سترات سينتج ATP واحدًا ، واحد FADH2، وثلاثة NADH. FADH2 وسيدخل NADH نظام الفسفرة المؤكسد الموجود في غشاء الميتوكوندريا الداخلي. بالإضافة إلى ذلك ، توفر دورة كريبس المواد الأولية لمعالجة وتحطيم البروتينات والدهون.

    الفسفرة التأكسدية: يتكون الفسفرة المؤكسدة من مكونين مرتبطين بشكل وثيق ، سلسلة نقل الإلكترون والتناضح الكيميائي. ال سلسلة نقل الإلكترون (ETC) يستخدم NADH و FADH2 التي تنتجها دورة كريبس لتوليد تدرج بروتون. الإلكترونات من NADH و FADH2 يتم نقلها من خلال مجمعات بروتينية مدمجة في غشاء الميتوكوندريا الداخلي عن طريق سلسلة من التفاعلات الأنزيمية. تتكون سلسلة نقل الإلكترون من سلسلة من أربعة مجمعات إنزيمية (المركب I - المركب IV) واثنين من مكوكات الإلكترون المتنقلة (ubiquinone و Cytochrome c) ، والتي تعمل كحاملات للإلكترون ومضخات بروتون تستخدم لنقل أيونات H + في الفراغ بين أغشية الميتوكوندريا الداخلية والخارجية (الشكل 5). يزاوج ETC نقل الإلكترونات بين متبرع (مثل NADH) ومتقبل الإلكترون (O2) مع نقل البروتونات (H + أيونات) عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. في وجود الأكسجين ، يتم تمرير الطاقة ، تدريجيًا ، من خلال ناقلات الإلكترون لجمع الطاقة اللازمة تدريجياً لربط الفوسفات بـ ADP وإنتاج ATP. دور الأكسجين الجزيئي ، O2، هو بمثابة متقبل الإلكترون الطرفي لـ ETC. هذا يعني أنه بمجرد مرور الإلكترونات عبر ETC بالكامل ، يجب أن يتم تمريرها إلى جزيء منفصل آخر. هذه الإلكترونات يا2، وتتحد أيونات H + من المصفوفة لتكوين جزيئات ماء جديدة. هذا هو أساس حاجتك إلى تنفس الأكسجين. بدون الأكسجين ، يتوقف تدفق الإلكترون عبر ETC.

    تم إطلاق الإلكترونات من NADH و FADH2 يتم تمريرها على طول السلسلة بواسطة كل من الناقلات ، والتي يتم تقليلها عندما تتلقى الإلكترون وتتأكسد عند تمريرها إلى الناقل التالي. كل من هذه التفاعلات تطلق كمية صغيرة من الطاقة ، والتي تستخدم لضخ H + أيونات عبر الغشاء الداخلي. يؤدي تراكم هذه البروتونات في الفراغ بين الأغشية إلى إنشاء تدرج بروتوني فيما يتعلق بمصفوفة الميتوكوندريا.

    الشكل 3. التنفس الهوائي مقابل إنتاج حمض اللاكتيك. تقوم عملية تخمير حمض اللاكتيك بتحويل الجلوكوز إلى جزيئين من اللاكتات في غياب الأكسجين أو داخل كريات الدم الحمراء التي تفتقر إلى الميتوكوندريا. أثناء التنفس الهوائي ، يتأكسد الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات. الشكل 4. دورة كريبس. خلال دورة كريبس ، يتم تحويل كل بيروفات يتم إنشاؤه بواسطة تحلل السكر إلى جزيء ثنائي الكربون أسيتيل CoA. تتم معالجة CoA الأسيتيل بشكل منهجي خلال الدورة وتنتج NADH عالي الطاقة ، FADH2، وجزيئات ATP. (ليست كل المواد في هذا الشكل قابلة للفحص.)

    في التناضح الكيميائي ، تُستخدم الطاقة المخزنة في التدرج اللوني للبروتونات الناتجة عن سلسلة نقل الإلكترون لتوليد ATP. جزء لا يتجزأ من غشاء الميتوكوندريا الداخلي عبارة عن مركب بروتيني مدهش يسمى سينسيز ATP. بشكل فعال ، هو عبارة عن توربين يتم تشغيله بواسطة تدفق أيونات H + عبر الغشاء الداخلي أسفل التدرج إلى مصفوفة الميتوكوندريا. عندما تعبر أيونات H + المجمع ، يدور عمود المجمع. يتيح هذا الدوران لأجزاء أخرى من سينسيز ATP لتشجيع ADP و Pi على إنشاء ATP.

    الشكل 5. الفسفرة المؤكسدة. سلسلة نقل الإلكترون عبارة عن سلسلة من ناقلات الإلكترون ومضخات الأيونات التي تُستخدم لضخ أيونات H + خارج مصفوفة الميتوكوندريا الداخلية. ثم يؤدي تدرج البروتونات الناتج إلى إنتاج ATP بواسطة سينسيز ATP.

    عند حساب العدد الإجمالي لـ ATP المنتج لكل جزيء جلوكوز من خلال التنفس الهوائي ، من المهم تذكر النقاط التالية:

    يتم إنتاج شبكة مكونة من اثنين من ATP من خلال تحلل السكر (أربعة يتم إنتاجها واثنان يتم استهلاكهما خلال مرحلة استهلاك الطاقة).

    في جميع المراحل بعد تحلل السكر ، عدد ATP و NADH و FADH2 يجب ضرب الناتج في اثنين ليعكس كيف ينتج كل جزيء جلوكوز جزيئين من البيروفات.

    في ETC ، يتم إنتاج حوالي 2.5 ATP لكل NADH المؤكسد. ومع ذلك ، يتم إنتاج حوالي 1.5 ATP فقط لكل FADH مؤكسد2. الإلكترونات من FADH2 تنتج أقل من ATP ، لأنها تبدأ عند نقطة أقل في ETC (المركب II) مقارنة بالإلكترونات من NADH (المركب I) (انظر الشكل 5)

    لذلك ، لكل جزيء جلوكوز يدخل في التنفس الهوائي ، يتم إنتاج إجمالي صافي محتمل لـ 32 ATPs (الشكل 6). يمثل هذا المجموع أقصى إنتاج محتمل لـ ATP لكل جزيء جلوكوز من التنفس الخلوي الهوائي.

    الشكل 6. التمثيل الغذائي للكربوهيدرات. يتضمن التمثيل الغذائي للكربوهيدرات تحلل السكر ودورة كريبس وسلسلة نقل الإلكترون.

    استحداث السكر: استحداث السكر هو تخليق جزيئات الجلوكوز الجديدة من البيروفات أو اللاكتات أو الجلسرين أو بعض الأحماض الأمينية. تحدث هذه العملية بشكل أساسي في الكبد خلال فترات انخفاض الجلوكوز ، أي في ظل ظروف الصيام والجوع والوجبات الغذائية منخفضة الكربوهيدرات. لذلك ، يمكن طرح السؤال حول سبب قيام الجسم بإنشاء شيء ما أنه قد بذل قدرًا لا بأس به من الجهد لتحطيمه؟ يمكن لبعض الأعضاء الرئيسية ، بما في ذلك الدماغ ، استخدام الجلوكوز فقط كمصدر للطاقة ، لذلك من الضروري أن يحافظ الجسم على الحد الأدنى من تركيز الجلوكوز في الدم. عندما ينخفض ​​تركيز الجلوكوز في الدم عن تلك النقطة المعينة ، يتم تصنيع جلوكوز جديد بواسطة الكبد لرفع تركيز الدم إلى المستوى الطبيعي.

    كما سيتم مناقشته كجزء من تحلل الدهون ، يمكن تقسيم الدهون إلى جلسرين ، والذي يمكن أن يتحول إلى فسفرة لتشكيل فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون أو DHAP. يمكن لـ DHAP إما أن يدخل مسار التحلل أو أن يستخدمه الكبد كركيزة لتكوين السكر.

    الجزء 2: التمثيل الغذائي للدهون

    يتم تناول الدهون (أو الدهون الثلاثية) داخل الجسم كطعام أو يتم تصنيعها بواسطة الخلايا الدهنية أو خلايا الكبد من سلائف الكربوهيدرات (الشكل 8). يستلزم التمثيل الغذائي للدهون أكسدة الأحماض الدهنية إما لتوليد الطاقة أو لتخليق الدهون الجديدة من الجزيئات المكونة الأصغر. يرتبط التمثيل الغذائي للدهون باستقلاب الكربوهيدرات ، حيث يمكن تحويل منتجات الجلوكوز (مثل acetyl CoA) إلى دهون.

    الشكل 8. تنقسم الدهون الثلاثية إلى أحادي الجليسريد. ينقسم جزيء الدهون الثلاثية (أ) إلى أحادي الجليسريد (ب).

    تحلل الدهون: للحصول على الطاقة من الدهون ، يجب أولاً تقسيم الدهون الثلاثية عن طريق التحلل المائي إلى مكونين رئيسيين ، الأحماض الدهنية والجلسرين. هذه العملية ، ودعا تحلل الدهون، يحدث في سيتوبلازم الخلايا الشحمية. بعد ذلك ، يتم إطلاق الأحماض الدهنية والجلسرين في مجرى الدم ، ليتم امتصاصها عن طريق الأنسجة مثل العضلات والقلب والكبد. تتأكسد الأحماض الدهنية الناتجة عن طريق أكسدة بيتا إلى أسيتيل CoA ، والذي تستخدمه دورة كريبس. يدخل الجلسرين الذي يتم إطلاقه من الدهون الثلاثية بعد تحلل الدهون مباشرة إلى مسار تحلل السكر مثل DHAP. نظرًا لأن جزيء ثلاثي الجليسريد ينتج ثلاثة جزيئات من الأحماض الدهنية مع ما يصل إلى 16 أو أكثر من الكربون في كل واحد ، فإن جزيئات الدهون تنتج طاقة أكثر من الكربوهيدرات وهي مصدر مهم للطاقة لجسم الإنسان. ينتج عن الدهون الثلاثية أكثر من ضعف الطاقة لكل وحدة كتلة عند مقارنتها بالكربوهيدرات والبروتينات. لذلك ، عندما تكون مستويات الجلوكوز منخفضة ، يمكن تحويل الدهون الثلاثية إلى جزيئات أسيتيل CoA واستخدامها لتوليد ATP من خلال التنفس الهوائي.

    يبدأ تفكك الأحماض الدهنية في السيتوبلازم ، حيث يتم تحويل الأحماض الدهنية إلى جزيئات الأسيل الدهنية CoA. يتم نقل CoA الدهني الأسيل هذا إلى مصفوفة الميتوكوندريا ، حيث يتم تكسيره وأكسدته إلى acetyl CoA في عملية تسمى أكسدة الأحماض الدهنية أو بيتا (β) - الأكسدة (الشكل 10). يدخل مركب أسيتيل CoA المشكل حديثًا دورة كريبس ويستخدم لإنتاج ATP بنفس طريقة أسيتيل CoA المشتق من البيروفات.

    تولد الكيتون: إذا تم إنشاء أسيتيل CoA المفرط من أكسدة الأحماض الدهنية وكانت دورة كريبس محملة بشكل زائد ولا يمكنها التعامل معها ، يتم تحويل الأسيتيل CoA في الكبد لتكوينه. أجسام خلونية (الشكل 11).

    يمكن أن يعمل اثنان من هذه الأجسام الكيتونية (β-hydroxybutyrate و acetoacetate ، وأشكالهما الحمضية β-hydroxybutyric acid و acetoacetatic acid) كمصدر للوقود إذا كانت مستويات الجلوكوز منخفضة جدًا في الجسم. تعمل أجسام الكيتون كوقود في أوقات الجوع لفترات طويلة أو عندما يعاني المرضى من مرض السكري غير المنضبط ولا يمكنهم الاستفادة من معظم الجلوكوز المنتشر. تتم إزالة جسم الكيتون الثالث ، الأسيتون ، عن طريق الزفير. أحد أعراض تولد الكيتون هو أن رائحة نفس المريض حلوة مثل الكحول. يوفر هذا التأثير طريقة واحدة لمعرفة ما إذا كان مريض السكري يتحكم بشكل صحيح في المرض.

    الشكل 10. انهيار الأحماض الدهنية. أثناء أكسدة الأحماض الدهنية ، يمكن تقسيم الدهون الثلاثية إلى جزيئات أسيتيل CoA واستخدامها للطاقة عندما تكون مستويات الجلوكوز منخفضة. الشكل 11. تولد الكيتون. يتم تحويل مادة الأسيتيل الزائدة CoA من دورة كريبس إلى مسار التولد الكيتون. يحدث هذا التفاعل في الميتوكوندريا لخلايا الكبد. والنتيجة هي إنتاج β-hydroxybutyrate ، وهو جسم الكيتون الأساسي الموجود في الدم.

    أكسدة الجسم الكيتون: يمكن للأعضاء التي يُعتقد أنها تعتمد فقط على الجلوكوز ، مثل الدماغ ، أن تستخدم أجسام الكيتون كمصدر بديل للطاقة. هذا يحافظ على عمل الدماغ والأعضاء الأخرى ، مثل القلب ، عندما يكون الجلوكوز محدودًا. نظرًا لأن كل من حمض β-hydroxybutyric وحمض acetoacetatic عبارة عن أحماض ، فإن وجودهما في الدم يمكن أن يسبب الحماض (الحماض الكيتوني) ، وهو حالة خطيرة لمرضى السكر.

    في هذه الأعضاء ، يتم تحويل أجسام الكيتون إلى جزيئين أسيتيل CoA لكل منهما. ثم تتم معالجة جزيئات الأسيتيل CoA هذه من خلال دورة كريبس لتوليد الطاقة (الشكل 12).

    الشكل 12. أكسدة الكيتون. عندما يكون الجلوكوز محدودًا ، يمكن أكسدة أجسام الكيتون لإنتاج أسيتيل CoA لاستخدامه في دورة كريبس لتوليد الطاقة.

    تكوين الدهون: عندما تكون مستويات الجلوكوز وفيرة ، يمكن تحويل أسيتيل CoA الزائد الناتج عن تحلل السكر وأكسدة البيروفات إلى أحماض دهنية ودهون ثلاثية وكوليسترول ومنشطات وأملاح صفراوية. هذه العملية ، ودعا تكون الدهون، يخلق الدهون (الدهون) من الأسيتيل CoA ويحدث في سيتوبلازم الخلايا الدهنية (الخلايا الدهنية) وخلايا الكبد (خلايا الكبد) (الشكل 13). عندما تأكل جلوكوز أو كربوهيدرات أكثر مما يحتاجه جسمك ، يتحول الأسيتيل CoA إلى دهون. على الرغم من وجود العديد من المصادر الأيضية لـ acetyl CoA ، إلا أنه يتم اشتقاقه بشكل شائع من تحلل السكر. يعد توافر الأسيتيل CoA أمرًا مهمًا ، لأنه يبدأ تكوين الدهون. تبدأ عملية تكوين الدهون بالأسيتيل CoA وتتقدم من خلال الإضافة اللاحقة لذرتين من الكربون من أسيتيل CoA آخر ، وتتكرر هذه العملية حتى تصبح الأحماض الدهنية بالطول المناسب. نظرًا لأن هذه عملية ابتنائية تخلق السندات ، يتم استهلاك ATP. ومع ذلك ، فإن تكوين الدهون الثلاثية والدهون هو وسيلة فعالة لتخزين الطاقة المتوفرة في الكربوهيدرات. يتم تخزين الدهون الثلاثية والدهون ، وهي جزيئات عالية الطاقة ، في الأنسجة الدهنية حتى الحاجة إليها.

    الشكل 13. التمثيل الغذائي للدهون. قد تتبع الدهون أحد المسارات المتعددة أثناء عملية التمثيل الغذائي. يتبع الجلسرين والأحماض الدهنية مسارات مختلفة.

    الجزء 3: التمثيل الغذائي للبروتين

    تُستخدم الأحماض الأمينية المتاحة مجانًا لإنشاء البروتينات. إذا كانت الأحماض الأمينية موجودة بكميات زائدة ، فإن الجسم ليس لديه قدرة أو آلية لتخزينها ، وبالتالي يتم تحويلها إلى أجسام جلوكوز أو كيتون. ينتج عن انهيار الأحماض الأمينية الهيدروكربونات ، والتي يتم تحويلها إلى جلوكوز من خلال استحداث السكر ، والنفايات النيتروجينية ، بسبب إزالة المجموعة الأمينية عن طريق نزع الأمين (أي الأمونيوم ، NH4 +). ومع ذلك ، فإن التركيزات العالية من النيتروجين سامة. ال دورة اليوريا، وهي عملية في الكبد ، تقوم بتحويل الأمونيوم إلى يوريا ، مما يسهل إفراز النيتروجين الزائد من الجسم.

    في دورة اليوريا ، يتم دمج الأمونيوم مع ثاني أكسيد الكربون2، مما ينتج عنه اليوريا والماء. يتم التخلص من اليوريا من خلال الكلى في البول.

    يمكن أيضًا استخدام الأحماض الأمينية كمصدر للطاقة ، خاصة في أوقات الجوع.نظرًا لأن معالجة الأحماض الأمينية تؤدي إلى إنشاء وسيط استقلابي ، بما في ذلك البيروفات ، والأسيتيل CoA ، و acetoacyl CoA ، و oxaloacetate ، و α-ketoglutarate ، يمكن أن تعمل الأحماض الأمينية كمصدر لإنتاج الطاقة من خلال دورة كريبس (الشكل 16). يلخص الشكل 17 مسارات الهدم والتمثيل الغذائي للكربوهيدرات والدهون والبروتينات.

    الجزء 4: حالات التمثيل الغذائي في الجسم

    أنت تأكل بشكل دوري على مدار اليوم ، ولكن أعضائك ، وخاصة الدماغ ، تحتاج إلى إمدادات مستمرة من الجلوكوز. كيف يلبي الجسم هذا الطلب المستمر على الطاقة؟ يعالج جسمك الطعام الذي تتناوله لاستخدامه على الفور ، والأهم من ذلك ، تخزينه كطاقة للطلبات اللاحقة. إذا لم تكن هناك طريقة لتخزين الطاقة الزائدة ، فستحتاج إلى تناول الطعام باستمرار لتلبية متطلبات الطاقة. توجد آليات مميزة لتسهيل تخزين الطاقة ، ولإتاحة الطاقة المخزنة أثناء أوقات الصيام والمجاعة.

    الشكل 16. الوصول إلى الطاقة في الأحماض الأمينية. يمكن تقسيم الأحماض الأمينية إلى سلائف لتحلل السكر أو دورة كريبس. يمكن للأحماض الأمينية (بالخط العريض) أن تدخل الدورة من خلال أكثر من مسار. لا يمكن فحص نقاط دخول جميع الأحماض الأمينية. الشكل 17. مسارات تقويضية وابتنائية. تتبع العناصر الغذائية مسارًا معقدًا من الابتلاع من خلال الابتنائية والتقويض إلى إنتاج الطاقة.

    الحالة الامتصاصية: تحدث الحالة الامتصاصية ، أو حالة التغذية ، بعد الوجبة عندما يقوم جسمك بهضم الطعام وامتصاص العناصر الغذائية (الابتنائية تتجاوز الهدم) (الشكل 18). يبدأ الهضم في اللحظة التي تضع فيها الطعام في فمك ، حيث يتم تكسير الطعام إلى الأجزاء المكونة له ليتم امتصاصه من خلال الأمعاء. يبدأ هضم الكربوهيدرات في الفم ، بينما يبدأ هضم البروتينات والدهون في المعدة والأمعاء الدقيقة. يتم نقل الأجزاء المكونة لهذه الكربوهيدرات والدهون والبروتينات عبر جدار الأمعاء وتدخل مجرى الدم (السكريات والأحماض الأمينية) أو الجهاز اللمفاوي (الدهون). تنقلها هذه الأنظمة من الأمعاء إلى الكبد أو الأنسجة الدهنية أو الخلايا العضلية التي تعالج الطاقة وتستخدمها أو تخزنها.

    اعتمادًا على كميات وأنواع العناصر الغذائية التي يتم تناولها ، يمكن أن تستمر حالة الامتصاص لمدة تصل إلى 4 ساعات. إن تناول الطعام وارتفاع تركيزات الجلوكوز في مجرى الدم يحفز خلايا بيتا البنكرياس على إطلاقها الأنسولين في مجرى الدم ، حيث يبدأ امتصاص الجلوكوز في الدم عن طريق خلايا الكبد وخلايا العضلات الدهنية. الأنسولين أيضا يحفز تكوّن الجليكوجين، تخزين الجلوكوز كجليكوجين في خلايا الكبد والعضلات حيث يمكن استخدامه لاحتياجات الطاقة اللاحقة للجسم. يعزز الأنسولين أيضًا تخليق البروتين في العضلات. كما سترى ، يمكن تقويض بروتين العضلات واستخدامه كوقود في أوقات الجوع.

    إذا تم بذل الطاقة بعد تناول الطعام بفترة وجيزة ، فستتم معالجة الدهون والسكريات الغذائية التي تم تناولها للتو واستخدامها على الفور للحصول على الطاقة. إذا لم يكن الأمر كذلك ، يتم تخزين الجلوكوز الزائد على شكل جليكوجين في خلايا الكبد والعضلات ، أو كدهن في الأنسجة الدهنية ، يتم تخزين الدهون الغذائية الزائدة أيضًا على شكل دهون ثلاثية في الأنسجة الدهنية.

    حالة ما بعد الامتصاص: تحدث حالة ما بعد الامتصاص ، أو حالة الصيام ، عندما يتم هضم الطعام وامتصاصه وتخزينه (الشكل 19). عادةً ما تصوم طوال الليل ، لكن تخطي وجبات الطعام أثناء النهار يضع جسمك في حالة ما بعد الامتصاص أيضًا. خلال هذه الحالة ، يجب أن يعتمد الجسم في البداية على المخزن الجليكوجين. تبدأ مستويات الجلوكوز في الدم في الانخفاض حيث يتم امتصاصه واستخدامه من قبل الخلايا. استجابة لانخفاض الجلوكوز ، تنخفض مستويات الأنسولين أيضًا. يتباطأ تخزين الجليكوجين والدهون الثلاثية. ومع ذلك ، نظرًا لمتطلبات الأنسجة والأعضاء ، يجب الحفاظ على مستويات الجلوكوز في الدم في النطاق الطبيعي من 80-120 مجم / ديسيلتر. استجابة لانخفاض تركيز الجلوكوز في الدم ، يتم تحرير هرمون الجلوكاجون من خلايا ألفا في البنكرياس. يعمل الجلوكاجون على خلايا الكبد ، حيث يمنع تكوين الجليكوجين ويحفز تحلل الجليكوجين، وتحويل الجليكوجين المخزن مرة أخرى إلى الجلوكوز. يتم تحرير الجلوكوز من الكبد لتستخدمه الأنسجة المحيطية والدماغ. نتيجة لذلك ، تبدأ مستويات الجلوكوز في الدم في الارتفاع. عادةً ما يكون الجليكوجين المخزن في الإنسان الذي يتغذى جيدًا كافياً لتلبية احتياجات الجسم من الطاقة لعدة ساعات. استحداث السكر، فإن إنتاج الجلوكوز من غير الكربوهيدرات ، سيبدأ أيضًا في الكبد ليحل محل الجلوكوز الذي استخدمته الأنسجة المحيطية.

    مجاعة: عندما يُحرم الجسم من التغذية لفترة طويلة من الزمن ، فإنه ينتقل إلى "وضع البقاء على قيد الحياة". الأولوية الأولى للبقاء على قيد الحياة هي توفير ما يكفي من الجلوكوز أو الوقود للدماغ. الأولوية الثانية هي الحفاظ على الأحماض الأمينية للبروتينات. لذلك ، عندما لا يتوفر الجلوكوز ، فإن استخدام أجسام الكيتون كمصدر للطاقة يساعد على تقليل الطلب على الجلوكوز ، وبالتالي تقليل تكوين الجلوكوز من أجل الحفاظ على بروتينات الجسم.

    نظرًا لأن مستويات الجلوكوز منخفضة جدًا أثناء الجوع ، فإن تحلل السكر سيتوقف في الخلايا التي يمكنها استخدام أنواع الوقود البديلة. على سبيل المثال ، ستتحول العضلات من استخدام الجلوكوز إلى الأحماض الدهنية كوقود. كما أوضحنا سابقًا ، يمكن تحويل الأحماض الدهنية إلى أسيتيل CoA ومعالجتها من خلال دورة كريبس لصنع ATP. لا يتم تحويل البيروفات واللاكتات والألانين من خلايا العضلات إلى أسيتيل CoA وتستخدم في دورة كريبس ، ولكن يتم تصديرها إلى الكبد لاستخدامها في تخليق الجلوكوز. مع استمرار الجوع ، والحاجة إلى المزيد من الجلوكوز ، يمكن تحرير الجلسرين من الأحماض الدهنية واستخدامه كمصدر لتكوين السكر.

    بعد عدة أيام من الجوع ، أصبحت أجسام الكيتون المصدر الرئيسي للوقود للقلب والأعضاء الأخرى. مع استمرار الجوع ، تتأكسد الأحماض الدهنية ومخازن الدهون الثلاثية لتكوين هذه الجزيئات. هذا يمنع الانهيار المستمر للبروتينات التي تعمل كمصادر للكربون لتكوين الجلوكوز ، مما يساعد على الحفاظ على الأداء السليم لعضلات الجسم. بمجرد استنفاد مخازن الدهون هذه تمامًا ، يتم إطلاق البروتينات من العضلات وتفكيكها لتخليق الجلوكوز. هذا يؤدي إلى هزال العضلات ، حيث يضطر الجسم إلى تفكيك الأنسجة من أجل البقاء. يعتمد البقاء على قيد الحياة بشكل عام على كمية الدهون والبروتينات المخزنة في الجسم.

    الشكل 18. الحالة الاستيعابية. أثناء حالة الامتصاص ، يقوم الجسم بهضم الطعام وامتصاص العناصر الغذائية. الشكل 19. حالة ما بعد الامتصاص. خلال حالة ما بعد الامتصاص ، يجب أن يعتمد الجسم على الجليكوجين المخزن للحصول على الطاقة.


    ما مصير NADH الذي ينتج في الكبد أثناء أكسدة حمض اللاكتيك؟ - مادة الاحياء

    الفصل 9 في علم الأحياء من كامبل: التنفس الخلوي

    ما هو مصطلح المسارات الأيضية التي تطلق الطاقة المخزنة عن طريق تكسير الجزيئات المعقدة؟
    أ) مسارات الابتنائية
    ب) مسارات تقويضية
    ج) مسارات التخمير
    د) المسارات الديناميكية الحرارية
    هـ) مسارات الطاقة الحيوية

    الجزيء الذي يعمل كعامل مختزل (مانح للإلكترون) في تفاعل الأكسدة والاختزال
    أ) يكتسب الإلكترونات ويكتسب طاقة كامنة.
    ب) يفقد الإلكترونات ويفقد الطاقة الكامنة.
    ج) يكتسب الإلكترونات ويفقد الطاقة الكامنة.
    د) يفقد الإلكترونات ويكتسب طاقة كامنة.
    هـ) لا يكتسب أو يخسر الإلكترونات ، لكنه يكتسب أو يفقد الطاقة الكامنة.

    عندما تقترب الإلكترونات من ذرة أكثر كهرسلبية ، ماذا يحدث؟
    أ) يتم تقليل الذرة الأكثر كهربيًا ، ويتم إطلاق الطاقة.
    ب) يتم تقليل الذرة الكهربية ، ويتم استهلاك الطاقة.
    ج) تتأكسد الذرة الكهربية وتستهلك الطاقة.
    د) تتأكسد الذرة الكهربية ، ويتم إطلاق الطاقة.
    هـ) كلما تم تقليل الذرة الأكثر كهرسلبية ، وتناقص الانتروبيا.

    لماذا أكسدة المركبات العضوية بواسطة الأكسجين الجزيئي لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء تطلق طاقة مجانية؟
    أ) الروابط التساهمية في الجزيئات العضوية والأكسجين الجزيئي لديها طاقة حركية أكثر من الروابط التساهمية في الماء وثاني أكسيد الكربون.
    ب) يتم نقل الإلكترونات من الذرات التي لها ألفة أقل للإلكترونات (مثل C) إلى الذرات ذات التقارب العالي للإلكترونات (مثل O).
    ج) يمكن استخدام أكسدة المركبات العضوية لصنع ATP.
    د) تمتلك الإلكترونات طاقة كامنة أعلى عندما ترتبط بالماء وثاني أكسيد الكربون مقارنة بالمركبات العضوية.
    هـ) الرابطة التساهمية في O₂ غير مستقرة ويمكن كسرها بسهولة بواسطة الإلكترونات من الجزيئات العضوية

    أي من العبارات التالية يصف نتائج رد الفعل هذا؟
    C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + طاقة
    أ) يتأكسد C₆H₁₂O₆ ويتم تقليل O₂.
    ب) O₂ يتأكسد ويتم تقليل H₂O.
    C) يتم تقليل CO₂ ويتأكسد O₂.
    د) يتم تقليل C₆H₁₂O₆ ويتأكسد CO₂.
    هـ) يتم تقليل O₂ ويتأكسد ثاني أكسيد الكربون

    عندما يفقد جزيء الجلوكوز ذرة الهيدروجين نتيجة تفاعل الأكسدة والاختزال ، يصبح الجزيء
    أ) متحلل.
    ب) مهدرجة.
    ج) يتأكسد.
    د) مخفضة.
    ه) عامل مؤكسد.

    عندما يكتسب جزيء NAD⁺ (نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد) ذرة هيدروجين (وليس بروتونًا) ، يصبح الجزيء
    أ) منزوع الهيدروجين.
    ب) يتأكسد.
    ج) مخفضة.
    د) الأكسدة والاختزال.
    ه) متحلل.

    أي من العبارات التالية تصف ناديا؟
    أ) يتم تقليل NAD⁺ إلى NADH أثناء تحلل السكر وأكسدة البيروفات ودورة حمض الستريك.
    ب) يحتوي NAD على طاقة كيميائية أكثر من NADH.
    ج) يتأكسد NAD⁺ بفعل الهيدروجيناز.
    د) يمكن لـ NAD⁺ التبرع بالإلكترونات لاستخدامها في الفسفرة المؤكسدة.
    ه) في حالة عدم وجود NAD⁺ ، لا يزال التحلل السكري يعمل.

    أين يحدث تحلل السكر في الخلايا حقيقية النواة؟
    أ) مصفوفة الميتوكوندريا
    ب) الغشاء الخارجي للميتوكوندريا
    ج) الغشاء الداخلي للميتوكوندريا
    د) الفضاء بين الغشاء الميتوكوندريا
    ه) العصارة الخلوية

    يتم إنشاء ATP المصنوع أثناء تحلل السكر بواسطة
    أ) الفسفرة على مستوى الركيزة.
    ب) نقل الإلكترون.
    ج) الفسفرة الضوئية.
    د) الانقسام الكيميائي.
    ه) أكسدة NADH إلى NAD⁺.

    في أي عملية أو حدث يدخل الأكسجين المستهلك أثناء التنفس الخلوي؟
    أ) تحلل السكر
    ب) قبول الإلكترونات في نهاية سلسلة نقل الإلكترون
    ج) دورة حامض الستريك
    د) أكسدة البيروفات إلى أسيتيل CoA
    ه) فسفرة ADP لتشكيل ATP

    ما هي العملية في الخلايا حقيقية النواة التي ستستمر بشكل طبيعي سواء كان الأكسجين (O₂) موجودًا أم غائبًا؟
    أ) نقل الإلكترون
    ب) تحلل السكر
    ج) دورة حامض الستريك
    د) الفسفرة المؤكسدة
    ه) الانقسام الكيميائي

    يفقد الإلكترون الطاقة الكامنة عندما يكون
    أ) يتحول إلى ذرة أقل كهربية.
    ب) يتحول إلى ذرة أكثر كهربية.
    ج) يزيد من طاقته الحركية.
    د) يزيد من نشاطه كعامل مؤكسد.
    هـ) يبتعد عن نواة الذرة.

    لماذا تعتبر الكربوهيدرات والدهون أطعمة عالية الطاقة؟
    أ) لديهم الكثير من ذرات الأكسجين.
    ب) ليس لديهم نيتروجين في تركيبتهم.
    ج) يمكن أن يكون لديهم هياكل عظمية طويلة جدًا من الكربون.
    د) لديهم الكثير من الإلكترونات المرتبطة بالهيدروجين.
    هـ) يتم تقليلها بسهولة.

    تمثل الفسفرة على مستوى الركيزة تقريبًا نسبة مئوية من ATP تكونت من تفاعلات تحلل السكر؟
    أ) 0٪
    ب) 2٪
    ج) 10٪
    د) 38٪
    هـ) 100٪

    أثناء تحلل الجلوكوز ، عندما يتم تقويض كل جزيء من الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات ، فإن معظم الطاقة الكامنة الموجودة في الجلوكوز تكون
    أ) تم نقلها إلى ADP ، وتشكيل ATP.
    ب) نقلها مباشرة إلى ATP.
    ج) محتجزة في البيروفات.
    د) المخزنة في NADH المنتجة.
    E) يستخدم في فسفوريلات الفركتوز لتشكيل 6 فوسفات الفركتوز

    بالإضافة إلى ATP ، ما هي المنتجات النهائية لتحلل السكر؟
    أ) CO₂ و H₂O
    ب) ثاني أكسيد الكربون والبيروفات
    ج) NADH والبيروفات
    د) CO₂ و NADH
    ه) H₂O و FADH₂ وسيترات

    الطاقة الحرة لأكسدة الجلوكوز إلى CO₂ والماء هي -686 kcal / mol والطاقة الحرة لتقليل NAD⁺ إلى NADH هي +53 kcal / mol. لماذا يتشكل جزيئين فقط من NADH أثناء تحلل السكر عندما يبدو أنه يمكن تكوين ما يصل إلى اثني عشر جزيئًا؟
    أ) يتم استخدام معظم الطاقة المجانية المتاحة من أكسدة الجلوكوز في إنتاج ATP في تحلل السكر.
    ب) تحلل السكر هو تفاعل غير فعال للغاية ، حيث يتم إطلاق الكثير من طاقة الجلوكوز على شكل حرارة.
    ج) معظم الطاقة المجانية المتاحة من أكسدة الجلوكوز تبقى في البيروفات ، أحد منتجات تحلل السكر.
    د) لا يوجد ثاني أكسيد الكربون أو الماء المنتج كمنتجات لتحلل السكر.
    هـ) يتكون تحلل السكر من العديد من التفاعلات الأنزيمية ، كل منها يستخرج بعض الطاقة من جزيء الجلوكوز

    بدءًا من جزيء واحد من الجلوكوز ، فإن المنتجات المحتوية على الطاقة لتحلل السكر هي
    أ) 2 NAD⁺ ، 2 بيروفات ، و 2 ATP.
    ب) 2 NADH ، 2 بيروفات ، و 2 ATP.
    ج) 2 FADH₂ ، 2 بيروفات ، 4 ATP.
    د) 6 CO₂ ، 2 ATP ، 2 بيروفات.
    هـ) 6 CO₂ و 30 ATP و 2 بيروفات.

    في تحلل السكر ، يتأكسد كل جزيء من الجلوكوز إلى بيروفات
    أ) يتم استخدام جزيئين من ATP ويتم إنتاج جزيئين من ATP.
    ب) يتم استخدام جزيئين من ATP ويتم إنتاج أربعة جزيئات من ATP.
    ج) يتم استخدام أربعة جزيئات من ATP ويتم إنتاج جزيئين من ATP.
    د) يتم استخدام جزيئين من ATP ويتم إنتاج ستة جزيئات من ATP.
    هـ) يتم استخدام ستة جزيئات من ATP ويتم إنتاج ستة جزيئات من ATP.

    جزيء فسفرته
    أ) تم تقليله نتيجة تفاعل الأكسدة والاختزال الذي ينطوي على فقد فوسفات غير عضوي.
    ب) لديه تفاعل كيميائي منخفض ومن غير المرجح أن يوفر الطاقة للعمل الخلوي.
    ج) قد تأكسد نتيجة تفاعل الأكسدة والاختزال الذي ينطوي على اكتساب فوسفات غير عضوي.
    D) لديها طاقة كيميائية كامنة متزايدة ، وهي مهيأة للقيام بالعمل الخلوي.
    E) لديها طاقة أقل مما كانت عليه قبل الفسفرة وبالتالي طاقة أقل للعمل الخلوي.

    ما هو نوع السم الأيضي الذي يتعارض بشكل مباشر مع تحلل السكر؟
    أ) عامل يتفاعل مع الأكسجين ويستنفد تركيزه في الخلية
    ب) عامل يرتبط بالبيروفات ويعطله
    ج) عامل يحاكي عن كثب تركيبة الجلوكوز ولكن لا يتم استقلابه
    د) عامل يتفاعل مع NADH ويؤكسده إلى NAD⁺
    هـ) عامل يمنع مرور الإلكترونات على طول سلسلة نقل الإلكترون

    لماذا يوصف التحلل السكري بأنه يمر بمرحلة استثمار ومرحلة سداد؟
    أ) يقوم بتقسيم الجزيئات وتجميع الجزيئات.
    ب) يعلق ويفصل مجموعات الفوسفات.
    ج) يستخدم الجلوكوز ويولد البيروفات.
    د) ينقل الجزيئات من العصارة الخلوية إلى الميتوكوندريا.
    هـ) يستخدم ATP المخزن ثم يشكل زيادة صافية في ATP.

    يعتمد نقل البيروفات إلى الميتوكوندريا على القوة المحركة للبروتون عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. كيف يدخل البيروفات إلى الميتوكوندريا؟
    أ) النقل النشط
    ب) الانتشار
    ج) سهولة الانتشار
    د) من خلال قناة
    ه) من خلال المسام

    أي من المستقلبات الوسيطة التالية تدخل دورة حمض الستريك وتتشكل جزئيًا عن طريق إزالة الكربون (CO₂) من جزيء واحد من البيروفات؟
    أ) اللاكتات
    ب) جلسيرالديهايد -3 فوسفات
    ج) أوكسالو أسيتات
    د) أسيتيل CoA
    ه) سترات

    أثناء التنفس الخلوي ، يتراكم أسيتيل CoA في أي مكان؟
    أ) العصارة الخلوية
    ب) الغشاء الخارجي للميتوكوندريا
    ج) الغشاء الداخلي للميتوكوندريا
    د) الفضاء بين الغشاء الميتوكوندريا
    ه) مصفوفة الميتوكوندريا

    كم عدد ذرات الكربون التي يتم تغذيتها في دورة حمض الستريك نتيجة أكسدة جزيء واحد من البيروفات؟
    أ) اثنان
    ب) أربعة
    ج) ستة
    د) ثمانية
    هـ) عشرة

    يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون (CO₂) أثناء أي من مراحل التنفس الخلوي التالية؟
    أ) تحلل السكر وأكسدة البيروفات إلى أسيتيل CoA
    ب) أكسدة البيروفات إلى أسيتيل CoA ودورة حامض الستريك
    ج) دورة حامض الستريك والفسفرة المؤكسدة
    د) الفسفرة المؤكسدة والتخمير
    هـ) التخمير وتحلل السكر

    لم يكن للحيوان الصغير طاقة كبيرة. يتم إحضاره إلى طبيب بيطري للمساعدة ويتم إرساله إلى مستشفى الحيوانات لإجراء بعض الاختبارات. هناك اكتشفوا أن الميتوكوندريا الخاصة به لا يمكنها استخدام سوى الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية للتنفس ، وتنتج خلاياه اللاكتات أكثر من المعتاد. مما يلي أفضل تفسير لحالته؟
    أ) تفتقر الميتوكوندريا الخاصة به إلى بروتين النقل الذي يحرك البيروفات عبر غشاء الميتوكوندريا الخارجي.
    ب) لا تستطيع خلاياه نقل NADH من تحلل السكر إلى الميتوكوندريا.
    ج) تحتوي خلاياه على شيء يمنع استخدام الأكسجين في الميتوكوندريا لديه.
    د) تفتقر خلاياه إلى الإنزيم الموجود في التحلل السكري الذي يشكل البيروفات.
    هـ) تحتوي خلاياه على سلسلة نقل إلكترونية معيبة ، لذلك ينتقل الجلوكوز إلى اللاكتات بدلاً من الأسيتيل CoA

    أثناء التنفس الهوائي ، تتحرك الإلكترونات إلى أسفل في أي تسلسل؟
    أ) الغذاء → دورة حامض الستريك → ATP → NAD⁺
    ب) الغذاء → NADH → سلسلة نقل الإلكترون → الأكسجين
    ج) الجلوكوز ← بيروفات ← ATP ← أكسجين
    د) الجلوكوز → ATP → سلسلة نقل الإلكترون → NADH
    ه) الغذاء ← تحلل السكر ← دورة حمض الستريك ← NADH ← ATP

    ما هو جزء ثاني أكسيد الكربون الذي تخرجه الحيوانات من تفاعلات دورة حمض الستريك ، إذا كان الجلوكوز هو المصدر الوحيد للطاقة؟
    أ) 1/6
    ب) 1/3
    ج) 1/2
    د) 2/3
    هـ) 100/100

    أين تقع بروتينات سلسلة نقل الإلكترون؟
    أ) العصارة الخلوية
    ب) الغشاء الخارجي للميتوكوندريا
    ج) الغشاء الداخلي للميتوكوندريا
    د) الفضاء بين الغشاء الميتوكوندريا
    ه) مصفوفة الميتوكوندريا

    في التنفس الخلوي ، يتم توفير الطاقة لمعظم تخليق ATP بواسطة
    أ) روابط فوسفات عالية الطاقة في الجزيئات العضوية.
    ب) تدرج بروتون عبر الغشاء.
    ج) تحويل الأكسجين إلى ATP.
    د) نقل الإلكترونات من الجزيئات العضوية إلى البيروفات.
    هـ) توليد ثاني أكسيد الكربون والأكسجين في سلسلة نقل الإلكترون.

    أثناء التنفس الهوائي ، أي مما يلي يتبرع مباشرة بالإلكترونات إلى سلسلة نقل الإلكترون عند أدنى مستوى للطاقة؟
    أ) NAD +
    ب) NADH
    ج) ATP
    د) ADP + Pi
    ه) FADH2

    الدور الأساسي للأكسجين في التنفس الخلوي هو
    أ) تنتج الطاقة على شكل ATP حيث يتم تمريرها عبر السلسلة التنفسية.
    ب) يعمل كمستقبل للإلكترونات والهيدروجين مكونًا الماء.
    ج) تتحد مع الكربون وتشكل ثاني أكسيد الكربون.
    د) تتحد مع اللاكتات وتشكل البيروفات.
    ه) تحفيز تفاعلات تحلل السكر

    في أي ميتوكوندريا نشطة ، تتبع معظم الإلكترونات المسار؟
    أ) تحلل السكر → NADH → الفسفرة المؤكسدة → ATP → الأكسجين
    ب) دورة حمض الستريك → FADH₂ → سلسلة نقل الإلكترون → ATP
    ج) سلسلة نقل الإلكترون ← دورة حمض الستريك ← ATP ← أكسجين
    د) بيروفات ← دورة حمض الستريك ← ATP ← NADH ← أكسجين
    هـ) دورة حمض الستريك ← NADH ← سلسلة نقل الإلكترون ← أكسجين

    أثناء التنفس الهوائي ، يتكون H₂O. من أين تأتي ذرة الأكسجين لتكوين الماء؟
    أ) ثاني أكسيد الكربون (CO₂)
    ب) الجلوكوز (C₆H₁₂O₆)
    ج) الأكسجين الجزيئي (O₂)
    د) البيروفات (C₃H₃O₃-)
    ه) اللاكتات (C₃H₅O₃-)

    في الفسفرة كيميائيًا ، ما هو أكثر مصدر مباشر للطاقة يتم استخدامه لتحويل ADP + Pi إلى ATP؟
    أ) الطاقة المنبعثة عندما تتدفق الإلكترونات عبر نظام نقل الإلكترون
    ب) الطاقة المنبعثة من الفسفرة على مستوى الركيزة
    ج) الطاقة المنبعثة من حركة البروتونات عبر سينسيز ATP ، ضد التدرج الكهروكيميائي
    د) الطاقة المنبعثة من حركة البروتونات من خلال سينسيز ATP ، أسفل التدرج الكهروكيميائي
    ه) لا حاجة إلى مصدر خارجي للطاقة لأن التفاعل مفرط الطاقة.

    تُستخدم الطاقة المنبعثة من سلسلة نقل الإلكترون لضخ H⁺ إلى أي موقع في الخلايا حقيقية النواة؟
    أ) العصارة الخلوية
    ب) الغشاء الخارجي للميتوكوندريا
    ج) الغشاء الداخلي للميتوكوندريا
    د) الفضاء بين الغشاء الميتوكوندريا
    ه) مصفوفة الميتوكوندريا

    مصدر الطاقة المباشر الذي يدفع تخليق ATP أثناء الفسفرة المؤكسدة في الجهاز التنفسي في الخلايا حقيقية النواة هو
    أ) أكسدة الجلوكوز إلى CO₂ والماء.
    ب) التدفق الملائم للإلكترونات من الناحية الديناميكية الحرارية من NADH إلى ناقلات الإلكترون في الميتوكوندريا.
    ج) الانتقال النهائي للإلكترونات إلى الأكسجين.
    د) القوة المحركة للبروتون عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا.
    هـ) النقل المواتي للفوسفات من الناحية الديناميكية الحرارية من تحلل السكر والجزيئات الوسيطة لدورة حامض الستريك لـ ADP

    عندما يتم ضخ أيونات الهيدروجين من مصفوفة الميتوكوندريا عبر الغشاء الداخلي وفي الفضاء بين الغشاء ، تكون النتيجة هي
    أ) تشكيل ATP.
    ب) الحد من NAD⁺.
    ج) استعادة توازن Na⁺ / K⁺ عبر الغشاء.
    د) خلق قوة دافعة للبروتون.
    ه) خفض درجة الحموضة في مصفوفة الميتوكوندريا.

    أين يقع سينسيز ATP في الميتوكوندريا؟
    أ) العصارة الخلوية
    ب) سلسلة نقل الإلكترون
    ج) الغشاء الخارجي
    د) الغشاء الداخلي
    ه) مصفوفة الميتوكوندريا

    من الممكن تحضير حويصلات من أجزاء من غشاء الميتوكوندريا الداخلي. أي من العمليات التالية لا يزال من الممكن أن يقوم بها هذا الغشاء الداخلي المعزول؟
    أ) دورة حامض الستريك
    ب) الفسفرة المؤكسدة
    ج) تحلل السكر والتخمير
    د) الحد من NAD⁺
    هـ) كل من دورة حامض الستريك والفسفرة المؤكسدة

    كم عدد جزيئات الأكسجين (O₂) المطلوبة في كل مرة يتأكسد جزيء الجلوكوز (C₆H₁₂O₆) تمامًا لثاني أكسيد الكربون والماء عن طريق التنفس الهوائي ،؟
    أ) 1
    ب) 3
    ج) 6
    د) 12
    هـ) 30

    أي مما يلي ينتج أكبر قدر من ATP عندما يتأكسد الجلوكوز (C₆H₁₂O₆) تمامًا إلى ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والماء؟
    أ) تحلل السكر
    ب) التخمير
    ج) أكسدة البيروفات إلى أسيتيل CoA
    د) دورة حامض الستريك
    هـ) الفسفرة المؤكسدة (التناضح الكيميائي)

    كم عدد جزيئات ATP التي يتم إنتاجها تقريبًا من الأكسدة الكاملة لجزيئين من الجلوكوز (C₆H₁₂O₆) في التنفس الخلوي الهوائي؟
    أ) 2
    ب) 4
    ج) 15
    د) 30 - 32
    هـ) 60-64

    يعد تخليق ATP عن طريق الفسفرة المؤكسدة ، باستخدام الطاقة المنبعثة من حركة البروتونات عبر الغشاء أسفل التدرج الكهروكيميائي ، مثالاً على
    أ) النقل النشط.
    ب) رد فعل مرن مقترن بتفاعل طارد للطاقة.
    ج) رد فعل إيجابي مع ΔG.
    د) التناضح.
    ه) تنظيم خيفي

    يحدث تخليق ATP الكيميائي (الفسفرة المؤكسدة) في
    أ) جميع الخلايا ولكن فقط في وجود الأكسجين.
    ب) فقط الخلايا حقيقية النواة ، في وجود الأكسجين.
    ج) فقط في الميتوكوندريا ، باستخدام الأكسجين أو متقبلات الإلكترون الأخرى.
    د) جميع الخلايا التي تتنفس ، سواء بدائية النواة أو حقيقية النواة ، باستخدام الأكسجين أو متقبلات الإلكترون الأخرى.
    هـ) جميع الخلايا في حالة عدم وجود تنفس.

    إذا كانت الخلية قادرة على تصنيع 30 جزيء ATP لكل جزيء من الجلوكوز يتأكسد تمامًا بواسطة ثاني أكسيد الكربون والماء ، فكم عدد جزيئات ATP التي يمكن للخلية تخليقها لكل جزيء من البيروفات يتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون والماء؟
    أ) 0
    ب) 1
    ج) 12
    د) 14
    هـ) 15

    ما هي القوة المحركة للبروتون؟
    أ) القوة المطلوبة لإزالة الإلكترون من الهيدروجين
    ب) القوة التي تمارس على بروتون بواسطة تدرج تركيز البروتون عبر الغشاء
    ج) القوة التي تحرك الهيدروجين في الفضاء بين الغشاء
    د) القوة التي تحرك الهيدروجين في الميتوكوندريا
    هـ) القوة التي تحرك الهيدروجين إلى NAD⁺

    في خلايا الكبد ، تبلغ مساحة أغشية الميتوكوندريا الداخلية حوالي خمسة أضعاف مساحة أغشية الميتوكوندريا الخارجية. ما الغرض الذي يجب أن يخدمه هذا؟
    أ) يسمح بزيادة معدل تحلل السكر.
    ب) يسمح بزيادة معدل دورة حامض الستريك.
    ج) يزيد من سطح الفسفرة المؤكسدة.
    د) يزيد من سطح الفسفرة على مستوى الركيزة.
    ه) يسمح لخلية الكبد أن يكون لها عدد أقل من الميتوكوندريا

    تنتج الخلايا الدهنية البنية بروتينًا يسمى ثيرموجينين في غشاء الميتوكوندريا الداخلي. Thermogenin هي قناة لتسهيل نقل البروتونات عبر الغشاء. ماذا سيحدث في الخلايا الدهنية البنية عندما تنتج الثرموجينين؟
    أ) سيزداد كل من تخليق ATP وتوليد الحرارة.
    ب) سيزداد تخليق ATP ، وسيقل توليد الحرارة.
    ج) سينخفض ​​تخليق ATP ، وسيزداد توليد الحرارة.
    د) سينخفض ​​كل من تخليق ATP وتوليد الحرارة.
    ه) سيبقى تخليق ATP وتوليد الحرارة كما هو

    في الميتوكوندريا ، إذا كان تركيز ATP في المصفوفة مرتفعًا ، وكان تركيز البروتون في الفضاء بين الغشاء منخفضًا جدًا لتوليد قوة دافعة بروتون كافية ، إذن
    أ) سينسيز ATP سيزيد من معدل تخليق ATP.
    ب) سيتوقف سينسيز ATP عن العمل.
    ج) سينسيز ATP سوف يحلل ATP ويضخ البروتونات في الفضاء بين الغشاء.
    د) سينسيز ATP سوف يحلل ATP ويضخ البروتونات في المصفوفة.

    ما هي العمليات التقويضية التي ربما استخدمتها الخلايا على الأرض القديمة قبل أن يصبح الأكسجين الحر متاحًا؟
    أ) تحلل السكر والتخمير فقط
    ب) تحلل السكر ودورة حامض الستريك فقط
    ج) تحلل السكر وأكسدة البيروفات ودورة حامض الستريك
    د) الفسفرة المؤكسدة فقط
    هـ) تحلل السكر وأكسدة البيروفات ودورة حامض الستريك والفسفرة المؤكسدة باستخدام متقبل إلكترون غير الأكسجين

    أي مما يلي يحدث بشكل طبيعي بغض النظر عن وجود الأكسجين (O₂) أم لا؟
    أ) تحلل السكر
    ب) التخمير
    ج) أكسدة البيروفات إلى أسيتيل CoA
    د) دورة حامض الستريك
    هـ) الفسفرة المؤكسدة (التناضح الكيميائي)

    أي مما يلي يحدث في العصارة الخلوية لخلية حقيقية النواة؟
    أ) تحلل السكر والتخمير
    ب) التخمير والتناضح الكيميائي
    ج) أكسدة البيروفات إلى أسيتيل CoA
    د) دورة حامض الستريك
    هـ) الفسفرة المؤكسدة

    ما هو المسار الأيضي المشترك لكل من التنفس الخلوي والتخمير؟
    أ) أكسدة البيروفات إلى أسيتيل CoA
    ب) دورة حامض الستريك
    ج) الفسفرة المؤكسدة
    د) تحلل السكر
    ه) الانقسام الكيميائي

    أي مما يلي يتم إنشاؤه أثناء التخمير؟
    أ) سلسلة نقل الإلكترون
    ب) الفسفرة على مستوى الركيزة
    ج) الانقسام الكيميائي
    د) الفسفرة المؤكسدة
    هـ) التنفس الهوائي

    في حالة عدم وجود الأكسجين ، يمكن لخلايا الخميرة الحصول على الطاقة عن طريق التخمير ، مما يؤدي إلى إنتاج
    أ) ATP و CO₂ والإيثانول (الكحول الإيثيلي).
    ب) ATP و CO₂ و lactate.
    ج) ATP و NADH والبيروفات.
    د) ATP ، البيروفات ، والأكسجين.
    ه) ATP ، البيروفات ، والأسيتيل CoA.

    في تخمير الكحول ، يتم تجديد NAD⁺ من NADH بواسطة
    أ) اختزال الأسيتالديهيد إلى الإيثانول (الكحول الإيثيلي).
    ب) أكسدة البيروفات إلى أسيتيل CoA.
    ج) تقليل البيروفات لتكوين اللاكتات.
    د) أكسدة الإيثانول إلى أسيتيل CoA.
    هـ) تقليل الإيثانول إلى البيروفات.

    تتمثل إحدى وظائف كل من تخمير الكحول وتخمير حمض اللاكتيك في
    أ) تقليل NAD⁺ إلى NADH.
    ب) تقليل FAD⁺ إلى FADH₂.
    ج) أكسدة NADH إلى NAD⁺.
    د) تقليل FADH₂ إلى FAD⁺.
    ه) لا تفعل شيئا مما سبق.

    تم اكتشاف كائن حي يزدهر في وجود وغياب الأكسجين في الهواء. الغريب أن استهلاك السكر يزداد مع إزالة الأكسجين من بيئة الكائن الحي ، على الرغم من أن الكائن الحي لا يكتسب الكثير من الوزن. هذا الكائن الحي
    أ) يجب استخدام جزيء آخر غير الأكسجين لقبول الإلكترونات من سلسلة نقل الإلكترون.
    ب) هو كائن طبيعي حقيقي النواة.
    ج) هو التمثيل الضوئي.
    د) هو كائن حي لا هوائي.
    هـ) هي اللاهوائية الاختيارية.

    ما العبارة التي تدعم بشكل أفضل الفرضية القائلة بأن تحلل السكر هو مسار استقلابي قديم نشأ قبل آخر سلف مشترك عالمي للحياة على الأرض؟
    أ) التحلل الجلدي منتشر على نطاق واسع ويوجد في مجالات البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى.
    ب) تحلل السكر لا يستخدم ولا يحتاج O₂.
    ج) تم العثور على تحلل السكر في جميع الخلايا حقيقية النواة.
    د) تم العثور على إنزيمات تحلل السكر في العصارة الخلوية وليس في عضية مغلقة بغشاء.
    هـ) استخدمت الخلايا بدائية النواة القديمة ، وهي أكثر الخلايا بدائية ، استخدامًا مكثفًا لتحلل السكر قبل فترة طويلة من وجود الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض.

    لماذا يعتبر تحلل السكر من أوائل مسارات التمثيل الغذائي التي تطورت؟
    أ) ينتج ATP أقل بكثير من الفسفرة المؤكسدة.
    ب) لا تشتمل على عضيات أو هياكل متخصصة ، ولا تتطلب أكسجين ، وهي موجودة في معظم الكائنات الحية.
    ج) يوجد في الخلايا بدائية النواة ولكن ليس في الخلايا حقيقية النواة.
    د) يعتمد على التشبع الكيميائي ، وهو آلية التمثيل الغذائي الموجودة فقط في الخلايا بدائية النواة للخلايا الأولى.
    هـ) يتطلب وجود عضيات خلوية مغلقة بغشاء موجودة فقط في الخلايا حقيقية النواة

    عندما يمارس الفرد الرياضة بكثافة وعندما تصبح العضلات محرومة من الأكسجين ، تقوم خلايا العضلات بتحويل البيروفات إلى اللاكتات. ماذا يحدث للاكتات في خلايا العضلات والهيكل العظمي؟
    أ) يتم تحويله إلى NAD⁺.
    ب) تنتج ثاني أكسيد الكربون والماء.
    ج) يؤخذ إلى الكبد ويتحول مرة أخرى إلى البيروفات.
    د) يقلل FADH₂ إلى FAD⁺.
    هـ) يتحول إلى كحول.

    عندما تحرم خلايا العضلات الهيكلية من الأكسجين ، يظل القلب يضخ الدم. ما الذي يجب أن تكون خلايا عضلة القلب قادرة على القيام به؟
    أ) الحصول على طاقة كافية من التخمير
    ب) مواصلة التمثيل الغذائي الهوائي عندما لا تستطيع العضلات الهيكلية
    ج) تحويل اللاكتات إلى البيروفات مرة أخرى
    د) إزالة اللاكتات من الدم
    ه) إزالة الأكسجين من اللاكتات

    عندما تخضع خلايا العضلات الهيكلية للتنفس اللاهوائي ، فإنها تصبح مرهقة ومؤلمة. من المعروف الآن أن سبب هذا هو
    أ) تراكم البيروفات.
    ب) تراكم اللاكتات.
    ج) زيادة أيونات الصوديوم.
    د) زيادة أيونات البوتاسيوم.
    هـ) زيادة الإيثانول.

    تؤدي الطفرة في الخميرة إلى عدم قدرتها على تحويل البيروفات إلى إيثانول. كيف ستؤثر هذه الطفرة على خلايا الخميرة هذه؟
    أ) الخميرة الطافرة لن تكون قادرة على النمو اللاهوائي.
    ب) سوف تنمو الخميرة الطافرة بشكل لاهوائي فقط عند تناول الجلوكوز.
    ج) لن تتمكن الخميرة الطافرة من استقلاب الجلوكوز.
    د) سوف تموت الخميرة الطافرة لأنها لا تستطيع تجديد NAD⁺ من NAD.
    ه) الخميرة الطافرة سوف تستقلب الأحماض الدهنية فقط

    لديك صديق فقد 7 كيلوغرامات (حوالي 15 رطلاً) من الدهون في نظام غذائي صارم وممارسة الرياضة. كيف تركت الدهون جسدها؟
    أ) تم إصداره كـ CO₂ و H₂O.
    ب) تم تحويله إلى حرارة ثم إطلاقه.
    ج) تم تحويله إلى ATP ، والذي يزن أقل بكثير من الدهون.
    د) تم تكسيرها إلى أحماض أمينية وإزالتها من الجسم.
    هـ) تم تحويلها إلى بول وإخراجها من الجسم.

    إن إنزيم الفوسفوفركتوكيناز هو إنزيم تحكم مهم في تنظيم التنفس الخلوي. أي من العبارات التالية يصف نشاط إنزيم الفسفوفركتوكيناز بشكل صحيح؟
    أ) يمنعه بواسطة AMP.
    ب) يتم تنشيطه بواسطة ATP.
    ج) يتم تنشيطه بواسطة السترات ، وهو وسيط لدورة حامض الستريك.
    د) يحفز تحويل الفركتوز 1،6-بيسفوسفات إلى فركتوز 6-فوسفات ، وهي خطوة مبكرة من تحلل السكر.
    ه) إنه إنزيم خيفي.

    إن إنزيم الفوسفوفركتوكيناز هو إنزيم خيفي يحفز تحويل الفركتوز 6-فوسفات إلى الفركتوز 1،6-بيسفوسفات ، وهي خطوة مبكرة من تحلل السكر. في وجود الأكسجين ، من المتوقع أن تحدث زيادة في كمية ATP في الخلية
    أ) تثبيط الإنزيم وبالتالي إبطاء معدلات تحلل السكر ودورة حامض الستريك.
    ب) تنشيط الإنزيم وبالتالي إبطاء معدلات تحلل السكر ودورة حامض الستريك.
    ج) تثبط الإنزيم وبالتالي تزيد من معدلات تحلل السكر ودورة حامض الستريك.
    د) تنشيط الإنزيم وزيادة معدلات التحلل السكري ودورة حامض الستريك.
    هـ) تثبط الإنزيم وبالتالي تزيد من معدل تحلل السكر وتركيز السترات

    على الرغم من أن النباتات تقوم بعملية التمثيل الضوئي ، لا تزال الخلايا النباتية تستخدم الميتوكوندريا الخاصة بها لأكسدة البيروفات. متى وأين سيحدث هذا؟
    أ) في الخلايا الضوئية في الضوء ، بينما يحدث التمثيل الضوئي بشكل متزامن
    ب) في الخلايا غير الضوئية فقط
    ج) في الخلايا التي تخزن الجلوكوز فقط
    د) في جميع الخلايا في كل وقت
    هـ) في خلايا التمثيل الضوئي في الضوء وفي الأنسجة الأخرى في الظلام

    في الحيوانات الفقارية ، يرجع لون الأنسجة الدهنية البنية إلى وفرة الأوعية الدموية والشعيرات الدموية. من ناحية أخرى ، فإن الأنسجة الدهنية البيضاء متخصصة في تخزين الدهون وتحتوي على عدد قليل نسبيًا من الأوعية الدموية أو الشعيرات الدموية. تحتوي الخلايا الدهنية البنية على بروتين متخصص يبدد القوة المحركة للبروتون عبر أغشية الميتوكوندريا. أي مما يلي قد يكون وظيفة الأنسجة الدهنية البنية؟
    أ) لزيادة معدل الفسفرة المؤكسدة من عدد قليل من الميتوكوندريا
    ب) للسماح للحيوانات بتنظيم معدل التمثيل الغذائي عندما يكون الجو حارًا بشكل خاص
    ج) لزيادة إنتاج ATP
    د) للسماح للأغشية الأخرى للخلية بأداء وظائف الميتوكوندريا
    ه) لتنظيم درجة الحرارة عن طريق تحويل معظم الطاقة من أكسدة NADH إلى حرارة

    ما هو الغرض من أكسدة بيتا في التنفس؟
    أ) أكسدة الجلوكوز
    ب) أكسدة البيروفات
    ج) لائحة التغذية الراجعة
    د) السيطرة على تراكم ATP
    هـ) تكسير الأحماض الدهنية

    أين تدخل المنتجات التقويضية لتفكك الأحماض الدهنية في دورة حمض الستريك؟
    أ) البيروفات
    ب) مالات أو فومارات
    ج) أسيتيل CoA
    د) ألفا كيتوجلوتارات
    ه) succinyl CoA

    ما هي مصادر الكربون التي يمكن لخلايا الخميرة أن تستقلبها لإنتاج ATP من ADP في ظل الظروف اللاهوائية؟
    أ) الجلوكوز
    ب) الإيثانول
    ج) البيروفات
    د) حمض اللاكتيك
    هـ) إما الإيثانول أو حمض اللاكتيك

    المستويات العالية من حامض الستريك تثبط إنزيم فسفوفركتوكيناز ، وهو إنزيم رئيسي في تحلل السكر. يرتبط حمض الستريك بالإنزيم في مكان مختلف عن الموقع النشط. هذا مثال على
    أ) التثبيط التنافسي.
    ب) تنظيم خيفي.
    ج) خصوصية الانزيمات لركائزها.
    د) إنزيم يحتاج إلى عامل مساعد.
    ه) تنظيم ردود الفعل الإيجابية.

    أثناء التمرين المكثف ، حيث تدخل خلايا العضلات الهيكلية في اللاهوائية ، سيزيد جسم الإنسان من هدمه لـ
    أ) الدهون فقط.
    ب) الكربوهيدرات فقط.
    ج) البروتينات فقط.
    د) الدهون والكربوهيدرات والبروتينات.
    هـ) الدهون والبروتينات فقط.

    ستكون خلايا الخميرة التي تحتوي على ميتوكوندريا معيبة غير قادرة على التنفس قادرة على النمو من خلال تقويض أي من مصادر الكربون التالية للطاقة؟
    أ) الجلوكوز
    ب) البروتينات
    ج) الأحماض الدهنية
    د) الجلوكوز والبروتينات والأحماض الدهنية
    هـ) لن تكون خلايا الخميرة هذه قادرة على تقويض أي جزيئات غذائية ، وبالتالي ستفعل ذلك

    أي خطوة في الشكل 9.1 توضح انقسام جزيء واحد إلى جزيئين أصغر؟
    أ)
    ب) ب
    نسخة
    د) د
    ه) ه

    في أي خطوة في الشكل 9.1 يتم إضافة فوسفات غير عضوي إلى المادة المتفاعلة؟
    أ)
    ب) ب
    نسخة
    د) د
    ه) ه

    أي خطوة في الشكل 9.1 هي تفاعل الأكسدة والاختزال؟
    أ)
    ب) ب
    نسخة
    د) د
    ه) ه

    أي جزء من المسار في الشكل 9.1 يشتمل على تفاعل تفاعلي؟
    أ)
    ب) ب
    نسخة
    د) د
    ه) ه

    أي جزء من المسار في الشكل 9.1 يحتوي على تفاعل فسفرة يكون فيه ATP هو مصدر الفوسفات؟
    أ)
    ب) ب
    نسخة
    د) د
    ه) ه

    بدءًا من جزيء واحد من isocitrate وينتهي بالفومارات ، كم عدد جزيئات ATP التي يمكن تصنيعها من خلال الفسفرة على مستوى الركيزة (انظر الشكل 9.2)؟
    أ) 1
    ب) 2
    ج) 11
    د) 12
    هـ) 24

    يتم توفير الهياكل العظمية الكربونية للتخليق الحيوي للأحماض الأمينية بواسطة مواد وسيطة من دورة حمض الستريك. أي وسيط سيوفر الهيكل الكربوني لتخليق حمض أميني مكون من خمسة كربون (انظر الشكل 9.2)؟
    أ) السكسينات
    ب) مالات
    ج) سترات
    د) ألفا كيتوجلوتارات
    ه) إيزوسترات

    لكل مول من الجلوكوز (C₆H₁₂O₆) يتأكسد عن طريق التنفس الخلوي ، كم عدد مولات CO₂ التي يتم إطلاقها في دورة حمض الستريك (انظر الشكل 9.2)؟
    أ) 2
    ب) 4
    ج) 6
    د) 12
    هـ) 3

    إذا تم حظر أكسدة البيروفات ، فماذا سيحدث لمستويات أوكسالو أسيتات وحمض الستريك في دورة حمض الستريك الموضحة في الشكل 9.2؟
    أ) لن يكون هناك تغيير في مستويات أوكسالو أسيتات وحمض الستريك.
    ب) ينخفض ​​أوكسالو أسيتات ويتراكم حامض الستريك.
    ج) سوف يتراكم Oxaloacetate وينخفض ​​حامض الستريك.
    د) سينخفض ​​كل من oxaloacetate وحمض الستريك.
    هـ) سيتراكم كل من أوكسالو أسيتات وحمض الستريك.

    بدءًا من السترات ، أي من مجموعات المنتجات التالية سينتج عن دخول ثلاثة جزيئات أسيتيل CoA في دورة حمض الستريك (انظر الشكل 9.2)؟
    أ) 1 ATP ، 2 CO₂ ، 3 NADH ، 1 FADH₂
    ب) 2 ATP ، 2 CO₂ ، 3 NADH ، 3 FADH₂
    ج) 3 ATP و 3 CO₂ و 3 NADH و 3 FADH₂
    د) 3 ATP و 6 CO₂ و 9 NADH و 3 FADH₂
    ه) 38 ATP و 6 CO₂ و 3 NADH و 12 FADH

    لكل جزيء من الجلوكوز يتم استقلابه عن طريق تحلل السكر ودورة حمض الستريك (انظر الشكل 9.2) ، ما هو العدد الإجمالي لجزيئات NADH + FADH₂ المنتجة؟
    أ) 4
    ب) 5
    ج) 6
    د) 10
    هـ) 12

    يوضح الشكل 9.3 سلسلة نقل الإلكترون. أي مما يلي هو مجموعة المواد التي تمت إضافتها في البداية إلى السلسلة؟
    أ) الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والماء
    ب) NAD⁺ و FAD والإلكترونات
    ج) NADH و FADH₂ والبروتونات
    د) NADH و FADH₂ و O₂
    ه) الأكسجين والبروتونات

    أي مما يلي يصف بدقة أكبر ما يحدث على طول سلسلة نقل الإلكترون في الشكل 9.3؟
    أ) يقترن التشبع الكيميائي بنقل الإلكترون.
    ب) يتناوب كل حامل إلكترون بين الاختزال والتأكسد.
    ج) يتم إنشاء ATP في كل خطوة.
    د) تزداد طاقة الإلكترونات في كل خطوة.
    هـ) تتخلى الجزيئات في السلسلة عن بعض طاقتها الكامنة.

    أي من معقدات البروتين الموصوفة بالأرقام الرومانية في الشكل 9.3 ستنقل الإلكترونات إلى O₂؟
    أ) مركب أنا
    ب) المركب الثاني
    ج) المجمع الثالث
    د) المركب الرابع
    هـ) يمكن لجميع المجمعات نقل الإلكترونات إلى O₂.

    ماذا يحدث في نهاية السلسلة في الشكل 9.3؟
    أ) يتحد إلكترونان مع بروتون وجزيء NAD⁺.
    ب) يتحد إلكترونان مع جزيء من الأكسجين وذرتين من الهيدروجين.
    ج) 4 إلكترونات تتحد مع جزيء أكسجين و 4 بروتونات.
    د) تتحد 4 إلكترونات مع أربع ذرات هيدروجين واثنين من ذرات الأكسجين.
    ه) 1 إلكترون يتحد مع جزيء الأكسجين وذرة الهيدروجين.

    في وجود الأكسجين ، يمكن تقويض مركب البيروفات المكون من ثلاثة كربون في دورة حمض الستريك. أولاً ، مع ذلك ، يفقد البيروفات (1) الكربون الذي ينطلق كجزيء من ثاني أكسيد الكربون ، (2) يتأكسد ليشكل مركبًا ثنائي الكربون يسمى الأسيتات ، و (3) مرتبط بالإنزيم المساعد أ.

    هذه الخطوات الثلاث تؤدي إلى تشكيل
    أ) أسيتيل CoA و O₂ و ATP.
    ب) أسيتيل CoA و FADH₂ و CO₂.
    ج) أسيتيل CoA و FAD و H₂ و CO₂.
    د) أسيتيل CoA و NADH و H⁺ و CO₂.
    ه) أسيتيل CoA و NAD⁺ و ATP و CO₂.

    في وجود الأكسجين ، يمكن تقويض مركب البيروفات المكون من ثلاثة كربون في دورة حمض الستريك. أولاً ، مع ذلك ، يفقد البيروفات (1) الكربون الذي ينطلق كجزيء من ثاني أكسيد الكربون ، (2) يتأكسد ليشكل مركبًا ثنائي الكربون يسمى الأسيتات ، و (3) مرتبط بالإنزيم المساعد أ.

    لماذا يُضاف الإنزيم المساعد أ ، وهو جزيء يحتوي على الكبريت مشتق من فيتامين ب؟
    أ) لأن الكبريت ضروري لدخول الجزيء إلى الميتوكوندريا
    ب) من أجل الاستفادة من هذا الجزء من فيتامين ب الذي قد يكون نفايات من مسار آخر
    ج) لتوفير جزيء غير مستقر نسبيًا يمكن نقل جزء الأسيتيل الخاص به بسهولة إلى مركب في دورة حمض الستريك
    د) لأنه يقود التفاعل الذي يؤدي إلى تجديد NAD⁺
    E) لإزالة جزيء واحد من CO₂

    تعريض أغشية الميتوكوندريا الداخلية للاهتزازات فوق الصوتية سيعطل الأغشية. ومع ذلك ، فإن الشظايا سوف تعاد إحكام غلقها وتخرج من الداخل. & quot. هذه الحويصلات الصغيرة التي تنتج لا يزال بإمكانها نقل الإلكترونات من NADH إلى الأكسجين وتوليف ATP. ومع ذلك ، إذا تم تحريك الأغشية أكثر ، فإن القدرة على تخليق ATP تضيع.

    بعد الاضطراب الأول ، عندما يستمر حدوث نقل الإلكترون وتخليق ATP ، ما الذي يجب أن يكون موجودًا؟
    أ) جميع بروتينات نقل الإلكترون وكذلك سينسيز ATP
    ب) كل من نظام نقل الإلكترون والقدرة على إضافة CoA لمجموعات الأسيتيل
    ج) نظام سينسيز ATP
    د) نظام نقل الإلكترون
    هـ) تستخدم أغشية البلازما مثل تلك البكتيريا للتنفس

    تعريض أغشية الميتوكوندريا الداخلية للاهتزازات فوق الصوتية سيعطل الأغشية. ومع ذلك ، فإن الشظايا سوف تعاد إحكام إغلاقها وتخرج من الداخل. & quot. هذه الحويصلات الصغيرة التي تنتج لا يزال بإمكانها نقل الإلكترونات من NADH إلى الأكسجين وتخليق ATP. ومع ذلك ، إذا تم تحريك الأغشية أكثر ، فإن القدرة على تخليق ATP تضيع.

    بعد المزيد من إثارة حويصلات الغشاء ، ما الذي يجب أن يفقده الغشاء؟
    أ) قدرة NADH على نقل الإلكترونات إلى المستقبل الأول في سلسلة نقل الإلكترون
    ب) المجموعات التعويضية مثل الهيم من نظام النقل
    ج) السيتوكرومات
    د) سينسيز ATP ، كليًا أو جزئيًا
    هـ) التلامس المطلوب بين أسطح الغشاء الداخلي والخارجي

    تعريض أغشية الميتوكوندريا الداخلية للاهتزازات فوق الصوتية سيعطل الأغشية. ومع ذلك ، فإن الشظايا سوف تعاد إحكام غلقها وتخرج من الداخل. & quot. هذه الحويصلات الصغيرة التي تنتج لا يزال بإمكانها نقل الإلكترونات من NADH إلى الأكسجين وتوليف ATP. ومع ذلك ، إذا تم تحريك الأغشية أكثر ، فإن القدرة على تخليق ATP تضيع.

    هذه الحويصلات الغشائية من الداخل إلى الخارج
    أ) ستصبح حمضية داخل الحويصلات عند إضافة NADH.
    ب) ستصبح قلوية داخل الحويصلات عند إضافة NADH.
    C) سيجعل ATP من ADP و i إذا تم نقله إلى محلول مخزون pH 4 بعد الحضانة في محلول pH 7 المخزن مؤقتًا.
    D) سوف يتحلل ATP بالماء لضخ البروتونات من داخل الحويصلة إلى الخارج.
    E) سيعكس تدفق الإلكترون لتوليد NADH من NAD⁺ في غياب الأكسجين.

    مصدر الطاقة الفوري الذي يدفع تخليق ATP بواسطة سينسيز ATP أثناء الفسفرة المؤكسدة هو
    أ) أكسدة الجلوكوز والمركبات العضوية الأخرى.
    ب) تدفق الإلكترونات أسفل سلسلة نقل الإلكترون.
    ج) تقارب الأكسجين للإلكترونات.
    د) تركيز H⁺ عبر الغشاء الذي يحمل سينسيز ATP.
    ه) نقل الفوسفات إلى ADP

    ما هو المسار الأيضي المشترك لكل من التخمر والتنفس الخلوي لجزيء الجلوكوز؟
    أ) دورة حامض الستريك
    ب) سلسلة نقل الإلكترون
    ج) تحلل السكر
    د) تركيب أسيتيل CoA من البيروفات
    هـ) تقليل البيروفات إلى اللاكتات

    في الميتوكوندريا ، تفاعلات الأكسدة والاختزال شديدة الطاقة
    أ) هي مصدر الطاقة التي تقود تخليق ATP بدائية النواة.
    ب) مقترنة مباشرة بالفسفرة على مستوى الركيزة.
    ج) توفير الطاقة التي تؤسس تدرج البروتون.
    د) اختزال ذرات الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون.
    E) تقترن عبر وسيطة فسفرة لعمليات endergonic.

    مستقبل الإلكترون النهائي لسلسلة نقل الإلكترون الذي يعمل في الفسفرة التأكسدية الهوائية هو
    أ) الأكسجين.
    ب) الماء.
    ج) نادي.
    د) البيروفات.
    هـ) ADP

    ما هو العامل المؤكسد في التفاعل التالي؟
    بيروفات + NADH + H⁺ → لاكتات + ناد
    أ) الأكسجين
    ب) NADH
    ج) نادي
    د) اللاكتات
    ه) البيروفات

    عندما تتدفق الإلكترونات على طول سلاسل نقل الإلكترون في الميتوكوندريا ، أي من التغييرات التالية تحدث؟
    أ) يزيد الرقم الهيدروجيني للمصفوفة.
    ب) تضخ ATP synthase البروتونات بالنقل النشط.
    ج) تكتسب الإلكترونات طاقة مجانية.
    د) فوسفوريلات السيتوكروم ADP لتشكيل ATP.
    ه) يتأكسد NAD⁺.

    يتم تحرير معظم CO₂ من الهدم أثناء
    أ) تحلل السكر.
    ب) دورة حامض الستريك.
    ج) تخمير اللاكتات.
    د) نقل الإلكترون.
    هـ) الفسفرة المؤكسدة


    التخمير بحمض اللاكتيك

    طريقة التخمير التي تستخدمها الحيوانات وبعض البكتيريا مثل تلك الموجودة في الزبادي هي تخمير حمض اللاكتيك (شكل 1). يحدث هذا بشكل روتيني في خلايا الدم الحمراء في الثدييات وفي العضلات الهيكلية التي لا تحتوي على ما يكفي من الأكسجين للسماح باستمرار التنفس الهوائي (كما هو الحال في العضلات بعد التمرين الشاق). التفاعل الكيميائي لتخمير حمض اللاكتيك هو كما يلي:

    يسبب تراكم حمض اللاكتيك تصلب العضلات والتعب. في العضلات ، يجب إزالة حمض اللاكتيك الناتج عن التخمير عن طريق الدورة الدموية وإحضاره إلى الكبد لمزيد من التمثيل الغذائي. بمجرد إزالة حمض اللاكتيك من العضلات وتعميمه إلى الكبد ، يمكن تحويله مرة أخرى إلى حمض البيروفيك وتقويضه (تكسيره) للحصول على الطاقة.

    لاحظ أن الغرض من هذه العملية ليس إنتاج حمض اللاكتيك (وهو منتج نفايات ويتم إفرازه من الجسم). الغرض من ذلك هو تحويل NADH مرة أخرى إلى NAD + بحيث يمكن أن يستمر تحلل السكر حتى تتمكن الخلية من إنتاج 2 ATP لكل جلوكوز.

    شكل 1 تخمر حمض اللاكتيك شائع في العضلات التي استنفدت بسبب الاستخدام.


    الجليكوجين: الكيمياء والتمثيل الغذائي | بوليوز | الكائنات الحية | مادة الاحياء

    في هذه المقالة سوف نناقش حول: - 1. كيمياء الجليكوجين 2. كمية وتوزيع الجليكوجين 3. التعبئة 4. التكوين 5. الأيض.

    كيمياء الجليكوجين:

    يسمى الجليكوجين بالنشا الحيواني لأنه بهذا الشكل يبقى الجلوكوز مخزناً في الكبد والعضلات. الجليكوجين عبارة عن عديدات سكاريد متفرعة (نوع أميلوبكتين) تتكون من مئات وحدات الجلوكوز المرتبطة ببعضها البعض عن طريق روابط الجلوكوزيد ، أي ارتباط α-1 و 4 & # 8242 و 1 و 6 & # 8242 التي تتكون من إنزيمات محددة - يوريدين ثنائي فوسفات الجلوكوز (UDPG) - بيروفوسفوريلاز ، جليكوجين سينثيتيز وأميلو- (1، 4 & # 8242 —1، 6 & # 8242) - ترانسجلوكوزيداز على التوالي.

    الجليكوجين قابل للذوبان في الماء ويصنع محلولًا براقًا ويعطي اللون الأحمر مع اليود. يحرر الجليكوجين طاقة أكثر من الوزن المقابل للجلوكوز. لا ينتشر في السائل داخل الخلايا ، لأنه لا يمارس ضغطًا تناضحيًا. يمكن تقسيمه بسهولة إلى جلوكوز بواسطة الإنزيمات الموجودة في الكبد.

    كمية وتوزيع الجليكوجين:

    في البالغين العاديين ، يوجد حوالي 700 جرام من الجليكوجين في الجسم ، وحوالي 300 جرام في الكبد و 400 جرام في العضلات. الكبد والعضلات هي المستودعات الرئيسية. يمكن لجميع الأنسجة النامية تخزين الجليكوجين. وبالتالي ، فهي موجودة بكميات كبيرة في المشيمة في مرحلتها المبكرة ، وعضلات الجنين ، والخميرة ، وما إلى ذلك. في عضلات الجنين قد تصل إلى 40٪ من إجمالي المواد الصلبة المجففة. المحار غني جدًا بالجليكوجين وهو مصدر جيد لتصنيعه.

    الجليكوجين في أي نسيج ليس كمية ثابتة. يتم استخدامه باستمرار وإعادة تصنيعه. لذلك في أي وقت يجب اعتبار الجليكوجين في الأنسجة بمثابة توازن بين الإنتاج المستمر والفقد. الجليكوجين في الكبد هو الأكثر قدرة على الحركة. وهي أول من تم تشكيلها وهي أول من يتم حشدها. الجليكوجين العضلي أبطأ بكثير في الحركة. هناك اختلافات ملحوظة بين استقلاب الجليكوجين في الكبد والجليكوجين العضلي.

    تعبئة الجليكوجين:

    يتكون الجليكوجين في كل من الكبد والعضلات (الشكل 10.8).

    عندما يميل سكر الدم إلى الانخفاض ، يتحول الجليكوجين في الكبد إلى جلوكوز ويتحرك في مجرى الدم (الشكل 10.9).

    وهكذا يتم الحفاظ على نسبة السكر في الدم. في التمارين العضلية ، والمجاعة ، والتعرض للبرد ومثل هذه الحالات الأخرى ، التي تتطلب طاقة إضافية وتخجل ، يتم تعبئة الجليكوجين في الكبد. يساعد هذا الإجراء بعض الهرمونات مثل الأدرينالين (الأدرينالين) ، الجلوكاجون ، هرمون الغدة الدرقية ، النمو أو هرمون التغذية الجسدية (STH) للغدة النخامية الأمامية ، إلخ. تحفيز الودي له نفس الوظيفة. يعاكسه الأنسولين. الأنسولين يساعد على تكوين الجليكوجين في الكبد ويمنع تحلل الجليكوجين.

    العملية الأولى هي تكسير الجليكوجين إلى جلوكوز بينما العملية الأخيرة هي عملية تكسير الجليكوجين أو الجلوكوز وتحويله إلى حمض البيروفيك (اللاهوائي) الذي يتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون.2 و ح2O (الهوائية & shyobic) من خلال دورة TCA. في كلتا العمليتين ، يتم تحويل الجليكوجين إلى جلوكوز 6 فوسفات وفي عملية تحلل الجليكوجين يتم تقسيم الجلوكوز 6 فوسفات إلى جلوكوز و Pi بواسطة الفوسفاتاز بينما في عملية تحلل الجلوكوز 6 فوسفات يتم تحويله إلى فركتوز- 6-الفوسفات بواسطة ايزوميراز فسفوهكسوز.

    يتحلل الجليكوجين إلى جلوكوز -1 فوسفات ، محفزًا بإنزيم فسفوريلاز أ. (النموذج النشط). يوجد الفسفوريلاز في شكل غير نشط ، فسفوريلاز. ب. يتبرع Cyclic AMP (CAMP or 3 & # 8242-5 & # 8242-AMP) بمجموعة فوسفات ويحولها إلى شكل نشط ، فسفوريلاز- أ. يساعد إنزيم ، adenyl cyclase ، في تكوين AMP الدوري من ATP الذي يتم تسريعه بواسطة الجلوكاجون والأدرينالين (الأدرينالين). يتم تحويل الجلوكوز - إل - الفوسفات إلى جلوكوز 6 - فوسفات ، محفزًا بواسطة إنزيم الفوسفوجلوكوموتاز. يقوم إنزيم فوسفوهكسو أيزوميراز بتحويل الجلوكوز 6 فوسفات إلى فركتوز 6 فوسفات.

    تشكيل الجليكوجين (تكوين الجليكوجين):

    في عملية تكوين الجليكوجين ، يتم فسفرة الجلوكوز إلى جلوكوز 6 فوسفات بواسطة هكسوكيناز (جلوكوكيناز) في وجود متبرع بالفوسفات ، ATP شائع في التفاعل الأول في مسار تحلل الجلوكوز من استقلاب الجلوكوز. يتحول الجلوكوز 6 فوسفات إلى جلوكوز 1 فوسفات ، محفزًا بإنزيم فوسفوجلوكوموتاز.

    في الخطوة التالية ، يتفاعل الجلوكوز -1 فوسفات مع يوريدين ثلاثي الفوسفات (UTP) لتكوين جلوكوز يوريدين ثنائي الفوسفات (وحدات الجلوكوز المنشط مثل UDPG) والبيروفوسفات غير العضوي (PPi). يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم UDPG & # 8211 بيروفوسفوريلاز.

    يساعد إنزيم UDPG & # 8211 glycogen transglucosylase (glycogen synthetase) في إضافة بقايا الجلوكوز الموجودة في شكله المنشط (UDPG) إلى سلسلة الجليكوجين الموجودة مسبقًا عند الطرف الخارجي غير المختزل للجزيء (الجليكوجين) بحيث تكون شجرة الجليكوجين ممدود على التوالي بسبب تكوين الارتباط 1 و 4 & # 8242. وبالتالي يتم تحرير ثنائي فوسفات اليوريدين (UDP) وإعادة تصنيعه بمساعدة ATP & # 8211 UDP + ATP ADP + UTP.

    إنزيم ثانٍ يسمى الإنزيم المتفرّع [amylo- (1، 4 & # 8242-1،6 & # 8242) & # 8211 transglucosidase] ينقل جزءًا من السلسلة 1 و 4 & # 8242 إلى السلسلة المجاورة لتشكيل α-1، 6 & # 8242 الارتباط ويساعد في تخليق الجليكوجين عن طريق تكوين نقطة فرع (1 ، 6 & # 8242 ارتباط) في الجزيء.

    مسار تكوين حمض بيروفيك:

    يقبل الفركتوز -6-فوسفات مجموعة فوسفات أخرى من ATP ويتحول إلى فركتوز-1-6-ثنائي فوسفات. يتأثر هذا التفاعل بإنزيم 6-فوسفوفركتوكيناز. يقوم إنزيم آخر ألدولاز بتكسير ثنائي فوسفات الهكسوز أعلاه إلى ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات وجلايسيرال ديهيد -3 فوسفات ، كل منهما يحتوى على 3 ذرات كربون (ثلاثي فوسفات).

    يحافظ إنزيم إيزوميراز ثلاثي الفوسفات على اثنين من ثلاثي فوسفات أعلاه في حالة توازن. يتم بعد ذلك نزع الهيدروجين Glyceraldehyde-3-phosphate بواسطة ثلاثي فوسفات ديهيدروجينيز إلى 1-3-diphosphoglycerate ، ويتم قبول الهيدروجين بواسطة NAD. تحدث الفسفرة أيضًا في هذه المرحلة وتتطلب فوسفات غير عضوي (Pi). ثم يتبرع Diphosphoglycerate بواحد من الفوسفات عالي الطاقة إلى ADP لتحويله إلى ATP ويتحول هو نفسه إلى 3-phosphoglycerate.

    يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة en & shyzyme ، ATP phosphoglyceric transphosphorylase (حمض الفوسفوجليسيريك كيناز). يقوم الفوسفوجليسيروموتاز بعد ذلك بتحويل 3-فوسفوجليسيرات إلى 2-فوسفوجليسيرات ويحوله إينولاز إلى 2-فوسفوينول بيروفات. يتم تحويل Phosphoenolpyruvate تلقائيًا إلى بيروفات يتأكسد أيضًا إلى CO2 و ح2O خلال دورة TCA في حالة وجود حالة هوائية أو تم تقليلها إلى حمض اللاكتيك.

    يقوم ATP-phosphopyruvic transphosphorylase (py & shyruvic acid kinase) بنقل رابطة فوسفات واحدة غنية بالطاقة (∼) من phosphoenolpyruvate إلى ADP لتكوين ATP وحمض البيروفيك. تكتسب السكريات الأحادية الأخرى (الجالاكتوز والفركتوز والمانوز) مدخلها في مسار التحلل كما هو موضح في الشكل 10.10. دورة حمض الستريك أو كريبس دورة:

    تعد دورة حامض الستريك واحدة من أهم الآليات الكيميائية الحيوية لأكسدة المستقلبات المنشطة والشيوليت ، وربما تكون المسار النهائي الرئيسي للأكسدة البيولوجية في جميع أنسجة الحيوانات. تتأكسد المستقلبات المنشطة ، وهي قليلة العدد مشتقة من الكربوهيدرات والبروتينات والدهون ، بواسطة سلسلة نقل الكهرباء والشيترون ويتم إنتاج معظم الطاقة المستخدمة (ATP) للكائن الحي.

    المستقلبات المنشطة المشتقة من مواد غذائية مختلفة (الشكل 10.11) مذكورة أدناه:

    المكونات المتضمنة في هذه الدورة مترابطة عن طريق الأكسدة والاختزال ، والتفاعلات الأخرى التي تنتج 2CO2، ح2O والطاقة ATP. في حالة الكربوهيدرات ، يدخل حمض البيروفيك الذي يتكون من مسار الأكسدة الحال للجليك في هذه الدورة عن طريق تحويله أولاً إلى أسيتيل CoA.

    تُعرف هذه الدورة بدورة كريبس (حمض الستريك) بعد عالم الكيمياء الحيوية الإنجليزي H. كريبس هو أول من صاغ الآلية واقترحها. يعتبر حامض الستريك أحد أعضاء الدورة ويحتوي بعض الأعضاء على هذه المجموعات الكربوكسيلية لذا تُعرف هذه الدورة أيضًا بدورة حمض الستريك ودورة حمض الكربوكسيل (TCA).

    أسيتيل CoA أو تشكيل خلات نشط:

    في ظل وجود ستة عوامل ، أي Mg ++ و NAD و thiamine pyrophosphate و lipoic acid و FAD و coenzyme A ، يحول البيروفيك أوكسيديز جنبًا إلى جنب مع مركب الإنزيم البيروفات إلى أسيتات نشطة نتيجة نزع الكربوكسيل المؤكسد ونتيجة لذلك فإن NADH2 يتم تشكيله والذي يتم تحويله إلى NAD بواسطة سلسلة نقل الإلكترون. يدخل في دورة TCA.

    يساعد إنزيم التكثيف ، مركب السترات ، في تكثيف أسيتيل CoA مع أسيتات أوكسالو لتكوين السترات. يتم تحويل السيترات أولاً عن طريق عملية التجفيف إلى cis-aconitate الذي يتحول مرة أخرى عن طريق عملية إعادة التميؤ إلى iso-citrate. يحفز إنزيم الأكونيتاز التفاعل في كلتا الخطوتين ، لذلك يتم بعد ذلك نزع الهيدروجين من السيترات في وجود إنزيم iso-citrate dehydrogenase إلى أوكسالوسكسينات. يعمل NAD أو NADP كمتقبل للهيدروجين ويتم تحويله إلى NADH2 أو NADPH2.

    يزيل إنزيم أوكسالوسكسينات ديكربوكسيلاز في وجود Mn ++ ثاني أكسيد الكربون2 من أوكسالوسكسينات والذي يتم تحويله بالتالي إلى كيتوجلوتارات ألفا. تقوم عملية نزع الكربوكسيل المؤكسدة ، المشابهة لتلك الموجودة في تحويل البيروفات إلى أسيتيل CoA ، بتحويل a-ketoglutarate إلى succinyl CoA المحفز بواسطة α-ketoglutaric oxidase والذي يتطلب أيضًا أنزيم A ، وحمض ليبويك و NAD يعمل كمستقبل للهيدروجين.

    يوفر Succinyl CoA ، أثناء تحويله إلى سكسينات ، طاقة لتخليق GTP (guanosine-5 & # 8242-triphosphate) من الناتج المحلي الإجمالي (guanosine-5 & # 8242-diphosphate). لذا يوفر GTP بدوره الطاقة لتخليق ATP من ADP أثناء إعادة تحويله إلى الناتج المحلي الإجمالي. وبالتالي ، فإن Succinyl CoA يوفر الطاقة في النهاية لتخليق ATP.

    [يمكن أن يساعد إنزيم ثيوبوراز الموجود في الأنسجة ، بخلاف الكبد ، في تحويل مادة سكسينيل CoA السكسينات.] إنزيم نازعة هيدروجين إنزيم السكسينات يحول السكسينات إلى فومارات ، وينتقل الهيدروجين مباشرة إلى بروتين فلافوبروتين (FAD) ويحوله إلى FADH2. يساعد Fumarase في إضافة الماء إلى fumarate ، يتم تكوين malate في هذه العملية. يتم تجديد Oxaloacetate من malate تحت تأثير malate dehydrogenase ، NAD مرة أخرى هو متقبل الهيدروجين (الشكل 10.12).

    مسار فوسفات البنتوز (PPP) أو دورة البنتوز أو تحويلة أحادي الفوسفات الهكسوز (HMP) أو مسار أكسدة الفوسفوجلوكونات أو مسار واربورغ-ديكنز-ليبمان:

    يحدث هذا المسار لاستقلاب الجلوكوز في الكبد والغدة الثديية والخصية وقشرة الغدة الكظرية وخلايا الدم البيضاء. يتم نزع هيدروجين الجلوكوز 6-فوسفات المشتق من مصادر مختلفة عن طريق نازعة هيدروجين الجلوكوز 6-فوسفات إلى 6-فوسفو-جلوكونولاكتون والذي ، من خلال عدة خطوات موصوفة في الشكل 10.10 ، يتم تحويله في النهاية وتحويله إلى Sedoheptulose-7-phosphate ويدخل مرة أخرى في الرئيسي مسار تحلل السكر في الفركتوز 6 فوسفات و جليسيرالديهيد -3 فوسفات.

    يتم تحفيز تكوين sedoheptulose-7-phosphate بواسطة transketolase بينما يتم تحفيز الانهيار بواسطة إنزيم transaldolase.تعتبر تفاعلات transketolase و transaldolase مهمة في هذا المسار المسؤول عن تحويل الألدهيدات إلى كيتونات والعكس صحيح ، وكذلك انخفاض السكريات إلى سكريات أعلى والعكس صحيح.

    الفوائد الفسيولوجية للدورة هي كما يلي:

    أنا. يلزم توليف البنتوز لتخليق النيوكليوتيدات.

    ثانيا. يمكن أن يدخل البنتوز في مسار التحلل ويمكن أن يتأكسد هو نفسه في مسار فوسفات البنتوز (PPP).

    ثالثا. قد يتم حرق الهيكسوز (الجلوكوز - الفركتوز) في PPP هذا أو قد يزود البنتوز.

    رابعا. نادف2 يتكون في PPP ، ويستخدم في تخليق الدهون والستيرويد.

    v. الطاقة المتكونة في هذا المسار هي 36 ATP لكل جزيء من الجلوكوز إذا تأكسد كل NADPH في الميتوكوندريا إلى NADP.

    السادس. أكسدة الجلوكوز (الشكل 10.13) في هذا المسار مستقلة عن مكونات دورة TCA.

    السادس. قد تدخل مكونات PPP في مسار تكوين حمض الجلوكورونيك وحمض الأسكوربيك (فيتامين ج).

    استقلاب الجليكوجين:

    I. استقلاب الجليكوجين في الكبد:

    مصادر الجليكوجين في الكبد:

    يمكن أن يحدث تكوين الجليكوجين (تكوين الجليكوجين) في الكبد من خلال ما يلي:

    أنا. من الكربوهيدرات والمواد ذات الصلة:

    على سبيل المثال ، الجلوكوز ، الجا والشيلكتوز ، الفركتوز ، المانوز ، حمض اللاكتيك (من العضلات أو غير ذلك) ، حمض البيروفيك ، ميثيل جليوكسال ، إلخ. يتم نقل حمض اللاكتيك للعضلات عبر مجرى الدم إلى الكبد حيث يتم تحويله إلى الجليكوجين بسهولة شديدة. يعتقد أن البنتوز لا يشكل الجليكوجين.

    يمكن للأحماض الأمينية المضادة للجين (مثل الجلايسين والألانين وحمض الأسبارتيك وحمض الجلوتاميك وما إلى ذلك) أن تقرأ وتشكل الجلوكوز بخجل من خلال دورة TCA أو مسار التحلل العكسي أو كليهما ، حسب الحالة ، كما هو الحال في مرض السكري. في داء السكري تزداد نسبة G: N مما يشير إلى أن الجلوكوز يتكون من البروتين (التكوّن الجديد للجلوكوز). من المعقول أن نعتقد أن هذا الجلوكوز قد يكون متاحًا لتكوين الجليكوجين.

    يتم تحويل جزء الجلسرين من الدهون إلى جلوكوز يمكن اشتقاق الجليكوجين منه.

    وظائف الكبد الجليكوجين:

    أنا. الجليكوجين في الكبد هو مصدر جاهز لإمداد الجلوكوز في الدم.

    ثانيا. يساعد في آلية إزالة السموم من الكبد.

    ثالثا. يحمي الكبد من التأثيرات السامة للزرنيخ ورابع كلوريد الكربون ، إلخ.

    رابعا. إذا كان مستوى الجليكوجين في الكبد مرتفعًا ، فإن تكوين جسم الكيتون ومعدل نزع الأمين من الأحماض الأمينية ينخفض.

    II. استقلاب الجليكوجين في العضلات:

    تحتوي العضلات على حوالي 0.5٪ -1.0٪ من الجليكوجين مقابل 5٪ في الكبد. ولكن نظرًا لزيادة كمية العضلات في الجسم ، فإن الكمية الإجمالية تكون أعلى وتبلغ حوالي 400 جرام أو متساوية تقريبًا اعتمادًا على الكتلة العضلية الكلية للجسم.

    1. تكوّن الجليكوجين في العضلات:

    يمكن اشتقاق الجليكوجين العضلي من المصادر التالية:

    الذي من الواضح أنه مأخوذ من مجرى الدم؟

    ما الذي يتم إنتاجه في العضلات أثناء التقلص العضلي؟ يتم إعادة تحويل الجزء الأكبر (4/5) من حمض اللاكتيك المنتج أثناء التمرين إلى الجليكوجين. يتأكسد جزء صغير منه (1/5) إلى ثاني أكسيد الكربون والماء من خلال دورة TCA.

    يعتبر تحويل حمض اللاكتيك إلى جليكوجين في العضلات أبطأ نسبيًا مما هو عليه في الكبد. بحيث يتم إنتاج كمية كبيرة من حمض اللاكتيك في العضلات أثناء التمرينات العضلية الشديدة. ينتشر جزء كبير منه في مجرى الدم ويتم إحضاره إلى الكبد حيث يتم تحويله بسهولة إلى الجليكوجين. ربما لا ينتج الجليكوجين في العضلات من البروتينات والكربوهيدرات.

    2. انحلال السكر في العضلات:

    تحلل الجلوكوز هو عملية تحلل الجليكوجين أو الجلوكوز في العضلات والأنسجة الأخرى إلى أحماض بيروفيك ولاكتيك (مسار Embdert-Meyerhof glycolytic). يترك الجلايكو والشيجين الكبد على شكل جلوكوز ، لكنه يترك العضلات على شكل أحماض البير والشيفيك واللاكتيك. الفرق هو proba & shybly بسبب حقيقة أن أنظمة الإنزيم والتفاعل الكيميائي في الكبد والعضلات ليست متشابهة.

    يتم نقل حمض اللاكتيك الذي ينشأ من العضلات إلى الكبد عبر مجرى الدم حيث يتم إعادة تحويله إلى الجليكوجين. هذا الجليكوجين يتحول مرة أخرى ويخفف على شكل جلوكوز يدخل في مجرى الدم. تمتص العضلات هذا الجلوكوز من مجرى الدم وتستعيد الجليكوجين المفقود. تُعرف هذه العملية الدورية من cir & shyculation للكربوهيدرات بأشكال مختلفة في الأنسجة المختلفة بدورة Cori التي من خلالها تصبح الجليكوجينات العضلية والكبدية قابلة للتبديل بسهولة (الشكل 10.16).

    يُظهر الجليكوجين ، في الأنسجة الأخرى باستثناء الكبد ، نفس نمط الانهيار كما هو الحال في العضلات.


    شاهد الفيديو: ماهو دور حمض اللاكتيك والحمض اللبني للجسم. الدكتور محمد الفايد (ديسمبر 2022).