4.2 تحلل السكر
أهداف التعلم
بحلول نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:- شرح كيفية استخدام الخلية للـ ATP كمصدر للطاقة
- وصف النتيجة الإجمالية من حيث الجزيئات الناتجة عن تحلل الجلوكوز بواسطة تحلل السكر
حتى التفاعلات الطاردة للطاقة، التي تطلق الطاقة، تتطلب كمية صغيرة من طاقة التنشيط للمضي قدمًا. ومع ذلك، لننظر في التفاعلات الماصة للطاقة، التي تتطلب مدخلات طاقة أكبر بكثير لأن نواتجها تحتوي على طاقة حرة أكثر من متفاعلاتها. داخل الخلية، من أين تأتي الطاقة اللازمة لتشغيل مثل هذه التفاعلات؟ تكمن الإجابة في جزيء يمد بالطاقة يسمى أدينوسين ثلاثي الفوسفات، أو أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). الـ ATP هو جزيء صغير وبسيط نسبيًا، ولكنه يحتوي داخل روابطه على إمكانية إطلاق دفقة سريعة من الطاقة يمكن تسخيرها لأداء العمل الخلوي. يمكن اعتبار هذا الجزيء بمثابة عملة الطاقة الأساسية للخلايا بنفس الطريقة التي تعد بها النقود العملة التي يتبادلها الناس مقابل الأشياء التي يحتاجونها. يُستخدم الـ ATP لتشغيل غالبية التفاعلات الخلوية التي تتطلب طاقة.
الـ ATP في الأنظمة الحية
لا تستطيع الخلية الحية تخزين كميات كبيرة من الطاقة الحرة. فالطاقة الحرة الزائدة ستؤدي إلى زيادة الحرارة في الخلية، مما سيتسبب في تمسخ الإنزيمات والبروتينات الأخرى، وبالتالي تدمير الخلية. بدلاً من ذلك، يجب أن تكون الخلية قادرة على تخزين الطاقة بأمان وإطلاقها للاستخدام فقط عند الحاجة. تحقق الخلايا الحية ذلك باستخدام الـ ATP، الذي يمكن استخدامه لتلبية أي حاجة للخلية من الطاقة. كيف؟ إنه يعمل كبطارية قابلة لإعادة الشحن.
عندما يتحلل الـ ATP، عادة عن طريق إزالة مجموعة الفوسفات الطرفية منه، تنطلق الطاقة. تُستخدم هذه الطاقة لأداء العمل بواسطة الخلية، وعادة ما يكون ذلك عن طريق ربط الفوسفات المنطلق بجزيء آخر، وبالتالي تنشيطه. على سبيل المثال، في العمل الميكانيكي لانقباض العضلات، يزود الـ ATP الطاقة اللازمة لتحريك بروتينات العضلات القابضة.
تركيب ووظيفة الـ ATP
في قلب الـ ATP يوجد جزيء من أدينوسين أحادي الفوسفات (AMP)، والذي يتكون من جزيء أدينين مرتبط بكل من جزيء ريبوز ومجموعة فوسفات واحدة (شكل 4.12). الريبوز هو سكر خماسي الكربون يوجد في الـ RNA، والـ AMP هو أحد النيوكليوتيدات في الـ RNA. تؤدي إضافة مجموعة فوسفات ثانية إلى هذا الجزيء الأساسي إلى تكوين أدينوسين underlineثنائيend underline الفوسفات (ADP)؛ وتؤدي إضافة مجموعة فوسفات ثالثة إلى تكوين أدينوسين underlineثلاثيend underline الفوسفات (ATP).
تتطلب إضافة مجموعة فوسفات إلى جزيء كمية كبيرة من الطاقة وتؤدي إلى تكوين رابطة عالية الطاقة. مجموعات الفوسفات سالبة الشحنة وبالتالي تتنافر مع بعضها البعض عندما تكون مرتبة في سلسلة، كما هو الحال في الـ ADP والـ ATP. هذا التنافر يجعل جزيئات الـ ADP والـ ATP غير مستقرة بطبيعتها. يؤدي إطلاق مجموعة فوسفات واحدة أو اثنتين من الـ ATP، وهي عملية تسمى التحلل المائي، إلى إطلاق الطاقة.
تحلل السكر
لقد قرأت أن معظم الطاقة التي تستخدمها الكائنات الحية تأتي إليها في روابط سكر الجلوكوز. تحلل السكر (Glycolysis) هو الخطوة الأولى في تحلل الجلوكوز لاستخلاص الطاقة لأيض الخلية. تقوم العديد من الكائنات الحية بتحلل السكر كجزء من عملية الأيض لديها. يحدث تحلل السكر في سيتوبلازم معظم الخلايا بدائية النواة وجميع الخلايا حقيقية النواة.
يبدأ تحلل السكر بالتركيب الحلقي سداسي الكربون لجزيء جلوكوز واحد وينتهي بجزيئين من سكر ثلاثي الكربون يسمى البيروفات في عملية متعددة الخطوات تتضمن عدة جزيئات وسيطة. يتكون تحلل السكر من مرحلتين متميزتين. في الجزء الأول من مسار تحلل السكر، تُستخدم الطاقة لإجراء تعديلات بحيث يمكن تقسيم جزيء السكر سداسي الكربون بالتساوي إلى جزيئين من البيروفات ثلاثي الكربون. في الجزء الثاني من تحلل السكر، يتم إنتاج الـ ATP وثنائي نوكليوتيد الأدينين والنيكوتيناميد (NADH) (شكل 4.13).
إذا لم تتمكن الخلية من هدم جزيئات البيروفات بشكل أكبر، فإنها ستحصد جزيئين فقط من الـ ATP من جزيء جلوكوز واحد. على سبيل المثال، خلايا الدم الحمراء الناضجة لدى الثدييات قادرة فقط على تحلل السكر، وهو مصدرها الوحيد للـ ATP. إذا توقف تحلل السكر، فإن هذه الخلايا ستموت في النهاية.