معلومة

تتبع جزيئات الأكسجين في أكسدة الجلوكوز

تتبع جزيئات الأكسجين في أكسدة الجلوكوز


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.

بالنسبة لهذا التفاعل الموجود في كتاب الكيمياء الحيوية النموذجي:

$ C_6H_ {12} O_6 + 6O_2 إلى 6CO_2 + 6H_2O $

أنا مهتم بمعرفة أين تذهب ذرات الأكسجين البالغة 6 O_2 دولار. أعتقد أنهم يذهبون إلى $ 6H_2O $ ، لكن هذا لا يكفي لتحقيق التوازن. لذلك هل تدخل ذرة الأكسجين من 6CO_2 دولار أيضًا في ثاني أكسيد الكربون. تجريبيًا يمكن تأكيد ذلك من خلال تجارب وضع العلامات على iostope. سيكون موضع تقدير الإشارة إلى أي من هذه التجارب.

أنا مهتم بهذا السؤال لأنه يمكن فهم التمثيل الغذائي المركزي على أنه عملية نقل الإلكترون حيث يكون الجلوكوز متبرعًا والأكسجين متقبلًا. نحتاج إلى حساب عدد الإلكترونات التي ينقلها الجلوكوز إلى الأكسجين بشكل فعال في حالة الأكسدة الكاملة.


أعتقد أن هذه التجربة (ملف PDF) ستساعدك على فهم المفهوم الأساسي لمصير الأكسجين في التنفس الهوائي. النتيجة في الأساس هي:

  1. الأكسجين الموجود في ثاني أكسيد الكربون في الجهاز التنفسي هو في حالة توازن متبادل مع ماء الجسم.
  2. يتم تحويل الأكسجين الجزيئي المستخدم إلى ماء بالجسم.

فيما يتعلق بحساب الإلكترونات التي يتم التبرع بها للأكسجين ، ما عليك سوى حساب عدد NADH2 وعدد FADH2 الذي تم تقليله في عدد الخطوات خلال ETC التي ستتمكن من الإجابة على سؤالك.


تقويض الجلوكوز هو عملية متعددة الخطوات تتضمن سلسلة من التفاعلات. رد الفعل الذي قدمته هو ببساطة المعادلة الشاملة والمتوازنة ؛ لا يحدث مثل هذا في الخلايا الحية. يتم تحويل كل الأكسجين ثنائي الذرة إلى ماء في سلسلة نقل الإلكترون ، ولكن يتم أيضًا استهلاك الماء وإنتاجه خلال الخطوات السابقة ، وهذا هو سبب عدم توازن المعادلة بهذه الطريقة.

تحقق من هذه الصور من ويكيبيديا ولاحظ جميع المركبات التي تدخل وتخرج من العملية.

تحلل السكر

دورة TCA

سلسلة نقل الإلكترون الميتوكوندريا


ما هي أكسدة الجلوكوز؟ (مع الصور)

أكسدة الجلوكوز هي عملية كيميائية توفر الطاقة للكائن الحي للقيام بجميع أنشطته المطلوبة. خلال هذه العملية ، يتم تكسير الجلوكوز ، وهو جزيء سكر بسيط يتم الحصول عليه من الطعام ، إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. يطلق هذا التفاعل الطاقة ويخزنها في صورة كيميائية لتستخدمها الخلية. هناك ثلاث مراحل منفصلة من أكسدة الجلوكوز: تحلل السكر ، ودورة حمض الستريك ، ونظام نقل الإلكترون.

الجلوكوز

تُستخدم جزيئات الجلوكوز لبناء كربوهيدرات أكثر تعقيدًا ، مثل النشا والسليلوز. الصيغة الكيميائية لهذا الجزيء هي C6ح12ا6، أي أنها مكونة من ست ذرات كربون ، و 12 ذرة هيدروجين ، وست ذرات أكسجين. يوجد الجلوكوز في النباتات وأنواع كثيرة من الطعام ، ويتم امتصاصه في مجرى الدم أثناء عملية الهضم.

أكسدة

أكسدة الجلوكوز هي عملية هوائية ، تفاعل كيميائي يتطلب الأكسجين. يشير مصطلح "الأكسدة" ، في الواقع ، إلى أي تفاعل يتم فيه دمج الأكسجين مع جزيء آخر ، والذي يُقال بعد ذلك أنه يتأكسد. أثناء العملية ، يتحد جزيء جلوكوز واحد مع ستة جزيئات أكسجين لإنتاج ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون ، وستة جزيئات ماء ، وجزيء أدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، وهو جزيء تستخدمه الخلايا لتخزين الطاقة أو نقلها.

تحلل السكر

الخطوة الأولى في عملية الأكسدة هي تحلل السكر ، والذي يحدث داخل سيتوبلازم الخلية ، وهي مادة شبيهة بالهلام تملأ الخلية وتحيط بالأعضاء الخلوية الأخرى. خلال هذه المرحلة ، ينقسم جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات ، وهو حمض عضوي يمكنه إمداد الخلايا بالطاقة. يطلق هذا الانهيار أيضًا الطاقة ، والتي تُستخدم لإضافة أيون الفوسفات إلى ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) لإنشاء ATP. يتم تشكيل ADP ، بدوره ، مع تفتيت ATP لتحرير طاقته.

يستهلك التحلل السكري لجزيء جلوكوز واحد اثنين من جزيئات ATP ، وينتج أربعة في المجموع ، مما يؤدي إلى زيادة صافي الطاقة بمقدار اثنين من ATP. تُستخدم الطاقة الناتجة عن العملية أيضًا لإنتاج اثنين من NADH ، وهو شكل من أشكال الإنزيم المستخدم لنقل الإلكترونات لتشغيل التفاعلات الكيميائية الخلوية.

دورة حامض الستريك

لبدء دورة حمض الستريك ، والتي تسمى أيضًا دورة كريبس ، يتم نقل جزيئات البيروفات الناتجة عن تحلل السكر إلى الميتوكوندريا ، وهي عضو خلوي يشارك في عمليات التمثيل الغذائي. بمجرد الوصول إلى هناك ، يتم تحويل الجزيئات إلى أسيتيل CoA ، وهو الجزيء الذي يقوم بتشغيل دورة حمض الستريك. يتكون Acetyl CoA من الكربون من البيروفات والإنزيم المساعد A ، وهو جزيء يساعد في العمليات البيولوجية. تنتج عملية التحويل NADH واحد.

يطلق Acetyl CoA جزء الكربون من الجزيء في دورة حمض الستريك ، والتي تعمل باستمرار ، وتنتج ATP ، وإلكترونات عالية الطاقة ، وثاني أكسيد الكربون. يتم تخزين معظم الطاقة المنتجة في شكل إلكترونات عالية الطاقة ، وينتج عن دورة واحدة من الدورة ثلاثة NADH وواحد FADH2. مثل NADH ، FADH2 يخزن الإلكترونات المأسورة. تنتج الدورة أيضًا اثنين من ATP ، وتعطي بقية الطاقة كحرارة.

نظام نقل الإلكترون

تحدث المرحلة الأخيرة من أكسدة الجلوكوز أيضًا داخل الميتوكوندريا ، حيث تساعد مجموعة من البروتينات ، تسمى نظام نقل الإلكترون ، في تحويل طاقة الإلكترونات التي تم التقاطها بواسطة NADH و FADH2 في ATP. تم تصميم هذه العملية من خلال نظرية التناضح الكيميائي ، والتي تصف الطريقة التي تمر بها هذه الإلكترونات على طول نظام النقل ، وتطلق الطاقة أثناء تحركها.

تُستخدم الطاقة المنبعثة لتحريك أيونات الهيدروجين موجبة الشحنة ذهابًا وإيابًا عبر الغشاء الذي يفصل بين جزأين من الميتوكوندريا. يتم تخزين الطاقة من هذه الحركة في ATP. تسمى هذه العملية الفسفرة المؤكسدة ، لأن الأكسجين ضروري للخطوة النهائية ، وقبول الإلكترونات وذرات الهيدروجين لتصبح H2يا او الماء. عائد الطاقة من هذه المرحلة هو 26 إلى 28 ATP.

اكتساب الطاقة

عندما يتأكسد جزيء واحد من الجلوكوز ، تكتسب الخلية حوالي 30 إلى 32 ATP. يمكن أن يختلف هذا العدد ، لأنه غالبًا لا تعمل الميتوكوندريا بكامل طاقتها. قد تُفقد بعض الطاقة لأن جزيئات NADH المتكونة في تحلل السكر تنقل إلكتروناتها عبر الغشاء الذي يفصل بين الميتوكوندريا والسيتوبلازم.

يوجد ATP في جميع الكائنات الحية ويلعب دورًا مهمًا في استقلاب الخلية ، حيث أنه الطريقة الرئيسية لتخزين ونقل الخلايا للطاقة. تنتجها النباتات عن طريق الفسفرة الضوئية ، وهي عملية تحول ضوء الشمس إلى طاقة. يمكن أيضًا إنتاج ATP في عملية لاهوائية ، وهو تفاعل لا يتطلب أكسجين. التخمر ، على سبيل المثال ، يمكن أن يحدث بدون وجود أكسجين ، ولكن هذه العملية وغيرها من عمليات التمثيل الغذائي اللاهوائية تميل إلى أن تكون طرقًا أقل كفاءة في صنع هذا الجزيء.

يتطلب عدد كبير من الوظائف الخلوية ATP. تقوم الخلية بتقسيم هذه الجزيئات إلى أيونات ADP والفوسفات ، وإطلاق الطاقة المخزنة. ثم يتم استخدام هذه الطاقة للقيام بأشياء مثل تحريك الجزيئات الكبيرة داخل وخارج الخلية أو للمساعدة في تكوين البروتينات والحمض النووي والحمض النووي الريبي. يشارك ATP أيضًا في حركة العضلات وهو ضروري للحفاظ على الهيكل الخلوي للخلية ، وهو الهيكل داخل السيتوبلازم الذي يدعم الخلية ويثبتها معًا.


المواد والأساليب

الحيوانات

في عامي 2008 و 2009 ، عابر سبيل L. (ن= 60 25.3 ± 2 جم يعني ± sd) بشبكات الضباب في مدريشت بن غوريون ، إسرائيل. تم ربط الطيور بشرائط أرجل من الألومنيوم أو البلاستيك مرقمة بشكل فريد وتم عزلها في قفص كبير ودائم خارجي (4 م × 3 م × 2 م طول × عرض × ارتفاع) ، حيث تم إطعامهم نظامًا غذائيًا من بذور الدخن المختلطة (تقريبًا. 12٪ بروتين و 5٪ كتلة دهنية جافة) (Williams and Ternan، 1999) ومزودة بماء الصنبور بالشهرة الإعلانية لمدة لا تقل عن 45 يومًا. كما تم تقديم قشر بيض الدجاج المطحون والماء المضاف إليه الفيتامينات والخس الطازج مرة واحدة في الأسبوع. تم إيواء الذكور والإناث معًا ، لكن لم يتم ملاحظة التكاثر.

قبل شهر واحد على الأقل من التجارب ، تم إعطاء الطيور علاجين للتخلص من الديدان لمدة أسبوع واحد للقضاء على الطفيليات المعوية التي قد تؤثر على الديناميات المؤكسدة للمقتفعات. تم حقن الطيور بجرعة فموية من Ivermectin (220 ميكروغرام كلغ -1 في 0.5 مل من الماء) ، تليها بعد أسبوع بجرعة من Fenbendazole (30 مجم كجم في 0.5 مل من الماء). بعد التخلص من الديدان ، تم نقل العصافير إلى أقفاص خارجية مجاورة أصغر (1.5 م × 1.5 م × 2.5 م طول × عرض × ارتفاع) مع 8-12 فردًا في كل منها.

معدلات التمثيل الغذائي

تم إزالة العصافير ذات المحاصيل الكاملة من الطيور ووزنها إلى ± 0.1 جرام. معدلات استهلاك الأكسجين () وإنتاج ثاني أكسيد الكربون () كل 30 دقيقة بين 10: 00-15: 00 ساعة عند 24 ± 1 درجة مئوية (ن= 8 إناث ن= 14 ذكور) عن طريق قياس التدفق المفتوح ، وغير المباشر باستخدام نظام قياس التنفس المتعدد (Qubit Systems ، Kingston ، Ontario ، Canada) الموصوف سابقًا بواسطة Marom et al. (ماروم وآخرون ، 2006).

VcGBzw1hCZBfvcMFrsNTJZWlFpw __ & ampKey-Pair-Id = APKAIE5G5CRDK6RD3PGA "/> و تم حسابها على أنها ml gas min −1 باستخدام المعادلة 1 و 2:


نظائر

الأيزومرات هي الجزيئات التي لها نفس الصيغة الجزيئية ولكنها تختلف فيما يتعلق بترتيب الذرة في الفضاء ثلاثي الأبعاد. يعتمد عدد ايزومرات الجزيء على عدد الكربون اللولبي فيه. الكربون اللولبي هو الكربون المرتبط بأربع مجموعات مختلفة من الذرات. الصيغة لإيجاد عدد الأيزومرات القائمة على الكربون اللولبي هي كما يلي

عدد الأيزومرات = 2 n (هنا ، n = عدد الكربون اللولبي)

باستثناء ذرة الكربون الأولى والأخيرة ، فإن ذرات الكربون الأربع الأخرى في الجلوكوز هي ذرات كربون. وبالتالي ، يحتوي الجلوكوز على 2 4 = 16 أيزومرات.

عندما تكون في شكل حلقة ، يمكن أن يكون لكل من هذه الأيزومرات الـ 16 أحد الاتجاهين المحتملين ألفا أو بيتا. وبالتالي ، يحتوي الجلوكوز في الواقع على 32 أيزومر.

الشكلان الهيكليان المختلفان للجلوكوز هما كما يلي

عندما يذوب في المحلول ، يمكن أن يكون لكل منهم أحد الهياكل الحلقية التالية.

ايزومرات D و L.

هذان هما الشكلان المتماثلان للجلوكوز اللذين يختلفان في الخصائص البصرية.

D- الجلوكوز هو dextrorotatory. عندما يتم تمرير شعاع من الضوء من خلال محلول D- الجلوكوز ، فإنه ينحني الضوء في الاتجاه الصحيح. إنه الشكل الأكثر وفرة من الجلوكوز الموجود في الطبيعة. عندما يتم رسم بنية D-glucose على ورقة ، تتم كتابة مجموعات -OH على الجانب الأيمن من ذرات الكربون ، باستثناء ذرة الكربون الثالثة التي تحتوي على مجموعة -OH على جانبها الأيسر.

L- الجلوكوز هو ليفوروتوري. ينحني أشعة الضوء إلى اليسار عندما يمر عبر محلولها المائي. عادة ما تكون موجودة في الخلايا الحية. هيكلها معاكس لتركيب الجلوكوز D ، أي أن مجموعات -OH متصلة بالجانب الأيسر من ذرات الكربون باستثناء الكربون الثالث.

أيزومرات ألفا وبيتا

عندما يتم إذابة D-glucose أو L-glucose في الماء ، فإنها تشكل بنية حلقة سداسية تُعرف باسم glucopyranose. يمكن أن يكون للحلقة المكونة من كل من هذه الجزيئات اتجاه ألفا أو بيتا.

في alpha-D-glucose أو alpha-L-glucose ، تكون مجموعة الهيدروكسيل المرتبطة بكربونيل الكربون أو الكربون الأول على جانب الحلقة المقابلة للكربون السادس.

من ناحية أخرى ، في beta-D-glucose أو beta-L-glucose ، تكون مجموعة الهيدروكسيل من الكربونيل على نفس الجانب من الحلقة مثل الكربون السادس.

Epimers من الجلوكوز

Epimers هي الجزيئات التي تختلف في التركيب حول ذرة كربون واحدة فقط. الجلوكوز ثمانية epimers.

  • الجلوكوز
  • اللوز
  • ألتروز
  • المانوز
  • انا اتجرع ال
  • جالاكتوز
  • تالوس
  • جولوز

كل هذه العناصر الثمانية لها شكل D و L ، مما يجعل إجمالي 16 أيزومرًا.

يمكن أن يحتوي كل من الأيزومرات الستة عشر إما على حلقة ألفا أو حلقة بيتا عند إذابتها في محلول مائي.


دور أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) في العلاجات ومقاومة الأدوية في السرطان والبكتيريا

يعد تجنب المقاومة المستمرة للأدوية في السرطان والبكتيريا أمرًا جوهريًا لاستعادة الصحة لدى البشر ، ويدفع استراتيجيات التدخل. من الخصائص المميزة للنمط الظاهري للسرطان تحسين استقلاب الجلوكوز والإجهاد التأكسدي. أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) هي منتجات ثانوية استقلابية للتنفس الهوائي وهي مسؤولة عن الحفاظ على توازن الأكسدة والاختزال في الخلايا. يتم تنظيم توازن الأكسدة والاختزال والإجهاد التأكسدي بواسطة إنزيمات مضادات الأكسدة ، وخفض الثيول والعوامل المساعدة NADP (H) ، وهو أمر بالغ الأهمية لبقاء الخلايا السرطانية وتطورها. وبالمثل ، فإن الإشريكية القولونية (E. coli) ومسببات الأمراض المعدية التي تهدد الحياة مثل Staphylococcus aureus (SA) و Mycobacterium tuberculosis (Mtb) حساسة بشكل ملحوظ للتغيرات في البيئة المؤكسدة داخل الخلايا. وبالتالي ، يمكن للجزيئات الصغيرة التي تعدل مستويات مضادات الأكسدة و / أو تعزز ROS داخل الخلايا أن تزعج البيئة المؤكسدة الخلوية وتحفز موت الخلايا ، وبالتالي يمكن أن تكون بمثابة علاجات جديدة. نعرض هنا مجموعة من الأساليب التي تتضمن تعديل أنواع الأكسجين التفاعلية في الخلايا كاستراتيجية لاستهداف السرطان والبكتيريا.


نظام نقل الإلكترون (ETS) | علم الاحياء المجهري

تقويض الركائز التي تعطي الطاقة (الجلوكوز في الغالب) حتى مرحلة حمض البيروفيك من خلال EMP أو EDP تنتج كمية صغيرة نسبيًا من الطاقة في شكل ATP عن طريق الفسفرة على مستوى الركيزة. يجب أن تكون الكائنات اللاهوائية راضية عن هذه الكمية الصغيرة من الطاقة.

لكن الكائنات الهوائية يمكنها استخراج كمية أكبر بكثير من الطاقة من أكسدة نفس الكمية من الركيزة من خلال دورة TCA ونظام نقل الإلكترون الذي تنتقل فيه ذرات H إلى مستقبلات محددة ، مثل NAD و FAD في دورة TCA - يتأكسد بالكامل أثناء نقل الإلكترون.

المستقبِل النهائي لـ H + والإلكترونات هو الأكسجين في الكائنات التي تتنفس الأكسجين. في سياق نقل الإلكترون عبر عدة ناقلات ، يتم إنشاء ATP عن طريق الفسفرة المؤكسدة. كما سيتبين ، من كل مول من الجلوكوز المؤكسد ، يتم تكوين 38 مول من ATP ، على عكس مولين فقط في EMP ومول واحد في EDP.

إن ETS عبارة عن سلسلة من الجزيئات الحاملة القادرة على العمل بالتناوب كمستقبل للإلكترون (أو الهيدروجين) ومتبرع للإلكترون ، أي يخضع للاختزال والأكسدة البديل. توجد مكونات ETS في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا في حقيقيات النوى وفي الأغشية السيتوبلازمية في بدائيات النوى.

هناك ثلاث فئات من الجزيئات الحاملة. أولها عبارة عن بروتينات فلافوبروتينات تحتوي على FMN (أحادي نيوكليوتيد الفلافين) كنزيم مساعد. مثال على هذه الفئة هو NADH2 ديهيدروجينيز الذي يحتوي ، بالإضافة إلى FMN ، على حديد غير دموي. وظيفة هذا الإنزيم هي نقل الهيدروجين من NADH2 يوبيكوينون.

يشكل Ubiquinone أو coenzyme Q فئة أخرى من الجزيئات الحاملة التي يمكنها قبول ذرات الهيدروجين بشكل عكسي. وهو أحد مشتقات البنزوكينون مع سلسلة طويلة من الأيزوبرينويد (R).

تتكون الفئة الثالثة والأكثر أهمية من جزيئات حامل الإلكترون بواسطة السيتوكرومات. هناك العديد من السيتوكرومات المختلفة ، ولكن جميعها غير موجودة في جميع الكائنات الحية ، ولكن بعض أعضاء هذه الفئة موجودون في جميع الكائنات الهوائية.

تتكون جميع السيتوكرومات من مجموعة اصطناعية من الحديد والبورفيرين تُعرف باسم حلقة الهيمين (موجودة أيضًا في الهيموجلوبين) مرتبطة بالبروتين. مجموعة الهيمين شائعة في جميع السيتوكرومات التي تختلف عن بعضها البعض في مكون البروتين. تخضع ذرة الحديد المركزية في حلقة الهيمين لتغيير تكافؤ قابل للعكس مع الاختزال أو الأكسدة.

السيتوكروم الطرفي لـ ETS هو أوكسيديز السيتوكروم. يتفاعل مع الأكسجين وينقل إلكترونين إلى الأكسجين لتكوين ذرة أكسجين سالبة الشحنة مضاعفة والتي تتحد مع 2H + لتشكيل جزيء من الماء.

في سلسلة الجهاز التنفسي ، ينتقل الهيدروجين أو الإلكترونات من إمكانات الأكسدة والاختزال السلبية إلى الإيجابية. على سبيل المثال ، NAD / NADH2 لديه إمكانية الأكسدة والاختزال بمقدار & # 8211 0.32 فولت بينما الأكسجين لديه إمكانية الأكسدة والاختزال + 0.81 فولت. أثناء الانتقال من السالب إلى الإمكانات الإيجابية ، هناك انخفاض في الطاقة الحرة التي يمكن أن تُحبس لفسفرة ADP لتشكيل ATP. يُعرف هذا الوضع من تكوين ATP باسم الفسفرة المؤكسدة.

يظهر مرور الهيدروجين والإلكترونات عبر ETS بطريقة مبسطة في الشكل 8.49 وبالتفاصيل في الشكل 8.50:

من الشكل 8.50 ، يمكن ملاحظة أن سلسلة نقل الإلكترون تبدأ بنقل البروتونات عالية الطاقة والإلكترونات التي لها إمكانات الأكسدة والاختزال التي تبلغ & # 8211 0.32 فولت لتقليل إمكانات الأكسدة والاختزال تدريجيًا. يطلق تدفق الإلكترونات إلى أسفل المنحدرات طاقة حرة محتجزة في جزيئات ATP.

يمكن تفسير إنتاج الـ ATP عن طريق الفسفرة المؤكسدة لـ ADP بواسطة آلية التناضح الكيميائي. تفترض هذه النظرية أن نقل الإلكترونات بواسطة الجزيئات الحاملة الموجودة في الغشاء يخلق تدرجًا لأيون H + عبر الغشاء. هذا ممكن لأن الغشاء غير منفذ للأيونات H +.

يتشكل التدرج البروتوني عن طريق النقل النشط لأيونات H من خلال مضخات البروتون إلى الخارج. في حالة الميتوكوندريا ، يزيد تركيز H + أيون في الفراغ بين الغشاء الخارجي والداخلي مقارنة بتركيز H + في المصفوفة. في حالة البكتيريا ، يصبح تركيز H + -ion في الوسط المحيط أعلى مقارنة بتركيز السيتوبلازم.

يُنشئ التدرج البروتوني الناتج عن الطرد النشط لإيونات H + بواسطة مضخات البروتون أيضًا تدرج شحنة كهربائية ، بسبب تراكم فائض أيونات H + المشحونة إيجابياً على جانب واحد من الغشاء. يحتوي التدرج الكهروكيميائي الناتج على طاقة كامنة تُعرف باسم القوة المحركة للبروتون (pmf).

يمكن للبروتونات التي يتم طردها بواسطة مضخات البروتون عبور الغشاء فقط من خلال بعض قنوات البروتون الخاصة حيث يوجد إنزيم سينسيز ATP. عندما تمر البروتونات عبر هذه القنوات ، يتم إطلاق الطاقة الكامنة ويستخدمها الإنزيم لتخليق ATP من ADP وحمض الفوسفوريك غير العضوي. تستخدم كل من الكائنات حقيقية النواة وبدائيات النوى آلية التناضح الكيميائي لتخليق ATP.

يظهر تكوين ATP بهذه الآلية في الخلايا البكتيرية بشكل تخطيطي في الشكل 8.51:

غلة ATP في التنفس الهوائي:

العائد الكلي لـ ATP عندما يتأكسد الجلوكوز بالكامل إلى CO2 و ح2O تبلغ 38 مولًا لكل مول من الجلوكوز. يمكن الآن فحص الخطوات التي يتم فيها تكوين هذا المقدار من ATP (الجدول 8.3). لحساب عائد ATP ، تجدر الإشارة إلى أن NADH2 يمكن أن تولد 3 ATP من خلال ETS و FADH2 يمكن أن تنتج 2 ATP (الشكل 8.50).

لذلك ، يمكن كتابة التفاعل العام لأكسدة الجلوكوز في التنفس الهوائي على النحو التالي:

عندما يتأكسد 1 مول من الجلوكوز في ظل ظروف غير بيولوجية ، يتم تحرير 674 كيلو كالوري من الطاقة كحرارة. الآن ، يمكن حساب مقدار هذه الطاقة المحفوظة في شكل ATP.

بأخذ متوسط ​​قيمة الطاقة المحررة بواسطة التحلل المائي ATP الذي ينتج ADP + Pi as-K سعرات حرارية (ATP ADP + Pi ، ∆G = -7 K cal) ، لوحظ أن أقل بقليل من 40 ٪ من إجمالي الطاقة المنبعثة من يتم حفظ أكسدة الجلوكوز في صورة ATP في التنفس الهوائي. وبالتالي فإن كفاءة الأكسدة البيولوجية تقارب 40٪. يتم إعطاء بقية الطاقة في شكل حرارة.


التنفس الهوائي

يمكن أن يحدث تحلل السكر بدون أكسجين. هذا يشكل الجزء اللاهوائي من تنفس الخلية وبالتالي يسمى تنفس الخلايا اللاهوائية. ومع ذلك ، لا يمكن أن يتأكسد البيروفات الناتج عن التحلل السكري مرة أخرى بدون وجود الأكسجين. تشكل أكسدة البيروفات جزءًا من التنفس الهوائي وبالتالي تسمى تنفس الخلايا الهوائية. يحدث التنفس الهوائي في الميتوكوندريا للخلايا. أول رد فعل يحدث هو تفاعل الارتباط.

تفاعل الارتباط

تأخذ الميتوكوندريا في الخلايا البيروفات الذي يتكون من تحلل السكر في السيتوبلازم. بمجرد أن يكون البيروفات في الميتوكوندريا ، فإن الإنزيمات الموجودة في مصفوفة الميتوكوندريا تزيل الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون من البيروفات. وهذا ما يسمى الأكسدة (إزالة الهيدروجين أو إضافة الأكسجين) وإزالة الكربوكسيل (إزالة ثاني أكسيد الكربون). لذلك ، تسمى العملية نزع الكربوكسيل المؤكسد. يتم قبول الهيدروجين المزال بواسطة NAD +. ينتج عن تفاعل الارتباط تكوين مجموعة أسيتيل. ثم يتم قبول مجموعة الأسيتيل هذه بواسطة CoA وتشكل acetyl CoA.

الشكل 8.1.3 - تفاعل الارتباط

دورة كريبس

الخطوة 1 - في المرحلة الأولى من دورة كريبس ، يتم نقل مجموعة الأسيتيل من الأسيتيل CoA إلى مركب رباعي الكربون. هذا يشكل ستة مركبات الكربون.

الخطوة 2 - يخضع مركب الكربون هذا بعد ذلك لنزع الكربوكسيل (CO2 تتم إزالة) والأكسدة (إزالة الهيدروجين) لتشكيل مركب الكربون خمسة. يتم قبول الهيدروجين بواسطة NAD + ويشكل NADH + H +.

الخطوة 3 - يخضع مركب الكربون الخمسة لنزع الكربوكسيل والأكسدة (تتم إزالة الهيدروجين) مرة أخرى لتكوين مركب رباعي الكربون. يتم قبول الهيدروجين بواسطة NAD + ويشكل NADH + H +.

الخطوة 4 - يخضع مركب الكربون الأربعة بعد ذلك إلى فسفرة على مستوى الركيزة وخلال هذا التفاعل ينتج ATP. تحدث الأكسدة أيضًا مرتين (تتم إزالة 2 هيدروجين). يتم قبول الهيدروجين الواحد بواسطة NAD + ويشكل NADH + H +. يتم قبول الآخر بواسطة FAD ويشكل FADH2. يكون مركب الكربون الأربعة جاهزًا لقبول مجموعة أسيتيل جديدة وتتكرر الدورة.

ثاني أكسيد الكربون الذي يتم إزالته في هذه التفاعلات هو نفايات ويخرج من الجسم. تطلق الأكسدة الطاقة التي يتم تخزينها بعد ذلك بواسطة الناقلات عندما تقبل الهيدروجين. يتم استخدام هذه الطاقة لاحقًا بواسطة سلسلة نقل الإلكترون لإنتاج ATP.

تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون في تفاعلين

تتم إزالة الهيدروجين في 4 تفاعلات

يقبل NAD + الهيدروجين في 3 تفاعلات

يقبل FAD الهيدروجين في تفاعل واحد

يتم إنتاج ATP في أحد التفاعلات

سلسلة نقل الإلكترون

يوجد داخل الغشاء الداخلي للميتوكوندريا سلسلة من ناقلات الإلكترون. هذه السلسلة تسمى سلسلة نقل الإلكترون. تمر الإلكترونات من التفاعلات المؤكسدة في المراحل المبكرة من تنفس الخلية على طول السلسلة. يتبرع NADH بإلكترونين لأول ناقل في السلسلة. يمر هذان الإلكترونان على طول السلسلة ويطلقان الطاقة من ناقل إلى آخر. في ثلاثة مواقع على طول السلسلة ، يتم إطلاق طاقة كافية لإنتاج ATP عبر سينسيز ATP. سينسيز ATP هو إنزيم موجود أيضًا في غشاء الميتوكوندريا الداخلي. FADH2 يتبرع أيضًا بالإلكترونات ولكن في مرحلة لاحقة من NADH. أيضًا ، يتم إطلاق طاقة كافية في موقعين فقط على طول السلسلة بواسطة إلكترونات من FADH2. يعتمد إنتاج ATP على إطلاق الطاقة عن طريق الأكسدة وبالتالي يطلق عليه الفسفرة المؤكسدة.

الشكل 8.1.5 - سلسلة نقل الإلكترون

دور الأكسجين

الأكسجين مهم لتنفس الخلية حيث أنه في نهاية سلسلة نقل الإلكترون ، يتم التبرع بالإلكترونات للأكسجين. يحدث هذا في المصفوفة على سطح الغشاء الداخلي. في نفس الوقت يرتبط الأكسجين بأيونات الهيدروجين ويشكل الماء.
إذا لم يكن هناك أكسجين ، فلن تتمكن الإلكترونات من المرور عبر سلسلة نقل الإلكترون ولم يعد من الممكن إعادة تحويل NADH + H + إلى NAD +. في النهاية ، ينفد NAD + في الميتوكوندريا ، وبالتالي لم يعد يحدث تفاعل الارتباط ودورة كريبس.


الفرق بين تحلل السكر ودورة كريبس | هندسة التمثيل الغذائي

التحلل السكري هو سلسلة من التفاعلات الأنزيمية التي تؤكسد جلوكوز السكر المكون من ستة كربون إلى مركبين من ثلاثة كربون مع إنتاج كمية صغيرة من الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP). يحتوي تحلل السكر على وظيفتين أساسيتين إذا كانت الخلية.

أولاً ، تقوم باستقلاب السكريات البسيطة المكونة من ستة كربون إلى مركبات أصغر من ثلاثة كربون يتم استقلابها بعد ذلك إما بالكامل بواسطة الميتوكوندريا لإنتاج ثاني أكسيد الكربون وكمية كبيرة من ATP أو استخدامها لتخليق الدهون للتخزين.

ثانيًا ، يعمل تحلل السكر على إنتاج كمية صغيرة من ATP ، وهو أمر ضروري لبعض الخلايا التي تعتمد فقط على هذا المسار لتوليد الطاقة.

يتم تحفيز مسار حال السكر عن طريق الإنزيمات القابلة للذوبان الموجودة في العصارة الخلوية للخلايا. يعمل مسار انحلال السكر في كل من وجود (هوائي) وغياب الأكسجين (اللاهوائي). يمكن اعتبار استقلاب جزيئات الوقود في الخلية عملية أكسدة.

في تحلل السكر ، الجلوكوز هو جزيء الوقود الذي يتأكسد. عندما يتأكسد الجلوكوز بواسطة الإنزيمات المحللة للجلوكوز ، يتم تحويل أنزيم نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD +) من شكله المؤكسد إلى الشكل المختزل (NAD + إلى NADH).

عندما يتوفر الأكسجين (الظروف الهوائية) ، يمكن أن تتأكسد الميتوكوندريا في الخلية إلى NADH إلى NAD +. ومع ذلك ، إذا كانت مستويات الأكسجين غير كافية (الظروف اللاهوائية) أو كان نشاط الميتوكوندريا غائبًا ، فيجب إعادة أكسدة NADH بواسطة الخلية باستخدام آلية أخرى. في الخلايا الحيوانية ، تتم إعادة أكسدة NADH عن طريق تقليل البيروفات ، المنتج النهائي لتحلل السكر ، لتشكيل حمض اللاكتيك.

تُعرف هذه العملية باسم تحلل السكر اللاهوائي. أثناء التمرينات الشاقة ، تعتمد عضلات الهيكل العظمي عليها بشدة. في الخميرة ، تؤدي الظروف اللاهوائية إلى إنتاج ثاني أكسيد الكربون والإيثانول من البيروفات بدلاً من حمض اللاكتيك. هذه العملية ، التي تسمى التخمر الكحولي ، هي أساس إنتاج النبيذ وسبب ارتفاع عجينة الخبز.

على الرغم من أن بعض الخلايا تعتمد بشكل كبير على تحلل الجلوكوز لتوليد ATP ، فإن كمية ATP المتولدة لكل جزيء جلوكوز صغيرة جدًا في الواقع. في ظل الظروف اللاهوائية ، ينتج عن استقلاب كل جزيء جلوكوز اثنين فقط من ATPs. في المقابل ، ينتج عن التمثيل الغذائي الهوائي الكامل للجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون عن طريق تحلل السكر ودورة كريبس ما يصل إلى ثمانية وثلاثين ATPs.

لذلك ، في غالبية الخلايا ، تتمثل أهم وظيفة لتحلل السكر في استقلاب الجلوكوز لتوليد مركبات ثلاثية الكربون يمكن استخدامها من خلال مسارات أخرى. المنتج النهائي لتحلل السكر الهوائي هو البيروفات. يمكن استقلاب البيروفات عن طريق نازعة هيدروجين البيروفات لتكوين أسيتيل أنزيم أ (أسيتيل CoA). في ظل الظروف التي تتطلب الطاقة ، يتم استقلاب أسيتيل CoA بواسطة دورة كريبس لتوليد ثاني أكسيد الكربون وكمية كبيرة من ATP. يمكن استخدام Acetyl CoA في تصنيع الدهون أو الأحماض الأمينية ، عندما لا تحتاج الخلية إلى طاقة.

كريبس سيycle:

دورة كريبس هي مجموعة من التفاعلات الأنزيمية التي تحفز الأيض الهوائي لجزيئات الوقود إلى ثاني أكسيد الكربون والماء ، وبالتالي إنتاج الطاقة لإنتاج جزيئات الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP). سميت دورة كريبس بهذا الاسم لأن الكثير من شرحها كان من عمل عالم الكيمياء الحيوية البريطاني هانز كريبس.

يمكن سحب العديد من أنواع جزيئات الوقود إلى الدورة واستخدامها ، بما في ذلك أسيتيل أنزيم أ (أسيتيل CoA) ، المشتق من تحلل السكر أو أكسدة الأحماض الدهنية. يتم استقلاب بعض الأحماض الأمينية عبر التفاعلات الأنزيمية لدورة كريبس. في الخلايا حقيقية النواة ، توجد جميع الإنزيمات التي تحفز تفاعلات دورة كريبس باستثناء واحد منها في مصفوفات الميتوكوندريا.

تسلسل الأحداث المعروف باسم دورة كريبس هو في الواقع دورة oxaloacetate هي المتفاعل الأول والمنتج النهائي للمسار الأيضي (إنشاء حلقة). نظرًا لأن دورة كريبس مسؤولة عن الأكسدة النهائية للمواد الوسيطة الأيضية التي يتم إنتاجها أثناء عملية التمثيل الغذائي للدهون والبروتينات والكربوهيدرات ، فهي الآلية المركزية لعملية التمثيل الغذائي في الخلية.

في التفاعل الأول من الدورة ، يتكثف أسيتيل CoA مع أوكسالو أسيتات لتكوين حامض الستريك. تم إنتاج الأسيتيل CoA المستخدم بهذه الطريقة من خلال الدورة إما عن طريق أكسدة الأحماض الدهنية ، أو تفكك بعض الأحماض الأمينية ، أو نزع الكربوكسيل المؤكسد من البيروفات (منتج تحلل السكر).

حمض الستريك الناتج عن تكثيف acetyl CoA و oxaloacetate هو ثلاثي حمض الكربوكسيل يحتوي على ثلاث مجموعات كربوكسيلية. (ومن ثم ، يشار أيضًا إلى دورة كريبس بدورة حمض الستريك أو دورة حمض الكربوكسيل الثلاثي.)

بعد تكوين السترات ، تستمر آلية الدورة من خلال سبعة تفاعلات مميزة محفزة بالإنزيم والتي تنتج ، بالترتيب ، أيز سيترات ، أ & # 8211 كيتوجلوتارات ، سوكسينيل أنزيم أ ، سكسينات ، فومارات ، مالات ، وأوكسالو أسيتات.

يتفاعل oxaloacetate المنتج حديثًا ، بدوره ، مع جزيء آخر من acetyl CoA ، وتبدأ الدورة مرة أخرى. ينتج كل منعطف من دورة كريبس جزيئين من ثاني أكسيد الكربون وجزيء غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP) وإلكترونات كافية لتوليد ثلاثة جزيئات من NADH وجزيء واحد من FADH2.

توجد دورة كريبس تقريبًا في جميع الخلايا حقيقية النواة التي تحتوي على الميتوكوندريا ، ولكنها تعمل فقط كجزء من التمثيل الغذائي الهوائي (عندما يتوفر الأكسجين). يرجع هذا الاحتياج من الأكسجين إلى العلاقة الوثيقة بين سلسلة نقل الإلكترون في الميتوكوندريا ودورة كريبس. في دورة كريبس ، تحدث أربعة تفاعلات للحد من الأكسدة.

يتم أيضًا إنشاء رابطة فوسفات عالية الطاقة على شكل GTP. (يتم نقل هذه الرابطة الفوسفاتية عالية الطاقة لاحقًا إلى الأدينوزين ثنائي الفوسفات [ADP] لتكوين أدينوسين ثلاثي الفوسفات [ATP].) نظرًا لأن إنزيمات دورة كريبس تؤكسد جزيئات الوقود إلى ثاني أكسيد الكربون ، فإن الإنزيمات المساعدة NAD + و FAD والإنزيم المساعد Q (المعروف أيضًا باسم ubiquinone) يتم تقليله.

من أجل استمرار الدورة ، يجب إعادة أكسدة هذه الإنزيمات المختصرة عن طريق نقل إلكتروناتها إلى الأكسجين ، وبالتالي إنتاج الماء. لذلك ، فإن المستقبل النهائي للإلكترونات الناتجة عن أكسدة جزيئات الوقود كجزء من دورة كريبس هو الأكسجين. في حالة عدم وجود الأكسجين ، يتم إعاقة دورة كريبس.

دورة حامض الستريك هي مسار برمائي ، مما يعني أنه يمكن استخدامها لكل من تخليق وتحلل الجزيئات الحيوية. إلى جانب الأسيتيل CoA (الناتج من الجلوكوز أو الأحماض الدهنية أو الأحماض الأمينية الكيتونية) ، يتم استقلاب الجزيئات الحيوية الأخرى بواسطة الدورة.

العديد من الأحماض الأمينية تتحلل لتصبح مركبات وسيطة في الدورة. وبالمثل ، يتم استقلاب الأحماض الدهنية ذات السلسلة الفردية لتكوين إنزيم السكسينيل A ، وهو وسيط آخر من الدورة. كما تستخدم العديد من الكائنات الحية وسيطة دورة كريبس لتخليق الجزيئات الحيوية المهمة الأخرى.

بعض الكائنات الحية تستخدم دورة كريبس وسيطة a -ketoglutarate و oxaloacetate في تخليق العديد من الأحماض الأمينية. يستخدم Succinyl coenzyme A في تخليق حلقات porph5Tin ، المستخدمة في التصنيع المنزلي والتخليق الحيوي للكلوروفيل. يتم استخدام Oxaloacetate و maltase في تخليق الجلوكوز ، في عملية تسمى استحداث السكر.


قد يعجبك ايضا

لذلك ، فإن Acetyl-CoA (جزيء كربون 2 متصل بالإنزيم المساعد A) هو الشكل الذي تدخل فيه الكربونات دورة كريبس. Oxaloacetate هو وسيط لدورة Krebs ويتم إنتاجه في مكان آخر في الخلية عبر تفاعلات anaplerotic (تفاعلات تولد وسيطة أيضية) ، لذلك من المضلل بعض الشيء القول بأنه جزيء الدخول. كما أن دورة كريبس نفسها لا تنتج الكثير من الطاقة على الإطلاق. 1 صافي ATP من الدورة لا شيء. ما ينتجه هو عوامل الاختزال (NADH و FADH2) التي تحمل الإلكترونات التي تم التقاطها من البيروفات الأولي الخاص بك (الذي تم تحويله إلى Acetyl-CoA) إلى سلسلة نقل الإلكترون ، وهو الجزء الأهم من التمثيل الغذائي التأكسدي ، ويتم تجاهله تمامًا هنا.

أتفهم أنك ربما تسعى لإلقاء نظرة مبسطة للغاية على العملية ، لكنك تتجاهل الجزء الأكثر أهمية من العملية. أيضًا ، تستمر منتجات دورة كريبس في مسار تقويضي من أجل توليد ATP ، والمنتجات الوحيدة التي ليست هي 1 ATP (الذي يتم إنشاؤه بالفعل باسم GTP) واثنين من ثاني أكسيد الكربون. BambooForest 3 ديسمبر 2011

@ vogueknit17- لدي صديق درس علم الأحياء ويأمل أن يقوم بأبحاث غذائية. إنها تعتقد أن أشياء مثل قدرة الشخص على أداء الأكسدة والتمثيل الغذائي المناسبين للطعام ستكون جزءًا كبيرًا من زيادة السمنة ، وقد يكون شيئًا نتأقلم معه نتيجة للنظام الغذائي & quot؛ الحديث & quot. I don't understand much of it beyond that, but I agree that it's complicated, from what I do know. vogueknit17 December 3, 2011

Metabolism is so complicated. I know a lot of people argue a lot of different ways about things like weight gain and loss and nutrition, but it really can be a little different for everyone, because there are so many different cycles for metabolizing food. We think of it as "food in, energy out", but there are so many steps in a person's body.


What is Aerobic Glycolysis? (مع الصور)

Aerobic glycolysis is the first of three stages that make up aerobic cellular respiration. Cellular respiration is the process that takes place within all cells to release energy stored in glucose molecules. There are two forms of cellular respiration, aerobic and anaerobic, meaning requires oxygen and doesn’t require oxygen.

All living organisms need energy to survive. That energy is received through food, which for plants also includes energy captured from the sun. Whatever the form of food that is taken in by the organism, it is converted to carbohydrates, glucose in particular. During cellular respiration, glucose is converted to carbon dioxide and water with energy being released into the cell. Breaking down the glucose molecules is an oxidation reaction, so oxygen is required for the process to go ahead.

The three stages of aerobic respiration are aerobic glycolysis, the Krebs cycle and the electron transport system. During each stage, a number of chemical reactions take place which form the cellular respiration overall process. The outcome of aerobic glycolysis is that the glucose molecule is broken down into two pyruvate, or pyruvic acid, molecules, which are broken down further in the Krebs cycle, and two water molecules.

The energy that is released by cellular respiration does not happen all at once. In fact, some energy is released through each of the three main stages. When the energy is released from the glucose molecule, it is not released as free energy. The energy is stored in adenosine triphosphate (ATP) molecules, which are short term energy storage molecules that are easily transported within and between cells.

The energy production begins during aerobic glycolysis. During this process, two of the 36 total ATP molecules are created. All the stages of cellular respiration are made up of a number of complex chemical reactions. Aerobic glycolysis is actually made up of a number of different stages that the glucose molecule moves through. The energy necessary to produce the eight ATP molecules is released at different stages of the process.

During aerobic glycolysis, two ATP molecules are initially used to make the glucose molecule sufficiently reactive. The glucose molecule is phosphorylated, meaning that phosphate molecules are added to the glucose molecule from the ATP molecules. After the glucose has been phosphorylated, it splits from a six carbon sugar molecule into two three carbon sugar molecules. Hydrogen atoms are removed from the resulting three carbon sugars and two phosphates are lost from each, forming four new ATP molecules. After the glucose has gone through all these steps, the final outcome is two three carbon pyruvate molecules, two water molecules and two ATP molecules.


شاهد الفيديو: اكسدة الجلوكوز داخل ميتوكندريا الخليه واستخراج الطاقه فصورة ATP (قد 2022).


تعليقات:

  1. Bren

    أنت ترتكب خطأ. دعنا نناقش. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا إلى PM.

  2. Samujin

    حسنا شكرا لك. وميض حقا. دعونا نصلحه الآن

  3. Trophonius

    أنصحك بمحاولة البحث على google.com

  4. Oceanus

    ربما يكون خطأ؟

  5. Chauncy

    هذه العبارة لا تضاهى))) ، أحبها :)

  6. Kiramar

    بدلا من انتقاد اكتب خياراتهم.

  7. Filippo

    أعتقد أنك ترتكب خطأ. أقترح ذلك لمناقشة. اكتب لي في رئيس الوزراء ، وسوف نتواصل.

  8. Gujinn

    It is evident you have been wrong ...



اكتب رسالة