متابولیسم کربوهیدرات ها :
بیشتر کربوهیدرات های هضم شده به صورت مونومر های خود در می آیند و از طرق مختلف این مواد ، وارد جریان خون شده و در آن جا تحت تاثیر ترانسپور های خاصی وارد سلول می شوند و مورد متابولیسم قرار می گیرند ( گلوکز را در نظر می گیریم و بقیه را به آن تعمیم می دهیم Gult 1 , Gult 2 , …
اولین واکنش های متابولیسمی : گلیکولیز :
مرحله 1 : فسفوریله شدن گلوکز :
گروه فسفر روی کربن شماره 6 قرار می گیرد . به همراه مصرف ATP( آنابولیسم = ماده ی جدیدی بوجود آمده است ) در این حالت گلوکز باردار می شود و نمی تواند از غشاء سلول خارج شود آنزیمی که این واکنش را کاتالیز می کند آنزیم هگزو کیناز و گلوکو کیناز هستند ( یکی از این دو) . هگزو کیناز در بیشتر سلول های بدن یافت می شوند اما گلوکوکیناز در سلول های کبدی یافت می شود . تفاوت دیگر این دو آنزیم در میزان فعالیت شان است . هگزوکیناز در غلظت های پایین گلوکز فعال است در حالی که گلوکو کیناز زمانی فعال می شود که غلظت گلوکز افزایش یابد ( زمان بعد از صرف غذا)
KM هگزوکیناز = 0.1 مولار (حداکثر فعالیت) KM گلوکوکیناز 5 مولار است. برخی از بافت ها وابسته به انسولین نیستند و گلوکز براحتی وارد سلول شده ، مهار می شود . ولی برخی از بافت ها وابستگی شدیدی به انسولین دارند .
انسولین 2 نقش دارد : 1- نفوذ پذیری گلوکز را به درون سلول افزایش می دهد .
2- باعث ارسال پیام هایی به هسته ی سلول می شود تا پروتئین گلوکوکیناز در سلول بیو سنتز شود و بتواند گلوکز را مهار کند .
مرحله 2 : واکنش ایزومراسیون
در این واکنش گلوکز تغییر شکل داده و تبدیل به فروکتوز می شود . واکنش قبلی یک طرفه بود همان طور که قبلاً اشاره شد اکثراً واکنش اول و آخر یک طرفه و واکنش های بین این دو، دو طرفه هستند .
آنزیم این مرحله گلوکز 6 فسفات ایزومراز است که فروکتوز 6 فسفات ایزومراز 1 هم خوانده می شود .
مرحله ٣ :
فروکتوز 6 فسفات مجدداً فسفریله می شود ç فروکتوز 1 و 6 بیس فسفات
این واکنش هم یک طرفه بوده و با مصرف ATP همراه است آنزیم این واکنش فسفو فروکتو کیناز است PFK نیاز سلول باعث می شود که این واکنش یک طرفه باشد . فسفوریله شدن گلوکز دلیل بر وارد شدن آن به چرخه ی گلیکولیز نیست اما فسفوریله شدن فروکتوز 6 فسفات نشان دهنده وارد شدن این مولکول به چرخه ی گلیکولیز است
مرحله ی 4 :
F-1, 6-Bis P GA3P = گلیسر آلدئید ٣ فسفات
DHAP = دی هیدروکسی استون فسفات
آنزیم این مرحله آلدولاز است .
مرحله ی 5:
این دو قند ٣ کربنه تحت اثر تریولاز ایزومراز به هم تبدیل می شوند . گلیسر آلدئید ٣ فسفات در مراحل بعدی مورد استفاده قرار می گیرد
مرحله ی 6 : واکنشی دو طرفه است که در آن گلیسر آلدئید ٣ فسفات مجدّداً فسفریله می شود . و تبدیل به 1و ٣ بیس فسفات گلیسرات می شود . تحت اثر آنزیم گلیسر آلدئید ٣ فسفات دهیدروژناز در این جا تولید NADH + H را داریم - این واکنش اولین واکنش اکسیداسیون احیا در این چرخه است .
üهمیشه اگر NAD و FMN و FAD وجود داشتند آنزیم دهیدروژناز دخالت دارد و هیدروژن را جا به جا می کند . این واکنش بسیار مهم است چون در آن NAD+ نقش دارد و اگر نباشد واکنش انجام نمی شود .
مرحله ی 7: اولین واکنش انرژی زا است . و در آن 1 و ٣ بیس فسفات گلیسرات تبدیل به ٣ فسفو گلیسرات می شود و تولید یک مولکول ATP را داریم .
üنکته : چون دو قند سه کربنه به هم تبدیل می شوند در این جا تولید 2 مولکول ATP را خواهیم داشت .
در این جا بالانس انرژی صفر می شود چون در مراحل قبلی مصرف دو مولکول ATP را داشتیم و ... آنزیمی که در این مرحله داریم فسفو گلیسرات کیناز است
مرحله 8 :
آنزیم موتاز باعث می شود که عامل فسفری از روی یک کربن به روی کربنی دیگر در همان مولکول منتقل شود . و در این مرحله ٣ فسفو گلیسرات تبدیل به 2 فسفو گلیسرات می شود .
همین طور 2 فسفو گلیسرات به دست آمده تحت اثر آنزیم اِنولاز تبدیل به فسفو انول پیرووات می شود . فسفو انول پیرووات ناپایدار است و با تولید یک ATP تبدیل به پیرووات می شود ( تحت اثر آنزیم پیرووات کیناز) .
N در کل 2 مولکول ATP تولید شد . ( در مرحله های بی هوازی )
در زنجیره ی انتقال الکترون از این مرحله 8 َATP خواهیم داشت . به این علت که به ازای هر مولکول قند سه کربنه وارد شده به گلیکولیز ، 1 NADH تولید شد و در کل به ازای یک مولکول گلوکز 6 کربنه 2 مولکول NADH و 2 مولکول ATP خواهیم داشت که جمعاً می شود 8 مولکول ATP .
پیرووات تولید شده در گلیکولیز به چندین مسیر می تواند وارد شود
اولین مسیری که معمولاً در جهت ادامه ی مسیر گلیکولیز است ، تبدیل شدن به اسید لاکتیک ،
استیل کو آنزیمA ، اتانول ، اسید آمینه ی آلانین و ا ُگزالو استات است و در زمانی که اکسیژن در دسترس سلول نیست ، مسیر Fermentation یا تخمیر را خواهیم داشت . در این مسیر تبدیل پایروویت را به اسید لاکتیک خواهیم داشت .
سیکل تبدیل اسید لاکتیک به گلوکز و برگشت آن را Cori می گویند . بیو سنتز گلوکز را Gloconeogenesis می گویند (گلوکونئوژنسیس) . در بیو سنتز گلوکز یک مولکول فسفر از روی گلوکز 6 فسفات برداشته شده و گلوکز آزاد می شود این عمل در Endoplasmic reticulum رخ می دهد . سیکل کوری در سلول های قرمز خون رخ می دهد چون فاقد میتوکندری هستند پیرووات نمی تواند وارد سیکل هوازی شود ç از این مسیر عبور می کند .
برای مرحله ی گلیکولیز که NAD نیاز داشتیم از تبدیل پیرووات به اسید لاکتیک تامین می شود .
آلانین و پیرووات نیز به یکدیگر تبدیل می شوند . اسید لاکتیک روی آکتین و میوزین تاثیر گذاشته و جلوگیری از انقباض و انبساط می کند ç درد به علت تجمع اسید لاکتیک در ماهیچه خواهیم داشت . مواد واسطه ی حاصل از گلیکولیز کدامند ؟ چه فایده ای دارند ؟ گلوکز 6 فسفات : مثلاً سنتز لاکتوز ، گلیکوژن ، گلیسر آلدئید 3فسفات . دی هیدروکسی استون فسفات . پنتوز فسفات هم از دیگر مسیر هایی است که ممکن است گلوکز 6 فسفات به آن برود . 2 قند سه کربنه ی ذکر شده می توانند در چرخه ها ی دیگر قرار گرفته و NAD را برای دیگر چرخه ها تامین کنند .از طرفی این ترکیبات ٣ کربنه می توانند گلیسرول تولید کنند : منشاء گلیسرول همین دو قندند . اسید آمینه ی سرین نیز می تواند از این مسیر تولید شود .
ورود پیرووات به میتو کندری :
E1: برداشتن یک مولکول CO2 را انجام می دهد که پیرووات کربوکسیلاز است و کو فاکتور ش تیامین است.
E2: انتقال دهنده ی باقیمانده ی پیرووات به روی CO A است. در ساختمان کو آنزیم A تیامین نقش دارد
E3: اتم هیدروژن طی یک سری از مراحل بر روی NAD منتقل شده و تولید یک مولکول NADH میکند
ویتامین پنتاتونیک اسید در ساختمان این آنزیم ( دی هیدرو فنول دی هیدروژناز ) نقش دارد .
نقش های استیل کو آنزیم A :
1- وارد چرخه ی TCA یا کربس می شود
2- بیو سنتز اسید های چرب
3- بیو سنتز کلسترول بیو سنتز هورمون های استروئیدی
4- اجسام کتونی
در طی چرخه کربس ، هیدروژن موجود بر روی استیل کو آنزیم A به NAD منتقل شده و 2 کربن این مولکول ( استیل کو آنزیم A) به صورت CO2از چرخه خارج می شود .
اگر میزان استیل کو آنزیم A زیاد شود ، مهار آنزیم 2 صورت می گیرد و مسیر بلوکه می شود .
در چرخه ی کربس 12 مولکول ATP تولید می شود . و در کل از هر مولکول پیرووات 15 تا مولکول ATP خواهیم داشت ( به علت تولید 3 مولکول NADH که هر مولکول آن 3 ATP تولید می کند و 1 مولکول FADH2 که هر کدام از آن 2 مولکول ATPتولید می کند و همین طور یک مولکول ATP که جمعاً می شود 12 مولکول ATP ) و چون هر مولکول گلوکز تبدیل به 2 مولکول پیرووات می شود ، تا این جا 30 مولکول ATP داریم ، در گلیکولیز هم که 8 تا ATP داشتیم یک گلوکز 38 ATP تولید می کند .
مسیر گلی اگزالات :
مسیری فرعی است در گیاهان . برخی از اسید های چرب و .. می توانند وارد این چرخه شوند و در تولید گلوکز و یا ذخیره سازی آن شرکت کنند . OAA + Acetyl CO A سیترات
این سیکل در ارگانی به نام گلی اگزوزوم رخ می دهد و در آن سیترات تبدیل به ایزو سیترات می شود .
در این جا مشابه سیکل کربس در میتو کندری را داریم اما سیکل کربس در این جا کامل نمی شود .
مسیر پنتوز فسفات :
مسیری فرعی برای متابولیسم گلوکز است . 5% گلوکز مصرفی توسط سلول وارد این مسیر می شود و در بافت های خاصی مثل بافت هایی که بیو سنتز چربی در آن رخ می دهد ( غدد جنسی و .. ) ، صورت می گیرد.
به دو مرحله تقسیم می شود : اکسیداسیون و غیر اکسیداسیون
در مسیر اکسیداسیون گلوکز اکسیده می شود و عامل هیدروژن آن برداشته شده و به NAD منتقل می شود .
اهداف پنتوز فسفات:
- تولید NADH + H جهت مصارف بیو سنتز چربی
- تولید قند 5 کربنه برای اسید های نوکلئیک
- تولید انرژی با فراورده هایی مثل فروکتوز 6 فسفات و گلیسر آلدئید ٣ فسفات
- اریترو چهار فسفات تنها قند 4 کربنه است که در این جا بوجود آمده است برای بیو سنتز اسید آمینه های معطر
- تنها قند 7 کربنه که در طبیعت وجود دارد سدوهپتوز 7 فسفات در این جا بوجود می آید
اسید های آمینه ی گلیکوژنیک : اسید آمینه هایی که وارد چرخه ی کربس وارد شده و در انتها به OAA تبدیل می شوند و خود OAA در مسیری تبدیل به گلوکز می شود .مسیر تولید گلوکز مشابه با مسیر گلیکولیز نیست چون چند واکنش در مسیر گلیکولیز یک طرفه اند نمی توانند همان مسیری که آمده اند را برگردند . مثلاً پیرووات که به استیل کو آنزیم A تبدیل شود نمی تواند مسیر برگشت را همان طور که آمده است طی کند بلکه از مسیر های دیگری تولید ماده ی اولیه را می کند .
مسیرهای گلوکز :
, Glyconeogenesis, Glecogenesis, Glycogenolyse Glycolysis
گلیکوژنیک : ( تبدیل به گلوکز)
üموادی که به پیرووات تبدیل می شوند هم گلوکوژنیک هستند و هم کتوژنیک به آنها کتوژنیک – گلوکوژنیک آمینو اسید گفته می شود .
نقش بایوتین : انتقال CO2 از پیرووات به اگزالو استیک آنزیمی که داریم به شکل آپو کربوکسیلاز است و تا بایوتین وارد نشود ، کربوکسیلاز نخواهیم داشت .