استحداث السكر: المراحل (التفاعلات) والتنظيم - كيمياء - 2025

و استحداث السكر هو عملية التمثيل الغذائي الذي يحدث في الأمور كلها تقريبا الحية، بما في ذلك النباتات والحيوانات وأنواع مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة. يتكون من تخليق أو تكوين الجلوكوز من المركبات التي تحتوي على الكربون غير الكربوهيدرات ، مثل الأحماض الأمينية والجلوكوجينات والجلسرين واللاكتات.

وهو أحد مسارات التمثيل الغذائي للكربوهيدرات وهو الابتنائية. يقوم بتجميع أو تكوين جزيئات الجلوكوز الموجودة بشكل رئيسي في الكبد ، وبدرجة أقل ، في قشرة الكلى للإنسان والحيوان.

المسار الأيضي لتكوين السكر. تشير الأسماء باللون الأزرق إلى ركائز المسار ، والسهام باللون الأحمر هي ردود الفعل الفريدة لهذا المسار ، والسهام المكسورة تشير إلى تفاعلات تحلل السكر ، والتي تتعارض مع هذا المسار ، وتشير الأسهم الجريئة إلى اتجاه المسار. بواسطة BiobulletM ، من ويكيميديا ​​كومنز

تحدث هذه العملية الابتنائية بعد الاتجاه العكسي لمسار تقويضي للجلوكوز ، مع وجود إنزيمات محددة مختلفة في نقاط لا رجعة فيها من تحلل السكر.

استحداث السكر مهم لزيادة مستويات الجلوكوز في الدم والأنسجة في حالة نقص السكر في الدم. كما أنه يقلل من انخفاض تركيز الكربوهيدرات في الصيام لفترات طويلة أو في المواقف المعاكسة الأخرى.

مميزات

إنها عملية بنائية

استحداث السكر هو إحدى العمليات الابتنائية لعملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات. من خلال آليته ، يتم تصنيع الجلوكوز من السلائف أو الركائز المكونة من جزيئات صغيرة.

يمكن إنتاج الجلوكوز من جزيئات حيوية بسيطة ذات طبيعة بروتينية ، مثل الأحماض الأمينية الجلوكوجينية والجليسرول ، ويأتي الأخير من تحلل الدهون الثلاثية في الأنسجة الدهنية.

يعمل اللاكتات أيضًا كركيزة ، وبدرجة أقل ، كأحماض دهنية فردية السلسلة.

توفير إمدادات الجلوكوز

استحداث السكر له أهمية كبيرة للكائنات الحية وخاصة لجسم الإنسان. هذا لأنه يعمل على توفير الطلب الكبير على الجلوكوز الذي يحتاجه الدماغ في حالات خاصة (حوالي 120 جرامًا في اليوم).

ما هي أجزاء الجسم التي تتطلب الجلوكوز؟ الجهاز العصبي ، النخاع الكلوي ، من بين الأنسجة والخلايا الأخرى ، مثل خلايا الدم الحمراء ، التي تستخدم الجلوكوز كمصدر وحيد أو رئيسي للطاقة والكربون.

إن مخازن الجلوكوز مثل الجليكوجين المخزنة في الكبد والعضلات تكفي بالكاد ليوم واحد. هذا دون التفكير في الأنظمة الغذائية أو التمارين المكثفة. لهذا السبب ، من خلال استحداث السكر ، يتم تزويد الجسم بالجلوكوز المكون من سلائف أو ركائز أخرى غير كربوهيدراتية.

أيضًا ، يشارك هذا المسار في توازن الجلوكوز. تشكل الجلوكوز بهذه الطريقة ، بالإضافة إلى كونها مصدرًا للطاقة ، الركيزة لتفاعلات الابتنائية الأخرى.

مثال على ذلك هو حالة التخليق الحيوي للجزيء الحيوي. وتشمل هذه المركبات السكرية ، والشحميات السكرية ، والبروتينات السكرية ، والسكريات الأمينية ، وعديدات السكاريد الأخرى.

مراحل (تفاعلات) استحداث السكر

بقلم AngelHerraez ، من ويكيميديا ​​كومنز

طريق اصطناعي

يحدث تكوين الجلوكوز في العصارة الخلوية أو السيتوبلازم للخلايا ، وخاصة في الكبد وبدرجة أقل في سيتوبلازم خلايا القشرة الكلوية.

يشكل مساره الاصطناعي جزءًا كبيرًا من تفاعلات تحلل الجلوكوز (مسار تقويضي الجلوكوز) ، ولكن في الاتجاه المعاكس.

ومع ذلك ، من المهم تسليط الضوء على أن التفاعلات الثلاثة لتحلل السكر التي لا يمكن عكسها من الناحية الديناميكية الحرارية ، سيتم تحفيزها بواسطة إنزيمات معينة في تكوين السكر تختلف عن تلك المشاركة في تحلل السكر ، مما يجعل من الممكن حدوث التفاعلات في الاتجاه المعاكس.

وهي على وجه التحديد تلك التفاعلات الحالة للجلوكوز التي يتم تحفيزها بواسطة إنزيمات هكسوكيناز أو جلوكوكيناز ، فسفوفركتوكيناز ، وبيروفات كيناز.

مراجعة الخطوات الحاسمة لتكوين الجلوكوز المحفز بواسطة إنزيمات معينة ، يتطلب تحويل البيروفات إلى فوسفوينول بيروفات سلسلة من التفاعلات.

الأول يحدث في مصفوفة الميتوكوندريا مع تحويل البيروفات إلى أوكسالو أسيتات ، المحفز بواسطة البيروفات الكربوكسيلاز.

في المقابل ، لكي تشارك oxaloacetate ، يجب تحويلها إلى malate بواسطة نازعة هيدروجين المالات الميتوكوندريا. يتم نقل هذا الإنزيم عبر الميتوكوندريا إلى العصارة الخلوية ، حيث يتم تحويله مرة أخرى إلى oxaloacetate بواسطة نازعة هيدروجين المالات الموجودة في سيتوبلازم الخلية.

عمل إنزيم فوسفوينول بيروفات carboxykinase

من خلال عمل إنزيم phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK) ، يتم تحويل oxaloacetate إلى phosphoenolpyruvate. يتم تلخيص ردود الفعل المعنية أدناه:

كل هذه الأحداث تجعل تحول البيروفات إلى فسفوينول بيروفات ممكنًا دون تدخل بيروفات كيناز ، وهو خاص بمسار حال السكر.

ومع ذلك ، يتم تحويل الفوسفوينول بيروفات إلى فركتوز -1،6-بيسفوسفات عن طريق عمل الإنزيمات المحللة للجلوكوز التي تحفز هذه التفاعلات بشكل عكسي.

عمل إنزيم الفركتوز -1،6-بيسفوسفاتيز

التفاعل التالي الذي يمد عمل إنزيم الفسفروكتوكيناز في مسار التحلل السكري هو التفاعل الذي يحول الفركتوز -1،6-بيسفوسفات إلى فركتوز-6-فوسفات. يحفز إنزيم الفركتوز -1،6-بيسفوسفاتيز هذا التفاعل في مسار تكوين الجلوكوز ، وهو مائي ويتم تلخيصه أدناه:

هذه إحدى نقاط تنظيم استحداث السكر ، لأن هذا الإنزيم يتطلب Mg ²⁺ لنشاطه. يخضع الفركتوز -6-فوسفات لتفاعل الأزمرة الذي يحفزه إنزيم الفوسفوجليكويسوميراز الذي يحوله إلى جلوكوز 6 فوسفات.

عمل إنزيم الجلوكوز 6 فوسفاتيز

أخيرًا ، ثالث هذه التفاعلات هو تحويل الجلوكوز 6 فوسفات إلى جلوكوز.

يستمر هذا من خلال عمل الجلوكوز 6 فوسفاتيز الذي يحفز تفاعل التحلل المائي والذي يحل محل العمل الذي لا رجعة فيه لهكسوكيناز أو جلوكوكيناز في مسار التحلل.

يرتبط إنزيم الجلوكوز 6 فوسفاتيز هذا بالشبكة الإندوبلازمية لخلايا الكبد. كما يحتاج أيضًا إلى العامل المساعد Mg ²⁺ لممارسة وظيفته التحفيزية.

يضمن موقعه وظيفة الكبد كمُركب للجلوكوز لتلبية احتياجات الأعضاء الأخرى.

سلائف الجلوكونوجين

عندما لا يكون هناك ما يكفي من الأكسجين في الجسم ، كما يمكن أن يحدث في العضلات وكريات الدم الحمراء في حالة التمرين لفترات طويلة ، يحدث تخمر الجلوكوز. أي أن الجلوكوز لا يتأكسد تمامًا في ظل الظروف اللاهوائية وبالتالي يتم إنتاج اللاكتات.

يمكن أن ينتقل هذا المنتج نفسه إلى الدم ومن هناك يصل إلى الكبد. هناك سيكون بمثابة ركيزة الجلوكوز ، لأنه عند دخول دورة كوري ، سيتم تحويل اللاكتات إلى بيروفات. يرجع هذا التحول إلى عمل إنزيم نازعة هيدروجين اللاكتات.

اللاكتات

اللاكتات هي ركيزة مهمة لتوليد السكر في جسم الإنسان ، وبمجرد استنفاد مخزون الجليكوجين ، يساعد تحويل اللاكتات إلى الجلوكوز على تجديد مخازن الجليكوجين في العضلات والكبد.

بيروفات

من ناحية أخرى ، من خلال التفاعلات التي تشكل ما يسمى بدورة الجلوكوز ألانين ، يحدث نقل البيروفات.

يوجد هذا في الأنسجة خارج الكبد ، مما يحول البيروفات إلى ألانين ، والذي يشكل آخر ركائز مهمة لتكوين الجلوكوز.

في الظروف القاسية للصيام المطول أو اضطرابات التمثيل الغذائي الأخرى ، سيكون تقويض البروتين مصدرًا للأحماض الأمينية السكرية كملاذ أخير. ستشكل هذه المواد الوسيطة في دورة كريبس وتولد أوكسالأسيتات.

الجلسرين وغيره

الجلسرين هو الركيزة الوحيدة المكونة للجلوكوز التي تنشأ من التمثيل الغذائي للدهون.

يتم إطلاقه أثناء التحلل المائي لثلاثي الجليسريد ، والذي يتم تخزينه في الأنسجة الدهنية. يتم تحويلها عن طريق تفاعلات الفسفرة المتتالية ونزع الهيدروجين إلى فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون ، والتي تتبع مسار تكوين الجلوكوز لتكوين الجلوكوز.

من ناحية أخرى ، فإن عددًا قليلاً من الأحماض الدهنية ذات السلسلة الفردية تكون مُولِّد للجلوكوز.

تنظيم استحداث السكر

يتم تنفيذ أحد الضوابط الأولى لتكوين السكر عن طريق تناول الأطعمة ذات المحتوى المنخفض من الكربوهيدرات ، والتي تعزز المستويات الطبيعية للجلوكوز في الدم.

في المقابل ، إذا كان تناول الكربوهيدرات منخفضًا ، فسيكون مسار تكوين الجلوكوز مهمًا لتلبية متطلبات الجلوكوز في الجسم.

هناك عوامل أخرى تشارك في التنظيم المتبادل بين تحلل السكر وتكوين السكر: مستويات ATP. عندما تكون عالية ، يتم تثبيط تحلل الجلوكوز ، بينما يتم تنشيط استحداث السكر.

يحدث العكس مع مستويات AMP: إذا كانت مرتفعة ، يتم تنشيط تحلل السكر ، ولكن يتم تثبيط تكوين الجلوكوز.

هناك نقاط فحص معينة في تفاعلات معينة محفزة بالإنزيم في تكوين السكر. الذي؟ تركيز الركائز الأنزيمية والعوامل المساعدة مثل Mg ²⁺ ، ووجود المنشطات مثل فسفوفركتوكيناز.

يتم تنشيط فسفوفركتوكيناز بواسطة AMP وتأثير هرمونات البنكرياس الأنسولين والجلوكاجون وحتى بعض الجلوكوكورتيكويد.

المراجع

1. ماثيوز وهولد وأهيرن. (2002). الكيمياء الحيوية (الطبعة الثالثة). مدريد: بيرسون
2. ويكي الكتب. (2018). مبادئ الكيمياء الحيوية / استحداث السكر وتكوين الجليكوجين. مأخوذة من: en.wikibooks.org
3. شاشيكانت راي. (ديسمبر 2017). تنظيم استحداث السكر والقياسات والاضطرابات. مأخوذة من: researchgate.net
4. استحداث السكر.. مأخوذة من: imed.stanford.edu
5. المحاضرة 3-تحلل السكر وتكوين السكر.. مأخوذة من: chem.uwec.edu
6. استحداث السكر.. مأخوذة من: chemistry.creighton.edu