معلومة

18.2: نظرة عامة على التنفس الخلوي - علم الأحياء

18.2: نظرة عامة على التنفس الخلوي - علم الأحياء


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.

أهداف التعلم

  1. تحديد الهدم والابتناء والحالة التي هي طاردة للطاقة والتي هي منشط.
  2. تحديد نواتج الأيض وتذكر وظائفها في التمثيل الغذائي.
  3. عرف ما يلي:
    1. التنفس الخلوي
    2. الهوائية
    3. اللاهوائية
  4. اذكر أحد الأشكال الهوائية واثنين من الأشكال اللاهوائية للتنفس الخلوي.

كما ذكرنا سابقًا ، للنمو والوظيفة والتكاثر ، يجب على الخلايا تصنيع مكونات خلوية جديدة مثل جدران الخلايا وأغشية الخلايا والأحماض النووية والريبوزومات والبروتينات والسوط وما إلى ذلك ، وجمع الطاقة وتحويلها إلى شكل قابل للاستخدام للقيام بالعمل الخلوي.

يشير التقويض إلى العملية المفرطة التي يتم من خلالها استخدام الطاقة المنبعثة من تحلل المركبات العضوية مثل الجلوكوز لتخليق ATP ، وهو شكل الطاقة اللازمة للقيام بالعمل الخلوي. الابتنائية هي عملية endergonic تستخدم الطاقة المخزنة في ATP لتجميع اللبنات الأساسية للجزيئات الكبيرة التي تتكون منها الخلية. كما يتضح ، ترتبط هاتان العمليتان الأيضية ارتباطًا وثيقًا. عامل آخر يربط بين المسارات التقويضية والابتنائية هو توليد نواتج الأيض. المستقلبات السليفة هي جزيئات وسيطة في المسارات التقويضية والابتنائية التي يمكن أن تتأكسد لتوليد ATP أو يمكن استخدامها لتجميع الوحدات الفرعية الجزيئية مثل الأحماض الأمينية والدهون والنيوكليوتيدات.

سنركز في هذا القسم بشكل أساسي على حصاد الطاقة وتحويلها إلى طاقة مخزنة في ATP من خلال عملية التنفس الخلوي ، لكننا سننظر أيضًا في بعض المستقلبات الأولية الرئيسية التي يتم إنتاجها خلال هذه العملية.

التنفس الخلوي هو العملية التي تستخدمها الخلايا لتحويل الطاقة في الروابط الكيميائية للمغذيات إلى طاقة ATP. اعتمادًا على الكائن الحي ، يمكن أن يكون التنفس الخلوي هوائيًا أو لاهوائيًا أو كليهما. التنفس الهوائي هو مسار طارد للطاقة يتطلب الأكسجين الجزيئي (O2). لا تتطلب المسارات اللاهوائية الخارجة عن الطاقة الأكسجين وتشمل التنفس اللاهوائي والتخمير. سننظر الآن في هذه المسارات الثلاثة.

ملخص

  1. يشير التقويض إلى العملية المفرطة التي يتم من خلالها استخدام الطاقة المنبعثة من تحلل المركبات العضوية مثل الجلوكوز لتخليق ATP ، وهو شكل الطاقة اللازمة للقيام بالعمل الخلوي.
  2. الابتنائية هي عملية endergonic تستخدم الطاقة المخزنة في ATP لتجميع اللبنات الأساسية للجزيئات الكبيرة التي تتكون منها الخلية.
  3. المستقلبات الأولية هي جزيئات وسيطة في مسارات تقويضية وابتنائية يمكن أن تتأكسد لتوليد ATP أو يمكن استخدامها لتجميع الوحدات الفرعية الجزيئية مثل الأحماض الأمينية والدهون والنيوكليوتيدات.
  4. التنفس الخلوي هو العملية التي تستخدمها الخلايا لتحويل الطاقة في الروابط الكيميائية للمغذيات إلى طاقة ATP.
  5. التنفس الهوائي هو مسار طارد للطاقة يتطلب الأكسجين الجزيئي (O2).
  6. لا تتطلب المسارات اللاهوائية الخارجة عن الطاقة الأكسجين وتشمل التنفس اللاهوائي والتخمير.

مقدمة

تعمل محطة الطاقة الكهربائية في الشكل 7.1 على تحويل الطاقة من شكل إلى شكل آخر يمكن استخدامه بسهولة أكبر. يبدأ هذا النوع من محطات التوليد بالطاقة الحرارية الجوفية (الحرارة) ويحولها إلى طاقة كهربائية يتم نقلها إلى المنازل والمصانع. مثل النبات المولِّد ، يجب أن تأخذ النباتات والحيوانات أيضًا الطاقة من البيئة وتحويلها إلى شكل يمكن لخلاياهم استخدامه. تدخل الكتلة والطاقة المخزنة في جسم الكائن الحي في شكل ما ويتم تحويلها إلى شكل آخر يمكن أن يغذي وظائف حياة الكائن الحي. في عملية التمثيل الضوئي ، تأخذ النباتات وغيرها من منتجي التمثيل الضوئي الطاقة على شكل ضوء (طاقة شمسية) وتحويلها إلى طاقة كيميائية على شكل جلوكوز ، الذي يخزن هذه الطاقة في روابطها الكيميائية. بعد ذلك ، سلسلة من المسارات الأيضية ، تسمى مجتمعة التنفس الخلوي ، تستخرج الطاقة من الروابط الموجودة في الجلوكوز وتحولها إلى شكل يمكن لجميع الكائنات الحية استخدامه.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: ماري آن كلارك ، ماثيو دوغلاس ، جونغ تشوي
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: Biology 2e
    • تاريخ النشر: 28 مارس 2018
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/7-introduction

    © 7 يناير 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    تحلل السكر

    تحلل السكر هو مسار أيضي يحدث في العصارة الخلوية للخلايا في جميع الكائنات الحية. يمكن أن يعمل هذا المسار مع وجود الأكسجين أو بدونه. تنتج الظروف الهوائية البيروفات وتنتج الظروف اللاهوائية اللاكتات. في الظروف الهوائية ، تقوم العملية بتحويل جزيء واحد من الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات (حمض البيروفيك) ، لتوليد الطاقة على شكل جزيئين صافين من ATP. يتم بالفعل إنتاج أربعة جزيئات من ATP لكل جلوكوز ، ومع ذلك ، يتم استهلاك اثنين كجزء من المرحلة التحضيرية. الفسفرة الأولية للجلوكوز مطلوبة لزيادة التفاعل (تقليل ثباته) من أجل أن ينقسم الجزيء إلى جزيئين من البيروفات بواسطة إنزيم Aldolase. أثناء مرحلة الدفع لتحلل السكر ، يتم نقل أربع مجموعات فوسفات إلى ADP عن طريق الفسفرة على مستوى الركيزة لصنع أربعة ATP ، ويتم إنتاج مجموعتين من NADH عندما يتأكسد البيروفات. يمكن التعبير عن رد الفعل الكلي بهذه الطريقة:

    الجلوكوز + 2 NAD + + 2 Pi + 2 ADP → 2 بيروفات + 2 NADH + 2ATP + 2 H + 2 H2O + حرارة

    بدءًا من الجلوكوز ، يتم استخدام 1 ATP للتبرع بالفوسفات للجلوكوز لإنتاج الجلوكوز 6-فوسفات. يمكن أن يتحول الجليكوجين إلى جلوكوز 6 فوسفات أيضًا بمساعدة الجليكوجين فسفوريلاز. أثناء استقلاب الطاقة ، يتحول الجلوكوز 6 فوسفات إلى فركتوز 6 فوسفات. يتم استخدام ATP إضافي لفسفوريلات الفركتوز 6-فوسفات إلى فركتوز 1،6-ثنائي فوسفات بمساعدة فسفوفركتوكيناز. ثم ينقسم الفركتوز 1.6 ثنائي الفوسفات إلى جزيئين مُفسفريين مع ثلاث سلاسل كربون والتي تتحلل لاحقًا إلى بيروفات.

    من السيتوبلازم ، يذهب إلى دورة كريبس حيث أسيتيل CoA. ثم يختلط مع CO2 ويصنع 2 ATP و NADH و FADH. من هناك يذهب NADH و FADH إلى اختزال NADH ، الذي ينتج الإنزيم. يسحب NADH إلكترونات الإنزيم لإرسالها عبر سلسلة نقل الإلكترون. تسحب سلسلة نقل الإلكترون أيونات H + عبر السلسلة. من سلسلة نقل الإلكترون ، تجعل أيونات الهيدروجين المنبعثة ADP للحصول على نتيجة نهائية لـ 32 ATP. 02 تجذب نفسها إلى الإلكترون المتبقي لتكوين الماء. أخيرًا ، يترك ATP عبر قناة ATP ويخرج من الميتوكوندريا.

    ماذا يحدث للطاقة المخزنة في الجلوكوز أثناء عملية التمثيل الضوئي؟ كيف تستفيد الكائنات الحية من هذه الطاقة المخزنة؟ الجواب هو التنفس الخلوي. هذه العملية تطلق الطاقة في الجلوكوز لصنعها ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات) ، الجزيء الذي يعمل على تشغيل جميع الخلايا.

    مراحل التنفس الخلوي

    يتضمن التنفس الخلوي العديد من التفاعلات الكيميائية. يمكن تلخيص التفاعلات في هذه المعادلة:

    يمكن تصنيف تفاعلات التنفس الخلوي في ثلاث مراحل: تحلل السكر (المرحلة 1) ، و دورة كريبس، ويسمى أيضًا دورة حمض الستريك (المرحلة 2) ، و نقل الإلكترون (المرحلة 3). شكل أدناه نظرة عامة على هذه المراحل الثلاث ، والتي تمت مناقشتها بمزيد من التفصيل في المفاهيم التالية. يحدث تحلل السكر في سيتوبلازم الخلية ولا يتطلب الأكسجين ، بينما تحدث دورة كريبس ونقل الإلكترون في الميتوكوندريا وتتطلب الأكسجين.

    يحدث التنفس الخلوي في المراحل الموضحة هنا. تبدأ العملية بجزيء الجلوكوز ، الذي يحتوي على ست ذرات كربون. ماذا يحدث لكل ذرة من ذرات الكربون؟

    هيكل الميتوكوندريا: مفتاح التنفس الهوائي

    هيكل الميتوكوندريا هو المفتاح لعملية الهوائية (في وجود الأكسجين) التنفس الخلوي وخاصة دورة كريبس ونقل الإلكترون. يظهر رسم تخطيطي للميتوكوندريا في شكل أدناه.

    يتم تحديد بنية الميتوكوندريا بواسطة غشاء داخلي وخارجي. يلعب هذا الهيكل دورًا مهمًا في التنفس الهوائي.

    كما ترى من شكل أعلاه ، الميتوكوندريا لها غشاء داخلي وخارجي. المسافة بين الغشاء الداخلي والخارجي تسمى الفضاء بين الغشاء. المساحة التي يحيط بها الغشاء الداخلي تسمى المصفوفة. المرحلة الثانية من التنفس الخلوي ، دورة كريبس ، تحدث في المصفوفة. المرحلة الثالثة ، نقل الإلكترون ، تتم على الغشاء الداخلي.


    الخطوة الأولى في التنفس الخلوي في جميع الخلايا الحية هي تحلل السكر ، والذي يمكن أن يحدث دون وجود الأكسجين الجزيئي. إذا كان الأكسجين موجودًا في الخلية ، فيمكن للخلية بعد ذلك الاستفادة من التنفس الهوائي عبر دورة TCA لإنتاج طاقة قابلة للاستخدام في شكل ATP أكثر من أي مسار لاهوائي. ومع ذلك ، فإن المسارات اللاهوائية مهمة وهي المصدر الوحيد لـ ATP للعديد من البكتيريا اللاهوائية. تلجأ الخلايا حقيقية النواة أيضًا إلى المسارات اللاهوائية إذا كان إمدادها بالأكسجين منخفضًا. على سبيل المثال ، عندما تعمل خلايا العضلات بجد وتستنفد إمدادات الأكسجين الخاصة بها ، فإنها تستخدم المسار اللاهوائي لحمض اللاكتيك لمواصلة توفير ATP لوظيفة الخلية.

    ينتج تحلل السكر نفسه جزيئين من ATP ، لذلك فهو الخطوة الأولى في التنفس اللاهوائي. يمكن استخدام البيروفات ، منتج تحلل السكر ، في التخمير لإنتاج الإيثانول و NAD + أو لإنتاج اللاكتات و NAD +. يعد إنتاج NAD + أمرًا بالغ الأهمية لأن تحلل السكر يتطلب ذلك وسيتوقف عند نفاد إمداداته ، مما يؤدي إلى موت الخلايا. ويرد أدناه رسم تخطيطي عام للخطوات اللاهوائية. يتبع منظمة كارب.

    يحدث التنفس اللاهوائي (كل من تحلل السكر والتخمير) في الجزء السائل من السيتوبلازم بينما يحدث الجزء الأكبر من إنتاج الطاقة للتنفس الهوائي في الميتوكوندريا. يترك التنفس اللاهوائي الكثير من الطاقة في جزيئات الإيثانول أو اللاكتات التي لا تستطيع خلايا العضلات استخدامها ويجب أن تفرزها. سيصل جزء من اللاكتات إلى الكبد عبر مجرى الدم ويمكن تحويله مرة أخرى إلى الجلوكوز من خلال دورة كوري. يمكن أن يتم استقلاب الإيثانول عن طريق الكبد ، ولكنه يعتبر مقدمة ضعيفة لتكوين السكر وقد يؤدي إلى نقص السكر في الدم.


    ملخص القسم

    يتم التحكم في التنفس الخلوي بوسائل متنوعة. يتم التحكم في دخول الجلوكوز إلى الخلية بواسطة بروتينات النقل التي تساعد على مرور الجلوكوز عبر غشاء الخلية. يتم تحقيق معظم التحكم في عمليات التنفس من خلال التحكم في إنزيمات معينة في المسارات. هذا نوع من آلية التغذية الراجعة السلبية ، مما يؤدي إلى إيقاف تشغيل الإنزيمات. تستجيب الإنزيمات في أغلب الأحيان لمستويات النيوكليوسيدات المتوفرة ATP و ADP و AMP و NAD + و FAD. تؤثر المركبات الوسيطة الأخرى للمسار أيضًا على إنزيمات معينة في الأنظمة.


    طرق في استقلاب الميثان ، الجزء ب: Methanotrophy

    مايكل سي. ماري إي ليدستروم ، في طرق في علم الإنزيمات ، 2011

    2.3.1 نظرة عامة

    في الآونة الأخيرة ، تم تطوير نظام لقياس معدلات التنفس أحادية الخلية للخلايا حقيقية النواة على مجهر (Molter وآخرون، 2009). إنه يتميز بمجموعة من الخلايا الدقيقة التي يتم فيها زرع الخلايا المفردة ، يحتوي كل بئر على بورفيرين بلاتيني يستخدم لقياس تركيز الأكسجين عن طريق تحديدات عمر الفسفور. يتم إغلاق الآبار بشكل منتشر بغطاء تحت الحمل ، ويتم قياس استهلاك الأكسجين بمرور الوقت (الشكل 10.5). يوفر تكييف الآبار والإجراءات لمراعاة الحجم الأصغر ومعدلات التنفس للبكتيريا طريقة أخرى للاستفادة من التنفس في تحليل الخلايا المفردة. يتم قياس الاستهلاك الفعلي للأكسجين بواسطة خلية واحدة بشكل مباشر ، على عكس القياس غير المباشر في الثقافات السائبة. تم وصف العديد من التفاصيل التجريبية لنظام حقيقيات النوى ، لذلك نسلط الضوء هنا على بعض الاختلافات الرئيسية للنظام المستخدم للبكتيريا ، وكذلك النتائج من الخلايا المزروعة في مزرعة نقية.

    الشكل 10.5. غرفة المراقبة الدقيقة لاكتشاف التنفس. (أ) يُعد ملحق غرفة المراقبة الدقيقة جزءًا من لوحة المرحلة التي يمكن أن تجلس في أي لوحة مسطحة مصممة لألواح ميكروويل. سوف ينخفض ​​غطاء متصل بمكبس لإغلاق الآبار الموجودة على الرقاقة بالضغط. (B و C) تحتوي لوحة المرحلة (1) على نافذة (6) تسمح بالمراقبة بهدف المجهر. تتركز غرفة المراقبة الدقيقة (2) فوق النافذة. يساعد الحامل (5) على إبقاء الشريحة (4) في مكانها عندما ينزل الغطاء (3) لإغلاق صفيف الميكروويف. (د) تحتوي كل شريحة على 16 مصفوفة بترتيب 4 × 4. كل مجموعة عبارة عن ترتيب 4 × 4 من microwells على هضبة مرفوعة فوق بقية الشريحة للمساعدة في سد الميكروويلات. يبلغ حجم كل ميكروويل حوالي 2 pL ويحتوي على بورفيرين البلاتيني الذي يعمل كمستشعر الأكسجين. (هـ) مثال على ميثيلوموناس ص. الخلايا LW13 المسمى FM1-43 لإظهار الآبار التي تحتوي على خلايا مفردة.


    علم الأحياء 171

    بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

    • صف كيف سيؤثر تثبيط التغذية الراجعة على إنتاج وسيط أو منتج في المسار
    • حدد الآلية التي تتحكم في معدل نقل الإلكترونات عبر سلسلة نقل الإلكترون

    التنفس الخلوي يجب تنظيمها من أجل توفير كميات متوازنة من الطاقة في شكل ATP. يجب أن تولد الخلية أيضًا عددًا من المركبات الوسيطة التي تُستخدم في الابتنائية وتقويض الجزيئات الكبيرة. بدون ضوابط ، ستتوقف التفاعلات الأيضية بسرعة حيث وصلت ردود الفعل الأمامية والخلفية إلى حالة من التوازن. سيتم استخدام الموارد بشكل غير لائق. لا تحتاج الخلية إلى الحد الأقصى من ATP الذي يمكنها صنعه طوال الوقت: في بعض الأحيان ، تحتاج الخلية إلى تحويل بعض المواد الوسيطة إلى مسارات لإنتاج الأحماض الأمينية والبروتين والجليكوجين والدهون والحمض النووي. باختصار ، تحتاج الخلية إلى التحكم في عملية التمثيل الغذائي الخاصة بها.

    الآليات التنظيمية

    يتم استخدام مجموعة متنوعة من الآليات للتحكم في التنفس الخلوي. يوجد نوع من التحكم في كل مرحلة من مراحل استقلاب الجلوكوز. يمكن تنظيم وصول الجلوكوز إلى الخلية باستخدام بروتينات GLUT (ناقل الجلوكوز) التي تنقل الجلوكوز ((الشكل)). تتحكم الأشكال المختلفة لبروتين GLUT في مرور الجلوكوز إلى خلايا أنسجة معينة.


    يتم التحكم في بعض التفاعلات من خلال وجود إنزيمين مختلفين - واحد لكل منهما في اتجاهين للتفاعل القابل للعكس. يمكن للتفاعلات التي يتم تحفيزها بواسطة إنزيم واحد فقط أن تنتقل إلى حالة التوازن ، مما يؤدي إلى توقف التفاعل. في المقابل ، إذا كان هناك إنزيمان مختلفان (كل منهما محدد لاتجاه معين) ضروريان للتفاعل القابل للانعكاس ، تزداد فرصة التحكم في معدل التفاعل ، ولا يتم الوصول إلى التوازن.

    يتم التحكم في عدد من الإنزيمات المشاركة في كل مسار - على وجه الخصوص ، الإنزيم الذي يحفز أول تفاعل ملتزم للمسار - عن طريق ربط جزيء بموقع خيفي على البروتين. الجزيئات الأكثر شيوعًا في هذه السعة هي النيوكليوتيدات ATP و ADP و AMP و NAD + و NADH. هذه المنظمات - المؤثرات الخيفية - قد تزيد أو تقلل من نشاط الإنزيم ، اعتمادًا على الظروف السائدة. يغير المستجيب الخيفي البنية الفراغية للإنزيم ، وعادة ما يؤثر على تكوين الموقع النشط. هذا التغيير في بنية البروتين (الإنزيم) إما يزيد أو يقلل من انجذابه لركائزه ، مع تأثير زيادة أو تقليل معدل التفاعل. يشير التعلق إلى الإنزيم. يمكن أن يؤدي هذا الارتباط إلى زيادة أو تقليل نشاط الإنزيم ، مما يوفر آلية التغذية الراجعة. هذا النوع من التحكم في التغذية المرتدة فعال طالما أن المادة الكيميائية التي تؤثر عليه مرتبطة بالإنزيم. بمجرد أن ينخفض ​​التركيز الكلي للمادة الكيميائية ، سوف ينتشر بعيدًا عن البروتين ، ويتم تخفيف التحكم.

    السيطرة على المسارات التقويضية

    تميل الإنزيمات والبروتينات وناقلات الإلكترون والمضخات التي تلعب دورًا في تحلل السكر ودورة حامض الستريك وسلسلة نقل الإلكترون إلى تحفيز التفاعلات غير القابلة للانعكاس. بمعنى آخر ، إذا حدث رد الفعل الأولي ، فإن المسار ملتزم بالمضي قدمًا في ردود الفعل المتبقية. يعتمد ما إذا كان يتم إطلاق نشاط إنزيم معين على احتياجات الطاقة للخلية (كما تنعكس في مستويات ATP و ADP و AMP).

    تحلل السكر

    يبدأ التحكم في تحلل السكر بأول إنزيم في المسار ، هيكسوكيناز ((الشكل)). يحفز هذا الإنزيم فسفرة الجلوكوز ، مما يساعد على تحضير المركب للانقسام في خطوة لاحقة. كما أن وجود الفوسفات سالب الشحنة في الجزيء يمنع السكر من مغادرة الخلية. عندما يتم تثبيط هيكسوكيناز ، ينتشر الجلوكوز خارج الخلية ولا يصبح ركيزة لمسارات التنفس في هذا النسيج. ناتج تفاعل هيكسوكيناز هو الجلوكوز 6 فوسفات ، والذي يتراكم عندما يتم تثبيط إنزيم لاحق ، فسفوفركتوكيناز.


    فسفوفركتوكيناز هو الإنزيم الرئيسي الذي يتم التحكم فيه في تحلل السكر. المستويات العالية من ATP أو السترات أو درجة الحموضة الأقل والأكثر حمضية تقلل من نشاط الإنزيم. يمكن أن تحدث زيادة في تركيز السترات بسبب انسداد في دورة حمض الستريك. غالبًا ما يكون التخمير ، بإنتاجه للأحماض العضوية مثل حمض اللاكتيك ، مسؤولاً عن زيادة الحموضة في الخلية ، ومع ذلك ، لا تتراكم منتجات التخمير عادةً في الخلايا.

    يتم تحفيز الخطوة الأخيرة في تحلل السكر بواسطة بيروفات كيناز. يمكن أن يستمر تقويض البيروفات الناتج أو تحويله إلى حمض أميني ألانين. إذا لم تكن هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة وكان الألانين متوفرًا بشكل كافٍ ، يتم تثبيط الإنزيم. يزداد نشاط الإنزيم عند زيادة مستويات الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات. (تذكر أن الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات هو وسيط في النصف الأول من تحلل السكر.) يتضمن تنظيم بيروفات كيناز الفسفرة بواسطة كيناز (بيروفات كيناز) ، مما يؤدي إلى إنزيم أقل نشاطًا. يعمل نزع الفسفرة بواسطة الفوسفاتاز على إعادة تنشيطه. يتم أيضًا تنظيم Pyruvate kinase بواسطة ATP (تأثير خيفي سلبي).

    إذا كانت هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة ، فسيتم تحويل المزيد من البيروفات إلى أسيتيل CoA من خلال عمل نازعة هيدروجين البيروفات. إذا تراكمت أي من مجموعات الأسيتيل أو NADH ، فستكون هناك حاجة أقل للتفاعل ، وينخفض ​​المعدل. يتم أيضًا تنظيم Pyruvate dehydrogenase عن طريق الفسفرة: فسفرة كيناز تقوم بتشكيل إنزيم غير نشط ، ويقوم الفوسفاتاز بإعادة تنشيطه. يتم أيضًا تنظيم إنزيم الكيناز والفوسفاتيز.

    دورة حمض الستريك

    يتم التحكم في دورة حمض الستريك من خلال الإنزيمات التي تحفز التفاعلات التي تجعل أول جزيئين من NADH (مراجعة). هذه الإنزيمات هي isocitrate dehydrogenase و αنازعة هيدروجين كيتوغلوتارات. عندما تتوفر مستويات كافية من ATP و NADH ، تنخفض معدلات هذه التفاعلات. عندما تكون هناك حاجة إلى المزيد من ATP ، كما ينعكس في ارتفاع مستويات ADP ، يزداد المعدل. سوف يتأثر نازعة هيدروجين ألفا كيتوجلوتارات أيضًا بمستويات السكسينيل CoA - وهو وسيط لاحق في الدورة - مما يؤدي إلى انخفاض في النشاط. الانخفاض في معدل تشغيل المسار عند هذه النقطة ليس بالضرورة سالبًا ، حيث أن المستويات المتزايدة لـ α- يمكن استخدام الكيتوجلوتارات الذي لا تستخدمه دورة حامض الستريك بواسطة الخلية لتخليق الأحماض الأمينية (الغلوتامات).

    سلسلة نقل الإلكترون

    لا تتأثر إنزيمات معينة من سلسلة نقل الإلكترون بتثبيط التغذية الراجعة ، لكن معدل نقل الإلكترون عبر المسار يتأثر بمستويات ADP و ATP. تتم الإشارة إلى زيادة استهلاك ATP بواسطة خلية من خلال تراكم ADP. مع انخفاض استخدام ATP ، ينخفض ​​تركيز ADP ، والآن ، يبدأ ATP في التراكم في الخلية. يؤدي هذا التغيير في التركيز النسبي لـ ADP إلى ATP إلى تشغيل الخلية لإبطاء سلسلة نقل الإلكترون.

    عرض المزيد حول سلسلة نقل الإلكترون وتوليف ATP من خلال مشاهدة سلسلة نقل الإلكترون: الفيلم (فلاش تفاعلي ، فيديو)

    للحصول على ملخص لعناصر التحكم في التغذية الراجعة في التنفس الخلوي ، انظر (الشكل).

    ملخص ضوابط التغذية الراجعة في التنفس الخلوي
    مسار الانزيم يتأثر مستويات مرتفعة من المستجيب التأثير على نشاط المسار
    تحلل السكر هيكسوكيناز جلوكوز 6 فوسفات ينقص
    فسفوفركتوكيناز شحنة منخفضة الطاقة (ATP ، AMP) ، فركتوز 6 فوسفات عبر الفركتوز 2،6-بيسفوسفات يزيد
    شحنة عالية الطاقة (ATP ، AMP) ، سترات ، درجة الحموضة الحمضية ينقص
    بيروفات كيناز الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات يزيد
    شحنة عالية الطاقة (ATP ، AMP) ، ألانين ينقص
    تحويل البيروفات إلى أسيتيل CoA بيروفات ديهيدروجينيز ADP ، بيروفات يزيد
    أسيتيل CoA ، ATP ، NADH ينقص
    دورة حمض الستريك نازعة هيدروجين الأيزوسترات ADP يزيد
    ATP ، NADH ينقص
    αنازعة هيدروجين كيتوغلوتارات أيونات الكالسيوم ، ADP يزيد
    ATP ، NADH ، Succinyl CoA ينقص
    سلسلة نقل الإلكترون ADP يزيد
    ATP ينقص

    ملخص القسم

    يتم التحكم في التنفس الخلوي بوسائل متنوعة. يتم التحكم في دخول الجلوكوز إلى الخلية بواسطة بروتينات النقل التي تساعد على مرور الجلوكوز عبر غشاء الخلية. يتم تحقيق معظم التحكم في عمليات التنفس من خلال التحكم في إنزيمات معينة في المسارات. هذا نوع من آلية التغذية الراجعة السلبية ، مما يؤدي إلى إيقاف تشغيل الإنزيمات. تستجيب الإنزيمات في أغلب الأحيان لمستويات النيوكليوسيدات المتوفرة ATP و ADP و AMP و NAD + و FAD. تؤثر المركبات الوسيطة الأخرى للمسار أيضًا على إنزيمات معينة في الأنظمة.

    إستجابة مجانية

    كيف تؤثر السترات من دورة حامض الستريك على تحلل السكر؟

    يمكن للسيترات أن تمنع إنزيم فسفوفركتوكيناز عن طريق تنظيم التغذية الراجعة.

    لماذا قد تكون آليات التغذية الراجعة السلبية أكثر شيوعًا من آليات التغذية الراجعة الإيجابية في الخلايا الحية؟

    تتحكم آليات التغذية الراجعة السلبية فعليًا في العملية التي يمكنها إيقافها ، بينما تعمل الملاحظات الإيجابية على تسريع العملية ، مما يسمح للخلية بعدم التحكم فيها. ردود الفعل السلبية تحافظ بشكل طبيعي على التوازن ، في حين أن ردود الفعل الإيجابية تدفع النظام بعيدًا عن التوازن.

    قائمة المصطلحات


    التنفس اللاهوائي

    التنفس اللاهوائي (المصدر: ويكيميديا) تحدث هذه العملية تمامًا مثل التفاعل الخلوي النموذجي (نفس مسار دورة التحلل السكري وكريبس) ولكنها تختلف فقط لأنها تستخدم من قبل الكائنات الحية مثل البكتيريا والعتائق حيث الأكسجين ليس متقبل الإلكترون النهائي. بدلاً من ذلك ، تستخدم هذه الكائنات الكبريتات أو النترات بدلاً من ذلك.
    • من المهم ملاحظة أنه في حين يحدث كل من التخمير واللاهوائي في غياب الأكسجين ، فإن الأول ليس سوى بديل ويمتد تحلل السكر لإنتاج الطاقة بينما يستخدم الأخير جزيئات أخرى لإكمال الدورة حيث سيموت الكائن الحي في وجود الأكسجين .
    • على عكس التنفس الهوائي الذي يحدث في الميتوكوندريا ، يحدث التنفس الهوائي في العصارة الخلوية.
    • تنتج عملية التنفس اللاهوائي 2 ATP فقط لكل جزيء جلوكوز.

    إذا نظرنا إلى الوراء في العملية الشاملة ، سيكون من الواضح أن الكائنات الحية يجب أن تنتج ATP ، والذي بدوره يعزز كل عملية التمثيل الغذائي ونشاط الكائنات الحية. أيضًا ، المسار الكامل لمعادلة التنفس الخلوي دقيق جدًا بحيث لا يمكن المضي قدمًا إذا كان جزيء أو إنزيم واحد مفقودًا. فقط تخيل الارتباك الأيضي إذا لم يكن الأمر كذلك.


    شاهد الفيديو: الدورة القلبية. نبضات القلب الجهاز الدوري 2 (ديسمبر 2022).