التحلل السكري عبارة عن سلسلة من التفاعلات التي يتم من خلالها تحويل الجلوكوز المكون من ستة كربون إلى اثنين من أحماض كيتو ثلاثية الكربون (البيروفات).
ما هو تحلل السكر
التحلل السكري هو مسار استقلابي خطي للتفاعلات المحفزة بالإنزيم التي تحول الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات في وجود الأكسجين أو إلى جزيئين من اللاكتات في غياب الأكسجين، ويُعتقد أن المسار الأخير للتحلل اللاهوائي، هو أول عملية تطورت في الطبيعة لإنتاج الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP).
وفي معظم الخلايا تحلل السكريحول الجلوكوز إلى البيروفات الذي يتأكسد لاحقًا إلى ثاني أكسيد الكربون والماء بواسطة إنزيمات الميتوكوندريا، ومع ذلك في بعض الخلايا، وعلى الأخص خلايا الدم الحمراء الناضجة، ويعتبر تحلل السكر هو الوسيلة الوحيدة لإنتاج ATP بسبب نقص الميتوكوندريا.
في حالة عدم وجود الأكسجين، فإن تحلل السكر هو الخيار الوحيد الذي تمتلكه الخلايا لإنتاج ATP من الجلوكوز، ويؤدي الإفراط في إنتاج حمض اللاكتيك عن طريق التحلل اللاهوائي إلى الحماض اللبني، وهي حالة تهدد الحياة، وتمتلك العديد من الخلايا السرطانية قدرة إنزيمية عالية بشكل استثنائي على تحلل السكر.
وحتى عندما يتوفر الأكسجين، تنتج الخلايا السرطانية الكثير من ATP عن طريق تحلل السكر، وإن القدرة على إنتاج ما يكفي من ATP عن طريق مسار لا يتطلب الأكسجين يعطي الخلايا السرطانية ميزة انتقائية على الخلايا الطبيعية.
كيف يتم تنظيم تحلل السكر
يتم تنظيم مسارات تحلل الجلوكوز والجلوكوز من خلال الإشارات الهرمونية والتوافر النسبي للمغذيات، وينظم الأنسولين التعبير الجيني الذي يشفر الإنزيمات المحللة للجلوكوز ويقمع التعبير عن الإنزيمات الأيضية المسؤولة عن تكوين الجلوكوز، ويزيد الجلوكاجون والكاتيكولامينات والقشرانيات السكرية وهرمون النمو من مستويات cAMP الخلوية، وبالتالي زيادة مسار تكوين الجلوكوز.
في كثير من الحالات، يساهم استقرار أو تدهور (MRNA) بعد النسخ، أو الفسفرة بعد الترجمة أو تثبيط المنتج النهائي، أو التعديل الخيفي في الوفرة النسبية أو نشاط إنزيمات معينة، وقد يعدل الجلوكوز والفركتوز أنشطة الإنزيم عن طريق التثبيط المباشر أو عن طريق التعديل الخيفي للأنزيمات.
مراحل تحلل السكر
- تضاف مجموعة الفوسفات إلى الجلوكوز في السيتوبلازم الخلوي، عن طريق عمل إنزيم هكسوكيناز.
- في هذا، يتم نقل مجموعة الفوسفات من ATP إلى الجلوكوز تشكيل الجلوكوز، 6-فوسفات.
- يتحول الجلوكوز 6 فوسفات إلى فركتوز، 6 فوسفات بواسطة إنزيم فسفوغلوكوموتاز.
- ينقل جزيء ATP الآخر مجموعة فوسفات إلى فركتوز 6 فوسفات ويحولها إلى فركتوز 1.6-بيسفوسفات بفعل إنزيم فسفوفركتوكيناز.
- يقوم إنزيم الألدوليز بتحويل الفركتوز 1،6-ثنائي الفوسفات إلى جليسيرالديهيد 3-فوسفات وثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات، وهما أيزومرات لبعضهما البعض.
- يقوم ترايوز-فوسفات أيزوميراز بتحويل ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات إلى جلسيرالديهيد 3-فوسفات، وهو الركيزة في الخطوة المتعاقبة من تحلل السكر.
- ينقل إنزيم نازعة هيدروجين الجلسيرالديهيد 3-فوسفات جزيء هيدروجين واحد من فوسفات الجلسيرالديهيد إلى نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد لتشكيل NADH + H +.
- يضيف (Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase) الفوسفات إلى فوسفات جلسيرالديهيد المؤكسد لتشكيل 1.3-(bisphosphoglycerate).
- يتم نقل الفوسفات من (1.3-bisphosphoglycerate) إلى ADP لتكوين ATP بمساعدة (phosphoglycerokinase)، وهكذا يتم الحصول على جزيئين من الفوسفوجليسيرات و ATP في نهاية هذا التفاعل.
- يتم نقل فوسفات كل من جزيئات الفوسفوجليسيرات من الكربون الثالث إلى الكربون الثاني لإنتاج جزيئين من 2 فوسفوجليسيرات بواسطة إنزيم فسفوجليسيروموتاز.
- يزيل إنزيم (enolase) جزيء الماء من (2-phosphoglycerate) لتكوين (phosphoenolpyruvate).
- يتم نقل الفوسفات من فسفوينول بيروفات إلى ADP لتكوين البيروفات و ATP عن طريق عمل بيروفات كيناز، ويتم الحصول على جزيئين من البيروفات و ATP كمنتجات نهائية.
أهمية ووظيفة تحلل السكر
تأتي كل الطاقة التي تستخدمها الخلايا الحية تقريبًا من الطاقة الموجودة في روابط سكر الجلوكوز، ويدخل الجلوكوز الخلايا غيرية التغذية بطريقتين، ومن إحدى الطرق هي من خلال النقل النشط الثانوي الذي يحدث فيه النقل مقابل تدرج تركيز الجلوكوز، وتستخدم الآلية الأخرى مجموعة من البروتينات المتكاملة تسمى بروتينات GLUT، والمعروفة أيضًا باسم بروتينات نقل الجلوكوز.
تساعد هذه الناقلات في تسهيل انتشار الجلوكوز، والتحلل السكري هو المسار الأول المستخدم في تكسير الجلوكوز لاستخراج الطاقة، ويحدث في السيتوبلازم لكل من الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة، وربما كان أحد أقدم المسارات الأيضية التي تطورت نظرًا لاستخدامها من قبل جميع الكائنات الحية على الأرض تقريبًا، وهي لا تستخدم العملية الأكسجين وبالتالي فهي لا هوائية.
يمكن القول بأن الجينات الوراثية لتحلل السكر في البشر معقدة، ويتم تحفيز التعبير عن الإنزيمات المحللة للجلوكوز بواسطة الجلوكوز في عدة أنواع من الخلايا عن طريق الجلوكوز 6 فوسفات وعامل النسخ الحلزوني المحفز لنقص التأكسد.
