معلومة

لماذا (تقريبًا) تحتوي جميع ناقلات الطاقة على الأدينين؟

لماذا (تقريبًا) تحتوي جميع ناقلات الطاقة على الأدينين؟



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.

على عكس هذا السؤال الخاص بـ ATP فقط ، فإن هذا السؤال يشمل جميع ناقلات الطاقة.


عند التفكير في الطاقة المشتركة التي تحمل الجزيئات ، يمكنني التفكير في ذلك الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، نيكوتيناميد عدنين ثنائي النوكليوتيد (فوسفات) (NADH / NADPH) ، فلافين عدنين ثنائي النوكليوتيد (FADH2)، س-الأدينوزيلميثيونين ، أنزيم A (مشتق من السيستين وحمض البانتوثنيك و ATP) ، وما إلى ذلك ، تذكر الاستثناءات ، لا يسعني إلا أن أفكر في البيوتين (الكربوكسيل) واليوريدين ثنائي فوسفات الجلوكوز. بمجرد الحديث عن ATP ، كان من الممكن أن نطلق على تفضيله على الآخرين مجرد مسألة صدفة. ولكن عندما تحتوي العديد من الناقلات على الأدينين ، يجب أن يكون هناك بعض الاختيار ضد ناقلات الطاقة الأخرى (أو كان الأدينين محظوظًا جدًا؟). لاحظ أنه عند قول `` ناقلات الطاقة الشائعة '' ، أستبعد GTP و CTP و TTP و UTP نظرًا لأنها ليست شائعة الاستخدام (أو على الأقل يقتصر استخدامها على بعض التفاعلات الأيضية فقط ، على عكس ATP الذي يجد استخدامه في جميع عمليات التمثيل الغذائي تقريبًا ردود الفعل التي تتطلب طاقة).

لماذا تحتوي غالبية جزيئات الطاقة الحاملة على الأدينين (أو مشتقاته) بدلاً من أي قاعدة نووية أخرى؟


هذا السؤال مفتوح للمناقشة ، أي أن الجميع مرحب بهم لنشر آرائهم (المدعومة علميًا) كإجابة بينما لن يتم اختيار أي من هذه الإجابات بسبب عدم وجود أدلة قاطعة ، والتي من المحتمل جدًا أن تظل بعيدة المنال إلى الأبد.


وفقًا لتعليقاتcanadianer ، فإن هذا السؤال غير قابل للإجابة ، ويوشك أن يتم تصنيفه على أنه "مستند إلى الرأي". ومع ذلك ، نظرًا لأنني لا أجد الإجابة من OP جذابة ، فقد حددت بعض النقاط الخاصة بي. بالكاد إجابة - أكثر قائمة بدائل كغذاء للفكر.

يمكنني أن أتخيل أن الأدينين يتم اختياره لأحد الأسباب التالية (نرحب بالآخرين لاقتراح الإضافات):

  • الأنسب وظيفيا
  • كان هناك أولا
  • أسهل أو أرخص توليفًا في الأصل (وهو ما يفسر سبب وجوده أولاً ، إذا كان هذا هو الحال)
  • اختيار عشوائي

دعونا ننظر إليهم بدورهم.

الأدينين هو الأنسب وظيفيًا

يبدو أنه لا يوجد شيء في وظيفة NAD يشير إلى أنه لا يمكن استبدال حلقة الأدينين بقواعد أخرى ، ونعلم أنه يمكن استخدام الطاقة الحرة للتحلل المائي لروابط بيتا جاما فسفودايستر من GTP و CTP و UTP في طريقة مماثلة لطريقة ATP ، لذلك لا يبدو هذا مرجحًا جدًا.

ومع ذلك ، لا يتساءل المرء عما إذا كانت حلقة البيورين (بدلاً من بيريميدين) تنقل نوعًا من المزايا في أن ثلاثي الفوسفات الآخر القائم على البيورين ، GTP ، يستخدم على نطاق واسع في عملية التخليق الحيوي للبروتين (القديمة والأساسية). ربما فضلت منطقة التلامس الأكبر لحلقة البيورين التفاعل مع البروتينات (إذا لم تجادل بأن هذه جاءت لاحقًا).

كان عدنين هناك أولاً

قد يفكر المرء أنه في وقت مبكر من تطور الحياة ، ظهرت القواعد (أو النيوكليوسيدات والنيوكليوتيدات) واحدة تلو الأخرى ، وفي هذه الحالة ربما تم استخدام الأولى لـ NAD وما إلى ذلك وعلقت. قد يفكر المرء أيضًا فيما إذا كان العالم المكون من قاعدتين قد سبق عالم من أربع قواعد. إذا كان A و U (ولكن ليس G و C) موجودان في الحمض النووي الريبي الأول (والذي قد يكون منفردًا تقطعت به السبل ، لذلك لا أرى أن محتوى GC للأجهزة الحرارية المعاصرة مناسب) ، فربما يكون الاختيار بين A و U ، والتي ربما تكون قد فازت بها لأن U تخضع لنزع أمين تلقائي (أو لحجة تفاعل البروتين المذكورة أعلاه).

الأدينين هو الأسهل أو الأرخص من حيث الطاقة لتركيبه في الأصل

من الواضح أن القاعدة الأولى ربما كانت هي التي تفضلها الكيمياء فيما يتعلق بتوليفها. من غير المحتمل أن يعكس التخليق الحيوي المعاصر التخليق الحيوي البدائي ، ولكن من الممتع ملاحظة أن التخليق الحيوي للأدينوزين هو الوحيد الذي لا يتضمن الأكسدة المعتمدة على NAD. بالطبع كل التركيبات الحيوية المعاصرة تستخدم الريبوسيل بيروفوسفات ، والذي يتطلب ATP في تركيبه من فوسفات الريبوز. (تحدث عن الدجاج والبيض!)

اختيار عشوائي عالق

في غياب أي تفسير أكثر تعقيدًا ، يمكن أن يكون هذا فقط. بمجرد اتخاذ القرار وتطور الإنزيمات لاستخدام NAD وما إلى ذلك ، لا يمكن تغيير اختيار الأدينين (أو لم تكن هناك ميزة وظيفية قوية بما يكفي للقيام بذلك).

حاشية: متى وكيف ظهر NAD على الساحة؟

أحد الأسباب التي تجعلني لا أؤيد إجابة OP هو أنها تتصور أن NAD تنشأ بعد جينومات الحمض النووي وككيان منفصل. أود أن أقترح أنه من المحتمل أن يكون الحمض النووي الريبي قد سبق الحمض النووي وأن الحمض النووي الريبي التحفيزي كان مسؤولاً عن بعض التخفيضات المبكرة للأكسيد. (ربما تم تحفيز أولها بواسطة مراكز الحديد والكبريت ، سواء كانت غير عضوية أو مرتبطة ببروتينات بسيطة). يبدو من الممكن أن حلقة النيكوتيناميد كانت عبارة عن تطوير للريبوزيم الذي تم استبداله بالكامل تقريبًا بالبروتين. تم الاحتفاظ بالأدينوزين مع النيكوتيناميد الوظيفي لأنه يمكن أن يتفاعل بشكل أفضل مع البروتين. التكهنات الإجمالية ، ولا تفسر لماذا كان الأدينين هو القاعدة المختارة ، لكن ترياقًا للتفكير تطور NAD في الشكل الكامل الذي نراه اليوم.


قد يكون أحد الأسباب التي تجعل الأدينين هو المكون الأكثر شيوعًا في ناقلات الطاقة هو فائدته الأقل في الحمض النووي. يصف نايتوه (2008) هذا الرأي أيضًا. مع الأخذ في الاعتبار الظروف على الأرض عندما تطورت الحياة الأولى ، يصبح من السهل تصور ذلك. قارن Naitoh (2008) RNAs للعديد من الأنواع المختلفة من الحامض للحرارة المفرطة ووجد أنه يحتوي على نسبة أكبر من الجوانين والسيتوزين بدلاً من الأدينين واليوراسيل. واقترحوا أن هذا قد يكون لأن الجوانين والسيتوزين يشكلان أزواجًا قاعدية أقوى من الأدينين واليوراسيل. وهكذا ، في حين تم تفضيل الجوانين والسيتوزين كمكونات للحمض النووي و / أو الحمض النووي الريبي ، وجد الأدينين واليوراسيل مكانًا في عمليات أخرى. بينما أصبح اليوراسيل قابلاً للاستخدام في تفاعلات توليد السكاريد ، كان الأدينين هو الخيار المفضل لجزيئات الطاقة الحاملة. ملاحظة: يمكننا أيضًا تطبيق نفس الفرضية مع فيروس dsRNA الذي ربما يكون قد طور الحمض النووي الريبي الغني GC وترك المزيد من محتوى AU في مضيفه. بهذه الطريقة ، يبدو أن هذه العملية تتسبب على الأرجح في تراكم AU في المضيف.

لإعطاء فكرة أفضل عما قد يحدث ، افترض أن هناك كائنًا أحادي الخلية له تسلسل الحمض النووي التالي:

5'-GCATGCATGCATGCAT-3 '
3'-CGTACGTACGTACGTA-5 '

وبعض النيوكليوتيدات المجانية ، افترض 5 GTP + 5 CTP + 5 ATP + 5 TTP. الآن ، نظرًا لأن G و C يتم تفضيلهما بسبب الاستقرار الأكبر الذي يوفرانه للحمض النووي ، فسيحلان في النهاية محل بعض A و T في الحمض النووي ، والذي سيصبح لاحقًا:

5'-GCGCGCATGCGCGCAT-3 '
3'-CGCGCGTACGCGCGTA-5 '

إعطاء بعض النيوكليوتيدات المجانية مثل 1 GTP + 1 CTP + 9 ATP + 9 TTP. يمكن تفضيل ATP و TTP الإضافيين في التفاعلات الأخرى على GTP و CTP نظرًا لتوفرها العالي. الآن ، يمكن أن يكون مجرد فرصة أو وظيفة أفضل للأدينين (كما تقول إجابة أخرى) بسبب اختياره على الثايمين (أو اليوراسيل).

لماذا تحتوي العديد من ناقلات الطاقة الأخرى على الأدينين ، فإن ما يلي مجرد تكهنات. بدءًا من الافتراض بأن النوكليوتيدات ثلاثية الفوسفات كانت أول جزيئات حاملة للطاقة (نظرًا لأنها سلائف المواد الجينية) ، فقد تم اشتقاقها للعديد من العمليات الأخرى. وفي بعض هذه العمليات ، كان من الممكن أن يتم دمجهم في جزيء آخر بطريقة تجعل الجزيء الجديد المتشكل يعمل كجزيء حامل للطاقة أيضًا. على سبيل المثال ، NAD+ (نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد ، على الرغم من أنه من الناحية الفنية أيون هيدريد أي H- الناقل) يتطلب التخليق الحيوي ADP ريبوز كمقدمة (ويكيبيديا). انظر الرسم البياني أدناه لمعرفة مسار التخليق الحيوي (من PNAS):

يتم تصنيع فلافين الأدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD) أيضًا بطريقة مماثلة. انظر هذا الرسم البياني (من ويكيبيديا):

من هذا ، يمكننا أن نقترح أن ATP عمل مرة واحدة كركيزة في تفاعل كان منتجها (أو وسيط) NAD+/موضة عابرة. تبين أن هذا الجزيء هو جزيء يحمل طاقة مفيدة. يمكننا أيضًا تفسير حدوث الأدينين في ناقلات الطاقة الأخرى من خلال هذه الفرضية.


سبب آخر قد يكون لعب دورًا مهمًا في تفضيل الأدينين هو استقراره الأكبر على القواعد النووية الأخرى.

تقسيم القواعد النووية إلى البيورينات (A ، G) والبيريميدين (C ، T ، U) ، دعنا ننظر أولاً إلى البيريميدينات. من الحقائق الراسخة أن البيريميدينات أكثر عرضة للتلف ، خاصة الضرر الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية. من المعروف أنه بسبب الأشعة فوق البنفسجية ، فإن البيريميدينات تشكل ثنائيات ، مثل السيتوزين ديمر ، ثايمين الثايمين واليوراسيل ديمر (انظر ويكيبيديا). أيضًا ، خلصت الأبحاث إلى أنه بمجرد فقد عطرية البيريميدين ، يصبح موقعه C4 نقطة ساخنة لرباعي السطوح الوسيط ، والذي يمكن أن يتسبب تدهوره في مشاكل كبيرة بما في ذلك فواصل شرائط الحمض النووي (لين). وآخرون, 2014).

عند القدوم إلى البيورينات ، فقد ثبت أن الجوانين أكثر عرضة للهجوم التساهمي من الأدينين. يمكن أن يكون راجعا إلى توزيعات الشحن الإلكترونية المختلفة في القاعدتين. المواقع O6 و N7 (في الأخدود الرئيسي) و N1 و N2 و N3 (في أخدود صغير) هي المواقع المفضلة للهجمات التساهمية (Neidle ، 2002). تحصل هذه النقطة أيضًا على دعم من حقيقة أن البيورينات المعدلة الأكثر شيوعًا ، الزانثين و 7 ميثيل جوانين ، هي في الواقع الأشكال المعدلة من الجوانين (انظر ويكيبيديا) ، مما يعني مرة أخرى ثباتًا أكبر للأدينين على الجوانين (على الرغم من أن الهيبوكسانتين مصنوع من الأدينين ، ولكن يكون التفاعل متعدد الخطوات ويتطلب العديد من الإنزيمات).

لماذا الحديث عن الاستقرار؟

السؤال الأكثر وضوحًا الذي يطرح نفسه الآن هو لماذا نتحدث عن الاستقرار؟ إذا كانت القاعدة النووية أكثر استقرارًا ، فيجب أن تكون مكونًا مفضلًا للحمض النووي (والذي يتعارض مع ادعائي الخاص في إجابة أخرى). للإجابة على هذا الجزء نتحدث عن الاستقرار في سياقات مختلفة في إجابات مختلفة. في هذه الإجابة ، نتحدث عن استقرار القاعدة النووية نفسها ، بينما في الإجابة الأخرى ، نتحدث عن الاستقرار الكلي الذي توفره القاعدة النووية للحمض النووي. إذا تم تعديل القاعدة النووية في حمض نووي ، فيمكن إصلاحها بسهولة من خلال آليات إصلاح مختلفة (فكر في آليات إصلاح كسر الشريط وثنائياته). من ناحية أخرى ، إذا تم تعديل القاعدة النووية الحرة (على شكل NTP أو dNTP) ، فقد يتسبب ذلك في أضرار جسيمة للمكونات الأخرى للخلية. نقطة أخرى هي أنه عندما يتم تعديل القاعدة النووية ، يتغير هيكلها. يمكن أن يمنع هذا الهيكل المعدل البروتينات الأخرى من التعرف على هذا الجزيء. على سبيل المثال ، إذا كان الجوانين سيكون أحد مكونات NADH (والذي نسميه NGDH) ، فقد يتم تعديله إلى xanthine (تشكيل NXDH…؟). الآن لن تتمكن مواقع ربط NGDH لبروتينات مختلفة من التعرف على هذا الجزيء ، وبما أن هذا الجزيء ليس جزءًا من الحمض النووي ، فإن آليات الإصلاح لن تساعد هنا كثيرًا أيضًا. ومن ثم ، فإن القاعدة النووية الأكثر استقرارًا (الأدينين) تحصل على الأفضلية كمكون لحاملات الطاقة المختلفة بسبب ثباتها أيضًا.

ملاحظة.: يمكن أن تفسر نقطة الاستقرار أيضًا سبب استخدام GTP أيضًا في بعض التفاعلات الأيضية الحاسمة ، مثل تخليق البروتين ودورة TCA ، نظرًا لأن الجوانين هو القاعدة النووية الأكثر استقرارًا بعد الأدينين.


الفرق بين الأدينين والجوانين

الأدينين والجوانين نوعان من القواعد النيتروجينية في الأحماض النووية. الحمض النووي والحمض النووي الريبي هما الأحماض النووية الموجودة داخل الخلية. تتكون الأحماض النووية من ثلاثة مكونات رئيسية: سكر بنتوز ، وقاعدة نيتروجينية ، ومجموعة فوسفات. يمكن العثور على خمسة أنواع من القواعد النيتروجينية في الأحماض النووية. هم الأدينين ، الجوانين ، السيتوزين ، الثايمين واليوراسيل. كل من الأدينين والجوانين من البيورينات. السيتوزين ، الثايمين ، واليوراسيل هي بيريميدين. ال الفرق الرئيسي بين الأدينين والجوانين هو ذلك يحتوي الأدينين على مجموعة أمين في C-6 ، ورابط مزدوج إضافي بين N-1 و C-6 في حلقة بيريميدين الخاصة به بينما يحتوي الجوانين على مجموعة أمين في C-2 ومجموعة كاربونيل على C-6 في حلقة بيريميدين.

1. ما هو العدنين
& # 8211 التعريف والبنية, مميزات
2. ما هو جوانين
& # 8211 التعريف والبنية, مميزات
3. ما هو الفرق بين عدنين وجوانين


جزيئات الطاقة العالية الهامة في التمثيل الغذائي

لن تكون عمليات التمثيل الغذائي المعقدة ممكنة بدون مساعدة بعض الجزيئات عالية الطاقة. الغرض الرئيسي من هذه الجزيئات هو نقل مجموعات الفوسفات غير العضوية (Pi) أو أيونات الهيدريد (H -). تُستخدم مجموعات الفوسفات غير العضوية في تكوين روابط عالية الطاقة مع العديد من المركبات الوسيطة لعملية التمثيل الغذائي. يمكن بعد ذلك كسر هذه الروابط لإنتاج الطاقة ، وبالتالي قيادة عمليات التمثيل الغذائي للحياة. يمكن نقل أيونات الهيدريد من وسيط إلى آخر مما يؤدي إلى أكسدة صافية أو تقليل للمادة الوسيطة. تتوافق الأكسدة مع فقدان الهيدريد والاختزال لاكتساب الهيدريد. بعض الأشكال المختزلة للجزيئات عالية الطاقة مثل NADH و [FADH2] يمكن أن تتبرع بإلكتروناتها إلى ناقلات الإلكترون في سلسلة نقل الإلكترون (ETC) مما ينتج عنه إنتاج ATP (فقط في الظروف الهوائية).

يحتوي ATP (Adenosine Triphosphate) على روابط عالية الطاقة تقع بين كل مجموعة فوسفاتية. تُعرف هذه الروابط باسم روابط أنهيدريد الفوسفوريك.

هناك ثلاثة أسباب تجعل هذه الروابط عالية الطاقة:

  1. يعمل التنافر الكهروستاتيكي للفوسفات موجب الشحنة والأكسجين سالب الشحنة على استقرار المنتجات (ADP + Pأنا) من كسر هذه الروابط.
  2. استقرار المنتجات عن طريق التأين والرنين. عندما يتم كسر الروابط ، هناك استقرار متزايد بسبب صدى هيكل هذا المنتج.
  3. يزيد الانتروبيا. هناك استقرار أكبر في المنتجات نظرًا لوجود إنتروبيا أكبر ، أي المزيد من العشوائية. 1 مول من المواد المتفاعلة لديه طاقة أعلى من 2 مول من المنتجات. يُفضل الاضطراب على الترتيب وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية.

يحتوي ADP (Adenosine Diphosphate) أيضًا على روابط طاقة عالية تقع بين كل مجموعة فوسفاتية. له نفس هيكل ATP ، مع مجموعة فوسفات واحدة أقل. نفس الأسباب الثلاثة التي تجعل سندات ATP عالية الطاقة تنطبق على روابط ADP.

NAD + (نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (شكل مؤكسد)) هو متقبل الإلكترون الرئيسي للتفاعلات التقويضية. إنه قوي بما يكفي لأكسدة مجموعات الكحول لمجموعات الكربونيل ، في حين أن متقبلات الإلكترونات الأخرى (مثل [FAD]) قادرة فقط على أكسدة سلاسل الكربون المشبعة من الألكانات إلى الألكينات. إنه جزيء مهم في العديد من عمليات التمثيل الغذائي مثل أكسدة بيتا ، وتحلل السكر ، ودورة TCA. بدون NAD + ، لن تتمكن العمليات المذكورة أعلاه من الحدوث.

NADH (شكل مختزل) هو NAD + الذي يقبل الإلكترونات في شكل أيونات هيدريد. NADH هو أيضًا أحد الجزيئات المسؤولة عن التبرع بالإلكترونات إلى ETC لدفع الفسفور المؤكسد وأيضًا البيروفات أثناء عمليات التخمير.

NADP + (فوسفات النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (شكل مؤكسد)) هو المتبرع الرئيسي للإلكترون للتفاعلات الابتنائية.


ما هو تاريخ NAD +؟

تم التعرف على NAD + لأول مرة السير آرثر هاردن وويليام جون يونغ في عام 1906 عندما كان الاثنان يهدفان إلى فهم التخمير بشكل أفضل - حيث تقوم الخميرة باستقلاب السكر وإنتاج الكحول وثاني أكسيد الكربون. استغرق الأمر ما يقرب من 20 عامًا للحصول على مزيد من الاعتراف بـ NAD + ، عندما تقاسم Harden جائزة نوبل عام 1929 في الكيمياء مع Hans von Euler-Chelpin لعملهم في التخمير. حدد أويلر-شيلبين أن بنية NAD + تتكون من اثنين من النيوكليوتيدات ، اللبنات الأساسية للأحماض النووية ، والتي تشكل الحمض النووي. إن اكتشاف أن التخمير ، وهو عملية التمثيل الغذائي ، يعتمد على NAD + ينذر بما نعرفه الآن عن NAD + الذي يلعب دورًا حاسمًا في عمليات التمثيل الغذائي لدى البشر.

أشار أويلر-شيلبين ، في خطابه الذي ألقاه على جائزة نوبل عام 1930 ، إلى NAD + على أنه cozymase ، وهو ما كان يُطلق عليه ذات مرة ، مشيرًا إلى حيويته. قال: "إن سبب قيامنا بالكثير من العمل على تنقية وتحديد تكوين هذه المادة ، هو أن الكوزيماز هو أحد أكثر المنشطات انتشارًا والأكثر أهمية من الناحية البيولوجية في عالم النبات والحيوان."

دفع أوتو هاينريش واربورغ - المعروف بـ "تأثير واربورغ" - العلم إلى الأمام في ثلاثينيات القرن الماضي ، مع بحث يوضح أن NAD + يلعب دورًا في التفاعلات الأيضية. في عام 1931 ، قام الكيميائيون كونراد أ. حدد كوهن أن حمض النيكوتين ، وهو مقدمة لـ NAD + ، كان العامل المخفف في البلاجرا. كان دكتور خدمات الصحة العامة في الولايات المتحدة جوزيف جولدبيرجر قد حدد سابقًا أن المرض القاتل كان مرتبطًا بشيء مفقود في النظام الغذائي ، والذي أطلق عليه بعد ذلك PPF لـ "عامل الوقاية من البلاجرا". توفي Goldberger قبل الاكتشاف النهائي أنه حمض النيكوتين ، لكن مساهماته أدت إلى الاكتشاف ، والذي أبلغ أيضًا عن التشريع النهائي الذي يفرض إغناء الدقيق والأرز على نطاق دولي.

في العقد التالي ، اكتشف آرثر كورنبرغ ، الذي فاز لاحقًا بجائزة نوبل لإظهار كيفية تكوين الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، إنزيم NAD synthetase ، وهو الإنزيم الذي يصنع NAD +. كان هذا البحث بمثابة بداية لفهم اللبنات الأساسية لـ NAD +. في عام 1958 ، حدد العالمان جاك بريس وفيليب هاندلر ما يُعرف الآن باسم مسار Preiss-Handler. يوضح المسار كيف يتحول حمض النيكوتينيك - وهو نفس شكل فيتامين ب 3 الذي ساعد في علاج البلاجرا - إلى NAD +. ساعد هذا العلماء على فهم دور NAD + في النظام الغذائي. حصل هاندلر لاحقًا على الميدالية الوطنية للعلوم من الرئيس رونالد ريغان ، الذي استشهد بـ "مساهمات هاندلر البارزة في أبحاث الطب الحيوي. تعزيز حالة العلم الأمريكي ".

بينما أدرك العلماء الآن أهمية NAD + ، لم يكتشفوا بعد تأثيره المعقد على المستوى الخلوي. شجعت التقنيات القادمة في البحث العلمي جنبًا إلى جنب مع الاعتراف الشامل بأهمية الإنزيم العلماء في نهاية المطاف على مواصلة دراسة الجزيء.


محتويات

يشكل الأدينين عدة مركبات توتومرات ، وهي مركبات يمكن تحويلها سريعًا وغالبًا ما تعتبر مكافئة. ومع ذلك ، في الظروف المعزولة ، أي في مصفوفة غاز خامل وفي الطور الغازي ، تم العثور بشكل أساسي على صقل الأدينين 9H. [3] [4]

يتضمن استقلاب البيورين تكوين الأدينين والجوانين. يُشتق كل من الأدينين والجوانين من نوكليوتيد إينوزين أحادي الفوسفات (IMP) ، والذي يتم تصنيعه بدوره من فوسفات ريبوز موجود مسبقًا من خلال مسار معقد باستخدام ذرات من الأحماض الأمينية الجلايسين والجلوتامين وحمض الأسبارتيك ، بالإضافة إلى الإنزيم المساعد تتراهيدروفولات.

براءة اختراع في 20 أغسطس 1968 ، الطريقة الحالية المعترف بها لإنتاج الأدينين على نطاق صناعي هي شكل معدل من طريقة فورماميد. تقوم هذه الطريقة بتسخين الفورماميد تحت ظروف 120 درجة مئوية داخل دورق مغلق لمدة 5 ساعات لتكوين الأدينين.يتم زيادة التفاعل بشكل كبير من حيث الكمية باستخدام أوكسي كلوريد الفوسفور (كلوريد الفوسفور) أو خماسي كلوريد الفوسفور كمحفز حمضي وضوء الشمس أو ظروف الأشعة فوق البنفسجية. بعد مرور 5 ساعات ويبرد محلول فورماميد-فوسفور أوكسي كلوريد-الأدينين ، يتم وضع الماء في الدورق الذي يحتوي على الفورماميد والأدينين المتشكل الآن. ثم يُسكب محلول الماء-فورماميد-الأدينين من خلال عمود ترشيح من الفحم المنشط. سوف تمر جزيئات الماء والفورماميد ، كونها جزيئات صغيرة ، من خلال الفحم وإلى قارورة النفايات ، ومع ذلك ، سوف تلتصق جزيئات الأدينين الكبيرة أو "تمتص" بالفحم بسبب قوى van der Waals التي تتفاعل بين الأدينين و الكربون في الفحم. نظرًا لأن الفحم يحتوي على مساحة سطح كبيرة ، فإنه قادر على التقاط غالبية الجزيئات التي تمر بحجم معين (أكبر من الماء والفورماميد) من خلاله. لاستخراج الأدينين من الأدينين الممتز بالفحم ، يُسكب غاز الأمونيا المذاب في الماء (أكوا أمونيا) على هيكل الفحم-الأدينين المنشط لتحرير الأدينين في محلول ماء الأمونيا. ثم يترك المحلول الذي يحتوي على الماء والأمونيا والأدينين ليجف في الهواء ، مع فقدان الأدينين قابلية الذوبان بسبب فقدان غاز الأمونيا الذي جعل المحلول أساسيًا وقادرًا على إذابة الأدينين ، مما يتسبب في تبلوره إلى مسحوق أبيض نقي يمكن تخزينها. [5]

الأدينين هو أحد قاعدتين نوويتين من البيورين (الآخر هو الجوانين) المستخدمة في تكوين نيوكليوتيدات الأحماض النووية. في الحمض النووي ، يرتبط الأدينين بالثيمين عبر رابطتين هيدروجينيتين للمساعدة في استقرار هياكل الحمض النووي. في الحمض النووي الريبي ، الذي يستخدم لتخليق البروتين ، يرتبط الأدينين باليوراسيل.

زوج A-T-Base (DNA) A- U- قاعدة زوج (RNA) A-D- قاعدة زوج (RNA) A- Ψ- قاعدة زوج (RNA)

يشكل الأدينين الأدينوزين ، وهو نيوكليوسيد ، عند ربطه بالريبوز ، وديوكسيادينوسين عند ربطه بالديوكسيريبوز. يشكل الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، وهو نوكليوزيد ثلاثي الفوسفات ، عندما تضاف ثلاث مجموعات فوسفات إلى الأدينوزين. يستخدم الأدينوزين ثلاثي الفوسفات في التمثيل الغذائي الخلوي كأحد الطرق الأساسية لنقل الطاقة الكيميائية بين التفاعلات الكيميائية.

الأدينوزين ، أ ديوكسيادينوسين ، د

في الأدب القديم ، كان يسمى الأدينين أحيانًا فيتامين ب4. [6] نظرًا لأنه يتم تصنيعه من قبل الجسم وليس من الضروري الحصول عليه عن طريق النظام الغذائي ، فإنه لا يتوافق مع تعريف فيتامين ولم يعد جزءًا من مركب فيتامين ب. ومع ذلك ، يرتبط اثنان من فيتامينات ب ، النياسين والريبوفلافين ، بالأدينين لتشكيل العوامل المساعدة الأساسية نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD) وفلافين الأدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD) ، على التوالي. كان هيرمان إميل فيشر من أوائل العلماء الذين درسوا الأدينين.

تم تسميته في عام 1885 من قبل ألبريشت كوسيل ، في إشارة إلى البنكرياس (غدة محددة - باليونانية ، ἀδήν "عدن") التي تم استخراج عينة كوسيل منها. [7] [8]

أظهرت التجارب التي أجراها جوان أورو عام 1961 أنه يمكن تصنيع كمية كبيرة من الأدينين من بلمرة الأمونيا بخمسة جزيئات سيانيد الهيدروجين (HCN) في محلول مائي. النقاش. [10]

في 8 أغسطس 2011 ، نُشر تقرير ، استنادًا إلى دراسات ناسا عن النيازك الموجودة على الأرض ، مما يشير إلى أن اللبنات الأساسية للحمض النووي والحمض النووي الريبي (الأدينين والجوانين والجزيئات العضوية ذات الصلة) ربما تكون قد تشكلت خارج كوكب الأرض في الفضاء الخارجي. [11] [12] [13] في عام 2011 ، أفاد الفيزيائيون أن الأدينين لديه "نطاق متغير بشكل غير متوقع من طاقات التأين على طول مسارات تفاعله" مما يشير إلى أن "فهم البيانات التجريبية حول كيفية بقاء الأدينين على قيد الحياة من التعرض للأشعة فوق البنفسجية أكثر تعقيدًا بكثير من كان يعتقد سابقًا أن "هذه النتائج لها آثار على القياسات الطيفية للمركبات الحلقية غير المتجانسة ، وفقًا لأحد التقارير. [14]


8.3: حاملات الإلكترون

ينتج عن أكسدة أو إزالة إلكترون من جزيء (سواء كان مصحوبًا بإزالة بروتون مصاحب أم لا) تغيير في الطاقة الحرة لذلك الجزيء ومادة مدشمة والطاقة الداخلية والإنتروبيا كلها تغيرت في هذه العملية. وبالمثل ، فإن تقليل (اكتساب الإلكترون على) الجزيء يغير أيضًا طاقته الحرة. يحدد حجم التغيير في الطاقة الحرة واتجاهها (موجب أو سلبي) لتفاعل أحمر / ثور عفوية التفاعل ومقدار الطاقة المنقولة. في الأنظمة البيولوجية ، حيث يحدث قدر كبير من نقل الطاقة عبر تفاعلات الأحمر / الثور ، من المهم فهم كيفية توسط هذه التفاعلات والبدء في التفكير في الأفكار أو الفرضيات عن سبب توسط هذه التفاعلات في كثير من الحالات بواسطة عائلة صغيرة من ناقلات الإلكترون.

اربط احتراق (الأكسدة الكاملة للسكر في) دب علكة بالفقرة الأخيرة أعلاه. ما علاقة هذا العرض التوضيحي بمناقشتنا القادمة حول ناقلات الأحمر / الثور؟ هناك بعض المذكور أعلاه بالفعل و [مدش] هل تجده؟

تعد المشكلة التي تم التلميح إليها في سؤال المناقشة السابق مكانًا رائعًا لبدء تقديم نموذج تقييم تحدي التصميم. إذا كنت تتذكر ، فإن الخطوة الأولى من نموذج التقييم تطلب منك تحديد مشكلة أو سؤال. في هذه الحالة ، دعنا نتخيل أن هناك مشكلة في تحديد أي من الشركات الحاملة للإلكترون المحمولة أدناه ساعدت Nature في حلها.

*** تذكر أن التطور لا يمثل حلولًا للمهندس المتقدم للمشكلات ، ولكن في وقت لاحق ، يمكننا استخدام خيالنا ومنطقنا لاستنتاج أن ما نراه محفوظًا من خلال الانتقاء الطبيعي يوفر ميزة انتقائية ، لأن الابتكار الطبيعي والاقتبس حسم مشكلة محدودة النجاح.***

تحدي التصميم لناقلات الأحمر / الثور

  • ما هي المشكلة (المشكلات) التي ساعد تطور حاملات الإلكترون / الأحمر / الثور في حلها؟
  • تطلب منك الخطوة التالية من تحدي التصميم تحديد معايير الحلول الناجحة. ما هي معايير النجاح في المشكلة التي حددتها؟
  • تطلب منك الخطوة 3 في تحدي التصميم تحديد الحلول الممكنة. حسنًا ، هنا حددت الطبيعة بعضًا بالنسبة لنا و [مدش] نعتبر ثلاثة في القراءة أدناه. يبدو أن الطبيعة سعيدة بوجود حلول متعددة لهذه المشكلة.
  • تطلب منك الخطوة قبل الأخيرة من نموذج تقييم تحدي التصميم تقييم الحلول المقترحة وفقًا لمعايير النجاح. يجب أن يجعلك هذا تفكر / تناقش سبب وجود العديد من ناقلات الإلكترون المختلفة. هل هناك معايير مختلفة للنجاح؟ هل كل منهما يحل مشاكل مختلفة قليلاً؟ ماذا تعتقد؟ كن على اطلاع بينما نمر بعملية التمثيل الغذائي بحثًا عن أدلة.

NAD + / H و FADH / H.2

في الأنظمة الحية ، تعمل فئة صغيرة من المركبات كمكوكات إلكترونية: فهي تربط الإلكترونات وتحملها بين المركبات في مسارات أيضية مختلفة. ناقلات الإلكترون الرئيسية التي سننظر فيها مشتقة من مجموعة فيتامين ب وهي مشتقات من النيوكليوتيدات. يمكن تقليل هذه المركبات (أي أنها تقبل الإلكترونات) أو تتأكسد (تفقد الإلكترونات) اعتمادًا على إمكانات الاختزال لمتبرع أو متقبل للإلكترون محتمل أنها قد تنقل الإلكترونات من وإلى. النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD +) (الهيكل موضح أدناه) مشتق من فيتامين ب3النياسين. NAD + هو الشكل المؤكسد للجزيء NADH هو الشكل المختزل للجزيء بعد أن يقبل إلكترونين وبروتون (وهما معًا ما يعادل ذرة هيدروجين مع إلكترون إضافي).

نتوقع منك حفظ شكلي NAD + / NADH ، ومعرفة أيهما يتأكسد وأيهما يتم تقليله ، وتكون قادرًا على التعرف على أيٍّ من الشكلين على الفور في سياق تفاعل كيميائي.

يمكن أن يقبل NAD + الإلكترونات من جزيء عضوي وفقًا للمعادلة العامة:

فيما يلي مراجعة بعض المفردات: عند إضافة إلكترونات إلى مركب ، يُقال أن المركب كان كذلك انخفاض. يُطلق على المركب الذي يقلل (يتبرع بالإلكترونات) الآخر أ الحد من وكيل. في المعادلة أعلاه ، RH هو عامل مختزل ، ويتم تقليل NAD + إلى NADH. عندما تُزال الإلكترونات من المركب ، تتأكسد. يسمى المركب الذي يؤكسد آخر عامل مؤكسد. في المعادلة أعلاه ، NAD + هو عامل مؤكسد ، ويتأكسد RH إلى R. وبعبارة أخرى ، يتأكسد عامل الاختزال ويتم تقليل العامل المؤكسد.

تحتاج إلى الحصول على هذا! سنقوم (أ) باختبار قدرتك على القيام بذلك على وجه التحديد (بأسئلة & quoteasy & quot) ، و (ب) سنستخدم المصطلحات مع توقع أنك تعرف ما تعنيه ويمكن ربطها بالتفاعلات الكيميائية الحيوية بشكل صحيح (في الفصل وعلى مدار اليوم) الاختبارات).

ستواجه أيضًا شكلًا ثانيًا من NAD + و NADP +. إنه مشابه جدًا من الناحية الهيكلية لـ NAD + ، لكنه يحتوي على مجموعة فوسفات إضافية ويلعب دورًا مهمًا في التفاعلات الابتنائية ، مثل التمثيل الضوئي. حامل إلكترون آخر قائم على النوكليوتيدات ستواجهه أيضًا في هذه الدورة التدريبية وما بعدها ، وهو فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD +) ، مشتق من فيتامين ب2، ويسمى أيضًا الريبوفلافين. شكله المصغر هو FADH2. تعلم كيفية التعرف على هذه الجزيئات كحاملات للإلكترون أيضًا.

شكل 1. يظهر الشكل المؤكسد لحامل الإلكترون (NAD +) على اليسار ، ويظهر الشكل المختزل (NADH) على اليمين. تحتوي القاعدة النيتروجينية في NADH على أيون هيدروجين واحد واثنين من الإلكترونات أكثر من NAD +.

يتم استخدام NAD + بواسطة الخلية لسحب ونقل الإلكترونات من المركبات ونقلها ونقلها إلى مواقع أخرى داخل الخلية ومن ثم يطلق عليها حامل الإلكترون. تُستخدم مركبات NAD + / H في العديد من عمليات التمثيل الغذائي التي سنناقشها في هذه الفئة. على سبيل المثال ، في شكله المؤكسد ، يتم استخدام NAD + كمتفاعل في تحلل السكر ودورة TCA ، بينما في شكله المختزل (NADH) ، فهو مادة متفاعلة في تفاعلات التخمير وسلسلة نقل الإلكترون (ETC). ستتم مناقشة كل من هذه العمليات في وحدات لاحقة.

قصة طاقة لتفاعل أحمر / ثور

*** كقاعدة عامة ، عندما نرى NAD + / H كمتفاعل أو منتج ، فإننا نعلم أننا ننظر إلى تفاعل أحمر / ثور. ***

عندما يكون NADH منتجًا ويكون NAD + متفاعلًا ، فإننا نعلم أن NAD + قد انخفض (مكونًا NADH) لذلك ، يجب أن يكون المتفاعل الآخر هو المتبرع للإلكترون وأصبح مؤكسدًا. والعكس صحيح أيضا. إذا أصبح NADH NAD + ، فيجب أن يكون المتفاعل الآخر قد اكتسب الإلكترون من NADH وأصبح مخفضًا.

الشكل 2. يوضح هذا التفاعل تحويل البيروفات إلى حمض اللاكتيك إلى جانب تحويل NADH إلى NAD +. المصدر: https://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Enzyme/sequential_reactions

في الشكل أعلاه ، نرى البيروفات يصبح حمض اللاكتيك ، إلى جانب تحويل NADH إلى NAD +. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة LDH. باستخدام & quotrule of thumb & quot أعلاه ، نصنف هذا التفاعل على أنه تفاعل أحمر / ثور. NADH هو الشكل المصغر لحامل الإلكترون ، ويتم تحويل NADH إلى NAD +. ينتج عن هذا النصف من التفاعل أكسدة حامل الإلكترون. يتم تحويل البيروفات إلى حمض اللاكتيك في هذا التفاعل. كل من هذه السكريات مشحونة سالبة ، لذلك سيكون من الصعب معرفة المركب الذي يتم تقليله بشكل أكبر باستخدام شحنات المركبات. ومع ذلك ، فنحن نعلم أن البيروفات قد تقلص لتكوين حمض اللاكتيك ، لأن هذا التحويل يقترن بأكسدة NADH إلى NAD +. ولكن كيف يمكننا معرفة أن حمض اللاكتيك أقل من البيروفات؟ الجواب هو النظر إلى روابط الكربون والهيدروجين في كلا المركبين. أثناء نقل الإلكترونات ، غالبًا ما تكون مصحوبة بذرة هيدروجين. يوجد إجمالي ثلاثة روابط C-H في البيروفات ، ويوجد إجمالي أربعة روابط C-H في حمض اللاكتيك. عندما نقارن هذين المركبين في الحالات السابقة واللاحقة ، نرى أن حمض اللاكتيك يحتوي على رابطة C-H أخرى ، وبالتالي فإن حمض اللاكتيك يكون أقل من حمض البيروفات. هذا صحيح بالنسبة للمركبات المتعددة. على سبيل المثال ، في الشكل أدناه ، يجب أن تكون قادرًا على ترتيب المركبات من الأكثر إلى الأقل مخفضة باستخدام روابط C-H كدليل لك.

الشكل 3. أعلاه عبارة عن سلسلة من المركبات التي يمكن تصنيفها أو إعادة تنظيمها من الأكثر إلى الأقل تخفيضًا. قارن عدد روابط C-H في كل مركب. لا يحتوي ثاني أكسيد الكربون على روابط C-H وهو أكثر أشكال الكربون المؤكسدة التي سنناقشها في هذه الفئة. الإجابة: الميثان (المركب 3) هو الأكثر اختزالًا ، ثم الميثانول (4) ، والفورمالديهايد (1) ، وحمض الكربوكسيل (2) ، وأخيراً ثاني أكسيد الكربون (5).

الشكل 4. يوضح هذا التفاعل تحويل G3P و NAD + و P.أنا في NADH و 1،3-BPG. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة نازعة هيدروجين الغليسيرالديهيد -3 فوسفات.

قصة الطاقة للتفاعل المحفز نازعة هيدروجين غليسرالديهيد -3 فوسفات:

دعنا نصنع قصة طاقة للتفاعل أعلاه.

أولاً ، دعنا نميز المتفاعلات والمنتجات. المواد المتفاعلة هي glyceraldehyde-3-phosphate (مركب كربون) ، Pأنا (فوسفات غير عضوي) و NAD +. تدخل هذه المواد المتفاعلة الثلاثة في تفاعل كيميائي لإنتاج منتجين ، NADH و 1،3-bisphosphoglycerate. إذا نظرت عن كثب ، يمكنك أن ترى أن 1،3-BPG تحتوي على اثنين من الفوسفات. هذا مهم عندما نتحقق مرة أخرى من عدم فقدان أي كتلة. هناك نوعان من الفوسفات في المواد المتفاعلة ، لذلك يجب أن يكون هناك نوعان من الفوسفات في المنتجات (حفظ الكتلة!). يمكنك التحقق مرة أخرى من احتساب جميع الذرات الأخرى أيضًا. الإنزيم الذي يحفز هذا التفاعل يسمى glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. التغيير القياسي للطاقة الحرة لهذا التفاعل هو

6.3 كيلو جول / مول ، لذلك في ظل الظروف القياسية ، يمكننا القول أن الطاقة الحرة للمنتجات أعلى من تلك الخاصة بالمواد المتفاعلة وأن هذا التفاعل ليس تلقائيًا في ظل الظروف القياسية.

ماذا يمكننا أن نقول عن هذا التفاعل عندما يتم تحفيزه بواسطة نازعة هيدروجين الغليسيرالديهيد -3 فوسفات؟

هذا رد فعل أحمر / ثور. نحن نعلم ذلك لأننا أنتجنا ناقل إلكترون مخفض (NADH) كمنتج و NAD + متفاعل. من أين أتى الإلكترون ليصنع NADH؟ يجب أن يأتي الإلكترون من المتفاعل الآخر (مركب الكربون).

ملاحظة: المناقشة الموصى بها

سنقضي بعض الوقت في فحص التفاعل المحفز بواسطة نازعة هيدروجين الغليسيرالديهيد -3 فوسفات بمزيد من التفاصيل بينما نتحرك خلال المحاضرات والنص. أول شيء يجب مناقشته هنا هو أن الشكل أعلاه عبارة عن نسخة مبسطة للغاية أو مختصرة للخطوات التي تحدث ويمكن لـ mdashone في الواقع أن يكسر هذا التفاعل أعلاه إلى تفاعلين مفاهيمي. هل يمكنك أن تتخيل ما قد يكون هذان & quotsubreactions & quot؟ ناقش بين أنفسكم.

ملاحظة: المناقشة الموصى بها

يشير النص أعلاه إلى أن التغيير القياسي في الطاقة الحرة لهذا التفاعل المعقد هو

+6.3 كيلوجول / مول. في ظل الظروف القياسية ، لا يكون رد الفعل هذا تلقائيًا. ومع ذلك ، يعد هذا أحد التفاعلات الرئيسية في أكسدة الجلوكوز. يحتاج للذهاب في الخلية. الأسئلة هي كما يلي: لماذا من المهم ملاحظة أشياء مثل & quot ؛ التغيير القياسي للطاقة الحرة & quot ؛ أو & & quot ؛ الشروط القياسية & quot عند الإبلاغ عن ذلك & DeltaG & deg؟ ما الذي يمكن أن يحدث في الخلية ليجعل ما هو في ظل الظروف القياسية تفاعلًا مفاقمًا للطاقة؟


لماذا (تقريبًا) تحتوي جميع ناقلات الطاقة على الأدينين؟ - مادة الاحياء

مستو ، عطري ، حلقي غير متجانس

المشتقات الهيكلية للبيورين أو بيريميدين

لاحظ أن الأرقام الموجودة على الذرات هي & quot؛ مبرمجة & quot

المركبات الرئيسية موضحة أدناه:

تراكيب النوعين الأكثر شيوعًا من البيورينات هي:

تراكيب البيريميدين الثلاثة الأكثر شيوعًا هي:

* ملاحظة: سنرى قريبًا البيورينات والبيريميدينات الأخرى المهمة.

(2) السكريات: D-ribose و 2'-deoxyribose

& quotPrimes & quot تشير إلى ترقيم ذرات الريبوز

يعني الترميز & quot2'-deoxy- & quot أنه لا توجد مجموعة -OH في ذرة الكربون 2

ترتبط البيورينات بـ C1 من السكر عند ذرات N9

ترتبط البيريميدين بذرة السكر C1 عند ذرات N1

تنتج & quotnucleoside & quot من ربط أحد هذين النوعين من السكريات بأحد البيورين- أو قواعد مشتقة من بيريميدين من خلال ارتباط N- جليكوسيد.

الرابطة الكيميائية التي تربطهم هي & quot؛ رابطة جليكوسيدية & quot

أحادي وثنائي وثلاثي الفوسفات

يمكن ربط الفوسفات مع ذرات السكر C3 أو C5

& quotnucleotide & quot هو إستر 5'-فوسفات من نيوكليوسيد.

الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) هو بوليمر من الريبونوكليوتيدات

الحمض النووي (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) هو بوليمر من ديوكسينوكليوتيدات

تحتوي Deoxy- و ribonucleotides على الأدينين والجوانين والسيتوزين

تحتوي الريبونوكليوتيدات أيضًا على اليوراسيل

تحتوي الديوكسينوكليوتيدات أيضًا على الثايمين

اصطلاحات التسمية

هناك منطق في تسمية النيوكليوسيدات والنيوكليوتيدات ، إذا كنت تستطيع تذكر بعض القواعد.

تنتهي NSs البيورين بـ & quot-sine & quot: adenoسإين و ذرق الطائرسine

تنتهي NSs pyrimidine بـ & quot-dine & quot: cytidine ، uriدine ، deoxythymiديشمال شرق

لتسمية NTs ، استخدم اسم NS ، متبوعًا بـ & quotmono- & quot ، & quotdi- & quot أو & quottriphosphate & quot:

الأدينوزين أحادي الفوسفات ، غوانوزين ثلاثي الفوسفات ، أحادي الفوسفات ديوكسي ثيميدين

للنيوكليوتيدات عدد من الأدوار. وأبرزها المونومرات لبوليمرات الحمض النووي. نوكليوزيد ثلاثي الفوسفات ، مثل ATP و GTP ، هي ناقلات للطاقة في مسارات التمثيل الغذائي. النيوكليوتيدات هي أيضًا مكونات لبعض الإنزيمات المساعدة المهمة ، مثل FAD و NAD + و Coenzyme A.

تمرين: اعرض الهياكل النوكليوتيدية المختلفة

استقلاب النيوكليوتيدات

قبل أن ننظر إلى بنية الحمض النووي ، نحتاج إلى دراسة تخليق البيورين والبيريميدين ريبونوكليوتيدات والتوليف اللاحق للنيوكليوتيدات منزوع الأكسجين ، متبوعًا بمساراتها التقويضية وإعادة التدوير. تم تفصيل المسارات التركيبية بشكل خاص ، وأقترح أن تقوم بمراجعة مقدمتي لدراسة المسارات البيوكيميائية بحيث يمكنك تقسيم المعلومات إلى أجزاء يمكن التحكم فيها. على طول الطريق ، سنربط المعلومات ، عند الاقتضاء ، بالحالات المرضية. في مثل هذه الحالات ، سأستخدم العنوان & quot الارتباط السريري & مثل.

تخليق البيورين ريبونوكليوتيد

والمثير للدهشة أن النكليوتيدات البيورينية تتشكل على هذا النحو من جديد، والقواعد نفسها مشتقة منها. أول ريبونوكليوتيد البيورين يتم تصنيعه في كائن حي هو أحادي فوسفات الإينوزين (IMP) ، ويتم اشتقاق AMP و GMP لاحقًا منها. قاعدة البيورين لـ IMP هي هيبوكسانثين:

سنرى أن جميع نيوكليوتيدات البيورين تتحلل في النهاية إلى حمض البوليك ، وهو في حد ذاته بيورين. أثبتت الدراسات التي أجراها بوكانان في منتصف القرن العشرين أصل الذرات الفردية في حمض البوليك ، ومن المفيد ذكرها الآن ، حيث سنرى قريبًا كيف يتم دمجها في الجزيء. باستخدام اصطلاح الترقيم كما هو موضح ، سنرى ما يلي:

أظهر مسح للتخليق الحيوي لـ IMP أن هناك 11 خطوة فردية و 7 أنواع من الإنزيمات المتضمنة:

synthetases (4) (تذكر الفرق بين synthوآخرونases and synthases)

يشارك ATP في 6 من الخطوات ، لكننا سنرى أن هناك حاجة إلى ATP إضافي لتكوين جزيء -D-Ribose-5-phosphate ، أول جزيء في المسار.هذا كثير من ATPs ، وبالتالي ، حتى لا تكون مهدرة ، تنقذ الطبيعة بشكل فعال مشتقات البيورينات في مسارات إعادة التدوير. يتم إنتاج ريبوز-5-فوسفات في مسار فوسفات البنتوز ، الذي قمت بدراسته بالفعل.

5-فوسفوريبوزيل-أ-بيروفوسفات (PRPP) المتكون في الخطوة الأولى هو أيضًا مقدمة لتخليق بيريميدين ، وهو أيضًا مقدمة لتخليق Trp و His. نظرًا لأنه جزء من العديد من المسارات المهمة ، فهو منظم للغاية. يختلف دور ATP في هذه الخطوة عن دور الخطوات الأخرى في هذا المسار الذي تم العثور عليه فيه. ينشط ATP ريبوز-5-فوسفات عن طريق إضافة مجموعة بيروفوسفات (PPأنا) إلى C.1 من السكر (أي هناك نقل جماعي). جميع الخطوات الأخرى التي تتضمن ATP والتي تتبع تسخر طاقة التحلل المائي لرابطة فوسفات ATP (exergonic) لتحفيز تفاعل مائي. في هذه الخطوات ، يمكن للمرء أن يتحدث عن & اقتباس & quot من تفاعلين ، بحيث يدفع التفاعلي القوي رد الفعل المثير للحيوية والنتيجة أن D G 'الإجمالي سلبي.

الاستطراد: & quot الاقتران & quot من ردود الفعل

لقد سمعت مرارًا أن ATP يشار إليه باسم & quot؛ عملة الطاقة العالمية & quot للخلية ، وهذا ينطبق على جميع الكائنات الحية. لماذا انتهى الأمر بـ ATP باعتباره أنزيمًا مساعدًا محوريًا ، وليس GTP و UTP وما إلى ذلك ، ربما يكون مجرد مسألة صدفة. يمكن تخزين الطاقة الحرة لتفاعلات الأكسدة البيولوجية في روابط ATP (الطاقة الكيميائية). من السهل نسبيًا تحلل روابط البيروفوسفات في ATP ، مما يؤدي إلى إطلاق قدر كبير من الطاقة الحرة (D G o '= -30.5 kJ / mol لتحلل ATP المائي إلى ADP و Pأنا إذا تم إطلاق هذا في الخلية كحرارة ، فلن يخدم أي غرض مفيد فيما يتعلق بإجراء تفاعل كيميائي مائي ، حيث لا توجد طريقة للخلية لتحويل الطاقة الحرارية إلى عمل. ولكن ، إذا تم & اقتباس تفاعلين & quot ؛ بحيث يكون ناتج تفاعل مفعول الطاقة هو المتفاعل لفاعل قوي (وكان حجم تغير الطاقة الحرة للتفاعل الطارد للطاقة أكبر من ذلك الخاص بـ endergonic) ، فإن رد الفعل المثير للطاقة يسحب مادة endergonic من خلال وسيط. بعبارة أخرى ، لكي تقترن الطاقة الكيميائية بهذه الطريقة ، يجب أن يكون هناك عامل وسيط مشترك لكلا التفاعلين في المجموعة.

عندما يظهر ATP كمتفاعل ، يمكن أن يشارك بشكل عام بطريقتين: يمكن نقل جزء من جزيء ATP إلى جزيء متقبل أو يمكن أن يؤدي التحلل المائي لـ ATP إلى تفاعل غير موات. تم العثور على Pأنا، صأنايمكن نقل مجموعات الأدينيل أو الأدينوسينيل ، كما هو الحال في الخطوة الأولى في مسار التخليق الحيوي البيورين. في مثل هذه الحالات ، يُقال أن الركيزة يتم تنشيطها & quot عن طريق النقل. عندما تقود الطاقة الحرة لتحلل ATP المائي إلى تفاعل مائي ، يجب أن تتضمن الآلية الكلية نقل Pأنا في مكان ما على طول الطريق ، على الرغم من أنه في التحليل النهائي ، سيظهر كـ Pأنا في تفاعل ATP + H.20 - & GT ADP + Pأنا. خلاف ذلك ، لن تكون هناك طريقة لربط ردود الفعل.

قد ترغب في التفكير في إمكانية تحويل الطاقة الحرارية أو الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية في الخلية.

العودة إلى مسار Purine Biosynthetic:

لاحظ أنه في الخطوة الثانية ، التدوين الموجود على الحرف C.1 التغييرات من أ إلى ب. هذان النموذجان هما & quotanomers & quot ويحددان موضع المجموعة -OH على C1 الكربون فيما يتعلق بـ-CH2مجموعة OH على C.4 . من الخطوة 3 إلى نهاية المسار ، يكون الشكل الشاذ هو b ، وفي هذه الخطوة أيضًا ، يتحلل البيروفوسفات الناتج إلى 2Pأنا ، وهي خطوة لا رجعة فيها ترسم المسار في اتجاهها نحو إنتاج IMP. هذه ، إذن ، هي خطوة التحكم في التدفق.

في الخطوتين اللتين تتضمنان اللييز ، لاحظ أن الفومارات هو أحد المنتجات. يحتوي فومارات على الهيكل:

ويمكنك الآن معرفة مكان الرابطة المزدوجة.

في خطوات المحولات ، توجد تحويلات جماعية ، وهي مجموعة & quotformyl & quot (-CH = O) التي تبرع بها العامل المساعد N 10 -formyl-THF ، حيث يرمز THF إلى رباعي هيدروفولات. يمكن أن تمنع السلفوناميدات الخطوات التي تنطوي على THF لأنها نظائر هيكلية لمكون PABA في THF.

أخيرًا ، في هذا المسار ، يتم تجميع العديد من الإنزيمات معًا في سلاسل أحادية الببتيد. يعمل هذا على تنظيم والتحكم في معالجة الركيزة من خطوة إلى أخرى. تؤدي هذه & quot؛ التحويل & quot؛ إلى زيادة المعدل الإجمالي للمسار وتحمي الوسطاء من التدهور. في الحيوانات ، يتم تجميع إنزيمات مسار تخليق IMP على النحو التالي:

في تمرين الفصل: احسب عدد معادلات ATP اللازمة لتجميع IMP.

يتم تحويل IMP بسرعة إلى AMP و GMP في المجموعة التالية من ردود الفعل المكونة من خطوتين:

لاحظ أن التحلل المائي GTP يقود الخطوة الأولى وأن اللياز في الخطوة الثانية هو نفس الليز الذي رأيناه في التفاعل 9 في مسار تخليق IMP.

لاحظ أن نيوكليوتيد الجوانين (GTP) متورط في مسار AMP وأن نيوكليوتيد الأدينين (ATP) متورط في مسار GMP. هذه المعاملة بالمثل أساسية للتحكم في إنتاج كل من AMP و GMP وثنائي وثلاثي الفوسفات.

تؤدي الفسفرة اللاحقة للنيوكليوزيد أحادي الفوسفات ، AMP و GMP ، إلى تكوين ثنائي نوكليوزيد وثلاثي الفوسفات:

التحكم التنظيمي في التخليق الحيوي للنيوكليوتيدات البيورين

الفكرة الأساسية هنا هي أن هناك تحكمًا رائعًا في كميات نيوكليوتيدات البيورين المتاحة لتخليق الأحماض النووية ، وأن المسارات يتم تنظيمها بشكل فردي على المستوى الخلوي. علاوة على ذلك ، يتم التحكم أيضًا في الكميات النسبية من ATP و GTP على المستوى الخلوي.

لقد توقعنا أن الخطوة الأولى ، التي يتم فيها تصنيع PRPP ، ستخضع للتنظيم بسبب بروز PRPP في تفاعلات التخليق الحيوي الأخرى ، بما في ذلك تفاعلات البيريميدين النيوكليوتيدية. زيادة مستويات ADP والناتج المحلي الإجمالي لها تأثير ردود الفعل السلبية على إنزيم Ribose phosphate pyrophosphokinase. يتم تثبيط الإنزيم الذي يحفز الخطوة الثانية من المسار ، أميدوفوسفوريبوزيل ترانسفيراز ، بواسطة جميع نيوكليوتيدات الأدينين والجوانين ، ونيوكليوتيدات الأدينين المرتبطة بموقع مثبط واحد على الإنزيم ونيوكليوتيدات الجوانين إلى موقع منفصل آخر. هذا الإنزيم يُنشط أيضًا & quot؛ من خلال زيادة مستوى PRPP وهذا ما يسمى & quotfeedforward activation & quot.

يخضع IMP أيضًا للتنظيم في نقاط بعد إنتاجه. كل من AMP و GMP يثبطان إنتاجهما بشكل تنافسي. أيضًا ، تتطلب كل AMP توليفها GTP واحدًا ويتطلب كل GMP مركب ATP واحدًا ، بطريقة متبادلة كما هو مذكور أعلاه. نظرًا لأن هناك حاجة إلى كميات متساوية من AMP و GMP في تخليق الحمض النووي ، فإن هذه المعاملة بالمثل توفر ذلك. ال معدل من إنتاج AMP يزداد مع زيادة تركيزات GTP ، وتلك الخاصة بـ GMP مع زيادة تركيزات ATP.

تقويض البيورين والإنقاذ

تؤدي جميع مسارات تحلل نيوكليوتيدات البيورين وديوكسينوكليوتيد في جميع الحيوانات إلى حمض البوليك.

تتحلل كل من الأحماض النووية الخلوية والمبتلعة ، ويتم قلب منتجاتها ، أو التخلص منها ، أو إخراجها من الجسم. الكائن الحي قادر على إنتاج معظم النيوكليوتيدات التي يحتاجها في من جديد المسارات التي ندرسها الآن ، لذا فإن معظم النيوكليوتيدات ، والقواعد ، وما إلى ذلك ، التي تعتبر منتجات تقويضية للأحماض النووية المبتلعة ، تفرز بعد مزيد من التدهور.

تتحلل الأحماض النووية التي يتم تناولها إلى نيوكليوتيدات في الأمعاء عن طريق:

النيوكليوتيدات المحددة والفوسفاتازات غير النوعية تزيد من تحلل النيوكليوتيدات إلى نيوكليوسيدات. يمكن امتصاصها إما في الغشاء المخاطي للأمعاء أو تتحلل في الأمعاء بواسطة nucleosidases و nucleoside phosphorylases على النحو التالي:

نيوكليوزيد + ح2O - & GT قاعدة + ريبوز

نيوكليوزيد + صأنا - & GT قاعدة + ريبوز -1 فوسفات

على الرغم من أننا لم نظهر بعد كيفية الحصول على ديوكسي ريبونوكليوتيدات من الريبونوكليوتيدات ، فإن كل ما نقوله عن مسارات تحلل البيورين الريبونوكليوتيد سيصمد بالنسبة للبيورين ديوكسي ريبونوكليوتيدات.

4 نيوكليوتيدات البيورين التي درسناها هي AMP و IMP و XMP و GMP ويمكن أن يتحلل كل منها إلى نيوكليوزيدها المقابل بفعل 5-nucleotidase ، والذي يحفز انقسام مجموعة الفوسفات من 5 'C من الريبوز. لاحظ أن هذه تفاعلات تحلل مائي. تتحلل النيوكليوسيدات إلى قواعد الزانثين والهيبوكسانثين والجوانين بفعل فوسفوريلاز نيوكليوزيد البيورين (PNP) وفي النهاية يتحلل الثلاثة جميعًا إلى حمض البوليك من خلال الزانثين الوسيط الشائع. لاحظ أن الأدينين الأساسي ليس وسيطًا في هذه المسارات. هذا بسبب وجود انعطاف من الأدينوزين إلى الإينوزين ، وهو المنتج الأول في تحلل IMP ، بدلاً من تحلل الأدينوزين إلى الأدينين بفعل PNP. أيضًا ، يمكن إلغاء أميني AMP (فقدان NH4 + المجموعة) بواسطة AMP deaminase إلى IMP:

تتحلل نيوكليوسيدات إينوزين وزانثوزين وجوانوزين على التوالي إلى هيبوكسانثين ، وزانثين وجوانين ، وفي هذه العملية ، سكر الريبوز ، الذي تم إرفاقه بـ C1 إلى القاعدة يتم فسفرته:

الأمر المثير للاهتمام حقًا هنا هو إعادة تدوير سكر الريبوز في شكل ريبوز -1 فوسفات ، والذي يمكن دمجه في PRPP ، كما نعلم الآن ، جزء لا يتجزأ من التخليق الحيوي للبيورينات ، والبيريميدين ، والهيستيدين ، والتربتوفان. هذه طريقة فعالة حقًا لتشغيل الخلية!

يتم تحويل كل من Hypoxanthine و guanine إلى xanthine من خلال إجراءات xanthine oxidase و guanine deaminase على التوالي. يتم تحويل الزانثين إلى حمض البوليك في تفاعل محفز مرة أخرى بواسطة أوكسيديز الزانثين.

يحتوي Xanthine oxidase على عدد من العوامل التي تشارك في نقل الإلكترونات في النهاية إلى ثنائي الأكسجين. إنه بروتين ثنائي يحتوي على FAD ، وهو مركب موليبدينوم بالتناوب في حالتي الأكسدة +4 و +6 ، ومجموعتين من Fe-S. يعتبر O2 تم تحويله إلى H.2ا2 في هذه العملية ، وهذا بدوره يتفاعل مع H2O و O2 بواسطة الكاتلاز ، مثل H.2ا2 يمكن أن تتفاعل لتشكيل أنواع مؤكسدة ضارة أخرى.

ربما تكون قد لاحظت أن AMP يتم تعطيله إلى IMP في تفاعل واحد بينما IMP هو مقدمة لـ AMP في سلسلة تفاعل من خطوتين تمت دراستها مسبقًا. انظر إلى ردود الفعل هذه بشكل منفصل:

AMP + H.2O - & gt IMP + NH4 + (AMP deaminase)

IMP + Aspartate + GTP - & gt AMP + fumarate + GDP + P.أنا (adenylosuccinate synthetase adenylosuccinate lyase)

أسبارتاتي + ح2O + GTP - & GT Fumarate + GDP + P.أنا + نيو هامبشاير4 +

ما يوضحه هذا هو أن التأثير الكلي للجمع بين هذين التفاعلين هو نتيجة صافية لنزع أمين الأسبارتات إلى فومارات على حساب جزيء GTP. هذه الدورة من ردود الفعل تعرف باسم & مثلتبورين دورة النوكليوتيدات & quot وله أهمية فسيولوجية في التمثيل الغذائي للعضلات. تقوم أنسجة العضلات بتجديد المواد الوسيطة لدورة حمض الستريك عبر دورة نيوكليوتيد البيورين بدلاً من التفاعلات المعتادة & qureplenishing & quot ؛ وأهمها إنتاج أوكسال أسيتات من البيروفات المحفز بواسطة كربوكسيلاز البيروفات. تتغذى الفومارات المتولدة في دورة نيوكليوتيد البيورين في دورة حمض الستريك لتجديد مالات ، أوكسالأسيتات ، وما إلى ذلك.

ديميناز الأدينوزين (1ADA - انظر الرنين أدناه) ، الإنزيم الذي يحفز نزع الأمين من الأدينوزين إلى إينوزين ، هو مثال على الإنزيم الذي يحتوي على بنية المجال a / b ، وهو هيكل المجال الأكثر شيوعًا والأكثر انتظامًا. سنأخذ منعطفًا صغيرًا هنا ونفحص هيكل براميل a / b بشكل عام و adenosine deaminase بشكل خاص.

هناك نوعان من هياكل أ / ب:

(1) هيكل & quotcentral-المتوازي & quot و (2) ورقة b مختلطة محاطة بـ a-helices.

توجد هذه الهياكل في جميع الإنزيمات المحللة للجلوكوز وفي البروتينات التي تربط وتنقل المستقلبات. يحتوي ADA على هيكل برميل مركزي حيث يتم توصيل ثمانية خيوط ب متوازية ملتوية (& quotstaves & quot من البرميل) بثماني حلقات حلزونية. تربط كل حلقة نهاية الكربوكسيل من ab -strand بالنهاية الأمينية لـ a-helix ، حيث توجد الحلزونات على السطح الخارجي لـ ب-ورقة. نظرًا لأنه تم وصف هذا الهيكل لأول مرة في أيزوميراز ثلاثي فوسفات (TIM) ، فإنه يُعرف أيضًا باسم & quotTIM برميل & quot.

في جميع الهياكل مزدوجة الماسورة ، يكون الموقع النشط في الجزء السفلي من جيب على شكل قمع يتألف من ثماني حلقات موصوفة أعلاه. توجد البقايا التي تشارك في الربط والنشاط التحفيزي في مناطق الحلقة.

يفرز البشر حمض اليوريك في البول على شكل بلورات غير قابلة للذوبان. وكذلك تفعل الطيور والزواحف الأرضية وبعض الحشرات ، لكنها تفرزها كعجينة من بلورات حمض اليوريك ، وبالتالي تحافظ على الماء. في الكائنات الحية الأخرى ، يتم تعديل حمض البوليك بشكل إضافي قبل الإخراج على النحو التالي:

حمض اليوريك - & GT Allantoin - & GT Allantoic Acid - & GT Urea - & GT Ammonia

يمكن لمثبطات زانثين أوكسيديز أن تمنع إنتاج حمض اليوريك وبالتالي يمكن استخدامها لعلاج النقرس. الوبيورينول ، وهو نظير للهيبوكسانثين ، يرتبط بأكسيداز الزانثين حيث يتم هيدروكسيله بالألوكسانثين. وبذلك يتم تعطيل الإنزيم بسبب الارتباط المحكم للألوكسانثين به. نتيجة لذلك ، ينخفض ​​إنتاج حمض اليوريك ، وبالتالي تزداد مستويات هيبوكسانثين وزانثين. لحسن الحظ ، هذه أكثر قابلية للذوبان من حمض البوليك. قارن جزيء الوبيورينول الموضح أدناه بجزيء هيبوكسانثين لمعرفة مدى تشابههما:

في مثال آخر على كفاءة الآليات الخلوية ، سننظر في معدل دوران أو إنقاذ الأدينين والجوانين والهيبوكسانتين الناتج عن تدهور الأحماض النووية. يتم إنقاذ هذه البيورينات بواسطة إنزيمين في الثدييات:

Adenine phosphoribosyl transferase (APRT): Adenine + PRPP == AMP + PPأنا

Hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase: Hypoxanthine + PRPP == IMP + PPأنا

(HGPRT) جوانين + PRPP == GMP + PPأنا

بدلاً من الاضطرار إلى إعادة تركيب AMP و GMP (و IMP) من الصفر ، يتم إعادة تدوير هذه القواعد في النيوكليوتيدات عن طريق تفاعلات بسيطة من خطوة واحدة.

ف يريميدين Ribonucleotide Synthesis

تُشتق الذرات المختلفة لحلقة بيريميدين على النحو التالي:

N1، C4، C5، C6: كلها مشتقة من الأسبارتات

N3: من نيتروجين الجلوتامين أميد

الجزيء الرئيسي في تخليق بيريميدين ريبونوكليوتيدات هو يوريدين أحادي الفوسفات (UMP) ، لأنه المنتج النهائي لمسار التوليف المكون من ست خطوات والذي اشتُق منه CTP لاحقًا. تتكون حلقة البيريميدين ، على شكل ثنائي هيدرووروتات ، أولاً (لاحظ أن هذا ليس هو الحال بالنسبة لقواعد البيريميدين) بعد التعلق بالريبوز-5-فوسفات.

بعض النقاط البارزة في التفاعلات التي ينطوي عليها تركيب UMP هي:

(1) هناك حاجة إلى جزيئين ATP لكل جزيء UMP يتم إنتاجه ، وكلاهما يستخدم في الخطوة الأولى ، حيث يتم إنتاج فوسفات الكربامويل من الجلوتامين والبيكربونات والفوسفات من أحد ATPs. يتم تحلل ATP الآخر إلى ADP و P.أنا ، مما يوفر طاقة مجانية لدفع التفاعل. تم العثور على الإنزيم ، carbamoyl phosphate synthetase II ، في العصارة الخلوية كاربامويل فوسفات أيضًا في دورة اليوريا ، ولكن الإنزيم المتضمن هناك هو إنزيم الكاربامويل الفوسفات داخل المتقدرة الأول.

(2) هناك نوعان من تفاعلات التكثيف في هذا المسار ، ينتج الأول عن تكوين كربامويل الأسبارتات والثاني في ثنائي هيدرووروتات. هذا الأخير هو ضمجزيئي عامل ضمن الجزيئ رد فعل التكثيف.

(3) نازعة هيدروجين ثنائي هيدرووروتات هو الإنزيم الوحيد داخل المتقدرة في هذا المسار (في حقيقيات النوى) ، ويتم توفير الطاقة المؤكسدة عن طريق تقليل الكينونات.

(4) يتم تحفيز ارتباط قاعدة بيريميدين بحلقة فوسفات الريبوز عن طريق ترانسفيراز الفوسفوريبوزيل (OPRT) ويوفر PRPP رطوبة ريبوز -5-فوسفات. التحلل المائي لـ PPأنا الذي ينفصل عن PRPP يجعل هذا التفاعل لا رجعة فيه.

(5) تُرى نفس ظاهرة & quotinging & quot في مسار البيريميدين الذي رأيناه في مسار البيورين. توجد الإنزيمات الموجودة في الخطوتين 1 و 2 و 3 على نفس سلسلة البولي ببتيد ، بينما توجد الإنزيمات في الخطوتين 5 و 6 على سلسلة مفردة أخرى.

تمرين: احسب عدد مكافئات ATP اللازمة لتركيب UMP.

الانتقال من UMP إلى UTP و CTP:

أحادي الفوسفات كيناز النيوكليوزيد يحفز نقل Pأنا من ATP إلى UMP لتشكيل UDP. يحفز ثنائي فوسفات النيوكليوزيد نفس النوع من التفاعل ، وينقل Pأنا من ATP إلى UDP لتشكيل UTP.

يتم تصنيع CTP من UTP عبر تفاعل amination محفز بواسطة CTP synthetase. هنا ، يؤدي التحلل المائي لـ ATP إلى التفاعل ويوفر الجلوتامين نيتروجين أميده (في الحيوانات) إلى قاعدة بيريميدين في موضع C4.

التحكم التنظيمي في التخليق الحيوي للنيوكليوتيدات في بيريميدين

تختلف الضوابط التنظيمية في البكتيريا والحيوانات. في البكتيريا ، يحدث التنظيم على مستوى ATCase. في الحيوانات ، يحدث التنظيم على مستوى مركب فوسفات الكاربامويل الثاني. سنركز على الرقابة التنظيمية على الحيوانات.

يعمل UDP و UTP على تثبيط إنزيم carbamoyl phosphate synthetase II بينما يقوم ATP و PRPP بتنشيطه.

UMP (و CMP) تمنع بشكل تنافسي ديكاربوكسيلاز OMP.

لقد رأينا أن مسار تخليق البيورين تم تثبيته بواسطة ADP والناتج المحلي الإجمالي على مستوى خطوة بيروفوسفوكيناز فوسفات الريبوز ، وبالتالي التحكم في مستوى PRPP. هذا ، بدوره ، له آثار على إنتاج بيريميدين ، لأن معدل إنتاج Orotate يعتمد على كمية PRPP.

تدهور البيريميدين

يتم تدهور CMP و UMP إلى قواعد كل منهما في سلسلة من التفاعلات المشابهة لما رأيناه في تحلل البيورينات. على وجه التحديد ، هذه هي تفاعلات نزع الفسفرة ونزع الأمين والفسفرة ، وهذا الأخير يؤدي إلى انقسام الرابطة الجليكوسيدية. الحد من اليوراسيل (والثايمين ، أحد مشتقات الميثيل من اليوراسيل الذي يحدث في الحمض النووي) يحدث في الكبد ونتيجة ب-ألانين (ب-أمينوبوتيرات). يتم تحويلها إلى malonyl-CoA (و methylmalonyl-CoA). Malonyl-CoA هو مقدمة لتخليق الأحماض الدهنية ، لذا فإن انهيار نيوكليوتيدات البيريميدين يساهم بطريقة صغيرة في استقلاب الطاقة الخلوية. يدخل ميثيل مالونيل- CoA في دورة حمض الستريك بعد تحويله إلى مادة succinyl-CoA.

تشكيل ديوكسي ريبونوكليوتيد

باستثناء المناقشات حول تحلل نيوكليوتيدات البيورين والبيريميدين ، والتي تم تعميمها على الريبونوكليوتيدات و deoxyribonucleotides ، كانت مسارات التخليق الحيوي التي نظرنا إليها خاصة بالنيوكليوتيدات الريبية ، وبالتالي على الحمض النووي الريبي. الآن نريد أن نبني على هذا لمناقشة مكونات الحمض النووي ، ديوكسي ريبونوكليوتيدات.

(1) يتكون من ديوكسي ريبونوكليوتيدات

(2) لا يحتوي سكر الريبوز في ديوكسي ريبونوكليوتيد على مجموعة هيدروكسيل في موضع الكربون 2 '.

(3) لا يظهر اليوراسيل (بشكل طبيعي) كقاعدة في الحمض النووي بدلاً من ظهور الثايمين (5 ميثيلوراسيل).

يبدو الانتقال من ريبونوكليوتيد إلى ديوكسي ريبونوكليوتيد بسيطًا بما يكفي ، فقط استبدل مجموعة -OH على ذرة كربون 2 بوصة بذرة هيدروجين.هذا بالتأكيد أكثر كفاءة من تخليق ديوكسي ريبونوكليوتيدات من جديد. يتم تحقيق الحد من الكربون بمقدار 2 بوصة عن طريق آلية الجذور الحرة ، التي يتم تحفيزها بواسطة اختزال الريبونوكلياز. هناك عدد قليل من هذه الاختزالات المختلفة ، وسوف ندرس بكتريا قولونية اختزال الريبونوكليوتيد كممثل. تقلل اختزال الريبونوكليوتيد ثنائي فوسفات الريبونوكليوزيد (NDPs) إلى ثنائي فوسفات الديوكسي ريبونوكليوزيد (dNDPs)

إن دراسة هذا الإنزيم وهيكله وآلية عمله وتنظيمه هي لمحة عن جمال أعمال الطبيعة. أولاً ، يتكون الإنزيم بأكمله من وحدتين فرعيتين ، يُشار إليهما ص1 و ص2 ، كل واحد هو homodimer. يقع R1 يمكن تمثيل الوحدة الفرعية كملف 2 و R2 كما ب 2 . لذا فإن الإنزيم كله هو رباعي ، أ2ب2 . تحتوي الوحدة الفرعية على موقع ربط ركيزة يحتوي على حوالي خمس مجموعات ثيول (-SH) وموقعين مختلفين لربط المستجيبين ، وهما موقع & quotecificity & quot وموقع الحفاز والنسب & quot. تم تحديد بنية الوحدة الفرعية b بواسطة علم البلورات بالأشعة السينية.

تعتبر المجموعة الاصطناعية الحديدية مثيرة للاهتمام بشكل خاص لأنها ثنائية النواة (تحتوي على أيوني حديد) ، كل واحدة منسقة ثماني السطوح مع مجموعات مختلفة. يتم تجسير الأيونات بواسطة O2 على جانب واحد وبواسطة مجموعة الكربوكسيل من Glu 115. على مقربة من أحد أيونات الحديد يوجد Tyr 122 ويتفاعلان لتشكيل جذر حر التيروزيل. من المحتمل أن يتم نقل الإلكترون من الركيزة (أكسدة الركيزة) إلى جذور التيروزيل بوساطة جذري الثيل (-S) لـ Cys 439 ، الموجود في R1 .

أثناء تقليل NDPs ، زوج sulfhydryl من 2 Cys بقايا في R1 يقلل 2'-C من الريبوز ، وتتكون رابطة ثاني كبريتيد بين الكبريتين من هذا الزوج. هذا ، بدوره ، يتم تقليله من خلال مجموعتين أخريين من السلفهيدريل من مخلفات Cys في R.1 ويتم تقليلها في النهاية بواسطة عوامل الاختزال الخارجية.

Thioredoxin هو عامل فيزيولوجي مختزل لانزيم الريبونوكليوتيد ويمكن للزوج من بقايا Cys مبادلة ذرات H مع ثاني كبريتيد المتكون ، وبالتالي تجديد الإنزيم الأصلي. في هذه العملية ، يتأكسد الثيوردوكسين إلى ثاني كبريتيد:

يتم تقليل ثيوريدوكسين المؤكسد في تفاعل محفز بواسطة اختزال الثيوردوكسين ويتوسط بواسطة NADPH ، متقبل الإلكترون النهائي في العملية الشاملة لتقليل NDPs إلى dNDPs ، كما يمكن لـ Glutaredoxin ، وهو بروتين آخر يحتوي على ثاني كبريتيد ، تقليل اختزال الريبونوكليوتيد.

يتم تحفيز فسفرة dNDPs إلى dNTPs بواسطة nucleoside diphosphate kinase مع أي NTP أو dNTP يتبرع بمجموعة الفوسفات.

لم نناقش تكوين الثايمين نيوكليوتيد بيريميدين في قسم التخليق الحيوي للنيوكليوتيدات البيريميدين لأنه كان من الضروري التحدث أولاً عن إنتاج ديوكسي ريبونوكليوتيدات. يتشكل الثايمين عن طريق methylating deoxyuridine monophosphate (dUMP) بدلاً من الاختزال في موضع C 2 'لثنائي فوسفات النيوكليوزيد الذي يتوافق مع TDP. على الرغم من أن UTP مطلوب لإنتاج الحمض النووي الريبي ، إلا أن dUTP ليس ضروريًا لإنتاج DNA ، وفي الواقع ، إذا كانت هناك كميات ملحوظة من dUTP في الخلية ، فسيكون هناك العديد من أخطاء الاستبدال لـ dUTP لـ dTTP. هذا هو سبب الطريقة الملتوية التالية لإنتاج الثايمين.

يتحلل dUTP في وجود diphosphohydrolase dUTP إلى dUMP والبيروفوسفات. يتم بعد ذلك ميثلة التفريغ عند C 5 على حلقة بيريميدين لإنتاج dTMP ، والذي يتم إعادة تفسفرته بعد ذلك إلى dTTP.

يتم تحفيز المثيلة الأنزيمية لـ DUMP بواسطة سينسيز thymidylate وفي التفاعل يتأكسد العامل المساعد ، N 5 ، N 10 - رباعي هيدروفولات الميثيلين ، إلى ثنائي هيدروفولات. هذا هو التفاعل الكيميائي الحيوي الوحيد المعروف الذي تتغير فيه حالة الأكسدة الصافية لـ THF.

يتم تجديد الإنزيم المساعد ، رباعي هيدروفولات ، عن طريق إعادة تدوير DHF على النحو التالي:

DHF + NADPH + H + - & gt THF + NADP + (إنزيم: اختزال ثنائي هيدروفولات ، DHFR)

THF + سيرين - & gt N 5 ، N 10 - ميثيلين- THF + جلايسين (إنزيم: سيرين هيدروكسي ميثيل ترانسفيراز)

تنظيم كميات dNTPs اللازمة لتخليق الحمض النووي:

من الأهمية بمكان بالنسبة للكائن الحي أن يتم تنظيم dNTPs بدرجة عالية ويتم التحكم في هذه اللائحة على مستوى اختزال الريبونوكليوتيد. فيما يلي بعض النقاط البارزة في هذه اللائحة:

ربط ATP في & quotivity site & quot on the R.1 تقوم الوحدة الفرعية بتنشيط اختزال الريبونوكليوتيد تجاه أي مؤثر مرتبط في & quot موقع الخصوصية & quot بينما يكون dATP مثبطًا.

إذا كان ATP أو dATP مرتبطين في موقع التحديد بينما يكون ATP مرتبطًا في موقع النشاط ، فسيتم تحفيز تقليل CDP و UDP.

إذا ارتبط dTTP في موقع التحديد وكان ATP مرتبطًا بموقع النشاط ، فسيتم تحفيز تقليل الناتج المحلي الإجمالي بينما يتم منع تقليل CDP و UDP.

إذا ارتبط dGTP بموقع الخصوصية بينما يرتبط ATP بموقع النشاط ، فسيتم تحفيز تقليل ADP بينما يتم منع تقليل CDP و UDP و GDP.

اربط هنا لمشاهدة عرض باور بوينت: النيوكليوتيدات: التركيب والتحلل


محتويات

لا يحتوي AMP على رابطة فسفوهيدريد عالية الطاقة المرتبطة بـ ADP و ATP. يمكن إنتاج AMP من ADP:

أو قد يتم إنتاج AMP عن طريق التحلل المائي لرابطة فوسفات عالية الطاقة من ADP:

يمكن أيضًا تشكيل AMP عن طريق التحلل المائي لـ ATP إلى AMP والبيروفوسفات:

عندما يتم تكسير الحمض النووي الريبي بواسطة الأنظمة الحية ، تتشكل أحادي الفوسفات النيوكليوزيدية ، بما في ذلك أحادي فوسفات الأدينوزين.

يمكن إعادة إنشاء AMP إلى ATP على النحو التالي:

AMP + ATP → 2 ADP (أدينيلات كيناز في الاتجاه المعاكس) ADP + P.أنا → ATP (يتم تنفيذ هذه الخطوة غالبًا في الأيروبس بواسطة سينسيز ATP أثناء الفسفرة المؤكسدة)

يمكن تحويل AMP إلى IMP بواسطة إنزيم myoadenylate deaminase ، لتحرير مجموعة الأمونيا.

في مسار تقويضي ، يمكن تحويل الأدينوزين أحادي الفوسفات إلى حمض اليوريك ، الذي يفرز من الجسم في الثدييات. [5]

تعديل تنظيم كيناز الذي يتم تنشيطه بواسطة AMP

يستخدم إنزيم الخلية حقيقية النواة 5 'كيناز بروتين أدينوسين أحادي الفوسفات المنشط ، أو AMPK ، AMP لعمليات الطاقة المتوازنة خلال أوقات إنفاق الطاقة الخلوية المرتفع ، مثل التمرين. [6] نظرًا لاستخدام انقسام ATP ، وتفاعلات الفسفرة المقابلة ، في عمليات مختلفة في جميع أنحاء الجسم كمصدر للطاقة ، فإن إنتاج ATP ضروري لزيادة توليد الطاقة لتلك الخلايا الثديية. يتم تنشيط AMPK ، كمستشعر للطاقة الخلوية ، عن طريق خفض مستويات ATP ، والذي يترافق بشكل طبيعي مع مستويات متزايدة من ADP و AMP. [7]

على الرغم من أن الفسفرة يبدو أنها المنشط الرئيسي لـ AMPK ، إلا أن بعض الدراسات تشير إلى أن AMP هو منظم خيفي بالإضافة إلى ناهض مباشر لـ AMPK. [8] علاوة على ذلك ، تشير دراسات أخرى إلى أن النسبة العالية من AMP: مستويات ATP في الخلايا ، بدلاً من AMP فقط ، تنشط AMPK. [9] على سبيل المثال ، أنواع أنواع معينة انيقة و ذبابة الفاكهة سوداء البطن وقد تم العثور على كينازاتهم التي يتم تنشيطها بواسطة AMP بواسطة AMP ، بينما لم يتم تنشيط أنواع الخميرة وإنزيمات النبات بواسطة AMP. [9]

يرتبط AMP بـ γ-الوحدة الفرعية لـ AMPK ، مما يؤدي إلى تنشيط الكيناز ، ثم في النهاية سلسلة من العمليات الأخرى مثل تنشيط المسارات التقويضية وتثبيط المسارات الابتنائية لتجديد ATP. يتم تنشيط آليات التقويض ، التي تولد ATP من خلال إطلاق الطاقة من تحطيم الجزيئات ، بواسطة إنزيم AMPK بينما يتم تثبيط الآليات الابتنائية ، التي تستخدم الطاقة من ATP لتشكيل المنتجات. [10] على الرغم من أن γ-يمكن للوحدة الفرعية ربط AMP / ADP / ATP ، فقط ارتباط AMP / ADP ينتج عنه تحول توافقي لبروتين الإنزيم. يؤدي هذا التباين في AMP / ADP مقابل ارتباط ATP إلى تحول في حالة إزالة الفسفرة للإنزيم. [11] يؤدي نزع الفسفرة من AMPK من خلال فوسفاتازات البروتين المختلفة إلى تعطيل الوظيفة التحفيزية تمامًا. يحمي AMP / ADP AMPK من التعطيل من خلال الارتباط بـ γ-الوحدة الفرعية والحفاظ على حالة نزع الفسفرة. [12]

يمكن أن توجد AMP أيضًا كهيكل دوري يُعرف باسم AMP الدوري (أو cAMP). داخل خلايا معينة ، ينتج إنزيم adenylate cyclase cAMP من ATP ، وعادة ما يتم تنظيم هذا التفاعل بواسطة هرمونات مثل الأدرينالين أو الجلوكاجون. يلعب cAMP دورًا مهمًا في إرسال الإشارات داخل الخلايا. [13]


5.1: الطاقة والمادة والإنزيمات

  • بمساهمة من OpenStax
  • علم الأحياء العام في OpenStax CNX
  • تعريف ووصف التمثيل الغذائي
  • قارن وقارن بين autotrophs و heterotrophs
  • صف أهمية تفاعلات الأكسدة والاختزال في عملية التمثيل الغذائي
  • صف سبب أهمية ATP و FAD و NAD + و NADP + في الخلية
  • التفريق بين الفسفرة على مستوى الركيزة والأكسدة
  • حدد التركيب والمكونات الهيكلية للإنزيم وأدوار الركائز والمنتجات في التفاعل

المصطلح المستخدم لوصف جميع التفاعلات الكيميائية داخل الخلية هو التمثيل الغذائي (الشكل ( فهرس الصفحة <1> )). تحدث العمليات الخلوية مثل بناء أو تكسير الجزيئات المعقدة من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية المتدرجة والمترابطة والتي تسمى المسارات الأيضية. التفاعلات العفوية وتطلق الطاقة هي تفاعلات مفرطة الطاقة ، في حين تتطلب التفاعلات العصبية طاقة لتستمر. يشير مصطلح الابتنائية إلى تلك المسارات الأيضية المندرجة للطاقة التي تشارك في التخليق الحيوي ، وتحويل كتل البناء الجزيئية البسيطة إلى جزيئات أكثر تعقيدًا ، وتغذيها استخدام الطاقة الخلوية ، عادةً في شكل ATP (طاقة) و / أو NAD (P) H ( الإلكترونات). على العكس من ذلك ، يشير مصطلح الهدم إلى المسارات الباهظة التي تحطم الجزيئات المعقدة إلى جزيئات أبسط. يتم إطلاق الطاقة الجزيئية المخزنة في روابط الجزيئات المعقدة في مسارات تقويضية ويتم حصادها بطريقة يمكن استخدامها لإنتاج جزيئات عالية الطاقة (عادةً في ATP (طاقة) و / أو NADH (إلكترونات)) ، والتي يتم استخدامها لقيادة مسارات الابتنائية. وهكذا ، من حيث الطاقة والجزيئات ، تعمل الخلايا باستمرار على موازنة الهدم مع الابتنائية.

الشكل ( PageIndex <1> ): الأيض يشمل الهدم والتمثيل الغذائي. تتطلب المسارات الابتنائية طاقة لتصنيع جزيئات أكبر. تولد المسارات التقويضية الطاقة عن طريق تكسير الجزيئات الأكبر. كلا النوعين من المسارات مطلوبان للحفاظ على توازن طاقة الخلية و rsquos.

أكسدة وخفض في التمثيل الغذائي

يعد نقل الإلكترونات بين الجزيئات أمرًا مهمًا لأن معظم الطاقة المخزنة في الذرات والمستخدمة لتغذية وظائف الخلايا تكون في شكل إلكترونات عالية الطاقة. يسمح نقل الطاقة على شكل إلكترونات للخلية بنقل الطاقة واستخدامها بشكل تدريجي ، أي في حزم صغيرة بدلاً من انفجار واحد مدمر. التفاعلات التي تزيل الإلكترونات من الجزيئات المانحة ، وتتأكسد ، هي تفاعل أكسدةس تلك التي تضيف إلكترونات إلى الجزيئات المستقبلة ، مما يتركها منخفضة ، هي تفاعل اختزالس. نظرًا لأن الإلكترونات يمكن أن تنتقل من جزيء إلى آخر ، تحدث الأكسدة والاختزال جنبًا إلى جنب. تسمى هذه الأزواج من التفاعلات تفاعلات تقليل الأكسدة ، أو تفاعل الأكسدة والاختزالس.

ناقلات الطاقة: NAD + و NADP + و FAD و ATP

يمكن تخزين الطاقة المنبعثة من انهيار الروابط الكيميائية داخل العناصر الغذائية إما من خلال تقليل ناقلات الإلكترون أو في روابط الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP). في الأنظمة الحية ، تعمل فئة صغيرة من المركبات كحامل إلكترون متنقلس، الجزيئات التي ترتبط بالإلكترونات عالية الطاقة وتنقلها بين المركبات في المسارات. ناقلات الإلكترون الرئيسية التي سنعتبرها نشأت من مجموعة فيتامين ب وهي مشتقات من النيوكليوتيدات وهي نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد ، فوسفات النيكوتين أدينين ثنائي النوكليوتيد ، وفلافين الأدينين ثنائي النوكليوتيد. يمكن تقليل أو أكسدة هذه المركبات بسهولة. نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD + / NADH) هو ناقل الإلكترون المحمول الأكثر شيوعًا المستخدم في الهدم. NAD + هو الشكل المؤكسد للجزيء NADH هو الشكل المختزل للجزيء. فوسفات النيكوتين الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADP +) ، الشكل المؤكسد لمتغير NAD + الذي يحتوي على مجموعة فوسفات إضافية ، هو ناقل إلكترون مهم آخر يشكل NADPH عند اختزاله. الشكل المؤكسد من فلافين الأدينين ثنائي النوكليوتيد هو FAD ، وشكله المختزل هو FADH2. كلا NAD + / NADH و FAD / FADH2 تستخدم على نطاق واسع في استخلاص الطاقة من السكريات أثناء الهدم في المواد الكيميائية المغيرة ، بينما يلعب NADP + / NADPH دورًا مهمًا في التفاعلات الابتنائية والتمثيل الضوئي. بشكل جماعي ، FADH2غالبًا ما يُشار إلى NADH و NADPH على أنها تمتلك طاقة مختصرة نظرًا لقدرتها على التبرع بالإلكترونات لتفاعلات كيميائية مختلفة.

يجب أن تكون الخلية الحية قادرة على التعامل مع الطاقة المنبعثة أثناء الهدم بطريقة تمكن الخلية من تخزين الطاقة بأمان وإطلاقها لاستخدامها فقط عند الحاجة. تحقق الخلايا الحية ذلك باستخدام مركب الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP). غالبًا ما يُطلق على ATP اسم & ldquoenergy currency & rdquo للخلية ، ومثل العملة ، يمكن استخدام هذا المركب متعدد الاستخدامات لسد أي حاجة للطاقة للخلية. يوجد في قلب ATP جزيء من أدينوزين أحادي الفوسفات (AMP) ، والذي يتكون من جزيء أدينين مرتبط بجزيء ريبوز ومجموعة فوسفات واحدة. الريبوز هو سكر خماسي الكربون موجود في الحمض النووي الريبي ، و AMP هو أحد النيوكليوتيدات في الحمض النووي الريبي. تؤدي إضافة مجموعة فوسفات ثانية إلى هذا الجزيء الأساسي إلى تكوين ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) إضافة مجموعة فوسفات ثالثة تشكل ATP (الشكل ( فهرس الصفحة <2> )). تتطلب إضافة مجموعة فوسفات إلى جزيء ، وهي عملية تسمى الفسفرة ، طاقة. مجموعات الفوسفات مشحونة سالبة وبالتالي تتنافر عندما يتم ترتيبها في سلسلة ، كما هو الحال في ADP و ATP. هذا التنافر يجعل جزيئات ADP و ATP غير مستقرة بطبيعتها. وهكذا ، فإن الروابط بين مجموعات الفوسفات (واحدة في ADP واثنتان في ATP) تسمى رابطة فوسفات عالية الطاقةس. عندما تتكسر هذه الروابط عالية الطاقة لإطلاق فوسفات واحد (يسمى فوسفات غير عضوي [Pأنا]) أو مجموعتين فوسفات متصلتين (تسمى بيروفوسفات [PPأنا]) من ATP من خلال عملية تسمى نزع الفسفرة ، يتم إطلاق الطاقة لتحريك التفاعلات العصبية (الشكل ( فهرس الصفحة <3> )).

الشكل ( فهرس الصفحة <2> ): تُستخدم الطاقة المنبعثة من نزع الفسفرة من ATP لدفع العمل الخلوي ، بما في ذلك المسارات الابتنائية. يتم تجديد ATP من خلال الفسفرة ، وتسخير الطاقة الموجودة في المواد الكيميائية أو من ضوء الشمس. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة روبرت بير ، ديفيد رينتول) الشكل ( PageIndex <3> ): تقترن التفاعلات الطاردة للحيوية بالتفاعلات المفعمة بالحيوية ، مما يجعل المجموعة مواتية. هنا ، يقترن رد الفعل endergonic لفسفرة ATP بتفاعلات exergonic للتقويض. وبالمثل ، يقترن التفاعل المفرط للطاقة لنزع الفسفرة ATP بالتفاعل الداخلي لتكوين عديد الببتيد ، وهو مثال على عملية الابتنائية.

هناك آليتان عامتان يتم من خلالهما تكوين ATP في الخلايا: الفسفرة على مستوى الركيزة والفسفرة المؤكسدة (الشكل ( فهرس الصفحة <4> )). تذكر أن الركيزة هي جزيء يعمل عليه الإنزيم. في الفسفرة على مستوى الركيزة ، يكون كل من ADP والمستقلب الفسفوري ركائز في نفس التفاعل الإنزيمي. أثناء التفاعل الإنزيمي المطلق للطاقة ، يتم نقل الفوسفات الموجود على المستقلب إلى ADP لتشكيل منتجات ATP ومستقلب غير مفسفر. يتم إنتاج أي ATP في مسار أيضي نموذجي من خلال الفسفرة على مستوى الركيزة.

من ناحية أخرى ، فإن الفسفرة المؤكسدة هي على وجه التحديد إضافة الفوسفات غير العضوي إلى ADP بواسطة سينسيز ATP المدعوم من التدرج البروتوني عبر الغشاء. يحدث هذا دائمًا تقريبًا بالتزامن مع سلسلة نقل الإلكترون في التنفس.


الشكل ( PageIndex <4> ): مستوى الركيزة (أعلى) والتأكسد (السفلي) الفسفرة (2021 جين كاغل)

ما هي وظيفة حامل الإلكترون؟

هيكل الإنزيم ووظيفته

تعتبر المادة التي تساعد في تسريع التفاعل الكيميائي عاملاً مساعدًا. لا يتم استخدام المحفزات أو تغييرها أثناء التفاعلات الكيميائية ، وبالتالي فهي قابلة لإعادة الاستخدام. في حين أن الجزيئات غير العضوية قد تعمل كمحفزات لمجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية ، فإن البروتينات التي تسمى الإنزيمات تعمل كمحفزات للتفاعلات الكيميائية الحيوية داخل الخلايا. وبالتالي تلعب الإنزيمات دورًا مهمًا في التحكم في التمثيل الغذائي الخلوي.

يعمل الإنزيم عن طريق خفض طاقة التنشيط لتفاعل كيميائي داخل الخلية. طاقة التنشيط هي الطاقة اللازمة لتشكيل أو كسر الروابط الكيميائية وتحويل المواد المتفاعلة إلى منتجات (الشكل ( فهرس الصفحة <5> )). تقلل الإنزيمات من طاقة التنشيط عن طريق الارتباط بجزيئات المتفاعلة وتثبيتها بطريقة تسرع التفاعل.

تسمى المتفاعلات الكيميائية التي يرتبط بها الإنزيم الركيزةس، والموقع داخل الإنزيم حيث ترتبط الركيزة يسمى موقع الإنزيم و rsquos النشط. تخلق خصائص الأحماض الأمينية بالقرب من الموقع النشط بيئة كيميائية محددة للغاية داخل الموقع النشط مما يؤدي إلى ملاءمة الارتباط ، وإن كان لفترة وجيزة ، بركيزة معينة (أو ركائز). نظرًا لهذه المباراة الشبيهة بأحجية الصور المقطوعة بين الإنزيم وركائزه ، تُعرف الإنزيمات بخصائصها المميزة. في الواقع ، نظرًا لأن الإنزيم يرتبط بركائزه (ركائزه) ، يتغير هيكل الإنزيم قليلاً للعثور على أفضل ملاءمة بين حالة الانتقال (وسيط هيكلي بين الركيزة والمنتج) والموقع النشط ، تمامًا مثل قوالب القفازات المطاطية يد تدخل فيه. يُطلق على تعديل الموقع النشط هذا في وجود الركيزة ، جنبًا إلى جنب مع التكوين المتزامن لحالة الانتقال ، الملاءمة المستحثة (الشكل ( فهرس الصفحة <6> )). بشكل عام ، هناك إنزيم مطابق بشكل خاص لكل ركيزة ، وبالتالي ، لكل تفاعل كيميائي ، هناك بعض المرونة أيضًا. بعض الإنزيمات لديها القدرة على العمل على عدة ركائز مختلفة ذات صلة من الناحية الهيكلية.

الشكل ( PageIndex <5> ): تقلل الإنزيمات من طاقة التنشيط لتفاعل كيميائي. الشكل ( PageIndex <6> ): وفقًا لنموذج الملاءمة المستحث ، يخضع الموقع النشط للإنزيم لتغييرات توافقية عند الارتباط بالركيزة.

تخضع الإنزيمات لتأثيرات الظروف البيئية المحلية مثل الأس الهيدروجيني وتركيز الركيزة ودرجة الحرارة. على الرغم من أن زيادة درجة الحرارة البيئية تزيد عمومًا من معدلات التفاعل ، فإن الإنزيم المحفز أو غير ذلك ، فإن زيادة أو خفض درجة الحرارة خارج النطاق الأمثل يمكن أن يؤثر على الروابط الكيميائية داخل الموقع النشط ، مما يجعلها أقل ملاءمة لربط الركائز. ستؤدي درجات الحرارة المرتفعة في النهاية إلى إفساد الإنزيمات ، مثل الجزيئات البيولوجية الأخرى ، وفقدان هيكلها ووظيفتها ثلاثية الأبعاد. الأنزيمات مناسبة أيضًا للعمل بشكل أفضل ضمن نطاق معين من الأس الهيدروجيني ، وكما هو الحال مع درجة الحرارة ، يمكن أن تتسبب قيم الأس الهيدروجيني البيئية المتطرفة (الحمضية أو القاعدية) في تغيير طبيعة الإنزيمات. السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية في الموقع النشط لها خصائصها الحمضية أو الأساسية الخاصة بها والتي تعتبر مثالية للحفز ، وبالتالي فهي حساسة للتغيرات في الرقم الهيدروجيني.

العامل الآخر الذي يؤثر على نشاط الإنزيم هو تركيز الركيزة: يزداد نشاط الإنزيم عند تركيزات أعلى من الركيزة حتى يصل إلى نقطة التشبع التي لا يستطيع الإنزيم عندها الارتباط بأي ركيزة إضافية. بشكل عام ، تم تحسين الإنزيمات للعمل بشكل أفضل في ظل الظروف البيئية التي تعيش فيها الكائنات الحية التي تنتجها. على سبيل المثال ، في حين أن الميكروبات التي تعيش في الينابيع الساخنة تحتوي على إنزيمات تعمل بشكل أفضل في درجات الحرارة المرتفعة ، فإن مسببات الأمراض البشرية لديها إنزيمات تعمل بشكل أفضل عند درجة حرارة 37 درجة مئوية. وبالمثل ، في حين أن الإنزيمات التي تنتجها معظم الكائنات الحية تعمل بشكل أفضل عند درجة حموضة محايدة ، فإن الميكروبات التي تنمو في البيئات الحمضية تصنع الإنزيمات المحسّنة لظروف الأس الهيدروجيني المنخفضة ، مما يسمح بنموها في تلك الظروف.

العديد من الإنزيمات لا تعمل على النحو الأمثل ، أو حتى على الإطلاق ، ما لم تكن مرتبطة بجزيئات مساعدة محددة أخرى غير بروتينية ، إما مؤقتًا من خلال الروابط الأيونية أو الهيدروجينية أو بشكل دائم من خلال روابط تساهمية أقوى. يعزز الارتباط بهذه الجزيئات التشكل والوظيفة الأمثل لأنزيمات كل منها. نوعان من الجزيئات المساعدة هما العوامل المساعدة والإنزيمات المساعدة. العوامل المساعدة هي أيونات غير عضوية مثل الحديد (Fe 2+) والمغنيسيوم (Mg 2+) التي تساعد على استقرار تشكيل ووظيفة الإنزيم. أحد الأمثلة على الإنزيم الذي يتطلب أيون معدني كعامل مساعد هو الإنزيم الذي يبني جزيئات DNA ، DNA polymerase ، الذي يتطلب وجود أيون زنك مرتبط (Zn 2+) ليعمل.

الإنزيمات المساعدة هي جزيئات عضوية مساعدة مطلوبة لعمل الإنزيم. مثل الإنزيمات ، لا يتم استهلاكها ، وبالتالي فهي قابلة لإعادة الاستخدام. المصادر الأكثر شيوعًا للأنزيمات المساعدة هي الفيتامينات الغذائية. بعض الفيتامينات هي مقدمة للإنزيمات المساعدة والبعض الآخر يعمل مباشرة مثل الإنزيمات المساعدة.

غالبًا ما ترتبط بعض العوامل المساعدة والإنزيمات المساعدة ، مثل الإنزيم المساعد A (CoA) ، بالموقع النشط للإنزيم و rsquos ، مما يساعد في كيمياء انتقال الركيزة إلى منتج (الشكل ( فهرس الصفحة <7> )). في مثل هذه الحالات ، يُطلق على الإنزيم الذي يفتقر إلى العامل المساعد أو الإنزيم المساعد اسم إنزيم apoenzyme وهو غير نشط. على العكس من ذلك ، يُطلق على الإنزيم الذي يحتوي على العامل المساعد أو الإنزيم المساعد المرتبط به اسم holoenzyme وهو نشط. NADH و ATP هما أيضًا مثالان على الإنزيمات المساعدة الشائعة الاستخدام التي توفر إلكترونات عالية الطاقة أو مجموعات فوسفات ، على التوالي ، والتي ترتبط بالإنزيمات ، وبالتالي تنشطها.

الشكل ( PageIndex <7> ): غالبًا ما يكون ارتباط الإنزيم المساعد أو العامل المساعد بإنزيم apoenzyme مطلوبًا لتشكيل أنزيم هولوديم نشط.


المكملات الغذائية لدعم عمليات الطاقة الخاصة بك

في حين أن هناك العديد من الطرق للحفاظ على طاقتك ، مثل اتباع نظام غذائي متوازن ، والحصول على قسط كافٍ من النوم وممارسة الرياضة بانتظام ، فإن هذه الأشياء ليست دائمًا ممكنة لبعض الأشخاص. في مثل هذه الأوقات ، قد تساعد المكملات الغذائية في دعم متطلباتك الإجمالية من الطاقة

أسيتيل أنزيم أ (Acetyl-CoA) هو جزيء مهم في عملية التمثيل الغذائي. يسلم مجموعة الأسيتيل إلى دورة حامض الستريك / كريبس ، ويطلق ATP (الطاقة) ويشكل ثاني أكسيد الكربون والماء. من المهم أن يكون لديك ما يكفي من acetyl-CoA لتغذية دورة حمض الستريك لتوفير الطاقة.

حمض ألفا ليبويك (ALA) ، المعروف أيضًا باسم حمض الليبويك أو حمض الثيوكتيك ، يعمل كمضاد للأكسدة وهو موجود بشكل طبيعي في الميتوكوندريا. يعمل حمض ألفا ليبويك كعامل مساعد للإنزيمات التي تشارك في استقلاب الخلية التي تنتج ATP. يعمل كمضاد للأكسدة عن طريق إزالة الجذور الحرة. في حين أن الجسم يمكن أن يصنع ما يكفي من ALA لاستقلاب الطاقة الأساسي ، فإنه يعمل فقط كمضاد للأكسدة عندما يكون موجودًا بكميات أكبر كما نوقش في هذه الورقة حول حمض ألفا ليبويك كمكمل غذائي.

أرجينين يشارك في العديد من عمليات التمثيل الغذائي ، كما هو موضح في هذه الورقة الأدوار الأيضية الجديدة لـ L-arginine في استقلاب طاقة الجسم والتطبيقات السريرية الممكنة. تشمل هذه العمليات التمثيل الغذائي للبروتين وتخليق الكرياتين. الأرجينين هو أيضًا مقدمة لأكسيد النيتريك (NO) ، وهو ناقل عصبي مهم وموسع للأوعية. تم الإبلاغ عن أن المكملات مع L Arginine قد تزيد من تجديد ATP عن طريق تنشيط مسار AMP Kinase.

اشواغاندا في حين أنه لا يصنف على أنه معزز للطاقة ، إلا أنه يمكن أن يكون له تأثير على الأداء البدني والعقلي. يتم استخدامه كمنشط عام (للمساعدة في الحفاظ على القدرة المثلى على التحمل ، ومشاعر الطاقة والحيوية) ، ومضاد للأكسدة. Adaptogens هي نباتات غير سامة تساعد في دعم الجسم لمقاومة الإجهاد ، سواء كان ذلك فيزيائيًا أو كيميائيًا أو بيولوجيًا. تساعد أشواغاندا أيضًا في الحفاظ على التوازن العقلي وتدعم التعلم والذاكرة والتذكر. اشواغاندا قد تساعد في خفض مستويات الكورتيزول (الهرمون المنطلق في المواقف العصيبة) لدى الأفراد الذين يعانون من الإجهاد المزمن ، وفقًا لهذه الورقة حول دراسة جذر أشواغاندا في تقليل التوتر والقلق لدى البالغين.

مجمع ب تشتمل الكبسولات السائلة أو الكبسولات B المعقدة على مزيج من جميع فيتامينات ب ، وهي قابلة للذوبان في الماء ولها دور في دعم عمليات إنتاج الطاقة الطبيعية. يمكنك قراءة المزيد عن منتج B Complex الخاص بنا في مقال فيتامين ب المركب.

كارنيتين له دور مهم في استقلاب الطاقة عن طريق نقل الأحماض الدهنية طويلة السلسلة إلى الميتوكوندريا من أجل أكسدة بيتا. كما أنه يساعد في إزالة مستقلبات أسيتيل أنزيم أ عن طريق الارتباط بها لإفرازها في البول. Carnitine هو المصطلح العام لعدد من المركبات التي تشمل L-carnitine و acetyl-L-carnitine. تعتبر المنتجات الحيوانية مثل اللحوم والأسماك والدواجن من أفضل مصادر الكارنيتين. يُعتقد أن انخفاض وظيفة الميتوكوندريا يساهم في عملية الشيخوخة. وجدت هذه الورقة البحثية عن الكارنيتين ، أن تناول جرعات عالية من الأسيتيل-إل-كارنيتين وحمض ألفا ليبويك يقلل من تسوس الميتوكوندريا.

مرافق الإنزيم Q10 (CoQ10) ينقل الإلكترونات في سلسلة نقل الإلكترون كجزء من إنتاج ATP. في شكله المصغر ، يعتبر من مضادات الأكسدة القوية. إنه مهم بشكل خاص في الخلايا التي لديها متطلبات عالية من الطاقة مثل تلك الموجودة في القلب والتي تكون حساسة بشكل خاص لنقص CoQ10. نظرًا لأن CoQ10 قابل للذوبان في الدهون أو الدهون ، فمن المستحسن تناول هذا المنتج مع وجبة تحتوي على دهون. يوجد في العديد من الأطعمة مثل القلب والكبد والكلى والسبانخ والقرنبيط والبروكلي وما إلى ذلك. ينخفض ​​CoQ10 مع تقدم العمر وعندما تنخفض مستويات CoQ10 ، كما هو موضح في بحث 2014 حول CoQ10 ، لا تستطيع خلاياك إنتاج الطاقة التي تحتاجها و هذا يمكن أن يؤدي إلى التعب.

اليود. تحبس الغدة الدرقية اليود من الدم كما هو مطلوب لتكوين هرمون الغدة الدرقية (T4) وثلاثي يودوثيرونين (T3). هذه هي هرمونات الغدة الدرقية وهي ضرورية لوظيفة الغدة الدرقية الطبيعية. تساعد هرمونات الغدة الدرقية الجسم على إنتاج الطاقة. عندما تكون مستويات هرمونات الغدة الدرقية منخفضة ، لا يستطيع الجسم إنتاج الكثير من الطاقة كما يفعل عادة. وبالتالي يمكن أن يؤدي نقص اليود إلى التعب والضعف. المصادر الغذائية الجيدة لليود هي المحار والأسماك البحرية وكذلك في الأطعمة النباتية مثل الحبوب والحبوب.

حديد هو معدن أساسي يساهم في وضعها الطبيعي التمثيل الغذائي المدرة للطاقة. يحتاج الجسم حديد لإنتاج الهيموجلوبين ، وهو البروتين الموجود في خلايا الدم الحمراء الذي ينقل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم. يمكن أن يشعرك نقص الحديد (فقر الدم)مرهق وضعيف. يتم تضمين فيتامين ج في تركيبة الحديد الأيضي وفيتامين ج لأنه يزيد من التوافر البيولوجي للحديد.

المغنيسيوم له دور مهيمن في إنتاج واستخدام ATP ، حيث أنه يشكل مجمعات Mg-ATP. هذه المجمعات هي عوامل مساعدة للعديد من الكينازات التي تنشط أثناء تحلل السكر. ينظم المغنيسيوم أيضًا نشاط العديد من الإنزيمات المشاركة في دورة حمض الستريك / كريبس. يمكنك قراءة المزيد عن المغنيسيوم ووظائفه في دليل الممارس للمغنيسيوم.

النياسين ، المعروف أيضًا باسم فيتامين ب 3 هو مقدمة لمساعدات إنزيمات نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD) وفوسفات NAD (NADP) ، والتي تشارك في العديد من التفاعلات الأيضية. يلعب NAD وشكله المصغر NADH دورًا مهمًا في استقلاب الطاقة عن طريق نقل الإلكترونات في سلسلة نقل الإلكترون في الميتوكوندريا. يحتوي النياسين أيضًا على خصائص مضادة للأكسدة ويمنع الإجهاد التأكسدي. تشمل الأطعمة التي تحتوي على نسبة عالية من النياسين الكبد والدجاج والتونة والسلمون والأفوكادو والأرز البني والفول السوداني.

الريبوفلافين ، المعروف أيضًا باسم فيتامين ب 2 هو أحد مكونات الفلافوبروتينات فلافين الأدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD) وفلافين أحادي النوكليوتيد (FMN). تعمل هذه كحاملات للإلكترون في سلسلة نقل الإلكترون في الميتوكوندريا وتشارك في أكسدة الأحماض الدهنية وبالتالي تساهم دورة حمض الستريك / كريبس في عملية التمثيل الغذائي لإنتاج الطاقة الطبيعية. يوجد الريبوفلافين بشكل طبيعي في البيض واللحوم الخالية من الدهون والخضروات الخضراء والحبوب المدعمة.

ريبوز هو سكر مهم عنصر مهم في النيوكليوتيدات RNA. إنه مصدر طاقة مصنوع من الطعام وهو وقود الميتوكوندريا لإنتاج ATP الذي يوفر الطاقة الخلوية. تشير بعض الأبحاث ، التي تبحث في تأثير مكملات الريبوز على إعادة تركيب نيوكليوتيدات الأدينين بعد تدريب مكثف متقطع ، إلى أن مكملات D-Ribose قد تساعد في استعادة مخازن ATP في خلايا العضلات. تشمل الأطعمة النموذجية التي تحتوي على الريبوز الفطر والجبن والحليب والبيض.

الثيامين، المعروف أيضًا باسم فيتامين ب 1 يساهم في الطاقة الطبيعية التي تنتج الأيض. ثيامين هيدروكلوريد هو شكل ملح من الثيامين ، وهو ضروري لعملية التمثيل الغذائي الهوائي ، ونمو الخلايا ، ونقل النبضات العصبية وتخليق الأسيتيل كولين. عندما يتحلل هيدروكلوريد الثيامين ، يتم فسفرته إلى الشكل النشط لبيروفوسفات الثيامين. هذا هو أنزيم للعديد من الأنشطة الأنزيمية التي تشمل الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية وأيض الكربوهيدرات. عندما يتم تقسيم الجلوكوز إلى طاقة ، يكون الثيامين عاملاً مساعدًا في عملية تحويل البيروفات إلى أنزيم أسيتيل أ. يعتبر البيروفات أمرًا بالغ الأهمية للعديد من جوانب التمثيل الغذائي البشري ، وهو أمر تم استكشافه في هذا البحث حول تنظيم استقلاب البيروفات والأمراض البشرية. يوجد الثيامين بشكل طبيعي في العديد من الأطعمة بما في ذلك الحبوب الكاملة والمعكرونة والأرز ولحم الخنزير والأسماك والبقوليات والبذور والمكسرات.

فيتامين سي، المعروف أيضًا باسم حمض الاسكوربيك يساهم في التمثيل الغذائي الطبيعي لإنتاج الطاقة. يعمل كمضاد للأكسدة لديه القدرة على تجديد مضادات الأكسدة الأخرى. يسهل فيتامين سي أيضًا امتصاص الأمعاء للحديد غير المعدني ، كما هو موضح بالتفصيل في هذا البحث عن وظيفة فيتامين سي. لا يستطيع الناس تصنيع فيتامين سي داخليًا ، لذا فهو عنصر غذائي أساسي. تشمل الأطعمة الغنية بفيتامين C البروكلي والشمام والقرنبيط واللفت والكيوي وعصير البرتقال والبابايا والفلفل الأحمر والأخضر أو ​​الأصفر والبطاطا الحلوة والفراولة والطماطم.

فيتامين هـ هو مركب قابل للذوبان في الدهون وله أنشطة مضادة للأكسدة ، مما يساعد على حماية الخلايا من الأضرار التي تسببها الجذور الحرة. الجذور الحرة هي مركبات تتشكل عندما تحول أجسامنا الطعام الذي نتناوله إلى طاقة. يحتوي فيتامين E الموجود بشكل طبيعي على ثمانية أشكال كيميائية ، تُعرف باسم فيتامين E توكوترينول ، (alpha- و beta- و gamma- و delta-tocopherol و alpha- و beta- و gamma و delta-tocotrienol). تميل المكسرات والبذور وبعض الزيوت إلى احتواء معظم فيتامين (هـ) لكل وجبة.

فيتامين ك هو عامل مساعد قابل للذوبان في الدهون للإنزيمات المشاركة في تخثر الدم والتمثيل الغذائي للعظام. يعمل كمضاد للأكسدة ويمكن أن يتبرع بالإلكترونات. هناك نوعان ، K1 و K2 ، يمكن تمييزهما عن طريق بنيتين رئيسيتين فيلوكينون (K1) وميناكينون (K2). تشير مراجعة أجريت عام 2019 حول الاختلافات بين K1 و K2 إلى أن الجسم يمكن أن يمتص ما يصل إلى عشرة أضعاف فيتامين K2 ، مثل MK7 ، من فيتامين K1. يوجد فيتامين K2 فقط في الأطعمة الحيوانية والأطعمة النباتية المخمرة ، مثل الناتو.

استنتاج

تقدم الأيضات مجموعة من المكملات الغذائية لدعم احتياجاتك الغذائية ومتطلبات الطاقة. في حين أن أفضل طريقة للقيام بذلك هي اتباع نظام غذائي متوازن وممارسة الرياضة وتقليل تعرضك للتوتر وضمان حصولك على قسط وافر من النوم ، فإن مكملاتنا الغذائية موجودة لتوفير مكونات عالية الجودة لدعمك على طول الطريق.

في حالة الحمل أو الرضاعة أو تناول الأدوية ، يُنصح باستشارة ممارس الرعاية الصحية قبل استخدام هذه المنتجات.


شاهد الفيديو: Anti-Aging: The Secet To Aging In Reverse (أغسطس 2022).