تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

فيديو الدرس: تحلل الجلوكوز الأحياء

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف عملية تحلل الجلوكوز، ونتعرف على النواتج المتكونة.

١٥:٣٤

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف عملية تحلل الجلوكوز. وسوف نتعرف على نواتج ومتفاعلات عملية تحلل الجلوكوز، وسنصف التفاعلات الوسيطة التي تحدث أثناء تحول هذه المتفاعلات إلى نواتج.

تحلل الجلوكوز هو المصطلح المستخدم لوصف المرحلة الأولى من التنفس الخلوي. والتنفس الخلوي مهم للغاية بالنسبة إلى الكائنات الحية. فهو العملية التي يجري من خلالها تكسير السكريات لإطلاق الطاقة. يمكننا بعد ذلك استخدام هذه الطاقة لتنشيط التفاعلات الأيضية المهمة في خلايانا وإجراء العمليات الأساسية؛ مثل الهضم، والتنفس، والحركة. لعلك تتذكر المعادلة الكيميائية العامة للتنفس الخلوي. يتفاعل الجلوكوز مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء. في هذه العملية، تنطلق طاقة في صورة جزيئات ‪ATP‬‏. سنلقي نظرة على هذه المعادلة العامة بمزيد من التفصيل، ونفهم جميع التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث.

يحدث تحلل الجلوكوز في سيتوبلازم الخلايا. السيتوبلازم هو سائل يشبه الهلام يملأ الجزء الداخلي من الخلية ويحتوي على معظم عضيات الخلية. لا يتطلب تحلل الجلوكوز وجود أكسجين، ولكن المراحل التالية من التنفس الخلوي تتطلب ذلك. في حالة عدم وجود الأكسجين، تتبع عملية تحلل الجلوكوز عملية تسمى التخمر، وهي لا تنتج القدر نفسه من جزيئات ‪ATP‬‏ الذي تنتجه عملية التنفس الخلوي. لنبدأ إذن ونلق نظرة على تفاعلات تحلل الجلوكوز بمزيد من التفصيل.

هنا، يمكننا ملاحظة التسلسل العام للتفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء عملية تحلل الجلوكوز، لكن هذا يبدو معقدًا للغاية. لذا لنستعرض الأمر خطوة بخطوة. المتفاعل الأساسي في عملية تحلل الجلوكوز هو الجلوكوز. جزيء الجلوكوز له تركيب حلقي. لكن في الأشكال المبسطة، دعونا نستخدم سلسلة من ذرات الكربون. الجلوكوز هو أحد السكريات الأحادية. المقطع ‪saccharide‬‏ من الكلمة الإنجليزية ‪monosaccharide‬‏ يعني سكرًا، والمقطع ‪mono‬‏ يعني واحدًا. ويشير هذا إلى حقيقة أن الجلوكوز يتكون من وحدة سكر واحدة. يحتوي جزيء الجلوكوز الواحد على ست ذرات كربون؛ لذا نشير إليه بأنه سكر سداسي الكربون. نحصل على الجلوكوز اللازم لتحلل الجلوكوز من نظامنا الغذائي. وعادة ما تمثل الأطعمة التي تحتوي على كربوهيدرات، مثل المعكرونة والبطاطس والخبز، مصدرًا جيدًا للجلوكوز.

في المرحلة الأولى من تحلل الجلوكوز، يمر جزيء الجلوكوز بعملية تعرف باسم الفسفرة. تشير الفسفرة إلى تفاعل تضاف فيه مجموعات فوسفات إلى الجزيء. في عملية تحلل الجلوكوز، يفسفر الجلوكوز بالتتابع بواسطة جزيئي ‪ATP‬‏. يرمز ‪ATP‬‏ إلى الأدينوسين الثلاثي الفوسفات. لعلك تلاحظ أن كلمة ‪”‬‏ثلاثي‪”‬‏ تعني ثلاثة، ومن ثم فإن مصطلح الثلاثي الفوسفات يعني ثلاث مجموعات من الفوسفات. عندما يمنح جزيء من الأدينوسين الثلاثي الفوسفات مجموعة فوسفات إلى جزيء مختلف بمساعدة إنزيم، فإنه يتحول من ‪ATP‬‏ إلى ‪ADP‬‏. يرمز ‪ADP‬‏ إلى الأدينوسين الثنائي الفوسفات. وكلمة ‪”‬‏ثنائي‪”‬‏ تعني اثنين، وبهذا نعلم أن جزيء ‪ADP‬‏ يحتوي على مجموعتي فوسفات فقط.

لتكوين جزيء ‪ADP‬‏، تنكسر الرابطة بين مجموعة الفوسفات الثانية والثالثة في جزيء ‪ATP‬‏. وعندما ينطلق هذا الفوسفات غير العضوي من جزيء ‪ATP‬‏، فإنه يكون رابطة جديدة مع جزيء الجلوكوز. ويؤدي تكوين هذه الرابطة الكيميائية الجديدة بين مجموعة الفوسفات وجزيء الجلوكوز إلى إطلاق طاقة. كمية الطاقة التي تنطلق خلال تكوين هذه الرابطة الجديدة أكبر مما هو مطلوب لكسر الرابطة في جزيء ‪ATP‬‏. وبمساعدة الإنزيمات، يفسفر الجلوكوز بدوره بواسطة جزيئي ‪ATP‬‏. هذا يعني أن الجلوكوز يكتسب مجموعتين من الفوسفات، كما هو موضح في الشكل، ويرمز لكل منهما بحرف ‪P‬‏.

يعرف المركب المتكون أحيانًا باسم الجلوكوز المفسفر، ولكن بشكل أكثر دقة، يسمى فركتوز-1، -6 ثنائي الفوسفات. كلمة ثنائي تعبر عن وجود مجموعتين. ويشير الرقمان واحد وستة إلى ذرتي الكربون اللتين ترتبط بهما مجموعتا الفوسفات هاتان. الفركتوز هو نوع آخر من السكريات الأحادية. وهو مشابه جدًّا للجلوكوز؛ لأنه يحتوي أيضًا على ست ذرات كربون، لكن له تركيب مختلف قليلًا. يتحول الجلوكوز إلى الفركتوز بفعل إنزيم. ومن ثم أصبح لدينا الآن سكر جديد، وهو فركتوز 1، 6- ثنائي الفوسفات.

لنلق نظرة على المجموعة التالية من التفاعلات التي تحدث في عملية تحلل الجلوكوز. ‏فركتوز 1، 6- ثنائي الفوسفات، أي السكر الناتج عن فسفرة وتحويل الجلوكوز، هو سكر سداسي الكربون. بعد ذلك، ينقسم هذا المركب السداسي الكربون إلى مركبين ثلاثيي الكربون، وهذه عملية سهلة وبسيطة. هذان المركبان الثلاثيا الكربون لهما بضعة أسماء مختلفة. وقد يعتمد هذا على البلد الذي تتعلم فيه. سنستخدم اسم جليسرالدهيد 3-فوسفات، أو ‪G3P‬‏. ولكنك قد تجده أيضًا يسمى فوسفوجليسرالدهيد، أو ‪PGAL‬‏، أو تريوز فوسفات، أو‪TP‬‏. لذا لا ترتبك. فكل تلك المسميات تشير إلى الجزيء نفسه.

لقد اقتربنا من نهاية تفاعلات تحلل الجلوكوز. لنلق نظرة على الخطوات الأخيرة. تذكر أنه من جزيء واحد من فركتوز 1، 6- ثنائي الفوسفات ينتج جزيئا جليسرالدهيد 3-فوسفات. لذا، بالنسبة إلى المجموعة التالية من التفاعلات، تذكر أنها جميعًا ستحدث مرتين. بعد ذلك، يتحول جزيء الجليسرالدهيد 3-فوسفات إلى جزيء من حمض البيروفيك. حمض البيروفيك مركب كيميائي مهم يعرف بأنه مركب وسيط. وسنوضح سبب ذلك بعد قليل.

لكي يتحول جزيء جليسرالدهيد 3-فوسفات إلى جزيء من حمض البيروفيك، يجب أن يحدث أمران. فهو بحاجة إلى أن يفقد أيون هيدروجين ومجموعة فوسفات. لنستعرض هذا بمزيد من التفصيل. ‏‪NAD+‬‏ هو مرافق إنزيم. مرافق الإنزيم هو مركب أو جزيء غير بروتيني يساعد الإنزيمات في إجراء التفاعلات الكيميائية الحيوية. عندما يتحول ‪NAD+‬‏ إلى ‪NADH‬‏، يكتسب أيون هيدروجين وإلكترونين من الجليسرالدهيد 3-فوسفات. ونقول إن ‪NAD+‬‏ يختزل لأنه اكتسب إلكترونات. ومن ثم قد تلاحظ أن ‪NADH‬‏ يشار إليه باسم ‪NAD+‬‏ المختزل. يقترن هذا التفاعل بالتفاعل التالي. وباستخدام الطاقة الناتجة عن اختزال ‪NAD+‬‏، تضاف مجموعة فوسفات أخرى إلى الجليسرالدهيد 3-فوسفات.

لكن هذا المركب الجديد لا يدوم طويلًا. فبعد ذلك، يفقد الجزيء مجموعتي الفوسفات اللتين اقترنتا به. وتضاف مجموعتا الفوسفات هاتان إلى جزيئين من ‪ADP‬‏. وبهذا نكون قد وضحنا الأمر. من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية، يتحول الجلوكوز، أي المتفاعل، إلى جزيئين من الناتج، أي حمض البيروفيك. قد تبدأ في التساؤل. لماذا نظرنا إلى كل هذه التفاعلات المعقدة ولم نحصل على الكثير؟

أولًا: ينتج عن تحلل الجلوكوز نفسه جزيئا ‪ATP‬‏. في الواقع، الناتج الإجمالي هو أربعة جزيئات ‪ATP‬‏. لكن نتذكر أننا استخدمنا جزيئي ‪ATP‬‏ في المرحلة الأولى. إذن، الكمية الصافية الناتجة من ‪ATP‬‏ التي يمكن استخدامها في أي مكان آخر هي جزيئان. وهذا أمر مهم؛ لأن ‪ATP‬‏ هو جزيء يحمل الطاقة لجميع خلايانا. وهو جزيء صغير، ويمكن تكسيره بسهولة عن طريق كسر الرابطة بين مجموعتي الفوسفات الطرفية والوسطى. عندما تتحد مجموعة فوسفات منفصلة عن جزيء ‪ATP‬‏ مع جزيء آخر، يطلق التفاعل كمية صافية من الطاقة. ويمكن استخدام هذه الطاقة في معظم عملياتنا الحيوية المهمة. هذا يتضمن الحركة، والتنفس، والهضم، وبالطبع؛ المزيد من التنفس الخلوي. لكن جزيئي ‪ATP‬‏ لا يبدوان بالقدر الكثير، أليس كذلك؟ لماذا إذن يعد تحلل الجلوكوز مهمًّا للغاية؟

في الواقع، يعد تحلل الجلوكوز بداية سلسلة من مراحل عملية التنفس الخلوي. ونادرًا ما يحدث تحلل الجلوكوز بمفرده في أجسام البشر. فعادة ما تتبعه تفاعلات تسمى تفاعل الربط، ودورة كربس أو دورة حمض الستريك، والفسفرة التأكسدية. تنتج كل هذه التفاعلات مجتمعة كمية كبيرة من ‪ATP‬‏. لعلك تتذكر أننا نشير إلى حمض البيروفيك بالمركب الوسيط. لا يمكن أن تحدث المرحلة التالية من التنفس الخلوي، وهي تفاعل الربط، دون حمض البيروفيك. ومن ثم، يعد تحلل الجلوكوز مهمًّا للغاية لبدء كل هذه التفاعلات اللاحقة.

والآن بعد أن تعرفنا على تحلل الجلوكوز، لنجرب حل سؤال تدريبي.

ما الناتج الصافي لجزيئات ‪ATP‬‏ الناتجة عن تحلل جزيء واحد من الجلوكوز؟

تحلل الجلوكوز هو المرحلة الأولى من عملية التنفس الخلوي. يحدث تحلل الجلوكوز في سيتوبلازم خلايا جميع الكائنات الحية تقريبًا، سواء كان هناك أكسجين أم لا. في عملية تحلل الجلوكوز، يخضع جزيء من الجلوكوز لسلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية لتكوين جزيئين من حمض البيروفيك. في المجموعة الأولى من التفاعلات في عملية تحلل الجلوكوز، يستخدم جزيئا ‪ATP‬‏ في تحويل الجلوكوز إلى السكر المفسفر، وهو فركتوز 1، 6- ثنائي الفوسفات. وعليه، فإن ناتج ‪ATP‬‏ هو سالب اثنين.

بعد ذلك، ينقسم فركتوز 1، 6- ثنائي الفوسفات السداسي الكربون إلى مركبين ثلاثيي الكربون. هذا التفاعل لا يستخدم أي جزيئات ‪ATP‬‏، لكنه أيضًا لا ينتج أي جزيئات ‪ATP‬‏. إذن لا يزال الناتج الحالي من جزيئات ‪ATP‬‏ قائمًا عند سالب اثنين. وأخيرًا، يجب تحويل المركبين الثلاثيي الكربون إلى الناتج النهائي، وهو حمض البيروفيك. في هذا التفاعل، يضيف المركبان الثلاثيا الكربون أيون هيدروجين وإلكترونين إلى مرافق إنزيم يسمى ‪NAD+‬‏ لتكوين ‪NAD‬‏ المختزل أو ‪NADH‬‏. ويقترن هذا التفاعل بتفاعل آخر.

باستخدام الطاقة الناتجة عن اختزال ‪NAD+‬‏، تضاف مجموعة فوسفات أخرى إلى الجليسرالدهيد 3-فوسفات. لكن هذا المركب الجديد لا يدوم طويلًا. بعد ذلك، يفقد الجليسرالدهيد 3-فوسفات مجموعتي الفوسفات. تضاف مجموعتا الفوسفات إلى جزيئين من ‪ADP‬‏ لتكوين ‪ATP‬‏. لكل جزيء يتكون من حمض البيروفيك، ينتج جزيئا ‪ATP‬‏. ونظرًا لوجود جزيئين من حمض البيروفيك، ينتج إجمالي أربعة جزيئات من ‪ATP‬‏. إذن ناتج جزيئات ‪ATP‬‏ قبل هذه المرحلة كان سالب اثنين، وهنا أنتجنا أربعة جزيئات من ‪ATP‬‏.

الآن، نحن جاهزون لحساب الناتج الصافي من جزيئات ‪ATP‬‏. سالب اثنين ‪ATP‬‏ زائد أربعة ‪ATP‬‏ يعطينا ناتجًا صافيًا مقداره اثنان ‪ATP‬‏. إذن، لكل جزيء منفرد من الجلوكوز يخضع لتحلل الجلوكوز، يكون الناتج الصافي من جزيئات ‪ATP‬‏ هو جزيئين.

لنلخص ما تعلمناه في بعض النقاط الأساسية. التنفس الخلوي هو العملية التي تكسر بها الكائنات الحية الجلوكوز والركائز الأخرى لإطلاق الطاقة. تحلل الجلوكوز هو المرحلة الأولى من عملية التنفس الخلوي، ولا يستخدم فيه الأكسجين. المعادلة الأساسية لتحلل الجلوكوز هي: الجلوكوز زائد جزيئي ‪ADP‬‏ زائد جزيئين من الفوسفات غير العضوي يعطينا جزيئين من حمض البيروفيك زائد جزيئي ‪ATP‬‏. تستخدم التفاعلات الأولى في تحلل الجلوكوز ‪ATP‬‏ لتحويل الجلوكوز إلى فركتوز 1، 6- ثنائي الفوسفات. يتحول فركتوز 1، 6- ثنائي الفوسفات إلى جزيئي جليسرالدهيد 3-فوسفات، ثم يتحول الجليسرالدهيد 3-فوسفات إلى حمض البيروفيك. الناتج الصافي لـ ‪ATP‬‏ من تحلل الجلوكوز هو جزيئان.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.