تمنع العوائق الثيرموديناميكية الانعكاس البسيط لتحلل السكر

أشار العالم كريبس (Krebs) إلى أن الحواجز الطاقية تعيق انعكاس جهة جريان مسار تحلل السكر بين البيروفات وفسفوإينول بيروثات، وبين فركتوز 6,1 - ثنائي فسفات وفركتوز - 6 فسفات، وبين جلوكوز 6 - فسفات والجلوكوز، وبين جلوكوز 1- فسفات والجليكوجين. حيث أن جميع هذه التفاعلات هي غير متوازنة وتحرر الكثير من الطاقة الحرة على شكل حرارة، وبالتالي فهي غير عكسية فيزيولوجيأ. ويمكن تجاوزها بالدوران حولها بوساطة تفاعلات خاصة.

(1) - البيروفات والفسفوإينول بيروفات. يوجد في المتقدرات (Mitochondria) إنزيم هو كربوكسيلاز البيروثات الذي يقوم، بوجود كل من ATP وثيتامين البيوتين (B8) و CO2، بتحويل البيروفات إلى أكسالوأسيتات. وتتلخص وظيفا البيوتين بربط CO2 من البيكربونات بالإنزيم قبل أن تتم إضافة CO2 إلى البيروفات (الشكل 52-13). والإنزيم الثاني هو كربوكسي كيناز فسفوإينول بيرووفات الذي يتحفز تحول الأكسالوأسيتات إلى فسفوإيتول بيروفات. ويتطلب هذا التفاعل فسفات عالية الطاقة فى شكل GTP أو ITP، ويتحرر الـ CO2. وبهذا الشكل، وبمساعدة هذين الإنزيمين المحفزين لتفاعلي تحول أخذين (ماصين) للطاقة وكذلك نازعة هيدروجين اللاكتات، يمكن تحويل اللاكتات إلى فسفوإينول بيروفات، والتغلب على الحاجز الطاقي بين البيروفات والفسفو إينول بيروفات.

يكون كربوكسي كيناز الفوسفو إينول بيروفات إنزيماً متقدرياً في أكباد الحمامة والدجاجة والأرنب، وتتقل الفسفوإيتول بيروفات إلى العصارة الخلوية لتتحول إلى فركتوز 1 ، 6- ثنائي الفسفات بانعكاس مسار تحلل السكر. أما في الجرن والفأر فإن الإنزيم يتوضع في العصارة الخلوية، وهذا يخلق مشكلة لأن الأكسالوأسيتات لا تنتشر عبر الغشاء المتقدري الداخلي. ويمكن التغلب على ذلك بتحويل الأكسالو أسيتات إلى مالات التي تستطيع الانتقال إلى العصارة الخلوية، حيث تتحول هناك ثانية إلى أكسالو أسيتات بوساطة نازعة هيدروجين المالات خارج المتقدرية. ويتوزع الإنزيم بالتساوى ما بين العصارة اخلوية والمتقدرات عند الإنسان والبقرة وخنزير غينيا.

(2)  الفركتوز ا، 6 - ثنائي فسفات والفركتوز - فسفات. إن تفاعل نحول الفركتوز 1، 6 - ثنائي الفسفات إلى الفركتوز 6 - فسفات ضروري لتحقيق انعكاس تحلل السكر، وهو ببحفز بإنزيم خاص هو 1، 6 ثنائى فسفاتاز الفركتوز. وهو إنزيم أساسي، من وجهة نظر أخرى، ذلك أن وجوده هو الذي يحدد فيما إذا كان النسيج قادراً أم لا على تخليق الجليكوجين ليس فقط من البيروفات بل وأيضاً من مركبات فسفات التريوز. ويوجد هذا الإنزيم في الكبد والكلية، كما تبين وجوده في العضلات المخططة. ويبدو أنه لا يوجد في العضلات الملساء وعضلة القلب.

(3)  الجلوكوز 6 - فسفات والجلوكوز. يحفز تحول الجلوكوز 6- فسفات إلى الجلوكوز بإنزيم فسفاتاز نوعي أخر هو فسفاتاز 6 - الجلوكوز. الذي يوجد في الكبد والكلية ويغيب من العضلات والنسيج الدهني. ويسمح وجوده للنسيج بأن يعطي الجلوكوز إلى الدم.

(4)  الجلوكوز 1- فسفات والجليكوجين. ينجز تحطيم الجليكوجين إلى الجلوكوز 1- فسفات بوساطة إنزيم الفسفوريلاز. أما تخليق الجليكوجين فهو يتضمن مسارا مختلفا تماماً من خلال تشكيل جلوكوز ثنائي فسفات اليوريدين وفاعلية سنثار الجليكوجين (الشكل 20-1). وتسمح هذه الإنزيمات الأساسية لانعكاس تحلل السكر

بأن يلعب دوراً رئيسياً في تصنيع السكر. ويعرض (الشكل 21-1) العلاقة القائمة بين تصنيع السكر ومسار تحلل السكر. فبعد نقل الأمين أو نزعه، تشكل الأحماض الأمينية المولدة للسكر إما الييروفات و إما عناصر من دورة حمض السيتريك. وبهذا الشكل، يمكن للتفاعلات الموصوفة أعلاه أن تكون مسؤولة عن تحول كل من الأحماض الأمينية المولدة للسكر واللاكتات إلى الجلوكوز أو الجليكوجين. وبناء عليه تقوم اللاكتات بتشكيل البيروفات التي دج ب أن تدخل للمتقدرات قبل أن تتحول إلى الاكسالو أسيتات والتحول النهائي إلى الجلوكوز.

تعد البروبيونات مصدراً رئيسياً للجلوكوز عند المحترات وهي تدخل المسار الرئيس لتصنيع السكر عن طريق دورة حمض السيتريك بعد تحولها إلى سكسينيل -CoA . ويتم أولا تنشيط البروبيونات بوجود ATP وCoA وسنتيتاز أسيل -CoA مناسب، ثم يخضع ناتج هذا التفاعل، بروبيونيل -CoA لتفاعل تثبيت CO2، فيتشكل -D ميثيل مالوثيل -CoA بتحفيز كربوكسيلاز البروبيونيل -CoA (الشكل 2-21). ويشابه هذا التفاعل تفاعل تثبيت الـ -CoA في أسيتيل -CoA بوساطة كربوكسيلاز أسيتيل -CoA (الفصل 23) في أنه يشكل مشتق المالونيل وأنه يتطلب فيتامين البيوتين كتميم إنزيمي ثم يجب أن تتحول -D ميتيل مالونيل -CoA إلى مصاوغه الفراغي L- ميتيل مالونيل -CoA بوساطة راسيماز ميتيل مالونيل -CoA، الذي يتطلب الفيتنامين B12 كتلميم إنزيمي. لذلك فإن عوز B12 عند الإنسان والحيوان يؤدي إلى إفراغ كمببات كبببرة من الميتيل مالوتات (بيلة حمض ميثيل مالونيك Methylmalonic aciduria).

على الرغم من أن المسار إلى السكسينات هو الطريق الأساسي لأيض البروبيونات، إلا أنه يمكن استخدامها أيضاً كجزيء بادئ (مشرع) لتخليق - في النسيج الشحمي وغدة الثدي - الأحماض الدهنية ذات العدد المفرد من ذرات الكربون في الجزيء. وتوجد الأحماض الدهنية ذات الـ C15 و C17 بشكل خاص ضمن شحميات المجترات. حيث أنها تشكل مصدراً مهماً لهذه الأحماض الدهنية في غذاء الإنسان وهي تتحطم في النهاية لتعطي البروبيونات في الأنسجة .

الشكل 21-1 : السبل الرئيسة فى تصنيع السكر وتحلله وتنظيمها فى الكبد. أشير إلى نقاط دخول الأحماض الأمينية المكونة للجلوكوز بعد نقل الأمين بأسهم ممتدة من دوائر. (انظر أيضاً الشكل 18-4). تكون الإنزيمات الأساسية فى تصنيع السكر موضوعة ضمن مستطيلات مزدوجة الحافة. يؤمن ال ATP اللازم لتصنيع السكر من أكسدة الأحماض الدهنية طويلة السلسلة. تحظى البروبيونات بأهمية كمية عند المجترات فقط. تشير الأسهم المتموجة إلى التأثيرات التفارغية؛ والأسهم المتقطعة إلى التعديل التكافؤى (التساهمى) بوساطة الفسفتة العكسية. تعمل التراكيز المرتفعة من الألانين كإشارة لتصنيع -السكر عن طريق تثبيط تحلل السكر عند خطوة كيناز البيروفات.

الجليسرول هو ناتج عن الأيض في النسيج الشحمي، وتستطيع استعماله فقط تلك الأنسجة التي تملك الإنزيم المنشط؛ كيناز الجليسرول (Glycerol kinase)، وهو إنزيم يحتاج للـ ATP ويوجد في الكبد والكلية من بين باقي الأنسجة. ويحفز كيناز الجليسرول تحول الجليسرول إلى جليسرول -3 فسفات. حيث يتصل هذا المسار مع مراحل فسفات التريوز في مسار تحلل السكر، لأنه قد يؤكسد. الجليسرول 3-فسفات إلى ثنائي هيدروكسي الأسيتون فسفات بوساطة +NAD وبوجود نازعة هيدورجين الجليسرول 3- فسفات. ويكون كل من الكبد والكلية قادرا على حويل الجليسرول إلى جلوكوز للدم باستعمال الإنزيمات المذكورة أعلاه وبعض إنزيمات تحلل السكر وإنزيمات معينة من مسار تصنيع السكر هي 1 ، 6 ثنائي فسفاتاز الفركتوز وفسفاتاز الجلوكوز- 6 (الشكل 21-1).