معلومة

7.7: تنظيم التنفس الخلوي - علم الأحياء


مهارات التطوير

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

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

الآليات التنظيمية

يتم استخدام مجموعة متنوعة من الآليات للتحكم في التنفس الخلوي. يوجد نوع من التحكم في كل مرحلة من مراحل استقلاب الجلوكوز. يمكن تنظيم وصول الجلوكوز إلى الخلية باستخدام بروتينات GLUT التي تنقل الجلوكوز (الشكل ( PageIndex {1} )). تتحكم الأشكال المختلفة لبروتين GLUT في مرور الجلوكوز إلى خلايا أنسجة معينة.

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

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

السيطرة على المسارات التقويضية

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

تحلل السكر

يبدأ التحكم في تحلل السكر بأول إنزيم في المسار ، هيكسوكيناز (الشكل ( PageIndex {2} )). يحفز هذا الإنزيم فسفرة الجلوكوز ، مما يساعد على تحضير المركب للانقسام في خطوة لاحقة. كما أن وجود الفوسفات سالب الشحنة في الجزيء يمنع السكر من مغادرة الخلية. عندما يتم تثبيط هيكسوكيناز ، ينتشر الجلوكوز خارج الخلية ولا يصبح ركيزة لمسارات التنفس في هذا النسيج. ناتج تفاعل هيكسوكيناز هو الجلوكوز 6 فوسفات ، والذي يتراكم عندما يتم تثبيط إنزيم لاحق ، فسفوفركتوكيناز.

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

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

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

دورة حمض الستريك

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

سلسلة نقل الإلكترون

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

ارتباط بالتعلم

قم بزيارة هذا الموقع لمشاهدة رسم متحرك لسلسلة نقل الإلكترون وتوليف ATP.

للحصول على ملخص لعناصر التحكم في التعليقات في التنفس الخلوي ، راجع الجدول ( PageIndex {1} ).

الجدول ( PageIndex {1} ): عناصر التحكم في التنفس الخلوي.
مسارالانزيم يتأثرمستويات مرتفعة من المستجيبالتأثير على نشاط المسار
تحلل السكرهيكسوكينازجلوكوز 6 فوسفاتينقص
فسفوفركتوكينازشحنة منخفضة الطاقة (ATP ، AMP) ، فركتوز 6 فوسفات عبر الفركتوز 2،6-بيسفوسفاتيزيد
شحنة عالية الطاقة (ATP ، AMP) ، سترات ، درجة الحموضة الحمضيةينقص
بيروفات كينازالفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفاتيزيد
شحنة عالية الطاقة (ATP ، AMP) ، ألانينينقص
تحويل البيروفات إلى أسيتيل CoAبيروفات ديهيدروجينيزADP ، بيروفاتيزيد
أسيتيل CoA ، ATP ، NADHينقص
دورة حمض الستريكنازعة هيدروجين الأيزوستراتADPيزيد
ATP ، NADHينقص
αنازعة هيدروجين كيتوغلوتاراتأيونات الكالسيوم ، ADPيزيد
ATP ، NADH ، Succinyl CoAينقص
سلسلة نقل الإلكترونADPيزيد
ATPينقص

ملخص

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

بروتين GLUT
بروتين غشائي متكامل ينقل الجلوكوز

7.7: تنظيم التنفس الخلوي - علم الأحياء

يمكن التحكم في التنفس الخلوي في كل مرحلة من مراحل استقلاب الجلوكوز من خلال آليات تنظيمية مختلفة.

أهداف التعلم

اشرح الآليات التي تنظم التنفس الخلوي.

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • تتحكم أشكال مختلفة من بروتين GLUT في مرور الجلوكوز إلى خلايا أنسجة معينة ، وبالتالي تنظم التنفس الخلوي.
  • يمكن للتفاعلات التي يتم تحفيزها بواسطة إنزيم واحد فقط أن تنتقل إلى حالة التوازن ، مما قد يؤدي إلى توقف التفاعل.
  • إذا كان من الضروري وجود إنزيمين مختلفين للتفاعل القابل للانعكاس ، فهناك فرصة أكبر للتحكم في معدل التفاعل ، ونتيجة لذلك ، يتم الوصول إلى التوازن بمعدل أقل.
  • غالبًا ما يتم التحكم في الإنزيمات عن طريق ربط جزيء بموقع خيفي على البروتين.

الشروط الاساسية

  • إنزيم: بروتين كروي يحفز تفاعل كيميائي بيولوجي
  • خيفي: مركب يرتبط بموقع غير نشط ، ويؤثر على نشاط الإنزيم عن طريق تغيير شكل البروتين (يمكن تنشيطه أو تعطيله)
  • الأيض: المجموعة الكاملة من التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلايا الحية

الآليات التنظيمية

يتم استخدام آليات مختلفة للتحكم في التنفس الخلوي. على هذا النحو ، يوجد نوع من التحكم في كل مرحلة من مراحل استقلاب الجلوكوز. يمكن تنظيم وصول الجلوكوز إلى الخلية باستخدام بروتينات GLUT التي تنقل الجلوكوز. بالإضافة إلى ذلك ، تتحكم أشكال مختلفة من بروتين GLUT في مرور الجلوكوز إلى خلايا أنسجة معينة.

نقل الجلوكوز: GLUT4 عبارة عن ناقل جلوكوز يتم تخزينه في حويصلات. تتسبب سلسلة الأحداث التي تحدث عند ارتباط الأنسولين بمستقبل في غشاء البلازما في اندماج الحويصلات المحتوية على GLUT4 مع غشاء البلازما بحيث يمكن نقل الجلوكوز إلى الخلية.

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

يتم التحكم في عدد من الإنزيمات المشاركة في كل مسار (على وجه الخصوص ، الإنزيم الذي يحفز أول تفاعل ملتزم للمسار) عن طريق ربط جزيء بموقع خيفي (غير نشط) على البروتين. هذا الموقع له تأثير على نشاط الإنزيم ، غالبًا عن طريق تغيير شكل البروتين. الجزيئات الأكثر شيوعًا في هذه السعة هي النيوكليوتيدات ATP و ADP و AMP و NAD + و NADH. هذه المنظمات ، المعروفة باسم المؤثرات الخيفية ، قد تزيد أو تقلل من نشاط الإنزيم ، اعتمادًا على الظروف السائدة ، مما يؤدي إلى تغيير البنية الفراغية للإنزيم ، وعادة ما تؤثر على تكوين الموقع النشط. هذا التغيير في بنية البروتين & # 8217s (الإنزيم & # 8217) إما يزيد أو يقلل من تقاربها مع الركيزة ، مع تأثير زيادة أو تقليل معدل التفاعل. يعمل ربط الجزيء بالموقع الخيفي على إرسال إشارة إلى الإنزيم ، مما يوفر التغذية الراجعة. هذا النوع من التحكم في التغذية المرتدة فعال طالما أن المادة الكيميائية التي تؤثر عليه مرتبطة بالإنزيم. بمجرد أن ينخفض ​​التركيز الكلي للمادة الكيميائية ، سوف ينتشر بعيدًا عن البروتين ، ويتم تخفيف التحكم.


الآليات التنظيمية

الآليات التنظيمية

يتم استخدام مجموعة متنوعة من الآليات للتحكم في التنفس الخلوي. يوجد نوع من التحكم في كل مرحلة من مراحل استقلاب الجلوكوز. يمكن تنظيم وصول الجلوكوز إلى الخلية باستخدام بروتينات GLUT التي تنقل الجلوكوز (الشكل 7.20). تتحكم الأشكال المختلفة لبروتين GLUT في مرور الجلوكوز إلى خلايا أنسجة معينة.

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

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


7.7: تنظيم التنفس الخلوي - علم الأحياء

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

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

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

الآليات التنظيمية

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

شكل 1. GLUT4 عبارة عن ناقل جلوكوز يتم تخزينه في حويصلات. تتسبب سلسلة الأحداث التي تحدث عند ارتباط الأنسولين بمستقبل في غشاء البلازما في اندماج الحويصلات المحتوية على GLUT4 مع غشاء البلازما بحيث يمكن نقل الجلوكوز إلى الخلية.

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

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

السيطرة على المسارات التقويضية

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

تحلل السكر

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

الشكل 2. يتم تنظيم مسار تحلل السكر بشكل أساسي في ثلاث خطوات إنزيمية رئيسية (1 و 2 و 7) كما هو محدد. لاحظ أن الخطوتين الأوليين اللتين يتم تنظيمهما تحدث في وقت مبكر من المسار وتتضمن التحلل المائي لـ ATP.

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

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

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

دورة حمض الستريك

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

سلسلة نقل الإلكترون

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

ارتباط بالتعلم

قم بزيارة هذا الموقع لمشاهدة رسم متحرك لسلسلة نقل الإلكترون وتوليف ATP.

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

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

ملخص القسم

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


كيف تؤثر السترات من دورة حامض الستريك على تحلل السكر؟

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

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

تتحكم آليات التغذية الراجعة السلبية فعليًا في عملية يمكن أن توقفها ، بينما تعمل التغذية الراجعة الإيجابية على تسريع العملية ، مما يسمح للخلية بعدم السيطرة عليها. ردود الفعل السلبية تحافظ بشكل طبيعي على التوازن ، في حين أن ردود الفعل الإيجابية تدفع النظام بعيدًا عن التوازن.


شاهد الفيديو: التنفس الخلوي Cellular Respiration (كانون الثاني 2022).