ايض الكاربوهيدرات – الجزء الثاني

ايض الكاربوهيدرات

الجزء الثاني

In the Carbohydrate metabolism part one, we study carbohydrate digestion and know that the end of digestion is production of Glucose, Fructose and Galactose
Also we know that glucose enters the liver through the hepatic portal vein and glucose should be oxidized through glycolysis
Now we will study glycolysis, but before we continue we need to tell you what is ATP? … this stands for Adenosine Tri-Phosphate which is the Currency of the energy in the cell … HOW? …. This compound contain 3 phosphate groups, each of which produce high energy when it is broken from ATP molecule …. So, when we talk about glycolysis and said that the step 1, for example, consume one phosphate group from ATP molecule, means that this step produce high energy.

احنا طبعا شوفنا فى الجزء الاول من ايض الكاربوهيدرات اذاى حصل هضم للكربوهيدرات وان فى النهاية بيكون عندنا جلوكوز وفراكتوز وجالاكتوز وتتبعنا مسار الجلوكوز وعرفنا انه بيروح للكبد عن طريق الوريد الكبدى البابى والمفروض هيحصله اكسدة فالكبد والعملية دى بنسميها جليكوليسس (glycolysis) او بالعربي التحلل السكري اللى فيها بيتكسر الجلوكوز وطبعا ده عشان نحصل على طاقة

قبل ما نبدا لازم نعرف الناس ايه هو الATP ده اختصار الى Adenosine Tri-Phosphate  وده ببساطة هو عملة الطاقة في الخلية والجسم كله ….اذاى؟ …. عشان فيه 3 جيزئات فوسفات كل واحدة فيهم لما تتكسر بدى طاقة كبيرة قوى ولذلك لما اجى اقول ان الخطوة رقم واحد مثلا اخدت جزئ فوسفات من جزئ ATP ده معناه ان الخطوة دى استهلكت طاقة

Glycolysis

A)  Definition:

It is the breakdown of glucose in the cell cytosol (= cytoplasm) producing pyrurate in the presence of oxygen or lactate in the absence of oxygen.

 هى تكسير الجلوكوز فى السيتوبلازم عشان يدينا pyruvate فى وجود الاكسجين او lactate فى غياب الاكسجين

B)   Site:

Glycolysis occurs in cytoplasm but:

  • In presence of O2, oxidation of glucose is complete in mitochondria where pyruvate enters the kerb’s cycle and the electron transport chain to complete the oxidation of glucose resulting in a high amount of energy.

  • In absence of O­2, pyruvate is converted into lactate in the cytoplasm giving a small amount of energy but it is important to some tissue.

Therefore:

Occurrence of glycolysis is of physiological importance in:

  1. Tissues with no mitochondria such as RBCs, cornea and lens.

  2. Tissues with few mitochondria: Testis, leucocytes, medulla of the kidney, retina, skin and gastrointestinal tract

  3. Tissues undergo frequent oxygen lack: skeletal muscles especially during exercise….. HOW? …. During hard exercises, muscles need large amount of energy which the Oxygen reach muscles is not enough for it, so, when glucose oxidized through glycolysis and pyruvate is produced and will compete oxidation in absence of oxygen due to the low amount of oxygen and so it will be converted into lactic acid and so the acidity will increase and pH will reduces and the muscle become exhausted …. So, in low oxygen supply or absence of oxygen, cells depends on the glycolysis in the cytoplasm and not on Krebs cycle in mitochondria.

Where they depend only on the glycolysis not on Krebs cycle and the electron transport chain



الglycolysis اللى هى اكسدة الجلوكوز بتحصل في السيتوبلازم ممكن تحصل فى وجود الاكسجين او فى غيابه بس فى حالة انها تحصل فى وجود الاكسجين لازم الpyruvate يروح الميتوكوندريا عشان يدخل فى دورة كريبس (kerbs cycle) وسلسلة النقل الالكتروني (electron transport chain) عشان نكمل اكسدة الجلوكوز ونحصل منه على طاقة عالية … طيب اذاى يعنى … هو مشالجليكوليسس (glycolysis) هى اكسدة الجلوكوز طيب اذاى هنكملها فسيكل تانية؟ …. الpyruvate ده عبارة عن 3 كاربون من جزء الجلوكوز والجليكوليسس (glycolysis) بتنتهى عند تكوين البيروفيت (Pyruvate) بمعنى ان فى الجليكوليسس (glycolysis) بيحصل اكسدة ل3 كاربونات فقط وبنحصل على طاقة من3 كاربونات فقط ولذلك الpyruvate اللى هو ال3 كاربونات الباقية بتكمل اكسدته فى الميتوكوندريا

ولكن فى حالة غياب  الاكسجين يتحول الpyruvate الى لاكتيت (lactate) او حمض اللاكتيك (lactic acid) ويدينا كمية طاقة قليلة جدا بس برضو مهمة لبعض الانسجة  ذى مثلا:

===> الانسجة اللى مفهاش ميتوكونديريا بتعتمد على كمية الطاقة القليلة دى عشان مشقدامها غير انها تحول الpyruvate الى الlactate   والانسجة اللى مفهاش ميتوكوندريا ذى كرات الدم الحمراء والقرنية والعدسات

===> ذيهم برضو الانسجة اللى فيهم عدد قليل من الميتوكوندريا ذى الطبقة اللى فيها النيفرونات في الكلية وبرضو كرات الدم البيضا والخصيتين وشبكية العين والجلد والجهاز الهضمى

===> كمان الانسجة اللى بتتعرض الى نقص اكسجين بصورة متكررة ذى مثلا العضلات وقت التمارين العنيفة …. طيب اذاى؟ …. مثلا في حالة التمارين الكتير العضلات تحتاج الى كمية طاقة كبيرة جدا وبالتالى الامداد بالاكسجين بيكون غير كافى فيكون قليل بالنسبة لكمية الاحتياج فلما يتاكسد الجلوكوز ونحصل منه على pyruvate هيتحول الى lactic acid عشان الاكسجين قليل وبالتالى الacidity هتزيد والpH هتقل وده هيصيب العضلة بالاجهاد وبالتالى في نقص او غياب الاكسجين الخلية تعتمد على الglycolysis فالسيتوبلازم ولاتعتمد على دورة كريبس Krebs cycle فالميتوكونديريا.

C)    Stages of glycolysis:

الglycolysis تتم فى 10 خطوات على مرحلتين كل مرحلة 5 خطوات واول ورحلة بتستهلك طاقة والتانية بتدى طاقة.

وطبعا الglycolysis تتم بعد فتح الgates  القولنا عليها عن طريق الانسولين

<<<<<<<Stage (I)>>>>>>>

It is the energy requiring stage

In this stage:

  • One molecule of glucose is converted into two molecules of glyceraldehyde-3-phosphate.

  • These steps consume 2 molecules of ATP .

stage-one-glyco

Step one:

1.      Event: (glucose phosphorylation)­

===> A phosphate group is transferred from ATP molecule to the carbon number 6 in the glucose molecule forming glucose-6-phosphate, thus this step is energy consuming.

===> Glucose-6-phosphate is an intermediate forming an important branch point in the metabolism.

===> This step is fast irreversible step

يعنى جزء الجلوكوز بياخد مجموعة فوسفات فى الكربونة رقم 6 من جزء ATP اللي بيتحول الى ADP وده معناه ان الخطوة دى بتستهلك طاقة والخطوة دى بتكون فاتجاه واحد يمعنى ان النواتج مينفعش يتفاعلو مع بعض تانى ويدونى جلوكوز

stage-1-step-1

2.  Enzymes stimulating this step:

===> The enzymes used are either glucokinase or hexokinase enzymes which are responsible for entry of glucose into the cell and phosphorylation of glucose which leads to glucose trapping inside the cell …. HOW this trapping occur?? …. The phosphate group that added on the carbon number six on glucose molecule will increase the polarity of glucose and this will make it difficult for glucose to pass through the non-polar part of the cell membrane (see Carbohydrate metabolism part one) and hence glucose is trapped inside the cell and can’t exit through the gates that is opened by insulin, therefore this step is irreversible because if it is reversible the glucose-6-ph will converted back to glucose and could exit from the cell again while the gates is still opened because this gates will be opened until many glucose molecules pass not just one molecule.

===>They are activated after a carbohydrate rich meal for 2 hours to lower the glucose blood level.

NOTE: Kinase enzyme always add phosphate group on the substrate

بمعنى الانسولين يفتح الgates ذى ماقولنا فى الجزء الاول من ايض الكاربوهيدرات وينشط الانزيمات دى ولما تنشط هتساعد الجلوكوز على الدخول وتعمله فسفرة  (phosphorylation) يعنى هتديله جزء فوسفات من جزء ATP اللى بتعمل trapping للجلوكوز يعنى بتحبسه جوة الخلية …. اذاى بقى؟؟ …. مجموعة الفوسفات هتذود الpolarity بتاعة الجلوكوز يعنى هتذود الشحنة بتاعته فهتخليه ميعرفش يخرج عشان مشهيعرف يعدى فى الجزء الnon-polar بتاع غشاء الخلية ذى ماقولنا الجزء الاول من ايض الكاربوهيدرات برضو وبالتالى ميعرفش يخرج تانى من الخلية والgates مفتوحة وعشان كدة الخطوة دى سريعة و irreversible يعنى في اتجاه واحد عشان لو كانت في اتجاهين الg-6-p هيتحول لجلوكوز تانى وبالتالى الجلوكوز ممكن يخرج من الخلية والgates مفتوحة لان الgates دى هتفضل مفتوحة شوية لحد ماتدخل كمية من الجلوكوز يعنى هى مشبتّدخل  جزئ واحد وتقفل وراه وبالتالى لو معملناش الPhosphorylation وحبسنا الجلوكوز هيعرف يخرج تانى

What is the difference between Hexokinase and glucokinase? (Click here to open)

ٍStep 2:

1.   Event: (formation of fructose-6-phosphate from glucose-6-phosphate)­

Isomerization of glucose-6-phosphate to fructose 6-phosphate, I.e. a conversion of an aldose into a ketose by phosphogluco-isomerase.

It doesn’t need energy because it occurs spontaneosly.

2.   Enzymes stimulating this step: phosphoglucose isomerase.

NOTE: Isomerase enzyme always catalyzes the structural rearrangements.

stage-1-step-2

فى الخطوة دى انزيم الايزوميرز (isomerase) اللى وظيفته يعمل تعديل  فى شكل الجزء…. بيعمل ايه؟ …. بيشيل جزئ هيدروجين من الكربونة رقم 2   يعنى ذرة هيدروجين من الكربونة وذرة من الOH ويحول ال(C-OH) الى (C=O) ويحط جزئ الهيدروجين على الكربونة رقم 1 اللى هى مجموعة الالدهيد (CHO) يعنى هيحط ذرة هيدروجين على الكاربونة وواحدة على الO ويحول ال (H-C=O) الى(CH2OH)

Step 3:

a.  Event: (Phosphorylation of Fructose-6-phosphate to fructose-1,6-­bisphosphate)­

–  Phosphorylation of Fructose-6-phosphate by ATP to fructose-1,6-­bisphosphate (F-1 ,6-BP)

–   This step is irreversible.

b.  Enzymes stimulating this step: by phosphofructokinase (PFK)

stage-1-step-3

طبعا قولنا في الخطوة الاولى ان الkinase بيضف مجموعة فوسفات على الجزئ وهيجيب الفوسفات ده منين؟ …. اكيد من جزئ ATP يعنى هيستهلك طاقة على الجزئ واسم الانزيم phosphofructokinase عشان هيضيف مجموعة فوسفات على الفركتوز بس كدة

Step 4:

a. Event: (cleave of 6-carbon sugar into two 3-carbon fragments)­

–  Splitting of fructose-1,6-bisphosphate into two 3-carbon fragments:

  • Glyceraldehyde 3-phosphate (GAP)

  • Dihydroxyacetone phosphate (DHAP)

–   Reversible under intracellular conditions

b.  Enzymes stimulating this step:

–  Aldolase. (This enzyme derives its name from the nature of the reverse reaction, an aldol condensation).

stage-1-step-4

طبعا دى سهلة انه مجرد بيكسر الجزء الى مركبين كل واحد فيهم 3 كربونات والانزيم ده اسمه aldolase متاخد من اسم التفاعل العكسى اللى هو ال aldol condensation اللى فيه بيفاعل كيتون مع الدهيد فسموه aldolase

Step 5:

a.  Event: (isomerisation of (GAP) to (DHAP))­

–  Isomerisation of Glyceraldehyde 3-phosphate (GAP) to Dihydroxyacetone phosphate (DHAP)

–  It is fast reversible step.

b. Enzymes stimulating this step: triose phosphate isomerase (TPI or TIM).

stage-1-step-5

c.  Importance of this step:

To get full energy from glucose molecules, in other words to get energy from the 6 carbons. EXPLAIN?

  • The cell can’t oxidize DHAP to get energy from it , thus it will be lost as a waste product.

  • Thus, the cell will obtain energy from GAP only (i.e. from 3 carbon of the glucose), not from the 6-carbons.

  • But, the GAP will continue the glycolysis and give energy, while DAHP is not

  • Thus, in order to get energy from the 6-carbons of glucose, the DHAP must be converted to GAP

الDHAP ده مشمفيد وعبارة عن waste بالنسبة للخلية ولو الخلية اتخلصت منه يبقى هتاخد طاقة من 3 كربونات بس مش من الستة كلهم وبالتالى الافيد ان الDHAP يتحول الى الGAP عشان الGAP بيكمل الglycolysis

After this step we get 2 molecules of Glyceraldehyde 3-phosphate (GAP):

One from step 4 and one from step 5.

طبعا كدة هيكون عندنا جزيئين GAP واحد من الخطوة الرابعة وواحد من الخطوة الخامسة وخلينا فاكرين ده عشان لما نيجى نحسب جزيائات الATP فى الاخر نعرف نحسبهم صح

See Glycolysis stage 2 in page 2

(0/5)0

Comments

Facebook Comments

Leave a Reply