تفاعلات تحلل السكر هي المسار الرئيسي لاستعمال الجلوكوز

فيما يلي المعادلة الإجمالية لتحلل السكر بدءاً هن الجلوكوز إلى اللاكتات:

توجد كافة إنزيمات مسار تحلل السكر (الشكل 19-2) في الجزء الذواب خارج المتقدري من الخلية، أي العصارة الخلوية، ومع أن الدلائل تتراكم وتشير إلى أن يعض الإنزيمات قد تكون مرتبطة مع البئى دوين الخلوية في الخلية إلى جانب السيتوزول. وهي تحفز تفاعلات تطل السكر من الجلوكوز إلى البرروفات واللاكتات على الشكل المبين بعد ذلك.

يدخل الجلوكوز لمسار تحلل السكر بالفسفتة إلى جلوكوز 6 - فسفات بوساطة إنزيم هكسوكيئاز (Hexokinase) ولكن في الخلايا المتنية الكبدية وفي خلايا جزيرات البنكرياس، ينجز هذا التفاعل بوساطة جلوكوكيناز (Glucokinase)، الذي تكون فعاليته في الكبد قابلة للحث (للتحريض Inducible) وتتأثر بتيدلات الحالة التغذوية. ويلزم هنا ال- ATP كمانح لفسفات، وكما في معظم التفاعلات التي تتضمن الفسفتة، يتفاعل ATP وهو بشكل معقد ATP-Mg. حيث تستعمل الفسفات عالية الطاقة الطرفية في ATP فينتج ADPJ. ويكون هذا التفاعل مترافقاً مع ضياع كبير في الطاقة الحرة بشكل حرارة، ولهذا، ففي الشروط الفيزيولوجية مكن أن يعد هذا التفاعل غير عكسي. ويتثبط الككسوكيناز بأسلوب تفارغي بوساطة الناتج جلوكوز 6 - فسفات.

ويوجد الهكسوكيناز فعليا في كافة الخلايا خارج الكبد، ويتمتع بألفة عالية (أي Km منخفض) تجاه ركيزته، الجلوكوز. أما وظيفته فهي ضمان توفير الجلوكوز للأنسجة، حتتى ولو كان ذلك بوجود تراكيز منخفضة من الجلوكوز في الدم، ويتحقق ذلك بفسفتة كل الجلوكوز الذي يدخل للخلية، وبذلك يحافظ على مدروج تركيزي كبير من الجلوكوز ما بين الدم والوسط داخل الخلوي. وهو يعمل على كل من الأنوميرين - a و - B للجلوكوز، ويحفز أيضاً فسفتة الهكسوزات الأخرى ولكن بمعدل أبطأ بكثير من الجلوكوز.

إن وظيفة الجلوكوكيناز هي إزالة الجلوكوز من الدم بعد تناول وجبة الطعام. وعلى عكس الهكسوكيناز، فهو يتمتع بقيمة Km عالية من أجل الجلوكوز ويعمل على النحو الأمثل عند تراكيز أعلى من 5 ممول/ل من الجلوكوز في الدم (الشكل 21-5) وهو نوعي للجلوكوز.

إن الجلوكوز 6 - فسفات مركب مهم يقع عند نقطة اتصال العديد من السبل الأيضية (تحلل السكر واستحداث السكر ومسار فسفات البنتوز واستحداث الجليكوجين وتحلل الجليكوجين). وهو في مسار تحلل السكر يتحول إلى فركتوز 6 - فسفات بوساطة فسفوهكسوز إيزوميراز (Phosphohexoseisomerase)، الذي تتضمن المصاوغة ألدوز — كيتوز. ويدخل في هذا التفاعل فقط المصاوغ الكربونيلي (الأنومير) X للجلوكوز 6 - فسفات.

ويلي هذا التفاعل فسفتة أخرى بوجود ATP وبتحفيز إنزيم الفسفوفركتوكيناز (Phosphofructokinase) (فسفوفركتوكيئازا) لينتج فركتوز 1، 6 - ثنائي الفسفات. والفسفوفركتوكيناز إنزيم تفارغي قابل للتحريض، وتلعب فعاليته دوراً مهماً في تنظيم معدل تلل السكر. ويمكن النظر إلى تفاعل الفسفوفركتوكيناز على أنه هو الآخر تفاعلأ غير عكسى وظيفيا في الشروط الفيزيولوجية.

ثم يشطر الفركتوز 1، 6 — ثنائي الفسفات بوساطة الألدولاز (Aldolase) (ألدولاز الفركتوز 1 ، 6— ثنائي الفسفات) إلى جزيتين من فسفات التريوز هما جليسرالدهيد 3— فسفات وثنائي هيدروكسي أسيتون فسفات.

لقد وصفت عدة أنماط مختلفة من إنزيما ت ألالدولاز، ويحوي كل منها أربع وحيدات (Subunits). يوجد الألدولاز A في أغلب الأنسجة، وإضافة إلى ذلك، يوجد الألدولاز B فى الكبد والكليتة. وتوجد.جزيئات فسفات الفركتوز فى الخلية بشكل الفورانوز بالدرجة الأولى، لكنها تتفاعل مع كل من أيووميراز الفسفوهكسور وفسفوفركتوكيناز والألدولاز وهي على شكل سلسلة مفتوحة. ثم يتحول كل من الجليسرألدهيد 3 - فسفات وثنائي هيدروكسي أسيتون فسفات بينيا بوساطة إنزيم أيزوميراز الفسفوتريوذ (Phosphotriose isomerase).

ويتواصل تحلل السكر بأكسدة الجليسرألدهيد 3 — فسفات إلى 1 ، 3— ثنائي فسفو جليسرات، وبسبب فعالية أيزوميراز الغسفوتريوز، فإن ثنائي هيدروكسي أسيتون فسفات يؤكسد أيفعا إلى 1 ، 3 - ثنائي فسفوجليسرات عن طريق جليسرالدهيد 3 -فسفات.

أما الإنزيم المسؤول عن تفاعل الأكسدة، فهو نازعة هيدروجين جليسرألدهيد 3-فسفات المعتمد على NAD. وهو يتألف بنيويا، من أربعة من عديدات الببتيدات (مونوميرات أي؛ مواحيد؛ أحاديات القسيمة: (Monomers) متماثلة مشكلة بذلك رباعي القسيمة (Tetramer).

وتوجد أربع زمر SH— في كل عديد ببتيدات، وهي مشتقة من ثمالات السيستئين في السلسلة متعددة الببتيد. وتوجد زمرة SH— واحدة منها عند المقر الفعال في الإنزيم (الشكل 19-3). وفي البداية تتحد الركيزة مع زمرة SH هذه فيتشكل ثيوالآسيتال النصفي (Thiohemiacetal) الذي يتحول بالاكسدة إلى إستر ثيولي عالي الطاقة؛ حيث تنزع ذرات الهيدروجين في هذه الاكسدة وتنقل إلى +NAD المرتبط بالإنزيم ويكون ال NADH المنتج مرتبطا بشكل غير محكم بالإنزيم على عكس ارتباط NAD+J. وبالتالي يستبدل الـ NADH. بسهولة بجزيء أخر من ال +NAD. وتضاف في النهاية الفسفات اللاعضوية (Pi) بالفسرلة (Phosphorolysis) (أي تحطيم رابطة بضم الفسفات)، فيتشكل 3،1 —ثنائي فسفو جليسرات، ويتحرر الإنزيم الحر مع زمرة -SH المعاد تشكلها. وتحفظ الطاقة المتحرره في أثناء الأكسدة بتشكيل زمرة كبريتية عالية الطاقة في الموقع 1 من مركب 3،1 ثنائي فسفو جليسرات.

وتقنص هذه الفسفات عالية الطاقة على شكل ATP بتفاعل لاحق مع ,ADPJ بتحفيز كيناز فسفو الجليسرات تاركة وراءها 3 - فسفو جليسرات.

الشكل 19-3: آلية أكسدة جليسرألدهيد 3 — فسفات. (Enz، نازعة هيدروجين جليسرألدهيد 3 — فسفات) يتثبط الإنزيم بإيودوأسيتأت السام لزمر -SH، والذي يكون بذلك قادرا على تثبيط تحلل السكر.

ونظرا لأن جريئين من فسفات التريوز يتشكلان من كل جزيء جلوكون يخضع لتحلل السكر، لذلك يتولد جزيئان من ال ATP في هذه المرحلة لكل جزيء جلوكوز، وهذا مثال واضح على الفسفتة على مستوى الركيزة. ويتنافس الزرنيخ (الأرسيتات)، في حال وجوده، مع الفسفات اللاعضوية (Pi) في التفاعلات السابقة فيتشكل 1 - زرنيخ (أرسيتو) -3- فسفو جليسرات، الذي يتحلمه تلقائيا ليعطي 3-فسفو جليسرات مع إطلاق حرارة دون توليد ATPJ. ويعد هذا مثالأ مهماً على قدرة الزرنيخ بإتمام فك اقتران الأكسدة والفسفتة. ثم يتحول 3 — فسفو جليسرات، الناشئ عن التفاعل السابق، إلى 2 — فسفو جليسرات بتحفيز إنزيم موتاز الفسفو جليسرات (Phosphoglycerate mutase). ومن المحتمل أن يكون 2، 3 - ثنائي فسفوجليسرات (ثنائي فسفو جليسرات DPG) مركباً متوسطا في هذا التفاعل

ويحفز الخطوة التالية إنزيم الإينولاز (Enolase) وهي تتضمن نزع ماء (Dehydration) وإعادة توزيع الطاقة في الجزيء فترتفع فسفات الموضع 2 إلى الحالة عالية الطاقة، وبذلك يتشكل فسفو. إيتول ييروفات. ويتثبط الإيتولاز بالفلوريد (Fluoride)، وهي الخاصية التي يعكن استخدامها عتد اللزوم لمتع حدوث تحلل السكر في الدم قبل معايرة الجلوكوز فيه. ويعتمد هذا الإنزيم أيضا على وجود إما +Mg2 أو +Mn2.

ثم تتقل زمرة الفسفات عالية الطاقة في فسفوإينول بيروفات إلى الـ ADP بوساطة إنزيم كيتاز البيروثات (Pyruvate kinase) لتوليد، في هذه المرحلة، جزيئين من ,ATPJ مقابل أكسدة جزيء واحد من الجلوكوز ويتحول الإيتول بيروقات المتشكل في هذا التفاعل بشكل تلقائي إلى الشكل الكيتوني للييروفات. وهذا التفاعل هو الآخر غير متوانن ويترافق مع ضياع كمية كبيرة من الطاقة الحرة على شكل حرارة ويحب النظر إليه على أنه تفاعل غير عكوس فيزيولوجيا.

إن حالة الأكسدة- إختزال في النسيج هي التي تحدد الآن أياً من المسارين سيجدي بعد ذلك. فاذا كانت الشروط اللاهوائية هي السائدة، فستتوقف عندئذ إعادة أكسدة الـ NADH عن طريق نقل المكافئات المختزلة عبر السلسلة التنفسية إلى الاكسجين. ويتم اختزال البيروفات بوساطة الـ NADH إلى اللاكتات، بتفاعل تحفزه نازعة هيدروجين اللاكتات (Lactate dehydrogenase). حيث يوجد لهذا الإنزيم عدة نظائر انزيمية لها أهمية سريرية.

تسمح إعادة أكسدة الـ NADH عن طريق تشكيل اللاكتات بأن يستمر مسار تحلل السكر بالجريان في غياب الاكسجين وذلك بإعادة تولببد كمية كافية من ال-؛NAD لحدوث دورة جديدة من التفاعل الذي حفزه نازعة هيدروجين جليسرألدهيد 3 -فسفات. أما في الشروط الهوائية، فيتم دخول البيروفات إلى المتقدرات وتتحول إلى أسيتيل -CoA ثم تؤكسد إلى CO2 في دورة حمض السيتريك. وتدخل كذلك المكافئات المختزلة من +NADH +H المتشكلة في تحلل السكر إلى المتقدرات عن طريق أحد المكوكين المعروضين في وذلك لكي تخضع للأكسدة.