التمثيل الغذائي والبناء الضوئي

توفر عملية هدم الجلوكوز الطاقة اللازمة للخلية الحية، ولكن الكائنات الحية تستهلك مواد أخرى غير الجلوكوز في غذائها،على سبيل المثال: قطعة الديك الرومي التي تناولتها على الغداء تحتوي على مجموعة من البروتينات وكذلك الدهون.

هذه البروتينات والدهون، وكذلك الكربوهيدرات تُعطي الطاقة للخلايا، ويحدث هذا لأن جميع المسارات الأيضية للكربوهيدرات، البروتينات والدهون تتصل في النهاية بمسار تحلل السكر (مسار تحلل الجلوكوز) ومسارات دورة حمض الستريك.

يُشار إلى المسارات الأيضية على أنها مسامية؛ أي تُدخل وتخرج المواد في مسار أيضي معين من مسارات أخرى.

هذه المسارات الأيضية ليست أنظمة مغلقة، فالعديد من المركبات تتحرك في مسار معين وهي مواد متفاعلة في مسارات أخرى.

ارتباط الأنواع المختلفة من السكريات مع أيض الجلوكوز

الجليكوجين: يعتبر الجليكوجين سكرًا معقدًا لأنه يتكون من العديد من جزيئات الجلوكوز.

يَختزن الجليكوجين الطاقة على المدى القصير في أجسام الحيوانات، فعند وجود جزيئات كافية من مركب أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) يتحول الجلوكوز الزائد إلى جليكوجين لتخزينه.

يُصنع الجليكوجين ويُخزن في الكبد والعضلات، ويستخدم هذا الجليكوجين المُخزن إذا انخفض مستوى السكر في الدم.

يعمل الجليكوجين الموجود في العضلات كمصدر للجلوكوز عند الحاجة أو عند ممارسة التمارين، والذي بدوره ينتج جزيئات أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP).

السكروز: هو سكر ثنائي يتكون من الجلوكوز والفركتوز ويتحلل السكروز في الأمعاء الدقيقة ويُمتص الجلوكوز والفركتوز كلاً على حِدَةٍ.

الفركتوز: هو أحد السكريات الأحادية الثلاثة جنبًا إلى جنب مع الجلوكوز والجلاكتوز، ويُمتص مباشرة في مجرى الدم أثناء الهضم.

يُنتج هدم كل من الفركتوز والجلاكتوز نفس عدد جزيئات أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) التي تُنتج من هدم الجلكوز.

ارتباط البروتينات بأيض الجلوكوز

تتحلل البروتينات إلى أحماض أمينية بواسطة مجموعة متنوعة من الإنزيمات في الخلايا وفي بعض الأحيان، يُعاد تدوير الأحماض الأمينية إلى بروتينات جديدة.

أما إذا كانت هناك أحماض أمينية زائدة أو إذا كان الجسم في حالة من الجوع، تتحول بعض هذه الأحماض الأمينية إلى مسارات هدم للجلوكوز.

ولكن قبل الدخول في هذه المسارات الأيضية تُزال المجموعات الأمينية لكل حمض أميني وذلك بتحويل المجموعة الأمينية إلى مجموعة أمونيا.

في الثدييات يصنع الكبد اليوريا من جزيء الأمونيا وجزيء ثاني أكسيد الكربون وبالتالي فإن اليوريا هي نفايات الثدييات الناتجة من النيتروجين الموجود في الأحماض الأمينية، وتتراكم اليوريا في البول لكي تلفظ خارج الجسم.

ارتباط الدهون مع أيض الجلوكوز

هناك نوعان من الدهون التي ترتبط بمسارات الجلوكوز؛ وهما الكوليسترول والدهون الثلاثية.

الكوليسترول: هي دهون تساهم في مرونة غشاء الخلية وكذلك تكوين هرمونات الستيرويد ويبدأ تكوين الكوليسترول بمجموعة أستيل حيث يرتبط بها الأنزيم وتبدأ عملية الأيض منها وفي اتجاه واحد فقط.

الدهون الثلاثية: هي شكل من أشكال تخزين الطاقة على المدى الطويل في الحيوانات، حيث تُخزن الدهون الثلاثية حوالي ضعف الطاقة التي تُخزنها الكربوهيدرات.

تتكون الدهون الثلاثية من الجلسرين وثلاثة أحماض دهنية ويمكن للحيوانات أن تصنع معظم الأحماض الدهنية التي تحتاجها؛ حيث تُصنع الدهون الثلاثية من خلال أجزاء من مسارات هدم الجلوكوز.

يمكن فسفرة الجلسرين من خلال تحليل السكر وتنقسم الأحماض الدهنية بعد ذلك إلى وحدتين من الكربون تدخل في دورة حمض الستريك.

دورة الطاقة

تصل الطاقة إلى الكائنات الحية عن طريق تكسير جزيئات الكربوهيدرات، ولكن إذا كانت النباتات تصنع جزيئات الكربوهيدرات، فلماذا تحتاج إلى تكسيرها؟

تُخزن جزيئات الكربوهيدرات الطاقة في جميع الكائنات الحية وعلى الرغم من أنه يمكن تخزين الطاقة في جزيئات مثل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) إلا أن الكربوهيدرات هي خزانات أكثر استقرارًا وكفاءة.

لذلك تقوم الكائنات الحية الضوئية -وهي التي تقوم بعمل البناء الضوئي- بتفاعلات التنفس لحصد الطاقة التي خزنتها في الكربوهيدرات، فتحتوي النباتات على الميتوكوندريا بالإضافة إلى البلاستيدات الخضراء.

يُنتج البناء الضوئي الأكسجين كمُنتج ثانوي، ويُنتج التنفس ثاني أكسيد الكربون كمُنتج ثانوي.

الخلاصة

• في الطبيعة لا يوجد شيء اسمه النفايات، حيث تُحفظ كل ذرة من المادة ومن ثم يُعاد تدويرها.
• تُغير المواد شكلها أو تنتقل من نوع واحد من الجزيئات إلى نوع آخر، ولكن لا تختفي أبدًا.
• في النباتات لا يُعد ثاني أكسيد الكربون شكلاً من أشكال النفايات التي يُنتجها التنفس وكذلك الأكسجين الذي يُنتج من البناء الضوئي، بل كلاهما ناتج ثانوي للتفاعلات.
• يمتص البناء الضوئي الطاقة لبناء الكربوهيدرات في البلاستيدات الخضراء، ويطلق التنفس الخلوي الهوائي الطاقة باستخدام الأكسجين لتحطيم الكربوهيدرات في الميتوكوندريا وتستخدم كلتا العضيتين سلاسل نقل الإلكترون لتوليد الطاقة اللازمة لإنتاج التفاعلات الأخرى.
• البناء الضوئي والتنفس الخلوي في الدورة البيولوجية يسمحان للكائنات الحية بالوصول إلى الطاقة التي تحافظ على الحياة والتي تنشأ على بعد ملايين الأميال من النجوم.