الأحياء الجامعية — السنة الأولى · Bachelor Year 1
16التراكيب الحيوية والخلية المتكاملة
في الثامنة صباحًا يحوّل كبد سكر الفطور إلى غليكوجين وشحم؛ وفي الثالثة من صباح اليوم التالي يصنع الكبد نفسه سكرًا من الحموض الأمينية للعضل ويصبه في الدم لدماغ لم يأكل شيئًا منذ تسع ساعات. ولم يتغير شيء في الإنزيمات؛ وإنما تغير أيها مشغَّل. لقد فككت الفصول السابقة جزيئات الخلية؛ وهذا الفصل يركّبها — تراكيب السكريات والغليكوجين والشحوم والحموض الأمينية — ثم يسأل كيف تقرر خلية، وكائن حي، في كل لحظة أي السبل يجري. والجواب مجموعة صغيرة من العملات المشتركة، وبضعة إنزيمات عند مفترقات الطرق، وهرمونات تخبر كل خلية بحال الكل.
16.1 ما الذي يحتاج إليه التركيب
قضية 16.1 (متطلبات البناء الثلاثة)
كل تركيب حيوي يحتاج إلى هياكل كربونية، تُسحب من حفنة من وسائط التحلل السكري ودورة كريبس؛ وإلى قدرة مرجعة، تُزوَّد في هيئة NADPH؛ وإلى طاقة، تُزوَّد في هيئة ATP. ولذلك يلتقي الهدم والبناء عند مفترقات الطرق نفسها — غلوكوز-6-فوسفات، وفوسفات السكر الثلاثي، والبيروفات، وأسيتيل-CoA، و-كيتوغلوتارات، والأوكسالوأسيتات — لكنهما يجريان على إنزيمات منفصلة عند الخطوات اللاعكوسة، حتى يمكن تشغيل كل اتجاه على حدة، وهما يستعملان مرافقين مختلفين لإلكتروناتهما: NADH، مُبقًى مؤكسدًا، لأخذ الإلكترونات في الهدم؛ وNADPH، مُبقًى مرجعًا، لتسليمها في التركيب.
تعريف 16.2 (سبيل فوسفات الخماسيات)
سبيل فوسفات الخماسيات في العصارة الخلوية يؤكسد غلوكوز-6-فوسفات إلى ريبولوز-5-فوسفات و، فيرجع اثنين إلى NADPH؛ ثم يحوّل فرعه غير المؤكسد فوسفات السكريات الخماسية والرباعية والسداسية والسباعية بعضها إلى بعض، فتستطيع الخلية أن تصنع ريبوز-5-فوسفات للنوكليوتيدات حين تحتاج إلى خماسيات، وNADPH حين تحتاج إلى قدرة مرجعة (تركيب الشحم، والدفاع عن المؤكسدات)، أو الأمرين معًا، وأن تعيد الباقي إلى التحلل السكري. وهو المصدر الرئيس لمركب NADPH في الخلايا الحيوانية؛ أما في النبات فتزود التفاعلات الضوئية في البلاستيدة NADPH نهارًا.
16.2 صنع الغلوكوز: استحداث السكر
تعريف 16.3 (استحداث السكر)
استحداث السكر يصنع الغلوكوز من طلائع غير كربوهيدراتية — اللاكتات، والبيروفات، والغليسرول، والهياكل الكربونية لمعظم الحموض الأمينية — في الكبد (وقليلًا في الكلية). وهو يجري التحلل السكري بالمقلوب عبر خطواته العكوسة السبع ويتجاوز اللاعكوسة الثلاث بإنزيمات مختلفة: فيُكربكس البيروفات إلى أوكسالوأسيتات (في المتقدرة، بجزيء ATP واحد) ويُنزع كربوكسيله إلى فوسفوإينول بيروفات (بجزيء GTP واحد)؛ ويُحلمه فركتوز-1،6-ثنائي الفوسفات إلى فركتوز-6-فوسفات؛ ويُحلمه غلوكوز-6-فوسفات إلى غلوكوز حر يغادر الخلية. ولكل غلوكوز: 6 مكافئات ATP و2 NADH، مقابل ATP اثنين يعطيهما التحلل السكري — وهو ثمن إجراء سبيل هبوطي صعودًا.
قضية 16.4 (ما يستطيع أن يصير غلوكوزًا وما لا يستطيع)
اللاكتات والغليسرول والحموض الأمينية التي تعطي بيروفاتًا أو وسائط لدورة كريبس (وهي كلها إلا اللوسين واللايسين) يمكن تحويلها إلى غلوكوز. أما الحموض الدسمة فلا، عند الحيوان: فأكسدتها تعطي أسيتيل-CoA، وكربوناه يدخلان الدورة ويغادران في هيئة اثنين قبل أن يُكتسب أي أوكسالوأسيتات، فلا طريق صافيًا من أسيتيل-CoA إلى السكر. أما النباتات والفطريات والبكتيريا فتملك دورة الغليوكسيلات، وهي طريق مختصر يتخطى نزعي الكربوكسيل ويتيح لبذرة زيتية منبتة أن تحول شحمها إلى السكر الذي تحتاجه بادرتها. أما الثديي الجائع فلا بد له من صنع غلوكوزه من البروتين.
مثال 16.5 (دورة كوري)
عضلة تعدو تخمّر الغليكوجين إلى لاكتات تدخل الدم؛ فيأخذ الكبد اللاكتات، ويؤكسدها إلى بيروفات، ويصنع منها غلوكوزًا بكلفة 6 ATP لكل غلوكوز، ويعيد الغلوكوز إلى الدم لتستعمله العضلة من جديد. فتكون العضلة قد كسبت ATP اثنين لكل غلوكوز بلا أكسجين ومررت فاتورة قدرها 6 إلى الكبد، الذي يدفعها بالأكسجين على مهل: و«دين الأكسجين» في العدو السريع يُسدَّد في الكبد أساسًا.
16.3 الادخار: الغليكوجين والشحم
تعريف 16.6 (تركيب الغليكوجين)
يُدخَّر الغلوكوز غليكوجينًا بتنشيط غلوكوز-6-فوسفات إلى غلوكوز-UDP (بجزيء UTP واحد)، يضيفه سنتاز الغليكوجين إلى الأطراف غير المرجعة في الشجرة القائمة؛ وإنزيم التفريع يقص سلاسل قصيرة ويعيد وصلها ليصنع تفرعات (الفصل 10). والسنتاز والفسفوريلاز ينظمهما الإشارات نفسها في اتجاهين متعاكسين: فالفسفرة التي تشغّل الفسفوريلاز تطفئ السنتاز، فلا تُبنى الشجرة وتُفكك في آن.
تعريف 16.7 (تركيب الحموض الدسمة)
تُصنع الحموض الدسمة في العصارة الخلوية من أسيتيل-CoA المصدَّر من المتقدرة. وكربوكسيلاز أسيتيل-CoA، وهو الخطوة المنظَّمة، يكربكسه (بجزيء ATP واحد) إلى مالونيل-CoA؛ ثم يضيف سنتاز الحموض الدسمة كربونين كربونين من مالونيل-CoA إلى سلسلة نامية، ويرجع كل إضافة بجزيئي NADPH، حتى يتحرر البالميتات (C16): أي 8 أسيتيل-CoA، و7 ATP، و14 NADPH لكل بالميتات. والاستطالة ونزع الإشباع في الشبكة الإندوبلازمية يصنعان الحموض الأخرى؛ والأسترة بغليسرول-3-فوسفات (من فوسفات السكر الثلاثي) تصنع ثلاثيات الغليسيريد. وهذا السبيل ليس أكسدة بالمقلوب: فالإنزيمات مختلفة، والحجيرة مختلفة، ومالونيل-CoA بدل أسيتيل-CoA، وNADPH بدل وNADH — ومالونيل-CoA يسد نقل الحموض الدسمة إلى المتقدرة، فلا تصنع الخلية الشحم وتحرقه في آن.
مثال 16.8 (شحم من سكر)
كبد يُعطى غلوكوزًا أكثر مما يستطيع ادخاره غليكوجينًا يصنع شحمًا: غلوكوز إلى بيروفات إلى أسيتيل-CoA (فيفقد ثلث الكربون في هيئة ويكسب ATP)، ثم أسيتيل-CoA إلى بالميتات بكلفة ذلك ATP وNADPH من سبيل فوسفات الخماسيات، ثم بالميتات إلى ثلاثي غليسيريد يُشحن إلى النسيج الشحمي. وتضيع نحو من طاقة السكر في التحويل؛ ويُدخَّر الباقي أكثف بتسع مرات من الغليكوجين (الفصل 9). أما العكس — شحم إلى سكر — فمستحيل.
16.4 النتروجين: الحموض الأمينية والنوكليوتيدات
تعريف 16.9 (استيعاب النتروجين ونقل الأمين)
يدخل الأمونيوم المادة العضوية عبر الغلوتامات كله تقريبًا: فنازعة هيدروجين الغلوتامات تضيفه إلى -كيتوغلوتارات، وسنتيتاز الغلوتامين يضيف ثانيًا إلى السلسلة الجانبية للغلوتامات (بجزيء ATP واحد)، فيصنع الغلوتامين. ومن هذين المانحين تنقل ناقلات الأمين (بمرافق إنزيمي هو فيتامين B) الزمرة الأمينية إلى أي حمض -كيتوني، فتبني الحموض الأمينية من الهياكل الكربونية في السبل المركزية: فعائلة الغلوتامات من -كيتوغلوتارات، وعائلة الأسبارتات من الأوكسالوأسيتات، والألانين والسيرين من البيروفات و3-فوسفوغليسيرات. والنباتات والبكتيريا تصنع العشرين كلها؛ أما الحيوانات فقد فقدت السبل الطويلة إلى تسعة منها، وهي الحموض الأمينية الأساسية، وتأخذها من الغذاء. وناقلات الأمين نفسها، مجراةً بالمقلوب، تنزع النتروجين من فائض الحموض الأمينية لطرحه نشادرًا (الأسماك) أو بولةً (الثدييات) أو حمض بول (الطيور والحشرات).
مثال 16.10 (النوكليوتيدات)
تُركَّب حلقة البورين على ريبوز-5-فوسفات من غليسين، وأسبارتات، وغلوتامينين، ووحدتين أحاديتي الكربون، و، بكلفة ستة ATP؛ ويُركَّب البيريميدين من أسبارتات وفوسفات الكرباميل. وتُصنع النوكليوتيدات منقوصة الأكسجين من النوكليوتيدات الريبية بإرجاع السكر، باستعمال NADPH. والخلية المقبلة على الانقسام تصنع نحو نوكليوتيد في ساعة؛ والأدوية التي تسد هذه التراكيب — الميثوتركسات، و5-فلورويوراسيل — توقف الخلايا المنقسمة أولًا، ولهذا تعالج السرطان.
16.5 الثديي المتكامل
قضية 16.11 (التغذي والصيام)
تتقاسم الأعضاء العمل. فبعد وجبة يخبر الأنسولين الآتي من البنكرياس الكبدَ أن يدخر الغلوكوز غليكوجينًا ويحول الفائض شحمًا، والعضلاتِ أن تأخذ الغلوكوز وتدخر الغليكوجين، والنسيج الشحمي أن يأخذ الشحم؛ فيعود غلوكوز الدم، وقد ارتفع إلى ، إلى في ساعتين. وبين الوجبات يخبر الغلوكاغون الكبدَ أن يفكك غليكوجينه، ثم، كلما قلّ، أن يصنع الغلوكوز من اللاكتات والغليسرول والحموض الأمينية، والنسيجَ الشحمي أن يطلق الحموض الدسمة، فتحرقها العضلات والكبد بدل الغلوكوز؛ أما الدماغ، الذي لا يستطيع حرق الشحم، فيحتفظ بمقدار من الغلوكوز في اليوم. وفي صيام أيام يحول الكبد الحموض الدسمة إلى أجسام كيتونية، وهي حموض صغيرة يستطيع الدماغ استعمالها، فيهبط الطلب على الغلوكوز — وعلى البروتين الذي يصنعه — بمقدار الثلثين. أما الآليات الهرمونية فتنتمي إلى كتاب السنة الثانية؛ والمنطق الاستقلابي منطق هذا الفصل.
طريقة 16.12 (قراءة حالة استقلابية)
- اسأل أي وقود وفير: فالغلوكوز المرتفع يعني الادخار (غليكوجينًا، ثم شحمًا)؛ والغلوكوز المنخفض يعني الحشد.
- تتبع الإشارات: فالأنسولين ينشّط السنتازات ويعطّل الفسفوريلاز والليباز؛ والغلوكاغون يفعل العكس — وأساسًا بفسفرة الإنزيمات نفسها (الفصل 13).
- تحقق من مفترقات الطرق: فمركب ATP والسترات يسدان PFK ويفتحان استحداث السكر؛ وAMP يفعل العكس؛ ومالونيل-CoA يسد حرق الشحم ما دام الشحم يُصنع؛ وأسيتيل-CoA ينشّط الكربوكسيلاز الذي يبدأ استحداث السكر.
- انسب الأعضاء: الكبد (يدخر الغلوكوز ويصنعه ويصدّره؛ ويصنع الكيتونات والبولة)، والعضلة (تدخر الغليكوجين لنفسها، وتصدّر اللاكتات والألانين)، والنسيج الشحمي (يدخر الشحم ويطلقه)، والدماغ (يحرق الغلوكوز، ثم الكيتونات).
16.6 النبات المتكامل
قضية 16.13 (المنبع والمصب)
نهارًا تصدّر بلاستيدات الورقة الخضراء فوسفات السكر الثلاثي إلى العصارة الخلوية، حيث يُصنع منه سكروز يُصدَّر في اللحاء (الفصل 24) إلى الجذور والثمار والقمم النامية؛ وما لا يستطيع اللحاء أخذه يُحفظ في البلاستيدة نشا، وهو مخزن عابر، ويُحشد ليلًا لإبقاء السكروز جاريًا. وحيث يقرر كبد الثديي بين الغليكوجين والتصدير بالهرمونات، تقرر الورقة بين النشا والسكروز بمستوى الفوسفات في العصارة، وهو يتحكم في مصدّر غلاف البلاستيدة. فالنبات ينظم بتراكيز مستقلباته هو، عضوًا عضوًا؛ والثديي يضيف أمرًا عصبيًا وهرمونيًا على الكل.
مثال 16.14 (نشا ليلة)
تخصص الورقة نشا نحو نصف ما تثبته نهارًا وتهدمه بمعدل شبه ثابت طوال الليل، حتى ينفد المخزون قبيل الفجر: فقصّر الليل اصطناعيًا يبقَ نشا فائض؛ وطوّله يجُع النبات في الساعات الأخيرة. والمعدل يُعدَّل في الساعة الأولى من الظلام بحسب حجم المخزون وطول الليل المتوقع — وهي حسبة تُجرى بإنزيمات وساعة، في خلية بلا دماغ.
16.7 تمارين
تمرين 16.1 ★
سمِّ الأشياء الثلاثة التي يحتاج إليها تركيب حيوي، والسبيل الذي يزود معظم NADPH في خلية حيوانية.
حل
حل التمرين 16.1.
هياكل كربونية (من السبل المركزية)، وقدرة مرجعة (NADPH)، وطاقة (ATP). وسبيل فوسفات الخماسيات.
تمرين 16.2 ★
اذكر خطوات التحلل السكري اللاعكوسة الثلاث والإنزيم الذي يتجاوز كل واحدة منها في استحداث السكر.
حل
حل التمرين 16.2.
الهكسوكيناز، يتجاوزه فوسفاتاز غلوكوز-6؛ والفسفوفركتوكيناز، يتجاوزه فوسفاتاز فركتوز-1،6-ثنائي الفوسفات؛ وكيناز البيروفات، يتجاوزه كربوكسيلاز البيروفات مع كربوكسي كيناز PEP.
تمرين 16.3 ★
من شكل غلوكوز الدم، اقرأ الذروة بعد الفطور، وزمن العودة إلى ، وأدنى قيمة في الليل.
حل
حل التمرين 16.3.
الذروة نحو بعد ساعة من الوجبة؛ والعودة إلى بعد نحو ثلاث ساعات؛ وأدنى قيمة نحو قبل الفطور.
تمرين 16.4 ★
لماذا تستطيع بذرة دوار الشمس المنبتة أن تصنع سكرًا من زيتها ولا يستطيع الإنسان الجائع ذلك؟
حل
حل التمرين 16.4.
للبذرة دورة الغليوكسيلات، التي تحول أسيتيل-CoA اثنين إلى حمض رباعي الكربون دون فقد كربون في هيئة ، ومن ذلك الحمض تصنع سكرًا. أما الحيوانات فتفتقر إلى إنزيمي الطريق المختصر: فأسيتيل-CoA عندها يدخل دورة كريبس ويغادر كربوناه في هيئة قبل أن يظهر أي أوكسالوأسيتات صافٍ.
تمرين 16.5 ★★
احسب كلفة ATP لصنع غلوكوز واحد من لاكتاتين، والكلفة الصافية لدورة واحدة من دورة كوري (فالعضلة تكسب 2 والكبد ينفق 6). فمن يدفع، وبماذا؟
تمرين 16.6 ★★
بالميتات واحد يحتاج إلى 8 أسيتيل-CoA و7 ATP و14 NADPH. فكم جزيء غلوكوز يجب أن يمر بالتحلل السكري ونازعة هيدروجين البيروفات لتزويد أسيتيل-CoA، وكم يمر بسبيل فوسفات الخماسيات (2 NADPH لكل واحد) لتزويد NADPH؟
حل
حل التمرين 16.6.
كل غلوكوز يعطي أسيتيل-CoA اثنين: أي 4 غلوكوز. وكل غلوكوز يمر بالفرع المؤكسد يعطي 2 NADPH: أي 7 غلوكوز. فأحد عشر غلوكوزًا لبالميتات واحد — أربعة منها تزود الكربون وسبعة تزود الإلكترونات.
تمرين 16.7 ★★
فسّر لماذا يستعمل تركيب الحموض الدسمة وأكسدة إنزيمات مختلفة وحجيرات مختلفة ومرافقات مختلفة، وكيف يمنع مالونيل-CoA اجتماعهما.
حل
حل التمرين 16.7.
الإنزيمات المختلفة تتيح تشغيل كل اتجاه أو إطفاءه على حدة؛ والحجيرات المختلفة (العصارة للتركيب، والحشوة للأكسدة) تفصل مخزوني الوسائط؛ وNADPH يُبقى مرجعًا للتركيب بينما يُبقى NAD مؤكسدًا للهدم، فيكون كل اتجاه مواتيًا ترموديناميكيًا في مكانه. ومالونيل-CoA، وهو أول وسيط ملتزم بالتركيب، يثبط مكوك الكارنيتين الذي يحمل الحموض الدسمة إلى المتقدرة: فما دام الشحم يُصنع لا يُحرق منه شيء.
تمرين 16.8 ★★
اكتب نقل الأمين من الألانين إلى -كيتوغلوتارات وسمِّ الناتجين. وأي اتجاه يجري بعد وجبة بروتينية، وأيهما في صيام؟
حل
حل التمرين 16.8.
ألانين -كيتوغلوتارات بيروفات غلوتامات. فبعد وجبة بروتينية يعطي فائض الألانين نتروجينه للغلوتامات (يمينًا)، ليُطرح بولةً، ويُستعمل كربونه وقودًا أو غلوكوزًا. وفي الصيام يُهدم بروتين العضل وتُجمع زمره الأمينية على البيروفات في هيئة ألانين (يسارًا في العضلة)، يُشحن إلى الكبد، ويُعاد هناك إلى بيروفات وغلوكوز.
تمرين 16.9 ★★
مريض يفتقر إلى فوسفاتاز غلوكوز-6. تنبأ بالآثار في غلوكوز الدم بين الوجبات، وفي حجم الكبد، وفي لاكتات الدم، مع الأسباب.
حل
حل التمرين 16.9.
لا يستطيع الكبد إطلاق غلوكوز حر: فيهبط غلوكوز الدم هبوطًا خطرًا بين الوجبات (نقص سكر الدم). ويتراكم غلوكوز-6-فوسفات ويُحوَّل إلى غليكوجين لا يستطيع الكبد حشده إلى الدم: فيتضخم الكبد بالغليكوجين. وفائض غلوكوز-6-فوسفات يهبط أيضًا في التحلل السكري إلى لاكتات ترتفع في الدم.
تمرين 16.10 ★★★
يحتاج الدماغ إلى من الغلوكوز في اليوم، و من البروتين يعطي من الغلوكوز. احسب البروتين الذي يفقده صائم في اليوم لتغذية دماغه باستحداث السكر وحده، والعضل الذي يمثله ( بروتينًا). وفسّر ما الذي تغيره الأجسام الكيتونية، إذا خفضت حاجة الدماغ إلى الغلوكوز إلى .
تمرين 16.11 ★★★
الأنسولين ينشّط سنتاز الغليكوجين ويعطّل فسفوريلاز الغليكوجين؛ والغلوكاغون يفعل العكس. فسّر لماذا لا يمكن أن يكونا فعالين معًا، وماذا كان ليحدث لو كانا (واحسب ATP المهدور في كل دورة: UTP واحد لإضافة غلوكوز، ولا شيء لنزعه)، وفيم تُستعمل هذه «الدورة العقيمة» في تدفئة النحل الطنان لعضلات طيرانه.
حل
حل التمرين 16.11.
شلال الفسفرة نفسه ينشّط أحدهما ويعطّل الآخر، فالإشارة التي تفتح صمامًا تغلق الآخر. ولو كانا فعالين معًا لكلّف كل غلوكوز يُضاف (بجزيء UTP واحد، يكافئ ATP واحدًا) ويُنزع (مجانًا) ATP واحدًا لكل دورة ولم ينتج إلا حرارة. والنحل الطنان يجري دورة كهذه بالضبط (على فركتوز-6-فوسفات) في عضلات طيرانه قبل الإقلاع في صباح بارد، فيحرق ATP مدفأةً حتى تدفأ العضلة بما يكفي للطيران.
تمرين 16.12 ★★★
«لا خطة للخلية؛ بل لها صمامات.» ناقش في فقرة: التحكم الألوستيري والهرموني في إنزيمات المفترقات، ودور الإنزيمات المنفصلة للاتجاهين المتعاكسين، وما ينبثق عنها مما يشبه الخطة.
حل
حل التمرين 16.12.
كل إنزيم عند مفترق لا يستجيب إلا للجزيئات حوله — ATP، وAMP، والسترات، وأسيتيل-CoA، وفوسفات يضعه عليه كيناز — فينفتح أو ينغلق تبعًا لذلك؛ والإنزيمات المنفصلة للاتجاهين تعني أن فتح اتجاه يستطيع أن يغلق الآخر. ولا إنزيم يعلم شيئًا عن الفطور ولا عن الدماغ؛ ومع ذلك فمحصلة هذه الاستجابات الموضعية أن يدخر الكبد بعد وجبة، ويطلق ليلًا، ويوفر البروتين في صيام: أي استراتيجية متماسكة، بلا استراتيجي. و«الخطة» هي توصيل الصمامات، وقد اختاره الانتقاء، والهرمونات التي تضبط صمامات كثيرة دفعة واحدة هي ما يجعل الكائن يتصرف تصرفًا واحدًا.
16.8 مسألة: أربع وعشرون ساعة من حياة إنسان
مسألة 16.1
مسألة نهاية الأسبوع — يوم بلا فطور: المخازن موزونة، والدماغ مغذى، والبروتين معدود، والشحم محشود، وصولًا إلى ساعات الصيام التي يغطيها غليكوجين الكبد
بالغ كتلته ينفق في اليوم (أي بالمتوسط) ويحمل: غليكوجين كبد ، وغليكوجين عضل ، وشحمًا ، وبروتينًا (منه في العضل). والدماغ يستعمل من الغلوكوز في اليوم (أي )؛ وسائر الأنسجة المعتمدة على الغلوكوز (الكريات الحمراء، ولب الكلية) . والطاقة: الكربوهيدرات ، والشحم ، والبروتين ؛ و من البروتين يعطي من الغلوكوز باستحداث السكر؛ و من الشحم يعطي من الغلوكوز (من غليسروله).
الجزء الأول — المخازن.
- احسب الطاقة المحفوظة في كل من المخازن الأربعة، بالميغاجول، وأيام الإنفاق التي يمثلها كل منها.
- أي مخزن يستطيع أن يزود الدم بالغلوكوز مباشرة؟ ولماذا لا غليكوجين العضل؟
- احسب مجموع الغلوكوز الذي يحتاجه الجسم يوميًا لأنسجته المعتمدة على الغلوكوز.
- احسب الغلوكوز في الدم نفسه (، و، و) والدقائق التي كان ليغذي بها الدماغ وحده.
- أي كسر من الإنفاق اليومي هو غلوكوز الدماغ؟
- بعد وجبة يكون غليكوجين الكبد ممتلئًا وغلوكوز الدم ما زال يرتفع. سمِّ المصير التالي للغلوكوز والهرمون الذي يوجهه.
الجزء الثاني — الليل. تنتهي الوجبة الأخيرة عند الساعة 20:00؛ ومن ثم يزود الكبد وحده الدم بغلوكوزه.
- عند من الغلوكوز في اليوم، ما الطلب الساعي للأنسجة المعتمدة على الغلوكوز؟
- كم تدوم من غليكوجين الكبد عند ذلك المعدل، إن لم يزود شيء آخر الغلوكوز؟
- وفي الواقع يزود استحداث السكر نحو ثلث الغلوكوز من الساعات الأولى. أعد حساب مدة الغليكوجين.
- في أي ساعة من الصباح ينفد غليكوجين الكبد بحسب كل تقدير؟
- والعضلات في تلك الأثناء تحرق الحموض الدسمة. احسب الشحم المؤكسد طوال الليل () إذا كانت تمثل من إنفاق الراحة ولا تحرق إلا الشحم.
الجزء الثالث — اليوم التالي، بلا أكل.
- وقد نفد الغليكوجين، لا بد أن تأتي من الغلوكوز من استحداث السكر. احسب البروتين اللازم في اليوم، وكتلة العضل التي يمثلها.
- احسب ATP الذي ينفقه الكبد لصنع من الغلوكوز من البيروفات (6 ATP لكل غلوكوز) وطاقته عند .
- احسب إسهام غليسرول الشحم: كم شحمًا يُؤكسد في اليوم إذا غطى كل الإنفاق غير الغلوكوزي، وكم غلوكوزًا يعطي غليسروله؟
- أعد حساب البروتين اللازم بعد طرح إسهام الغليسرول.
- وعند ذلك المعدل، كم يومًا حتى يذهب نصف العضل؟
- ومن اليوم الثالث يصنع الكبد أجسامًا كيتونية ويأخذ الدماغ ثلثي طاقته منها؛ فتهبط حاجة الغلوكوز إلى للدماغ زائد للباقي. أعد حساب فقد البروتين في اليوم والأيام حتى فقد نصف العضل.
- احسب الأيام التي يدوم فيها مخزون الشحم عند في اليوم (وهو يهبط إلى في الصيام المطول: أعد الحساب).
- فسّر لماذا يموت الصائم من فقد البروتين قبل نفاد الشحم، وما الذي تؤخره الأجسام الكيتونية.
الجزء الرابع — الصمامات.
- سمِّ إنزيم الكبد الذي يجب أن يكون فعالًا عند الساعة 03:00 وخاملًا عند 09:00، والإنزيم الذي يجب أن يكون بالعكس، من أجل الغليكوجين.
- سمِّ الإشارة (الهرمون) التي تضبطهما في كل اتجاه، والتعديل الكيميائي الذي تعمل عبره.
- خلية كبدية عند الساعة 03:00 فيها أسيتيل-CoA مرتفع من أكسدة الشحم. سمِّ إنزيم استحداث السكر الذي ينشّطه هذا وإنزيم التحلل السكري الذي يثبطه ATP في الوقت نفسه.
- فسّر لماذا كان استحداث السكر والتحلل السكري، جاريين معًا في الخلية نفسها، لن يفعلا إلا تحويل ATP إلى حرارة، وكيف تمنع ذلك الإنزيمات المنفصلة عند التجاوزات الثلاثة.
- مريض سكري بلا أنسولين غلوكوز دمه مرتفع ومع ذلك يظل كبده يصنع الغلوكوز والأجسام الكيتونية. فسّر المفارقة من الصمامات.
- اذكر النتيجة: ساعات الصيام التي يغطيها غليكوجين الكبد (مع استحداث السكر وبدونه)، وفقد البروتين اليومي قبل الانتقال إلى الأجسام الكيتونية وبعده، والأيام التي يدوم فيها مخزون الشحم.
حل
حل المسألة 16.1.
1. غليكوجين الكبد ، أي 0.2 يوم؛ وغليكوجين العضل ، أي 0.8 يوم؛ والشحم ، أي 54 يومًا؛ والبروتين ، أي 20 يومًا (وهو غير قابل للاستعمال كله أبدًا). 2. غليكوجين الكبد: فللكبد فوسفاتاز غلوكوز-6. أما العضل فيفتقر إليه، فلا يعطي غليكوجينه إلا غلوكوز-6-فوسفات لتحلله السكري هو. 3. في اليوم. 4. : أي نحو عند . 5. ، أي ربع . 6. التحويل إلى حموض دسمة وثلاثي غليسيريد في الكبد، ثم التصدير إلى النسيج الشحمي؛ والأنسولين. 7. . 8. . 9. الغليكوجين يزود الثلثين، أي : . 10. الساعة 11:00 من صباح اليوم التالي بالتقدير الأول، و18:00 بالثاني — أي طوال الليل في الحالتين، والهامش يتوقف على متى يتولى استحداث السكر. 11. إنفاق الراحة على : ؛ و منه ؛ و من الشحم. 12. من البروتين، أي من العضل في اليوم. 13. من الغلوكوز؛ وعند 6 ATP لكل واحد يكون ذلك من ATP، وعند نحو — أي نحو من في اليوم: فصنع الغلوكوز رخيص، والذي ينقص الجسم هو الهياكل الكربونية لا الطاقة. 14. الإنفاق غير الغلوكوزي : أي من الشحم، يعطي غليسروله من الغلوكوز. 15. من البروتين، أي من العضل في اليوم. 16. من بروتين العضل عند في اليوم: أي نحو . 17. من البروتين، أي من العضل في اليوم؛ ونصف العضل في — وعمليًا يهبط الفقد أكثر، إلى في اليوم، كلما اقتصد الجسم. 18. يومًا؛ وعند ، 70 يومًا. 19. البروتين ليس مخزنًا بل هو الآلة: ففقد ثلثه (عضلات التنفس، والقلب، والبروتينات المناعية) قاتل، وذلك يحدث في أسابيع عند في اليوم أو أكثر، بينما كان الشحم ليدوم شهرين. أما الأجسام الكيتونية فتتيح للدماغ أن يعمل على الشحم، فتخفض الطلب على الغلوكوز ومن ثم فقد البروتين إلى الثلث، وتمد البقاء نحو الحد الذي يضعه الشحم. 20. فسفوريلاز الغليكوجين فعال عند 03:00، وسنتاز الغليكوجين عند 09:00. 21. الغلوكاغون (03:00) والأنسولين (09:00)؛ وفسفرة الإنزيمين بشلال كينازي، يعكسها فوسفاتاز. 22. أسيتيل-CoA ينشّط كربوكسيلاز البيروفات؛ وATP (والسترات) يثبط الفسفوفركتوكيناز. 23. الغلوكوز إلى بيروفات يعطي 2 ATP؛ والبيروفات راجعًا إلى غلوكوز يكلف 6: فكل رحلة ذهاب وإياب تحرق 4 ATP بلا ناتج. وبإنزيمات متمايزة عند التجاوزات الثلاثة، تنشّط الإشارات نفسها (ATP، وأسيتيل-CoA، والفسفرة) مجموعة وتثبط الأخرى، فلا ينفتح إلا اتجاه واحد. 24. بلا أنسولين تُضبط الصمامات كما في الصيام مهما كان الغلوكوز: فالفسفوريلاز واستحداث السكر وحل الشحم مشغَّلة، والتركيب مطفأ، والكبد، «ظانًا» أن الجسم جائع، يصب الغلوكوز والكيتونات في دم ممتلئ أصلًا بغلوكوز لا تستطيع الأنسجة المعتمدة على الأنسولين أخذه. 25. نحو بلا استحداث سكر، و معه — أي ليلة وصباحًا؛ وفقد البروتين نحو في اليوم أولًا ثم (وهو يهبط أكثر) حين تغذي الأجسام الكيتونية الدماغ؛ ومخزون الشحم يدوم نحو .