Բջջային շնչառության և այլ ուղիների միջև կապերը

Մինչ այս մենք ուսումնասիրեցինք ու նկարագրեցինք գլյուկոզի ճեղքման քայլերն ու ուղիները։ Ճաշելու ընթացքում դու կարող ես ուտել հնդկահավի մսով կամ բանջարեղենով համբուրգեր, աղցան, այլ թչ թե մեկ ափսե մաքուր գլյուկոզ։ Այդ դեպքում սննդի մյուս բաղադրիչները՝ սպիտակուցները, ճարպերն ու գլյուկոզից բացի այլ ածխաջրերն ինչպե՞ս են ճեղքվում ու էներգիա արտադրում։

Պարզվում է, որ բջջային շնչառության այն ուղիները, որոնց արդեն ծանոթ ես, կենտրոնական դեր են զբաղեցնում տարբեր մոլեկուլներից էներգիայի ստացման մեջ։ Ամինաթթուները, ճարպերը և այլ ածխաջրեր կարող են անմիջականորեն վերածվել գլիկոլիզում և Կրեբսի ցիկլում օգտագործվող միջանկյալ նյութերի, որը դրանց թույլ կտա մասնակացել բջջային շնչառության գործընթացին՝ մտնելով կողմնակի «դռներից»։ Երբ այդ մոլեկուլները մտնում են գործընթացի մեջ, այլևս տարբերութուն չկա, թե որտեղից են դրանք եկել։ Այդ մոլեկուլներն անցնում են բջջային շնչառության մնացած քայլերով՝ առաջացնելով ՆԱԴH, ՖԱԴH$_2$start subscript, 2, end subscript և ԱԵՖ։

Բացի այդ՝ բջջային շնչառություն մտնող ամեն մոլեկուլ չէ, որ ավարտում է ամբողջ ուղին: Ինչպես որ տարբեր տեսակի մոլեկուլները կարող են բջջային շնչառություն մտնել տարբեր միջանկյալ միացությունների տեսքով, այնպես էլ գլիկոլիզի և կիտրոնաթթվային ցիկլի միջանկյալ նյութերը կարող են հեռացվել տարբեր փուլերում և օգտագործվել այլ մոլեկուլներ ստեղծելու համար: Օրինակ՝ գլիկոլիզի և կիտրոնաթթվային ցիկլի միջանկյալ նյութերից շատեն օգտագործվում են ամինաթթուներ ստեղծող ուղիներում$^1$start superscript, 1, end superscript։

Ստորև ներկայացված բաժիններում կանդրադառնանք մի քանի օրինակի, թե ինչպես են տարբեր մոլեկուլներ, որոնք գլյուկոզ չեն, մուտք գործում բջջային շնչառություն:

Ածխաջրերի մեծ մասը բջջային շնչառություն մտնում է գլիկոլիզի ընթացքում։ Որոշ դեպքերում ուղի մուտք գործելը ներառում է գլյուկոզից կազմված պոլիմերի մասնատում՝ մինչև գլյուկոզի առանձին մելեկուլներ։ Օրինակ՝ գլյուկոզի պոլիմեր հանդիսացող գլիկոգենը սինթեզվում ու պահեստավորվում է մեր լյարդում և մկանային բջիջներում։ Երբ արյան մեջ շաքարի մակարդակը նվազում է, գլիկոգենը ճեղքվում է ֆոսֆատ պարունակող գլյուկոզի մոլեկուլների, որոնք հեշտությամբ մտնում են գլիկոլիզ։

Գլյուկոզից բացի՝ մյուս միաշաքարները նույնպես կարող են մտնել գլիկոլիզ։ Օրինակ՝ սախարոզը (շաքարավազը) կազմված է գլյուկոզից ու ֆրուկտոզից։ Այս շաքարի ճեղքման արդյունքում առաջացած ֆրուկտոզը կարող է հեշտությամբ մտնել գլիկոլիզ․ ֆոսֆատային խմբի ավելացումը այդ մոլեկուլին վերջինիս կդարձնի ֆրուկտոզ-6-ֆոսֆատ, որը գլիկոլիզի ուղու երրորդ մոլեկուլն է$^2$squared։ Քանի որ ֆրուկտոզը մտնում է ուղու սկզբում, այն բջջային շնչառության ընթացքում առաջանում է նույն քանակությամբ ԱԵՖ, ինչ գլյուկոզի դեպքում:

Երբ ուտում ես սննդի մեջ եղած սպիտակուցները, քո մարմինը պարտավոր է դրանք ճեղքել՝ դարձնելով ամինաթթուներ, որպեսզի քո բջիջները կարողանան այն օգտագործել։ Շատ դեպքերում ամինաթթուները վերամշակվում և օգտագործվում են նոր սպիտակուցների սինթեզի համար, այլ ոչ թե ծառայում են որպես «վառելիք»։

Այնուամենայնիվ, եթե քո մարմնում չափից շատ ամինաթթուներ կան, քան անհրաժեշտ է քո օրգանիզմին կամ եթե քո բջիջները «քաղցած են», որոշ ամինաթթուներ կճեղքվեն ու բջջային շնչառության միջոցով էներգիա կարտադրեն։ Բջջային շնչառություն մտնելու համար ամինաթթուները առաջին հերթին պետք է ազատվեն իրենց ամինո խմբից։ Այս քայլի հետևանքով մարդու և կաթնասունների օրգանիզմում առաջանում է թափոնային վերջանյութ՝ ամոնիակ$(\text {NH}_3)$left parenthesis, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, right parenthesis, որը վերածվում է մեզի և օրգանիզմից հեռացվում է։

Դեամինացվելուց հետո տարբեր ամինաթթուներ կարող են մտնել բջջային շնչառության գործընթացի մեջ տարբեր փուլերում։ Յուրաքանչյուր ամինաթթվի քիմիական հատկությունները որոշում են, թե որ միջանկյալ միացության այն կարող է առավել հեշտությամբ վերածվել:

Օրինակ ՝ գլուտամատ ամինաթթուն, որն ունի կարբօքսիլաթթվի կողմնային շղթա, վերածվում է կիտրոնաթթվային ցիկլի միջանկյալ α-կետոգլուտարատի: Գլուտամատի այսպիսի մուտքն իմաստ ունի, քանի որ երկու մոլեկուլների կառուցվածքները նման են իրենց երկու կարբօքսիլ խմբերով, ինչպես ցույց է տրված ստորև$^3$cubed։

Ճարպերը, որոնք պաշտանապես հայտնի են որպես եռգլիցերիդներ, կարող են ճեղքվել՝ վերածվելով երկու բաղադրիչների, որոնք բջջային շնչառության գործընթացի տարբեր փուլեր են մտնում։ Եռգլիցերիդը կազմված է երեք ածխածին պարունակող մոլեկուլից՝ գլիցերոլից և ճարպաթթվային երեք պոչիկներից, որոնք միացած են գլիցերոլին։ Վերջինս կարող է ձևափոխվել գլիցերալդեհիդ-3-ֆոսֆատի, որը գլիկոլիզի ժամանակ առաջացող միջանկյալ մոլեկուլներից է։ Այս նյութը շարունակում է իր ուղին՝ անցնելով բջջային շնչառության մյուս փուլերով։

Ճարպաթթուները ճեղքվում են բետա-օքսիդացում կոչվող գործընթացում, որը տեղի է ունենում միտոքոնդրիումի մատրիքսում: Բետա-օքսիդացման ժամանակ ճարպաթթվային պոչիկները ճեղքվում են մի շարք երկածխածնային միավորների, որոնք միանում են կոէնզիմ A-ին՝ առաջացնելով ացետիլ CoA: Այս ացետիլ CoA-ն սահուն սնում է կիտրոնաթթվային ցիկլը։

Մարդիկ երկար ժամանակ ուսումնասիրել են տարբեր մոլեկուլների մուտքը բջջային շնչառություն, բայց պետք է կարևորություն տալ նրանց ելքին նույնպես։ Բջջային շնչառություն մտած մոլեկուլները կարող են դուրս գալ այդ գործընթացից տարբեր փուլերում՝ նոր մոլեկուլներ ստեղծելու համար, ներառյալ՝ ամինաթթուներ, նուկլեոտիդներ, ճարպեր և ածխաջրեր։

Օրինակ՝ ացետիլ CoAԱ-ն (վերը նշված), որը սինթեզվում է բջջային շնչառության ժամանակ, կարող է անջատվել Կրեբսի ցիկլից ու օգտագործվել խոլեստերինի սինթեզի համար։ Խոլեստերինը մեր մարմնում եղած ստերոիդ հորմոնների հիմքն է, ինչպիսիք են տեստոստերոնն ու էստրոգենը։

Բջջի կարիքներից է կախված՝ բջջային շնչառության միջոցով մոլեկուլներն «այրել», թե օգտագործել դրանք այլ մոլեկուլներ կառուցելու համար, և թե հենց որ մոլեկուլները կառուցել։