კავშირები უჯრედულ სუნთქვაში და სხვა მეტაბოლური გზები

უკვე საკმაოდ დიდი ხანია, რაც გლუკოზას დაშლის მეტაბოლურ გზებს განვიხილავთ. თუმცა, უფრო სავარაუდოა, რომ ლანჩზე ინდაურის სენდვიჩს, ვეჯი-ბურგერს ან სალათს მიირთმევთ და არა — ერთ თეფშ სუფთა გლუკოზას. აბა, მაშინ როგორ იშლება საკვების სხვა შემადგენელი ნივთიერებები — ცილები, ლიპიდები და გლუკოზის არშემცველი ნახშირწყლები — ატფ-ის წარმოსაქმნელად?

როგორც აღმოჩნდა, უჯრედული სუნთქვის მეტაბოლური გზები, რომლებიც უკვე განვიხილეთ, მუდმივად ერთნაირია, იმის მიუხედავად, თუ რა მოლეკულებიდან იღებს ორგანიზმი ენერგიას. ამინომჟავები, ლიპიდები და სხვა ნახშირწყლები გლიკოლიზისა და ლიმონმჟავას ციკლის სხვადასხვა შუალედურ ნივთიერებად გარდაიქმნებიან, რითაც საშუალება ეძლევათ, უჯრედულ სუნთქვაში მრავალი სხვადასხვა კარიდან „შეძვრნენ". ამ მოლეკულების სუნთქვაში ჩართვის შემდეგ უკვე აღარ აქვს მნიშვნელობა მათ წარმომავლობას: ისინი ყველა დარჩენილ საფეხურს გაივლიან და ჩვეულებრივად წარმოიქმნება ნადH, ფადH$_2$start subscript, 2, end subscript და ატფ.

ამასთანავე, უჯრედულ სუნთქვაში ჩართული ყველა მოლეკულა ბოლომდე არ გაივლის ამ მეტაბოლურ გზას. როგორც ბევრნაირი მოლეკულა ერთვება უჯრედულ სუნთქვაში სხვადასხვა შუალედური ნივთიერების სახით, ამავენაირად უჯრედს შეუძლია, გლიკოლიზისა და ლიმონმჟავას საფეხურების შუალედური ნივთიერებები „თავისთვის აიღოს" და სხვა მოლეკულების წარმოსაქმნელად გამოიყენოს. მაგალითად, გლიკოლიზისა და ლიმონმჟავას ციკლის მრავალი შუალედური ნივთიერება გამოიყენება ამინომჟავების სინთეზის მეტაბოლურ გზებში$^1$start superscript, 1, end superscript.

სტატიის ქვედა სექციებში რამდენიმე მაგალითს განვიხილავთ და ვნახავთ, თუ როგორ ერთვება გლუკოზას გარდა სხვა მოლეკულები უჯრედულ სუნთქვაში.

ნახშირწყლების უმრავლესობა უჯრედულ სუნთქვაში გლიკოლიზის ეტაპზე ერთვება. ზოგ შემთხვევაში ამისთვის, უბრალოდ, საჭიროა, გლუკოზას მოლეკულებისგან შემდგარი პოლიმერი ნაწილებად, გლუკოზას-ცალკეულ მოლეკულებად, დაიშალოს. მაგალითად, გლიკოგენი გლუკოზას პოლიმერია, რომელიც ჩვენს ორგანიზმში წარმოიქმნება და ინახება ღვიძლისა და კუნთების უჯრედებში. თუ სისხლში შაქრის კონცენტრაცია დაეცა, გლიკოგენი გლუკოზას ფოსფატდაკავშირებულ მოლეკულებად იშლება, რომლებიც ადვილად ერთვებიან გლიკოლიზში.

გლუკოზას გარდა სხვა მონოსაქარიდებსაც შეუძლიათ გლიკოლიზში ჩართვა. მაგალითად, საქაროზა (სუფრის შაქარი) გლუკოზასა და ფრუქტოზასგან შედგება. საქაროზას დაშლით მიღებული ფრუქტოზა იოლად ერთვება გლიკოლიზში: მასზე ფოსფატის დამატებით მიღებული ფრუქტოზა-6-ფოსფატი გლიკოლიზის გზაში მესამე მოლეკულაა$^2$squared. იმის გამო, რომ იგი გლიკოლიზის თითქმის დასაწყისშივე ერთვება, ფრუქტოზაც იმდენ ატფ-ს გვაძლევს უჯრედულ სუნთქვაში, რამდენსაც გლუკოზა.

საკვებით მიღებული ცილები თქვენს ორგანიზმში ჯერ ამინომჟავებად იშლება, სანამ უჯრედები მათ გამოყენებას შეძლებდნენ. თუმცა, როგორც წესი, ეს ამინომჟავები ახალი ცილების სინთეზისთვის გამოიყენება ხელახლა და არა — საწვავად.

იმ შემთხვევაში, თუ ორგანიზმს საჭიროზე მეტი ამინომჟავა აქვს ან თუ უჯრედები შიმშილობს, ზოგი ამინომჟავა ენერგიის მისაღებად იშლება კიდეც უჯრედულ სუნთქვაში. იმისთვის, რომ ამინომჟავებმა ამ მეტაბოლურ გზაში ჩართვა შეძლონ, მათ ჯერ ამინოჯგუფი უნდა მოშორდეთ. ამ საფეხურზე ნარჩენი ნივთიერება, ამიაკი $(\text {NH}_3)$left parenthesis, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, right parenthesis, წარმოიქმნება. ადამიანებსა და სხვა ძუძუმწოვრებში იგი შემდეგ შარდოვანად გარდაიქმნება და შარდით გამოიყოფა ორგანიზმიდან.

დეამინირების შემდეგ სხვადასხვა ამინომჟავა სხვადასხვა საფეხურზე ერთვება უჯრედულ სუნთქვაში. ამინომჟავას ქიმიური თვისებები განსაზღვრავს, თუ რომელ შუალედურ ნივთიერებად იქნება მისი გარდაქმნა ყველაზე ადვილი.

მაგალითად, ამინომჟავა გლუტამატი, რომელსაც კარბოქსილის მჟავა აქვს გვერდით ჯაჭვად, ლიმონმჟავას ციკლის შუალედურ ნივთიერებად, α-კეტოგლუტარატად, გარდაიქმნება. გლუტამატის ჩართვა უჯრედული სუნთქვის სწორედ ამ საფეხურზე ლოგიკურია, რადგან ამ ორ მოლეკულას მსგავსი, ორი კარბოქსილის ჯგუფის შემცველი სტრუქტურა აქვს, რაც ქვედა სურათზეც ჩანს$^3$cubed.

ცხიმები, ოფიციალურად ტრიგლიცერიდები, ორ ნაწილად შეიძლება, დაიშალოს, რომელთაგანაც თითოეულს შეუძლია, უჯრედულ სუნთქვაში ჩაერთოს სხვადასხვა საფეხურზე. ტრიგლიცერიდი შედგება სამნახშირბადიანი მოლეკულის, გლიცეროლის, და მასთან დაკავშირებული სამი ცხიმოვანი მჟავას კუდისგან. გლიცეროლი შესაძლოა, გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატად გარდაიქმნას, გლიკოლიზის შუალედურ ნივთიერებად, და ჩვეულებრივად გააგრძელოს გზა უჯრედული სუნთქვის დანარჩენ ნაწილში.

ცხიმოვანი მჟავები კი მანამდე მიტოქონდრიის მატრიქსში უნდა დაიშალოს ბეტა-ჟანგვის (ბეტა-ოქსიდაციის) პროცესში. ამ დროს ცხიმოვანი მჟავების კუდები იშლება ორ-ორი ნახშირბადის შემცველ მოლეკულებად, რომელთაც შემდეგ კოენზიმ-A უერთდება და აცეტილ-CoA წარმოიქმნება. ეს ნივთიერება უპრობლემოდ ერთვება ლიმონმჟავას ციკლში.

იმაზე უკვე ბევრი ვიფიქრეთ, თუ როგორ შეიძლება, მოლეკულები უჯრედულ სუნთქვაში ჩაერთონ. მაგრამ ისიც მნიშვნელოვანია, თუ როგორ ეთიშებიან ისინი ამ პროცესს. უჯრედული სუნთქვის მრავალ საფეხურზე შეუძლია უჯრედს, „თავისთვის აიღოს" მოლეკულები და სხვა ნივთიერებების — ამინომჟავების, ნუკლეოტიდების, ლიპიდებისა და ნახშირწყლების — წარმოსაქმნელად გამოიყენოს.

ამის ერთი მაგალითია ზემოხსენებული აცეტილ-CoA, რომელიც უჯრედული სუნთქვის პროცესში წარმოიქმნება და ლიმონმჟავას ციკლიდან შესაძლებელია, ლიპიდი ქოლესტეროლის წარმოსაქმნელად „გადამისამართდეს". ქოლესტეროლი სტეროიდული ჰორმონების ხერხემალია ჩვენს ორგანიზმში, მაგალითად, ტესტოსტერონისა და ესტროგენების.

მოლეკულების საწვავად გამოყენებაა უმჯობესი უჯრედულ სუნთქვაში თუ მათგან სხვა ნივთიერებების წარმოქმნა — ამას უჯრედი საჭიროებების მიხედვით წყვეტს და იმასაც, თუ კონკრეტულად რომელი ნივთიერებები უნდა წარმოქმნას!