مقدمه

با توجه به مطالعات انجام شده در مورد گليكوليز و چرخه اسيد سيتريك در مورد مخمرها نتايج بسيار خوبي در مورد عمل فرمنتيشن مخمرها بدست آمده است و چنانچه در مرحله اسيد سيتريك اين چرخه در مسير هوازي پيشرفت كند در سرعت تخمير و همچنين سرعت توليد Co₂ اثرات بسزايي دارد

در اين مقاله سعي شده است كه جهت آشنايي با مراحل گليكوليز و چرخه كربس اين دو مرحله بصورت ساده بيان شوند و مراحل تكميلي مراحل فوق بصورت نمودار به پيوست آمده است. چنانچه به هر دليل در سلول مخمري تجمع پيروات ايجاد گردد سرعت توليد Co₂ مخمر كاهش پيدا خواهد كرد و اين را مطالعات W.E.Trevelyan & J.S.Harrison بخوبي ثابت كرده‌اند كه نمونه رابطه سرعت توليد Co₂ و عدم تجمع پيروات در حضور تيامين (نمودار پيوستي) اين مطالعات را تكميل كرده است.

مطالعه مخمرها از زمان پاستور شروع شده است. مخمرهاي دامي مقدار زيادي آنزيم هاي مختلف هستند و تحقيقات مهمي روي آنها تا كنون انجام شده است مخصوصاً سرنوشت گلوكز در داخل سلول مطالعه شده است و نشان داده شده است كه واكنش هاي مربوط به تجزيه گلوكز در اينگونه سلولها شبيه به واكنش‌هاي تجزيه گلوكز در سلولهاي عضلاني در پستانداران مي باشد بنابراين مي‌توان نتيجه گيري كرد كه واكنش‌هاي بيوشيمي در گونه‌هاي مختلف جانداران شبيه به يكديگر هستند گرچه تعميم اين مسئله خالي از اشكال نيست و بايستي ارتباط واكنش‌هاي مختلف را با يكديگر در نظر گرفت ولي مطالعات انجام شده در يك نوع سلول را مي توان با سلولهاي ديگر انطباق داد.

 

مسير گليكوليز

اكثر سلولها حداقل به مقداري از گلوكز نياز دارند كه برخي سلولها مانند سلولهاي مغزي اين نياز حائز اهميت است و در برخي از سلولها مانند گلبولهاي قرمز منحصراً از گلوكز استفاده ميكنند.

گليكوليز مسير اصلي استفاده سلولها از گلوكز مي باشد و در سيتوزول همه سلولها اين مسير انجام ميگيرد. اين مسير خاصيت منحصر به فردي دارد زيرا ميتوان در صورت وجود اكسيژن يا عدم اكسيژن به عمل خود ادامه دهد. اكسيد كردن گلوكز در مراحل بعد از خاتمه گليكوليز به توليد پيروات منجر مي شود.

به اين ترتيب روند گليكوليز مي تواند در شرايط بي‌هوازي انجام گيرد اما اين كار به اين قيمت انجام ميگيرد كه مقداري انرژي آزاد شده به ازاي هر مول گلوكز اكسيد شده مقداري محدودي است به اين ترتيب در شرايط بي هوازي يا شرايط كم بود اكسيژن براي تامين مقدار معين انرژي بايد گلوكز بيشتري (در مقايسه با شرايط بي‌هوازي) وارد روند گليكوليز شود.

گليكوليز نه تنها مسير اصلي براي متابوليسم گلوكز است بلكه مسير اصلي متابوليسم فروكتوز و گالاكتوز نيز به شمار مي‌رود.

از آنزيمهاي مهم گليكوليز آنزيم پيروات كيناز ميباشد كه در صورت كمبود فعاليت اين آنزيم باعث ايجاد بيماريهايي ميگردد و تجمع پيروات بصورت خستگي تظاهر پيدا ميكند.

در ابتداي مطالعاتي كه در مورد گليكوليز انجام مي‌شد مشخص گرديد كه فرآيند تخمير در مخمر مشابه تجزيه گليكوژن در عضله است.

در سلولهايي كه رشد سريع دارند گليكوليز با سرعت بسيار بيشتري نسبت به چرخه اسيد سيتريك انجام ميگيرد بنابراين سرعت توليد پيروات بيش از حد متابوليسم آن است و نهايتاً در سلولهاي بافتي تبديل به لاكتات مي‌شود. با افزايش سرعت متابوليسم پيروات و افزايش كارايي آنزيمهايي همچون پيروات دهيدروژناز مي تواند در رفع اين مشكل راه حل مناسبي باشد.

نمودار مراحل كامل گليكوليز به پيوست مي باشد. (شكل 2-19 مسير گليكوليز)

 

چرخه اسيد سيتريك

چرخه اسيد سيتريك (چرخه كربس،‌ چرخه اسيد تري كربوكسيليك) شامل يك سري واكنش در داخل ميتوكندرييها است كه با كاتابوليسم ريشه‌هاي استيل باعث آزاد شدن اكي والانهاي هيدروژن شده و با اكسيداسيون اين اكي والانها بخش عمدة انرژي موجود در سوختهاي سلولي بصورت ATP آزاد شد و به دام مي افتد ريشه استيل به شكل استيل CoA مي باشد كه كوآنزيم A موجود در آن حاوي ويتامين اسيد پانتوتنيك مي باشد.

عمل اصلي اين چرخه مسيرنهايي مشترك اكسيداسيون كربوهيدارتها، ليپيدها و پروتئين ها است به اين صورت كه گلوكز، اسيدهاي چرب و بسياري از اسيدهاي آمينه به استيل CoA يا ساير مواد واسطه‌اي اين چرخه متابوليزه ميشود.

چرخه اسيد سيتريك (كربس) بپيوست ميباشد. (شكل 3-18)

 

اكسيداسيون پيروات به استيل كوآنزيم A

با توجه به اينكه پيروات بايد وارد چرخه اسيد سيتريك شود بايد از طريق يك ناقل اختصاصي پيروات كه به عبور آن از فشار ميتوكندري كمك مي كند وارد ميتوكندري شود.

اين روند از مكانيسم هم انتقالي صورت ميگيرد و همراه با پيروات يك پروتون نيز منتقل مي شود. در داخل ميتوكندري پيروات توسط يك كمپلكس چند آنزيمي بنام پيروات دهيدروژناز كه به كوفاكتور ويتاميني تيامين دي فسفات نياز دارد اكسيد شده و به استيل كوآنزيم A تبديل ميشود.

 

حالت كمبود ويتامين باعث مهار آنزيم پيروات دهيدروژناز ميشود و باعث تجمع درون سلولي پيروات ميگردد.

 

مسير بي‌هوازي

a-p-Glucose à -------- à Pyruvat (Enol) à Pyruvate (Keto) ßà Lactate

	لاكتات دهيدروژناز

 

 

 

مسير هوازي

a-D-Glucose à -------- à Pyruvat (Enol) à Pyruvate (Keto)

	Oxidation in Citric Acid Cycle

 

 

 

معتادان به الكل كه تغذيه مناسبي نداشته باشند دچار كمبود تيامين بوده در صورت تجويز گلوكز در بدن آنها سريعاً پيروات تجمع پيدا كرده و اسيدوز لاكتيك پديدار مي شود كه غالباً كشنده است بيماران مبتلا به كمبود ارثي پيروات دهيدروژناز كه ممكن است ناشي از نقايصي در يك يا چند جزء از كمپلكس آنزيمي پيروات دهيدروژناز باشند به خصوص به دنبال مصرف مقدار زيادي گلوكز دچار حالت مشابهي از اسيدوز لاكتيك مي‌شوند.

در تحقيقات انجام شده توسط W.E Trevelyan & J.S Harrison برروي متابوليسم مخمرها موضوع تاثير تيامين برروي جلوگيري از تجمع پيروات داخلي سلولي و بيرون سلولي مورد بررسي قرار گرفته است در اين بررسيها مشخص شده است در حضور تيامين مقدار تجمع پيروات به نحو چشمگيري كاهش پيدا كرده است و منجر به سرعت فرمنتيشن و همچنين افزايش سرعت توليد Co₂ گرديده است. آزمايشات بر اساس Co2 متصاعد شده از مخمر بعد از اينكه 10 دقيقه از اضافه شدن تيامين گذشته است طراحي شده است كه ده دقيقه اول بخاطر تفاوت ساختمان آنزيمي سلولها لحاظ نشده است. نمودارها و پارامترهاي مهم در اين تحقيقات پيوست مي باشد.

1.افزايش هوادهي و اكسيژن رساني و به فرمنتيشن بنحوي كه مسير گليكوليز وارد سيكل هوازي اسيد سيتريك گرديده و حداقل ذخيره پيروات درون و برون سلولي را داشته باشيم.

2.افزودن تيامين 1/0 ميلي مول به ازاي هر گرم مخمر در فرمنتيشن ضروري مي باشد.

3.چهار ويتامين (محلول از گروه كمپلكس ويتامينهاي B) كه نقش مهمي در چرخه اسيد سيتريك به عهده دارند عبارتند از:

1-ريبوفلاوين

2-نياسين

3-تيامين

4-اسيد پانتوتنيك