طريقة تجديد مركب الطاقة ATP هي مركب الطاقة من نوع Adenosine TriPhosphat وهو أدينوسين يحتوي على ثلاثة مجموعات من الفوسفات، حيث يتم تخزين مستويات الطاقة داخله في النيوكليوتيدات، وتتشكل هذه النيوكليوتيدات بوجود روابط بين مجموعة الفوسفات.
مركب الطاقة ATP
- يعتبر مركب الطاقة الذي يتواجد في الخلية واحدا من أهم الجزيئات التي تنتشر في جميع الكائنات الحية بدون تحفيز، حيث يتألف من سكر يسمى سكر الريبوز، وهو عبارة عن سكر يحتوي على خمسة جزيئات كربونية متحدة سويا.
- يتألف من قاعدة نيتروجينية والتي تسمى الأدينين بالإضافة إلى ثلاث مجموعات من الفوسفات.
- يمكننا الحصول على جزيء ATP عن طريق دمج جزيء ADP، والمعروف أيضا باسم أدينوسين دي فوسفات، مع وجود مجموعات فوسفات عالية الطاقة.
- بالنسبة للصيغة الكيميائية لهذا المركب، فهي C10H16N5O13P3، والمركب يحتوي على كتلة مولية تقدر بـ 507.18 جم/مول.
تفاعلات تخليق البروتين
- يمكن تنفيذ تفاعلات تخليق البروتين خارج الخلايا بأساليب متنوعة، مثل استخراجها من مصادر خلايا مختلفة بتراكيز ملحية أو أحماض أمينية متفاوتة.
- من خلال إضافة مساعدات أو مثبطات محددة مع تراكيب المفاعلات المختلفة المستخدمة، يعتبر توفير ATP متطلبا شائعا لجميع التفاعلات الخالية من الخلايا، وذلك لتمكين الترجمة ودمج عمليات النسخ والترجمة.
- عادة يتم توليد إمدادات ATP من مصدر طاقة ثانوي يضاف تقليديا إلى التفاعل عن طريق مركب يحتوي على رابطة فوسفات عالية الطاقة مثل فوسفوينول بيروفات أو فوسفات الكرياتين أو استيل فوسفات.
- يتم إضافة ذلك إلى التفاعل لإعادة تجديد ATP في تفاعل فسفرة بسيط على مستوى الأساس.
- ومع ذلك، فإن هذه المركبات غالية الثمن وقد تؤدي إلى تكوين مستويات مثبطة للفوسفات غير العضوية في التفاعل.
- تم إجراء العديد من الأبحاث في السنوات الأخيرة لتنشيط عملية التمثيل الغذائي المعقدة التي تحدث أثناء تصنيع البروتين الخلوي.
- بفهم أعمق والتحكم في عملية الأيض الخلوي، لم يعد علينا أن نعتمد على تفاعلات الفسفرة ذات الخطوة الواحدة لتعزيز تخليق البروتين المستقل عن الخلايا.
- قد أثبتت التفاعلات المتعددة الخطوات أو المسارات الكاملة لتوليد الطاقة، مثل تحلل السكر والتأكسد الفوسفوري، أنها نشطة في التفاعلات الخلايا الحرة.
- توفر أنظمة الطاقة ATP مصادر طاقة أقل تكلفة أثناء تفاعل تخليق البروتين.
استخدام مركب ATP في الأدوية
- تقريبا ٣٠٪ من مستوى ATP يتواجد داخل الخلايا، وتم العثور على زيادة في التعرض للإجهاد التأكسدي في خلايا RPE للمتبرعين المسنين.
- توحي هذه النتائج بوجود علاقة بين حالة الطاقة في الخلية وحساسية التأكسد وضعف وظيفة RPE.
- أشارت هذه الدراسات إلى وجود مقارنة بين خلايا RPE للأفراد في مختلف الأعمار، حيث يكون من الصعب تمييز الآليات الفردية.
- هناك ارتباط معتدل بين مستويات ATP داخل الخلايا، ويعتبر الاستجابة للإجهاد والتجديد الذاتي آلية رئيسية لإصلاح الأضرار المرتبطة بالشيخوخة، ويعد RPE وظيفة طبيعية للتجديد الذاتي.
- تم علاج خلايا RPE لشخص يبلغ من العمر 38 عاما باستخدام تركيز من atractyloside، وهو مثبط لإمداد ATP الموجود في الميتوكوندريا، مما يؤدي إلى انخفاض مستويات ATP داخل الخلايا مقارنة بتلك المشاهدة في RPE المسن.
- في ظروف الطقس، تظهر خلايا RPE البشرية المزروعة مستويات عالية من إنتاج اللاكتات.
- تم اكتشاف أن شبكية العين سليمة، وبالتالي قد تكون الخلايا المزروعة قادرة على تعويض الانخفاض الناتج عن Atractyloside في إمدادات ATP في الميتوكوندريا عن طريق زيادة إنتاج ATP غير الميتوكوندريا.
- بالنظر إلى إنتاج ATP، فإن توليف اللاكتات أقل فاعلية بكثير من إنتاج ATP في الميتوكوندريا، وبالتالي التعويض نادرا ما يحدث.
- غير معروف إلى أي مدى يمكن توازن تراجع إنتاج الطاقة في الميتوكوندريا عن طريق إنتاج اللاكتات في الجسم الحي، نظرا للارتباط بالعمر.
- استخدام تركيز معتدل من تيلوسيد الأتراك يؤدي إلى تقليل مستويات ATP في خلايا RPE بنسبة تقريبية تصل إلى 30٪، على غرار الظروف الملاحظة في خلايا RPE العامة.
- وبهذه الطريقة، يبتكر هذا العلاج بالأتراكتيلوسيد كنموذج مناسب لدراسة تأثير نقص الطاقة المعتدل على الوظائف والهياكل الخلوية.
تأثير نقص ATP داخل الخلايا
- عندما يتم تخفيض مستوى ATP داخل الخلايا، ينقص طاقة خلايا RPE للتعامل مع الإجهاد التأكسدي. كما أن انخفاض مستوى الجلوتاثيون يشير إلى خطر الضرر التأكسدي.
- بينما لم يؤثر الإجهاد التأكسدي الناتج عن tBH على نقص الجلوتاثيون داخل خلايا RPE بمستويات ATP الطبيعية
- تسبب الانخفاض بنسبة 30٪ في ATP في انخفاض مستوى الجلوتاثيون الناجم عن tBH، بالإضافة إلى انخفاض نشاط الإنزيمات المضادة للأكسدة لدى كبار السن في RPE.
- بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يزيد الارتباط المباشر بين انخفاض مستويات ATP وتقليل آليات الدفاع غير الأنزيمية ضد الجذور الحرة من الضرر التأكسدي.
- من بين العديد من الأهداف الخلوية، يعتبر التأكسد الناتج عن الإجهاد أحد هذه الأهداف، وتعد الدهون الفئة الأكثر تأثرا من بين الجزيئات الحيوية.
الأضرار الناتجة عن نقص ATP الخلوي
- في أكسدة الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة، التي تسمى بيروكسيد الدهون تؤدي إلى تواجد عدد من المنتجات الثانوية السامة بشكل رئيسي في الألدهيدات الكهربية المتفاعلة والتي قد تسبب تلفا خلويا شديدا.
- MDA هو مثال مدروس بشكل كبير على هذه المركبات الألدهيدية المشتقة من بيروكسيدات الدهون السامة، وهو علامة حساسة للإجهاد التأكسدي وأكسدة الدهون.
- يعد MDA 29 جزيئا ساما للغاية يعتقد أنه يسبب تدهور الطبقة البصرية الشبكية في اضطرابات العين.
- ترتبط التأثيرات السامة لمادة MDA ومنتجات بيروكسيد الدهون ذات الصلة بقدرتها على تكوين مقويات البروتين والصلات المتشابكة، بالإضافة إلى خصائصها المتغيرة.
- اكتشاف محفزات بروتين MDA يعد مؤشرا حساسا للأضرار الناجمة عن البيروكسيد.
- تمت بعض الأبحاث على إحداث الإجهاد التأكسدي باستخدام tBH وربطت الانخفاض المعتدل في ATP الخلوي بزيادة تكوين MDA إضافي على البروتينات الخلوية.
- يعرف أن بيروكسيد الدهون يؤدي إلى تكوين بعض المركبات المحددة على البروتينات الخلوية المستهدفة لتفاعلات المناعة الخلوية والمختلطة.
- الـ33 ARMD هو مرض معقد نتيجة لتراكم العوامل البيئية والمسببات الوراثية.
- تم العثور على العديد من الجينات المناعية الالتهابية المختلفة بين العديد من الجينات المتنوعة المشاركة في حدوث مرض ضمور الشبكية المرتبط بالعمر.
- يمكن أن يساهم ضعف الميتوكوندريا والضرر التأكسدي للبروتين في تسبب الضمور البقعي.
الحمض النووي
- يعتبر الحمض النووي هدفا مهما جدا في مجال الأضرار التأكسدية بيولوجيا، ويعتقد على نطاق واسع أن الأضرار التأكسدية المستمرة للحمض النووي تسهم بشكل كبير في الاضطرابات المرتبطة بالشيخوخة.
- تعد 8-هيدروكسي ديوكسي غوانوزين (8-OhdG) مؤشرا حساسا للإجهاد التأكسدي الذي يحدث نتيجة لتلف الحمض النووي.
- تشير بعض النتائج إلى وجود علاقة بين انخفاض مستويات ATP وحدوث طفرات في الحمض النووي الريبوزي بشكل محدد، حيث يمكن أن يكون عدم استقرار الجينوم الميتوكوندري بسبب قدرة mtDNA على تحمل التأكسد وفشله في حماية mtDNA وإصلاحه عوامل مهمة في تدهور الشبكية.
- على الرغم من وصف علاج أتراك لوسيد لزيادة إنتاج الجذور الحرة للميتوكوندريا.
- لم يشهد أي زيادة في تشكيل البروتين MDA أو إنتاج 8OhdG، وهذا يشير إلى أن زيادة الضرر الناجم عن التأكسد بعد العلاج بالمركب atractyloside/ tBH.
- يبدو أن فقدان الطاقة الناتج عن الأتراك لوسيد يتسبب في تلف الخلايا بسبب ضعف حمايتها من الإجهاد، على سبيل المثال عن طريق خفض مستويات الجلوتاثيون.
توليف الجلوتاثيون
- عملية توليف الجلوتاثيون تعتمد بشكل كبير على ATP، وتمت دراسة أن انخفاض ATP نتيجة لنقص الأكسدة يؤثر سلبا على تخليق الجلوتاثيون في خلايا الكبد.
- في دراسة أخرى، تم توضيح أن هناك ارتباطا بين انخفاض ATP الخلوي وتدفق منخفض لخلايا GSH.
- لاحظ الباحثون أيضا تراجعا طفيفا في إجمالي الجلوتاثيون بنسبة تقريبية 10٪، ولكن هذا التأثير كان ضئيلا جدا بحيث لا يشرح تماما الانخفاض المدهش في انخفاض الجلوتاثيون في الدراسات المجراة.
مستويات ATP والأكسدة والاختزال
- تشير بعض المعلومات إلى وجود علاقة مباشرة بين مستويات ATP في الخلايا وحالة الأكسدة والاختزال في خلايا RPE.
- يمكن أن تتأثر إمدادات NADPH للحد من جلوتاثيون عبر مسار فوسفات البنتوز أو تفاعل اختزال الجلوتاثيون.
- بالرغم من أن الأسباب الدقيقة لا تزال قائمة، إلا أن بعض النتائج أثبتت وجود علاقة سببية بين انخفاض إمدادات الطاقة داخل الخلايا وضعف البروتينات الخلوية والحمض النووي نتيجة الضغط التأكسدي الناتج عن الضرر في خلايا RPE للإنسان.
- تم إثبات أن تثبيط البلعمة الذاتية يسبب تغيرات سلبية في أنسجة الثدييات تشبه تلك المرتبطة بالشيخوخة، وغالبا ما ترتبط الشيخوخة الطبيعية والمرضية بانخفاض قدرة البلعمة الذاتية.
- الاستهلاك الذاتي هو العملية الرئيسية التي يتم من خلالها تجديد جميع أجزاء السيتوبلازم في الخلايا بعد التقسيم، ولذلك فإنها عملية حيوية تمنع تراكم المركبات الحيوية والهياكل الخلوية التالفة.
- ينطبق هذا أيضا على الإجهاد التأكسدي ٤١.
- إذا فشلت أنظمة الإنزيمات المضادة للأكسدة ومضادات الأكسدة الخلوية في منع الضرر التأكسدي، يصبح الالتهام الذاتي وسيلة ثانوية للحماية من خلال تحطيم الهياكل الخلوية المتضررة تأكسديا.
- وبناء على ذلك، تمت إثبات فعالية إجهاد التأكسد ومنتجات بيروكسيد الدهون في تنظيم عمل الخلايا الذاتي لمنع تراكم الضرر.
- ومع ذلك، إن البلعمة الذاتية هي عملية تستهلك الكثير من الطاقة وقد تتأثر بالنقص
تأثير انخفاض مستويات ATP
- تشير النتائج التي تم الحصول عليها إلى أن مستويات ATP المنخفضة بالفعل يمكن أن تؤثر على الأنشطة الحيوية الذاتية لخلايا RPE، وبالتالي تضعف استجابة الضغط، ويتوقف التأثير على النشاط الحيوي الشامل للبلعمة.
- تعتبر الاختلافات بين معدلات تحلل البروتينات الليزوزومية المتأثرة بالأمونيا ومعدلات التحلل الكلية المتأثرة بالميثيللادينين مساهمة لمسارات الاختلاف البديلة للتحلل الكلي، بما في ذلك التحلل الذاتي الدقيق.
- لم يتأثر هذا الاختلاف بعجز الطاقة الذي تتعرض له أتراكتيلوسيد البلعمة، حيث يحدث تدهور في الجزء الخارجي من المستقبلات الضوئية، وهي وظيفة صيانة حيوية يؤديها RPE للحفاظ على نشاط التحويل الضوئي وقابلية المستقبلات الضوئية.
- نظرا لأنها تستهلك طاقة هائلة، فقد تم ربط تثبيط إنتاج ATP في الميتوكوندريا بالفعل بقدرات منخفضة لتحلل خلايا RPE.
- تشير بعض النتائج المختبرية المجراة إلى أن تراجع مستويات ATP بشكل معتدل قد يؤدي إلى ضعف خلايا RPE وتلفها بسبب الإجهاد التأكسدي والخلل الوظيفي.
- وتم لاحظا ذلك على مستويات ATP، والتي تحدث أيضا في جسم الأفراد المسنين في RPE.
- لذلك، يجب على الدراسات المستقبلية أن تبحث في الارتباط المحتمل بين انخفاض إنتاج ATP في عمر RPE والاضطرابات المرتبطة بالعمر في النظر.
إعادة إنشاء مسارات كاملة لتوليد الطاقة
- القدرة على تحفيز تفاعلات متعددة الخطوات من خلال إضافة مساعدين أو إنزيمات تمكن من إعادة إنشاء مسارات إنتاج الطاقة بالكامل في تفاعلات غير الخلوية.
- لفترة طويلة، لم يتم تحديد الأنشطة الأيضية المحفزة بمستخلص الخلايا الخام بشكل جيد، ومع ذلك، أصبح الآن ممكنا تنشيط المسارات الأيضية المعقدة لتوليد نيوكليوتيد ثلاثي الفوسفات.
- يجب تكرار الظروف الملائمة داخل الخلايا بشكل منتظم لتنشيط الوظائف المعقدة داخلها، وهذا المفهوم أدى إلى تطوير نظام يومي جديد.
- تتضمن بعض التغييرات استبدال PEG، وهو مركب ذو وزن جزيئي عال يستخدم لتثبيت الحمض النووي، ببولي أمين بوتريسين وسبيرميدين.
- بالإضافة إلى ذلك، استبدل مصدر الطاقة PEP بدلا من الفوسفوريل، وبذلك تتجنب تراكم الفوسفات أثناء تفاعل العملية.
- يحافظ هذا التفاعل الجديد على توازن درجة الحموضة، بحيث يمكن إزالة المستودع المؤقت بالإضافة إلى ذلك، تم استبدال أملاح الأسيتات بأملاح الجلوتامات معا.
- أدت هذه التغييرات إلى إنتاج بروتين يشبه تفاعلات PANOxSP، باستثناء استخدام مصدر طاقة أقل تكلفة.
- من المثير للاهتمام أن كمية البروتين العالية تفوق توقعات جيل ATP بكثير، حيث يتم تحويل البيروفات إلى أسيتات بمفردها، وبالتالي يكون هناك مسار آخر لتوليد الطاقة حيث تكون الفسفرة التأكسدية مسؤولة عن الطاقة الإضافية.
طرق تجديد مركب الطاقة ATP
- يمكن تجديد مستويات الطاقة في الخلايا عن طريق طرق متنوعة ومختلفة، حيث تتم بعض الطرق ببطء وتتم بعضها بمتوسطة السرعة وتتم بعضها بسرعة فائقة جدا.
تجديد مركب الطاقة ATP عن طريق التنفس غير الهوائي
- يمكن تعريف عملية التنفس اللاهوائي أو التنفس الغير طبيعي بأنها طريقة يقوم بها بعض الكائنات الحية عند عدم توفر كمية من الأكسجين.
- تتم عملية تحويل جزء من الجلوكوز إلى حمض البيروفيك، وذلك إذا تعرض للإنزيمات الموجودة في السيتوبلازم.
- يتم خلال هذه العملية أو الطريقة تحويل جزء من مركب ADP إلى ATP، أي يتم تحويل مركب الطاقة إلى مركب آخر بفعل إطلاق طاقة عالية ناتجة عن تفكيك جزيئات الجلوكوز.
عملية التمثيل الضوئي ودورها في إعادة تجديد ATP
- بعض النباتات تستخدم عملية البناء الضوئي عندما يكون الطعام غير متوفر، حيث تقوم بهذه العملية للحصول على الطاقة. وبالإضافة إلى ذلك، تنتج مركب الطاقة ATP كنتيجة فرعية لهذا التفاعل.
- يمكن تجزيء عملية بناء الضوء إلى عدة مراحل حيث يتم فيها تحويل ذرات الكربون إلى جزيئات الجلوكوز، ومن بينها حلقة كربس وحلقة كالفن وسلاسل نقل وتحويل الإلكترونات.
- يتم في هذه العمليات إنتاج مركب الطاقة ATP بطريقة مباشرة أو غير مباشرة، حيث تنتج مركبات مثل NADH و FADH2 التي تنتج ATP عندما تدخل سلاسل نقل الإلكترونات.
الاشتراك مع البروتينات ودورها الفعال في تجديد مركب ATP
- عملية ربط البروتينات تعتبر عملية مهمة جدا ضمن عملية تجديد مركب الطاقة ATP.
- يحدث الارتباط بالبروتينات عندما يفقد ذرة هيدروجين إلكترون واحد، مما يجعله يتحول من أيون مستقر إلى أيون غير مستقر.
- عندما يتم تمرير ذرات الهيدروجين من خلال البروتينات الكروية، التي تشكل المكون الرئيسي لمركب ATP، يقوم إنزيم ATP باستخدام الطاقة التي يتم إنتاجها من حركة ذرات الهيدروجين، خلال عملية تحويل مركب ADP إلى ATP.
تجديد مركب الطاقة عن طريق العمليات الكيميائية
- في حالة الحاجة إلى مركب الطاقة ATP ، يمكن له أن يوجد بسهولة حيث يتحرك بسرعة عالية ويتم توفير كميات ضخمة من الطاقة التي تحتاجها الخلية.
- يمكن استبدال مركب الطاقة ATP المستخدم في التفاعلات الكيميائية التي تحدث ببطء، مثل تحلل السكر والبروتين والدهون، حيث يتم إنتاج كميات من الطاقة التي يتم استخدامها في إنتاج مركب الطاقة ATP.
- يعد استخدام ATP في الخلية أحد أهم استخداماتها، حيث يعمل على تنشيط الرايبوسومات التي تقوم بإنتاج البروتينات وتوفير كميات هائلة من الطاقة، والتي تستخدم في عملية انقباض العضلات وأيضا في نقل الصوديوم.
ذكرنا لكم في هذه المقالة اليوم طرق تجديد مركب الطاقة ATP مع شرح كل طريقة من طرق التجديد، وأيضا قدمنا لكم بعض المعلومات الهامة والضرورية التي يجب معرفتها حول مستوى الطاقة ATP.
