Glikoliz va nafas

Jonivorlar va boshqa organizmlar metabolizmi asosida, uglevodlarda jamlangan energiyani ajratib olishga qaratilgan kimyoviy jarayonlar yotadi

Fotosintez jarayonida, Quyosh energiyasi uglevod molekulalarining kimyoviy bog‘larida zaxiralanadi va bunday molekulalar ichida eng muhim ahamiyatlisi bu olti uglerodli shakar – glyukozadir. Boshqa organizmlar ushbu molekulalarni ozuqa sifatida iste’mol qilganidan so‘ng, undagi zaxiralangan energiya ajralib chiqadi va metabolizm uchun yo‘naltiriladi. Bu glikoliz va nafas olish jarayonida ro‘y beradi. Undagi kimyoviy jarayonlarni qisqacha quyidagicha bayon qilish mumkin:

Glyukoza + kislorod → karbonat angidrid + suv + energiya

Osonroq tushunish uchun, shunday tasavvur qilish mumkinki, organizm energiya olish uchun, uglevodlarni «yoqadi».

Glikoliz termini «glyukoza» so‘ziga, «parchalamoq» ma’nosini beruvchi yunoncha lizis so‘zini qo‘shilishidan yasalgan. Nomidan ham ko‘rinib turibdiki, jarayon, glyukoza molekulasini ikki qismga kimyoviy parchalash orqali boshlanadi va ushbu qismlarning har biri uchtadan uglerod atomiga ega bo‘ladi. Glikoliz jarayonida har bir glyukoza molekulasidan ikkitadan uch uglerodli pirouzum kislotasi (propanon kislota) C₃H₄O₃ hosil bo‘ladi. Bundan tashqari, glyukoza energiyasi biz «hujayralarning energetik valyutasi» deb nomlaydigan molekulalarda – ikkita ATF va ikkita NADF molekulalarida zaxiralanadi. Shunday qilib, glikolizning eng birinchi bosqichidayoq, energiya shunday shaklda ajraladiki, uni organizmning hujayralari o‘zlashtira oladigan bo‘ladi.

Keyingi voqealar rivoji esa muhitda kislorodning bor yoki yo‘qligi bilan bog‘liq bo‘ladi. Agar kislorod mavjud bo‘lmasa, anaerob jarayonlar natijasida, pirouzum kislotasi boshqa turdagi organik birikmalarga aylanadi. Masalan, zamburug‘lar hujayralarida pirouzum kislotasi etanolga aylanadi. Hayvonlarda va odamda esa, kislorod zahirasi tugab borayotganda, ushbu kislota mushaklarda sut kislotasiga aylana boshlaydi. Hammamizga tanish bo‘lgan, qattiq jismoniy zo‘riqishdan keyingi mushaklarning toliqishi hissiyotini aynan shu sut kislotasi keltirib chiqaradi.

Agar kislorod mavjud bo‘lsa, unda, aerob nafas jarayonida energiya ajralib chiqadi. Bunda, pirouzum kislotasi karbonat angidrid va suv molekulalariga parchalanadi hamda, bir vaqtning o‘zida, uglevod molekulasida jamlangan energiya ajralib chiqadi. Nafas olish jarayoni maxsus hujayra organellasi – mitoxondriyada ro‘y beradi. Avvaliga, pirouzum kislotasining bitta uglerod atomi parchalanadi. Natijada, karbonat angidrid gazi va ikki uglerodli molekula – atsetil guruhi hosil bo‘ladi va energiya yuzaga keladi (ushbu energiya NADF molekulasida zaxiralanadi). Keyin esa reaksiya zanjiri hujayralarning metabolik koordinatsiya markazi – Krebs sikliga yo‘l oladi.

Krebs sikli (uni shuningdek, limon kislotasi sikli, yoki, trikarbon kislotalar sikli ham deyiladi) biologiyadagi bizga yaxshi tanish bo‘lgan hodisaning – bir kiruvchi molekulaning, o‘ziga «yordamchi» vazifasini bajarishi mumkin bo‘lgan boshqa molekula bilan birikishi natijasida kimyoviy reaksiya boshlanishi hodisasiga yaqqol misol bo‘la oladi. Bunday kombinatsiya natijasida, yana boshqa kimyoviy reaksiyalar seriyasi boshlanib ketadi va jarayonda qator mahsulot-molekulalar olinib, yakunda yana o‘sha «yordamchi» molekula qayta hosil bo‘ladi va u o‘z navbatida, yana hammasini yangidan boshlashga turtki beradi. Shu tariqa, jarayon sikl tariqasida davom etaveradi. Krebs siklida kiruvchi molekula kiruvchi molekula vazifasini, pirouzum kislotaning parchalanishidan hosil bo‘ladigan atsetil guruhi bajaradi; yordamchi molekula vazifasini esa, to‘rt uglerodli oksaloatsetat bajaradi. Sikldagi birinchi kimyoviy reaksiya paytida ushbu ikkala molekula olti uglerodli limon kislotasi molekulalarini hosil qilishi orqali o‘zaro birikadi. Keyin esa sakkizta kimyoviy reaksiya sodir bo‘ladi va ularning boshida energiya tashuvchi molekulalar, hamda, karbonat angidrid gazi hosil bo‘ladi. Keyin esa, yana yangi oksaloatsetat molekulasi yuzaga keladi. Bitta glyukoza molekulasida zaxiralangan energiyani qayta ishlash uchun, Krebs sikli ikki marta aylanishi kerak. Natijada, ikkita ATF molekulasi, to‘rtta karbonat angidrid molekulasi, hamda, o‘nta energiya tashuvchi molekulalar ko‘rinishidagi «sof foyda» yuzaga keladi. Yakunda, karbonat angidrid gazi mitoxondriyadan chiqariladi va nafas chiqarish jarayonida organizmni tark etadi.

Krebs sikli hayot uchun juda muhim bo‘lib, bu ahamiyat nafaqat unda energiya hosil bo‘lishi bilan, balki, boshqa sabablar bilan ham bog‘liqdir. Bunda, glyukozadan tashqari, pirouzum kislotasi hosil qila oladigan yana boshqa ko‘plab molekulalar ham ishtirok etishi mumkin. Masalan, odam parhez qilayotgan paytda, u iste’mol qilgan ovqat tarkibidagi glyukoza miqdori metabolizm uchun yetarli bo‘lmaydi. Shu sababli, bu holatda, Krebs siklidagi boshlang‘ich parchalanishdan keyin, jarayonga lipidlar (yog‘lar) ham qo‘shiladi. Shunda, organizmda yog‘lar ko‘rinishida yig‘ilib qolgan ortiqcha vazn sarflana boshlaydi va ozish kuzatiladi. Bundan tashqari, molekulalar Krebs siklini tark etib, boshqa yangi oqsillar, uglevodlar va lipidlar hosil bo‘lishi jarayoniga yo‘naltirilishi mumkin. Shu tariqa, Krebs sikli ko‘plab molekulalarda, turli shakl va ko‘rinishda zaxiralangan energiyani qabul qilishi va yakunda, turli tuman molekulalar hosil qilishi mumkin.

Energetika nuqtai nazaridan, Krebs siklining sof natijasi bu – glyukozaning kimyoviy bog‘larida zaxiralangan energiyani ajratib olinishini yakunlash, ushbu olingan energiyaning bir qismini ATF molekulasiga uzatish, hamda, qolgan katta qismini boshqa energiya tashuvchi molekulalarga zaxiralashdan iborat. (Kimyoviy bog‘larning energiyasi haqida so‘z borganda, shuni aytish lozimki, o‘zaro bog‘langan ikkita atomni ajratish uchun, albatta ish bajarish shart bo‘ladi). Nafasning yakunlovchi bosqichida, o‘sha qolgan energiya tashuvchi molekulalardan ajralib chiqadi va u ham ATFda zaxiralanadi. Energiyani zaxiralab olgan molekulalar mitoxondriya ichida harakatlanib yuradi va mitoxondriyaning ichki membranasida joylashgan maxsus oqsillar bilan to‘qnashmaguncha harakatda davom etadi. Ushbu oqsillar, energiya tashuvchi molekulalardan elektronlarni tortib oladi va ularni zanjir bo‘yicha molekulalardan bir-biriga uzata boshlaydi. Bu jarayon xuddi nahor oshida palov solingan tovoqni qo‘lma-qo‘l uzatayotgan odamlarga o‘xshaydi. Faqat, bunda tovoqni qo‘liga ushlagan har bir odam undan bir cho‘qim osh yeb olgandek bo‘ladi, ya’ni, elektronning zanjir bo‘ylab har bir molekuladan molekulaga o‘tishida, undan o‘sha molekulalarning har biri muayyan energiya miqdorini o‘ziga oladi va ATF ko‘rinishida zaxiralaydi. So‘ngi bosqichda elektronlar kislorod atomi bilan birikadi va o‘z navbatida, bu kislorod atomi vodorod ionlari (protonlar) bilan birikib, suv hosil qiladi. Elektronlarni molekulalararo uzatish zanjirida 32 tadan kam bo‘lmagan sondagi ATF molekulasi hosil bo‘ladi. Bunda, boshlang‘ich glyukoza molekulasida mavjud bo‘lgan energiyaning 90% ulushi jamlanadi.

Krebs siklidagi energiyaning almashinish jarayoni, mohiyatan anchayin murakkab bo‘lgan xemiosmotik bog‘lanish jarayonini o‘z ichiga oladi. Ushbu termin qo‘llanishi shunga ishora bermoqdaki, bu jarayonda, kimyoviy reaksiyalardan tashqari shuningdek yana osmos ham ishtirok etadi: ya’ni, eritmalarning organik to‘siqlar orqali asta-sekinlik bilan sizib chiqishi ro‘y beradi. Mohiyatan, Krebs sikli mahsuloti bo‘lmish energiya tashuvchi molekulalarning elektronlari, transport zanjiri bo‘ylab harakatlanib, membranada joylashgan oqsillarga kelib tushadi. Membrana mitoxondriyaning ichki va tashqi bo‘limlarini – kompartmentlarini o‘zaro ajratib turadi. Elektronlar energiyasi vodorod ionlarini (protonlarni) tashqi kompartmentga yetkazib chiqarilishini ta’minlash uchun ishlatiladi. Tashqi kompartment xuddi zich to‘g‘on bilan to‘sib qo‘yilgan suv ombori singari, energiya ombori sifatida xizmat qiladi. Bunda, o‘sha membrana xuddiki, kompartmentdagi energiya tashqariga ketib qolmasligini ta’minolovchi to‘g‘on kabi xizmat qiladi. Protonlar membrana orqali oqib chiqa boshlashida energiya ATF hosil qilish uchun yo‘naltiriladi. Bu ham xuddiki, suv omboridagi to‘g‘ondan pastga oqqan suvdan generator orqali elektr energiyasi hosil qilinishiga o‘xshaydi. Vanihoyat, ichki mitoxondriyaning komparmentida esa, vodorod ionlari kislorod molekulalari bilan birikadi va suv hosil qiladi. Bu metabolizmning yakuniy mahsulotlaridan biri bo‘ladi.

Glikoliz va nafas haqidagi bu hikoya, tiriklik sistemalari haqidagi zamonaviy bilimlar qanchalik chuqurlashgani va murakkab tus olayotganining yaqqol ifodasidir. Muayyan jarayon haqidagi oddiy hikoya, masalan, metabolizm uchun uglevodlarni «yoqish» kerakligi haqidagi hikoya – molekulyar bosqichda ro‘y beradigan va juda ko‘p sondagi molekulalarning ishtiroki bilan kechadigan murakkab jarayonlarni mufassal bayon qilinishini taqozo etadi. Zamonaviy molekulyar biologiya haqida tafakkur qilish, taxminan, mumtoz sharq adabiyotiga taalluqli dostonni mutolaa qilishga o‘xshaydi: siz qahramonlarning har biri alohida olganda kim ekanini, nima ish qilishini bilib turasiz; lekin, 1423-sahifaga kelganda, Ali ibn Valining Ahmad ibn Rahmatga qanday aloqasi borligini esdan chiqarib qo‘yishingiz mumkin. Shunga o‘xshab, yuqorida bayon etilgan jarayondagi har bir kimyoviy reaksiyaning o‘zi alohida olinganda, oddiy va tushunarli ko‘rinishi mumkin, lekin, jarayonni boshidan oxirigacha izchil tahlil qilaman desangiz, uning naqadar murakkab ekaniga lol qolasiz. Sizni yupatish uchun aytishim mumkinki, olimlarning o‘zi ham xuddi shu hissiyotni tuyadilar.