Bio Chem Formula Page

‫גליקוגן‪:‬‬ ‫פולי גלוקוז‪ ,‬משמש כמאגר פחמן ואנרגיה‪ .‬גליקוגן הוא המאגר הקל ביותר לגישה‪ ,‬מהיר ביותר מבחינת ניצול ושחזור‪.‬‬ ‫היתרון של פולימר כחומר תשמורת הוא שגליקוגן אינו מוסיף ללחץ האוסמוטי כפולימר‪ .‬לא כמו ח‪.‬שומן גלוקוז יכול לספק‬ ‫אנרגיה גם בהעדר חמצן ולכן מספק אנרגיה לפעילות אנארובית‪ ,‬גלוקוז היא מול' הדלק היחידה הנצרכת ע"י המוח (חוץ‬ ‫מבתנאי רעב)‪.‬הגליקוגן איננו ליניארי‪ .‬בנוסף לשרשרת ליניארית יש ענפים‪ -‬יוצר אריזה צפופה יותר‪ .‬פירוק הגליקוגן הוא‬ ‫מהקצוות ובשל הענפים יש יותר קצוות‪ -‬פירוק מהיר יותר! בשרשרת הליניארית הגלוקוז מחובר בקשר (‪ ,α)4-1‬הענפים‬ ‫מחוברים לשרשרת בקשרי (‪ .α)6-1‬הקשרים בענף עצמו הם (‪ .α)4-1‬גליקוגן נמצא בריכוז הגבוה ביותר בכבד‪ .‬תפקיד‬ ‫הכבד לשמור על רמת גלוקוז קבועה בדם‪ .‬הכבד מאכסן גלוקוז בצורת גליקוגן‪ .‬כמות הגליקוגן מגיעה עד ‪ .10%‬גליקוגן‬ ‫נמצא אף בחיידקים‪ .‬גם בשרירים נמצאת כמות ניכרת של גליקוגן ‪ .3-2 %‬בגלל שמסת השרירים גדולה ממסת הכבד‪,‬‬ ‫סה"כ הגליקוגן נמצא בכמות רבה יותר בשרירים‪ .‬הגליקוגן מתפרק ע"י פוספורוליזה ומקבלים גלוקוז ‪-1‬פוספט‪ ,‬הדבר‬ ‫חוסך אנרגיה (כשגלוקוז נכנס למעגל הגליקוליזה הוא עובר פוספורילציה‪ -‬תהליך הדורש אנרגיה)‪ .‬גלוקוז ‪-1‬פוספט הופך‬ ‫לגלוקוז ‪-6‬פוספט ואז נכנס למסלול הגליקוליזה‪ .‬תוצר פירוק הגליקוגן יכול להיכנס למסלול גליקוליזה במסלול אנאירובי‬ ‫עד לפירובט וקבלת אנרגיה בניגוד לחומרי תשמורת אחרים‪ .‬לעבודה אנאירובית אנו משתמשים רק בגליקוגן‪ .‬התפקיד‬ ‫העיקרי של הכבד הוא להעביר גלוקוז לשאר התאים דרך מחזור הדם‪ ,‬כך שגלוקוז ‪-6‬פוספט הופך בכבד לגלוקוז‪.‬‬ ‫פוספורליזה‪ :‬מזורזת ע"י האנזים גליקוגן פוספורילאז‪ .‬גליקוגן פוספורילאז לוקח גליקוגן כסובסטרט וע"י פוספורוליזה‬ ‫מזרז יצירת גלוקוז ‪-1‬פוספט‪ .‬מזרז את ההסרה של שיירי גליקוזיד מהצד הלא מחוזר של גליקוגן‪ .‬הקשר בין ‪ C1‬והחמצן‬ ‫הגליקוזידי מפורק ע"י אורתופוספט ‪ Pi‬ומתקבלת קונפיגורציה ‪ α‬בפחמן ‪ .C1‬ההתפרקות הפרוטיאוליטית של גליקוגן‬ ‫עדיפה מבחינה אנרגטית כיוון שהסוכר המשתחרר מזורחן‪ .‬יתרון נוסף הוא שגלוקוז ‪-1‬פוספט לא יכול לעבור בדיפוזיה אל‬ ‫מחוץ לתא‪ ,‬בעוד שגלוקוז כן‪ .‬כשגליקוגן פוספורילאז מגיע לפיצול הפולימר לענפים הוא נתקע‪ -‬הוא יודע להתעסק רק עם‬ ‫החלק הליניארי‪ .‬הוא יכול לפרק עד ‪ 4‬מונומרים עד לפיצול ואז נכנסים אנזימים אחרים לפעולה‪ .‬גליקוגן טרנספראז לוקח‬ ‫‪ 3‬מונומרים מהענף ומעביר אותם לקצה החלק הליניארי‪ .‬השייר שנשאר נפתח ע"י אנזים בשם ‪ 6-1α‬גלוקוזידאז ומקבלים‬ ‫גלוקוז נקי (הידרוליזה)‪ .‬לאחר החיתוך מקבלים פולימר ליניארי שניתן לפירוק ע"י גליקוגן פוספורילאז עד הענף הבא‪-‬‬ ‫מנגנון התיישרות הפולימר‪ .‬גלוקוז ‪-1‬פוספט הופך לגלוקוז ‪-6‬פוספט‪ .‬הפוספט שנמצא במקום ‪ 6‬אינו הפוספט שהיה‬ ‫במקום ‪ .1‬הפוספט שבמקום ‪ 6‬הוא הפוספט שבאתר הפעיל של האנזים‪ .‬לאחר מכן האנזים לוקח את הפוספט שבמקום ‪.1‬‬ ‫הפוספט שבמקום ‪ 6‬הוא פוספט ממקום ‪ 1‬של גלוקוז ‪-1‬פוספט אחר‪ .‬תהליך זה מזורז ע"י האנזים פוספוגליקומוטאז‪.‬‬ ‫בתאי כבד הורדת פוספט מגלוקוז ‪-6‬פוספט ע"י גלוקוז ‪-6‬פוספטאז מתרחשת בתוך לומן (חלל פנימי) של הרטיקולום‬ ‫האנדופלסמטי‪ .‬גלוקוז ‪-6‬פוספט מועבר לתוך ה‪ ,ER-‬מיד גלוקוז ‪-6‬פוספטאז הופל אותו לגלוקוז ואל הציטופלסמה‬ ‫מועברים גלוקוז ופוספט‪ .‬ריאקציה זו מתרחשת רק בכבד ולא בשרירים ובמוח‪ .‬מנגנון גליקוגן פוספורילאז ‪ :‬אנזים גדול‬ ‫דימר המורכב מ‪ 2-‬תת יחידות זהות בעל מסה ‪ DK97‬ולכל אחת אתר פעיל‪ .‬זהו חלבון גדול מכיוון שהסובסטרט שלו גדול‪.‬‬ ‫בתוך האתר הפעיל של כל תת יחידה נמצא קופקטור פירידוקסאל פוספט (‪ .)PLP‬הוא מאפשר קטליזת ריאקציית‬ ‫פוספורוליזה ומונע הידרוליזה ע"י כך שהוא משמש בתור מקבל ומוסר פרוטון וכך מונע כניסת מים לאתר הפעיל ולאפשר‬ ‫לפוספט להשתתף בריאקציה‪ .‬אתר קשירה נמצא במרחק ‪ A30‬מאתר קטליטי ‪,‬הם מחוברים ע"י תעלה צרה שמסוגלת‬ ‫להכיל ‪ 4-5‬יחידות גלוקוז‪ ,‬הפרדה גדולה זו בין האתרים מאפשרת לאנזים לבצע פוספורילציה בשיירים רבים ללא עזיבה‬ ‫של סובסטרט וקישור מחדש אחרי תהליך קטליטי אחד‪ ,‬אנזים כזה נקרא ‪ .processive‬אנזים זה עשיר במנגנוני בקרה‪.‬‬ ‫‪ 2‬מנגנוני בקרה‪ :‬בקרה אלוסטרית וקוולנטית‪ -‬זרחון של האנזים ב‪ 2-‬מקומות‪ ,‬בכל תת יחידה‪ .‬קיימים גם אפקטורים‬ ‫אלוסטריים‪ .‬הזרחון נמצא בבקרה הורמונלית והם קובעים את זרחון האנזים‪ .‬יש הבדל בבקרה בין שרירים וכבד‪ .‬הבדלים‬ ‫אלו נקבעים ע"י הספציפיות של כל אחד מהם‪ .‬תפקודים של שרירים וכבד קובעים את הבקרה האלוסטרית בכל רקמה‪ .‬יש‬ ‫שיירי ‪ Ser‬בכל תת יחידה שעוברים זרחון‪ .‬זרחון בנק' אחת גורם לשינוי קונפורמציית החלבון‪ .‬זמינות האתר הפעיל משתנה‬ ‫בעת הזרחון‪ .‬פוספורילאז ‪ -a‬מצב מזורחן של האנזים‪ ,‬האתר הפעיל פתוח והאנזים פעיל‪ -‬מצב ‪ .R‬פוספורילאז ‪ -b‬מצב לא‬ ‫מזורחן‪ ,‬האתר הפעיל סגור והאנזים לא פעיל‪ -‬מצב ‪.T‬פוספורילאז קינאז מזרחן את פוספורילאז ‪ b. 2‬צורות האנזים יכולות‬ ‫להיות במצב הפעיל ‪ R‬או במצב הלא פעיל ‪ ,T‬ההבדל הוא שבמצב מזורחן השוו"מ ‪→ T‬‬ ‫← ‪ R‬מוסט לכיוון ‪ R‬ובמצב לא‬ ‫מזורחן מוסט למצב ‪ .T‬בנוסף למודיפיקציה קוולנטית‪ ,‬בשריר (פוספולירז ‪ b‬רגיש לשינוי בין מצב ‪ T‬ל‪ )R -‬בקרה אלוסטרית‬ ‫מתרחשת ע"י חומרים המעורבים במטבוליזם אנרגטי‪ .‬ריכוז גבוה של ‪ ATP‬וגלוקוז ‪-6‬פוספט מייצבים את המצב הלא פעיל‬ ‫‪ T. AMP‬שמופיע במצבים אנרגטיים לא טובים מייצב את המצב הפעיל ‪ .R‬בשריר‪ ATP :‬הוא מבקר אלוסטרי שלילי של‬ ‫פוספורילאז ‪ b‬אשר פעיל רק בריכוזים גבוהים של ‪ .AMP‬גלוקוז ‪-6‬פוספט גם הוא מעכב‪ .‬פוספורילאז ‪ b‬פעיל רק כאשר‬ ‫האנרגיה בתא מאוד נמוכה‪ .‬אדנילאטקינאז מזרז את הריאקציה‪→ ATP + AMP :‬‬ ‫← ‪ 2 ADP‬ברגע שרמת ‪ ATP‬יורדת‬ ‫ורמת ‪ ADP‬עולה מתרחשת הריאקציה‪ .‬במצב תקין היחסים ביניהם ‪ 100:10:1‬כך ששינויים בריכוז ‪ AMP‬מאוד רגישים‬ ‫למצב האנרגטי של התא‪ ,‬מה שהופך אותו לאפקטור אלוסטרי יעיל מאוד‪ .‬בכבד (פוספולירז ‪ A‬רגיש לשינוי) פוספורילאז ‪a‬‬ ‫פעיל באופן מלא ללא קשר לרמת ‪ ,ATP, AMP‬וגלוקוז ‪-6‬פוספט‪ .‬בכבד‪ :‬שונה בשני גורמים‪ AMP )1 -‬אינו משפעל את‬ ‫פוספורילאז ‪ )b. 2‬פוספורילאז ‪ a‬עובר למצב בלתי פעיל ע"י הקשרות גלוקוז ( מ‪ R-‬ל‪ .)T-‬פוספורילאז קינאז מזרחן את‬ ‫האנזים‪ .1200KD,‬הפעלת האנזים מתרחשת ע"י זרחונו בעזרת פרוטאין קינאז ‪ a PKA‬המופעל ע"י הורמון אפינהפרין‬ ‫המתחיל מעגל ‪ .CAMP‬פוספורילאז קינאז מורכב מ‪ 4-‬תת יחידות ‪ .α,β,γ,δ‬אתר קטליטי בתת‪-‬יחידה ‪ γ‬שאר היחידות‬ ‫לבקרה‪.‬זרחון בתת יחידה ‪ β‬גורם לשפעול חלקי של האנזים‪ .‬שפעול חלקי נוסף מתרחש בעת עלייה בריכוז ‪ Ca+2‬בתת יחידה‬ ‫‪ δ‬שהיא בעצם החלבון קלמודולין המשופעל ע"י סידן בריכוז של ‪( 1uM‬גירוי חשמלי גורם לעלייה בריכוז)‪ .‬רק ‪ 2‬הפעולות‬ ‫ביחד נותנות פוספורילאז קינאז פעיל‪ .‬אין חשיבות לסדר השפעול‪ .‬עלייה בריכוז יוני סידן תגרום ליותר פירוק של גליקוגן‬ ‫(האנזים פעיל יותר)‪.‬אדנילאט ציקלאז מפעיל תהליך פוספורוליזה‪ -‬עיכוב אדנילאט מעכב פירוק גליקוגן‪.‬‬ ‫סינתזת גליקוגן‪ :‬כמו בריאקציות אחרות הסובסטרט של גליקוגן סינטאז כבר משופעל‪ .‬הסובסטרט הוא חיבור של ‪UTP‬‬ ‫וגלוקוז ‪-1‬פוספט לקבלת גלוקוז‪ UDP-‬ו‪ .PPi-‬הגלוקוז מאוקטב ויכול לעבור לפולימר כמעט בלי שינוי ב‪ .ΔG -‬הריאקציה‬ ‫הפיכה ומה שקובע את הכיווניות זה הידרוליזה של פירופוספט ל‪ 2-‬אורתופוספט ע"י פירופוספטאז ולכן התגובה הכללית‬ ‫‪ . G 1 P UTP  H 2O UDP  glucos  2 Pi‬גליקוגן סינטאז מזרז את ריאקציית הפלמור מ גלוקוז‪ UDP-‬לגליקוגן יחידת‬ ‫הגלוקוז הפעילה מועברת לקב' הידרוכסיל של פחמן ‪ 4‬בקצה של גליקוגן ונוצר קשר גליקוזידי (‪, α)4-1‬יכול להוסיף‬ ‫יחידות גלוקוז רק אם שרשרת הפוליסכריד מכילה יותר מ‪ 4 -‬יחידות סוכר‪-‬יש לו פריימר ‪ .‬הפולימר הקצר הראשון מופיע‬ ‫כתוצאה מפעילות החלבון גליקוג'נין המייצר את הפריימר ‪ .‬זהו חלבון שיכול לקשור קוולנטית גלוקוז כמונומר לשייר ה‪-‬‬ ‫‪ Tyr‬בקב' פנול הידרוכסיל ספציפית בכל תת יחידה‪ 2 .‬תת היחידות של החלבון עוזרות לבנות את השרשרת ולאחר‬ ‫שהשרשרת מספיק ארוכה ‪ 2‬תת היחידות מתפרקות‪ .‬בכל חלקיק של גליקוגן‪ ,‬לא משנה כמה נקי הוא‪ ,‬אפשר למצוא חלבון‬ ‫וניתן לצבוע אותו בצורה ספציפית‪ .‬חלבון זה הוא גליקוג'נין שמחובר באופן קוולנטי לגליקוגן‪ .‬כאשר השרשרת הליניארית‬ ‫מספיק ארוכה מתחיל לעבוד ‪ Branching Enzyme‬גליקוגן טרנספראז‪ -‬בונה ענפים‪ .‬הענף נוצר ע"י שבירת קשר (‪α)1-4‬‬ ‫ויצירת קשר (‪ α .)1-6‬האנזים לוקח ‪ 7‬מונומרים מהקצה‪ ,‬חותך אותם מהשרשרת ומעביר אותם לענף בקשר (‪ .α)6-1‬החלק‬ ‫המועבר חיב לכלול את הקצה הלא מותמר וחייב להגיע משרשרת של לפחות ‪ 11‬יחידות סוכר‪ ,‬ענף חדש שנוצר חייב להיות‬ ‫מרוחק בלפחות ‪ 4‬יחידות מענף קיים‪.‬הסתעפות חשובה מאוד כיוון שיוצרת מס' רב של יחידות קצה שהם אתרי הפעילות‬ ‫של האנזימים של פירוק ויצירת גליקוגן וכך מגדיל את קצב סינתוז או פירוק הגליקוגן‪ .‬גליקוגן סינטאז יכול להאריך כעת‬ ‫גם את הענף וגם את השרשרת‪ .‬בקרה של גליקוגן סינטאז ‪ :‬אנזים מפתח שנמצא תחת בקרה הורמונלית ואלוסטרית‪.‬‬ ‫גלוקוז הוא עובר זרחון בכמה מקומות‪ ,‬בעיקר זרחון מסיבי ב‪ C-‬טרמינל וזרחון פחות מסיבי ב‪ N-‬טרמינל‪ ,‬כך שיש שינוי‬ ‫רציני במטען החלבון‪ .‬גליקוגן סינטאז במצב המזורחן הופך ממצב ‪ a‬ל‪ b-‬שאינו פעיל בדר"כ!! ‪,‬מצב ‪ B‬בעיל כאשר יש ריכוז‬ ‫גבוה של ‪ G-6-P‬אפקטור אלוסטרי חיובי של מצב ‪, b‬צורה ‪ a‬פעילה ללא תלול ב‪.G-6-P -‬ההורמון שמשפעל פירוק חייב‬ ‫לשתק סינתזה‪ .‬זרחון גורם לפירוק להיות פעיל ולסנתוז להיות לא פעיל‪ .‬הורדת זרחן מסיימת את פעילות והשפעת‬ ‫ההורמון‪ -‬גליקוגן פוספורילאז וסינטאז הופכים ללא מזורחנים כתוצאה מפעילות פרוטאין פוספטאז ‪ )PP1( 1‬קומפלקס‬ ‫בעל ‪ 3‬יחידות ‪:‬תת יחידה קטליטית ‪,PP1 37KD‬תת יחידה רגולטורית ‪( RG1‬נקשרת לגליקוגן וכך מקרבת יחידה קטליטית‬ ‫לסובסטרטים שלה‪ -‬אנזימי הגליקוגן) ‪ .123KD‬ויחידת מעכב ‪ 1‬תת יחידה קטנה רגולטורית ‪ ,‬כאשר היא במצב מזורחן היא‬ ‫מעכבת את ‪ .PP1‬כאשר אין צורך בפירוק גליקוגן ‪ PP1‬יעשה דפוספורילציה ויפסיק פירוק גליקוגן‪ PP1 .‬גורם‬ ‫לדפוספורילציה של גליקוגן סינתאז ומשפעל אותו‪ ,‬כך שבעצם עיכוב הפירוק הוא מגביר סינתזה‪ PKA.‬אחראי על‬ ‫פוספורילציה של פוספורילאז קינאז וכך תורם לפירוק גליקוגן‪ .‬בו זמנית הוא מעכב את ‪ PP1‬ע"י פוספרילציה של ‪ RG1‬מונע‬ ‫ממנו להקשר ליחידה קטליטית מה שמונע קישור הסובסטרט ליחידה הקטליטית‪,‬בנוסף פוספולירציה של מעכב ‪ 1‬חוסמת‬ ‫קטליזה ע"י ‪ . PP1‬גם אנזים זה נמצא תחת בקרה הורמונלית‪ :‬ברגע שיש אפינפרין יש שפעול של ‪ PKA‬ומשאיר את‬ ‫הפוספורילאז לא פעיל והסינטאז פעיל‪ .‬כשאין אפינפרין אין שפעול של ‪ .PKA‬קשירת אינסולין לרצפטור טירוזין קינאז‬ ‫מובילה לשרשרת פוספולירציה של חלבונים שבעקבותיה משופעל אינסולין סנסטיב פרוטאין קינאז המזרחן תת יחידה ‪RG1‬‬ ‫של ‪ PP1‬באתר שונה‪ ,‬בניגוד לאפינפרין הוא הופך את ‪ PP1‬ליותר פעיל‪.‬‬ ‫מעבר סיגנל מהורמון לפירוק גליקוגן‪ :‬פעילות שרירים גורמת לשיחרור של אפינהפרין –גורם לפירוק גליקוגן בשריר‪ ,‬ברמה‬ ‫נמוכה בכבד‪ .‬הכבד מגיב יותר לגלוקוגון שנאגר בקיבה ומשוחרר בתנאי רעב‪.1 .‬אפינפרין וגלוקגון נקשרים לרצפטורים‬ ‫‪ 7TM‬ספציפים בממברנה החיצונית של תאי השריר או הכבד‪ .‬אפינאפרין נקשר ל‪ β-‬אדרנג'יק רצפטור בשריר וגלוקוגון‬ ‫לגלוקוגון רצפטור בכבד‪ .‬הקישור משפעל את תת יחידה ‪ α‬של חלבון ‪ Gs‬עקב שינוי מבני החל בממברנה ובחלבון בעקבות‬ ‫קשירת הורמון לרצפטור שלו‪ GTP .2 .‬נקשר לתת יחידה ‪ α‬חלבון ‪ Gs‬שבצורת ‪ αGTP‬משפעל אדנילאט ציקלאז‪-‬חלבון‬ ‫טרנסממברנלי המזרז יצירצ שליח שניוני ‪ cAMP‬מ‪ ATP . 3. cAMP -‬הוא קופקטור חיובי המשפעל חלבון ‪ PKA‬ע"י‬ ‫קישור של ‪ cAMP‬ליחידות הרגולטוריות של החלבון היחידות הרגולטוריות מתפרקות מהקטליטיות שעתה פעילות‪.4 .‬‬ ‫‪ PKA‬מזרחן את תת יחידה ‪ β‬של פוספורילאז קינאז ואת גליקוגן סינטאז‪ .‬זרחון זה מפעיל את פוספורילאז ובאופן‬ ‫סימולטני מעביר את גליקוגן סינטאז לצורתו הלא פעילה‪.‬בכבד קצת יותר מסובך‪ :‬אפיהפרין יכול לגרום לפירוק גליקוגן‬ ‫בכבד אך בנוסף לכך הוא נקשר לרצפטור נוסף ל‪ -‬ל‪ α-‬אדרנג'יק רצפטור אשר משפעל פוספוליפאז ‪ C‬שמאתחל מעגל שונה‬ ‫שבמהלכו יש עלייה בריכוז אינוזידול ‪ 1,4,5‬טריפוספט ושחרור של יוני סידן מה‪ ER -‬מה שגורם לשפעול חלקי של‬ ‫פוספורילאז קינאז ‪ .‬קישור סימולטני של גלוקוגון והפינפרין גורם לפירוק גליקוגן מקסימלי בכבד‪ .‬הפסקת הסיגנל‪.1 :‬‬ ‫פעילות ‪ GTPase‬של חלבון ‪ .G. 2‬בנוסף התאים מכילים אנזימים פוספודיאסתראז שהופכים ‪ cAMP‬ל‪.ATP. 3-‬חלבון‬ ‫‪ PKA‬מוסיף קב' פוספריל לתת יחידה ‪ α‬של פוספוליראז קינאז לאחר זרחון ראשון של ‪ ,β‬הפוספורילציה גורמת לאנזים‬ ‫להיות סובסטרט יותר טוב לדהפוספורילציה ולהפיכתו למצב לא פעיל ע"י האנזים ‪ PP1‬הנקשר חזק לפוספורילאז ‪ a‬אך‬ ‫הוא במצבו הפעיל רק לאחר הקשרות של גלוקוז אז הוא מסיר את קב' הפוספוריל והופך אותו למצב לא פעיל ‪ b‬בעל‬ ‫אפיניות נמוכה ‪ PP1‬שמשתחרר ובעקבות כך יש שפעול של גליקוגן סינתאז ‪ -‬וכך רמת הגלוקוז בדם משפיעה על‬ ‫המטבוליזם של גליקוגן‪.‬אינסולין מגביר את סינתזת גליקוגן בעוד שגלוקגון ואפינפרין מזרזים את פירוקו‪.‬‬ ‫שאלות‪ :‬אם ניצלנו את כל הגליקוגן בשריר האם אפשר לסנתז גלוקוז דרך גלוקונאוגנזה? לא‪ .‬צריך אנזים גלוקוז ‪-6‬‬ ‫פוספטאז שאיננו נמצא בשריר‪.‬‬ ‫מעבר חומרים דרך הממברנה‪:‬‬ ‫התפקיד העיקרי של הממברנה הוא להפריד בין חללים שונים‪ .‬הממברנה מורכבת מחומרים אמפיפטיים‪ ,‬ואם‬ ‫הפוספוליפידים מאורגנים במבנה דו‪-‬שכבתי אזי מ‪ 2-‬הצדדים פני השטח הידרופיליים ותוך הממברנה הידרופובית‪ .‬דומה‬ ‫מתמוסס בדומה‪ .‬חומרים מסיסים במים לא יתמוססו בפאזה ההידרופובית‪ ,‬מכאן שכל החומרים הפולאריים והטעונים לא‬ ‫יחדרו את הממברנה‪ .‬מולקולות גזים (‪ )O2,N2,CO2‬כן יכולות לחדור את הממברנה כי אינן פולאריות ואין טעונות (אע"פ‬ ‫שמסיסות במים)‪ .‬חומרים קטנים לא טעונים (אע"פ שפולאריים)‪ ,‬כמו אתנול ואוריאה‪ ,‬חודרים את הממברנה‪ .‬מים‪-‬‬

‫המסיסות של מים בשמן אינה אפסית והמים מולקולה קטנה‪ .‬ריכוז מים במים הוא מאוד גבוה (‪ )M55‬ולכן החדירות של‬ ‫מים מהירה (לא קלה)‪ .‬חדירות המים את הממברנה קובעת את תופעת האוסמוזה‪ .‬מולקולות גדולות לא טעונות‪ ,‬גלוקוז‪,‬‬ ‫מעט פולארית אך בשל הגודל שלה לא חודרת את הממברנה‪ .‬יונים‪ ,‬אורגנים ואי אורגנים‪ ,‬טעונים ולכן אף פעם לא חודרים‬ ‫את הממברנה‪ .‬בדומה‪ :‬ח' אמינו‪ ,‬נוקליאוטידים‪ G6P ,‬אינם חודרים את הממברנה‪ .‬בכדי להבטיח חדירות של חומרים‬ ‫שונים יש להכניס לממברנה עוד משהו‪ .‬ריכוז היונים בתא שונה מריכוזם בדם‪ :‬ריכוז ‪ +K‬בתוך התא ‪ 400mM‬לעומת‬ ‫‪+‬‬ ‫‪ 20mM‬בדם‪ ,‬ריכוז ‪ +Na‬בתא ‪ 50mM‬לעומת ‪ 440mM‬בדם‪ ,‬ריכוז ‪ -Cl‬בתא ‪ 40-150mM‬לעומת ‪ 560mM‬בדם‪ ,‬ריכוז ‪Ca2‬‬ ‫בתא ‪ 0.0003mM‬לעומת ‪ 10Mm‬בדם‪ .‬מה יכול להבטיח כניסה ויציאת ובניית מפלי ריכוזים? חלבונים שנמצאים‬ ‫בממברנה‪ .‬החלבונים מעניקים לממברנה חדירות – ספציפיות וכיוון מסוים‪ .‬אפשר לדרג את החדירות ל‪ 2-‬סוגים‪:‬‬ ‫טרנספורט פסיבי ואקטיבי‪ .‬ברוב התאים‪ :‬מחוץ לתא המטען הוא ‪ 0mV‬ובתוך התא המטען הוא ~‪ 70mV-‬בגלל המצאות‬ ‫חומרים בעלי מטען שלילי בתוך התא שאינם בעלי יכולת לצאת מהתא‪ .‬טרנספורט פסיבי‪ -‬אינו דורש השקעת אנרגיה‬ ‫חיצונית‪ .‬יש להבטיח חדירות ממברנה‪ -‬הכוח המניע הוא מפל הריכוזים‪ .‬חומרים העוברים בעצמם את הממברנה עוברים‬ ‫בדיפוזיה רגילה‪ .‬חומרים שלא חוצים את הממברנה זקוקים לעזרה‪ ,‬מנגנון זה נקרא "דיפוזיה מזורזת"‪ .‬מתרחש ע"י חלבוני‬ ‫תעלות‪.‬ב"דיפוזיה מזורזת" מעבר חומרים נקבע לפי מפל הריכוזים‪ .‬מה שמבדיל בין דיפוזיה פשוטה למזורזת זוהי תלות של‬ ‫קצב ההעברה בריכוז או במפל הריכוזים‪ .‬בדיפוזיה רגילה קצב העברה תלוי במפל הריכוזים באופן ליניארי ובדיפוזיה‬ ‫מזורזת התלות היא היפרבולית (כמו גרף מיכאליס מנטן)‪ .‬נבדוק חדירות חומרים בממברנה סינתטית (רק פוספוליפידים)‬ ‫ונשווה לחדירות חומרים בממברנה רגילה‪ .‬ממברנה סינתטית‪ -‬חדירות המים היא ‪ 0.005‬וחדירות גלוקוז קטנה ב‪ 7-‬סדרי‬ ‫גודל(גלוקוז גדולה ממים)‪ .‬חדירות יונים קטנה ב‪ 2-‬סדרי גודל מגלוקוז‪ .‬ממברנה טבעית‪ -‬החדירויות שונות וזה נובע מקיום‬ ‫של נשאים בממברנה‪ .‬חדירות גלוקוז ‪ 0.00002‬גדולה ב‪ 5-‬סדרי גודל מבסינתטית‪ .‬קיים נשא שמזהה גלוקוז ומעביר אותו‬ ‫את הממברנה‪ .‬חדירות ‪ -Cl‬גבוהה ב‪ 7-‬סדרי גודל מבסינתטית וכנ"ל גם לגבי ‪ +Na‬ו‪( +K -‬ב‪ 3-‬סדרי גודל)‪ .‬ניתן לזרז את‬ ‫החדירות בעזרת חלבונים ממברנליים אינטגרליים‪ ,‬בעלי מקטעים הידרופוביים‪ .‬קיימים ‪ 2‬מנגנוני "דיפוזיה מזורזת"‪)1 :‬‬ ‫תעלות‪ -‬החלבון מתקפל לתעלה מימית שעוזרת לחומר אחר לחצות את הממברנה (חור)‪ )2 .‬טרנספורטרים‪/‬נשאים‪ -‬החלבון‬ ‫עוטף חומרים קטנים ומעביר אותם לצד השני של הממברנה‪ .‬ההעברה היא בעצם שינוי קונפורמציה של החלבון כך שאתר‬ ‫הקשירה של החלבון יופיע בצד השני של הממברנה‪ .‬החומרים שעוברים דרך נשאים אלו הם חומרים הקטנים מהממברנה‪.‬‬ ‫החלבונים בטרנספורט פסיבי בעלי ספציפיות לחומרים‪ .‬לחלבון שמעביר חלבון יש ספציפיות מאוד גבוהה עד שמבדיל בין ‪D‬‬ ‫גלוקוז ל ‪ L‬גלוקוז‪.‬וליןאומצין(אנטיביוטיקה)‪ -‬נשא של אשלגן דרך הממברנה אמפיפטי ולכן יכול לעבור בקלות מסביבה‬ ‫מימית לממברנה‪ ,‬בעל מבנה ספרי ויוצר קומפלקס יציב מאוד עם אשלגן‪ ,‬עובר דההיטרטציה לאחר קישור אשלגן ולכן‬ ‫מסיס בממברנה‪ ,‬פועל ע"פ מפל ריכוזים‪ .‬גראמיצידין ‪ -A‬דוגמא נוספת לאנטיביוטיקה משמשת כתעלת מעבר ליונים‪.‬‬ ‫אנטיביוטיקה זו מחוררת את הממברנה ונגדה אין עמידות‪ .‬מדובר בפוליפפטיד קצר שמבנהו ‪ α‬הליקס‪ 2 .‬סלילים בונים‬ ‫תעלה בממברנה שעוזרת לקטיונים לחדור את הממברנה‪ .‬כל מולקולת גראמיצידין בונה ‪ 0.5‬תעלה‪ .‬המאפיין דיפוזיה‬ ‫מזורזת ומבדיל אותה מדיפוזיה פשוטה זה תלות קצב מעבר במפל הריכוזים‪ .‬בדיפוזיה רגילה התלות היא ליניארית‬ ‫ובדיפוזיה מזורזת התלות עם סטורציה‪ .‬הדיפוזיה תלויה בריכוז הקומפלכס‪ .‬יש מס' מוגבל של אתרי קשירה בחלבון‪ -‬ריכוז‬ ‫הקומפלכס תלוי בריכוז החלבון‪ .‬קצב הטרנספורט המזורז נקבע ע"י ריכוז הקומפלכס נשא‪+‬סובסטרט הטרנספורט‪.‬‬ ‫מקבלים פונק' סטורציה עם פרמטר המאפיין אפיניות נשא לסובסטרט‪ -Km .‬בדיוק כמו במיכאליס מנטן‪ ,‬ריכוז סובסטרט‬ ‫שנותן ‪ 0.5Vmax‬זהו ‪ Km‬עבור טרנספורט‪ .‬דיפוזיה מזורזת מוגבלת מבחינת המהירות לא כמו דיפוזיה רגילה‪ .‬מה שמאפיין‬ ‫את קצב דיפוזיה רגילה זה מקדם הדיפוזיה (השיפוע)‪ ; ∆Gconc = − RT ln(Cout / Cin ) ; ∆ Gvolt = ZFV .‬עבור‬

‫חומרים הנכנסים לתא‪ F=23.1kcal/V*mol ; ∆ Gin = − ∆ Gout ; ∆ Gin = − RT ln(Cout / Cin) + ZFV :‬בשאלות מסוג‬ ‫זה יש לשים לב לכיוון וליחידות‪ .‬קצב העברה של תעלה הרבה יותר גבוה משל נשא כיוון שנשא צריך לעבור שינוי‬ ‫קונפורמציה בשביל העברה דבר הלוקח זמן רב‪ ,‬בתעלה יש שינוי חד פעמי‪ -‬פתיחת התעלה‪ .‬סיבה נוספת היא שתעלה היא‬ ‫"חור"‪ ,‬היונים עוברים דרכה בחופשיות ואילו בנשא מדובר בקשירת חומר והוצאתו‪ -‬אין מעבר חופשי של חומרים‪ .‬גם‬ ‫לתעלות וגם לנשאים ספציפיות‪.‬השוואה בין אנזים לתעלה‪/‬נשא‪ :‬דומה‪-‬מיכאליס מנטן‪,‬אתר פעיל‪ ,‬יצירת קומפלקס‪ ,‬שונה‪-‬‬ ‫תעלות מזרזות תהליך פיזיקלי ולא כימי‪ ,‬אין תוצר חדש‪ .‬חשיבות פוטנציאל חשמלי כמע' מעבר סיגנלים‪ -‬מבחינים ב‪ 2-‬סוגי‬ ‫תעלות‪ :‬תעלות תלויות ליגנד‪ :‬בעקבות קשירת ליגנד לתעלה יש פתיחה שלה‪ .‬דוגמא אצטיל כולין רצפטור‪ .‬תעלות תלויות‬ ‫מתח‪ :‬יש פתיחת התעלה בגלל שינוי במתח‪ ,‬שינוי בפוטנציאל ממברנה‪ .‬דוגמא‪ :‬תעלת אשלגן‪ .‬בתעלות מסוג זה החלק‬ ‫שרגיש לשינוי במתח ‪ voltage sensor‬קולט מידע לפתיחת התעלה‪ -Gate .‬השער‪ ,‬החלק שנפתח או נסגר כתוצאה משינוי‬ ‫במתח‪ -Pore .‬הסלקטיביות הראשונית של התעלה‪ .‬יש הגבלת גודל‪ ,‬לא ספציפי‪ .‬יכולים להכנס ל ‪ pore‬כל מיני חומרים‪,‬‬ ‫בעיקר לפי גודל‪ -Filter .‬מעניק לתעלה את הספציפיות שלה‪ .‬תעלות תלויות מתח בעלות ספציפיות גבוהה‪ .‬תעלת אשלגן‪ :‬יש‬ ‫לה פילטר מאוד ספציפי‪ .‬בנוייה מ‪ 4-‬תת יחידות שכל תת יחידה היא בעצם ‪ 2‬שרשראות ‪ α‬הליקס‪ ,‬כאשר הפילטר הוא‬ ‫באזור החיבור של ‪ 4‬תת יחידות‪ .‬פתח ה ‪ pore A10‬ופתח הפילטר ‪ .A 3‬נתרן לא יעבור בה‪ .‬יוני נתרן יותר קטנים מיוני‬ ‫אשלגן אך זוהי לא הסיבה העיקרית‪ .‬ההסבר נעוץ במבנה הפילטר‪ .‬היונים קשורים למולקולת מים ובשביל לעבור בתעלה‬ ‫הם צריכים לעבור דהידרטציה‪ .‬בעת היציאה הם עוברים הידרטציה בחזרה‪ .‬בפילטר הסלקטיבי יש קב' שעוטפות את‬ ‫האשלגן כאילו היה עטוף במולקולות מים‪ .‬המרחקים מותאמים לגודל אשלגן‪ -‬מבנה ספציפי לאשלגן‪ .‬יש צורך בהשקעת‬ ‫אנרגיה על מנת שאשלגן יעבור דהידרטציה ויש שחרור אנרגיה בקישור אשלגן לתעלה‪ -‬סה"כ ‪ ΔG‬שלילי‪ .‬דהידרטציה של‬ ‫יוני נתרן דורשת יותר אנרגיה ובקשירת נתרן לתעלה יש שחרור נמוך יותר של אנרגיה‪ -‬סה"כ ‪ ΔG‬חיובי‪ .‬יכולים להקשר ‪4‬‬ ‫יוני אשלגן לפילטר בו זמנית‪ .‬מדובר בתהליך מתמשך‪ :‬אשלגן נכנס לפילטר ואז בא עוד יון להקשר‪ ,‬נוצרת דחייה ויון‬ ‫האשלגן הראשון עובר אתר קשירה ומאפשר ליון שנכנס להקשר לתעלה‪ -‬כל יון שנכנס "דוחף" את זה שלפניו‪ .‬תעלת נתרן‪:‬‬ ‫תלויית מתח‪ .‬הפילטר הסלקטיבי שלו זה בעצם הגודל‪ .‬נתרן עובר את התעלה ללא הידרטציה‪ .‬אורך הפילטר ‪ .A 5‬פוטנציאל‬ ‫פעולה‪ :‬העברת אימפולס עצבי‪ ,‬או מתא עצב לתא עצב שכן או מתא עצב לתא שריר‪ .‬התעלה הראשונה שגורמת לתחילת‬ ‫הפעולה אצטיל כולין רצפטור‪ -‬הליגנד הוא אצטיל כולין‪ .‬בנוייה מ‪ 5-‬תת יחידות כשאצטיל כולין יכול להקשר ב‪ 2-‬אתרים‪.‬‬ ‫כשאצטיל כולין נקשר לרצפטור התעלה נפתחת ויש מעבר קטיונים‪ .‬יש כניסת נתרן ויציאת אשלגן וכך נוצר פוטנציאל פעולה‬ ‫(אצטיל כולין נקרא נוירוטרנסמיטור)‪ .‬בין תא עצב לתא שריר יש מרווח קטן (המרווח הבינסינפטי)‪ .‬יש שחרור של‬ ‫ויסיקולות שבהן אגור אצטיל כולין‪ .‬האצטיל כולין משתחרר וגורם להתחלת פוטנציאל פעולה בתא העצב או השריר‪.‬‬ ‫האימפולס מתחיל משחרור אצטיל כולין מהתא הפרהסינפטי (מעביר)‪ .‬לאחר מכן אצטיל כולין נקשר לאצטיל כולין רצפטור‬ ‫שנמצא על התא הבא (פוסט סינפטי)‪ .‬יש פתיחה של התעלה ובעיקר כניסת יוני נתרן לתוך התא‪ .‬הדבר גורם לירידה במטען‬ ‫שבתוך התא (דפולריזציה)‪ ,‬פחות מטען שלילי בתוך התא‪ .‬תעלת נתרן תלויית המתח נפתחת ב‪ 40mV-~ -‬ובגלל‬ ‫הדפולריזציה יש פתיחה של תעלת הנתרן‪ .‬נתרן יעבור לפי מפל ריכוזים מחוץ התא לתוכו‪ .‬מתרחשת שוב דפולריזציה‪,‬‬ ‫פידבק חיובי ייגרום לפתיחת עוד תעלות נתרן תלויות מתח‪ .‬כעת‪ ,‬נכנסות לפעולה תעלות אשלגן תלויות מתח‪ ,‬כלומר‪ ,‬בנוסף‬ ‫לתעלות הנתרן יש פתיחה של תעלות האשלגן‪ .‬תעלות הנתרן מתחילות להסגר‪ ,‬אשלגן יוצא מהתא‪ -‬היפרפולריזציה‪ .‬המטען‬ ‫השלילי גדל (מחיובי לשלילי)‪.‬אצטיל כולין אסטראז הוא אנזים שמפרק אצטיל כולין ונמצא במרווח הבינסינפטי‪ .‬הוא יכול‬ ‫להיות מעוכב ע"י גז עצבים וע"י פוספטים אורגניים‪ .‬לאנזים יש סרין באתר הפעיל והפגיעה באנזים היא בו‪( .‬כגון פעולת גז‬ ‫עצבים סרין)‬ ‫טרנספורט אקטיבי‪ -‬מעבר חומרים נגד מפל הריכוזים‪ ,‬יש צורך בהשקעת אנרגיה לחדירות זו‪.‬רבע מצריכת האנרגיה בתא‬ ‫רגיל הולך לטרנספורט‪ ,‬ליצירת מפלי ריכוזים של יונים וחומרים אחרים‪ .‬מע' טרנספורט זהו חלק חיוני במע' החי‪ .‬מנגנונים‬ ‫של טרנספורט אקטיבי‪ )1 :‬משאבות יוניות‪ )2 .‬קוטרנספורט (טרנספורט אקטיבי משני)‪ )3 .‬טרנספורט ע"י מודיפיקציה‬ ‫קוולנטית‪ .‬מושגים הקשורים‪ :‬אנטיפורט‪ -‬כאשר טרנספורט מצומד של חומר אחד לכיוון אחד וחומר אחר לכיוון מנוגד‪.‬‬ ‫החלפת ‪ 2‬חומרים‪ .‬סימפורט‪ -‬צימוד לכיוון אחד‪ 2 .‬חומרים שעוברים ביחד לאותו כיוון‪ .‬אלקטרוגני‪ -‬במהלך המעבר נוצר‬ ‫פוטנציאל חשמלי בנוסף לפוטנציאל ריכוזי‪ .‬החלפה של מטען נטו‪-‬אנטיפורט‪ .‬אלקטרונייטרלי‪ -‬אין מעבר של מטען נטו‪.‬‬ ‫טרנספורט מזורז אקטיבי‪ -‬מזורז ע"י משאבות‪ ,‬נגד מפל הריכוזים‪ ,‬יש השקעת ‪ .ATP‬מעבר חומר דרך הממברנה מצומד‬ ‫לפירוק ‪ .ATP‬תעלות‪ -‬טרנספורט מזורז‪ ,‬יכול להיות גם פסיבי‪ .‬ע"י חלבון נשא שקושר חומר מצד אחר ומשחרר מצד שני‪ .‬יש‬ ‫סוגים שונים של נשאים‪ -‬יוניפורטר (רק עם חומר אחד) וסימפורטר‪/‬אנטיפורטר (סוגים של קוטרנספורט)‪ .‬בסימפורטר‬ ‫ובאנטיפורטר כיוון המפלים יכול להיות מנוגד או באותו כיוון‪ ,‬מה שקובע את הכיוון זה הגודל היחסי של מפל הריכוזים‪-‬‬ ‫אם סכום המפלים הוא לכיוון אחד זה יהיה כיוון הטרנספורט‪ .‬תכונות של טרנספורטרים‪ :‬חלבונים אלו הם חלבונים‬ ‫ממברנליים‪ ,‬אי אפשר לנקות אותם בשיטות רגילות‪ .‬יש להוציאם מהממברנה ולהשאירם במצב הנטיבי בעזרת דטרגנטים‪.‬‬ ‫דטרגנטים מתחרים עם הפוספוליפידים וממיסים אותם בפאזה מימית‪ .‬לאחר שמבודדים את החלבון מרכיבים אותו מחדש‬ ‫בממברנה מלאכותית‪ -‬ויסיקולות‪ ,‬ליפוזומים מלאכותיים‪ -‬רקונסטיטוציה‪ .‬בונים מערכת "טבעית" רק שהממברנה מכילה‬ ‫רק חלבון אחד‪ .‬כך ניתן ללמוד ריאקציה של מעבר חומר דרך הממברנה‪ .‬מאפייני נשאים‪ :‬אפיניות לחומר וקצב העברה‪.‬‬ ‫שיטה אחרת מאוד נפוצה לחקר נשאים ותעלות בממברנה טבעית‪ :‬פאטצ' קלאב‪ -‬משתמשים בפיפטת זכוכית עם קצה מאוד‬ ‫דק (קוטרה כמה מיקרונים‪ ,‬כגודל התא)‪ .‬מתקרבים איתה לתא ומתחילים לשאוב ואז‪ )1 :‬לנער‪ -‬הצד החיצוני נשבר‪.‬‬ ‫בפיפטה יש אלקטרוליט וניתן למדוד זרם חשמלי‪ .‬אם יש תעלה אז נוכל לבדוק חדירות יונים דרך הממברנה‪ .‬ניתן להחליף‬ ‫תמיסה חיצונית או פנימית ולבדוק האם יעבור נתרן או אשלגן‪ ,‬מהו סוג החדירות‪ ,‬קצב‪ ,‬תלות במפל הריכוזים‪ )2 .‬לשאוב‬ ‫קצת יותר חזק כך שהחלק הפנימי יישבר ותכולת התא תישפך לתוך הפיפטה‪ ,‬כך נוכל למדוד את חדירות הממברנה לכיוון‬ ‫אחר‪ .‬תעלות יכולות להיות ב‪ 2-‬מצבים‪ :‬פתוחה וסגורה‪ .‬כאשר התעלה סגורה החדירות מאוד נמוכה ומאופיינת ב‪pA (10- -‬‬ ‫‪ .)12A‬תעלה מאופיינת ע"י כמה פרמטרים‪ -‬הכי חשוב זה הספציפיות ליון מסויים‪ .‬בתעלה לנתרן החדירות של אשלגן מאוד‬ ‫נמוכה ובתעלה לאשלגן החדירות של נתרן מאוד נמוכה‪ .‬אילו כוחות קובעים את כיוון וקצב ההעברה? ישנה כוס המחולקת‬ ‫ל‪ 2-‬ובאמצע מחיצה‪ ,‬אין חדירות ומעבר יונים בין ‪ 2‬חצאי התא‪ .‬הריכוז כולל של הקטיונים והאניונים ב‪ 2-‬התמיסות שונה‪,‬‬ ‫הלחץ האוסמוטי שונה‪ .‬מה שקיים זה מפל ריכוזים של נתרן ואשלגן‪ .‬אם נמדוד את פוטנציאל התא נראה שעל המחיצה‬ ‫הפוטנציאל ‪ .0‬נפתח רק חדירות לנתרן על המחיצה‪ .‬יוני נתרן ינועו מצד אחד לשני לפי מפל ריכוזים‪ -‬יש העברה נטו של‬ ‫מטען וזה גורם למפל חשמלי על המחיצה‪ .‬מה שקובע את הכיווניות זה פוטנציאל אלקטרוכימי ‪ .Δμ‬משוואת נרנסט‪:‬‬ ‫‪-Z ∆ µ~ ( Na) = RT ln[C1 / C 2] + ZF∆Ψ‬מטען‪-F ,‬קבוע פארדיי‪ -ΔΨ ,‬הפרש מפלים חשמליים‪ .‬הטרנספורט ייעצר כאשר‬ ‫המערכת תגיע לשוו"מ ‪ ,Δμ=0‬כלומר )‪. ∆Ψ = − ( RT / ZF ) ln(C1 / C 2‬במקרה של קטיון חד ערכי ‪ ,Z=1‬המינוס מצביע על‬ ‫כיוון ‪ ΔΨ‬מנוגד למפל הריכוזים‪ .‬בשביל קטיון חד ערכי בטמ"פ החדר ‪ RT/ZF=59mV‬כאשר ‪ ln‬הופך ל‪ .log-‬כך ניתן‬ ‫לחשב פוטנציאל שיופיע על מד מתח‪ .‬אם פותחים מעבר לקטיון אחד ומפל הריכוזים הוא פי ‪ 10‬אזי ‪ .ΔΨ=-59mV‬משוואת‬ ‫נרנסט מאפשרת חישוב מפל ריכוזים‪/‬פוטנציאל חשמלי ליון מסויים‪ .‬משאבות יוניות‪ :‬מנצלות אנרגיה של ‪ ATP‬כדי להניע‬ ‫מעבר יוני נגד מפל הריכוזים ובונות מפל ריכוזים על ממברנות שונות‪ 25% .‬מרווח האנרגיה המתקבל מ ‪ ATP‬הולכים‬ ‫לבניית מפל ריכוזים במשאבות יוניות‪ .‬המשאבות היוניות מדורגות לפי ‪ 3‬סוגים עיקריים‪ :class P :‬שמן נובע מתכונה‬ ‫עיקרית של המשאבות‪ -‬במהלך פעילותן עוברות מודיפיקציה קוולנטית ע"י פוספט שמגיע מ ‪ ATP‬המפורק באתר הפעיל של‬ ‫המשאבה‪ .‬זהו שלב הכרחי‪ ,‬חיוני‪ .‬מתעסקות בהעברת יונים חד ודו ערכיים ‪ .H+, Na+ ,K+, Ca+2‬נמצאות גם בממברנה‬ ‫ציטופלסמטית של כל התאים האאוקריוטים‪ ,‬גם בממברנה פלסמטית של צמחים‪ ,‬חיידקים ופטריות‪ .‬עובדות כמשאבות‬ ‫ובונות מפל יונים על חשבון פירוק ‪ :ATP. Class F‬שמן נובע מפקטור הצימוד (‪ .)F‬מעבירות אך ורק יוני מימן ותפקידן‬ ‫סינתזת ‪ ATP‬במיטוכונדריה על חשבון מפל פרוטונים על הממברנה‪ .‬זוהי משאבה הפיכה ויכולה לבנות מפל ריכוזים על‬ ‫חשבון ‪ .ATP‬נמצאות בממברנה של כלורופלסטים (‪ ATP‬על חשבון אור‪ -‬פוטוסינתיזה)‪ ,‬תילאקואידים ובממברנה‬ ‫פלסמטית של חיידקים‪ :Class V .‬משאבות שמצויות בואקואלות (איברים תוך תאיים שתפקידם לאכסן פסולת‪ ,‬או‬ ‫שנוצרים כתוצאה מאנדוציטוזה)‪.‬מעבירות פרוטונים בלבד‪ .‬דומות במבנה ל‪ F-‬אך תפקידן לבנות מפל פרוטונים על‬ ‫הממברנה על חשבון ‪ .ATP‬המטרה לגרום לחומציות החלל הפנימי של ואקואלות‪ ,‬תפקידן לפרק חלבונים או פסולת וב‪pH-‬‬ ‫נמוך פירוק חלבונים או חומרי פסולת מתרחש מהר יותר‪ .‬משאבת נתרן‪-‬אשלגן‪ :‬נמצאת בממברנה פלסמטית של רוב‬ ‫התאים האאוקריוטים‪ .‬תפקידה להעביר ‪ 3‬יוני נתרן החוצה ו‪ 2-‬יוני אשלגן פנימה על חשבון פירוק ‪ .ATP‬במצב נורמלי‬ ‫ריכוז נתרן מחוץ לתא גבוה ובפנים נמוך (‪ 145mM‬לעומת ‪ )12mM‬וריכוז יוני אשלגן בחוץ נמוך ובפנים גבוה (‪140mM‬‬ ‫לעומת ‪ .)4mM‬פעילות המשאבה גורמת למצב פיזיולוגי זה‪ .‬טרנספורט זה הוא אלקטרוגני (אין שוויון במס' היונים‬

‫היוצאים ונכנסים)‪ ,‬נוצר פוטנציאל חשמלי על הממברנה של ~‪ 50-60mM‬עם מטען חיובי מחוץ לתא ושלילי בתוכו‪.‬‬ ‫פוטנציאל זה מאפשר הנעה של טרנספורט משני‪ .‬בעזרת המשאבה מקבלים פוטנציאל אלקטרוכימי על הממברנה שמתפרש‬ ‫מיד (מהר) על כל פני שטח הממברנה וכך מספק אנרגיה לכל מקום שם נדרש מעבר חומרים דרך הממברנה‪ .‬פוטנציאל‬ ‫חשמלי הוא המקור להעברת אותות במע' העצבים‪ .‬פוטנציאל פעולה‪ -‬סיגנל חשמלי שנוצר בקצה תא עצב‪ ,‬מתפזר לאורך‬ ‫התא וגורם להעברת אותות‪ .‬מבנה המשאבה‪ 2 :‬תת יחידות ‪ α‬ו ‪ 2‬תת יחידות ‪ .β‬בתת יחידות ‪ α‬האתר לקישור ‪ ATP‬פונה‬ ‫לתוך התא והאתר לקישור סטרואידים פונה החוצה‪ .‬זוהי תעלה אסימטרית‪ .‬מה שמאפיין מפל ריכוזים זה הכיוון‪.‬‬ ‫המשאבה היא אנזים! משאבה מקטלזת ריאקציה של העברת יונים דרך הממברנה‪ ,‬יש פירוק ‪ -ATP‬פעילות אנזימטית‪.‬‬ ‫הסובסטרט‪ :‬יונים ו‪ .ATP-‬התוצר‪ ADP+Pi :‬ומפל ריכוזים‪ .‬העברת יונים נגד מפל ריכוזים זוהי עבודה כימית‪ ,‬יש צורך‬ ‫להשקיע אנרגיה לביצוע עבודה ואנרגיה זו באה מפירוק ‪ .ATP‬מנגנון פעולה‪ :‬לאנזים אתרי קשירה לנתרן ולאשלגן‪ .‬בשלב‬ ‫ראשון ‪ 3‬יוני נתרן נקשרים עם אפיניות גבוהה מהצד הפנימי של הציטופלסמה‪ -‬מאפשר פירוק ‪ .ATP‬מתרחש זרחון (על‬ ‫אספרטט ונוצר קשר קוולנטי פוספוריל אספרטט) והצורה המזורחנת של האנזים מקבלת קונפורמציה שונה כך שתאי‬ ‫הקשירה של נתרן פונים החוצה‪ .‬קונפורמציה זו מאופיינת באפיניות נמוכה לנתרן מה שגורם לדיסוציאציה של יוני הנתרן‪.‬‬ ‫לאחר מכן מתאפשרת פתיחה ואסוציאציה של יוני אשלגן מהצד השני‪ .‬קישור יוני אשלגן מאפשר דפוספורילציה והחזרת‬ ‫האנזים לצורתו המקורית‪ .‬האנזים יכול להיות ב‪ 2-‬צורות‪ 1E :‬ו‪ .2E-‬ההבדל ביניהן אוריינטציה ואפיניות ליוני נתרן‬ ‫ואשלגן‪ 2 .‬הצורות יכולות להיות במצב מזורחן ולא מזורחן‪ .‬זרחון ‪ 1E‬דורש קישור של יוני נתרן ו‪ .ATP-‬הצורה ‪ E1-P‬אינה‬ ‫יציבה ומשנה קונפורמציה ל‪ .E2-P -‬צורה זו מאופיינת ע"י אפיניות גבוהה לאשלגן ונמוכה לנתרן‪ -‬נתרן עובר דיסוציאציה‬ ‫ואשלגן נקשר‪ .‬קישור אשלגן הוא תנאי הכרחי לדפוספורילציה והפיכת האנזים למצב לא מזורחן ‪ 2E. 2E‬אינה יציבה‬ ‫והופכת באופן ספונטני ל‪ .1E -‬דבר זה מחזיר את המשאבה לאפיניות גבוהה לנתרן ונמוכה לאשלגן כשאתרי הקשירה פונים‬ ‫פנימה‪ .‬גורם לדיסוציאציה של אשלגן לתוך הציטופלסמה‪ ,‬קשירת נתרן וחוזר חלילה‪ .‬פוספורילציה‪/‬דפוספורילציה וקישור‬ ‫נתרן‪/‬אשלגן הם תהליכים מצומדים‪ .‬תפקידים עיקריים‪ :‬היא שומרת על יציבות לחץ אוסמוטי בתא‪ ,‬משפיעה על ריכוזי כל‬ ‫היונים שבתא‪ .‬שומרת על ריכוז גבוה של אשלגן בתוך התא‪ ,‬אשלגן הוא קופקטור של הרבה אנזימים בתא שלא יפעלו ללא‬ ‫אשלגן‪ .‬שומרת על פוטנציאל הממברנה‪ -‬בפנים מטען שלילי ביחס לחוץ‪ .‬היא מחזירה למצב התחלתי תאים שעברו תהליך‬ ‫של פוטנציאל פעולה‪ .‬גורמת ליצירת אנרגיה לטרנספורט‪ .‬גורמת ליצירת חום‪ 2 .‬חומרים מעכבים למשאבה אלו הם חומרים‬ ‫שנמצאים בתמצית הצמח דיגיטליס‪ -‬וואבאים ודיגיטאוקסיגנין‪ .‬מעכבים את שלב הדפוספורילציה‪ ,‬האנזים נשאר במצב ‪E2‬‬ ‫‪ -P‬ומפל ריכוזים נתרן‪-‬אשלגן מתחיל להתפזר ‪ .‬מה שקובע בעיקר את פוטנציאל הממברנה זה אשלגן תעלות אשלגן יותר‬ ‫פעילות מנתרן‪ .‬ניתן להוכיח זאת ע"י הצבה במשוואה במצב רגיל של ‪ ,T=310K‬שוו"מ ופעילות משאבה נורמלית והשוואת‬ ‫התוצאה למצב שבו המשאבה מעוכבת (‪ Cin‬קטן ו‪ Cout-‬גדל)‪ .‬רואים שמתרחשת דפולריזציה‪ ,‬כלומר נתרן משפיע פחות על‬ ‫פוטנציאל הממברנה מאשר אשלגן‪ :Ouabain .‬מעכב משאבת נתרן‪-‬אשלגן‪ .‬הוא נקשר לאתר הקשירה של האשלגן (כלומר‬ ‫בחוץ)‪ ,‬אם הוא קשור למשאבה היא פועלת פחות טוב‪ .‬עיכוב המשאבה יכול לגרום לפעילות טובה יותר של הלב! כיצד? אם‬ ‫המשאבה מעוכבת אז פחות יוני נתרן יוצאים החוצה‪ .‬יש אנטיפורטר של נתרן וקלציום‪ -‬נתרן נכנס לפי מפל ריכוזים‬ ‫וקלציום יוצא מהתא כנגד המפל‪ .‬אם המשאבה פחות פעילה אז האנטיפורטר עובד פחות ויש פחות יציאת סידן‪ .‬ריכוז‬ ‫הסידן בתא גבוה מה שמאפשר התכווצות שרירים טובה יותר‪ -‬כלומר הלב עובד טוב יותר‪.‬‬ ‫משאבת סידן‪ :‬נמצאת בממברנה של הרטיקולום האנדופלסמטי‪ .‬הרטיקולום הוא מאגר ליוני סידן‪ .‬משאבת הסידן אחראית‬ ‫להעברת סידן ל‪( ER-‬או סארקופלסמטי בשרירים)‪ .‬משאבת סידן מסוג ‪ ,P‬כלומר כוח מניע זה פירוק ‪ ATP‬ובאמצע יש‬ ‫אנזים מזורחן‪ .‬לאנזים ‪ 3‬דומיינים‪ -N :‬לקשירת ‪ -ATP. A‬להתמרת אנרגיה ו ‪ -P‬עובר זרחון‪ Asp351 ,‬עוברת זרחון‪ .‬זרחון‬ ‫ח' אמינו אחת בחלבון ענק גורם לשינוי קונפורמציוני‪ .‬מנגנון הפעולה‪ :‬מאוד דומה לנתרן‪-‬אשלגן‪ .‬ל‪ 1E -‬נקשרים ‪ 2‬יוני סידן‪.‬‬ ‫פירוק ‪ ATP‬וזרחון מותנים בקשירת סידן‪ .‬זרחון מעביר מ‪ E1-‬ל‪ .E2-‬בצורה זו אתר הקשירה פתוח לצד השני של הממברנה‪.‬‬ ‫יש שחרור סידן ודפוספורילציה‪ .‬יש לנו ‪ 2E‬לא יציב שהופך בחזרה ל‪ .1E-‬לצורה ‪ 2E‬יש אפיניות גבוהה לסידן מהצד‬ ‫הציטופלסמטי‪ .‬קישור סידן מאפשר פירוק ‪ ATP‬וזרחון ‪ .1E‬הזרחון מעביר לצורה ‪ 2E‬כשאתר הקשירה פונה לתוך ה‪ER-‬‬ ‫ומאופיין באפיניות נמוכה לסידן‪ .‬שחרור סידן מאפשר דפוספורילציה‪ 2E .‬חופשי אינו יציב והופך חזרה ל‪ 1E-‬וחוזר חלילה‪.‬‬ ‫פעילות משאבת נתרן‪-‬אשלגן חשובה מאוד לאספקת אנרגיה לטרנספורט אקטיבי משני‪ .‬המשאבה בונה מפל ריכוזים ומפל‬ ‫חשמלי וניתן לנצל זאת כדי להניע מעבר גלוקוז מחוץ התא לתוך התא נגד מפל הריכוזים של גלוקוז (למשל)‪ .‬מפל ריכוזים‬ ‫של נתרן מניע מעבר גלוקוז נגד מפל הריכוזים‪ .‬בחיידקים‪ :‬מתרחש טרנספורט של לקטוז על חשבון מפל פרוטונים‪ATP- .‬‬ ‫‪ :ADP translocase‬נשא‪ .‬דורש השקעת אנרגיה‪ .‬מעבר ‪ ATP‬ל‪ ADP-‬הוא אלקטרוגני (‪ -3‬לעומת ‪ .)-2‬נוח לזרז את‬ ‫ההחלפה ע"י מפל חשמלי על הממברנה‪.‬‬ ‫מעגל קרבס ‪ /‬מעגל חומצת הלימון‪:‬‬ ‫למטאבוליזם ‪ 3‬כניסות עיקריות‪ :‬שומנים‪ ,‬חלבונים‪ ,‬סוכרים‪ .‬בשלב שני המסלולים מתחברים בצומת אחת שבאמצעה עומד‬ ‫אצטיל ‪ .CoA‬ומהצומת לא ניתן לדעת מהיכן הגיע האצטיל ל‪ .CoA -‬בשלב השלישי‪ -‬השלב האירובי‪ .‬מכונת עיבוד של‬ ‫אצטיל ‪ CoA‬הוא מעגל קרבס‪ CoA .‬הוא קופקטור שתפקידו לשפעל קב' המחוברת אליו‪ -‬הכי נפוצה אצטיל‪ .‬שפעול=עלייה‬ ‫באנרגיה חופשית‪ .‬השלב של כניסת פירובט למעגל קרבס ומעגל קרבס נמצאים במיטוכונדריה‪ -‬במטריקס‪.‬‬ ‫מעגל זה הוא קטבולי ואנאבולי‪ .‬תפקידו לייצר נשאי אלקטרונים‪ .‬בתאים אאוקריוטים‪ ,‬מעגל קרבס נמצא במיטוכונדריה‬ ‫והגליקוליזה בציטוזול‪ .‬הקשר בין הגליקוליזה למעגל קרבס הוא דקרבוקסילציה אוקסידטיבית של פירובט ( מועבר‬ ‫למיטוכונדריה ע"י אנטיפורטר) המתרחשת בתוך המטריקס‪:‬‬ ‫‪ pyruvat + CoA + NAD + ‬תהליך בלתי הפיך המזורז ע"י הקומפלכס פירובט‬ ‫‪→ acetylCoA + CO 2 + NADH‬‬ ‫דהידרוגנאז‪ .‬תג' נטו של המעגל‪:‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪ acetylCoA + 3NAD + FAD + GDP + Pi + 2 H 2 O ‬במעגל‬ ‫‪→ 2CO2 + 3NADH + FADH 2 + GTP + 2 H + + CoA‬‬ ‫קרבס מתרחשות ‪ 4‬תגובות חמצון‪-‬חיזור‪ .‬ריכוז אוקסלואצטט לא משתנה במהלך התג'‪ ,‬כמו כן אצטיל ‪ .CoA‬במהלך התג'‬ ‫רק אצטיל ‪ CoA‬מתחמצן ל‪ CO2-‬וכל שאר החומרים מתמחזרים‪ .‬שני אטומי הפחמן העוזבים את המעגל שונים מאלו‬ ‫שנכנסו אלי‪ -‬נכנסו מקב' האצטיל ויצאו בתור ‪ CO2. 4‬זוגות אטומי מימן עוזבים את המעגל ב‪ 4-‬תג' חמצון‪ 2.‬מולקולות‬ ‫‪ +NAD‬מחוזרות בדקרבוקסילציות האוקסידטיביות של איזוציטרט ו‪ α-‬קטוגלוטרט‪ .‬מולקולת ‪ FAD‬מחוזרת בחמצון‬ ‫סוקצינאט ומולקולת ‪ +NAD‬אחת מחוזרת בחמצון מלאט‪ .‬חמצן‪ -‬מקבל אלקטרונים אולטימטיבי‪ .‬מעגל קרבס זהו תהליך‬ ‫אאירובי בלבד וזאת כיוון ש‪ +NAD-‬ו‪ FAD-‬יכולים להיווצר במיטוכונדריה רק דרך מעבר אלקטרונים לחמצן מולקולרי‪.‬‬ ‫שלב ‪ :1‬אוקסלואצטט (‪ 4‬פחמנים)‪ ,‬אצטיל ‪ CoA (2‬פחמנים) ומים מגיבים ליצירת ציטרט (‪ 6‬פחמנים) ו‪ .CoA-‬ציטרט‬ ‫סינתאז‪ :‬אוקסלו אצטט מגיב תחילה עם אצטיל ‪ CoA‬ליצירת ציטריל ‪ CoA‬מבנה ביניים תיאואסטרי בעל אנרגיה גבוהה‬ ‫ולכן הידרוליזה זו מושכת את התג' לכיוון סינתזת ציטרט ו ‪ ..CoA‬שלב ‪ :2‬ציטרט עובר איזומריזציה לאיזוציטרט‪.‬‬ ‫האיזומריזציה מתרחשת על מנת לאפשר לציטרט לעבור דקרבוקסילציה אוקסידטיבית‪ .‬היא מתרחשת ע"י שלב דהידרציה‬ ‫ואחריו הידרציה‪ ,‬בעצם יש החלפה פנימית של ‪ +H‬ו‪ .-OH-‬שני שלבים אלו מזורזים ע"י אקוניטאז אנזים ברזל‪-‬גפרית‪ .‬שלב‬ ‫‪ :3‬איזוציטראט מגיב עם ‪ +NAD‬לקבלת ‪-α‬קטוגלוטראט‪ CO2 ,‬ו‪ .NADH-‬שלב חמצון חיזור ראשון‪ .‬אוקסלוסוקצינט הוא‬ ‫חומר ביניים בתג' זו‪ .‬האנזים המזרז ריאקציה זו הוא איזוציטרט דהידרוגנאז‪ .‬שלב ‪-α :4‬קטוגלוטראט מגיב עם ‪ +NAD‬ו‪-‬‬ ‫‪ CoA‬בתג' דקרבוקסילציה אוקסידאיבית שנייה לקבלת סוקציניל ‪ CoA, CO2‬ו‪ .NADH-‬תג' זו מזורזת ע"י האנזים ‪-α‬‬ ‫קטוגלוטראט דהידרוגנאז (הומולוגי לפירובט דהידרוגנאז אותו מכניזם)‪ .‬שלב ‪ :5‬סוקציניל ‪ CoA‬מגיב עם ‪ Pi‬ו‪GDP-‬‬ ‫לקבלת סוקצינאט‪ GTP ,‬ו‪( CoA-‬תג' שוו"מ)‪ .‬סוקציניל ‪ CoA‬הוא תרכובת תיואסטרית עתירת אנרגיה‪ .‬חיתוך הקשר‬ ‫האסטרי של תרכובת זו מצומד לפוספורילציה של ‪ .GDP‬זהו השלב היחיד במעגל אשר מפיק באופן ישיר קשר פוספטי עתיר‬ ‫אנרגיה‪ .‬התגובה מזורזת ע"י סוקציניל ‪ CoA‬סינתאז ‪ -‬הטרודימר ‪α2β2‬שלב ‪ 1‬בתג' החלפה של ‪ CoA‬ב‪ Pi-‬ויצירת מבנה‬ ‫ביניים בעל פוטנציאל אנרגיה גבוה סוקציניל‪-‬פוספט‪ ,‬שייר היסתדין מתת יחידה ‪ α‬מסיר את קב' הפוספוריל ויוצר סוקצינט‬ ‫ופוספוהיסתדין‪ ,‬שייר הפוספוהיסתדין מתנדנד לעבר ‪ GDP‬הקשור בתת יחידה ‪ β‬וקב' הפוספוריל מועברת ליצירת ‪. GTP‬‬ ‫שלב ‪ :6‬אוקסלואצטט נוצר מחדש ע"י חמצון סוקצינאט‪ .‬סוקצינאט מותמר לאוקסלואצטט ב‪ 3-‬צעדים‪)1 :‬שלב חמצון בו‬ ‫סוקצינאט הופך לפומראט‪ FAD .‬מקבל ‪ 2‬מימנים בשלב זה כיוון ששינוי האנרגיה החופשית אינו מספיק לחזר ‪.+NAD‬‬ ‫מזורזת ע"י סוקצינאט דהידרוגנאז‪.‬חלבון ברזל‪-‬גפרית‪ ,‬מעוגן ישירות לממברנה פנימית במיטוכונדריה ומשתתף ישירות‬ ‫בשרשרצ העברת ‪ e, FAD‬קב‪ ,‬פרוסטטית לא עוזב את האנזים ‪ )2‬שלב הידרציה בו פומראט הופל ל‪-L -‬מלאט‪ .‬האנזים הוא‬ ‫פומראז‪ -‬מזרז תוספת טרנס סטראוספציפית של ‪ H‬ו‪ )OH. 3-‬שלב חמצון נוסף בו ‪-L‬מלאט ו‪ +NAD-‬מגיבים לקבלת‬ ‫אוקסלואצטט‪ NADH ,‬ו‪( +H -‬תג' שוו"מ) ריאקציה יחידה בעלת אנרגיה חופשית חיובית במעגל החמצון קורה עקב‬ ‫העלמות התוצרים‪ .‬תגובה זו מזורזת ע"י מלאט דהידרוגנאז‪ +NAD .‬הוא שוב פעם מקבל האלקטרונים‪ NADH .‬ו‪FADH2-‬‬ ‫עוברים לממברנה הפנימית של המיטוכונדריה ושם מתחמצנים ע"י ‪ .O2‬תוך כדי חמצון יש צימוד לזרחון‪ .‬התוצרים‬ ‫העיקריים של מעגל קרבס‪ 8 :‬אלקטרונים‪ .‬קרבוקסילציה של פירובט‪ :‬תג' המזורזת ע"י פירובט קרבוקסילאז‪ .‬פירובט עובר‬ ‫לאוקסלואצטט‪ ,‬משמעות‪ -‬חידוש מעגל קרבס‪ .‬פירובט דהידרוגנאז‪ .‬זהו קומפלכס המורכב מ‪ 3-‬סוגי אנזימים‪E1, E2, E3:‬‬ ‫ו‪ 5-‬קואנזימים ‪:‬תיאמין פירופוספט (‪ ,)TPP‬ליפואמיד ‪ FAD -CoA,‬ו‪ .+ NAD-‬קיימים ‪4‬שלבים בהמרת פירובט לאצטיל‬ ‫‪ )CoA: 1‬פירובט ו‪ TPP-‬מגיבים לקבלת ‪ hydroxyethyl-TPP‬ן‪ .CO2-‬תג' זו מזורזת ע"י ‪ .E1‬טבעת טיאזול של ‪( TPP‬ב‪)E1-‬‬ ‫הינה טבעת חומצית ולכן יוצרת קרבאניון אשר מצרף ברצון קב‪ ,‬קרבוניל של פירובט‪ .‬הוספה זו מלווה בדקרבוקסילציה של‬ ‫פירובט ומתקבל הידרוקסיאתיל‪ )TPP. 2-‬קב' ההידרוקסיל המחוברת ל‪ TPP-‬מחומצנת ליצירת קב' אצטיל ומועברת‬ ‫לליפואמיד‪ .‬המחמצן הוא קב' הסולפיד של ליפואמיד אשר מומרת לצורת סולפהידריל‪ .‬מזורזת ע"י ‪ E1‬ונוצר אצטיל‬ ‫ליפואמיד‪ )3 .‬קב' האצטיל מועברת ל‪ CoA-‬ליצירת אצטיל ‪ .CoA‬דהידרוליפויל טרנסאצטילאז (‪ )E2‬מזרז תג' זו‪ )4 .‬הצורה‬ ‫המחומצנת של ליפואמיד נוצרת מחדש ע"י דהידרוליפויל דהידרוגנאז (‪ E3). 2‬אלקטרונים מועברים ל‪( FAD -‬קב'‬ ‫פרוסטטית של האנזים) ואז ל‪ .+NAD-‬הקומפלכס פירובט דהידרוגנאז גדול מריבוזום‪ ,‬מסתו ~‪ .5000kDa‬מורכב מ‪3-‬‬ ‫אנזימים שהאינטגרציה שלהם מאפשרת קטליזת ריאקציה מורכבת‪ .‬קומפלכס זה הומולוגי ל‪-α -‬קטוגלוטראט דהידרוגנאז‪.‬‬ ‫בקרה קוולנטית פוספורילציה של ‪ E1‬בקומלכס ע"י קינאז ספציפי מפסיקה את פעילות הקומפלכס‪ ,‬הפעלה מחודשת מושגת‬ ‫ע"י פוספטאז ספציפי‪ .‬הגברת היחסים‪ NADH/NAD+, CoA/acetylCoA, ATP/ADP :‬מקדמת פוספורילציה וכך גם את‬ ‫הפסקת פעילות הקומפלכס‪ .‬פירובט ן ‪ ADP‬משפעלים את ההידרוגנאז ע"י עיכוב הקינאז‪ ,‬בעוד ש‪ +Ca2-‬עושה זאת ע"י‬ ‫שפעול הפוספטאז‪ .‬פירובאט דהידרוגנאז "מכובה" כאשר יש הרבה תוצרי ביניים והאנרגיה גבוהה‪ .‬אינסולין‪ -‬מאיץ את‬ ‫המרת פירובט לאצטיל ‪ CoA‬ע"י המרצת דפוספורילציה של הקומפלכס‪ .‬בקרה אלוסטרית של האנזים‪ :‬הקומפלכס‪-‬‬ ‫‪ATP‬מעכב ן ‪ AMP‬משפעל‪ -E2 .‬אצטיל ‪ CoA‬מעכב ו ‪ CoA‬משפעל‪ E3- NADH .‬מעכב ו‪ +NAD-‬משפעל‪ .‬בקרה של המעגל‪:‬‬ ‫שלב בקרה חשוב בבקטריה‪ -‬סינתזת ציטרט מאוקסלואצטט ואצטיל ‪ CoA. ATP‬מעכב אלוסטרי של ציטרט סינתאז‪ .‬שלב‬ ‫בקרה נוסף‪ -‬איזוציטרט דהידרוגנאז הוא אנזים המשופעל אלוסטרית ע"י ‪( ADP‬מגדיל זיקה לסובסטרט)‪ .‬קשירת‬ ‫איזוציטרט‪ +NAD+, Mg2 ,‬ו‪ ADP-‬קואופרטיביות באופן הדדי‪ .‬בניגוד ‪ NADH‬מעכב איזוציטרט דהידרוגנאז ע"י החלפת‬ ‫‪ +NAD‬באופן ישיר‪ ATP .‬מעכב‪ +NAD .‬ו‪ FAD-‬זמינים רק כאשר האנרגיה נמוכה‪ .‬שלב בקרה שלישי‪-α -‬קטוגלוטראט‬ ‫דהידרוגנאז‪ ,‬סוקציניל ‪ CoA‬ו‪ NADH-‬מעכבים‪ -‬תוצרי התג' המזורזת ע"י האנזים‪ .‬כמו כן מעוכב ע"י רמת אנרגיה גבוהה‪.‬‬ ‫כאשר רמת האנרגיה בתא גבוהה‪ ,‬קצב המעגל פוחת וכמו כן מעבר דוגמאות של ‪ 2‬פחמנים למעגל (הבאים מאצטיל ‪.)CoA‬‬ ‫*תג' נוספת שיכולה ליצור אוקסלואצטט מפירובט‪ -‬גלוקונאוגנזה! מחלת ברי ברי‪ :‬נגרמת מחוסר בתיאמין‪ -‬ויטמין ‪.B1‬‬ ‫הגוף לא יכול לסנתז ויטמינים‪ .‬מחלה זו גורמת לחוסר תפקוד של הקומפלכס‪ ,‬חוסר יכולת ליצור אנרגיה‪ .‬העצבים נפגעים‬ ‫ממחלה זו‪ .‬ציטרט סינתאז‪ :‬דימר ‪ 2‬תת יחידות זהות כל אחת ‪ .49KD‬במהלך הקטליזה האנזים עובר שינויים‬ ‫קונפורמציוניים מהותיים‪ .‬תחילה נקשר אוקסלואצטט ואח"כ אצטיל ‪ .CoA‬הסיבה לסדר ההקשרות‪ -‬אוקסלואצטט מגדיל‬ ‫התארגנות מבנית גדולה אשר מובילה להווצרות אתר קשירה לאצטיל ‪ CoA‬ומונע הידרוליזה של אצטיל ‪* .CoA‬אנזים‬ ‫אסימטרי אשר תוקף תרכובת סימטרית יכול להבחין בין ‪ 2‬קב' זהות של אותה התרכובת‪ .‬ארסנט‪ :‬בעל התאמה סטרית לח'‬ ‫ליפוית במצב מחוזר‪ ,‬מחזר וגורם לאנאקטיבציה של הקומפלכס‪ .‬דומה למחלה ברי ברי‪.‬‬

‫פוספורילציה אוקסידטיבית‪:‬‬ ‫תהליך שבמהלכו מסונתזת רוב האנרגיה בתאים אאירובים (יש שיתוף ‪ ,)O2‬זהו מנגנון ליצירת רוב ‪ ATP‬במע' חיות‪ .‬בתאים‬ ‫אאוקריוטים‪ -‬מתרחשת במיטוכונדריה‪ .‬הממברנה החיצונית של המיטו' מכילה חלבונים המכילים פורינים‪ .‬הם בונים‬ ‫תעלות אניוניות‪ ,‬גדולות ולא סלקטיביות שמעניקות חדירות לממברנה החיצונית‪ .‬ממברנה זו אינה חדירה לחלבונים‪ .‬אחד‬ ‫התפקידים החשובים של המיטו' זה אפופטוזיס‪ -‬מוות מבוקר של תאים אאוקריוטים‪ .‬אחד מהחלבונים הקטנים (ציטוכרום‬ ‫‪ )C‬יוצא מהמיטו'‪ ,‬גורם מרכזי להמשך מנגנון מוות מבוקר של התא‪ .‬מתרחש בגלל פתיחה של חור גדול שחדיר לחלבונים‪.‬‬ ‫הממברנה הפנימית מקופלת מאוד על מנת להגדיל את שטח הפנים (הגברה כמותית של מע' פוספורילציה אוקסידטיבית)‪.‬‬ ‫מכילה גם את החלבונים ששיכים לשרשרת מעבר ‪ .-e‬המטריקס מכיל את מעגל קרבס‪ ,‬כל האנזימים ששיכים למעגל‬ ‫נמצאים במטריקס‪ .‬המטריקס מכיל גם ‪ DNA‬מיטוכונדריאלי שמקודד חלק מהחלבונים‪ .‬הממברנה הפנימית לא חדירה‬ ‫בקלות לחלבונים ואינה חדירה ליונים‪ .‬לכל דבר הצריך להכנס למטריקס יש נשאים ספציפיים‪ .‬בממברנה מיטוכונדריאלית‬ ‫הקטיון המספק אנרגיה למעבר חומרים הוא ‪ ,+H‬יש ניצול של גרדיאנט פרוטונים‪ .‬תפקיד המיטו' הוא לספק את השלב‬ ‫האחרון בהתמרת אנרגיה‪ .‬יש שרשרת העברת ‪ -e‬מהנשאים ‪ NADH, FADH2‬אל החמצן‪ .‬במעגל קרבס מקבלים ‪8NADH,‬‬ ‫‪ .2FADH2‬כמו כן מקבלים ‪ 6CO2‬ורק ‪( 2ATP‬בנוסף ל‪ 2ATP -‬שנוצרו בגליקוליזה)‪ .‬בשלב הבא נכנסים ה ‪ -e‬לשרשרת‪,‬‬ ‫האנרגיה שלהם מנוצלת והיא הולכת לסינתזה של ‪ ,32ATP‬מתוך ‪ 36‬מולקולות שניתן לקבל ממולקולת גלוקוז אחת‪ .‬רוב‬ ‫האנרגיה מתקבלת בשלב האחרון‪ .‬למולקולות שמוסרות ‪ -e‬יש פוטנציאל חיזור גבוה ולמולקולות המקבלות ‪ -e‬יש פוטנציאל‬ ‫חיזור נמוך‪ .‬שרשרת מעבר ‪ -e‬זוהי שרשרת ריאקציות חמצון חיזור בהשתתפות נשאים שונים‪ .‬מעבר ‪ -2e‬מ‪ NADH -‬לחמצן‬ ‫נותן אנרגיה של ‪ .Kcal/mol 52‬ע"י שבירת השרשרת למס' ריאקציות יש איבוד אנרגיה‪ .‬הדבר טוב לתא כי אם נשחרר כמות‬ ‫רבה של אנרגיה התא יישרף‪ .‬המטרה היא לשחרר אנרגיה במנות אותן ניתן לעבד ולנצל היטב‪ .‬בשרשרת יש כמה‬ ‫קומפלכסים שכל אחד בנוי מכמה תתי יחידות ומכמה קב' פרוסטטיות‪ :‬קומפלכס ‪ I: NADH‬דהידרוגנאז‪ -‬מקבל ‪ -e‬מ‪-‬‬ ‫‪ .NADH‬קומפלכס ‪ :II‬סוקצינאט‪ Q-‬רדוקטאז‪ -‬דרכו נכנס סוקצינאט לשרשרת‪ .‬קומפלכסים ‪ I‬ו‪ II-‬מעבירים אלקטרונים‬ ‫ליוביקיונון (‪-Q‬נשא)‪ .‬ניתן להתחיל את השרשרת מ‪ 2-‬כיוונים ‪ NADH‬וסוקצינאט‪ Q .‬מעביר לקומפלכס ‪III: Q-Cyt C‬‬ ‫אוקסידורדוקטאז‪ .‬קומפלכס ‪ III‬מעביר ל‪ ,Cyt C-‬נשא קטן‪ ,‬חלבון מסיס‪ .‬הוא הקישור בין קומפלכס ‪ III‬ל‪ .IV-‬קומפלכס‬ ‫‪ :IV‬ציטוכרום ‪ C‬אוקסידאז והוא מעביר לחמצן‪ .‬קומפלכסים ‪ 1,3,4‬מעבירים פרוטונים אל מחוץ למטריקס ויוצרים‬ ‫גרדיאנט פרוטונים על הממברנה הפנימית (קומפלכס ‪ 2‬לא מעביר פרוטונים)‪ .‬לנשאים חלק כרומופורי‪ -‬בעלי בליעה‪ .‬בליעתם‬ ‫משתנה בהתאם למצב חמצון‪-‬חיזור שלהם‪ .‬ככל שחומר מחוזר יותר בליעתו עולה‪ .‬נשא שקרוב יותר לסובסטרט יהיה‬ ‫מחוזר יותר‪ .‬כתוצאה ממעבר ה ‪ -e‬ויצירת גרדיאנט פרוטונים יש שפעול של קומפלכס ‪ V: ATP‬סינתאז המייצר ‪ .ATP‬נוצר‬ ‫מפל אלקטרוכימי של פרוטונים על הממברנה‪ .‬קומפלכס ‪ :I‬בצורת ‪ ,L‬זרוע אנכית שנמצאת במטריקס וזרוע הידרופובית‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪  NAD   QH 2  4 H cytosol‬‬ ‫‪ . NADH  Q  5H matrix‬בתחילה ‪ NADH‬נקשר‬ ‫הנמצאת בתוך הממברנה‪ .‬הריאקציה המזורזת‪:‬‬ ‫לאתר קשירה שנמצא על הזרוע במטריקס ומעביר ‪ -e‬ל ‪( FMN‬קב' פרוסטטית של הקומפלכס) והופך לצורתו המחוזרת‬ ‫‪ -FMNH2. e‬אלו מועברים ל‪ 3 -‬מרכזים של ‪( 4Fe-4S‬חלבוני גפרית ברזל שהם הקב' הפרוסטטית השנייה של הקומפלכס)‪.‬‬ ‫יוני הברזל בחלבונים יכולים להיות במצב מחוזר ‪ Fe+2‬או במצב מחומצן ‪ .Fe+3‬קב' ברזל‪-‬גפרית עוברות ריאקצית חמצון‬ ‫חיזור ללא שחרור פרוטונים‪ -e .‬מקב' ברזל גפרית מועברים ל‪ .CoA-Q -‬מעבר ה ‪ -e‬מ‪ NADH-‬ל‪ Q-‬בקומפלכס ‪ I‬גורם‬ ‫לשאיבה של ‪ +4H‬אל מחוץ למטריקס‪ .‬חיזור ‪ Q‬ל‪ QH2-‬נוצר כתוצאה של יציאת ‪ 2‬פרוטונים מהמטריקס‪ .‬זוג ה ‪ -e‬שקשור ל‪-‬‬ ‫‪ QH2‬מועבר ל‪ 4Fe-4S-‬והפרוטונים משוחררים לצד הציטוזולי‪ .‬משם עוברים ה ‪ -e‬ל‪ Q-‬נייד בתוך הממברנה ההידרופובית‪,‬‬ ‫שנוצר עקב יציאה של ‪ -2e‬מהמטריקס לציטוזול‪ .‬קומפלכס ‪ :II‬חלבון ממברנלי אינטגרלי שנמצא בממברנה הפנימית של‬ ‫המיטו'‪ FADH2 .‬לא עוזב את הקומפלכס אלא ה ‪ -e‬מועברים למרכז ‪ Fe-S‬ואז ל‪ Q-‬ומשם נכנסים לשרשרת‪ .‬בניגוד‬ ‫לקומפלכס ‪ I‬לא גורמים להעברת פרוטונים‪ .‬משאבת הפרוטונים השנייה בשרשרת היא קומפלכס ‪ :III‬ציטוכרום הוא חלבון‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫שמעביר ‪ -e‬ומכיל קב' פרוסטטית ‪ . QH 2  2CytCox  2 H matrix   Q  CytCred  4 H cytosol .Heme‬הקומפלכס הוא דימר‬ ‫המכיל ‪ 11‬תת יחידות‪ .‬מכיל בסה"כ ‪ 3‬קב' ‪ Heme‬שנמצאות בשתי תת יחידות‪ CytbH, CytbL, Cytc1. bL :‬עבור אפיניות‬ ‫נמוכה ו‪ bH-‬עבור אפיניות גבוהה והם נמצאים ב‪ .Cytb-‬הסוג ה‪ c 3-‬נמצא ב‪ .Cytc1-‬בנוסף לקב' ה‪ Heme-‬האנזים מכיל קב'‬ ‫ברזל‪-‬גפרית עם מרכזי ‪ .2Fe-2S‬מרכז זה נקרא ‪ .Rieske center‬הקומפלכס מכיל ‪ 2‬אתרי קישור ייחודים עבור ‪ Q‬שנקראים‬ ‫‪ Qo, Qi. Qi‬נמצא קרוב יותר לצד הפנימי של המטריקס‪ .‬מעגל ה‪ :Q-‬המכניזם של מעבר ה ‪ -e‬מ‪ Q-‬ל‪ .CytC-‬המעגל מתחיל‬ ‫כאשר ‪ QH2‬נקשר לאתר ‪ Qo. QH2‬מעביר בכל פעם ‪ .-1e‬הוא עובר תחילה למרכז ‪ rieske‬ואז ל‪ Cytc1-‬ובסופו של דבר למול'‬ ‫‪ Cytc‬מחומצנת והופך אותו לצורתו המחוזרת‪ Cytc .‬המחוזר חופשי לעזוב את האנזים בצורה זו‪ .‬האלקטרון השני מועבר‬ ‫תחילה ל‪ CytbL-‬ואז ל‪ CytbH-‬ובסופו של דבר ל‪ Q-‬הקשור באתר ‪ .Qi‬עקב קבלת ה ‪ -e‬ה‪ Q-‬מחוזר ל ‪ .-∙Q‬כאשר ‪ QH2‬באתר‬ ‫‪ Qo‬מחומצן ל‪ Q-‬הפרוטונים שלו משתחררים לצד הציטוזולי של הממברנה‪ .‬מול' ה ‪ Q‬שבאתר ‪ Qo‬חופשיה לעזוב את האתר‪.‬‬ ‫בשלב זה ‪ -∙Q‬נמצא באתר ‪ .Qi‬מול' שניה של ‪ QH2‬נקשרת לאתר ‪ Qo‬ומגיבה באותה הדרך כמו הראשונה‪ .‬אחד מה ‪ -e‬מועבר‬ ‫‬‫למרכז ‪ rieske‬ואז ל‪ Cytc1-‬ומועבר משם לחיזור מול' שניה של ‪ .Cytc‬האלקטרון השני עובר ל‪ CytbL-‬ואז ל‪ ,CytbH-‬ל ‪∙Q‬‬ ‫‪+‬‬ ‫שקשור באתר ‪ .Qi‬בעת הוספת האלקטרון השני רדיקל הקיונון לוקח ‪ +2H‬מהצד של המטריקס ויוצר ‪ .QH2‬הורדה של ‪2H‬‬ ‫אלו תורמת ליצירת גרדיאנט הפרוטונים‪ .‬בסוף מעגל ה‪ Q 2-‬מול' ‪ QH2‬מחומצנות ליצירת ‪ 2Q‬ומול' אחת של ‪ Q‬מחוזרת ל‪-‬‬ ‫‪ QH2, 2‬מול' ‪ Cytc‬מחוזרות‪ +4H ,‬משוחררים לצד הציטופלסמטי ו ‪ +2H‬מועברים מהמטריקס ל ‪ .-∙Q‬השלב הסופי של‬ ‫השרשרת הוא חמצון של ‪ Cytc‬מחוזר שנוצר בקומפלכס ‪ ,III‬שלב זה מצומד לחיזור של ‪ O2‬ל‪ .2H2O-‬ריאקציה זו מזורזת‬ ‫ע"י קומפלכס ‪ :IV‬מכיל ‪ 2‬קב' ‪ Heme (a‬ו‪ )a3-‬ו‪ 3-‬יוני נחושת‪ .‬המרכז בעל ‪ 2‬יוני נחושת נקרא ‪ CuA/CuA‬והוא מקבל ה ‪ -e‬מ‪-‬‬ ‫‪ Cytc‬המחוזר‪ 2 .‬מול' ‪ Heme A‬נקראות ‪ Heme a‬ו‪ Heme a3-‬והן בעלות תכונות שונות כיוון שהן ממוקמות באופן שונה‬ ‫בקומפלכס‪ .‬התפקיד של ‪ Heme a‬הוא להעביר ‪ -e‬מ‪ CuA/CuA-‬בעוד שהתפקיד של ‪ Hemea3‬זה להעביר ‪ -e‬ל‪( CuB-‬המרכז‬ ‫בעל יון הנחושת הנוסף)‪ Hemea3 .‬ו‪ CuB-‬יוצרים ביחד את המרכז הפעיל שבו ‪ O2‬מחוזר ל ‪ .H2O‬הריאקציה הכללית‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‬‫שמקוטלזת ע"י קומפלכס ‪ IV‬היא‪ . 4CytCred  8 H matrix  O2   4CytCox  2 H 2O  4 H cytosol :‬חמצן מולקולרי הוא מקבל ‪e‬‬ ‫טרמינלי אידיאלי כיוון שהוא בעל אפיניות גבוהה ל ‪ -e‬ולכן יוצר כוח מניע תרמודינמי גדול‪ .‬אם מתחילים מסוקצינאט אז‬ ‫מדלגים על פעילות קומפלכס ‪ 1‬ויש יציאה של פחות מימנים‪ ,‬כלומר פחות ייצור ‪ .ATP‬אנרגיית ‪ -e‬מנוצלת לטרנספורט‬ ‫אקטיבי דרך הממברנה‪ ,‬פרוטונים עוברים מצדו הפנימי של המטריקס החוצה ונוצר פוטנציאל מעבר פרוטונים‪ .‬המפל‬ ‫מורכב מ‪ 2-‬חלקים‪ :‬ריכוזי וחשמלי‪ 2 ,‬החלקים שונים מבחינה אנרגטית והם "לוחצים" על הפרוטון לחזור אל תוך‬ ‫המטריקס‪ .‬הקומפלכס ‪ ATP‬סינתאז מנצל את מפל הפרוטונים ליצירת ‪ ATP. ATP‬סינתאז מורכב מ‪ 2-‬תת יחידות‪.Fo, F1 -‬‬ ‫‬‫כאשר מפרידים ביניהן ניתן לראות שאין סינתזת ‪ ATP‬ושרשרת הנשימה פועלת יותר מהר‪ .‬כלומר‪ ,‬אין צימוד בין מעבר ‪e‬‬ ‫לסינתזת ‪ .ATP‬פקטור ‪ F1‬אחראי על סינתזת ‪ .ATP‬בנוסף קיימים מעכבים כגון אוליגומיצין שמעכב את שלב‬ ‫הפוספורילציה‪ .‬קצב מעבר ‪ -e‬רגיש לאוליגומיצין (הוא משפיע על ‪ Fo‬ולא על ‪ .F1‬המנגנון יכול לעבוד רק במקרים בהם חדירת‬ ‫פרוטונים איננה פסיבית‪-‬ספונטנית‪ ,‬במקרה זה גרדיאנט הפרוטונים לא יחזיק מעמד‪ .‬אם הממברנה חדירה ליונים אחרים‪,‬‬ ‫הם יכולים לפזר את הפוטנציאל החשמלי על הממברנה ולכן שלמותה הכרחית לפעילות העברת ה ‪-e‬וצימודם ליצירת ‪.ATP‬‬ ‫‬‫מפר צימוד‪ :‬כל חומר שיכול להשפיע על חדירות הממברנה ליונים‪ DNP-2,4 .‬בנוכחות נשאי ‪ :-e‬מפר צימוד בין מעבר ‪e‬‬ ‫לסינתזת ‪ .ATP‬יש מעבר ‪ -e‬מזורז אך אין סינתזת ‪ ATP‬אלא הידרוליזת ‪ .ATP‬הוא אינו מעכב את האנזים ‪ ATP‬סינתאז‬ ‫כיוון שהוא מפרק ‪ .ATP‬החומר מספיק הידרופובי לחדור את הממברנה ומצד שני הוא חומצה חלשה בעלת ‪ pKa‬קרוב‬ ‫לנייטרלי ויכול להיות טעון‪ .‬הוא לוקח פרוטון בצד אחד של הממברנה עובר אותה ובפנים משחרר את הפרוטון‪ -‬כך הוא‬ ‫מפזר מפל אלקטרוכימי על הממברנה‪ :FCCP .‬גם חומצה חלשה הידרופובית עם מסיסות גבוהה בתוך הממברנה‪ .‬מבחינה‬ ‫תרמודינמית נוצר מפל פרוטונים על הממברנה‪ .‬את האנרגיה החופשית שנוצרת מהמפל נוכל לחשב לפי‪:‬‬ ‫‪ . G  2.3RT ( pH in  pH out )  ZF  , ADP  Pi  [ H ]out    ATP  H 2O  [ H ]in‬מבנה ותפקוד קומפלכס ‪ V- ATP‬סינתאז‪:‬‬ ‫קומפלכס גדול שנמצא בממברנה הפנימית‪ .‬ניתן לזהות ‪ 2‬חלקים עיקריים‪ -‬חלק בולט ‪ F1‬ולחק ממברנלי ‪ Fo (o‬מגיע‬ ‫מאוליגומיצין‪ ,‬זהו מקום פעילות של המעכב הספציפי של המשאבה אוליגומיצין‪ .‬הוא פועל על ‪ Fo‬אבל מעכב פעילות‬ ‫הקומפלכס השלם)‪ .‬ראש הקומפלכס ‪ F1‬פונה למטריקס‪ .‬ניתן להפריד בין ‪ 2‬החלקים ע"י ריכוז מלח גבוה‪ .‬משאבת‬ ‫הפרוטונים המעבירה דרך הממברנה פרוטונים בלבד היא מסוג ‪ F‬ובעלת פעילות ‪ :ATPase. F1‬הקומפלכס מורכב מ‪ 9-‬תת‬ ‫יחידות ‪ .3α3βγδε‬המשקל המולקולרי של ‪ α‬ו‪ β-‬הוא ‪ Kd, γ 50-53‬עד כ‪ Kd 30-‬ושל ‪ δ‬ו‪ :ε 15-20 Kd. F0-‬חלק ממברנלי‪,‬‬ ‫מורכב מ‪ 3-‬סוגי תת יחידות ‪ .a2b(10-14)c‬משקל ‪ a‬הוא ‪ Kd, b 30‬הוא ‪ Kd 17‬ו‪ c-‬הוא ‪ .Kd 8‬יש תת יחידה אחת ‪ a, 2‬תת‬ ‫יחידות ‪ b‬ו בין ‪ 10-14‬תת יחידות ‪ -c‬כל אחת היא ‪ 2‬סלילי ‪ α‬החוצים את הממברנה‪ .‬מניסויי פירוק והרכבה שלתת היחידות‬ ‫וקריסטלוגרפיה גילו כי המבנה מאוד סימטרי והוא בעל פעילות פונקציונלית‪ .‬קוטר הראש ‪ -12nm‬מבנה מרחבי גדול‪.‬‬ ‫הראש מורכב מ‪ 3α+3β -‬ומעוגן לממברנה ע"י ‪ 2‬תתי היחידות ‪ ,b‬קיים חיבור מכני ליחידה ‪ δ‬בין היחידות וישנו חיבור‬ ‫פונקציונלי של תת יחידה ‪ δ‬לתת יחידה ‪ .c‬אתר פעיל‪ :‬אתר הקישור מורכב מ‪ 2-‬תתי יחידות ‪ .αβ‬פעילות הקומפלכס‬ ‫מבוססת על רוטציה‪ -‬תנועה סיבובית של חלק ממברנלי בעל צורת רוטור‪ .‬החיבור בין הרוטור‪-‬תת יחידה ‪ c‬ל‪ γ-‬ודרכו ל ‪αβ‬‬ ‫גורם לסיבוב של הקומפלכס‪ .‬סינתזת ‪ ATP‬באתר הפעיל של ‪ F1‬מתרחשת באופן ספונטני‪ADP  Pi    ATP  H 2O .‬‬ ‫לריאקציה זו ‪ ΔG‬חיובי אך אם נסלק את המים במהלך הריאקציה התגובה תלך לכיוון סינתזת ‪ ATP‬ונקבל ‪ ΔG‬שלילי‪,‬‬ ‫יהיה קרוב ל‪ 0-‬כלומר ריאקציה בשו"מ‪ .‬אם באתר הפעיל ‪ ADP‬ו‪ Pi-‬קשורים ואין נוכחות של מים אז יווצר ‪ .ATP‬כאשר‬ ‫נבדקה הזיקה של נוקליאוטידים לקומפלכס ‪ F1‬שמכיל ‪ 3‬אתרי קישור ‪ αβ‬נתגלה כי לכל אתר היכולת להמצא באחת מ‪3 -‬‬ ‫הזיקות הבאות‪ :‬אתר ‪ )T( 1‬בעל אפיניות מאוד גבוהה ל‪ ATP-‬ובמהלך ניקוי של קומפלכס ‪ F1‬מאוד קשה להפטר מ‪ATP-‬‬ ‫באתר זה ולקבל חלבון נקי‪ .‬אתר ‪ )L( 2‬בעל זיקה בינונית ואתר ‪ )O( 3‬בעל זיקה חלשה‪ ,‬על בסיס עובדות אלה הוצע ‪Binding‬‬ ‫‪ :Change Mechanisem‬באתר ‪ T‬מתרחשת ריאקציה ספונטנית של יצירת ‪ ,ATP‬אך הוא קשור חזק ולא יכול לצאת‪.‬‬ ‫שחרור ‪ ATP‬מ‪ T-‬זה שלב הדורש אנרגיה‪ .‬סיבוב תת יחידה ‪ γ‬גורם לפתיחת האתר הפעיל ושחרור של ‪ ATP‬מ‪ T-‬והפיכתו ל‪-‬‬ ‫‪ .O‬סיבוב זה גורם לשינוי קונפורמציה המתרחש בכל תת היחידות‪ ,‬ותת יחידה ‪ L‬שהחזיקה ‪ ADP‬ו‪ Pi-‬בצורה חלשה נסגרת‬ ‫והופכת ל‪ .T-‬תת יחידה ‪ O‬הופכת ל‪ L-‬ויכולה לקשור ‪ ADP‬ו‪ Pi-‬ו‪ T-‬הקושרת ‪ ATP‬הופכת ל‪ O-‬ומשחררת אותו‪ .‬כלומר תת‬ ‫יחידה ‪ L‬קושרת ‪ ADP‬ו‪ ,Pi-‬ב‪ T-‬מתרחשת סינתזת ‪ ATP‬באופן ספונטני וב‪ O-‬משתחרר ‪ .ATP‬השינוי בקונפורמציות הוא‬ ‫נגד כיוון השעון‪ .‬כל זה כרוך בסיבוב של ‪ 1200‬של תת יחידה ‪ γ‬עם כיוון השעון‪ ,‬כיוון שהקומפלכס הוא הקסמר טריגונלי‪.‬‬ ‫*אם השינוי בקונפורמציות ‪ T,L,O‬מתרחש עם כיוון השעון מדובר בהידרוליזת ‪ .ATP‬המנוע עובד בעזרת האנרגיה‬ ‫המשתחררת מפירוק ‪ .ATP‬כיצד פרוטונים העוברים דרך ‪ Fo‬גורמים לסיבוב של תתי יחידה ‪ ?γ‬בתת יחידה ‪ c‬כל שרשרת‬ ‫פוליפפטידית יוצרת זוג של סליל ‪ α‬שחוצה את הממברנה‪ .‬שייר של ‪ Asp‬נמצא במרכז הסליל השני‪ .‬כאשר ‪ Asp‬קשורה‬ ‫לחלק ההידרופובי של הממברנה השייר חייב להיות לא טעון‪ .‬תת יחידה ‪ a‬בנוייה מ‪ 2-‬חצאי תעלות פרוטונים שלא חוצות‬ ‫את הממברנה‪ .‬פרוטונים יכולים לעבור דרך תעלות אלו אך לא לחלוטין דרך הממברנה‪ .‬תת יחידה ‪ a‬נמצאת סמוך לטבעת ‪c‬‬ ‫כאשר כל חצי תעלה מגיבה עם תת יחידה ‪ c‬אחת‪ .‬בתעלה הסביבה הידרופילית ולכן שני שיירי ה ‪ Asp‬ב‪ 2-‬תת יחידות ‪c‬‬ ‫הקשורות לתעלה‪ ,‬ויתרו על הפרוטונים שלהם וה ‪ Asp‬נמצאות במצבן הטעון‪ .‬טבעת ה‪ c-‬לא יכולה להסתובב לשום כיוון‬ ‫משום שזה יגרום לשייר טעון של ‪ Asp‬להכנס לסביבה הידרופובית‪ .‬פרוטון יכול לנוע דרך חצי תעלה ולגרום לכך שה‪Asp -‬‬ ‫הטעונה תהפוך ללא טעונה‪ .‬סביר להניח שהפרוטון ינוע בתעלה הקשורה לצד הציטוזולי של הממברנה בגלל שריכוז‬ ‫הפרוטונים שם גבוה פי ‪ 25‬מאשר בצד של המטריקס‪ .‬דבר זה קורה בשל השרשרת שיוצרת את הגרדיאנט‪ .‬כניסה של‬ ‫פרוטונים לתוך חצי התעלה בצד הציטוזולי נגרמת גם עקב הפוטנציאל על הממברנה שהוא ‪ 0.14v +‬ומגדיל את ריכוז‬ ‫הפרוטונים קרוב לפתח של חצי התעלה הציטוזולית‪ .‬אם שייר ה ‪ Asp‬עבר פרוטונציה לצורתו הלא טעונה‪ ,‬טבעת ה‪ c-‬יכולה‬ ‫להסתובב אך ורק בכיוון השעון‪ .‬סיבוב כזה מעביר את השייר של החומצה ליצירת מגע עם הממברנה ומזיז את השייר‬

‫הטעון שנמצא בחצי התעלה של המטריקס‪ .‬הפרוטון יכול לעבור דיסוציאציה מה ‪ Asp‬ולנוע דרך חצי התעלה אל המטריקס‬ ‫שעני בפרוטונים ולשחזר את המצב ההתחלתי‪ .‬טבעת ה‪ c-‬קשורה חזק לתת היחידות ‪ γ, ε‬ולכן כאשר היא נעה גם תת‬ ‫היחידות הללו נעות בסיבוב בתוך ההקסמר (‪ )α3β3‬ביחידה ‪ .F1‬סיבוב תת יחידה ‪ γ‬גורם לסינתזת ‪ ATP‬דרך המכניזם שעליו‬ ‫דובר‪ .‬מס' תת יחידות ‪ c‬מאוד משמעותי משום שהוא קובע את מס' הפרוטונים שחייבים לעבור בכדי לגרום ליצירת מול'‬ ‫‪ .ATP‬כל סיבוב של ‪ 360o‬של תת יחידה ‪ γ‬גורם לסינתזה ושחרור של ‪ .3ATP‬לכן אם יש ‪ 10‬תת יחידות ‪ ,c‬כל ‪ ATP‬נוצר ע"י‬ ‫העברה של ‪ 3.33‬פרוטונים (עבור כל ‪ ATP‬עוברים ‪ 3‬פרוטונים)‪ .‬כמה ‪ ATP‬מקבלים ממעבר זוג ‪ -e‬דרך השרשרת? כמות‬ ‫האנרגיה של פעילות כל קומפלכס המעביר פרוטונים מספיקה לסינתזת ‪ ATP‬אחד‪ .‬המדד לפעילות הוא יחס של ‪ Pi‬אחד‬ ‫לחמצן אחד‪ .‬סה"כ אם מתחילים מקומפלכס ‪ I‬יחס ‪ P/O‬הוא ‪ 3‬ונוצרות ‪ 3‬מולקולות ‪ .ATP‬בקומפלכס ‪ .II P/O=2‬ניתן‬ ‫להוסיף חומר התורם ‪ -e‬וכך לגרום לסינתזת ‪ -ATP‬עלייה ב‪ ,pH-‬עקב פירוק ‪ -ATP‬ירידה ב‪ pH. ADP-ATP-‬טרנסלוקאז‪:‬‬ ‫כ‪ 14%-‬מכלל החלבונים בממברנה הפנימית‪ .‬טרנספורטר של ‪ ATP‬מהמטריקס אל הציטוזול ושל ‪ ADP‬מהציטוזול‬ ‫למטריקס‪ .‬המעבר מצומד‪ ,‬לא יתבצע טרנספורט של ‪ ATP‬אם ‪ ADP‬לא ייקשר ולהיפך‪ ADP .‬נקשר בצד הציטוזולי עקב‬ ‫מפלי הריכוזים שלו‪ .‬הנשא משנה קונפורמציה ומשחרר ‪ ADP‬בתוך המטריקס‪ ATP .‬נקשר ושוב יש שינוי קונפורמציה ו‪-‬‬ ‫‪ ATP‬משוחרר לציטוזול‪ .‬חילוף זה יקר מבחינה אנרגטית‪ ,‬בערך רבע מהאנרגיה שנוצרת ממעבר ‪ -e‬ע"י השרשרת נצרכת‬ ‫‬‫בכדי ליצור מחדש את פוטנציאל הממברנה שנפגע עקב תהליך החילוף‪ .‬קצב הפוספורילציה האוקסידטיבית‪ :‬מעבר ‪e‬‬ ‫מצומד לפוספורילציה‪ -e .‬בדר"כ לא עוברים דרך השרשרת ל‪ O2 -‬אלא אם כן ‪ ADP‬עובר סימולטנית פוספורילציה ל‪.ATP -‬‬ ‫פוספורילציה אוקסידטיבית דורשת מלאי של ‪( NADH‬או מקור אחר של ‪ -e‬בעל פוטנציאל גבוה)‪ O2, ADP ,‬ו‪ .Pi-‬הפקטור‬ ‫החשוב ביותר בקביעת הקצב הוא רמת ה‪ .ADP -‬הבקרה הנעשית ע"י רמת ה ‪ ADP‬נקראת בקרה נשימתית‪ .‬רמת ה‪ADP -‬‬ ‫משפיעה גם על קצב מעגל קרבס בגלל הצורך ב‪ +NAD-‬וב‪ .FAD-‬רמת ‪ ADP‬גדלה כאשר ‪ ATP‬נצרך ולכן פוספורילציה‬ ‫‬‫אוקסידטיבית מצומדת לניצול ‪ .ATP‬מעכבים‪ :‬ניתן לעכב את התהליך בכל השלבים‪ .‬רוטנון ואמיצל חוסמים מעבר ‪e‬‬ ‫בקומפלכס ‪ I‬ולכן מונעים את ניצול ‪ NADH‬כסובסטרט‪ .‬מעבר ‪ -e‬שנוצר מחמצון סוקצינאט לא נפגע‪ .‬אנטימיצין ‪ A‬מפריע‬ ‫למעבר ה ‪ -e‬מ‪ CytbH-‬בקומפלכס ‪ .III‬מעבר ה ‪ -e‬בקומפלכס ‪ IV‬ניתן לעיכוב ע"י ציאניד (‪ ,)-CN‬אזיד (‪ )N-3‬ופחמן חד חמצני‬ ‫(‪ .)CO‬ציאניד ואזיד מגיבים עם צורת ‪ Fe+3‬של ‪ Hemea3‬בעוד ש‪ CO-‬מעכב את צורת ‪ .Fe+2‬עיכוב השרשרת מעכב את‬ ‫סינתזת ‪ ATP‬כיוון שלא נוצר כוח מניע של פרוטונים‪ ATP .‬סינתאז גם כן ניתן לעיכוב‪ .‬אוליגומיצין ו‪ DCCD-‬מונעים‬ ‫זרימת פרוטונים דרך ‪ ATP‬סינתאז‪ .‬כתוצאה מהעיכוב של ‪ ATP‬סינתאז השרשרת מפסיקה לפעול (התהליכים מצומדים)‪.‬‬ ‫בנוכחות מפר צימוד (כגון ‪ ,)DNP‬מעבר ‪ -e‬מ‪ NADH-‬ל‪ O2-‬ממשיך כרגיל ללא הפרעה‪ ,‬אך לא נוצר ‪ ATP‬ע"י ‪ ATP‬סינתאז‬ ‫מיטוכונדריאלי כיוון שהכוח המניע של הפרוטונים בממברנה הפנימית של המיטו' התפזר‪ .‬מפר צימוד גורם לעלייה בצריכת‬ ‫החמצן וחמצון ‪ NADH‬ולכן כמות גדולה של דלק מטאבולי נצרכת‪ ,‬לא נשמרת אנרגיה בצורת ‪ ATP‬אלא היא משתחררת‬ ‫כחום‪ .‬בקרת מפר צימוד היא דרך ביולוגית יעילה ליצירת חום‪ ADP-ATP .‬טרנסלוקאז מעוכב ע"י ריכוז נמוך מאוד של‬ ‫אטראקטילוזיד ו‪ .bongkrekic acid-‬פוספורילציה אוקסידטיבית נעצרת זמן קצר לאחר הוספה של אחד משני המעכבים‪,‬‬ ‫מה שמראה כי ‪ ADP-ATP‬טרנסלוקאז חיוני לתהליך‪* .‬אם יש גלוקוז‪ ,‬הקסוקינאז ו ‪ Mg+2‬מתרחשת התג'‪:‬‬ ‫‪ , G + ATP  → G − 6 − P + ADP‬יש עודף של ‪ ADP‬שמגיע לקומפלכס ‪ 5‬שם יהפוך ל‪ .ATP -‬כל ה‪ ATP-‬שיווצר יפורק שוב‬ ‫וכך נבטיח המשכיות של השרשרת ע"י המשכיות הצימוד‪.‬‬ ‫פירוק וסינתזה של חומצות שומן‪:‬‬ ‫שומנים נכנסים למטאבוליזם בצורת פוספוליפידים או שומנים אחרים‪ .‬שומנים זהו מקור מאוד עשיר ויעיל של אנרגיה והם‬ ‫המרכיב המשמעותי ביותר במזון‪ .‬בגוף האדם‪ ,‬שומנים נשמרים בעיקר כטרי אציל גליצרול‪-‬טריגליצרידים‪ :‬גליצרול מחובר‬ ‫ל‪ 3-‬ח' שומן‪ .‬תפקידי ח' שומן‪* :‬אבני בניין של ליפידים ופוספוליפידים‪* .‬מודיפיקציה של חלבונים‪ -‬ח' שומן מחוברת‬ ‫קוולנטית לחלבון ומעניקה לו תכונה של עיגון בממברנה‪* .‬מקור אנרגיה מאוד משמעותי‪ .‬בח' שומן הפחמן נמצא ברמת‬ ‫חיזור מאוד גבוהה‪ .‬אלו הם שומנים‪ -‬דוחים מים והדבר מעניק להם יתרון מבחינת לחץ אוסמוטי‪ .‬הם אינם קושרים מים‬ ‫ואין צורך בהידרטציה‪ .‬טריגליצרידים שוקלים פחות מגליקוגן עם אותה כמות אנרגיה‪ .‬כמות האנרגיה הנאגרת בשומנים‬ ‫היא הגבוהה ביותר בגוף האדם‪* .‬אבני בניין לסינתזת הורמונים ולמסנג'רים שניוניים בתא‪ .‬המוח יכול לנצל רק גלוקוז‬ ‫(ובמקרים מיוחדים בגופי קטון) אך לא בח' שומן כמקור אנרגיה‪.‬בניצול של חומצות שומן כמולקולות דלק ישנם שלושה‬ ‫שלבים‪ :‬טריגליצרידים מפורקים בשלב ראשון ע"י ליפאזות‪ ,‬בתהליך הנקרא ליפוליזה‪ .‬הליפאזות משופעלות ע"י הורמונים‬ ‫כאפינפרין‪ ,‬נורפינפרין‪ ,‬גלוקגון ואדרנוקורטיקוטרופיק‪ .‬בתאי שומן‪ ,‬הורמונים אלו משפעלים רצפטורים ‪ 7‬ממברנליים אשר‬ ‫משפעלים אדנילט ציקלאז‪ .‬רמה מוגברת של ציקליק ‪ )AMP (cAMP‬ממריצה את פרוטיאן קינאז ‪ ,A‬אשר משפעל את‬ ‫הליפאזות ע"י זרחונן‪ .‬הורמונים אלו מגבירים ליפוליזה‪ .‬בניגוד לכך‪ ,‬אינסולין מעכב ליפוליזה‪ .‬ליפאז‪ -‬חותך ח' שומן‬ ‫מהגליצרול‪ .‬בסופו של דבר מקבלים ח' שומן נפרדות וגליצרול‪ .‬מופעלים ע"י זרחון מזורז‪ .‬ח' שומן חופשיות חודרות‬ ‫ממברנה ויכולות לצאת למחזור הדם‪ .‬שומנים מועברים מרקמה לרקמה בצורת קומפלכס עם חלבונים‪ -‬ליפופרוטאין‪ .‬ח'‬ ‫שומן מועברות בדם באמצעות חלבון מיוחד‪ -‬אלבומין‪ .‬הוא בעל כיסים הידרופוביים (ח' השומן נכנסות וכך נמנעות‬ ‫אינטראקציות לא רצויות עם מים)?גליצרול עובר זרחון ע"י גליצרול קינאז על חשבון ‪ .ATP‬גליצרול קינאז דהידרוגנאז‬ ‫מעביר לקטון ואז נמצא בשו"מ עם מולקולה נוספת שיכולה להכנס לגליקוליזה או גלוקונאוגנזה‪ .‬ככל שח' שומן רוויה יותר‬ ‫ארוכה טמ"פ ההתכה שלה גבוהה יותר‪ .‬כשנכנס קשר כפול הוא מוריד את טמ"פ ההתכה באופן משמעותי‪ .‬ח' פלמיטית‪-‬‬ ‫זוהי ח' שומן רוויה בעלת ‪ 16‬פחמנים‪ .‬שלב ‪ :I‬אקטיבציה וטרנספורט‪ -‬האקטיבציה מתרחשת ע"י אדנילציה או חיבור ל‬ ‫‪ ,CoA‬ריאקציה זו דורשת אנרגיה‪ )1 .‬אדנילציה בעזרת ‪ -ATP‬ח' שומן מחוברת ל‪ )AMP. 2 -‬העברת ח' שומן מ‪ AMP-‬ל‪-‬‬ ‫‪ .CoA‬לא דורש השקעת אנרגיה‪ )3 .‬העברת אציל ‪ CoA‬שנוצר לתןך המיטוכונדריה‪ .‬במיטו' מתרחש מעגל קרבס ולכן עדיף‬ ‫שחמצון ח' שומן יתרחש גם הוא שם‪ .‬חמצון ח' שומן‪ ,‬להבדיל מגליקוליזה‪ ,‬מתרחש במיטו'‪ .‬לא כדאי להכניס אציל ‪CoA‬‬ ‫כמו שהוא ישר לתוך המיטו'‪ CoA .‬ונגזרותיו לא חודרים את הממברנה המיטוכונדריאלית‪ .‬קב' האציל מועברת מ‪CoA-‬‬ ‫לקארניטין ע"י קארניטין אצילטרנספראז ‪ ,I‬אציל קארניטין מועבר דרך הממברנה ע"י טרנסלוקאז‪ ,‬ואז הוא עובר שוב ל‪-‬‬ ‫‪ .CoA‬בהעדר של קארניטין או טרנסלוקאז יכולים להגרם התכווצות שרירים‪ ,‬חולשה חזקה או אפילו מוות‪ .‬במהלך‬ ‫התעמלות ממושכת‪ ,‬חולשה של השרירים מראה על חוסר בקארניטין אציל טרנספראזות‪ ,‬כיוון ששרירים מסתמכים על ח'‬ ‫השומן כמקור אנרגיה לטווח ארוך‪ .‬שלב ‪ :II‬חמצון ח' שומן‪ -‬גם הוא מתרחש בכמה שלבים‪ .‬כל פעם כתוצאה של ‪4‬‬ ‫ריאקציות נחתך משרשרת האציל קטע של ‪ 2‬פחמנים ומועבר ל‪ CoA-‬אחר ונוצר אצטיל ‪ CoA. β‬אוקסידציה של ח' שומן‪-‬‬ ‫זהו המעגל! (הקשר שנחתך הוא אחרי פחמן ‪ β‬ומכאן השם)‪ .‬פירופוספט מתפרק ע"י פירופוספטאז מה שמניע את הריאקציה‬ ‫לכיוון יצירת אציל ‪ .CoA‬קארינטין אציל טרנספראז ‪ I‬מזרז ריאקציית העברת ח' שומן מ‪ CoA-‬לקארניטין‪ ,‬מתרחש‬ ‫בממברנה החיצונית‪ .‬בממברנה הפנימית יש עוד טרנספר של ח' שומן מקארניטין ל‪ CoA-‬מיטוכונדריאלי‪ ,‬מזורז ע"י‬ ‫קארניטין אצילטרנספראז ‪ . II‬קארניטין‪ :‬זהו מתווך‪ ,‬קטליזטור של הכנסת ח' שומן מהציטוזול אל המטריקס‪ .‬פירוק ח'‬ ‫שומן המחוברת ל‪ CoA-‬מתרחשת בעזרת שרשרת של ‪ 4‬ריאקציות‪ )1 :‬חמצון‪ ,‬הורדת מימן יחד עם ‪ -e‬מפחמן ‪ .β‬חמצון של‬ ‫פחמן ‪ β‬עם חיזור של ‪ )FAD. 2‬הכנסת‪ ,‬תוך פירוק קשר כפול בין פחמן ‪ β‬ל‪ ,γ-‬חמצן לפחמן ‪ .γ‬מתרחש בעזרת מים‪ )3 .‬חמצון‬ ‫פחמן ‪ γ‬תוך חיזור של ‪ .+NAD‬הקשר בין פחמן ‪ β‬ל‪ γ-‬נחלש וניתן לחתוך אותו ולקשור אותו ל‪ CoA-‬נוסף‪ )4 .‬חיבור ‪2‬‬ ‫פחמנים ל‪ -CoA-‬תיוליזה‪ .‬כתוצאה מ ‪ 4‬שלבים אלו מקבלים ‪ CoA‬מחובר לשרשרת ואצטיל ‪ .CoA‬בשלב זה קיבלנו ‪2‬‬ ‫מולקולות מחוזרות‪( NADH :‬שרשרת הנשימה) ו‪( FADH2 -‬קב' פרוסטטית ששיכת לאצטיל ‪ CoA‬דהידרוגנאז‪ ,‬הראשון‬ ‫בשרשרת‪ ,‬זוג ה ‪ -e‬שמועברים ל ‪ FAD‬יכולים להכנס ישירות לשרשרת כי הוא אנזים ממברנלי ושייך באותה מידה לשרשרת‪.‬‬ ‫מוסר ‪ -e‬ל ‪ .)CoQ‬ממול' אחת של ח' פלמיטית קיבלנו ‪ 129‬מול' ‪ .ATP‬כאשר מס' הפחמנים בח' שומן הוא אי זוגי נשאר שייר‬ ‫בעל ‪ 3‬פחמנים שעובר קרבוקסילציה (דורשת השקעת אנרגיה‪ .)1ATP ,‬מקבלים שייר עם ‪ 2‬פחמנים שעובר אפימריזציה‬ ‫ואיזומריזציה ומקבלים סוקציניל‪ CoA-‬שנכנס ישירות למעגל קרבס‪ .‬תנאי חשוב‪ :‬ח' שומן ניתן לשרוף על "אש" של‬ ‫קרבוהידראט‪ .‬יש צורך באוקסלואצטט על מנת להכניס את אצטיל ‪ CoA‬למעגל‪ .‬אי אפשר לסנתז אוקסלואצטט מאצטיל‬ ‫‪ .CoA‬ללא עודף של אוקסלואצטט אין שריפה של ח' שומן‪ .‬אוקסלואצטט מתקבל מפירובט (גליקו')‪ .‬מ‪ 2-‬מול' אצטיל ניתן‬ ‫ליצור ‪ 2‬מול' קטוניות שונות השייכות לגופי הקטון‪ .‬זהו מקור אנרגיה לא טוב‪ .‬גלוקוז זהו הדלק העיקרי למוח ולתאי הדם‬ ‫האדומים‪ .‬ברעב ממושך‪ 75% ,‬מן הדלק שהמוח צורך מגיעים מגופי קטון‪ .‬בהעדר של גלוקוז‪ ,‬הלב משתמש באצטואצטט‬ ‫(גוף קטון)‪ .‬רמות גבוהות של אצטואצטט בדם זהו סימן למחסור ביחידות אצטיל וגורם לירידה בקצב ליפוליזה ברקמות‬ ‫שומן‪ .‬סינתזת ח' שומן‪ :‬מתרחשת בציטוזול‪ .‬שרשרת הריאקציות הופכת ל‪ -‬חיזור‪ ,‬דהידרטציה‪ ,‬וסינתזה‪ NADPH .‬הוא‬ ‫אקוויולנט חיזור אצטיל‪ -‬הפרדה בין מסלולים קטבולים ואנאבולים‪ )1 .‬הפיכת אצטיל ‪ CoA‬למאלוניל ‪ CoA‬בתהליך‬ ‫קרבוקסילציה‪ .‬האנזים בתהליך זה הוא אצטיל ‪ CoA‬קרבוקסילאז‪ ,‬בעל קב' פרוסטטית הנקראת ביוטין שחיונית‬ ‫לפעילותו‪ .‬שלב זה אינו הפיך ולכן מחייב ומבוקר‪ .‬בקרה קוולנטית‪ :‬כשאין צורך בסינתזת שומנים תתרחש פוספורילציה‪.‬‬ ‫ריכוז גבוה של ‪ AMP‬יוביל להפעלת האנזים שמזרחן את אצטיל ‪ CoA‬קרבוקסילאז‪ .‬בקרה אלוסטרית‪ :‬ציטראט נקשר‬ ‫לאנזים הלא פעיל וגורם להפעלה חלקית‪ .‬אם הצטבר ציטראט המצב האנרגטי גבוה‪ .‬הציטראט נוצר בתחילת ה‪,TCA-‬‬ ‫כלומר יש מספיק ‪ ATP‬מה שיגרום לשפעול חלקי‪ .‬ציטראט נוצר במיטו' בתחילת ה‪ TCA-‬ויכול לעבור בעזרת נשא אל‬ ‫הציטוזול שם יהפוך לאצטיל ‪ CoA‬ויוכל להמשיך בתהליך סינתזת ח' שומן‪ .‬אם יש הרבה פלמיטויל ‪ CoA‬תעצר הסינתזה‪:‬‬ ‫מעכב טרנספורט של ציטרט לציטוזול ומעכב את האנזים‪ )2 .‬קב' מאלוניל מועברת מ‪ CoA-‬לחלבון ‪( ACP‬נשא של האציל)‬ ‫שתפקידו להעביר מאלוניל או אצטיל לחלבונים בעלי פעילות חיזור‪ ,‬הידרטציה‪ -..‬לחבר מאלוניל לאצטיל‪ .‬פעילות זו‬ ‫מתרחשת עד ליצירת הח' המבוקשת ויש שחרור של ‪ .ACP‬בכל ריאקציה קונדנסציה (חיבור) בין מאלוניל לאצטיל יש‬ ‫שחרור של ‪ .CO2‬הריאקציה מזורזת ע"י קומפלכס ענק‪ .‬מאלוניל ‪ CoA‬זוהי הצורה המאוקטבת של אצטיל ‪ .CoA‬בקרה‪:‬‬ ‫אינסולין ממריץ סנתזת ח' שומן ע"י שפעול הקרבוקסילאז בעוד שגלוקגון ואפינפרין מעכבים‪ .‬ציטרט‪ -‬סיגנל לכך שיש אבני‬ ‫בניין ואנרגיה בשפע‪ ,‬משפעל את הקרבוקסילאז‪ .‬פלמיטויל ‪CoA -‬מעכב את הקרבוקסילאז‪ ,‬וכך גם ‪.AMP‬‬ ‫בקרה כוללת‪ :‬מבוצעת ע"י פוספורילציה הפוכה‪ .‬אצטיל ‪ CoA‬קרבוקסילאז מכובה ע"י פוספורילציה ומשופעל ע"י‬ ‫דפוספורילציה‪ .‬הקרבוקסילאז בלתי פעיל כאשר רמת האנרגיה נמוכה‪ .‬תגובות לדיאטה‪ :‬פירוק וסינתזת ח' שומן אינם‬ ‫פועלים במקביל‪ .‬ברעב‪ ,‬רמת חומצות השומן החופשיות עולה כיוון שהורמונים כגון אפינפרין וגלוקגון ממריצים ליפאזות‬ ‫של תאי שומן‪ .‬אינסולין בניגוד לכך מעכב ליפוליזה‪.‬‬ ‫ביוכימיה של השריר‪:‬‬ ‫תנועת מול' מתרחשת עקב שינויים קונפורמציונייים של החלבון‪ .‬רוב החלבונים הם חברים במשפחת ה‪.NTPase p-loop -‬‬ ‫למיוזין תפקיד עיקרי בשריר‪ ,‬נע לאורך פילמנטים של חלבון האקטין‪ .‬מורכב מ‪ 2-‬חלקים‪ :‬שרשרת כבדה ‪ 87Kd‬שרשרת‬ ‫קלה בעלת חשיבות גבוהה ושרשרת קלה רגולטורית‪ .‬בגוף האדם יש ‪ 40‬מיוזין‪ ,‬חלקם מתפקדים בשריר‪ .‬מבנה המיוזין‪2 :‬‬ ‫ראשים המחוברים לגבעול‪ .‬בעל ‪ 4‬חלקים‪ 2 -‬חלקים של ‪ ,S1‬אחד של ‪ S2 (HMM)- heavy‬וחלק נוסף הנקרא ‪.LMM- light‬‬ ‫כל ‪ S1‬מתאים לאחד מהראשים ומכיל ‪ 850‬ח' אמינו‪ .‬המבנה של ‪ S1‬הוא ‪ α‬הליקס‪ .‬ההליקס יוצר אתר עבור ‪ 2‬השרשראות‬ ‫הקלות‪ .‬השרשראות כרוכות מסביב ל‪ α-‬הליקס‪ .‬החלקים האחרים ‪ S2‬ו‪ LMM-‬הם בעלי מבנה גדול של ‪ α‬הליקס במצב‬ ‫‪ .coil-coil‬המבנים האלה ביחד מגיעים לגודל של ‪ 1700‬אנגסטרם‪ .‬מיוזין נע בצורה מעגלית‪ .‬התזוזה מופסקת עקב השינוי‬ ‫באפיניות החלבון‪ .‬השריר בנוי מסיבים רבים‪ .‬כל סיב מורכב ממיופיברילות‪ ,‬כשכל מיופיברילה מכילה כמה יחידות‬ ‫התכווצות‪ -‬סרקומרים‪ .‬סרקולמה= ממברנת השריר‪ .‬סרקופלסמה=ציטוזול תא השריר‪ .‬כל סיב שריר מכיל קב'‬ ‫מיופיברילות מקבילות המאורגנות לאורך הסיב‪ .‬בין המיופיברילות יש ‪( SR‬רשת ממברנה) שעוטפת אותן ותפקידה לאגור‬ ‫יוני סידן‪ .‬בזמן התכווצות יש יציאת יוני סידן‪ -T tubule .‬צינורות הממברנה‪ .‬קיימים כדי להבטיח שאירוע ההתכווצות‬ ‫יהיה אחיד בכל המיופיברילות‪ .‬סרקומר מוגדר מקו ‪ Z‬אחד לקו ‪ Z‬אחר‪ ,‬בנוי מסיבים עבים ודקים‪ .‬העבים מסודרים‬ ‫במאוזן‪ -H zone .‬מכיל רק סיבים עבים‪ -A zone .‬מכיל סיבים עבים ודקים‪ -I zone .‬מכיל רק סיבים דקים‪ .‬בקצוות ‪Z‬‬ ‫‪ -line‬חלבונים אליהם קשורים סיבים עבים ודקים‪ .‬הסדר‪ .Z,I,A,H,A,I,Z :‬מה שקושר את הסיב העבה לקו ‪ Z‬זהו חלבון‬ ‫שנקרא ‪ Titin‬המקנה גמישות לסרקומר (פועל כמו קפיץ שיכול להמתח ולהתכווץ)‪ -Nebulin .‬מחבר את הפילמט הדק לקו‬ ‫‪ ,Z‬נקראים גם חלבוני סרגל כי קובעים את אורך הפילמנטים‪ .‬סיב עבה מורכב בעיקר ממולקולה הנקראת מיוזין‪ ,‬מורכבת‬

‫מ‪ 2-‬ראשים וזנב‪ .‬יש לו ‪ 2‬שרשראות כבדות ו‪ 4-‬קלות‪ .‬מה קורה למיוזין אם נפעיל עליו פרוטאזות? טריפסין יפריד את מול'‬ ‫המיוזין ל‪( LMM, HMM :2-‬מכיל קצת מהזנב‪ ,S2 ,‬ו‪ 2-‬יח' של ‪ -S1‬ראש המיוזין‪ .‬השרשראות הקלות קשורות ל‪ .)S1-‬פפאין‬ ‫יפריד בין ‪ S1‬ל‪ .S2-‬הפילמנט הדק מורכב בעיקר מאקטין (‪ G‬אקטין זהו המונומר ו‪ F-‬אקטין זהו הפולימר)‪ ,‬מכיל‬ ‫טרופומיוזין‪ -‬גורם להפרעה סטרית של הקישור בין אקטין למיוזין וטרופונין‪ -‬בעל ‪ 3‬תתי יחידות‪ TnT :‬קושרת טרופומיוזין‪,‬‬ ‫‪ TnI‬מעכבת התכווצות שריר‪ -TnC ,‬קושרת יוני סידן‪ .‬כשריכוז הסידן עולה טרופונין קושר סידן וגורם לטרופומיוזין לא‬ ‫להפריע לקישור בין אקטין למיוזין‪ ,‬בעל ‪ 4‬אתרי קשירה לסידן‪ .‬קישור יוני הסידן לטרופונין גורם לכך שהקומפלכס‬ ‫טרופונין‪-‬טרופומיוזין ינוע פנימה לתוך ‪ 2‬גדילי האקטין‪ .‬מנגנון ההתכווצות‪ :‬הפילמנטים לא משתנים באורך‪ .‬מה שמשתנה‬ ‫זו החפיפה ביניהם‪ -‬מנגנון ההחלקה‪ .‬בעת ההתכווצות יש איזור חפיפה יותר גדול‪ ,‬המרחק בין ‪ Z‬ל‪ Z-‬מתקצר‪ .‬פירוק ‪,ATP‬‬ ‫קישור אקטין והתכווצות השריר‪ :‬מתחילים במצב שנקרא "‪ ."ATP-Myosin‬ה‪ ATP-‬שקשור למיוזין עובר "הידרוליזה" (יש‬ ‫לשים לב כי זוהי לא בדיוק הידרוליזה‪ .‬זוהי הוספת מים ללא פירוק הקשר)‪ .‬בשלב הבא מקבלים מצב הרפייה "‪ADP-Pi-‬‬ ‫‪ ."Myosin‬בעת עלייה בריכוז יוני הסידן מתאפשרת חפיפה‪ .‬אקטין נכנס ומקבלים "‪ ."Actin-Myosin-Pi-ADP‬לאחר מכן‬ ‫קישור אקטין גורם ליציאת ‪ ADP+Pi‬ומקבלים מצב התכווצות "‪ ."Actin-Myosin‬בשלב נוסף ‪ ATP‬נקשר למיוזין מה‬ ‫שגורם לאקטין לצאת ושוב חוזרים למצב "‪ ."ATP-Myosin‬זהו מעגל שחוזר על עצמו‪ .‬ההרפייה נובעת מ‪ )1 :‬קישור ה‪ATP -‬‬ ‫גורם לשחרור האינטראקציה בין האקטין למיוזין‪ )2 .‬משאבות ‪ Ca+2ATPase‬מחזירות רמה נמוכה של סידן בתא‪ ,‬שוב יש‬ ‫הפרעה סטרית של טרופומיוזין‪ .‬ריגור‪ :‬קישיון‪ ,‬מתרחשת בעת מוות‪ .‬הגוף נתקע בשלב "‪ ."Actin-Myosin‬הסבר מוצע‬ ‫תהליך ההתכווצות וההרפייה‪ :‬במנוחה ‪ S1‬אינו יכול להקשר ליחידת האקטין‪ ,‬כתוצאה מנוכחות טרופומיוזין‪ .‬מיוזין קשור‬ ‫ל‪ .ADP+Pi -‬כתוצאה מגירוי עצבי יש עלייה בריכוז יוני הסידן בציטופלסמה‪ .‬טרופומיוזין משנה את מיקומו כך שעכשיו‬ ‫ראש ה‪ S1-‬נקשר ליח' האקטין בפילמנט הדק ו‪ Pi-‬משתחרר‪ .‬הקישור של מיוזין לאקטין גורם לשחרור ‪ .ADP‬השחרור הזה‬ ‫גורם לשינוי קונפורמציה של ‪ S1‬ב‪ ,45o-‬ביחס ליח' האקטין‪ .‬שינוי זה גורם לתזוזה של הפילמנט הדק‪ ,‬בתהליך הקרוי‬ ‫‪ .Power stroke‬הקישור של ‪ ATP‬למיוזין גורם לשחרור הקשר אקטין‪-‬מיוזין‪ .‬לאחר מכן יש "הידרוליזה" של ‪ ATP‬ע"י ראש‬ ‫המיוזין החופשי‪ .‬מה גורם לריכוז יוני הסידן לעלות? גירוי עצבי‪ .‬העברת סיגנל עצבי ע"י אצטיל כולין‪ .‬גורם לפתיחת תעלות‬ ‫האצטיל כולין‪ .‬מתרחשת דפולריזציה‪ .‬לאחר מכן יש התפשטות ה ‪ exitation‬מממברנת תא השריר ל‪ .T tubules -‬ואז‬ ‫העברת ה ‪ exitation‬מה ‪ T tubules‬ל‪ ,SR-‬מה שגורם לשחרור יוני סידן מה‪ .SR-‬העלייה בריכוז יוני הסידן גורמת‬ ‫להתכווצות השריר‪ :Ca+2ATPase .‬על כל מול' ‪ ATP‬המשאבה מכניסה ‪ 2‬יוני סידן‪ .‬ל‪ E1-‬יש אפיניות גבוהה לקלציום ויש‬ ‫קישור של סידן ו ‪ .ATP‬לאחר מכן מתרחשת פוספורילציה תוך שחרור ‪ ADP‬ומקבלים ‪ E1-P‬שהופך מיד ל ‪ .E2-P‬האפיניות‬ ‫במצב זה לסידן נמוכה ויש שחרור של יוני הסידן לתוך ה ‪( SR‬הידרוליה תוך שחרור ‪ )Pi‬ומקבלים ‪ E2‬שאיננה יציבה והופכת‬ ‫מידית ל ‪ .E1‬אוקסלואצטט‪ -‬גורם לירידה בריכוז יוני הסידן החופשיים בתוך ה‪ ,SR-‬המשאבה פועלת יותר‪ ,‬הצימוד נשאר‪.‬‬ ‫יונומיצין‪ -‬מפר צימוד‪ ,‬הוא מפזר את ריכוז יוני הסידן לפי מפל ריכוזים‪ ,‬כלומר יוציא אותם מה‪.SR-‬‬ ‫אינטגרציה של מטבוליזם‪:‬‬ ‫כל מסלול מטבוליזם מבוקר באופן עצמאי ויש תיאום בין כל המסלולים‪ -‬גליקוליזה‪ ,‬סינתזת ח' שומן‪ ,‬מעגל קרבס‪ ,‬שרשרת‬ ‫העברת ‪ -e‬וכו'‪ .‬ישנו תיאום מלא בין כל המסלולים‪ .‬ישנם מס' עקרונות של מטבוליזם‪)1 :‬יחסים אנרגטיים בתא‪ .‬בכדי‬ ‫לתפקד (לסנתז ולגדול) יש צורך בקליטת אנרגיה והפיכתה למטבע אנרגטי אחד ‪ .ATP‬פעילויות התנועה בתא‪ ,‬טרנספורט‬ ‫אקטיבי‪ ,‬ביוסינתזה של חומרים והעברת סיגנלים דורשים ‪ ATP‬לצורך התרחשותם‪ ,‬תוך הפיכת ‪ ATP‬ל‪ .ADP-‬ריאקציות‬ ‫בעלות ‪ ΔG‬חיובי מצומדות לפירוק ‪ .ATP‬קליטת האנרגיה ויצירת ‪ ATP‬מתרחשת ע"י חמצון מול' דלק או פוטוסינתזה‪.‬‬ ‫היחס ‪ ATP/ADP‬מסמל את רמת האנרגיה בתא ומשפיע על כל התהליכים הנ"ל‪)2 .‬יחסים של קטבוליזם ואנאבוליזם‬ ‫תלויים בפוטנציאל חמצון חיזור‪ .‬בריאקציות קטבוליות שמתרחשות בעיקר לכיוון חמצון‪ ,‬יש חיזור של ‪ +NAD‬ויצירת‬ ‫‪ .NADH‬לעומת זאת ‪ +NADP‬ו‪ NADPH-‬הם קופקטורים לריאקציות חיזור אנאבוליות‪ .‬יש חמצון של ‪ NADPH‬ל‪-‬‬ ‫‪ .+NADP‬מכניזם בקרה של מטבוליזם‪)1 :‬בקרה על רמת האנזים ע"י שינוי כמותי של האנזים הגורם לריאקציה מרכזית‬ ‫במטאבוליזם‪)2 .‬בקרה על פעילות האנזים‪ -‬ע"י שינוי של אנזימי מפתח בכל מסלול‪ -‬זוהי בקרה אלוסטרית‪)3 .‬מידור‪ ,‬הפרדה‬ ‫בין תהליכים מטאבוליים‪ .‬לכל רקמה תפקיד שונה‪)4 .‬בקרה הורמונלית‪)5 .‬בקרה ע"י מודיפיקציה קוולנטית‪ .‬יש שימוש‬ ‫בבקרה ע"י שינוי קוולנטי בנוסף לבקרה אלוסטרית כיוון ששינוי קוולנטי של אנזים זהו בדרך כלל השלב האחרון במפל‬ ‫המאפשר לדרכים מטבוליות להיות "מודלקות" או "מכובות" במהירות ע"י ריכוז נמוך מאוד של סיגנלים מעוררים‪ .‬כמו כן‪,‬‬ ‫שינוי קוולנטי עמיד יותר מאשר אינטראקציות אלוסטריות‪ .‬בקרה על פעילות האנזים‪* :‬בקרה אלוסטרית‪ :‬בעיקר ע"י‬ ‫עיכוב בהיזון חוזר‪ .‬השפעה של התוצרים‪ ,‬לאו דווקא תוצרים ישירים אלא תוצרים של סוף מסלול או של מסלול אחר‪.‬‬ ‫הבקרה נעשית באתר שונה מהאתר הפעיל‪ .‬בעקבות קישור זה יש שינוי בקונפורמציה‪ ,‬בקרה הפיכה‪ ,‬תלוי בריכוז האפקטור‪.‬‬ ‫*בקרה קוולנטית‪ :‬זרחון ואדנילציה‪ ,‬בלתי הפיך מבחינה קוולנטית אך ניתן להפוך את הפעולה ע"י אנזים‪ .‬עקב מודיפיקציה‬ ‫קוולנטית יש שינוי בפעילות האנזים‪ -‬חלקם גורמים לשפעול האנזים וחלקם לירידה בפעילות‪ .‬ידועות גם מודיפיקציות‬ ‫קוולנטיות ע"י הוספת ח' שומן הגורמות לעלייה באפיניות של חלבון לממברנה‪ ,‬ח' שומן מעדיפות להיות בממברנה‬ ‫ומשמשות כעוגן בממברנה‪ .‬בכל מסלול יש צמתים‪ ,‬נק' מפתח הנתונות לבקרה (צומת‪ -‬נק' בהן מסלולים שונים נפגשים או‬ ‫מתחברים אחד לשני)‪ .‬בגליקוליזה‪ -‬מתרחשת בציטוזול‪ .‬ישנה המרה של מולקולת גלוקוז לשתי מולקולות פירובט תוך‬ ‫יצירת שתי מולקולות ‪ ATP‬ו‪ .NADH-‬אנזים מפתח הוא הפוספופרוקטוקינאז‪ ,‬המזרז את השלב המחייב בגליקוליזה‪ ,‬ולכן‬ ‫הוא אתר הבקרה החשוב ביותר‪ .‬אנזים זה עשיר באתרים אלוסטרים‪ .‬בכבד‪ ,‬הבקרה החשובה ביותר על פוספופרוקטוקינאז‬ ‫מתבצעת ע"י ‪ F-2,6-BP.‬כאשר רמת הגלוקוז בדם נמוכה‪ ,‬יש ירידה ברמת ‪ .F-2,6-BP‬אם כך‪ ,‬יש האטה בגליקוליזה‬ ‫ושחרור גלוקוז לשימוש ברקמות אחרות‪ .‬משופעל ע"י ‪ F-2,6-BP, AMP‬ומעוכב ע"י ‪ -ATP‬בקרה עפ"י אנרגיית התא‪ .‬היחס‬ ‫‪ AMP/ATP‬הוא מאוד רגיש ולכן משמש כרגולטור טוב‪ .‬רמת ‪ F-2,6-BP‬תלויה ברמה ההורמונלית‪ .‬בגלוקונאוגנזה‪ -‬גלוקוז‬ ‫יכול להיות מסונתז ע"י הכבד והכליות ממקורות שאינם פחמימתיים כלקטט‪ ,‬גליצרול וחומצות אמינו‪ .‬אנזים מפתח הוא‬ ‫פרוקטוז ‪ 1,6‬ביספוספאט‪ .‬מעוכב ע"י ‪ AMP, F-2,6-BP‬ומשופעל ע"י ציטרט‪ .‬הצטברות של ציטרט במעגל קרבס מראה על‬ ‫עודף אנרגיה ולכן יש שפעול של הגלוקונאוגנזה‪ ,‬סינתזת גלוקוז‪ ,‬יש שימוש באנרגיה לצורך סינתזה‪ .‬במעגל קרבס‪ -‬השלב‬ ‫הראשון‪ ,‬הפיכת פירובט לאצטיל ‪ ,CoA‬הוא בלתי הפיך ויש עליו בקרה‪ .‬גליקוליזה וגלוקונאוגנזה מבוקרות כך שכאשר‬ ‫מתרחש אחד התהליכים‪ ,‬השני מתרחש בצורה מינימלית בלבד‪ .‬בסינתזת ח' שומן‪ :‬ריאקציה ‪ 1‬היא בלתי הפיכה (הפיכת‬ ‫אצטיל ‪ CoA‬למאלוניל ‪ .CoA‬משופעל ע"י ציטרט ומעוכב ע"י התוצר הסופי פלמיטויל ‪ .CoA‬בדומה‪ ,‬השלב הראשון בפירוק‬ ‫ח' שומן‪ ,‬קארניטין אצילטרנספראז ‪ I‬מעוכב ע"י מאלוניל ‪ .CoA‬במסלול פנטוז הפוספט יש בקרה של רמת חמצון‪-‬חיזור‪.‬‬ ‫הצלבה בין מסלולים‪ :‬גלוקוז הופך לגלוקוז ‪ 6‬פוספט‪ G-6-P .‬יכול להכנס ל‪ 3-‬מסלולים‪)1 :‬להפוך ל ‪ F-6-P‬לאחר מכן‬ ‫לפירובט ואז להכנס לגלוקונאוגנזה‪)2 .‬להפוך ל ‪ G-1-P‬ואז להפוך לגליקוגן‪)3 .‬להפוך ל ‪-6‬פוספוגלונאט ואז לריבוז ‪ 5‬פוספט‬ ‫ולהכנס למסלול פנטוז הפוספט‪ .‬פירובט הוא התוצר העיקרי של הגליקוליזה‪ .‬בתנאים אנאאירובים הוא הופך ללקטט‬ ‫(שריר)‪ -‬זוהי ריאקציה חשובה לגליקוליזה כי גורמת לשחזור ‪ .NADH‬מלקטט ניתן לקבל בחזרה פירובט בעודף ‪.NADH‬‬ ‫פירובט הוא מקור לאוקסלואצטט‪ .‬אוקסלואצטט יכול להכנס לגלוקונאוגנזה (סינתזת גלוקוז) ושם יהפוך ל ‪ G-6-P‬ואז ניתן‬ ‫לקבל פירובט בחזרה‪ .‬פירובט הופך לאצטיל ‪ CoA‬שגם הוא יכול להכנס ל‪ 3-‬מסלולים‪)1 :‬סינתזת ח' שומן ויצירת אצטיל‬ ‫‪ CoA‬בחזרה מפירוקן‪)2 .‬יצירת ‪ CO2‬במעגל קרבס ויצירת מול' ‪)ATP. 3‬כאשר אצטיל ‪ CoA‬לא נכנס למעגל קרבס‪ ,‬יש‬ ‫מחסור באוקסלואצטטט לעומת עודף של אצטיל ‪ ,CoA‬הוא יכול ללכת לריאקציית סינתוז כולסטרול‪ ,‬הורמונים וגופי‬ ‫קטון‪ ,‬כגון אצטואצטט ואצטון‪ ,‬שיכולים להיות מקור אנרגיה בריאקציות אחרות‪ .‬מידור‪ :‬בציטוזול מתרחשים הגליקוליזה‪,‬‬ ‫סינתזת ח' שומן ומסלול פנטוז הפוספט‪ .‬במטריקס המיטוכונדריאלי מתרחשים פירוק ח' שומן‪ ,‬מעגל קרבס‪ ,‬פוספורילציה‬ ‫אוקסידטיבית ויצירת גופי קטון‪ .‬הקשר בין הרקמות השונות מתרחש דרך מע' הדם‪ .‬המוח‪ :‬מקבל כמקור אנרגיה רק‬ ‫גלוקוז המועבר אליו ע"י ‪ ,GLUT3‬המספק כמות קבועה של גלוקוז למוח ובמקרים חריגים גופי קטון (במצב של רעב‬ ‫מתמשך)‪ .‬בגלל מחסום בין המוח למע' הדם‪ ,‬אלבומין הקושר ח' שומן לא מגיע למוח ולכן ח' שומן לא יכולות לספק מקור‬ ‫אנרגיה‪ .‬אין מאגרי אנרגיה ולכן יש צורך באספקה רציפה של גלוקוז‪ .‬במוח גלוקוז עובר חמצון מלא ל‪ .CO2-‬שריר‬ ‫הלב‪:‬הדלק העיקרי הוא ח' שומן‪ .‬כמו כן‪ ,‬גופי קטון ולקטט יכולים לשמש כדלק‪ .‬למעשה‪ ,‬הלב מעדיף שימוש באצטואצטט‬ ‫על פני גלוקוז‪ .‬רקמה שומנית‪ :‬אחראית לאספקתח' שומן לרקמות אחרות ולאספקת גליצרול‪ .‬מאגר עשיר מאוד של ח' שומן‬ ‫וגליצרול בצורה של טריאציל גליצרול‪ .‬פירוק טריאצילגליצרול נעשה ע"י שימוש באנרגיה מגלוקוז‪ .‬שריר‪ :‬מבצע עבודה‬ ‫מכנית ומשתמש גם בגלוקוז ובח' שומן כמקור אנרגיה וגם בגופי קטון‪ .‬בנוסף‪ ,‬מתרחשת בשריר סינתזת גליקוגן לצורך‬ ‫אחסון אנרגיה‪ .‬כתוצאה מגליקוליזה אינטנסיבית (תנאים אנאאירובים) בשעת עבודה נוצר ריכוז גבוה של לקטט שעובר‬ ‫למע' הדם ונכנס לכבד‪ .‬בעקבות פעילות מוגברת של גליקוליזה יש פירוק חלבונים ונוצר אלאנין‪ .‬בשעת מנוחה‪ ,‬ח' שומן הן‬ ‫הדלק העיקרי בשריר ומספקות ‪ 85%‬מן האנרגיה הדרושה‪ .‬כבד‪ :‬מפעל לעיבוד מזון ואספקת גלוקוז לרקמות אחרות‪ .‬ח'‬ ‫שומן מגיעות לכבד ושם מסונתז טריאציל גליצרול או שנכנסות ל‪ β-‬אוקסידציה ליצירת אנרגיה‪ .‬גלוקוז מסונתז בכמויות‬ ‫גדולות בכבד לצורך אספקה למוח ולשריר‪ .‬גלוקוז ‪ 6‬פוספטאז הוא אנזים סופי בגלוקונאוגנזה ואינו נמצא בשריר ובמוח‬ ‫אלא רק בכבד‪ .‬הכבד יכול להשתמש בכל המקורות כמקור אנרגיה‪ -‬ח' אמינו‪ ,‬ח' שומן‪ ,‬גלוקוז וגופי קטון‪ .‬ריכוז הגלוקוז‬ ‫בדם הוא ‪ ,4-5mM‬כמות נמוכה של אנרגיה‪ -‬אם גלוקוז לא נכנס למחזור הדם האנרגיה הזו מנוצלת תוך דקות‪ .‬בכבד יש‬ ‫פחות גלוקוז מאשר בשריר כיוון שיש יותר שריר בגוף‪ .‬המוח צורך כ‪ 60%-‬מהגלוקוז שנוצר בכבד‪ ,‬בנוסף גלוקוז נצרך כמזון‬ ‫בעת מנוחה‪ 15% .‬של האנרגיה היומית נצרכת ע"י המוח‪ .‬פעילות המוח לא משתנה הרבה ממצב שינה למצב מבחן‪20% .‬‬ ‫מצריכת החמצן היא ע"י המוח ולכן הפסקת אספקת גלוקוז וחמצן למוח יכולה לגרום לנזק אדיר תוך זמן קצר‪ .‬מעגל קורי‪:‬‬ ‫הקשר בין גליקוליזה לגלוקונאוגנזה‪ .‬במצב פעיל של שריר נוצר לקטט מעודף של פירובט‪ ,‬זוהי חומצה והיא גורמת לירידה‬ ‫ב‪ pH-‬ולהתכווצות שרירים‪ .‬לקטט עובר לדם ומשם לכבד והופך שם לפירובט‪ .‬פירובט נכנס למסלול הגלוקונאוגנזה והופך‬ ‫לגלוקוז שיוצא מהכבד אל הדם ומהדם בחזרה לשריר‪ .‬בקרה הורמונלית‪ :‬תיאום בין המסלולים המטבוליים‪ :‬קטבוליזם‬ ‫ואנאבוליזם‪ .‬מבוססת על רמת הגלוקוז בדם (במצב נורמלי ‪ .)0.8mg/ml‬כאשר רמת הגלוקוז בדם יורדת ל‪,0.4mg/ml-‬‬ ‫מופסקת פעילות טרנספורטרים של גלוקוז למוח‪ .‬קיימים ‪ 3‬הורמונים המבקרים פעילות זו‪ :‬אינסולין‪ ,‬גלוקוגון ואפינפרין‪.‬‬ ‫כאשר רמת הגלוקוז בדם גבוהה זה גורם ליצירת אינסולין‪ .‬אינסולין מזרז קליטת גלוקוז מהדם אל הכבד וזירוז סינתזת‬ ‫גליקוגן‪ .‬ממריץ גליקוליזה ומעכב גלוקונאוגנזה בכבד‪ .‬גלוקוגון‪ -‬משפיע על מסלול הפוך‪ ,‬פירוק גליקוגן והפרשת גלוקוז‬ ‫מהכבד אל תוך הדם‪ .‬כתוצאה מצריכת מזון יש עלייה בריכוז גלוקוז בדם ולכן יש סינתזת ח' שומן‪ ,‬טריאצילגליצרול‬ ‫וגליקוגן‪ .‬מתרחשת אגירה של ח' שומן ברקמת השומן וסינתזת גליקוגן בשריר‪ .‬המוח והלב מתפקדים בצורה נורמלית‪ .‬רמת‬ ‫גלוקוז בדם גבוהה ולכן יש ייצור גבוה של אינסולין המזרז תהליכים אלו‪ .‬בין הארוחות‪ ,‬כל המאגרים שיצטברו מנוצלים‬ ‫ליצירת גלוקוז וח' שומן‪ .‬יש שמירה על מצב תקין‪ ,‬ריכוז נורמלי של גלוקוז בדם‪ ,‬שריר מנצל ח' שומן שהצטברו‪ ,‬המוח‬ ‫מקבל גלוקוז מהכבד ונמצא במצב תקין‪ .‬במצב הרעבה‪ -‬מצב מסוכן‪ .‬אם מקורות גליקוגן בכבד ובשריר מנוצלים עד הסוף‬ ‫ויש חוסר באוקסלואצטט‪ ,‬יש הצטברות של כמויות גבוהות של אצטיל ‪ CoA‬ולא ניתן לשרוף אותן ללא אספקה של‬ ‫אוקסלואצטט מקליקוליזה והם הופכים לגופי קטון‪ .‬מקור יחיד לסינתזת גלוקוז במצב הרעבה הוא מפירוק חלבונים‪.‬‬ ‫יתרחש רק פירוק של ח' שומן‪ ,‬השריר יכול לקבל אנרגיה מח' שומן‪ .‬השריר והמוח לא מקבלים גלוקוז מהדם‪ ,‬כיוון שרמת‬ ‫הגלוקוז ירדה לרמה בה הטרנספורטרים כבר לא מעבירים גלוקוז מהדם למוח ולכן יש הפקה של אנרגיה מגופי קטון‪-‬‬ ‫מסלול לא יעיל‪ ,‬נכנסים למעגל קרבס דרך סוקציניל ‪ CoA‬ומאפשרים פעילות של המוח והלב‪ .‬במצב הרעבה רמת הגלוקוז‬ ‫יורדת מהר מאוד‪ ,‬רקמות שונות עוברות לניצול ח' שומן‪ ,‬רמת ח' שומן בדם עולה ולאחר יומיים של הרעבה רמת גופי הקטון‬ ‫בדם עולה בצורה משמעותית‪ .‬יש יחס הפוך בין קצב יצירת ‪ ATP‬ממול' דלק לריכוזם‪.‬מעגל קרבס איטי יותר מגליקוליזה‬ ‫ופירוק גליקוגן לקלוקוז בכבד עוד יותר איטי‪ .‬קצב שריפת שומנים הוא איטי גם כן אך ניתן לקבל הרבה יותר אנרגיה‪.‬‬ ‫לאחר הפעלת השריר יש ניצול ‪ ATP‬בשניות הראשונות ויצירת אנרגיה וקראטין פוספט מתחיל מטאבוליזם אנאאירובי‪.‬‬ ‫לאחר דקות מתחיל במקביל מטאבוליזם אאירובי (יותר מהיר מאנאאירובי)‪ .‬סכרת‪ -‬יש שני סוגים‪ -I :‬יש מחסור‬ ‫באינסולין‪ -II ,‬אין תגובה לאינסולין‪ .‬בעקבות כך חולי סכרת יהיו במצב הרעבה תמידי‪ ,‬רמת הגלוקוז בדם תהיה גבוהה‬ ‫מאוד אך הרקמות לא יקבלו גלוקוז ויהיו בהרעבה‪ .‬הכבד נתקע במצב של גלוקונאוגנזה ויצירת גופי קטון‪ .‬אין ספיגה של‬ ‫גלוקוז לתאי האדיפוז (תאי ח' שומן) ולכן לא יווצרו ח' שומן‪ .‬בתאי השריר יהיה פירוק חלבונים לשם יצירת ח' אמינו‬ ‫וגלוקוז‪ .‬עקב המחסור בגלוקוז יהיה מחסור באוקסלואצטט ולכן אצטיל ‪ CoA‬יהפוך לגופי קטון‪ .‬מתבטא בריח של אצטון‬ ‫מחולה בסכרת או מאדם הנמצא בהרעבה‪.‬‬

‫פוטוסינתזה‪:‬‬ ‫פוטוסינתזה מתרחשת בכלורופלסטים‪ ,‬בתאים ירוקים‪ .‬מנגנון המרת האנרגיה נמצא בממברנת התילקואידים‪ .‬השלב‬ ‫הראשון בפוטוסינתזה הוא קליטת אור ע"י כלורופיל‪ ,‬מול' פיגמנט‪ .‬לאחר מכן יש יצירה של ‪ -e‬בעלי אנרגיה גבוהה עם‬ ‫פוטנציאל חיזור גבוה‪ -e .‬אלו משמשים ליצירת ‪ NADPH‬ו‪ ATP-‬בסדרת תג' הנקראות תג' אור‪ ,‬זאת כיוון שהן זקוקות‬ ‫לאור על מנת להתרחש‪ NADPH .‬ו‪ ATP-‬הנוצרים בתג' האור מחזרים ‪ CO2‬והופכים ל‪ 3-‬פוספוגליצראט בסדרת תג'‬ ‫הנקראות מעגל קלווין (או תג' חושך)‪ .‬תג' האור של הפוטוסינתזה משתמשות באנרגיית הפוטונים ליצירת ‪ -e‬רב אנרגטיים‬ ‫המשמשים לחיזור ‪ +NADP‬ל‪ NADPH-‬ובאופן בלתי ישיר בשרשרת מעבר ה ‪ -e‬ליצירת מפל פרוטונים לאורך הממברנה‪.‬‬ ‫תוצר לוואי של תג' אלו הוא ‪ .O2‬בתג' חושך‪ NADPH ,‬ו‪ ATP -‬הנוצרים בעקבות האור גורמים לחיזור של ‪ CO2‬לתרכובות‬ ‫אורגניות שימושיות יותר‪ .‬לכלורופלסט ‪ 3‬ממברנות שונות‪ :‬חיצונית‪ ,‬פנימית וממברנת תילקואיד‪ ,‬ו‪ 3-‬איזורים נפרדים‪ :‬חלל‬ ‫בינממברנלי‪ ,‬סטרומה וחלל התילקואיד‪ .‬הממברנה הפנימית מקיפה סטרומה‪ ,‬שזהו אתר הפעילות הפחמנית של‬ ‫הפוטוסינתזה‪ .‬בתוך הסטרומה ישנם מבנים המוקפים בממברנה הנקראים תילקואידים וצורתם דיסקות שטוחות‪ .‬הם‬ ‫נערמים יחד ליצירת גרנומות‪ .‬ממברנות התילקואידים מכילות אמצעים למעבר אנרגיה‪ :‬חלבונים קולטי אור‪ ,‬מרכזי‬ ‫ריאקציה‪ ,‬שרשרת מעבר ‪ -e‬ו‪ ATP -‬סינתאז‪ .‬ממברנת התילקואיד והממברנה הפנימית בעלות חדירות גבוהה ליונים ומו'‬ ‫קטנות‪ .‬הסטרומה מכילה אנזימים מסיסים אשר גורמים לפעולת ‪ NADPH‬ו‪ ATP-‬הנוצרים ע"י התילקואיד להמיר ‪CO2‬‬ ‫לסוכר‪ .‬השלב הראשון הוא קליטת אור ע"י כלורופיל‪ .‬כלורופיל הם מול' קולטן לפוטונים יעילות מאוד כיוון שהן בעלות‬ ‫קשרים יחידים וכפולים מצומדים‪ -‬פוליאנים‪ .‬יש להם אזורי קליטה מאוד חזקים בתחום הנראה של הספקטרום‪ .‬קבוע‬ ‫‬‫הקליטה המקסימלי של כלורופיל ‪ a‬גבוה מ‪ .105M-1cm-1-‬אנרגיית האור מעוררת ‪ -e‬מרמת היסוד שלו לרמה המעוררת‪ .‬ל ‪e‬‬ ‫בעלי אנרגיה גבוהה יכולים להיות מס' מסלולים‪ .‬ברוב המול' הקולטות אור ה ‪ -e‬פשוט חוזר לרמת היסוד והאנרגיה מומרת‬ ‫לחום‪ .‬אך אם מצוי מקבל ‪ -e‬מתאים‪ ,‬ה ‪ -e‬המעורר יכול לנוע מן המול' הראשונים למקבל‪ .‬תהליך זה גורם להווצרות מטען‬ ‫חיובי על המול' הראשונית והווצרות מטען שלילי על המקבל‪ ,‬מתייחסים לזה כאל הגברת הפרדת מטענים‪ .‬האזור בו זה‬ ‫מתרחש נקרא מרכז ריאקציה‪ .‬פוטוסינתזה בצמחים ירוקים מבוקרת ע"י ‪ 2‬קומפלכסים מקושרי ממברנה הרגישים לאור‪:‬‬ ‫פוטוסיסטם ‪ )I (PSI‬ופוטוסיסטם ‪ II (PSII). PSI‬מכיל בדר"כ ‪ 13‬שרשראות פוליפפטידיות‪ ,‬יותר מ‪ 60-‬מול' כלורופיל‪,‬‬ ‫קיונון (ויטמין ‪ )K1‬ו‪ 3-‬צוותים של ‪ .4Fe-4S‬המסה המולרית גבוהה מ‪ 800Kd. PSII-‬מורכב מלפחות ‪ 10‬שרשראות צד‬ ‫פוליפפטידיות‪ ,‬יותר מ‪ 30-‬מול' כלורופיל‪ ,‬יון ברזל לא הֶמי ו‪ 4-‬יוני מנגנז‪ PSI .‬מגיב לאור עם אורך גל הקצר מ‪,700nm-‬‬ ‫בעוד ש‪ PSII-‬מגיב לאורך גל הקצר מ‪ .680nm-‬תחת תנאים רגילים‪ ,‬ה ‪ -e‬זורמים תחילה דרך ‪ ,PSII‬לאחר מכן דרך ‪,Cyt-bf‬‬ ‫קומפלכס המקושר לממברנה והומולוגי ל‪ Q-CytC -‬אוקסידורדוקטאז‪ ,‬ואז דרך ‪ .PSI‬ה ‪ -e‬מגיעים ממים‪ 2H2O :‬מחומצנות‬ ‫ליצירת מול' ‪ O2‬עבור כל ‪ -4e‬הנשלחים דרך שרשרת מעבר ‪ -e‬זו‪ .‬ה ‪ -e‬בסופו של דבר מחזרים ‪ +NADP‬ל‪ .NADPH-‬תהליכים‬ ‫אלו יוצרים מפל פרוטונים לאורך הממברנה התילקואידית שגורם ליצירת ‪ .ATP‬הריאקציה הכוללת המזורזת ע"י ‪:PSII‬‬ ‫‪ , 2Q  2 H 2O  light‬כאשר ‪ -Q‬פלסטוקווינון ו‪ -QH2-‬פלסטוקווינול‪ .‬הקווינון מומר מצורתו המחומצנת‬ ‫‪   O2  2QH 2‬‬ ‫למחוזרת‪ PSII .‬לוקח ‪ -e‬ממים ויוצר חמצן מולקולרי‪ .‬תג' זו מתרחשת במרכז מיוחד המכיל ‪ 4‬יוני מנגנז‪ .‬הפוטוכימיה של‬ ‫‪ PSII‬מתחילה עם ערור זוג מיוחד של מול' כלורופיל‪ ,‬המקושר ע"י תת יחידות ‪ D1‬ו‪ .D2-‬הוא מורכב מכלורופיל ‪ .a‬הזוג‬ ‫המיוחד קרוי לפעמים ‪ P680. P680‬מעביר ‪ -e‬במהירות לפאופיטין המצוי בקרבה (כלורופיל עם ‪ +2H‬במקום יון ‪Mg+2‬‬ ‫מרכזי)‪ .‬משם ה ‪ -e‬מועבר תחילה לפלסטוקווינון המחובר חזק באתר ‪ ,QA‬ואז לפלסטוקווינון חלופי באתר ‪,+QB. P680‬‬ ‫מחמצן חזק מאוד‪ ,‬מוציא ‪ -e‬ממול' מים המקושרות חזק למרכז מנגנז‪ .‬מנגנז נבחר לתפקיד זה כיוון שיכול להתקיים בהרבה‬ ‫מצבי חמצון ויכול ליצור קשרים חזקים עם מינים המכילים חמצן‪ .‬מרכז המנגנז‪ ,‬בצורתו המחוזרת‪ ,‬מחמצן ‪ 2H2O‬ל‪O2-‬‬ ‫יחיד‪ .‬בכל פעם שקליטת פוטון מוציאה ‪ -e‬מ‪ ,P680-‬ארבעה שלבים פוטוכימיים נדרשים על מנת להוציא את ה ‪ -e‬ולחזר את‬ ‫מרכז המנגנז‪ PSII .‬מקיפה את ממברנת התילקואיד כך שאתר חיזור הקווינון נמצא בצד של הסטרומה‪ ,‬בעוד שמרכז‬ ‫‪+‬‬ ‫המנגנז‪ ,‬אתר החמצון של המים‪ ,‬נמצא בלומן התילקואיד‪ +2H .‬הנלקחים בכל חיזור של ‪ Q‬באים מהסטרומה ו ‪4H‬‬ ‫‬‫המשתחררים בעת חמצון המים משתחררים לתוך הלומן ונוצר מפל פרוטונים‪ .‬ה ‪ QH2‬שנוצר ע"י ‪ PSII‬תורם את ה ‪ e‬שלו‬ ‫להמשך שרשרת מעבר ה ‪ -e‬אשר מסתיימת ב ‪ .PSI‬ה ‪ -e‬הנ"ל מועברים‪ ,‬אחד אחד‪ ,‬לפלסטוציאנין (‪ ,)Pc‬חלבון נחושת שנמצא‬ ‫‪‬‬ ‫‪ 2 . QH 2  2 Pc(Cu 2 )   Q  2 Pc(Cu  )  2 H thylakoid‬הפרוטונים ממפלסטוקווינול משוחררים לתוך‬ ‫בלומן התילקואיד‪.‬‬ ‫לומן התילקואיד‪ .‬הקומפלכס ‪ Cyt-bf‬מכיל ‪ 4‬תת יחידות‪ .‬קומפלכס זה מזרז את התג' דרך מעגל ‪ Q‬בחצי הראשון של‬ ‫המעגל‪ QH2 ,‬מחומצן ל‪ ,Q-‬כל פעם ‪ -e‬אחד‪ Pc .‬זהו חלבון קטן ומסיס עם יון נחושת בודד‪.‬בצורתו המחומצנת ל‪ Pc-‬צבע‬ ‫כחול מאוד‪ .‬החמצון של ‪ QH2‬מסתיים בשחרור ‪ +2H‬ללומן התילקואיד‪ .‬בחצי השני של מעגל ‪ Q, Cyt-bf‬מחזר מולקולה‬ ‫שניה של ‪ Q‬ל‪ ,QH2-‬לוקח ‪ +2H‬מצד אחד של הממברנה ואז מחמצן מחדש ‪ QH2‬כדי לשחררם בצד השני של הממברנה‪.‬‬ ‫האנזים ממוקם כך שהפרוטונים משוחררים ללומן התילקואיד (נלקחים מהסטרומה)‪ ,‬תורם למפל הפרוטונים לאורך‬ ‫הממברנה‪ .‬השלב האחרון בריאקציות האור מזורז ע"י ‪( PSI‬הומולוגי ל‪ PSII-‬ב‪ .)40%-‬גרעין מע' זו הוא זוג של שתי תת‬ ‫יחידות ‪ psaA‬ו‪ psaB-‬זהות‪ .‬זוג מיוחד של מול' כלורופיל נמצא במרכז המבנה וקולט אור מקסימלי ב‪ .700nm-‬מרכז זה‪,‬‬ ‫‪ ,P700‬מאתחל הגברה בהפרדת מטענים‪ .‬ה ‪ -e‬מועבר לאורך הדרך בכלורופיל באתר ‪ A0‬ו‪ Q-‬באתר ‪ A1‬לסט צבתים של ‪4Fe-‬‬ ‫‪ .4S‬משם ה ‪ -e‬עובר לפרדוקסין (‪ ,)Fd‬חלבון מסיס המכיל צבת ‪ .2Fe-2S‬המטען החיובי של ‪ +P700‬מנוטרל ע"י מעבר ‪ -e‬מ‪-‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ Pc‬מחוזר‪ .‬התג' הכוללת המזורזת ע"י ‪ PSI‬היא תג' חמזור פשוטה‪→ Pc(Cu +2 ) + Fd red :‬‬ ‫‪ . Pc(Cu + ) + Fdox light‬תג' זו‬ ‫מזורזת ע"י קליטת פוטון ב‪ λ=700nm -‬בעל אנרגיה של ‪ .40.9Kcal/mol‬השיתוף בין ‪ PSI‬ל ‪ PSII‬יוצר מעבר ‪ -e‬ממים ל‪-‬‬ ‫‪ .+NADP‬חיזור ‪ +NADP‬מזורז ע"י פרדוקסין‪ +NADP-‬רדוקטאז‪ .‬קב' ה‪ FAD-‬המקושרת באנזים זה מקבלת ‪ ,-e‬אחד‬ ‫בזמנו‪ ,‬מ‪ 2-‬מול' פרדוקסין מחוזר‪ ,‬כאשר זה עובר מהצורה המחומצנת שלו דרך חומר ביניים (סמיקווינון) לצורה המחוזרת‬ ‫המלאה‪ .‬לאחר מכן‪ ,‬האנזים מעביר יון הידריד ל‪ +NADP -‬ליצירת ‪ .NADPH‬תג' זו מתרחשת בסטרומה‪ .‬לקיחת הפרוטון‬ ‫לשם חיזור ‪ +NADP‬ממשיכה לתרום לגרדיאנט הפרוטונים לאורך ממברנת התילקואיד‪ .‬סינתזת ‪ ATP‬מונעת ע"י כוח של‬ ‫מפל פרוטונים‪ .‬החלל התילקואיד נהיה מאוד חומצי‪ .pH~4 ,‬האנרגיה נקראת כוח פרוטוני מניע ‪ Δp‬והוא מורכב מ‪2-‬‬ ‫מרכיבים‪ :‬גרדיאנט מטען וגרדיאנט כימי‪ .‬בכלורופלסטים כמעט כל ‪ Δp‬נובע מגרדיאנט ‪ pH‬בעוד שבמיטו' ישנה תרומה‬ ‫גדולה מפוטנציאל הממברנה‪ .‬הסיבה להבדל זה נובעת מחדירות ממברנת התילקואיד ל‪ Mg+2-‬ול‪ .-Cl-‬מעבר ‪ +H‬המוגבר‬ ‫בגלל האור לחלל התילקואיד מלווה במעבר כלוריד באותו הכיוון או ‪ Mg+2‬בכיוון ההפוך‪ .‬כתוצאה מכך נשמרת נייטרליות‬ ‫חשמלית ולא נוצר פוטנציאל מטען ממברנלי‪ Δp .‬מומר ל‪ ATP-‬ע"י ‪ ATP‬סינתאז של כלורופלסטים‪ ,‬הנקרא גם קומפלכס‬ ‫‪ .CF1-CF0‬הוא דומה לזה של המיטו'‪ CF0 .‬מעביר פרוטונים לאורך ממברנת התילקואיד בעוד ש‪ CF1-‬מזרז היווצרות ‪ATP‬‬ ‫מ‪ ADP-‬ו‪ .Pi-‬האוריינטציה הממברנלית של ‪ CF1-CF0‬היא הפוכה‪ .‬אם כך‪ ,‬פרוטונים זורמים מהלומן דרך ‪ ATP‬סינתאז‬ ‫‬‫לתוך הסטרומה‪ .‬כיוון ש‪ CF1-‬מצוי בשטח הפנים של הסטרומה‪ ATP ,‬הנוצר משוחרר ישירות לתוך הסטרומה‪.‬זרימת ‪e‬‬ ‫מעגלית דרך ‪ PSI‬מובילה ליצירת ‪ ATP‬במקום ‪ .NADPH‬ה ‪ -e‬בפרודוקסין המחוזר יכולים להיות מועברים לקומפלכס‬ ‫‪ Cyt-bf‬ולא ל‪ .+NADP-‬לאחר מכן ה ‪ -e‬זורם חזרה דרך הקומפלכס ‪ Cyt-bf‬לחיזור ‪ Pc‬שיכול להיות מחומצן מחדש ע"י‬ ‫‪ +P700‬להשלמת המעגל‪ .‬תוצאה נטו של מעגל זה היא שאיבת ‪ +H‬ע"י ‪ .Cyt-bf‬מפל הפרוטונים הנוצר מניע סינתזת ‪.ATP‬‬ ‫בתהליך זה‪ ,‬פוטופוספורילציה‪ ATP ,‬נוצר ללא הווצרות ‪ NADPH. PSII‬לא משתתף בפוספורילציה מעגלית וכך ‪ O2‬לא‬ ‫נוצר ממים‪ .‬פוספורילציה מעגלית מתרחשת כאשר ‪ +NADP‬אינו זמין לקבל ‪ -e‬מפרודוקסין מחוזר בגלל יחס גבוה מאוד של‬ ‫‪ NADPH‬ל‪ .+NADP-‬תג' נטו‪ . 2 NADP + + 3 ADP −3 + 3Pi − 2 + H + → O2 + 2 NADPH + 3 ATP −4 + H 2O :‬פיגמנטי‬ ‫עזר‪ ,‬כגון כלורופיל‪ ,‬ופיגמנטים אחרים מקושרים למרכזי ריאקציה‪ .‬פיגמנטים אלו קולטים אור ומזרימים את האנרגיה‬ ‫למרכז הריאקציה לשם המרה לצורות כימיות‪ .‬יש ‪ 2‬תנאים להעברת האנרגיה‪)1 :‬ספקטרום הפליטה של התורם מספיק‬ ‫קרוב לספקטרום הבליעה של המקבל (‪)100-150nm). 2‬קרבה פיזית בין מול' הפיגמנט‪ .‬כלורופיל ‪ b‬וקרוטיאונידים הם מול'‬ ‫קוצרות אנרגיה ומזרימות אותה למרכז הריאקציה‪ .‬כלורופיל ‪ b‬קולט אור בטווח ‪ .450-500nm‬קרוטיאונידים הם‬ ‫פוליאנים נרחבים הקולטים אור בטווח ‪ ,400-500nm‬אחראים כמעט על כל הצבעים הצהובים והאדומים‪ .‬פיגמנטי העזר‬ ‫‬‫נערכים במס' קומפלכסים קוצרי אור שמקיפים באופן מושלם את מרכז הריאקציה‪ .‬מעכבים‪ -DCMU :‬מעכב מעבר ‪ e‬ל‪-‬‬ ‫‪ .Cyt-bf‬פלוריזין‪ -‬מעכב את ‪ ATP‬סינתאז (את ‪ -F0). NH4Cl‬מפר צימוד‪ -DCCD .‬מעכב העברת פרוטונים דרך ‪ ,F0‬ברגע‬ ‫שיש פגיעה בסינתזת ‪ ATP‬אז יש פגיעה במעבר ‪ -e-. EDTA‬מפר צימוד‪ .‬מפריד בין ‪ F0‬ל‪ -F1. EDTA+DCCD-‬ביטול הפרת‬ ‫צימוד‪.‬‬

‫ביוכימיה של השריר‪:‬‬ ‫תנועת מול' מתרחשת עקב שינויים קונפורמציונייים של‬ ‫החלבון‪ .‬רוב החלבונים הם חברים במשפחת ה‪NTPase p- -‬‬ ‫‪ .loop‬למיוזין תפקיד עיקרי בשריר‪ ,‬נע לאורך פילמנטים של‬ ‫חלבון האקטין‪ .‬מורכב מ‪ 2-‬חלקים‪ :‬שרשרת כבדה ‪87Kd‬‬ ‫שרשרת קלה בעלת חשיבות גבוהה ושרשרת קלה רגולטורית‪.‬‬ ‫בגוף האדם יש ‪ 40‬מיוזין‪ ,‬חלקם מתפקדים בשריר‪ .‬מבנה‬ ‫המיוזין‪ 2 :‬ראשים המחוברים לגבעול‪ .‬בעל ‪ 4‬חלקים‪2 -‬‬ ‫חלקים של ‪ ,S1‬אחד של ‪ S2 (HMM)- heavy‬וחלק נוסף‬ ‫הנקרא ‪ .LMM- light‬כל ‪ S1‬מתאים לאחד מהראשים ומכיל‬ ‫‪ 850‬ח' אמינו‪ .‬המבנה של ‪ S1‬הוא ‪ α‬הליקס‪ .‬ההליקס יוצר‬ ‫אתר עבור ‪ 2‬השרשראות הקלות‪ .‬השרשראות כרוכות מסביב‬ ‫ל‪ α-‬הליקס‪ .‬החלקים האחרים ‪ S2‬ו‪ LMM-‬הם בעלי מבנה‬ ‫גדול של ‪ α‬הליקס במצב ‪ .coil-coil‬המבנים האלה ביחד‬ ‫מגיעים לגודל של ‪ 1700‬אנגסטרם‪ .‬מיוזין נע בצורה מעגלית‪.‬‬ ‫התזוזה מופסקת עקב השינוי באפיניות החלבון‪ .‬השריר בנוי‬ ‫מסיבים רבים‪ .‬כל סיב מורכב ממיופיברילות‪ ,‬כשכל‬ ‫מיופיברילה מכילה כמה יחידות התכווצות‪ -‬סרקומרים‪.‬‬ ‫סרקולמה= ממברנת השריר‪ .‬סרקופלסמה=ציטוזול תא‬ ‫השריר‪ .‬כל סיב שריר מכיל קב' מיופיברילות מקבילות‬ ‫המאורגנות לאורך הסיב‪ .‬בין המיופיברילות יש ‪( SR‬רשת‬ ‫ממברנה) שעוטפת אותן ותפקידה לאגור יוני סידן‪ .‬בזמן‬ ‫התכווצות יש יציאת יוני סידן‪ -T tubule .‬צינורות הממברנה‪.‬‬ ‫קיימים כדי להבטיח שאירוע ההתכווצות יהיה אחיד בכל‬ ‫המיופיברילות‪ .‬סרקומר מוגדר מקו ‪ Z‬אחד לקו ‪ Z‬אחר‪ ,‬בנוי‬ ‫מסיבים עבים ודקים‪ .‬העבים מסודרים במאוזן‪-H zone .‬‬ ‫מכיל רק סיבים עבים‪ -A zone .‬מכיל סיבים עבים ודקים‪I .‬‬ ‫‪ -zone‬מכיל רק סיבים דקים‪ .‬בקצוות ‪ -Z line‬חלבונים‬ ‫אליהם קשורים סיבים עבים ודקים‪ .‬הסדר‪.Z,I,A,H,A,I,Z :‬‬ ‫מה שקושר את הסיב העבה לקו ‪ Z‬זהו חלבון שנקרא ‪Titin‬‬ ‫המקנה גמישות לסרקומר (פועל כמו קפיץ שיכול להמתח‬ ‫ולהתכווץ)‪ -Nebulin .‬מחבר את הפילמט הדק לקו ‪,Z‬‬ ‫נקראים גם חלבוני סרגל כי קובעים את אורך הפילמנטים‪.‬‬ ‫סיב עבה מורכב בעיקר ממולקולה הנקראת מיוזין‪ ,‬מורכבת‬ ‫מ‪ 2-‬ראשים וזנב‪ .‬יש לו ‪ 2‬שרשראות כבדות ו‪ 4-‬קלות‪ .‬מה‬ ‫קורה למיוזין אם נפעיל עליו פרוטאזות? טריפסין יפריד את‬ ‫מול' המיוזין ל‪( LMM, HMM :2-‬מכיל קצת מהזנב‪ ,S2 ,‬ו‪2-‬‬ ‫יח' של ‪ -S1‬ראש המיוזין‪ .‬השרשראות הקלות קשורות ל‪.)S1-‬‬ ‫פפאין יפריד בין ‪ S1‬ל‪ .S2-‬הפילמנט הדק מורכב בעיקר‬ ‫מאקטין (‪ G‬אקטין זהו המונומר ו‪ F-‬אקטין זהו הפולימר)‪,‬‬ ‫מכיל טרופומיוזין‪ -‬גורם להפרעה סטרית של הקישור בין‬ ‫אקטין למיוזין וטרופונין‪ -‬בעל ‪ 3‬תתי יחידות‪ TnT :‬קושרת‬ ‫טרופומיוזין‪ TnI ,‬מעכבת התכווצות שריר‪ -TnC ,‬קושרת יוני‬ ‫סידן‪ .‬כשריכוז הסידן עולה טרופונין קושר סידן וגורם‬ ‫לטרופומיוזין לא‬ ‫להפריע לקישור בין אקטין למיוזין‪ ,‬בעל ‪ 4‬אתרי קשירה‬ ‫לסידן‪ .‬קישור יוני הסידן לטרופונין גורם לכך שהקומפלכס‬ ‫טרופונין‪-‬טרופומיוזין ינוע פנימה לתוך ‪ 2‬גדילי האקטין‪.‬‬ ‫מנגנון ההתכווצות‪ :‬הפילמנטים לא משתנים באורך‪ .‬מה‬ ‫שמשתנה זו החפיפה ביניהם‪ -‬מנגנון ההחלקה‪ .‬בעת‬ ‫ההתכווצות יש איזור חפיפה יותר גדול‪ ,‬המרחק בין ‪ Z‬ל‪Z-‬‬ ‫מתקצר‪ .‬פירוק ‪ ,ATP‬קישור אקטין והתכווצות השריר‪:‬‬ ‫מתחילים במצב שנקרא "‪ ."ATP-Myosin‬ה‪ ATP-‬שקשור‬ ‫למיוזין עובר "הידרוליזה" (יש לשים לב כי זוהי לא בדיוק‬ ‫הידרוליזה‪ .‬זוהי הוספת מים ללא פירוק הקשר)‪ .‬בשלב הבא‬ ‫מקבלים מצב הרפייה "‪ ."ADP-Pi-Myosin‬בעת עלייה‬ ‫בריכוז יוני הסידן מתאפשרת חפיפה‪ .‬אקטין נכנס ומקבלים "‬ ‫‪ ."Actin-Myosin-Pi-ADP‬לאחר מכן קישור אקטין גורם‬

‫ליציאת ‪ ADP+Pi‬ומקבלים מצב התכווצות "‪Actin-‬‬ ‫‪ ."Myosin‬בשלב נוסף ‪ ATP‬נקשר למיוזין מה שגורם לאקטין‬ ‫לצאת ושוב חוזרים למצב "‪ ."ATP-Myosin‬זהו מעגל שחוזר‬ ‫על עצמו‪ .‬ההרפייה נובעת מ‪ )1 :‬קישור ה‪ ATP-‬גורם לשחרור‬ ‫האינטראקציה בין האקטין למיוזין‪ )2 .‬משאבות ‪Ca+2ATPas‬‬ ‫‪ e‬מחזירות רמה נמוכה של סידן בתא‪ ,‬שוב יש הפרעה סטרית‬ ‫של טרופומיוזין‪ .‬ריגור‪ :‬קישיון‪ ,‬מתרחשת בעת מוות‪ .‬הגוף‬ ‫נתקע בשלב "‪ ."Actin-Myosin‬הסבר מוצע תהליך‬ ‫ההתכווצות וההרפייה‪ :‬במנוחה ‪ S1‬אינו יכול להקשר ליחידת‬ ‫האקטין‪ ,‬כתוצאה מנוכחות טרופומיוזין‪ .‬מיוזין קשור ל‪-‬‬ ‫‪ .ADP+Pi‬כתוצאה מגירוי עצבי יש עלייה בריכוז יוני הסידן‬ ‫בציטופלסמה‪ .‬טרופומיוזין משנה את מיקומו כך שעכשיו‬ ‫ראש ה‪ S1-‬נקשר ליח' האקטין בפילמנט הדק ו‪ Pi-‬משתחרר‪.‬‬ ‫הקישור של מיוזין לאקטין גורם לשחרור ‪ .ADP‬השחרור הזה‬ ‫גורם לשינוי קונפורמציה של ‪ S1‬ב‪ ,45o-‬ביחס ליח' האקטין‪.‬‬ ‫שינוי זה גורם לתזוזה של הפילמנט הדק‪ ,‬בתהליך הקרוי‬ ‫‪ .Power stroke‬הקישור של ‪ ATP‬למיוזין גורם לשחרור‬ ‫הקשר אקטין‪-‬מיוזין‪ .‬לאחר מכן יש "הידרוליזה" של ‪ATP‬‬ ‫ע"י ראש המיוזין החופשי‪ .‬מה גורם לריכוז יוני הסידן‬ ‫לעלות? גירוי עצבי‪ .‬העברת סיגנל עצבי ע"י אצטיל כולין‪ .‬גורם‬ ‫לפתיחת תעלות האצטיל כולין‪ .‬מתרחשת דפולריזציה‪ .‬לאחר‬ ‫מכן יש התפשטות ה ‪ exitation‬מממברנת תא השריר ל‪T -‬‬ ‫‪ .tubules‬ואז העברת ה ‪ exitation‬מה ‪ T tubules‬ל‪ ,SR-‬מה‬ ‫שגורם לשחרור יוני סידן מה‪ .SR-‬העלייה בריכוז יוני הסידן‬ ‫גורמת להתכווצות השריר‪ :Ca+2ATPase .‬על כל מול' ‪ATP‬‬ ‫המשאבה מכניסה ‪ 2‬יוני סידן‪ .‬ל‪ E1-‬יש אפיניות גבוהה‬ ‫לקלציום ויש קישור של סידן ו ‪ .ATP‬לאחר מכן מתרחשת‬ ‫פוספורילציה תוך שחרור ‪ ADP‬ומקבלים ‪ E1-P‬שהופך מיד ל‬ ‫‪ .E2-P‬האפיניות במצב זה לסידן נמוכה ויש שחרור של יוני‬ ‫הסידן לתוך ה ‪( SR‬הידרוליה תוך שחרור ‪ )Pi‬ומקבלים ‪E2‬‬ ‫שאיננה יציבה והופכת מידית ל ‪ .E1‬אוקסלואצטט‪ -‬גורם‬ ‫לירידה בריכוז יוני הסידן החופשיים בתוך ה‪ ,SR-‬המשאבה‬ ‫פועלת יותר‪ ,‬הצימוד נשאר‪ .‬יונומיצין‪ -‬מפר צימוד‪ ,‬הוא מפזר‬ ‫את ריכוז יוני הסידן לפי מפל ריכוזים‪ ,‬כלומר יוציא אותם‬ ‫מה‪.SR-‬‬