واکنش میوکیناز یا چرخه پورین نوکلئوتید

نویسنده: علیرضا نیک نام (متخصص فیزیولوژی ورزشی)

آدرس صفحه اینستاگرام: Sportphysiologist@ آدرس ایمیل: [email protected]

مقدمه

یکی از سیستم های متابولیکی که بدون نیاز به اکسیژن (بی هوازی) ATP را در سلول ها بازتولید می کند، واکنش آدنیلات کیناز است که واکنش میوکیناز نیز نامیده می شود. در این واکنش ۲ مولکول ADP به یکدیگر می پیوندند و ATP و آدنوزین مونوفسفات (AMP) را تولید می کنند. در واقع هنگام فعالیت ورزشی شدید؛ سرعت هیدرولیز ATP زیاد است. اگرچه عضله به شکل موثری ATP را توسط مسیرهای فسفاژن، گلیکولیز و فسفوریلاسیون اکسایشی بازسازی می کند اما باز هم ADP به عنوان یک فراورده دفسفوریلاسیون ATP افزایش می یابد. با توجه به اینکه ADP باعث کاهش شارژ انرژی سلول می شود باید سازوکاری وجود داشته باشد تا آن را حذف کند. این سازوکار توسط واکنش آدنیلات کیناز میسر می شود. این واکنش با کنار هم قرار دادن دو مول ADP باعث تشکیل یک مول ATP و یک مول AMP می شود. هر چند این واکنش به تولید ATP نیز منجر می شود اما مقدار ATP تولیدی در مقایسه با دیگر منابع بازسازی ATP هنگام فعالیت ورزشی بسیار کم است. اما در هر صورت این واکنش می تواند فواید بالقوه ای در عملکرد عضلانی داشته باشد که در ادامه به آن پرداخته ایم. AMP تولیدی از واکنش میوکیناز می تواند به آدنورین تجزیه شود که در این صورت میل به خروج از سلول عضلانی پیدا می کند. راه دوم این است که AMP طی واکنشی برگشت ناپذیر، توسط آنزیم AMP دِ آمیناز، به IMP (اینوزین مونو فسفات) تبدیل شده که در این حین، NH3 از آن جدا می شود؛ سپس طی دو واکنش دیگر، باز پس دهی آمین یا رآمیناسیون انجام گرفته و مجددأ AMP تشکیل می شود. اگر AMP راه دوم را طی کند، مسیر تبدیل AMP به IMP و تشکیل دوباره AMP، چرخه ی پورین- نوکلئوتید نامیده می شود. چرخه نوکلئوتید پورین در هنگام فعالیت ورزشی شدید، روزه داری یا گرسنگی، هنگامی که مخازن ATP کاهش یافته است، رخ می دهد.

به طور کلی، چرخه ی پورین- نوکلئوتید هنگام فعالیت ورزشی روند فزاینده ای دارد و فعالیت آن در تارهای تند انقباض نسبت به نوع کند انقباض، بیشتر است؛ که ممکن است به سبب سطح بیشتر فعالیت تام AMP دآمیناز، درتارهای تند تنش باشد. چرخه پورین نوکلئوتید یک مسیر سوخت و سازی است که در آن آمونیاک و فومارات از آسپارتات و اینوزین مونوفسفات (IMP) به منظور تنظیم سطوح نوکلئوتیدهای آدنین تولید می‌شوند. این چرخه از سه واکنش کاتالیز شده توسط آنزیم تشکیل شده است. مرحله اول، دآمیناسیون پورین نوکلئوتید آدنوزین مونوفسفات (AMP) برای تشکیل اینوزین مونوفسفات (IMP) است که توسط آنزیم AMP دآمیناز کاتالیز می شود

AMP + H_۲O → IMP + NH_۴⁺

مرحله دوم تشکیل آدنیلوسوکسینات از IMP و اسید آمینه آسپارتات است که با هیدرولیز GTP همراه می شود و توسط آنزیم آدنیلوسوکسینات سنتتاز کاتالیز می شود

Aspartate + IMP + GTP → Adenylosuccinate + GDP + Pi

در نهایت، آدنیلوسوکسینات توسط آنزیم آدنیلوسوکسینات لیاز تجزیه می شود تا فومارات آزاد شود و ماده اولیه یعنی AMP بازسازی شود

Adenylosuccinate → AMP + Fumarat

سه آنزیم کلیدی چرخه پورین نوکلئوتید:

AMP دِآمیناز
آدنیلو سوکسینات سنتاز
آدنیلو سوکسینات لیاز

فرآورده های مهم چرخه پورین نوکلئوتید:

AMP
فورمات
آمونیاک

چرخه پورین نوکلئوتید و واکنش میوکیناز دارای اهمیت سوخت و سازی ویژه ای است که برخی از جنبه های آن در ذیل بیان می شود.

حفظ نسبت ATP به ADP حین انقباض عضلانی : واکنش میوکیناز از انباشت بیشتر ADP تولیدی در نتیجه ی فعالیت ATPase جلوگیری می کند. در نتیجه سطح بالاتر نسبت ATP به ADP حفظ شده تا بدین وسیله عملکرد انقباض عضلانی را تسهیل نماید. به علاوه تشکیل ATP می تواند با برداشتن یون های هیدروژن از محیط همراه باشد که در نتیجه به کاهش اسیدیته ناشی فعالیت ورزشی نیز کمک می کند.
مهار از دست رفتن خالص نوکلئوتیدها: اگر AMP به آدنوزین تبدیل شود، در هر لحظه می تواند محیط سلولی را ترک کرده و سبب از دست رفتن خالص آدنین نوکلئوتیدها شود؛ در حالی که اگر در چرخه ی پورین- نوکلئوتید، دِآمینه و سپس رِآمینه شود، دوباره می تواند به AMP تبدیل شده و مخزن نوکلئوتیدهای عضله که پیشساز ساخت ATP هستند، بازسازی شود.
کاهش اسیدیته توسط آمونیاک تولید شده: با اجرای فعالیت بدنی بیشینه، غلظت یون هیدروژن (+H) افزایش می یابد. آمونیوم (NH3)تولید شده در مرحله ی دآمیناسیون، می تواند با یون هیدروژن حاصل از لاکتات ترکیب شده و آمونیاک (NH4) تولید نماید. با این حال نقش بافری آمونیوم، در برابر حجم لاکتات و H+تولیدی در ورزش های شدید قابل ملاحظه نیست اما برای ورزش های زیر بیشینه این نقش بارز است.
تنظیم سوخت و ساز کربوهیدرات: NH3 تولیدی در چرخه، نقش محرک برای آنزیم PFK (فسفوفروکتوکیناز) داشته و IMP نیز تحریک کننده ی آنزیم فسفوریلاز b به شمار می رود. این آنزیم ها برای عمل گلیکولیز نقش کلیدی دارند؛ با این حال احتمال این که سایر عوامل بر تحریک آن ها نقش مهم تری داشته باشند بیشتر است.

نکته:

در تارهای کند انقباض AMP تولیدی در اثر واکنش میوکیناز میل بیشتری به سمت تولید آدنوزین دارد اما در تارهای تند انقباض بیشتر میل به سمت چرخه پورین نوکلئوتید (IMP) است. AMP برای ایتکه به آدنوزین تبدیل شود، ابتدا توسط یک واکنش دِفسفوریلاسیونی گروه فسفاتی خود را از دست داده و آدنوزین تولید می شود. در واکنش بعدی آدنوزین گروه آمینی (NH3) خود را از دست داده و به اینوزین تبدیل می شود. سپس اینوزین به هیپوگزانتین تبدیل می شود. عضله آنزیمی برای تبدیل هیپوگزانتین به اینوزین را دارا نیست و از این رو به محض آن که هیپوگزانتین تشکیل شد تمایل دارد سلول را ترک کند و به در کبد بلادرنگ به اسید اوریک تبدیل شود. در تار نوع I: واکنش AMPD به مراتب کمتر از تارهای نوع II اتفاق می افتند و اگر بحران های سوخت و سازی شدیدی رخ دهد کاهش AMP از مسیر آدنوزین (عامل رگ گشا)/ هیپوگزانتین رخ می دهد که موجب از دست رفتن ذخایر نوکلئوتیدی سلول می شود. در فعالیت های ورزشی شدید غلظت اوره افزایش می یابد که نشان دهنده تجزیه AMP است

در پایان پیشنهاد می کنیم برای تکمیل مطالب به مقاله «مانیتورینگ تمرین به واسطه ترکیبات نیتروژنی غیر پروتئینی» نیز رجوع کنید و آن را با دقت مطالعه کنید.