Popolna oksidacija glukoze. Reakcija oksidacije glukoze

V tem članku bomo preučili, kako se pojavi oksidacija glukoze. Ogljikovi hidrati so spojine tipa polihidroksikarbonila, kot tudi njihovi derivati. Značilne lastnosti so prisotnost aldehidnih ali ketonskih skupin in vsaj dveh hidroksilnih skupin.

Ogljikovi hidrati so po svoji strukturi razdeljeni na monosaharide, polisaharide, oligosaharide.

Monosaharidi

Monosaharidi so najpreprostejši ogljikovi hidrati, ki jih ni mogoče hidrolizirati. Odvisno od skupine, ki je prisotna v sestavi - aldehid ali keton, izolira aldoze (to so galaktoza, glukoza, riboza) in ketoze (ribuloza, fruktoza).

Oligosaharidi

Oligosaharidi so ogljikovi hidrati, ki imajo v svoji sestavi dva do deset ostankov monosaharidnega izvora, povezanih preko glikozidnih vezi. Odvisno od količine monosaharidnih ostankov se razlikujejo disaharidi, trisaharidi in tako naprej. Kaj se zgodi, če se oksidira glukoza? O tem bomo razpravljali pozneje.

Polisaharidi

Polisaharidi so ogljikovi hidrati, ki vsebujejo več kot deset monosaharidnih ostankov, povezanih z glikozidnimi vezmi. Če isti polisaharid vsebuje iste monosaharidne ostanke, se imenuje homopolisaharid (na primer škrob). Če so ti ostanki drugačni - potem heteropolisaharid (npr. Heparin).

Kakšen je pomen oksidacije glukoze?

Funkcije ogljikovih hidratov v človeškem telesu

Ogljikovi hidrati opravljajo naslednje glavne funkcije:

1. Moč. Najpomembnejša funkcija ogljikovih hidratov, saj služi kot glavni vir energije v telesu. Zaradi njihove oksidacije je več kot polovica človekovih potreb po energiji izpolnjena. Kot posledica oksidacije enega grama ogljikovih hidratov se sprosti 16,9 kJ.
2. Varnostno kopiranje. Glikogen in škrob sta oblika kopičenja hranil.
3. Strukturno. Celuloza in nekatere druge polisaharidne spojine tvorijo močno jedro v rastlinah. Tudi v kombinaciji z lipidi in beljakovinami so sestavni del vseh celičnih biomembrov.
4. Zaščitno. Pri kislih heteropolisaharidih je določena vloga biološkega maziva. Obložijo površine sklepov, ki se dotikajo in treseta drug proti drugemu, sluznice v nosu in prebavni trakt.
5. Antikoagulantno. Tak ogljikov hidrat, kot je heparin, ima pomembno biološko lastnost, in sicer preprečuje koagulacijo krvi.
6. Ogljikovi hidrati so vir ogljika, potreben za sintezo beljakovin, lipidov in nukleinskih kislin.

Za organizem glavni vir ogljikovih hidratov so ogljikovi hidrati hrane - saharoza, škrob, glukoza, laktoza). Glukozo lahko sintetiziramo v telesu iz aminokislin, glicerola, laktata in piruvata (glukoneogeneze).

Glikoliza

Glikoliza je ena od treh možnih oblik postopka oksidacije glukoze. V tem procesu se sprosti energija, ki se kasneje shrani v ATP in NADH. Ena od njegovih molekul se razgradi v dve molekuli piruvata.

Postopek glikolize poteka pod vplivom različnih encimskih snovi, to je katalizatorji bioloških narava. Najpomembnejši oksidant je kisik, vendar je treba omeniti, da se proces glikolize lahko izvede tudi v odsotnosti kisika. Podobna vrsta glikolize se imenuje anaerobna.

Glikoliza anaerobnega tipa je stopenjski proces oksidacije glukoze. S to glikolizo oksidacija glukoze ne poteka v celoti. Tako se med oksidacijo glukoze tvori le ena piruvatna molekula. V smislu energetskih koristi je anaerobna glikoliza manj koristna kot aerobna glikoliza. Če pa kisik vstopi v celico, se lahko anaerobna glikoliza pretvori v aerobno glikolizo, kar je popolna oksidacija glukoze.

Mehanizem glikolize

V procesu glikolize pride do razgradnje šestogljične glukoze v dve molekuli tri-ogljikovega piruvata. Celoten proces je razdeljen na pet pripravljalnih stopenj in še pet, v katerem ATF shrani energijo.

Tako glikoliza poteka v dveh fazah, od katerih je vsaka razdeljena na pet stopenj.

Stopnja 1 reakcije oksidacije glukoze

• Prva faza. Na prvi stopnji je glukoza fosforilirana. Aktiviranje saharida nastane s fosforilacijo na šestem ogljikovem atomu.
• Druga stopnja. Obstaja proces izomerizacije glukoza-6-fosfata. Na tej stopnji se glukoza pretvori v fruktozo-6-fosfat s katalitsko fosfogluko izomerazo.
• Tretja stopnja. Fosforilacija fruktoze-6-fosfata. Na tej stopnji se fruktoza-1,6-difosfat (imenovan tudi aldolaza) oblikuje pod vplivom fosfofruktokinaze-1. Sodeluje v spremstvu fosforilne skupine iz adenozin trifosfat do molekule fruktoze.
• Četrta faza. Na tej stopnji se aldolaza razcepi. Posledično nastanejo dve molekuli triosfosfata, zlasti ketoze in eldoze.
• Peta faza. Izomerizacija triizofosfatov. Na tej stopnji se gliceraldehid-3-fosfat pošlje v naslednje faze razgradnje glukoze. V tem primeru se dihidroksiaceton fosfat pretvori v obliko gliceraldehid-3-fosfata. Ta prehod poteka pod delovanjem encimov.
• Šesta faza. Postopek oksidacije gliceraldehid-3-fosfata. Na tej stopnji se molekula oksidira in njegova naknadna fosforilacija difosfogliceratu-1,3.
• Sedma stopnja. Ta korak vključuje prenos iz 1,3-difosfoglicerata fosfatne skupine v ADP. V končnem rezultatu tega koraka nastajajo 3-fosfoglicerat in ATP.

Faza 2 - popolna oksidacija glukoze

• Osma stopnja. Na tej stopnji prehod 3-fosfoglicerata v 2-fosfoglicerat. Postopek prehoda poteka pod delovanjem encima, kot je fosfogliceratna mutaza. Ta kemijska reakcija oksidacije glukoze poteka z obvezno prisotnostjo magnezija (Mg).
• Deveta stopnja. Na tej stopnji pride do dehidracije 2-fosfoglicerata.
• Deseta stopnja. Obstaja prenos fosfatov, pridobljenih kot rezultat prejšnjih stopenj, na FEP in ADP. Prenos v ADP se opravi fosfoenepirovalo. Takšna kemična reakcija je možna v prisotnosti ionov magnezija (Mg) in kalija (K).

V aerobnih razmerah celoten proces prihaja do CO₂ in H₂A. Enačba za oksidacijo glukoze je naslednja:

C₆H_{12. mesto}O podjetju₆+ 6O₂→ 6SO₂+ 6H₂O + 2880 kJ / mol.

Tako v celici ni akumulacije NADH v procesu nastajanja laktata iz glukoze. To pomeni, da je takšen postopek anaeroben in se lahko nadaljuje v odsotnosti kisika. To je kisik - zadnji akceptor elektronov, ki ga prenaša NADH v dihalna veriga.

Med procesom štetja energetsko ravnotežje glikolitična reakcija mora upoštevati, da se vsaka stopnja druge faze ponovi dvakrat. Iz tega lahko sklepamo, da se v prvi fazi porabita dve ATP molekuli, v drugi fazi pa 4 ATP molekule nastanejo s fosforilacijo tipa substrata. To pomeni, da se zaradi oksidacije vsake molekule glukoze celica nabira dve ATP molekuli.

Preučili smo oksidacijo glukoze s kisikom.

Anaerobna pot oksidacije glukoze

Aerobna oksidacija je proces oksidacije, v katerem se sprošča energija in poteka v prisotnosti kisika, ki deluje kot končni akceptor vodika v dihalni verigi. Donator molekule vodika se pojavi obnovljena oblika koencimov (FADH2, NADN, NADPH), ki se tvorijo med vmesno reakcijo oksidacije substrata.

Postopek oksidacije glukoze v aerobni dihotomni vrsti je glavna pot katabolizma glukoze v človeškem telesu. Ta vrsta glikolize se lahko izvaja v vseh tkivih in organih človeškega telesa. Rezultat te reakcije je cepitev molekule glukoze v vodo in ogljikov dioksid. Dodeljena energija se bo nakopičila v ATP. Ta proces lahko razdelimo v tri faze:

1. Postopek pretvorbe molekule glukoze v par molekul pirurške kisline. Reakcija poteka v celični citoplazmi in je specifičen način razgradnje glukoze.
2. Postopek nastanka acetil-CoA kot posledica oksidativne dekarboksilacije piruvinske kisline. Ta reakcija se pojavi v celičnih mitohondrijih.
3. Oksidacija acetil-CoA v ciklu Krebs. Reakcija poteka v celičnih mitohondrijih.

Na vsaki stopnji tega procesa se oblikujejo zmanjšane oblike koencimov, ki jih oksidirajo encimski kompleksi dihalne verige. Zato se med oksidacijo glukoze oblikuje ATP.

Oblikovanje koencimov

Coenzimi, ki se tvorijo v drugi in tretji stopnji aerobne glikolize, bodo neposredno oksidirani v mitohondrijih celic. Vzporedno je NADH, ki je bil v reakciji prve stopnje aerobne glikolize oblikovan v celični citoplazmi, ni sposoben prodreti v membrane mitohondrije. Vodik se prenese iz citoplazemskega NADH v celične mitohondrije skozi cikluse pretoka. Med takimi cikli je mogoče izločiti glavni - malat-aspartat.

Nato se s pomočjo citoplazme NADH oksaloacetat zmanjša na malat, ki nato prodre v celične mitohondrije in se potem oksidira z redukcijo mitohondrijskega NAD. Oksaloacetat se vrne v citoplazem celice v obliki aspartata.

Modificirane oblike glikolize

Pretok glikolize lahko dodatno spremlja osvoboditev 1,3 in 2,3-bisfosfogliceratov. V tem primeru lahko 2,3-bisphosphoglycerate pod vplivom bioloških katalizatorjev vrnemo v proces glikolize in nato spremenimo njegovo obliko v 3-fosfoglicerat. Ti encimi igrajo različne vloge. Na primer, 2,3-bisphosphoglycerate, ki se nahaja v hemoglobinu, spodbuja prehod kisika v tkiva, s čimer se spodbuja disociacija in zmanjša afiniteta kisika in rdečih krvnih celic.

Zaključek

Mnoge bakterije lahko spremenijo oblike glikolize v različnih fazah. V tem primeru je možno zmanjšati njihovo skupno število ali spremeniti te korake kot posledico delovanja različnih encimskih spojin. Nekateri anaerobi imajo sposobnost za druge načine razgradnje ogljikovih hidratov. Večina termofilov ima samo dva glikolitična encima, zlasti enolazo in piruvat kinazo.

Preučili smo, kako se nadaljuje oksidacija glukoze v telesu.