Ebben a cikkben megvizsgáljuk, hogyan oxidálódik a glükóz. A szénhidrátok polihidroxi-karbonil típusú vegyületek, valamint származékaik. Jellemző jellemzői az aldehid- vagy ketoncsoportok és legalább két hidroxilcsoport jelenléte.
Szerkezetük szerint a szénhidrátok monoszacharidokra, poliszacharidokra, oligoszacharidokra oszthatók.
monoszacharidok
A monoszacharidok a legegyszerűbb szénhidrátok, amelyek nem hidrolizálhatók. Attól függően, hogy melyik csoport van jelen a készítményben – aldehid vagy keton – aldózokat (ezek közé tartozik a galaktóz, glükóz, ribóz) és ketózokat (ribulóz, fruktóz) izolálnak.
oligoszacharidok
Az oligoszacharidok olyan szénhidrátok, amelyek összetételükben 2-10 monoszacharid eredetű maradékot tartalmaznak, amelyeket glikozidos kötések kapcsolnak össze. A monoszacharid-maradékok számától függően megkülönböztetünk diszacharidokat, triszacharidokat stb. Mi képződik a glükóz oxidációja során? Erről később lesz szó.
Poliszacharidok
Poliszacharidokolyan szénhidrátok, amelyek több mint tíz monoszacharid maradékot tartalmaznak glikozidos kötésekkel összekapcsolva. Ha a poliszacharid összetétele ugyanazokat a monoszacharid-maradékokat tartalmazza, akkor homopoliszacharidnak (például keményítőnek) nevezik. Ha ezek a maradékok eltérőek, akkor heteropoliszachariddal (például heparinnal).
Mi a glükóz oxidáció jelentősége?
A szénhidrátok funkciói az emberi szervezetben
A szénhidrátok a következő fő funkciókat látják el:
- Energia. A szénhidrátok legfontosabb funkciója, mivel a szervezet fő energiaforrásaként szolgálnak. Oxidációjuk eredményeként az ember energiaszükségletének több mint fele kielégítődik. Egy gramm szénhidrát oxidációja következtében 16,9 kJ szabadul fel.
- Foglaljon. A glikogén és a keményítő a tápanyagok tárolásának egyik formája.
- Strukturális. A cellulóz és néhány más poliszacharidvegyület erős vázat alkot a növényekben. Ezenkívül lipidekkel és fehérjékkel kombinálva minden sejtbiomembrán alkotóelemei.
- Védő. A savas heteropoliszacharidok biológiai kenőanyag szerepét töltik be. Ezek sorakoznak az ízületek egymással érintkező és dörzsölő felületén, az orr nyálkahártyáján, az emésztőrendszerben.
- Antikoaguláns. Egy szénhidrátnak, például a heparinnak van egy fontos biológiai tulajdonsága, nevezetesen megakadályozza a véralvadást.
- A szénhidrátok a fehérjék, lipidek és nukleinsavak szintéziséhez szükséges szénforrások.
A szervezet számára a fő szénhidrátforrás az étrendből származó szénhidrátok – szacharóz, keményítő, glükóz, laktóz). A glükóz a szervezetben is szintetizálható aminosavakból, glicerinből, laktátból és piruvátból (glukoneogenezis).
Glikolízis
A glikolízis a glükóz oxidációs folyamatának három lehetséges formájának egyike. Ebben a folyamatban energia szabadul fel, amely ezt követően az ATP-ben és a NADH-ban tárolódik. Az egyik molekulája két piruvátmolekulára bomlik.
A glikolízis folyamata különféle enzimatikus anyagok, azaz biológiai természetű katalizátorok hatására megy végbe. A legfontosabb oxidálószer az oxigén, de érdemes megjegyezni, hogy a glikolízis folyamata oxigén hiányában is végrehajtható. Ezt a típusú glikolízist anaerobnak nevezik.
Az anaerob típusú glikolízis a glükóz oxidációjának lépcsőzetes folyamata. Ezzel a glikolízissel a glükóz oxidációja nem megy végbe teljesen. Így a glükóz oxidációja során csak egy piruvátmolekula képződik. Az energiahatékonyság szempontjából az anaerob glikolízis kevésbé előnyös, mint az aerob. Ha azonban oxigén kerül a sejtbe, akkor az anaerob glikolízis aerob glikolízissé alakulhat át, ami a glükóz teljes oxidációja.
A glikolízis mechanizmusa
A glikolízis a hat szénatomos glükózt két három szénatomos piruvát molekulára bontja. Az egész folyamat öt előkészítő és további öt szakaszra oszlik, amelyek során az ATP-t tároljákenergia.
Így a glikolízis két szakaszban megy végbe, amelyek mindegyike öt szakaszra oszlik.
A glükóz oxidációs reakciójának 1. szakasza
- Az első szakasz. Az első lépés a glükóz foszforilációja. A szacharid aktiválása a hatodik szénatomnál foszforilálással történik.
- Második szakasz. Létezik a glükóz-6-foszfát izomerizációs folyamata. Ebben a szakaszban a glükózt a katalitikus foszfoglükoizomeráz fruktóz-6-foszfáttá alakítja.
- Harmadik szakasz. Fruktóz-6-foszfát foszforilációja. Ebben a szakaszban a fruktóz-1,6-difoszfát (más néven aldoláz) képződése a foszfofruktokináz-1 hatására megy végbe. Részt vesz a foszforilcsoport kísérésében az adenozin-trifoszforsavtól a fruktózmolekuláig.
- A negyedik szakasz. Ebben a szakaszban megtörténik az aldoláz hasítása. Ennek eredményeként két trióz foszfát molekula képződik, különösen ketózok és eldózisok.
- Az ötödik szakasz. Trióz-foszfátok izomerizációja. Ebben a szakaszban a glicerinaldehid-3-foszfát a glükóz lebontásának következő szakaszába kerül. Ebben az esetben a dihidroxi-aceton-foszfát átalakul glicerinaldehid-3-foszfáttá. Ez az átmenet enzimek hatására megy végbe.
- A hatodik szakasz. A gliceraldehid-3-foszfát oxidációjának folyamata. Ebben a szakaszban a molekula oxidálódik, majd foszforilezik difoszfoglicerát-1, 3.
- Hetedik szakasz. Ez a lépés magában foglalja a foszfátcsoport 1,3-difoszfoglicerátról ADP-re való átvitelét. Ennek a lépésnek a végeredménye a 3-foszfoglicerátés ATP.
2. szakasz - a glükóz teljes oxidációja
- A nyolcadik szakasz. Ebben a szakaszban a 3-foszfoglicerát átmenete 2-foszfogliceráttá történik. Az átmeneti folyamat egy enzim, például foszfoglicerát-mutáz hatására megy végbe. A glükóz oxidációjának ez a kémiai reakciója magnézium (Mg) kötelező jelenlétével megy végbe.
- A kilencedik szakasz. Ebben a szakaszban a 2-foszfoglicerát kiszáradása következik be.
- A tizedik szakasz. Az előző lépések eredményeként kapott foszfátok PEP-be és ADP-be való átvitele történik. A foszfoenulpirovát átkerül az ADP-be. Egy ilyen kémiai reakció magnézium (Mg) és kálium (K) ionok jelenlétében lehetséges.
Aerob körülmények között az egész folyamat a CO2 és H2O-ig terjed. A glükóz oxidációjának egyenlete így néz ki:
S6N12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O + 2880 kJ/mol.
Így nem halmozódik fel NADH a sejtben a laktát glükózból történő képződése során. Ez azt jelenti, hogy egy ilyen folyamat anaerob, és oxigén hiányában is lezajlik. Az oxigén az utolsó elektronakceptor, amelyet a NADH a légzési láncba továbbít.
A glikolitikus reakció energiamérlegének kiszámításakor figyelembe kell venni, hogy a második szakasz minden lépése kétszer megismétlődik. Ebből arra következtethetünk, hogy az első szakaszban két ATP-molekula költ el, a második szakaszban pedig 4 ATP-molekula keletkezik foszforilációval.szubsztrát típusa. Ez azt jelenti, hogy az egyes glükózmolekulák oxidációja következtében a sejt két ATP-molekulát halmoz fel.
Megvizsgáltuk a glükóz oxigén általi oxidációját.
Anaerob glükózoxidációs útvonal
Az aerob oxidáció egy oxidációs folyamat, amelynek során energia szabadul fel, és oxigén jelenlétében megy végbe, amely a hidrogén végső akceptorjaként működik a légzési láncban. A hidrogénmolekulák donora a koenzimek redukált formája (FADH2, NADH, NADPH), amelyek a szubsztrát oxidációjának közbenső reakciója során keletkeznek.
Az aerob dichotóm típusú glükóz oxidációs folyamat a glükóz katabolizmusának fő útja az emberi szervezetben. Az ilyen típusú glikolízis az emberi test minden szövetében és szervében elvégezhető. Ennek a reakciónak az eredménye a glükózmolekula vízzé és szén-dioxiddá válása. A felszabaduló energiát ezután az ATP-ben tárolják. Ez a folyamat nagyjából három szakaszra osztható:
- A glükózmolekulák piroszőlősav-molekulák párjává történő átalakításának folyamata. A reakció a sejt citoplazmájában megy végbe, és a glükóz lebomlásának egy specifikus útvonala.
- Az acetil-CoA képződésének folyamata a piroszőlősav oxidatív dekarboxilezése eredményeként. Ez a reakció a sejtes mitokondriumokban megy végbe.
- Az acetil-CoA oxidációs folyamata a Krebs-ciklusban. A reakció a sejtes mitokondriumokban megy végbe.
A folyamat minden szakaszábana légzőlánc enzimkomplexei által oxidált koenzimek redukált formái. Ennek eredményeként ATP képződik, amikor a glükóz oxidálódik.
Koenzimek képződése
A koenzimek, amelyek az aerob glikolízis második és harmadik szakaszában képződnek, közvetlenül a sejtek mitokondriumában oxidálódnak. Ezzel párhuzamosan az aerob glikolízis első szakaszának reakciója során a sejt citoplazmájában képződött NADH nem képes áthatolni a mitokondriális membránokon. A hidrogén a citoplazmatikus NADH-ból ingaciklusokon keresztül jut át a sejtes mitokondriumokba. Ezek közül a ciklusok közül a fő megkülönböztethető - a malát-aszpartát.
Ezután a citoplazmatikus NADH segítségével az oxálacetát maláttá redukálódik, amely viszont bejut a sejtes mitokondriumokba, majd oxidálódik, hogy csökkentse a mitokondriális NAD-t. Az oxálacetát aszpartát formájában visszatér a sejt citoplazmájába.
A glikolízis módosított formái
A glikolízist ezen túlmenően 1, 3 és 2, 3-bifoszfoglicerátok felszabadulása kísérheti. Ugyanakkor a 2,3-bifoszfoglicerát biológiai katalizátorok hatására visszatérhet a glikolízis folyamatába, majd formáját 3-foszfogliceráttá változtathatja. Ezek az enzimek sokféle szerepet játszanak. Például a hemoglobinban található 2,3-bifoszfoglicerát elősegíti az oxigén szövetekbe való átjutását, miközben hozzájárul az oxigén és a vörösvértestek disszociációjához és affinitásának csökkenéséhez.
Következtetés
Sok baktérium megváltoztathatja a glikolízis formáját annak különböző szakaszaiban. Ebben az esetben lehetőség van ezek teljes számának csökkentésére vagy ezek módosítására különböző enzimatikus vegyületek hatására. Egyes anaerobok képesek a szénhidrátok más módon történő lebontására. A legtöbb termofilnek csak két glikolitikus enzimje van, különösen az enoláz és a piruvát-kináz.
Megvizsgáltuk, hogyan oxidálódik a glükóz a szervezetben.
