Mit vizsgál a biokémia? A glikolízis a glükóz lebontásának komoly enzimatikus folyamata, amely állati és emberi szövetekben oxigén felhasználása nélkül megy végbe. Ő az, akit a biokémikusok a tejsav- és ATP-molekulák beszerzésének módjaként tekintenek.
Definíció
Mi az aerob glikolízis? A biokémia ezt a folyamatot tekinti az élő szervezetekre jellemző egyetlen folyamatnak, amely energiát szolgáltat.
Egy ilyen folyamat segítségével az állatok és az emberek szervezete képes bizonyos fiziológiai funkciók elvégzésére meghatározott ideig, oxigénhiányos körülmények között.
Ha a glükóz lebontási folyamata oxigén részvételével történik, akkor aerob glikolízis megy végbe.
Mi a biokémiája? A glikolízis a glükóz vízzé és szén-dioxiddá történő oxidációjának első lépése.
Előzményoldalak
A "glikolízis" kifejezést Lépin használta a tizenkilencedik század végén a keringési rendszerből eltávolított vércukorszint csökkentésére. Egyes mikroorganizmusok fermentációs folyamatai hasonlóak a glikolízishez. Az ilyenekreA transzformáció tizenegy enzimet használ, amelyek többségét homogén, nagy tisztaságú vagy kristályos formában izolálják, tulajdonságaik jól tanulmányozottak. Ez a folyamat a sejt hialoplazmájában játszódik le.
A folyamat sajátosságai
Hogyan megy végbe a glikolízis? A biokémia olyan tudomány, amelyben ezt a folyamatot többlépcsős reakciónak tekintik.
A glikolízis első enzimatikus reakciója, a foszforiláció az ortofoszfátnak ATP-molekulák által glükózzá történő átviteléhez kapcsolódik. A hexokináz enzim katalizátorként működik ebben a folyamatban.
A glükóz-6-foszfát termelése ebben a folyamatban azzal magyarázható, hogy jelentős mennyiségű energia szabadul fel a rendszerből, vagyis visszafordíthatatlan kémiai folyamat megy végbe.
Egy olyan enzim, mint a hexokináz, nemcsak magának a D-glükóznak, hanem a D-mannóznak és a D-fruktóznak a foszforilációs folyamatában is katalizátorként működik. A hexokinázon kívül van egy másik enzim is a májban - a glükokináz, amely egy D-glükóz foszforilációs folyamatát katalizálja.
Második szakasz
Hogyan magyarázza a modern biokémia ennek a folyamatnak a második szakaszát? A glikolízis ebben a szakaszban a glükóz-6-foszfát átalakulása hexóz-foszfát-izomeráz hatására egy új anyaggá - fruktóz-6-foszfáttá.
A folyamat két, egymással ellentétes irányban megy végbe, nincs szükség kofaktorokra.
Harmadik szakasz
A keletkező fruktóz-6-foszfát ATP-molekulák segítségével történő foszforilációjához kapcsolódik. Ennek a folyamatnak a gyorsítója a foszfofruktokináz enzim. Reakcióirreverzibilisnek tekinthető, magnéziumkationok jelenlétében fordul elő, ennek a kölcsönhatásnak a lassan lezajló szakaszának tekinthető. Ő az, aki a glikolízis sebességének meghatározására szolgál.
A foszfofruktokináz az alloszterikus enzimek egyik képviselője. Az ATP molekulák gátolják, az AMP és az ADP stimulálja. Cukorbetegség esetén koplaláskor, valamint sok más olyan állapotban, amikor a zsírokat nagy mennyiségben fogyasztják, a szövetsejtek citráttartalma többszörösére nő. Ilyen körülmények között a citrát jelentősen gátolja a foszfofruktokináz teljes aktivitását.
Ha az ATP/ADP arány eléri a szignifikáns értéket, a foszfofruktokináz gátolt, ami segít lelassítani a glikolízist.
Hogyan növelheti a glikolízist? A biokémia ehhez az intenzitástényező csökkentését javasolja. Például egy nem működő izomban a foszfofruktokináz aktivitása alacsony, de az ATP koncentrációja nő.
Amikor az izom dolgozik, az ATP-t jelentős mértékben használják fel, ami növeli az enzim szintjét, ami felgyorsítja a glikolízis folyamatát.
Negyedik szakasz
Az aldoláz enzim a glikolízis ezen részének katalizátora. Neki köszönhetően az anyag reverzibilis felosztása két foszfotriózra történik. A hőmérséklet értékétől függően az egyensúly különböző szinteken jön létre.
Hogyan magyarázza a biokémia, hogy mi történik? A glikolízis növekvő hőmérséklet mellett a közvetlen reakció, a termék irányába megy végbeamely gliceraldehid-3-foszfát és dihidroxi-aceton-foszfát.
Egyéb szakaszok
Az ötödik szakasz a trióz-foszfátok izomerizációs folyamata. A folyamat katalizátora a trióz-foszfát-izomeráz enzim.
A hatodik reakció összefoglaló formában az 1,3-difoszforglicerinsav előállítását írja le NAD-foszfát, mint hidrogénakceptor jelenlétében. Ez a szervetlen anyag eltávolítja a hidrogént a gliceraldehidből. A létrejövő kötés törékeny, de energiában gazdag, és felhasadásakor 1,3-difoszfoglicerinsav keletkezik.
A hetedik lépés, amelyet a foszfoglicerát-kináz katalizál, magában foglalja az energia átvitelét a foszfátmaradékról az ADP-re, hogy 3-foszfoglicerinsavat és ATP-t képezzenek.
A nyolcadik reakcióban a foszfátcsoport intramolekuláris átvitele megy végbe, miközben megfigyelhető a 3-foszfoglicerinsav átalakulása 2-foszfogliceráttá. A folyamat reverzibilis, ezért megvalósításához magnéziumkationokat használnak.
2,3-difoszfoglicerinsav ebben a szakaszban az enzim kofaktoraként működik.
A kilencedik reakció magában foglalja a 2-foszfoglicerinsav átalakulását foszfoenolpiruváttá. Az enoláz enzim, amelyet a magnéziumkationok aktiválnak, gyorsítója ennek a folyamatnak, a fluorid pedig gátolja ebben az esetben.
A tizedik reakció a kötés felszakadásával és a foszfátmaradék energiájának ADP-re történő átvitelével megy végbe a foszfoenol-piroborsavból.
A tizenegyedik szakasz a piroszőlősav csökkentésével, tejsav előállításával kapcsolatos. Ez az átalakítás a laktát-dehidrogenáz enzim részvételét igényli.
Hogyan írhatja le általánosan a glikolízist? A reakciók, amelyek biokémiáját fentebb tárgy altuk, glikolitikus oxidoredukcióvá redukálódnak, amit ATP-molekulák képződése kísér.
Folyamatérték
Megvizsgáltuk, hogy a biokémia hogyan írja le a glikolízist (reakciókat). Ennek az eljárásnak az a biológiai jelentősége, hogy nagy energiatartalékkal rendelkező foszfátvegyületeket állítanak elő. Ha két ATP-molekulát használunk az első szakaszban, akkor ez a szakasz ennek a vegyületnek négy molekulájához kapcsolódik.
Mi a biokémiája? A glikolízis és a glükoneogenezis energiahatékony: 2 ATP molekula 1 glükózmolekulát tesz ki. Két savmolekula glükózból történő képződése során az energiaváltozás 210 kJ/mol. 126 kJ távozik hő formájában, 84 kJ halmozódik fel az ATP foszfát kötéseiben. A terminális kötés energiaértéke 42 kJ/mol. A biokémia hasonló számításokkal foglalkozik. Az aerob és anaerob glikolízis hatékonysága 0,4.
Érdekes tények
Számos kísérlet eredményeként sikerült megállapítani az ép emberi eritrocitákban lezajló egyes glikolízis reakciók pontos értékét. A glikolízis nyolc reakciója közel áll a termodinamikai egyensúlyhoz, három folyamat a szabadenergia mennyiségének jelentős csökkenésével jár, és visszafordíthatatlannak tekinthető.
Mi a glükoneogenezis? A folyamat biokémiája a szénhidrátok lebontásából áll, amely atöbb szakaszban. Minden lépést enzimek szabályoznak. Például az aerob anyagcserével jellemezhető szövetekben (szívszövetek, vesék) az LDH1 és LDH2 izoenzimek szabályozzák. Kis mennyiségű piruvát gátolja őket, aminek következtében a tejsav szintézise nem megengedett, és a trikarbonsav ciklusban az acetil-CoA teljes oxidációja megvalósul.
Mi jellemzi még az anaerob glikolízist? A biokémia például magában foglalja más szénhidrátok bevonását a folyamatba.
Laboratóriumi vizsgálatok eredményeként kiderült, hogy a táplálékkal az emberi szervezetbe kerülő fruktóz körülbelül 80%-a a májban metabolizálódik. Itt megy végbe a fruktóz-6-foszfáttá történő foszforiláció, a hexokináz enzim katalizátorként működik ebben a folyamatban.
Ezt a folyamatot a glükóz gátolja. A kapott vegyület több lépésben glükózzá alakul, a foszforsav eltávolításával együtt. Ezenkívül lehetséges a későbbi átalakulása más foszfortartalmú szerves vegyületekké.
Az ATP és a foszfofruktokináz hatására a fruktóz-6-foszfát fruktóz-1,6-difoszfáttá alakul.
Ezután ez az anyag a glikolízisre jellemző szakaszokon keresztül metabolizálódik. Az izmokban és a májban van ketohexokináz, amely felgyorsíthatja a fruktóz foszfortartalmú vegyületté történő foszforilációját. A folyamatot a glükóz nem gátolja, a keletkező fruktóz-1-foszfát ketóz-1-foszfát-aldoláz hatására gliceraldehiddé és dihidroxi-aceton-foszfáttá bomlik. D-gliceraldehid alatttriozokináz hatására foszforilációba lép, végül ATP-molekulák szabadulnak fel, és dihidroxi-aceton-foszfát keletkezik.
Veleszületett rendellenességek
A biokémikusoknak sikerült azonosítaniuk néhány, a fruktóz-anyagcserével kapcsolatos veleszületett rendellenességet. Ez a jelenség (esszenciális fruktózuria) a szervezetben a ketohexokináz enzim tartalmának biológiai hiányával függ össze, ezért a glükóz gátolja ennek a szénhidrátnak a lebomlásának minden folyamatát. Ennek a jogsértésnek a következménye a fruktóz felhalmozódása a vérben. A fruktóz esetében a veseküszöb alacsony, így a fruktózuria 0,73 mmol/l körüli vérszénhidrát-koncentrációnál kimutatható.
Részvétel a galaktóz bioszintézisében
A galaktóz táplálékkal kerül a szervezetbe, amely az emésztőrendszerben glükózra és galaktózra bomlik. Először ez a szénhidrát galaktóz-1-foszfáttá alakul, a folyamatot a galaktokináz katalizálja. Ezután a foszfortartalmú vegyület glükóz-1-foszfáttá alakul. Ebben a szakaszban uridin-difoszfogalaktóz és UDP-glükóz is képződik. A folyamat további szakaszai a glükóz lebontásához hasonló séma szerint zajlanak.
A galaktóz metabolizmus ezen útja mellett egy második séma is lehetséges. Először galaktóz-1-foszfát is képződik, de a további lépések az UTP-molekulák és a glükóz-1-foszfát képződésével járnak.
A szénhidrát-anyagcserével kapcsolatos számos kóros állapot között a galaktosémia különleges helyet foglal el. Ez a jelenség egy recesszíven öröklődő betegséghez kapcsolódik, azzalamelyben a galaktóz hatására megemelkedik a vércukorszint és eléri a 16,6 mmol/l-t. Ugyanakkor a vér glükóztartalmában gyakorlatilag nincs változás. Ilyen esetekben a galaktóz mellett a galaktóz-1-foszfát is felhalmozódik a vérben. A galaktosémiával diagnosztizált gyermekek mentális retardációban szenvednek, és szürkehályogjuk is van.
Ahogy a szénhidrát-anyagcsere-zavarok növekedése csökken, ennek oka a galaktóz lebomlása a második út mentén. Annak köszönhetően, hogy a biokémikusoknak sikerült kideríteniük a folyamatban lévő folyamat lényegét, lehetővé vált a glükóz hiányos lebomlásával kapcsolatos problémák kezelése a szervezetben.
