Kompletní oxidace glukózy. Reakce oxidace glukosy

V tomto článku se podíváme na to, jak dochází k oxidaci glukózy. Sacharidy jsou sloučeniny polyhydroxykarbonylového typu a jejich deriváty. Charakteristické znaky jsou přítomnost aldehydových nebo ketonových skupin a alespoň dvou hydroxylových skupin.

Svojí strukturou jsou sacharidy rozděleny na monosacharidy, polysacharidy, oligosacharidy.

Monosacharidy

Monosacharidy jsou nejjednodušší sacharidy, které nelze hydrolyzovat. V závislosti na skupině - aldehydu nebo ketonu, izoluje aldózy (tyto látky zahrnují galaktózu, glukózu, ribózu) a ketózy (ribulózu, fruktózu).

Oligosacharidy

Oligosacharidy jsou sacharidy, které jsou složeny ze dvou až deseti monosacharidových zbytků původu spojených glykosidickými vazbami. V závislosti na množství monosacharidových zbytků se rozlišují disacharidy, trisacharidy a tak dále. Co se stane, když je oxid glukózy? To bude popsáno později.

Polysacharidy

Polysacharidy jsou uhlohydráty, které obsahují více než deset monosacharidových zbytků spojených dohromady glykosidickými vazbami. Pokud stejný polysacharid obsahuje stejné monosacharidové zbytky, nazývá se to homopolysacharid (například škrob). Pokud se tyto zbytky liší - pak heteropolysacharid (například heparin).

Jaký je význam oxidace glukózy?

Funkce sacharidů v lidském těle

Sacharidy mají následující hlavní funkce:

1. Napájení. Nejdůležitější funkce sacharidů, protože slouží jako hlavní zdroj energie v těle. V důsledku jejich oxidace je splněno více než polovina lidských energetických potřeb. V důsledku oxidace jednoho gramu uhlohydrátů se uvolní 16,9 kJ.
2. Zálohování. Glykogen a škrob jsou formou akumulace živin.
3. Strukturální. Celulóza a některé další polysacharidové sloučeniny tvoří v rostlinách silné jádro. Také v kombinaci s lipidy a bílkovinami jsou součástí všech buněčných biomembrán.
4. Ochranné. U kyselých heteropolysacharidů je přiřazena role biologického maziva. Omotávají povrchy kloubů, které se dotýkají a třejí proti sobě, sliznicím nosu a trávicímu traktu.
5. Antikoagulant. Takový sacharid, stejně jako heparin, má důležitou biologickou vlastnost, totiž zabraňuje koagulaci krve.
6. Sacharidy jsou zdrojem uhlíku nezbytným pro syntézu proteinů, lipidů a nukleových kyselin.

Pro organismus hlavní zdroj sacharidů jsou uhlohydráty v potravinách - sacharóza, škrob, glukóza, laktóza). Glukóza může být v těle syntetizována z aminokyselin, glycerolu, laktátu a pyruvátu (glukoneogeneze).

Glykolýza

Glykolýza je jednou ze tří možných forem procesu oxidace glukózy. V tomto procesu se uvolňuje energie, která je následně uložena v ATP a NADH. Jedna ze svých molekul se rozkládá na dvě molekuly pyruvátu.

Proces glykolýzy se objevuje pod účinkem různých enzymatických látek, tj katalyzátory biologických přírodě. Nejdůležitějším oxidačním činidlem je kyslík, ale stojí za zmínku, že proces glykolýzy lze provádět i bez přítomnosti kyslíku. Podobný druh glykolýzy se nazývá anaerobní.

Glykolýza anaerobního typu je postupný proces oxidace glukózy. S touto glykolýzou nedochází k úplné oxidaci glukózy. Při oxidaci glukózy se tudíž vytváří pouze jedna molekula pyruvátu. Z hlediska energetických výhod je anaerobní glykolýza méně přínosná než aerobní glykolýza. Pokud však do buňky vstoupí kyslík, anaerobní glykolýza se může změnit na aerobní glykolýzu, což je úplná oxidace glukózy.

Mechanismus glykolýzy

Při procesu glykolýzy dochází k rozkladu šesti-uhlíkové glukózy na dvě molekuly pyruvátu se třemi atomy uhlíku. Celý proces je rozdělen do pěti přípravných etap a dalších pěti, během nichž ATF ukládá energii.

Glykolýza tedy probíhá ve dvou fázích, z nichž každá je rozdělena do pěti fází.

Stupeň 1 reakce oxidace glukózy

• První fáze. V první fázi se fosforyluje glukóza. Aktivace sacharidu nastává fosforylací na šestém atomu uhlíku.
• Druhá fáze. Existuje proces isomerace glukóza-6-fosfátu. V tomto stadiu se glukóza konvertuje na fruktosu-6-fosfát katalytickou fosfoglukoizomerázou.
• Třetí etapa. Fosforylace fruktózy-6-fosfátu. V této fázi, vytvoření fruktóza 1,6-bifosfátu (také nazývaný aldolázy) pod vlivem fosfofruktokinázy-1. Účastní se eskorty fosforylové skupiny adenosintrifosfát až do molekuly fruktosy.
• Čtvrtá fáze. V této fázi je aldoláza rozštěpena. V důsledku toho se tvoří dvě molekuly fosforečnanu triózy, zejména ketózy a eldózy.
• Pátá etapa. Isomerizace triisofosforečnanů. V tomto stádiu je glyceraldehyd-3-fosfát poslán do dalších stupňů štěpení glukózy. V tomto případě se dihydroxyaceton fosfát převede na formu glyceraldehyd-3-fosfátu. Tento přechod se provádí za působení enzymů.
• Šestá etapa. Proces oxidace glyceraldehyd-3-fosfátu. V této fázi se molekula oxiduje a její následná fosforylace na difosfoglycerát-1,3.
• Sedmý stupeň. Tento krok zahrnuje přenos z 1,3-difosfoglycerátu fosfátové skupiny na ADP. V konečném výsledku tohoto kroku se tvoří 3-fosfoglycerát a ATP.

Stupeň 2 - úplná oxidace glukózy

• Osmý stupeň. V této fázi přechod 3-fosfoglycerátu na 2-fosfoglycerát. Přechodový proces se provádí za působení enzymu, jako je fosfoglycerát mutasa. Tato chemická reakce oxidace glukózy probíhá s povinnou přítomností hořčíku (Mg).
• Devátá fáze. V tomto stadiu dochází k dehydrataci 2-fosfoglycerátu.
• Desátá fáze. Do FEP a ADP dochází k přenosu fosfátů získaných v důsledku předchozích fází. Převedením do ADP se provádí fosfoenpirovalo. Taková chemická reakce je možná v přítomnosti iontů hořčíku (Mg) a draslíku (K).

V aerobních podmínkách přichází celý proces do CO₂ a H₂A. Rovnice pro oxidaci glukózy je následující:

C_6.H_12.O_6.+ 6O₂→ 6СО₂+ 6H₂O + 2880 kJ / mol.

V buňce tedy nedochází k akumulaci NADH v procesu tvorby laktátu z glukózy. To znamená, že takový proces je anaerobní a může pokračovat v nepřítomnosti kyslíku. Je to kyslík - konečný akceptor elektronu, který se přenáší pomocí NADH respirační řetězec.

Během procesu počítání energetická bilance glykolytická reakce musí vzít v úvahu, že každý stupeň druhého stupně se opakuje dvakrát. Z toho lze vyvodit závěr, že v prvním stadiu jsou zbytečné dvě molekuly ATP a během druhého stupně se tvoří 4 molekuly ATP fosforylací typu substrátu. To znamená, že v důsledku oxidace každé molekuly glukózy buňka akumuluje dvě molekuly ATP.

Zkoumali jsme oxidaci glukózy kyslíkem.

Anaerobní cesta oxidace glukosy

Aerobní oxidace nazývá oxidační proces, při kterém dochází k výběru energie a která se vyskytuje v přítomnosti kyslíku, vystupující konec akceptor vodíku v dýchacím řetězci. Dárce molekuly vodíku se objevuje obnovená forma koenzymů (FADH2, NADN, NADPH), které se tvoří během meziproduktové reakce oxidace substrátu.

Proces oxidace glukózy aerobního dichotomického typu je hlavním způsobem katabolismu glukózy v lidském těle. Tento typ glykolýzy může být proveden ve všech tkáních a orgánech lidského těla. Výsledkem této reakce je štěpení molekuly glukózy na vodu a oxid uhličitý. Přidělená energie se bude akumulovat v ATP. Tento proces lze rozdělit do tří fází:

1. Proces konverze molekuly glukózy na pár molekul kyseliny pyrohroznové. Reakce probíhá v buněčné cytoplazmě a je specifickým způsobem rozpadu glukózy.
2. Proces tvorby acetyl-CoA v důsledku oxidativní dekarboxylace kyseliny pyrohroznové. Tato reakce nastává v buněčných mitochondriích.
3. Oxidace acetyl-CoA v Krebsově cyklu. Reakce probíhá v buněčných mitochondriích.

V každém stádiu tohoto procesu se tvoří redukované formy koenzymů, které jsou oxidovány enzymovými komplexy respiračního řetězce. V důsledku toho se při oxidaci glukosy vytváří ATP.

Tvorba koenzymů

Koenzymy, které se tvoří ve druhém a třetím stupni aerobní glykolýzy, budou oxidovány přímo v mitochondriích buněk. Souběžně se NADH, který se vytvořil v buněčné cytoplazmě během reakce prvního stupně aerobní glykolýzy, nemá schopnost proniknout do membrán mitochondrie. Vodík se přenáší z cytoplazmatického NADH na buněčné mitochondrie prostřednictvím kyvadlového cyklu. Mezi těmito cykly je možné vyjmout hlavní - malát - aspartát.

Následně s pomocí cytoplazmatického NADH se oxaloacetát redukuje na malát, který pak proniká do buněčných mitochondrií a poté se oxiduje redukcí mitochondriální NAD. Oxaloacetát se vrací do cytoplazmy buňky ve formě aspartátu.

Modifikované formy glykolýzy

Průtok glykolýzy může být doprovázeno uvolněním 1,3 a 2,3-bisfosfoglycerátů. V tomto případě může být 2,3-bisfosfoglycerát pod vlivem biologických katalyzátorů vrácen zpět do procesu glykolýzy a poté změněn jeho forma na 3-fosfoglycerát. Tyto enzymy hrají různé role. Například 2,3-bisfosfoglycerát, umístěný v hemoglobinu, podporuje přechod kyslíku do tkání, čímž podporuje disociaci a snižuje afinitu kyslíku a červených krvinek.

Závěr

Mnoho bakterií může změnit formy glykolýzy v různých fázích. V tomto případě je možné snížit jejich celkový počet nebo upravit tyto kroky v důsledku působení různých enzymových sloučenin. Některé z anaerob mají schopnost dalších způsobů rozkladu sacharidů. Většina termofilů má pouze dva glykolytické enzymy, zejména enolázu a pyruvát kinázu.

Zkoumali jsme, jak probíhá oxidace glukózy v těle.