I denne artikkelen skal vi se på hvordan glukose oksideres. Karbohydrater er forbindelser av typen polyhydroksykarbonyl, så vel som deres derivater. Karakteristiske trekk er tilstedeværelsen av aldehyd- eller ketongrupper og minst to hydroksylgrupper.
I henhold til deres struktur deles karbohydrater inn i monosakkarider, polysakkarider, oligosakkarider.
monosakkarider
Monosakkarider er de enkleste karbohydratene som ikke kan hydrolyseres. Avhengig av hvilken gruppe som er til stede i sammensetningen - aldehyd eller keton, isoleres aldoser (disse inkluderer galaktose, glukose, ribose) og ketoser (ribulose, fruktose).
oligosakkarider
Oligosakkarider er karbohydrater som har i sammensetningen fra to til ti rester av monosakkarid-opprinnelse, forbundet med glykosidbindinger. Avhengig av antall monosakkaridrester skilles disakkarider, trisakkarider og så videre. Hva dannes når glukose oksideres? Dette vil bli diskutert senere.
polysakkarider
Polysakkariderer karbohydrater som inneholder mer enn ti monosakkaridrester forbundet med glykosidbindinger. Hvis sammensetningen av polysakkaridet inneholder de samme monosakkaridrestene, kalles det et homopolysakkarid (for eksempel stivelse). Hvis slike rester er forskjellige, så med et heteropolysakkarid (for eksempel heparin).
Hva er viktigheten av glukoseoksidasjon?
Funksjoner av karbohydrater i menneskekroppen
Karbohydrater utfører følgende hovedfunksjoner:
- Energi. Den viktigste funksjonen til karbohydrater, da de tjener som den viktigste energikilden i kroppen. Som et resultat av deres oksidasjon er mer enn halvparten av energibehovet til en person tilfredsstilt. Som et resultat av oksidasjonen av ett gram karbohydrater frigjøres 16,9 kJ.
- Reserve. Glykogen og stivelse er en form for lagring av næringsstoffer.
- Strukturell. Cellulose og noen andre polysakkaridforbindelser danner et sterkt rammeverk i planter. Dessuten er de, i kombinasjon med lipider og proteiner, en del av alle cellebiomembraner.
- Beskyttende. Syre heteropolysakkarider spiller rollen som et biologisk smøremiddel. De kler overflatene av leddene som berører og gni mot hverandre, slimhinnene i nesen, fordøyelseskanalen.
- Antikoagulant. Et karbohydrat som heparin har en viktig biologisk egenskap, nemlig at det forhindrer blodpropp.
- Karbohydrater er en kilde til karbon som er nødvendig for syntese av proteiner, lipider og nukleinsyrer.
For kroppen er hovedkilden til karbohydrater kostholdskarbohydrater - sukrose, stivelse, glukose, laktose). Glukose kan syntetiseres i kroppen selv fra aminosyrer, glyserol, laktat og pyruvat (glukoneogenese).
Glykolyse
Glykolyse er en av tre mulige former for glukoseoksidasjonsprosessen. I denne prosessen frigjøres energi, som deretter lagres i ATP og NADH. Ett av molekylene brytes ned til to pyruvatmolekyler.
Glykolyseprosessen skjer under påvirkning av en rekke enzymatiske stoffer, det vil si katalysatorer av biologisk natur. Det viktigste oksidasjonsmidlet er oksygen, men det er verdt å merke seg at prosessen med glykolyse kan utføres i fravær av oksygen. Denne typen glykolyse kalles anaerob.
Anaerob type glykolyse er en trinnvis prosess for glukoseoksidasjon. Med denne glykolysen skjer ikke glukoseoksidasjon fullstendig. Således, under oksidasjonen av glukose, dannes bare ett pyruvatmolekyl. Når det gjelder energifordeler, er anaerob glykolyse mindre fordelaktig enn aerob. Men hvis oksygen kommer inn i cellen, kan anaerob glykolyse omdannes til aerob, som er fullstendig oksidasjon av glukose.
Glykolysemekanisme
Glykolyse bryter ned seks-karbon glukose til to molekyler av tre-karbon pyruvat. Hele prosessen er delt inn i fem forberedende stadier og fem til, hvor ATP lagresenergi.
Derfor foregår glykolysen i to trinn, som hver er delt inn i fem trinn.
Trinn 1 av glukoseoksidasjonsreaksjonen
- Den første etappen. Det første trinnet er glukosefosforylering. Sakkaridaktivering skjer ved fosforylering ved det sjette karbonatomet.
- Andre trinn. Det er en prosess med isomerisering av glukose-6-fosfat. På dette stadiet omdannes glukose til fruktose-6-fosfat av katalytisk fosfoglukoisomerase.
- Tredje trinn. Fosforylering av fruktose-6-fosfat. På dette stadiet skjer dannelsen av fruktose-1,6-difosfat (også k alt aldolase) under påvirkning av fosfofruktokinase-1. Den er involvert i å følge fosforylgruppen fra adenosintrifosforsyre til fruktosemolekylet.
- Fjerde etappe. På dette stadiet skjer sp altningen av aldolase. Som et resultat dannes det to triosefosfatmolekyler, spesielt ketoser og eldoser.
- Den femte etappen. Isomerisering av triosefosfater. På dette stadiet sendes glyceraldehyd-3-fosfat til de neste stadiene av glukosenedbrytning. I dette tilfellet skjer overgangen av dihydroksyacetonfosfat til formen av glyceraldehyd-3-fosfat. Denne overgangen utføres under påvirkning av enzymer.
- Den sjette etappen. Prosessen med oksidasjon av glyceraldehyd-3-fosfat. På dette stadiet blir molekylet oksidert og deretter fosforylert til difosfoglyserat-1, 3.
- Syvende etappe. Dette trinnet innebærer overføring av fosfatgruppen fra 1,3-difosfoglyserat til ADP. Sluttresultatet av dette trinnet er 3-fosfoglyseratog ATP.
Trinn 2 - fullstendig oksidasjon av glukose
- Den åttende etappen. På dette stadiet utføres overgangen av 3-fosfoglyserat til 2-fosfoglyserat. Overgangsprosessen utføres under påvirkning av et enzym som fosfoglyseratmutase. Denne kjemiske reaksjonen av glukoseoksidasjon fortsetter med den obligatoriske tilstedeværelsen av magnesium (Mg).
- Niende etappe. På dette stadiet oppstår dehydrering av 2-fosfoglyserat.
- Den tiende etappen. Det er en overføring av fosfater oppnådd som et resultat av de foregående trinnene til PEP og ADP. Fosfoenulpyrovat overføres til ADP. En slik kjemisk reaksjon er mulig i nærvær av magnesium (Mg) og kalium (K) ioner.
Under aerobe forhold kommer hele prosessen til CO2 og H2O. Ligningen for glukoseoksidasjon ser slik ut:
S6N12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O + 2880 kJ/mol.
Dermed er det ingen akkumulering av NADH i cellen under dannelsen av laktat fra glukose. Dette betyr at en slik prosess er anaerob, og den kan foregå i fravær av oksygen. Det er oksygen som er den endelige elektronakseptoren som overføres av NADH til respirasjonskjeden.
I prosessen med å beregne energibalansen til den glykolytiske reaksjonen, må det tas i betraktning at hvert trinn i det andre trinnet gjentas to ganger. Fra dette kan vi konkludere med at to ATP-molekyler blir brukt i det første trinnet, og 4 ATP-molekyler dannes under det andre trinnet ved fosforylering.substrattype. Dette betyr at som et resultat av oksidasjonen av hvert glukosemolekyl, akkumulerer cellen to ATP-molekyler.
Vi så på oksidasjonen av glukose med oksygen.
anaerob glukoseoksidasjonsvei
Aerob oksidasjon er en oksidasjonsprosess der energi frigjøres og som fortsetter i nærvær av oksygen, som fungerer som den endelige akseptoren av hydrogen i respirasjonskjeden. Donoren av hydrogenmolekyler er den reduserte formen av koenzymer (FADH2, NADH, NADPH), som dannes under mellomreaksjonen av substratoksidasjon.
Den aerobe dikotome glukoseoksidasjonsprosessen er hovedveien for glukosekatabolisme i menneskekroppen. Denne typen glykolyse kan utføres i alle vev og organer i menneskekroppen. Resultatet av denne reaksjonen er sp altningen av glukosemolekylet i vann og karbondioksid. Den frigjorte energien vil da bli lagret i ATP. Denne prosessen kan grovt sett deles inn i tre stadier:
- Prosessen med å konvertere et glukosemolekyl til et par pyrodruesyremolekyler. Reaksjonen skjer i cellens cytoplasma og er en spesifikk vei for nedbrytning av glukose.
- Prosessen med dannelse av acetyl-CoA som et resultat av oksidativ dekarboksylering av pyrodruesyre. Denne reaksjonen finner sted i cellulære mitokondrier.
- Prosessen med oksidasjon av acetyl-CoA i Krebs-syklusen. Reaksjonen finner sted i cellulære mitokondrier.
På hvert trinn av denne prosessen,reduserte former for koenzymer oksidert av enzymkomplekser i respirasjonskjeden. Som et resultat dannes ATP når glukose oksideres.
Danning av koenzymer
Koenzymer, som dannes i det andre og tredje stadiet av aerob glykolyse, vil bli oksidert direkte i mitokondriene til cellene. Parallelt med dette har ikke NADH, som ble dannet i cellecytoplasmaet under reaksjonen av det første stadiet av aerob glykolyse, evnen til å trenge gjennom mitokondriemembranene. Hydrogen overføres fra cytoplasmatisk NADH til cellulære mitokondrier via skyttelsykluser. Blant disse syklusene kan den viktigste skilles - malat-aspartat.
Deretter, ved hjelp av cytoplasmatisk NADH, reduseres oksaloacetat til malat, som igjen går inn i de cellulære mitokondriene og deretter oksideres for å redusere mitokondriell NAD. Oksaloacetat går tilbake til cellens cytoplasma som aspartat.
Modifiserte former for glykolyse
Glykolyse kan i tillegg være ledsaget av frigjøring av 1, 3 og 2, 3-bifosfoglyserater. Samtidig kan 2,3-bifosfoglyserat under påvirkning av biologiske katalysatorer gå tilbake til glykolyseprosessen, og deretter endre form til 3-fosfoglyserat. Disse enzymene spiller en rekke roller. For eksempel fremmer 2,3-bifosfoglyserat, som finnes i hemoglobin, overføringen av oksygen til vev, samtidig som det bidrar til dissosiasjonen og reduksjonen i affiniteten til oksygen og røde blodceller.
Konklusjon
Mange bakterier kan endre formen for glykolyse i de ulike stadiene. I dette tilfellet er det mulig å redusere deres totale antall eller modifisere disse stadiene som et resultat av virkningen av forskjellige enzymatiske forbindelser. Noen av de anaerobe har evnen til å bryte ned karbohydrater på andre måter. De fleste termofile har bare to glykolytiske enzymer, spesielt enolase og pyruvatkinase.
Vi så på hvordan glukose oksideres i kroppen.
