În acest articol, ne vom uita la modul în care se oxidează glucoza. Carbohidrații sunt compuși de tip polihidroxicarbonil, precum și derivații acestora. Caracteristicile caracteristice sunt prezența grupărilor aldehide sau cetonice și a cel puțin două grupări hidroxil.
După structura lor, carbohidrații se împart în monozaharide, polizaharide, oligozaharide.
Monozaharide
Monozaharidele sunt cei mai simpli carbohidrați care nu pot fi hidrolizați. În funcție de ce grupă este prezentă în compoziție - aldehidă sau cetonă, se izolează aldozele (acestea includ galactoză, glucoză, riboză) și cetoze (ribuloză, fructoză).
Oligozaharide
Oligozaharidele sunt carbohidrați care au în compoziția lor de la două până la zece reziduuri de origine monozaharidă, legate prin legături glicozidice. În funcție de numărul de reziduuri de monozaharide, se disting dizaharide, trizaharide și așa mai departe. Ce se formează atunci când glucoza este oxidată? Acest lucru va fi discutat mai târziu.
Polizaharide
Polizaharidesunt carbohidrați care conțin mai mult de zece reziduuri de monozaharide interconectate prin legături glicozidice. Dacă compoziția polizaharidei conține aceleași reziduuri de monozaharide, atunci se numește homopolizaharidă (de exemplu, amidon). Dacă astfel de reziduuri sunt diferite, atunci cu o heteropolizaharidă (de exemplu, heparină).
Care este importanța oxidării glucozei?
Funcțiile carbohidraților în corpul uman
Carbohidrații îndeplinesc următoarele funcții principale:
- Energie. Cea mai importantă funcție a carbohidraților, deoarece aceștia servesc ca principală sursă de energie în organism. Ca urmare a oxidării lor, mai mult de jumătate din nevoile energetice ale unei persoane sunt satisfăcute. Ca urmare a oxidării unui gram de carbohidrați, se eliberează 16,9 kJ.
- Rezervare. Glicogenul și amidonul sunt o formă de stocare a nutrienților.
- Structural. Celuloza și alți compuși polizaharidici formează un cadru puternic în plante. De asemenea, acestea, în combinație cu lipide și proteine, sunt o componentă a tuturor biomembranelor celulare.
- de protecție. Heteropolizaharidele acide joacă rolul unui lubrifiant biologic. Acestea căptușesc suprafețele articulațiilor care se ating și se freacă unele de altele, membranele mucoase ale nasului, tractul digestiv.
- Anticoagulant. Un carbohidrat precum heparina are o proprietate biologică importantă, și anume, previne coagularea sângelui.
- Carbohidrații sunt o sursă de carbon necesară pentru sinteza proteinelor, lipidelor și acizilor nucleici.
Pentru organism, principala sursă de carbohidrați sunt carbohidrații din dietă - zaharoza, amidonul, glucoza, lactoza). Glucoza poate fi sintetizată chiar în organism din aminoacizi, glicerol, lactat și piruvat (gluconeogeneză).
Glicoliza
Glicoliza este una dintre cele trei forme posibile ale procesului de oxidare a glucozei. În acest proces, se eliberează energie, care este ulterior stocată în ATP și NADH. Una dintre moleculele sale se descompune în două molecule de piruvat.
Procesul de glicoliză are loc sub acțiunea unei varietăți de substanțe enzimatice, adică catalizatori de natură biologică. Cel mai important agent de oxidare este oxigenul, dar este de remarcat faptul că procesul de glicoliză poate fi efectuat în absența oxigenului. Acest tip de glicoliză se numește anaerobă.
Glicoliza de tip anaerobă este un proces treptat de oxidare a glucozei. Cu această glicoliză, oxidarea glucozei nu are loc complet. Astfel, în timpul oxidării glucozei, se formează o singură moleculă de piruvat. În ceea ce privește beneficiile energetice, glicoliza anaerobă este mai puțin benefică decât cea aerobă. Cu toate acestea, dacă oxigenul intră în celulă, atunci glicoliza anaerobă poate fi transformată în aerobă, care este oxidarea completă a glucozei.
Mecanismul glicolizei
Glicoliza descompune glucoza cu șase atomi de carbon în două molecule de piruvat cu trei atomi de carbon. Întregul proces este împărțit în cinci etape pregătitoare și încă cinci, timp în care ATP este stocatenergie.
Astfel, glicoliza are loc în două etape, fiecare dintre ele împărțită în cinci etape.
Etapa 1 a reacției de oxidare a glucozei
- Prima etapă. Primul pas este fosforilarea glucozei. Activarea zaharidelor are loc prin fosforilare la al șaselea atom de carbon.
- A doua etapă. Există un proces de izomerizare a glucozei-6-fosfatului. În această etapă, glucoza este transformată în fructoză-6-fosfat de către fosfoglucoizomeraza catalitică.
- A treia etapă. Fosforilarea fructozei-6-fosfatului. În această etapă, formarea fructozei-1,6-difosfat (numită și aldolază) are loc sub influența fosfofructokinazei-1. Este implicat în însoțirea grupării fosforil de la acidul adenozin trifosforic la molecula de fructoză.
- A patra etapă. În acest stadiu, are loc scindarea aldolazei. Ca rezultat, se formează două molecule de trioză fosfat, în special cetoze și eldoze.
- A cincea etapă. Izomerizarea triozei fosfaților. În această etapă, gliceraldehida-3-fosfatul este trimis la următoarele etape de descompunere a glucozei. În acest caz, are loc tranziția fosfatului de dihidroxiacetonă la forma de gliceraldehidă-3-fosfat. Această tranziție se realizează sub acțiunea enzimelor.
- A șasea etapă. Procesul de oxidare a gliceraldehidei-3-fosfatului. În această etapă, molecula este oxidată și apoi fosforilată la difosfoglicerat-1, 3.
- A șaptea etapă. Această etapă implică transferul grupării fosfat de la 1,3-difosfoglicerat la ADP. Rezultatul final al acestei etape este 3-fosfogliceratulși ATP.
Etapa 2 - oxidarea completă a glucozei
- A opta etapă. În această etapă, se realizează tranziția 3-fosfogliceratului la 2-fosfoglicerat. Procesul de tranziție se realizează sub acțiunea unei enzime precum fosfoglicerat mutaza. Această reacție chimică de oxidare a glucozei are loc cu prezența obligatorie a magneziului (Mg).
- A noua etapă. În această etapă, are loc deshidratarea 2-fosfogliceratului.
- A zecea etapă. Există un transfer de fosfați obținuți ca urmare a pașilor anteriori în PEP și ADP. Fosfenulpirovatul este transferat în ADP. O astfel de reacție chimică este posibilă în prezența ionilor de magneziu (Mg) și potasiu (K).
În condiții aerobe, întregul proces ajunge la CO2 și H2O. Ecuația pentru oxidarea glucozei arată astfel:
S6N12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O + 2880 kJ/mol.
Astfel, nu există acumulare de NADH în celulă în timpul formării lactatului din glucoză. Aceasta înseamnă că un astfel de proces este anaerob și poate continua în absența oxigenului. Oxigenul este acceptorul final de electroni care este transferat de NADH în lanțul respirator.
În procesul de calcul al bilanţului energetic al reacţiei glicolitice, trebuie să se ţină cont de faptul că fiecare pas al celei de-a doua etape se repetă de două ori. Din aceasta putem concluziona că două molecule de ATP sunt cheltuite în prima etapă, iar 4 molecule de ATP sunt formate în timpul celei de-a doua etape prin fosforilare.tipul substratului. Aceasta înseamnă că, ca urmare a oxidării fiecărei molecule de glucoză, celula acumulează două molecule de ATP.
Ne-am uitat la oxidarea glucozei de către oxigen.
Calea de oxidare a glucozei anaerobe
Oxidarea aerobă este un proces de oxidare în care se eliberează energie și care se desfășoară în prezența oxigenului, care acționează ca acceptor final al hidrogenului în lanțul respirator. Donatorul de molecule de hidrogen este forma redusă de coenzime (FADH2, NADH, NADPH), care se formează în timpul reacției intermediare de oxidare a substratului.
Procesul de oxidare a glucozei de tip dihotomic aerob este principala cale de catabolism a glucozei în corpul uman. Acest tip de glicoliză poate fi efectuat în toate țesuturile și organele corpului uman. Rezultatul acestei reacții este divizarea moleculei de glucoză în apă și dioxid de carbon. Energia eliberată va fi apoi stocată în ATP. Acest proces poate fi împărțit aproximativ în trei etape:
- Procesul de transformare a unei molecule de glucoză într-o pereche de molecule de acid piruvic. Reacția are loc în citoplasma celulară și este o cale specifică pentru descompunerea glucozei.
- Procesul de formare a acetil-CoA ca rezultat al decarboxilării oxidative a acidului piruvic. Această reacție are loc în mitocondriile celulare.
- Procesul de oxidare a acetil-CoA în ciclul Krebs. Reacția are loc în mitocondriile celulare.
La fiecare etapă a acestui proces,forme reduse de coenzime oxidate de complexe enzimatice ale lanţului respirator. Ca rezultat, ATP se formează atunci când glucoza este oxidată.
Formarea coenzimelor
Coenzimele, care se formează în a doua și a treia etapă a glicolizei aerobe, vor fi oxidate direct în mitocondriile celulelor. În paralel cu aceasta, NADH, care s-a format în citoplasma celulară în timpul reacției primei etape a glicolizei aerobe, nu are capacitatea de a pătrunde prin membranele mitocondriale. Hidrogenul este transferat din NADH citoplasmatic în mitocondriile celulare prin cicluri de transfer. Printre aceste cicluri se distinge cel principal - malat-aspartat.
Apoi, cu ajutorul NADH citoplasmatic, oxalacetatul este redus la malat, care, la rândul său, intră în mitocondriile celulare și este apoi oxidat pentru a reduce NAD mitocondrial. Oxaloacetatul revine în citoplasma celulară sub formă de aspartat.
Forme modificate de glicoliză
Glicoliza poate fi însoțită suplimentar de eliberarea de 1, 3 și 2, 3-bifosfoglicerați. În același timp, 2,3-bifosfogliceratul sub influența catalizatorilor biologici poate reveni la procesul de glicoliză și apoi își poate schimba forma în 3-fosfoglicerat. Aceste enzime joacă o varietate de roluri. De exemplu, 2, 3-bifosfogliceratul, găsit în hemoglobină, favorizează transferul de oxigen către țesuturi, contribuind în același timp la disocierea și scăderea afinității oxigenului și a celulelor roșii din sânge.
Concluzie
Multe bacterii pot schimba forma de glicoliză în diferitele sale stadii. În acest caz, este posibilă reducerea numărului lor total sau modificarea acestor etape ca urmare a acțiunii diverșilor compuși enzimatici. Unii dintre anaerobi au capacitatea de a descompune carbohidrații în alte moduri. Majoritatea termofililor au doar două enzime glicolitice, în special enolaza și piruvat kinaza.
Ne-am uitat la modul în care glucoza este oxidată în organism.
