Ce studiază biochimia? Glicoliza este un proces enzimatic grav de descompunere a glucozei care are loc în țesuturile animale și umane fără utilizarea oxigenului. El este considerat de biochimiști o modalitate de a obține acid lactic și molecule de ATP.
Definiție
Ce este glicoliza aerobă? Biochimia consideră acest proces ca fiind singurul proces caracteristic organismelor vii care furnizează energie.
Cu ajutorul unui astfel de proces, organismul animalelor și al oamenilor este capabil să îndeplinească anumite funcții fiziologice pentru o anumită perioadă de timp în condiții de oxigen insuficient.
Dacă procesul de descompunere a glucozei se desfășoară cu participarea oxigenului, are loc glicoliză aerobă.
Care este biochimia? Glicoliza este considerată primul pas în procesul de oxidare a glucozei în apă și dioxid de carbon.
Pagini de istorie
Termenul „glicoliză” a fost folosit de Lépin la sfârșitul secolului al XIX-lea pentru procesul de reducere a glicemiei care a fost eliminată din sistemul circulator. Unele microorganisme au procese de fermentație care sunt similare cu glicoliza. Pentru așatransformarea folosește unsprezece enzime, dintre care majoritatea sunt izolate într-o formă omogenă, foarte purificată sau cristalină, proprietățile lor sunt bine studiate. Acest proces are loc în hialoplasma celulei.
Detalii despre proces
Cum decurge glicoliza? Biochimia este o știință în care acest proces este considerat o reacție în mai multe etape.
Prima reacție enzimatică de glicoliză, fosforilarea, este asociată cu transferul ortofosfatului la glucoză de către moleculele de ATP. Enzima hexokinaza acționează ca un catalizator în acest proces.
Producerea de glucoză-6-fosfat în acest proces se explică prin eliberarea unei cantități semnificative de energie a sistemului, adică are loc un proces chimic ireversibil.
O astfel de enzimă precum hexokinaza acționează ca un catalizator pentru procesul de fosforilare nu numai a D-glucozei în sine, ci și a D-manozei, D-fructozei. Pe lângă hexokinază, există o altă enzimă în ficat - glucokinaza, care catalizează procesul de fosforilare a unei D-glucoze.
A doua etapă
Cum explică biochimia modernă a doua etapă a acestui proces? Glicoliza în această etapă este tranziția glucozo-6-fosfatului sub influența hexozo-fosfat izomerazei într-o substanță nouă - fructoză-6-fosfat.
Procesul decurge în două direcții reciproc opuse, nu necesită cofactori.
A treia etapă
Se asociază cu fosforilarea fructozei-6-fosfatului rezultat cu ajutorul moleculelor de ATP. Acceleratorul acestui proces este enzima fosfofructokinaza. Reacţieeste considerată ireversibilă, apare în prezența cationilor de magneziu, este considerată o etapă lent a acestei interacțiuni. Ea este cea care stă la baza determinării vitezei de glicoliză.
Fosfofructokinaza este unul dintre reprezentanții enzimelor alosterice. Este inhibată de moleculele de ATP, stimulate de AMP și ADP. În cazul diabetului zaharat, în timpul postului, precum și în multe alte afecțiuni în care grăsimile sunt consumate în cantități mari, conținutul de citrat din celulele țesuturilor crește de câteva ori. În astfel de condiții, există o inhibare semnificativă a activității cu drepturi depline a fosfofructokinazei de către citrat.
Dacă raportul dintre ATP și ADP atinge valori semnificative, fosfofructokinaza este inhibată, ceea ce ajută la încetinirea glicolizei.
Cum poți crește glicoliza? Biochimia propune reducerea factorului de intensitate pentru aceasta. De exemplu, într-un mușchi care nu funcționează, activitatea fosfofructokinazei este scăzută, dar concentrația de ATP crește.
Când mușchiul lucrează, există o utilizare semnificativă a ATP, care determină o creștere a nivelului enzimei, determinând o accelerare a procesului de glicoliză.
A patra etapă
Enzima aldolaza este catalizatorul pentru această parte a glicolizei. Datorită lui, are loc divizarea reversibilă a substanței în două fosfotrioze. În funcție de valoarea temperaturii, echilibrul se stabilește la diferite niveluri.
Cum explică biochimia ce se întâmplă? Glicoliza cu creșterea temperaturii se desfășoară în direcția unei reacții directe, produsulcare este gliceraldehidă-3-fosfat și dihidroxiacetonă fosfat.
Alte etape
A cincea etapă este procesul de izomerizare a triozei fosfaților. Catalizatorul procesului este enzima trioză fosfat izomeraza.
A șasea reacție sub formă de rezumat descrie producția de acid 1,3-difosforgliceric în prezența fosfatului NAD ca acceptor de hidrogen. Acest agent anorganic este cel care elimină hidrogenul din gliceraldehidă. Legătura rezultată este fragilă, dar este bogată în energie, iar atunci când este scindată, se obține acid 1,3-difosfogliceric.
A șaptea etapă, catalizată de fosfoglicerat kinaza, implică transferul de energie de la reziduul de fosfat la ADP pentru a forma acid 3-fosfogliceric și ATP.
În a opta reacție are loc un transfer intramolecular al grupării fosfat, în timp ce se observă transformarea acidului 3-fosfogliceric în 2-fosfoglicerat. Procesul este reversibil, prin urmare se folosesc cationi de magneziu pentru implementarea lui.
Acidul 2,3-difosfogliceric acționează ca un cofactor pentru enzimă în acest stadiu.
A noua reacție implică tranziția acidului 2-fosfogliceric la fosfoenolpiruvat. Enolaza, care este activată de cationii de magneziu, acționează ca un accelerator al acestui proces, iar fluorura acționează ca un inhibitor în acest caz.
A zecea reacție are loc cu ruperea legăturii și transferul energiei reziduului de fosfat la ADP din acidul fosfoenolpiruvic.
A unsprezecea etapă este asociată cu reducerea acidului piruvic, obținând acid lactic. Această conversie necesită participarea enzimei lactat dehidrogenază.
Cum poți nota glicoliza într-un mod general? Reacțiile, a căror biochimie a fost discutată mai sus, este redusă la oxidoreductie glicolitică, însoțită de formarea de molecule de ATP.
Valoarea procesului
Ne-am uitat la modul în care biochimia descrie glicoliza (reacțiile). Semnificația biologică a acestui proces este obținerea de compuși fosfatați cu o rezervă mare de energie. Dacă două molecule de ATP sunt cheltuite în prima etapă, atunci etapa este asociată cu formarea a patru molecule ale acestui compus.
Care este biochimia? Glicoliza și gluconeogeneza sunt eficiente din punct de vedere energetic: 2 molecule de ATP reprezintă 1 moleculă de glucoză. Modificarea energiei în timpul formării a două molecule acide din glucoză este de 210 kJ/mol. 126 kJ lasă sub formă de căldură, 84 kJ se acumulează în legăturile fosfatice ale ATP. Legătura terminală are o valoare energetică de 42 kJ/mol. Biochimia se ocupă de calcule similare. Glicoliza aerobă și anaerobă au o eficiență de 0,4.
Fapte interesante
Ca urmare a numeroaselor experimente, a fost posibil să se stabilească valorile exacte ale fiecărei reacții de glicoliză care au loc în eritrocitele umane intacte. Opt reacții de glicoliză sunt apropiate de echilibrul termodinamic, trei procese sunt asociate cu o scădere semnificativă a cantității de energie liberă și sunt considerate ireversibile.
Ce este gluconeogeneza? Biochimia procesului constă în descompunerea carbohidraților, care are loc înmai multe etape. Fiecare pas este controlat de enzime. De exemplu, în țesuturile care se caracterizează prin metabolism aerob (țesuturi ale inimii, rinichi), acesta este reglat de izoenzimele LDH1 și LDH2. Ele sunt inhibate de cantități mici de piruvat, drept urmare nu este permisă sinteza acidului lactic și se realizează oxidarea completă a acetil-CoA în ciclul acidului tricarboxilic.
Ce altceva caracterizează glicoliza anaerobă? Biochimia, de exemplu, implică includerea altor carbohidrați în proces.
În urma studiilor de laborator, s-a constatat că aproximativ 80% din fructoza care intră în corpul uman cu alimente este metabolizată în ficat. Aici are loc procesul de fosforilare a acestuia la fructoză-6-fosfat, enzima hexokinaza acționând ca un catalizator pentru acest proces.
Acest proces este inhibat de glucoză. Compusul rezultat este transformat în glucoză prin mai multe etape, însoțite de eliminarea acidului fosforic. În plus, sunt posibile transformările sale ulterioare în alți compuși organici care conțin fosfor.
Sub influența ATP și a fosfofructokinazei, fructoza-6-fosfatul va fi transformat în fructoză-1,6-difosfat.
Apoi această substanță este metabolizată prin etapele caracteristice glicolizei. Mușchii și ficatul au ketohexokinaza, care poate accelera procesul de fosforilare a fructozei în compusul său care conține fosfor. Procesul nu este blocat de glucoză, iar fructoza-1-fosfatul rezultat se descompune sub influența cetozo-1-fosfat aldolazei în gliceraldehidă și dihidroxiacetonă fosfat. D-gliceraldehida subsub influența triozokinazei, intră în fosforilare, în cele din urmă se eliberează molecule de ATP și se obține dihidroxiacetonă fosfat.
Anomalii congenitale
Biochimiștii au reușit să identifice unele anomalii congenitale asociate cu metabolismul fructozei. Acest fenomen (fructozurie esențială) este asociat cu o deficiență biologică a conținutului enzimei cetohexokinaze din organism, prin urmare, toate procesele de descompunere a acestui carbohidrat sunt inhibate de glucoză. Consecința acestei încălcări este acumularea de fructoză în sânge. Pentru fructoză, pragul renal este scăzut, astfel încât fructozuria poate fi detectată la concentrații de carbohidrați din sânge în jur de 0,73 mmol/L.
Participarea la biosinteza galactozei
Galactoza intră în organism cu alimente, care sunt descompuse în tractul digestiv în glucoză și galactoză. În primul rând, acest carbohidrat este transformat în galactoză-1-fosfat, procesul este catalizat de galactokinază. Apoi, compusul care conține fosfor este transformat în glucoză-1-fosfat. În această etapă, se formează, de asemenea, uridin difosfogalactoză și UDP-glucoză. Etapele ulterioare ale procesului decurg conform unei scheme similare cu descompunerea glucozei.
Pe lângă această cale a metabolismului galactozei, este posibilă și o a doua schemă. În primul rând, se formează și galactoză-1-fosfat, dar etapele ulterioare sunt asociate cu formarea de molecule UTP și glucoză-1-fosfat.
Printre numeroasele afecțiuni patologice asociate metabolismului carbohidraților, galactozemia ocupă un loc aparte. Acest fenomen este asociat cu o boală moștenită recesiv, cuîn care nivelul zahărului din sânge crește din cauza galactozei și ajunge la 16,6 mmol/l. În același timp, practic nu există nicio modificare a conținutului de glucoză din sânge. Pe lângă galactoză, în astfel de cazuri, în sânge se acumulează și galactoză-1-fosfat. Copiii diagnosticați cu galactozemie au retard mintal și, de asemenea, au cataractă.
Pe măsură ce creșterea tulburărilor de metabolism al carbohidraților scade, motivul este descompunerea galactozei pe a doua cale. Datorită faptului că biochimiștii au reușit să afle esența procesului în desfășurare, a devenit posibil să se facă față problemelor legate de descompunerea incompletă a glucozei în organism.
