Potpuna oksidacija glukoze. Reakcija oksidacije glukoze

U ovom članku ćemo pogledati kako dolazi do oksidacije glukoze. Ugljikohidrati su spojevi polihidroksikarbonil tipa, kao i njihovi derivati. Karakteristične značajke su prisutnost aldehidnih ili ketonskih skupina i najmanje dvije hidroksilne skupine.

Svojom strukturom ugljikohidrati su podijeljeni na monosaharide, polisaharide, oligosaharide.

monosaharidi

Monosaharidi su najjednostavniji ugljikohidrati koji se ne mogu hidrolizirati. Ovisno o tome koji je skupina prisutna u pripravku - aldehid ili keton se izolira aldozu (to uključuje galaktozu, glukozu, riboza) i ketoza (ribuloza, fruktoze).

oligosaharidi

Oligosaharidi su ugljikohidrati koji se sastoje od dva do deset monosaharidnih ostataka spojenih porijekla glikozidnim vezama. Ovisno o količini monosaharidnih ostataka razlikuju se disaharidi, trisaharidi i tako dalje. Što se događa kada se glukoza oksidira? Ovo će se raspravljati kasnije.

polisaharide

Polisaharidi su ugljikohidrati koji sadrže više od deset monosaharidnih ostataka povezanih glikozidnim vezama. Ako isti polisaharid sadrži iste monosaharidne ostatke, naziva se homopolisaharid (na primjer, škrob). Ako su takvi ostaci različiti - onda heteropolisaharid (na primjer, heparin).

Koji je značenje oksidacije glukoze?

Funkcije ugljikohidrata u ljudskom tijelu

Ugljikohidrati obavljaju sljedeće glavne funkcije:

1. Energetska. Najvažnija funkcija ugljikohidrata, jer služe kao glavni izvor energije u tijelu. Kao rezultat njihove oksidacije, više od polovice ljudske energije su zadovoljene. Kao rezultat oksidacije jednog gram ugljikohidrata, 16.9 kJ se oslobađa.
2. Rezerva. Glikogen i škrob su oblik akumulacije hranjivih tvari.
3. Struktura. Celuloza i neki drugi polisaharidni spojevi tvore snažnu jezgru u biljkama. Također, u kombinaciji s lipidima i proteinima, oni su sastavni dio svih staničnih biomembrana.
4. Zaštitni. Za kisele heteropolisaharide dodjeljuje se uloga biološkog maziva. Obložene su površinama zglobova koje dotiču i utrljaju jedna drugu, sluznice nosa i probavni trakt.
5. Antigoagulyantnaya. Takav ugljikohidrat, poput heparina, ima važnu biološku svojinu, naime, sprječava koagulaciju krvi.
6. Ugljikohidrati su izvor ugljika koji je neophodan za sintezu proteina, lipida i nukleinskih kiselina.

Za organizam glavni izvor ugljikohidrata su hrana ugljikohidrati - saharoza, škrob, glukoza, laktoza). Glukoza se može sintetizirati u tijelu iz aminokiselina, glicerola, laktata i piruvata (glukoneogeneza).

glikoliza

Glikoliza je jedan od tri moguća oblika procesa oksidacije glukoze. U tom procesu, energija se oslobađa, koja se kasnije pohranjuje u ATP i NADH. Jedna od njegovih molekula razbija se u dvije molekule piruvata.

Proces glikolize nastaje pod djelovanjem različitih enzimatskih tvari, tj katalizatori biološkog priroda. Najvažniji oksidator je kisik, no valja napomenuti da se proces glikolize može provesti čak iu odsutnosti kisika. Slična vrsta glikolize naziva se anaerobna.

Glikoliza anaerobnog tipa je stupnjevani proces oksidacije glukoze. Ovom glikolizom, oksidacija glukoze se ne odvija potpuno. Tako se tijekom oksidacije glukoze formira samo jedna molekula piruvata. U smislu energetske koristi, anaerobna glikoliza je manje korisna od aerobne glikolize. Međutim, ako je stanica ide kisik, konverzija se može pojaviti u aerobnog anaerobne glikolize, što je potpuna oksidacija glukoze.

Mehanizam glikolize

U procesu glikolize dolazi do dekompozicije glukoze od šest ugljika u dvije molekule trokristalnog piruvata. Cijeli postupak je podijeljen u pet pripremnih etapa i još pet, tijekom kojih ATF pohranjuje energiju.

Dakle, glikoliza se odvija u dvije faze, od kojih je svaki podijeljen u pet stupnjeva.

Faza 1 reakcije oksidacije glukoze

• Prva faza. U prvoj fazi, glukoza se fosforilira. Aktivacija saharida javlja se fosforiliranjem na šestom ugljikovom atomu.
• Druga faza. Postoji proces izomerizacije glukoza-6-fosfata. U ovoj fazi, glukoza se pretvara u fruktozu-6-fosfatu pomoću katalitičke fosfogluc izomeraze.
• Treća faza. Fosforilacija fruktoze-6-fosfata. U ovoj fazi, fruktoza-1,6-difosfat (također nazvan aldolaza) nastaje pod utjecajem fosfofruktokinaze-1. Sudjeluje u pratnji fosforilne skupine iz adenozin trifosfat do molekule fruktoze.
• Četvrta faza. U ovoj fazi aldola se odcjepljuje. Kao rezultat toga, nastaju dvije molekule triosfosfata, posebno ketoze i eldoze.
• Peta faza. Izomerizacija triizofosfata. U ovoj fazi, gliceraldehid-3-fosfat se šalje u sljedeće faze odcjepljenja glukoze. U ovom slučaju, dihidroksiaceton fosfat se pretvara u oblik gliceraldehid-3-fosfata. Taj se prijelaz provodi pod djelovanjem enzima.
• Šesta faza. Postupak oksidacije gliceraldehid-3-fosfata. U ovoj fazi, molekula se oksidira i njegova daljnja fosforilacija u difosoglicerat-1,3.
• Sedma faza. Ovaj korak uključuje prijenos s 1,3-difosfoglicerata fosfatne skupine na ADP. U konačnom rezultatu ovog koraka nastaju 3-fosfoglicerat i ATP.

Faza 2 - potpuna oksidacija glukoze

• Osma pozornica. U ovoj fazi, prijelaz 3-fosfoglicerata u 2-fosfoglicerat. Proces prijelaza provodi se pod djelovanjem enzima, kao što je fosfogliceratna mutaza. Ova kemijska reakcija oksidacije glukoze nastavlja s obveznom prisutnošću magnezija (Mg).
• Deveta pozornica. U ovoj fazi dolazi do dehidracije 2-fosfoglicerata.
• Deseti stupanj. Postoji prijenos fosfata, dobivenih kao rezultat prethodnih faza, na FEP i ADP. Prijenos na ADP obavlja se fosfoenepirovalo. Takva kemijska reakcija je moguća u prisutnosti magnezija (Mg) i kalij (K) iona.

U aerobnim uvjetima, cijeli proces dolazi u CO₂ i H₂A. Jednadžba za oksidaciju glukoze je sljedeća:

C₆H₁₂oh₆+ 6D₂→ 6СО₂+ 6H₂O + 2880 kJ / mol.

Dakle, u stanici nema akumulacije NADH u procesu stvaranja laktata iz glukoze. To znači da je takav proces anaeroban i može se nastaviti u odsutnosti kisika. To je kisik - konačni akceptor elektrona, koji NADH prenosi u respiratorni lanac.

Tijekom procesa prebrojavanja energetska bilanca glikolitička reakcija mora uzeti u obzir da se svaka faza drugog stupnja ponovi dva puta. Iz toga se može zaključiti da se u prvom koraku dvije molekule ATP troši, a tijekom toka druge faze, 4-fosforilaciju ATP molekule supstrata po vrsti. To znači da kao rezultat oksidacije svake molekule glukoze, stanica akumulira dvije ATP molekule.

Ispitali smo oksidaciju glukoze kisikom.

Anaerobni put oksidacije glukoze

Aerobna oksidacija je proces oksidacije, u kojem se energija oslobađa i koja se odvija u prisutnosti kisika, koja djeluje kao konačni akceptor vodika u respiratornom lancu. donor molekula vodika pojavljuje obnovljeni oblik koenzima (FADH2, NADN, NADPH), koji nastaju tijekom međufazne reakcije oksidacije supstrata.

Proces oksidacije glukoze aerobnog dikotomnog tipa glavni je način glukoznog katabolizma u ljudskom tijelu. Ova vrsta glikolize može se provesti u svim tkivima i organima ljudskog tijela. Rezultat ove reakcije je cijepanje molekule glukoze u vodi i ugljičnog dioksida. Dodijeljena energija bit će akumulirana u ATP-u. Taj se postupak može podijeliti u tri faze:

1. Postupak prevođenja molekule glukoze u par molekula piruvinske kiseline. Reakcija se odvija u staničnoj citoplazmi i specifičan je način razgradnje glukoze.
2. Postupak stvaranja acetil-CoA kao posljedice oksidacijske dekarboksilacije piruvinske kiseline. Ova reakcija događa se u staničnim mitohondrijama.
3. Oksidacija acetil-CoA u ciklusu Krebs. Reakcija se odvija u staničnim mitohondrijama.

U svakoj fazi ovog procesa nastaju reducirani oblici koenzima koji se oksidiraju enzimskim kompleksima respiratornog lanca. Kao rezultat toga, tijekom oksidacije glukoze nastaje ATP.

Stvaranje koenzima

Koenzimi, koji se formiraju u drugoj i trećoj fazi aerobne glikolize, bit će izravno oksidirani u mitohondrijima stanica. Paralelno s tim, NADH, koja je formirana u citoplazmi stanica tijekom reakcije prve faze aerobne glikolize, nema sposobnost prodiranja kroz mitohondrijskog membranu. Vodik se prebacuje iz citoplazmatskog NADH na stanični mitohondriji preko shuttle ciklusa. Među takvim ciklusima moguće je izdvojiti glavni jedan - malat - aspartat.

Zatim, koristeći citoplazmatski NADH događa u restauracije oksalacetat malata što zauzvrat, ulazi u stanicu mitohondrije, a zatim oksidiranog smanjenjem mitohondrijske NAD. Oksaloacetat se vraća u citoplazmu stanice u obliku aspartata.

Modificirani oblici glikolize

Protok glikolize može dodatno biti praćen oslobađanjem 1,3 i 2,3-bisfosoglicerata. Tako 2,3-bifosfoglitserat pod utjecajem biološkog katalizatora može se reciklirati na proces glikolize i zatim promijeniti svoj oblik u 3-fosfoglicerata. Ovi enzimi igraju različite uloge. Na primjer, 2,3-bifosfoglitserat nalazi hemoglobina, promiče prijelaz kisika u tkiva, što doprinosi smanjivanju i disocijacije afiniteta kisika i eritrocita.

zaključak

Mnoge bakterije mogu promijeniti oblike glikolize u različitim fazama. U ovom slučaju, moguće je smanjiti njihov ukupni broj ili izmijeniti ove korake kao rezultat djelovanja raznih enzimskih spojeva. Neki od anaeroba imaju mogućnost drugih načina razgradnje ugljikohidrata. Većina termofila ima samo dva glikolitička enzima, naročito enolaza i piruvat kinaza.

Ispitali smo kako nastaje oksidacija glukoze u tijelu.