Uoksidishaji kamili wa glukosi. Mwitikio wa oxidation ya glucose

2024 Mwandishi: Angel Austin | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 05:42

Katika makala haya, tutaangalia jinsi glukosi inavyooksidishwa. Wanga ni misombo ya aina ya polyhydroxycarbonyl, pamoja na derivatives yao. Vipengele vyake ni uwepo wa aldehyde au vikundi vya ketone na angalau vikundi viwili vya hidroksili.

Kulingana na muundo wao, wanga imegawanywa katika monosaccharides, polysaccharides, oligosaccharides.

Monosaccharides

Monosaccharides ndio wanga rahisi zaidi ambayo haiwezi hidrolisisi. Kulingana na kikundi gani kilichopo katika muundo - aldehyde au ketone, aldosi hutengwa (hizi ni pamoja na galactose, glucose, ribose) na ketoses (ribulose, fructose).

Oligosaccharides

Oligosaccharides ni wanga ambayo katika muundo wake ina mabaki mawili hadi kumi ya asili ya monosakaridi, yaliyounganishwa kwa bondi za glycosidic. Kulingana na idadi ya mabaki ya monosaccharides, disaccharides, trisaccharides, na kadhalika zinajulikana. Ni nini kinachoundwa wakati glucose ni oxidized? Hili litajadiliwa baadaye.

Polysaccharides

Polysaccharidesni wanga ambazo zina zaidi ya mabaki kumi ya monosaccharide yaliyounganishwa na vifungo vya glycosidic. Ikiwa muundo wa polysaccharide una mabaki ya monosaccharide sawa, basi inaitwa homopolysaccharide (kwa mfano, wanga). Ikiwa mabaki kama hayo ni tofauti, basi na heteropolysaccharide (kwa mfano, heparini).

Umuhimu wa glukosi ni nini?

Kazi za wanga katika mwili wa binadamu

Wanga hufanya kazi kuu zifuatazo:

Nishati. Kazi muhimu zaidi ya wanga, kwani hutumika kama chanzo kikuu cha nishati mwilini. Kama matokeo ya oxidation yao, zaidi ya nusu ya mahitaji ya nishati ya mtu huridhika. Kama matokeo ya uoksidishaji wa gramu moja ya wanga, 16.9 kJ hutolewa.
Hifadhi. Glycojeni na wanga ni aina ya uhifadhi wa virutubisho.
Miundo. Selulosi na misombo mingine ya polysaccharide huunda mfumo dhabiti katika mimea. Pia, wao, pamoja na lipids na protini, ni sehemu ya seli zote za biomembranes.
Kinga. Asidi ya heteropolysaccharides ina jukumu la lubricant ya kibiolojia. Hupanga nyuso za viungo vinavyogusana na kusugua kila mmoja, utando wa pua, njia ya usagaji chakula.
Anticoagulant. Kabohaidreti kama vile heparini ina mali muhimu ya kibiolojia, ambayo ni, huzuia kuganda kwa damu.
Wanga ni chanzo cha kaboni muhimu kwa usanisi wa protini, lipids na asidi nucleic.

Kwa mwili, chanzo kikuu cha wanga ni wanga - sucrose, wanga, glukosi, lactose). Glukosi inaweza kuunganishwa katika mwili wenyewe kutoka kwa amino asidi, glycerol, lactate na pyruvate (gluconeogenesis).

Glycolysis

Glycolysis ni mojawapo ya aina tatu zinazowezekana za mchakato wa oksidi ya glukosi. Katika mchakato huu, nishati hutolewa, ambayo baadaye huhifadhiwa katika ATP na NADH. Moja ya molekuli zake hugawanyika katika molekuli mbili za pyruvate.

Mchakato wa glycolysis hutokea chini ya utendakazi wa aina mbalimbali za dutu za enzymatic, yaani, vichocheo vya asili ya kibiolojia. Wakala muhimu zaidi wa oxidizing ni oksijeni, lakini ni muhimu kuzingatia kwamba mchakato wa glycolysis unaweza kufanyika kwa kutokuwepo kwa oksijeni. Aina hii ya glycolysis inaitwa anaerobic.

Glikolisisi ya aina ya anaerobic ni mchakato wa hatua kwa hatua wa uoksidishaji wa glukosi. Kwa glycolysis hii, oxidation ya glucose haitoke kabisa. Kwa hiyo, wakati wa oxidation ya glucose, molekuli moja tu ya pyruvate huundwa. Kwa upande wa faida za nishati, glycolysis ya anaerobic haina manufaa kidogo kuliko aerobic. Hata hivyo, ikiwa oksijeni itaingia kwenye seli, basi glycolysis ya anaerobic inaweza kubadilishwa kuwa aerobic, ambayo ni uoksidishaji kamili wa glukosi.

Mchakato wa glycolysis

Glycolysis hugawanya glukosi ya kaboni sita kuwa molekuli mbili za pyruvate ya kaboni-tatu. Mchakato wote umegawanywa katika hatua tano za maandalizi na tano zaidi, wakati ambapo ATP huhifadhiwanishati.

Hivyo, glycolysis huendelea katika hatua mbili, ambazo kila moja imegawanywa katika hatua tano.

Hatua 1 ya mmenyuko wa oksidi ya glukosi

Hatua ya kwanza. Hatua ya kwanza ni phosphorylation ya glucose. Uwezeshaji wa sakharidi hutokea kwa fosforasi kwenye atomi ya sita ya kaboni.
Hatua ya pili. Kuna mchakato wa isomerization ya glucose-6-phosphate. Katika hatua hii, glukosi hubadilishwa kuwa fructose-6-fosfati na phosphoglucoisomerase ya kichocheo.
Hatua ya tatu. Phosphorylation ya fructose-6-phosphate. Katika hatua hii, malezi ya fructose-1,6-diphosphate (pia inaitwa aldolase) hutokea chini ya ushawishi wa phosphofructokinase-1. Inahusika katika kuandamana na kundi la fosphorili kutoka adenosine triphosphoric acid hadi molekuli ya fructose.
Hatua ya nne. Katika hatua hii, mgawanyiko wa aldolase hutokea. Kwa sababu hiyo, molekuli mbili za fosfati tatu hutengenezwa, hasa ketosi na eldoses.
Hatua ya tano. Isomerization ya phosphates ya triose. Katika hatua hii, glyceraldehyde-3-phosphate inatumwa kwa hatua zifuatazo za kuvunjika kwa sukari. Katika kesi hiyo, mabadiliko ya dihydroxyacetone phosphate kwa fomu ya glyceraldehyde-3-phosphate hutokea. Mpito huu unafanywa chini ya hatua ya vimeng'enya.
Hatua ya sita. Mchakato wa oxidation ya glyceraldehyde-3-phosphate. Katika hatua hii, molekuli hutiwa oksidi na kisha fosforasi hadi diphosphoglycerate-1, 3.
Hatua ya saba. Hatua hii inahusisha uhamisho wa kikundi cha phosphate kutoka 1,3-diphosphoglycerate hadi ADP. Matokeo ya mwisho ya hatua hii ni 3-phosphoglyceratena ATP.

Hatua 2 - uoksidishaji kamili wa glukosi

Hatua ya nane. Katika hatua hii, mpito wa 3-phosphoglycerate hadi 2-phosphoglycerate unafanywa. Mchakato wa mpito unafanywa chini ya hatua ya kimeng'enya kama vile phosphoglycerate mutase. Mwitikio huu wa kemikali wa uoksidishaji wa glukosi huendelea na uwepo wa lazima wa magnesiamu (Mg).
Hatua ya tisa. Katika hatua hii, upungufu wa maji mwilini wa 2-phosphoglycerate hutokea.
Hatua ya kumi. Kuna uhamisho wa fosfeti zilizopatikana kutokana na hatua za awali katika PEP na ADP. Phosphoenulpyrovate inahamishiwa kwa ADP. Mwitikio kama huo wa kemikali unawezekana kukiwa na ioni za magnesiamu (Mg) na potasiamu (K).

Chini ya hali ya aerobics, mchakato mzima huja kwa CO₂ na H₂O. Mlinganyo wa oksidi ya glukosi inaonekana kama hii:

S₆N₁₂O₆+ 6O₂ → 6CO₂+ 6H₂O + 2880 kJ/mol.

Kwa hivyo, hakuna mrundikano wa NADH katika seli wakati wa uundaji wa lactati kutoka kwa glukosi. Hii ina maana kwamba mchakato huo ni anaerobic, na unaweza kuendelea kwa kukosekana kwa oksijeni. Ni oksijeni ambayo ndiyo kipokezi cha mwisho cha elektroni ambacho huhamishwa na NADH hadi kwenye mnyororo wa kupumua.

Katika mchakato wa kuhesabu usawa wa nishati ya mmenyuko wa glycolytic, ni lazima izingatiwe kwamba kila hatua ya hatua ya pili inarudiwa mara mbili. Kutokana na hili tunaweza kuhitimisha kwamba molekuli mbili za ATP hutumiwa katika hatua ya kwanza, na molekuli 4 za ATP zinaundwa wakati wa hatua ya pili na phosphorylation.aina ya substrate. Hii ina maana kwamba kama matokeo ya uoksidishaji wa kila molekuli ya glukosi, seli hukusanya molekuli mbili za ATP.

Tuliangalia uoksidishaji wa glukosi kwa oksijeni.

Njia ya oksidi ya glukosi ya anaerobic

Uoksidishaji wa Aerobiki ni mchakato wa oksidi ambapo nishati hutolewa na ambayo huendelea kukiwa na oksijeni, ambayo hufanya kama kipokezi cha mwisho cha hidrojeni katika mnyororo wa kupumua. Mtoaji wa molekuli za hidrojeni ni aina iliyopunguzwa ya koenzymes (FADH2, NADH, NADPH), ambayo huundwa wakati wa mmenyuko wa kati wa uoksidishaji wa substrate.

Mchakato wa uoksidishaji wa glukosi ya aina ya dichotomous ndiyo njia kuu ya ukataboli wa glukosi katika mwili wa binadamu. Aina hii ya glycolysis inaweza kufanyika katika tishu zote na viungo vya mwili wa binadamu. Matokeo ya mmenyuko huu ni mgawanyiko wa molekuli ya glucose ndani ya maji na dioksidi kaboni. Nishati iliyotolewa kisha itahifadhiwa katika ATP. Mchakato huu unaweza kugawanywa takribani katika hatua tatu:

Mchakato wa kubadilisha molekuli ya glukosi kuwa jozi ya molekuli za asidi ya pyruvic. Mmenyuko hutokea kwenye saitoplazimu ya seli na ni njia mahususi ya kuvunjika kwa glukosi.
Mchakato wa uundaji wa asetili-CoA kama matokeo ya decarboxylation ya oksidi ya asidi ya pyruvic. Mwitikio huu hufanyika kwenye mitochondria ya seli.
Mchakato wa uoksidishaji wa asetili-CoA katika mzunguko wa Krebs. Mwitikio hutokea kwenye mitochondria ya seli.

Katika kila hatua ya mchakato huu,aina zilizopunguzwa za coenzymes zilizooksidishwa na complexes ya enzyme ya mnyororo wa kupumua. Kwa sababu hiyo, ATP huundwa wakati glukosi inapooksidishwa.

Uundaji wa vimeng'enya

Coenzymes, ambazo huundwa katika hatua ya pili na ya tatu ya glycolysis ya aerobic, itawekwa oksidi moja kwa moja kwenye mitochondria ya seli. Sambamba na hili, NADH, ambayo iliundwa kwenye saitoplazimu ya seli wakati wa mmenyuko wa hatua ya kwanza ya glycolysis ya aerobic, haina uwezo wa kupenya kupitia utando wa mitochondrial. Hidrojeni huhamishwa kutoka cytoplasmic NADH hadi mitochondria ya seli kupitia mizunguko ya kuhamisha. Kati ya mizunguko hii, moja kuu inaweza kutofautishwa - malate-aspartate.

Kisha, kwa usaidizi wa cytoplasmic NADH, oxaloacetate hupunguzwa kuwa malate, ambayo, nayo, huingia kwenye mitochondria ya seli na kisha kuoksidishwa ili kupunguza NAD ya mitochondrial. Oxaloacetate inarudi kwenye saitoplazimu ya seli kama aspartate.

Aina zilizobadilishwa za glycolysis

Glycolysis pia inaweza kuambatana na kutolewa kwa 1, 3 na 2, 3-biphosphoglycerates. Wakati huo huo, 2,3-biphosphoglycerate chini ya ushawishi wa vichocheo vya kibiolojia inaweza kurudi kwenye mchakato wa glycolysis, na kisha kubadilisha fomu yake kwa 3-phosphoglycerate. Enzymes hizi hucheza majukumu anuwai. Kwa mfano, 2, 3-biphosphoglycerate, inayopatikana katika himoglobini, inakuza uhamishaji wa oksijeni kwa tishu, huku ikichangia kutengana na kupungua kwa mshikamano wa oksijeni na seli nyekundu za damu.

Hitimisho

Bakteria wengi wanaweza kubadilisha umbo la glycolysis katika hatua zake mbalimbali. Katika kesi hii, inawezekana kupunguza idadi yao jumla au kurekebisha hatua hizi kama matokeo ya hatua ya misombo mbalimbali ya enzymatic. Baadhi ya anaerobes wana uwezo wa kuoza wanga kwa njia zingine. Thermofili nyingi huwa na vimeng'enya viwili pekee vya glycolytic, hasa enolase na pyruvate kinase.

Tuliangalia jinsi glukosi inavyotiwa oksidi mwilini.