Oxidarea completă a glucozei. Reacția oxidării glucozei

În acest articol, vom analiza modul în care se produce oxidarea glucozei. Carbohidrații sunt compuși de tip polihidroxicarbonil, precum și derivații acestora. Caracteristicile caracteristice sunt prezența grupărilor aldehidice sau cetone și cel puțin două grupe hidroxil.

Prin structura sa, carbohidrații sunt împărțiți în monozaharide, polizaharide, oligozaharide.

monozaharide

Monozaharidele sunt cele mai simple carbohidrați care nu pot fi hidrolizate. În funcție de care grup este prezentă în compoziție - aldehida sau cetona este izolat aldoză (acestea includ galactoză, glucoză, riboză) și cetoze (ribulozo, fructoză).

oligozaharide

Oligozaharidele sunt carbohidrați, care au în compoziția lor două până la zece reziduuri de origine monozaharidică, legate prin legături glicozidice. În funcție de cantitatea de reziduuri de monozaharide, se disting disacaride, trisaccharide și așa mai departe. Ce se întâmplă atunci când glucoza este oxidată? Acest lucru va fi discutat mai târziu.

polizaharide

Polizaharidele sunt carbohidrați care conțin mai mult de zece resturi de monozaharide legate între ele prin legături glicozidice. Dacă aceeași polizaharidă conține aceleași reziduuri de monozaharide, se numește homopolizaharidă (de exemplu, amidon). Dacă astfel de reziduuri sunt diferite - heteropolozaharidă (de exemplu, heparină).

Care este semnificația oxidării glucozei?

Funcțiile carbohidraților din corpul uman

Carbohidrații îndeplinesc următoarele funcții principale:

1. Energie. Cea mai importantă funcție a carbohidraților, deoarece ele servesc ca sursă principală de energie în organism. Ca rezultat al oxidării lor, mai mult de jumătate din nevoile energetice umane sunt îndeplinite. Ca rezultat al oxidării unui gram de carbohidrați, se eliberează 16,9 kJ.
2. Rezerva. Glicogenul și amidonul sunt o formă de acumulare de nutrienți.
3. Structura. Celuloza și alți compuși polizaharidici formează un nucleu puternic în plante. De asemenea, în combinație cu lipide și proteine, ele sunt o componentă a tuturor biomemembrelor celulare.
4. De protecție. Pentru heteropolozaharidele acide, se atribuie rolul unui lubrifiant biologic. Ele aliniază suprafața articulațiilor, care sunt în contact și se freacă una de alta mucoasei nazale, tractul, digestiv.
5. Antigoagulyantnaya. Un astfel de carbohidrat, ca și heparina, are o proprietate biologică importantă și anume, previne coagularea sângelui.
6. Carbohidrații sunt o sursă de carbon necesară pentru sinteza proteinelor, a lipidelor și a acizilor nucleici.

Pentru organismul principal sursa de carbohidrati sunt carbohidrați alimentari - zaharoză, amidon, glucoză, lactoză). Glucoza poate fi sintetizată în organism din aminoacizi, glicerol, lactat și piruvat (gluconeogeneză).

glicoliză

Glicoliza este una dintre cele trei forme posibile ale procesului de oxidare a glucozei. În acest proces, se eliberează energie, care este stocată ulterior în ATP și NADH. Una dintre moleculele sale se rup în două molecule de piruvat.

Procesul de glicoliză are loc sub acțiunea unei varietăți de substanțe enzimatice, adică catalizatori biologici natura. Cel mai important oxidant este oxigenul, dar merită menționat faptul că procesul de glicoliză poate fi realizat chiar și în absența oxigenului. Un tip similar de glicoliză se numește anaerob.

Glicoliza de tip anaerob este un proces în etape 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 glicoliza aerobă. Cu toate acestea, dacă oxigenul intră în celulă, glicoliza anaerobă se poate transforma în glicoliză aerobă, ceea ce reprezintă o oxidare completă a glucozei.

Mecanismul glicolizei

În procesul de glicoliză, are loc descompunerea glucozelor cu șase atomi de carbon în două molecule ale piruvatului cu trei atomi de carbon. Întregul proces este împărțit în cinci etape pregătitoare și încă cinci, în timpul căruia ATF stochează energie.

Astfel, glicoliza are loc în două etape, fiecare dintre ele fiind împărțită în cinci etape.

Etapa 1 a reacției de oxidare a glucozei

• Prima etapă. În prima etapă, glucoza este fosforilată. Activarea zaharidei are loc prin fosforilarea celui de-al șaselea atom de carbon.
• A doua etapă. Există un proces de izomerizare a glucoz-6-fosfatului. În această etapă, glucoza este transformată în fructoză-6-fosfat prin fosfogluco izomerază catalitică.
• A treia etapă. Fosforilarea 6-fosfatului de fructoză. În această etapă, sub influența fosfofructokinazei-1 se formează fructoza-1,6-difosfat (denumită și aldolază). Participă la escorta unei grupări fosforil de la adenozin trifosfat până la molecula de fructoză.
• A patra etapă. În această etapă, aldolaza este scindată. Ca rezultat, se formează două molecule de fosfat de trioză, în special ketoză și eldoză.
• A cincea etapă. Izomerizarea triizofosfatilor. În această etapă, gliceraldehida-3-fosfatul este trimis în următoarele etape de scindare a glucozei. În acest caz, fosfatul de dihidroxiacetonă este transformat în forma de gliceraldehid-3-fosfat. Această tranziție se realizează sub acțiunea enzimelor.
• A șasea etapă. Procesul de oxidare a 3-fosfatului de gliceraldehidă. În această etapă, molecula este oxidat și fosforilarea sa ulterioară la difosfoglicerat-1,3.
• Etapa a șaptea. Această etapă implică transferul de la 1,3-difosfogliceratul grupului fosfat la ADP. În rezultatul final al acestei etape se formează 3-fosfogliceratul și ATP.

Etapa 2 - oxidarea completă a glucozei

• Etapa a opta. În această etapă, tranziția 3-fosfogliceratului la 2-fosfogliceratul. Procesul de tranziție se efectuează sub acțiunea unei enzime, cum ar fi fosfoglicerat mutaza. Această reacție chimică a oxidării glucozei are loc cu prezența obligatorie a magneziului (Mg).
• Etapa a noua. În această etapă are loc deshidratarea 2-fosfogliceratului.
• A zecea etapă. Există un transfer de fosfați, obținut ca urmare a etapelor anterioare, la FEP și ADP. Transferul la ADP este efectuat cu fosfoenpirovalo. O astfel de reacție chimică este posibilă în prezența ionilor de magneziu (Mg) și potasiu (K).

În condiții aerobe, întregul proces vine în CO₂ și H₂A. Ecuația pentru oxidarea glucozei este după cum urmează:

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

Astfel, în celulă nu există acumulare de NADH în procesul de formare a lactatului din glucoză. Acest lucru înseamnă că un astfel de proces este anaerob și poate avea loc în absența oxigenului. Este oxigenul - acceptorul de electroni finali, care sunt transmiși de NADH în lanț respirator.

În timpul procesului de numărare balanța energetică reacția glicolitică trebuie să țină seama de faptul că fiecare etapă a celei de-a doua etape se repetă de două ori. Din aceasta se poate concluziona că în prima etapă se pierd două molecule de ATP, iar în a doua etapă se formează 4 molecule de ATP prin fosforilarea tipului de substrat. Aceasta înseamnă că, ca urmare a oxidării fiecărei molecule de glucoză, celula acumulează două molecule ATP.

Am examinat oxidarea glucozei cu oxigen.

Calea anaerobă de oxidare a glucozei

Oxidarea aerobă este procesul de oxidare, în care se eliberează energie și care are loc în prezența oxigenului, care acționează ca acceptor de hidrogen final în lanțul respirator. donator molecule de hidrogen apare o formă restrânsă de coenzime (FADH2, NADN, NADPH), care se formează în timpul unei reacții intermediare de oxidare a substratului.

Procesul de oxidare a glucozei de tip dichotom aerobic este principala cale de catabolism de glucoză în corpul uman. Acest tip de glicoliză se poate realiza în toate țesuturile și organele corpului uman. Rezultatul acestei reacții este scindarea moleculei de glucoză în apă și dioxid de carbon. Energia alocată va fi acumulată în ATP. Acest proces poate fi împărțit în trei etape:

1. Procesul de transformare a unei molecule de glucoză într-o pereche de molecule de acid piruvic. Reacția apare în citoplasma celulară și este un mod specific de dezintegrare a glucozei.
2. Procesul de formare a acetil-CoA ca urmare a decarboxilării oxidative a acidului piruvic. Această reacție apare în mitocondriile celulare.
3. Oxidarea acetil-CoA în ciclul Krebs. Reacția are loc în mitocondriile celulare.

În fiecare etapă a acestui proces se formează forme reduse de coenzime care sunt oxidate de complexele enzimatice ale lanțului respirator. Ca rezultat, se formează ATP în timpul oxidării glucozei.

Formarea coenzimelor

Coenzime care sunt formate în a doua și a treia etapă a glicolizei aerob, sunt oxidate direct in mitocondriile celulare. In paralel cu aceasta, NADH, care a fost format în citoplasmă celulei în timpul reacției primei etape a glicolizei aerobic, nu are capacitatea de a pătrunde prin membrana mitocondrială. Hidrogenul este transferat de la NADH citoplasmatic la mitocondriile celulare prin cicluri de transfer. Dintre astfel de cicluri este posibil să se identifice principalul - malat-aspartat.

Apoi, folosind NADH citoplasmatic are loc în malat oxaloacetat de restaurare, care, la rândul său, intră în mitocondriile celulelor si apoi oxidat prin reducerea NAD mitocondriale. Oxaloacetatul revine la citoplasma celulei sub formă de aspartat.

Forme modificate de glicoliză

De asemenea, fluxul de glicoliză poate fi însoțit de eliberarea de 1,3 și 2,3-bisfosfoglicerați. În acest caz, 2,3-bisfosfogliceratul sub influența catalizatorilor biologici poate fi readus în procesul de glicoliză și apoi își schimbă forma în 3-fosfoglicerat. Aceste enzime joacă o varietate de roluri. De exemplu, 2,3-bifosfoglitserat situat în hemoglobină, promovează tranziția de oxigen la tesuturi, contribuind astfel la reducerea și disociere a afinității oxigenului și eritrocite.

concluzie

Multe bacterii pot schimba formele de glicoliză în diferite etape. În acest caz, este posibil să se reducă numărul total sau să se modifice aceste etape ca urmare a acțiunii diferiților compuși enzimatici. Unele dintre anaerobe au capacitatea de a alte metode de descompunere a carbohidratilor. Majoritatea termofilelor au numai două enzime glicolitice, în special enolaza și piruvat kinaza.

Am examinat modul în care se efectuează oxidarea glucozei în organism.