Biochimie: glicoliza. Reacții, semnificație biologică

Ce studia biochimia? Glicoliza este un proces enzimatic grav de defalcare a glucozei, care apare în țesuturile animalelor și al oamenilor fără utilizarea oxigenului. Acesta este considerat de către biochimiști ca o modalitate de a obține molecule de acid lactic și ATP.

definiție

Ce este glicoliza aerobă? Biochimia vede acest proces ca singurul proces care este caracteristic organismelor vii, care furnizează energie.

Prin acest proces corpul 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 divizare a glucozei se efectuează cu participarea oxigenului, se efectuează glicoliza aerobă.

Care este biochimia lui? Glicoliza este considerată prima etapă a procesului oxidarea glucozei la apă și dioxid de carbon.

Pagini ale istoriei

Termenul „glicoliza“ LEPINE a fost folosit în secolul al XIX-lea, pentru a reduce procesul de glucoză în sânge, care a fost eliminat din sistemul circulator. În unele microorganisme, apar procese de fermentare, care sunt analoage glicolizei. Pentru o astfel de conversie se utilizează unsprezece enzime, iar cele mai multe dintre ele sunt alocate într-o formă omogenă, înalt purificată sau cristalină, proprietățile lor au fost bine studiate. Acest proces are loc în hialoplasmul celulei.

Specificitatea procesului

Cum merge glicoliza? Biochimia este o știință în care acest proces este privit ca o reacție în mai multe etape.

Prima reacție enzimatică a glicolizei, fosforilarea, este asociată cu transferul la glucoză prin molecule ATP ortofosfat. Enzima hexokinaza acționează ca un catalizator în acest proces.

Producția de glucoză-6-fosfat în acest proces se explică prin eliberarea unei cantități semnificative de energie a sistemului, adică printr-un proces chimic ireversibil.

O enzimă cum ar fi hexokinaza acționează ca un catalizator pentru fosforilarea nu numai a D-glucozei în sine, ci și a D-manozei, D-fructozelor. În plus față de hexokinază, există o altă enzimă în ficat - glucokinază, care catalizează fosforilarea unei D-glucoză.

A doua etapă

Cum explică biochimia modernă a doua etapă a acestui proces? Glicoliza în această etapă este o tranziție a glucoz-6-fosfatului sub influența izomerazei hexosofosfatice într-o nouă substanță - fructoză-6-fosfat.

Procesul are loc în două direcții opuse, nu necesită cofactori.

A treia etapă

Este asociat cu fosforilarea fosfatului de fructoză-6 formată folosind molecule ATP. Acceleratorul unui astfel de proces este enzima fosfofructokinaza. Reacția este considerată ireversibilă, apare în prezența cationilor de magneziu, fiind considerată o etapă lentă a acestei interacțiuni. Acesta este baza pentru determinarea ratei de glicoliză.

Fosfofructokinaza este unul dintre reprezentanții enzimelor alosterice. Este inhibată de moleculele ATP, stimulează AMP și ADP. În cazul diabetului zaharat, în timpul postului, precum și în multe alte condiții, în care grăsimile sunt consumate în cantități mari, conținutul de citrat în celulele tisulare crește de mai multe ori. În astfel de condiții, există o inhibare semnificativă a activității complete a citratului fosfofructokinazei.

Dacă raportul dintre ATP și ADP atinge valori semnificative, există opresiunea fosfofructokinazei, care contribuie la o încetinire a glicolizei.

Cum pot crește glicoliza? Biochimia sugerează reducerea factorului de intensitate pentru aceasta. De exemplu, într-un mușchi disfuncțional o activitate scăzută a fosfofructokinazei, dar concentrația de ATP crește.

Când se utilizează mușchiul, există o utilizare semnificativă a ATP, care determină o creștere a nivelului enzimei, determinând o accelerare a procesului de glicoliză.

A patra etapă

Catalizatorul pentru această parte a glicolizei este enzima aldolază. Datorită acestui fapt, are loc o scindare reversibilă a substanței în două fosfototriaze. În funcție de temperatură, echilibrul se stabilește la diferite niveluri.

Cum explică biochimia ce se întâmplă? Glicoliza cu o creștere a temperaturii curge spre o reacție directă, produsul căruia este gliceraldehidă-3-fosfat și dihidroxiacetonă fosfat.

Celelalte etape

Etapa a cincea este procesul de izomerizare a triizofosfatilor. Catalizatorul procedeului este enzima trioza fosfat izomeraza.

A șasea reacție în formă sumară descrie prepararea acidului 1,3-difosfogliceric în prezența hidrogenului ca acceptor de hidrogen al fosfatului NAD. Este acest agent anorganic care scindează hidrogenul din gliceride. Legătura rezultată este instabilă, dar este bogată în energie și, atunci când este digerată, se obține acidul 1,3-difosfogliceric.

A șaptea etapă este catalizată de fosfoglicerat kinază, care implică transferul de energie cu un reziduu de fosfat în ADP pentru a forma acidul 3-fosfogliceric și ATP.

În reacția a opta este transferul intramolecular al unui grup de fosfat, în care transformarea observată a acidului 3-phosphoglyceric în 2-fosfoglicerat. Procesul este reversibil, prin urmare cationii de magneziu sunt utilizați pentru punerea sa în aplicare.

Cofactorul enzimatic în această etapă este acidul 2,3-difosfogliceric.

A noua reacție implică trecerea acidului 2-fosfogliceric la fosfoenolpiruvat. Acceleratorul acestui proces este enzima Enolază, care este activată de cationi de magneziu, iar inhibitorul în acest caz este fluorura.

A zecea reacție are loc cu întreruperea legăturii și transferul energiei reziduului de fosfat către ADP din acid fosfoenolpiruvic.

Etapa a unsprezecea este asociată cu reducerea acidului piruvic, producția de acid lactic. Pentru a realiza această transformare, este necesară enzima lactat dehidrogenază.

Cum este posibil să notăm o glicoliză generală? Reacțiile, a căror biochimie a fost considerată mai sus, se reduce la oxidoreducția glicolitică însoțită de formarea moleculelor ATP.

Valoarea procesului

Am examinat modul în care descrie biochimia de glicoliză (reacții). Semnificația biologică a acestui proces este producerea de compuși fosfați cu o rezervă mare de energie. Dacă în prima etapă sunt utilizate două molecule ATP, etapa este asociată cu formarea a patru molecule ale compusului dat.

Care este biochimia lui? Glicoliza și gluconeogeneza au o eficiență energetică: 2 molecule de ATP au 1 moleculă de glucoză. Schimbarea de energie în formarea a două molecule de acid din glucoză este de 210 kJ / mol. 126 kJ frunze sub formă de căldură, se acumulează 84 kJ în legăturile fosfatice ale ATP. Conexiunea terminal are o valoare energetică de 42 kJ / mol. Biochimia se ocupă și de astfel de calcule. 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 apare în eritrocitele umane intacte. Opt reacții de glicoliză sunt aproape de echilibrul termodinamic, trei procese sunt asociate cu o scădere semnificativă a cantității de energie liberă, sunt considerate ireversibile.

Ce este gluconeogeneza? Biochimia procesului constă în împărțirea carbohidraților, care are loc în mai multe etape. Controlul fiecărei etape se realizează prin enzime. De exemplu, în țesuturile pentru care metabolismul aerobic (inima, rinichii) este caracteristic, acesta este reglat de izoenzimele LDG1 și LDG2. Acestea sunt inhibate de cantități nesemnificative de piruvat, ca urmare a faptului că nu este permisă sinteza acidului lactic, se obține oxidarea completă a acetil-CoA în ciclul de acizi tricarboxilici.

Ce altceva este glicoliza anaerobă? Biochimia, de exemplu, implică includerea altor carbohidrați în proces.

Ca rezultat al studiilor de laborator, a fost posibil să se stabilească faptul că aproximativ 80% din fructoză, care intră în corpul uman împreună cu alimentele, este metabolizată în ficat. Aici are loc procesul de fosforilare a acestuia cu fosfat de fructoză-6, catalizatorul acestui proces este enzima hexokinază.

Acest proces este inhibat de glucoză. Compusul rezultat este transformat în glucoză după mai multe etape, însoțit de eliminarea acidului fosforic. Mai mult decât atât, transformările sale ulterioare în compuși organici care conțin fosfor sunt, de asemenea, posibile.

Sub influența fosfofructochinază ATP și fructoză-6-fosfat se va obține fructoză 1,6-bifosfat.

Apoi, această substanță este metabolizată în funcție de stadiile caracteristice pentru glicoliza. În mușchi și ficat există cetohexokinază, care poate accelera procesul de fosforilare a fructozei în compusul care conține fosfor. Procesul nu este blocat de glucoză, iar fructoza-1-fosfatul rezultat se dezintegrează sub acțiunea cetozelor-1-fosfataldolazei pe gliceraldehidă și fosfat de dihidroxiacetonă. D-gliceraldehida sub influența triozokinazei intră în fosforilare, eventual se eliberează moleculele de ATP și se obține fosfatul de dihidroxiacetonă.

Anomalii congenitale

Biochimii au reușit să identifice unele anomalii congenitale asociate schimbului de fructoză. Acest fenomen (fructosurie esențială) este asociat cu o deficiență biologică în conținutul organismului în enzima cetohexokinază, astfel că toate procesele de divizare a acestui carbohidrat sunt inhibate de glucoză. Consecința unei astfel de încălcări este acumularea de fructoză în sânge. Pentru fructoză, pragul renal este scăzut, astfel încât fructozuria poate fi detectată la concentrații de carbohidrați în sânge de aproximativ 0,73 mmol / l.

Participarea la biosinteza galactozei

Galactoza intră în organism împreună cu alimente care este împărțită în tractul digestiv la glucoză și galactoză. În primul rând, acest carbohidrat este transformat în galactoz-1-fosfat, catalizatorul procesului fiind galactokinaza. În plus, compusul care conține fosfor este transformat în glucoz-1-fosfat. În această etapă se formează, de asemenea, uridină difosfogalactoză și UDP-glucoză. Următoarele etape ale procedeului se desfășoară conform unei scheme analoagă scindării glucozei.

În plus față de această cale de metabolizare a galactozei, este posibilă oa doua schemă. Mai întâi se formează și 1-fosfat de galactoză, dar etapele ulterioare sunt asociate cu formarea moleculelor UTP și glucoz-1-fosfat.

Dintre numeroasele afecțiuni patologice asociate metabolismului carbohidraților, galactosemia ocupă un loc special. Acest fenomen este asociat cu o boală ereditară recesivă, în care conținutul de zahăr din sânge crește datorită galactozei și atinge 16,6 mmol / l. În acest caz, nu există practic nicio modificare a conținutului de glucoză din sânge. În plus față de galactoză, în astfel de cazuri se acumulează în sânge și la galactoză-1-fosfat. Copiii diagnosticați cu galactosemie au retard mintal și au, de asemenea, cataractă.

Deoarece tulburările metabolismului glucidic sunt reduse pentru a provoca o galactoza cale de divizare a fluxului secundă. Datorită faptului că biochimisti ar putea da seama ce se întâmplă acest proces, este posibil să se ocupe de problemele legate de defalcarea incompletă a glucozei în organism.