Sa artikulong ito, titingnan natin kung paano na-oxidize ang glucose. Ang mga karbohidrat ay mga compound ng uri ng polyhydroxycarbonyl, pati na rin ang kanilang mga derivatives. Ang mga katangiang katangian ay ang pagkakaroon ng mga pangkat ng aldehyde o ketone at hindi bababa sa dalawang pangkat ng hydroxyl.
Ayon sa kanilang istraktura, ang mga carbohydrate ay nahahati sa monosaccharides, polysaccharides, oligosaccharides.
Monosaccharides
Ang
Monosaccharides ay ang pinakasimpleng carbohydrates na hindi ma-hydrolyzed. Depende sa kung aling grupo ang nasa komposisyon - aldehyde o ketone, ang mga aldose ay nakahiwalay (kabilang dito ang galactose, glucose, ribose) at ketoses (ribulose, fructose).
Oligosaccharides
Ang
Oligosaccharides ay mga carbohydrate na mayroong sa kanilang komposisyon mula dalawa hanggang sampung residue ng pinagmulan ng monosaccharide, na konektado ng mga glycosidic bond. Depende sa bilang ng mga monosaccharide residues, disaccharides, trisaccharides, at iba pa ay nakikilala. Ano ang nabuo kapag ang glucose ay na-oxidized? Tatalakayin ito mamaya.
Polysaccharides
Polysaccharidesay carbohydrates na naglalaman ng higit sa sampung monosaccharide residues na magkakaugnay ng glycosidic bonds. Kung ang komposisyon ng polysaccharide ay naglalaman ng parehong monosaccharide residues, kung gayon ito ay tinatawag na homopolysaccharide (halimbawa, starch). Kung ang mga nalalabi ay iba, pagkatapos ay may heteropolysaccharide (halimbawa, heparin).
Ano ang kahalagahan ng glucose oxidation?
Mga pag-andar ng carbohydrates sa katawan ng tao
Carbohydrates gumaganap ng mga sumusunod na pangunahing function:
- Enerhiya. Ang pinakamahalagang pag-andar ng carbohydrates, dahil nagsisilbi silang pangunahing mapagkukunan ng enerhiya sa katawan. Bilang resulta ng kanilang oksihenasyon, higit sa kalahati ng mga pangangailangan ng enerhiya ng isang tao ay nasiyahan. Bilang resulta ng oksihenasyon ng isang gramo ng carbohydrates, 16.9 kJ ang inilalabas.
- Ipareserba. Ang glycogen at starch ay isang paraan ng pag-iimbak ng nutrient.
- Structural. Ang selulusa at ilang iba pang polysaccharide compound ay bumubuo ng isang malakas na balangkas sa mga halaman. Gayundin, ang mga ito, kasama ng mga lipid at protina, ay bahagi ng lahat ng cell biomembrane.
- Proteksyon. Ang acid heteropolysaccharides ay gumaganap ng papel ng isang biological lubricant. Ipinupuwesto nila ang mga ibabaw ng mga kasukasuan na magkadikit at kumakapit sa isa't isa, ang mauhog lamad ng ilong, ang digestive tract.
- Anticoagulant. Ang carbohydrate gaya ng heparin ay may mahalagang biological property, ibig sabihin, pinipigilan nito ang pamumuo ng dugo.
- Ang mga carbohydrate ay pinagmumulan ng carbon na kailangan para sa synthesis ng mga protina, lipid at nucleic acid.
Para sa katawan, ang pangunahing pinagmumulan ng carbohydrates ay mga dietary carbohydrates - sucrose, starch, glucose, lactose). Maaaring ma-synthesize ang glucose sa katawan mismo mula sa mga amino acid, glycerol, lactate at pyruvate (gluconeogenesis).
Glycolysis
Ang
Glycolysis ay isa sa tatlong posibleng anyo ng proseso ng glucose oxidation. Sa prosesong ito, ang enerhiya ay inilabas, na pagkatapos ay naka-imbak sa ATP at NADH. Ang isa sa mga molekula nito ay nahahati sa dalawang molekula ng pyruvate.
Ang proseso ng glycolysis ay nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng iba't ibang mga enzymatic na sangkap, iyon ay, mga catalyst na may likas na biyolohikal. Ang pinakamahalagang ahente ng oxidizing ay oxygen, ngunit ito ay nagkakahalaga ng noting na ang proseso ng glycolysis ay maaaring isagawa sa kawalan ng oxygen. Ang ganitong uri ng glycolysis ay tinatawag na anaerobic.
Ang
Anaerobic type glycolysis ay isang sunud-sunod na proseso ng glucose oxidation. Sa glycolysis na ito, ang glucose oxidation ay hindi ganap na nagaganap. Kaya, sa panahon ng oksihenasyon ng glucose, isang molekula lamang ng pyruvate ang nabuo. Sa mga tuntunin ng mga benepisyo sa enerhiya, ang anaerobic glycolysis ay hindi gaanong kapaki-pakinabang kaysa sa aerobic. Gayunpaman, kung ang oxygen ay pumasok sa cell, ang anaerobic glycolysis ay maaaring ma-convert sa aerobic, na siyang kumpletong oksihenasyon ng glucose.
Mekanismo ng glycolysis
Glycolysis ay naghihiwa-hiwalay ng anim na carbon na glucose sa dalawang molekula ng three-carbon pyruvate. Ang buong proseso ay nahahati sa limang yugto ng paghahanda at lima pa, kung saan nakaimbak ang ATPenerhiya.
Kaya, ang glycolysis ay nagpapatuloy sa dalawang yugto, na ang bawat isa ay nahahati sa limang yugto.
Stage 1 ng glucose oxidation reaction
- Ang unang yugto. Ang unang hakbang ay glucose phosphorylation. Ang pag-activate ng saccharide ay nangyayari sa pamamagitan ng phosphorylation sa ikaanim na carbon atom.
- Ikalawang yugto. Mayroong proseso ng isomerization ng glucose-6-phosphate. Sa yugtong ito, ang glucose ay na-convert sa fructose-6-phosphate sa pamamagitan ng catalytic phosphoglucoisomerase.
- Ikatlong yugto. Phosphorylation ng fructose-6-phosphate. Sa yugtong ito, ang pagbuo ng fructose-1,6-diphosphate (tinatawag ding aldolase) ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng phosphofructokinase-1. Ito ay kasangkot sa pagsama ng phosphoryl group mula sa adenosine triphosphoric acid hanggang sa fructose molecule.
- Ang ikaapat na yugto. Sa yugtong ito, nangyayari ang cleavage ng aldolase. Bilang resulta, dalawang triose phosphate molecule ang nabuo, sa partikular na mga ketose at eldoses.
- Ang ikalimang yugto. Isomerization ng triose phosphates. Sa yugtong ito, ang glyceraldehyde-3-phosphate ay ipinadala sa mga susunod na yugto ng pagkasira ng glucose. Sa kasong ito, ang paglipat ng dihydroxyacetone phosphate sa anyo ng glyceraldehyde-3-phosphate ay nangyayari. Isinasagawa ang paglipat na ito sa ilalim ng pagkilos ng mga enzyme.
- Ang ikaanim na yugto. Ang proseso ng oksihenasyon ng glyceraldehyde-3-phosphate. Sa yugtong ito, ang molekula ay na-oxidized at pagkatapos ay na-phosphorylated sa diphosphoglycerate-1, 3.
- Ikapitong yugto. Ang hakbang na ito ay nagsasangkot ng paglipat ng pangkat ng pospeyt mula sa 1,3-diphosphoglycerate hanggang ADP. Ang huling resulta ng hakbang na ito ay 3-phosphoglycerateat ATP.
Yugto 2 - kumpletong oksihenasyon ng glucose
- Ang ikawalong yugto. Sa yugtong ito, ang paglipat ng 3-phosphoglycerate sa 2-phosphoglycerate ay isinasagawa. Ang proseso ng paglipat ay isinasagawa sa ilalim ng pagkilos ng isang enzyme tulad ng phosphoglycerate mutase. Ang kemikal na reaksyong ito ng glucose oxidation ay nagpapatuloy sa obligadong presensya ng magnesium (Mg).
- Ang ikasiyam na yugto. Sa yugtong ito, nangyayari ang dehydration ng 2-phosphoglycerate.
- Ang ikasampung yugto. Mayroong paglipat ng mga phosphate na nakuha bilang resulta ng mga nakaraang hakbang sa PEP at ADP. Ang Phosphoenulpyrovate ay inilipat sa ADP. Posible ang ganitong kemikal na reaksyon sa pagkakaroon ng magnesium (Mg) at potassium (K) ions.
Sa ilalim ng mga aerobic na kondisyon, ang buong proseso ay darating sa CO2 at H2O. Ang equation para sa glucose oxidation ay ganito ang hitsura:
S6N12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O + 2880 kJ/mol.
Kaya, walang akumulasyon ng NADH sa cell sa panahon ng pagbuo ng lactate mula sa glucose. Nangangahulugan ito na ang naturang proseso ay anaerobic, at maaari itong magpatuloy sa kawalan ng oxygen. Ito ay oxygen na siyang huling electron acceptor na inililipat ng NADH sa respiratory chain.
Sa proseso ng pagkalkula ng balanse ng enerhiya ng glycolytic reaction, dapat isaalang-alang na ang bawat hakbang ng ikalawang yugto ay inuulit ng dalawang beses. Mula dito maaari nating tapusin na ang dalawang molekula ng ATP ay ginugol sa unang yugto, at 4 na molekula ng ATP ay nabuo sa ikalawang yugto sa pamamagitan ng phosphorylation.uri ng substrate. Nangangahulugan ito na bilang resulta ng oksihenasyon ng bawat molekula ng glucose, ang cell ay nag-iipon ng dalawang molekula ng ATP.
Tiningnan namin ang oksihenasyon ng glucose sa pamamagitan ng oxygen.
Anaerobic glucose oxidation pathway
Ang aerobic oxidation ay isang proseso ng oksihenasyon kung saan ang enerhiya ay inilalabas at nagpapatuloy sa pagkakaroon ng oxygen, na nagsisilbing huling acceptor ng hydrogen sa respiratory chain. Ang donor ng hydrogen molecules ay ang pinababang anyo ng mga coenzymes (FADH2, NADH, NADPH), na nabuo sa panahon ng intermediate reaction ng substrate oxidation.
Ang aerobic dichotomous type na proseso ng glucose oxidation ay ang pangunahing daanan ng glucose catabolism sa katawan ng tao. Ang ganitong uri ng glycolysis ay maaaring isagawa sa lahat ng mga tisyu at organo ng katawan ng tao. Ang resulta ng reaksyong ito ay ang paghahati ng molekula ng glucose sa tubig at carbon dioxide. Ang pinakawalan na enerhiya ay maiimbak sa ATP. Ang prosesong ito ay maaaring halos nahahati sa tatlong yugto:
- Ang proseso ng pag-convert ng glucose molecule sa isang pares ng pyruvic acid molecule. Ang reaksyon ay nangyayari sa cell cytoplasm at isang partikular na landas para sa pagkasira ng glucose.
- Ang proseso ng pagbuo ng acetyl-CoA bilang resulta ng oxidative decarboxylation ng pyruvic acid. Nagaganap ang reaksyong ito sa cellular mitochondria.
- Ang proseso ng oksihenasyon ng acetyl-CoA sa Krebs cycle. Nagaganap ang reaksyon sa cellular mitochondria.
Sa bawat yugto ng prosesong ito,pinababang anyo ng mga coenzymes na na-oxidize ng mga enzyme complex ng respiratory chain. Bilang resulta, nabubuo ang ATP kapag na-oxidize ang glucose.
Pagbuo ng mga coenzymes
Coenzymes, na nabuo sa ikalawa at ikatlong yugto ng aerobic glycolysis, ay direktang ma-oxidize sa mitochondria ng mga cell. Kaayon nito, ang NADH, na nabuo sa cell cytoplasm sa panahon ng reaksyon ng unang yugto ng aerobic glycolysis, ay walang kakayahang tumagos sa mitochondrial membranes. Ang hydrogen ay inililipat mula sa cytoplasmic NADH patungo sa cellular mitochondria sa pamamagitan ng mga shuttle cycle. Sa mga cycle na ito, maaaring makilala ang pangunahing isa - malate-aspartate.
Pagkatapos, sa tulong ng cytoplasmic NADH, ang oxaloacetate ay nababawasan sa malate, na, naman, ay pumapasok sa cellular mitochondria at pagkatapos ay na-oxidize upang mabawasan ang mitochondrial NAD. Ang oxaloacetate ay bumabalik sa cell cytoplasm bilang aspartate.
Mga binagong anyo ng glycolysis
Ang
Glycolysis ay maaari ding samahan ng paglabas ng 1, 3 at 2, 3-biphosphoglycerates. Kasabay nito, ang 2,3-biphosphoglycerate sa ilalim ng impluwensya ng mga biological catalyst ay maaaring bumalik sa proseso ng glycolysis, at pagkatapos ay baguhin ang anyo nito sa 3-phosphoglycerate. Ang mga enzyme na ito ay gumaganap ng iba't ibang mga tungkulin. Halimbawa, ang 2, 3-biphosphoglycerate, na matatagpuan sa hemoglobin, ay nagpo-promote ng paglipat ng oxygen sa mga tisyu, habang nag-aambag sa paghihiwalay at pagbaba ng affinity ng oxygen at mga pulang selula ng dugo.
Konklusyon
Maraming bacteria ang maaaring magbago ng anyo ng glycolysis sa iba't ibang yugto nito. Sa kasong ito, posible na bawasan ang kanilang kabuuang bilang o baguhin ang mga yugtong ito bilang resulta ng pagkilos ng iba't ibang mga enzymatic compound. Ang ilan sa mga anaerobes ay may kakayahang mabulok ang mga carbohydrate sa ibang paraan. Karamihan sa mga thermophile ay mayroon lamang dalawang glycolytic enzyme, sa partikular na enolase at pyruvate kinase.
Tiningnan namin kung paano na-oxidize ang glucose sa katawan.
