Пълно окисление на глюкозата. Реакцията на окисляването на глюкозата

В тази статия ще разгледаме как се получава окисляването на глюкозата. Въглехидратите са съединения от полихидроксикарбонил тип, както и техните производни. Характерни черти са присъствието на алдехидни или кетонови групи и най-малко две хидроксилни групи.

С неговата структура въглехидратите се разделят на монозахариди, полизахариди, олигозахариди.

монозахариди

Монозахаридите са най-простите въглехидрати, които не могат да бъдат хидролизирани. В зависимост от това коя група присъства в състава - алдехид или кетон, изолират алдози (тези включват галактоза, глюкоза, рибоза) и кетози (рилбулоза, фруктоза).

олигозахариди

Олигозахаридите са въглехидрати, които имат в състава си от два до десет остатъка от монозахариден произход, свързани чрез гликозидни връзки. В зависимост от количеството монозахаридни остатъци, дизахариди, тризахариди и т.н. се отличават. Какво се случва, когато се окислява глюкозата? Това ще бъде обсъдено по-късно.

полизахариди

Полизахаридите са въглехидрати, които съдържат повече от десет монозахаридни остатъка, свързани заедно с гликозидни връзки. Ако същият полизахарид съдържа същите монозахаридни остатъци, той се нарича хомополизахарид (например нишесте). Ако тези остатъци са различни - тогава хетерополизахарид (например, хепарин).

Каква е значимостта на окисляването на глюкозата?

Функции на въглехидратите в човешкото тяло

Въглехидратите изпълняват следните основни функции:

1. Енергетиката. Най-важната функция на въглехидратите, тъй като те служат като основен източник на енергия в организма. В резултат на тяхното окисляване, повече от половината от човешките енергийни нужди са задоволени. В резултат на окисляването на един грам въглехидрати се освобождава 16,9 kJ.
2. Резервен. Гликогенът и нишестето са форма на натрупване на хранителни вещества.
3. Структура. Целулозата и някои други полизахаридни съединения образуват силна сърцевина в растенията. Също така, в комбинация с липиди и протеини, те са компонент на всички клетъчни биомембрани.
4. Защитен. За киселинни хетерополизахариди се определя ролята на биологичното смазващо вещество. Те облизват повърхностите на ставите, които докосват и търкат един срещу друг, лигавиците на носа и храносмилателния тракт.
5. Antigoagulyantnaya. Такъв въглехидрат, подобно на хепарина, има важно биологично свойство, а именно предотвратява коагулацията на кръвта.
6. Въглехидратите са източник на въглерод, необходим за синтеза на протеини, липиди и нуклеинови киселини.

За организма основната източник на въглехидрати са хранителни въглехидрати - захароза, нишесте, глюкоза, лактоза). Глюкозата може да се синтезира в тялото от аминокиселини, глицерол, лактат и пируват (глюконеогенеза).

гликолиза

Гликолизата е една от трите възможни форми на процеса на окисляване на глюкозата. В този процес се отделя енергия, която впоследствие се съхранява в ATP и NADH. Една от неговите молекули се разпада на две молекули пируват.

Процесът на гликолиза се осъществява под действието на различни ензимни вещества, т.е. катализатори на биологични природата. Най-важният окислител е кислородът, но заслужава да се отбележи, че процесът на гликолиза може да се извърши дори при липса на кислород. Подобен тип гликолиза се нарича анаеробна.

Гликолизата от анаеробен тип е стъпаловиден процес на окисляване на глюкозата. С тази гликолиза глюкозното окисление не се извършва напълно. По този начин, само една пируватна молекула се образува по време на окисляването на глюкозата. По отношение на енергийните ползи, анаеробната гликолиза е по-малко благоприятна от аеробната гликолиза. Ако обаче кислородът влезе в клетката, анаеробната гликолиза може да се превърне в аеробна гликолиза, което е пълно окисление на глюкозата.

Механизъм на гликолизата

В процеса на гликолиза се извършва разграждането на шест въглеродна глюкоза в две молекули на три въглеродния пируват. Целият процес е разделен на пет подготвителни етапа и още пет, по време на които АТФ съхранява енергия.

По този начин, гликолизата продължава в два етапа, всеки от които е разделен на пет етапа.

Етап 1 на реакцията на окисляване на глюкозата

• Първият етап. На първия етап глюкозата се фосфорилира. Активирането на захарида се извършва чрез фосфорилиране на шестия въглероден атом.
• Вторият етап. Съществува процес на изомеризация на глюкоза-6-фосфат. На този етап глюкозата се превръща в фруктоза-6-фосфат чрез каталитична фосфоглюкоизомераза.
• Третият етап. Фосфорилиране на фруктоза-6-фосфат. На този етап се образува фруктоза-1,6-дифосфат (наричан още алдолаза) под въздействието на фосфофруктокиназа-1. Участва в ескорта на фосфорилна група от аденозин трифосфат до молекулата на фруктозата.
• Четвъртият етап. На този етап алдолазата се разцепва. В резултат на това се образуват две молекули на триозен фосфат, по-специално кетози и елдози.
• Петият етап. Изомеризация на триизофосфати. На този етап глицералдехид-3-фосфатът се изпраща в следващите етапи на глюкозно разцепване. В този случай дихидроксиацетон фосфатът се превръща във формата на глицералдехид-3-фосфат. Този преход се осъществява под действието на ензими.
• Шестият етап. Процес на окисляване на глицералдехид-3-фосфат. На този етап молекулата се окислява и последващото й фосфорилиране до дифосфоглицерат-1,3.
• Седми етап. Тази стъпка включва трансфера от 1,3-дифосфоглицерат на фосфатната група към ADP. В крайния резултат от тази стъпка се образуват 3-фосфоглицерат и АТР.

Етап 2 - пълно окисляване на глюкозата

• Осми етап. На този етап преходът на 3-фосфоглицерат към 2-фосфоглицерат. Преходният процес се осъществява под действието на ензим, като например фосфоглицерат мутаза. Тази химична реакция на окисляването на глюкозата продължава с задължителното наличие на магнезий (Mg).
• Деветия етап. На този етап се получава дехидратация на 2-фосфоглицерат.
• Десети етап. Има трансфер на фосфати, получени в резултат на предишните етапи, на FEP и ADP. Трансфер до ADP се извършва фосфонепировало. Такава химична реакция е възможна в присъствието на магнезиев (Mg) и калиев (К) йони.

При аеробни условия целият процес идва в СО₂ и H₂А. Уравнението за окисляване на глюкозата е следното:

C₆Н₁₂ох₆+ 6D₂→ 6СО₂+ 6Н₂О + 2880 kJ / mol.

По този начин в клетката няма натрупване на NADH в процеса на образуване на лактат от глюкоза. Това означава, че такъв процес е анаеробен и може да протича в отсъствие на кислород. Това е кислородът - крайният акцептор на електрони, който се предава от NADH респираторна верига.

По време на процеса на отчитане енергийния баланс гликолитичната реакция трябва да вземе предвид, че всеки етап от втория етап се повтаря два пъти. От това може да се заключи, че в първия етап две АТР молекули се пропиват и по време на втория етап 4 АТР молекули се образуват чрез фосфорилиране на субстратния тип. Това означава, че в резултат на окисляването на всяка глюкозна молекула, клетката натрупва две АТР молекули.

Проучихме окисляването на глюкозата с кислород.

Анаеробен път на глюкозно окисление

Аеробното окисление е процесът на окисляване, в който се отделя енергия и който се осъществява в присъствието на кислород, който действа като крайния водороден акцептор в дихателната верига. дарител водородни молекули се появява възстановена форма на коензими (FADH2, NADN, NADPH), които се образуват по време на междинна реакция на окисление на субстрата.

Процесът на глюкозно окисляване на аеробния дихотомен тип е основният начин на глюкозния катаболизъм в човешкото тяло. Този тип гликолиза може да се извършва във всички тъкани и органи на човешкото тяло. Резултатът от тази реакция е отцепването на глюкозната молекула във вода и въглероден диоксид. Разпределената енергия ще бъде натрупана в ATP. Този процес може да бъде разделен на три етапа:

1. Процесът на превръщане на глюкозна молекула в чифт молекули на пирогрозната киселина. Реакцията протича в клетъчната цитоплазма и е специфичен начин за дезинтеграция на глюкозата.
2. Процесът на образуване на ацетил-СоА в резултат на окислително декарбоксилиране на пирогроздена киселина. Тази реакция се случва в клетъчните митохондрии.
3. Окисление на ацетил-СоА в цикъла на Кребс. Реакцията протича в клетъчните митохондрии.

Във всеки етап на този процес се образуват редуцирани форми на коензими, които се окисляват от ензимните комплекси на дихателната верига. В резултат на това се образува АТФ по време на окисляването на глюкозата.

Образуване на коензими

Коензимите, които се образуват във втория и третия стадий на аеробна гликолиза, ще бъдат окислени директно в митохондриите на клетките. Успоредно с това, NADH, който се образува в клетъчната цитоплазма по време на реакцията на първия стадий на аеробна гликолиза, няма способността да прониква в мембраните на митохондриите. Водородът се прехвърля от цитоплазмения NADH в клетъчните митохондрии чрез цикъл на совалката. Сред тези цикли е възможно да се отдели основният - малат-аспартат.

След това, с помощта на цитоплазмения NADH, оксалоацетат се редуцира до малат, който на свой ред прониква в клетъчните митохондрии и след това се окислява чрез редукция на митохондриалния NAD. Оксалоацетат се връща в цитоплазмата на клетката под формата на аспартат.

Модифицирани форми на гликолиза

Потокът от гликолиза може допълнително да бъде придружен от освобождаването на 1,3 и 2,3-бисфосфоглицератите. В този случай 2,3-бисфосфоглицерат под въздействието на биологични катализатори може да бъде върнат към гликолизния процес и след това да се промени формата му до 3-фосфоглицерат. Тези ензими играят разнообразни роли. Например, 2,3-бисфосфоглицератът, намиращ се в хемоглобина, подпомага прехода на кислород в тъканите, като по този начин се стимулира дисоциацията и намаляването на афинитета на кислород и червени кръвни клетки.

заключение

Много бактерии могат да променят формите на гликолиза на различни етапи. В този случай е възможно да се намали общият им брой или да се променят тези стъпки като резултат от действието на различни ензимни съединения. Някои от анаеробите имат способността да използват други начини за разлагане на въглехидратите. Повечето термофили имат само два гликолитични ензима, по-специално енолаза и пируват киназа.

Проучихме как протича окисляването на глюкозата в организма.