V tem članku si bomo ogledali, kako se glukoza oksidira. Ogljikovi hidrati so spojine polihidroksikarbonilnega tipa, pa tudi njihovi derivati. Značilne lastnosti so prisotnost aldehidnih ali ketonskih skupin in vsaj dveh hidroksilnih skupin.
Po strukturi se ogljikovi hidrati delijo na monosaharide, polisaharide, oligosaharide.
monosaharidi
Monosaharidi so najpreprostejši ogljikovi hidrati, ki jih ni mogoče hidrolizirati. Glede na to, katera skupina je prisotna v sestavi - aldehid ali keton, ločimo aldoze (te vključujejo galaktozo, glukozo, ribozo) in ketoze (ribuloza, fruktoza).
Oligosaharidi
Oligosaharidi so ogljikovi hidrati, ki imajo v svoji sestavi od dva do deset ostankov monosaharidnega izvora, povezanih z glikozidnimi vezmi. Glede na število monosaharidnih ostankov ločimo disaharide, trisaharide itd. Kaj nastane pri oksidaciji glukoze? O tem bomo razpravljali pozneje.
polisaharidi
polisaharidiso ogljikovi hidrati, ki vsebujejo več kot deset monosaharidnih ostankov, ki so med seboj povezani z glikozidnimi vezmi. Če sestava polisaharida vsebuje enake ostanke monosaharida, se imenuje homopolisaharid (na primer škrob). Če so takšni ostanki različni, potem s heteropolisaharidom (na primer heparinom).
Kakšen je pomen oksidacije glukoze?
Funkcije ogljikovih hidratov v človeškem telesu
Ogljikovi hidrati opravljajo naslednje glavne funkcije:
- Energija. Najpomembnejša funkcija ogljikovih hidratov, saj služijo kot glavni vir energije v telesu. Zaradi njihove oksidacije je zadovoljenih več kot polovica energetskih potreb človeka. Zaradi oksidacije enega grama ogljikovih hidratov se sprosti 16,9 kJ.
- Rezervirajte. Glikogen in škrob sta oblika shranjevanja hranil.
- Strukturno. Celuloza in nekatere druge polisaharidne spojine tvorijo močan okvir v rastlinah. Prav tako so v kombinaciji z lipidi in beljakovinami sestavni del vseh celičnih biomembran.
- Zaščitna. Kisli heteropolisaharidi igrajo vlogo biološkega maziva. Pokrivajo površine sklepov, ki se dotikajo in drgnejo drug ob drugega, nosne sluznice, prebavni trakt.
- Antikoagulant. Ogljikov hidrat, kot je heparin, ima pomembno biološko lastnost, namreč preprečuje strjevanje krvi.
- Ogljikovi hidrati so vir ogljika, ki je potreben za sintezo beljakovin, lipidov in nukleinskih kislin.
Za telo so glavni vir ogljikovih hidratov prehranski ogljikovi hidrati - saharoza, škrob, glukoza, laktoza). Glukozo je mogoče sintetizirati v samem telesu iz aminokislin, glicerola, laktata in piruvata (glukoneogeneza).
glikoliza
Glikoliza je ena od treh možnih oblik procesa oksidacije glukoze. V tem procesu se sprosti energija, ki se nato shrani v ATP in NADH. Ena od njegovih molekul se razgradi na dve molekuli piruvata.
Proces glikolize poteka pod delovanjem različnih encimskih snovi, torej katalizatorjev biološke narave. Najpomembnejši oksidant je kisik, vendar je treba omeniti, da se proces glikolize lahko izvaja v odsotnosti kisika. Ta vrsta glikolize se imenuje anaerobna.
Anaerobna glikoliza je postopni proces oksidacije glukoze. Pri tej glikolizi se oksidacija glukoze ne zgodi v celoti. Tako pri oksidaciji glukoze nastane le ena molekula piruvata. Kar zadeva energetske koristi, je anaerobna glikoliza manj koristna kot aerobna. Če pa kisik vstopi v celico, se lahko anaerobna glikoliza pretvori v aerobno, kar je popolna oksidacija glukoze.
Mehanizem glikolize
Glikoliza razgradi glukozo s šestimi ogljiki na dve molekuli triogljikovega piruvata. Celoten proces je razdeljen na pet pripravljalnih stopenj in še pet, med katerimi se shranjuje ATPenergija.
Tako glikoliza poteka v dveh stopnjah, od katerih je vsaka razdeljena na pet stopenj.
1. stopnja reakcije oksidacije glukoze
- Prva faza. Prvi korak je fosforilacija glukoze. Aktivacija saharidov se pojavi s fosforilacijo pri šestem ogljikovem atomu.
- Druga stopnja. Obstaja proces izomerizacije glukoza-6-fosfata. Na tej stopnji se glukoza pretvori v fruktozo-6-fosfat s katalitično fosfoglukoizomerazo.
- Tretja stopnja. Fosforilacija fruktozo-6-fosfata. V tej fazi pride do tvorbe fruktozo-1,6-difosfata (imenovanega tudi aldolaza) pod vplivom fosfofruktokinaze-1. Sodeluje pri spremljanju fosforilne skupine od adenozin trifosforjeve kisline do molekule fruktoze.
- Četrta stopnja. V tej fazi pride do cepitve aldolaze. Posledično nastaneta dve molekuli trioznega fosfata, zlasti ketoze in eldoze.
- Peta stopnja. Izomerizacija trioznih fosfatov. Na tej stopnji se gliceraldehid-3-fosfat pošlje v naslednje stopnje razgradnje glukoze. V tem primeru pride do prehoda dihidroksiaceton fosfata v obliko gliceraldehid-3-fosfata. Ta prehod se izvede pod delovanjem encimov.
- Šesta stopnja. Postopek oksidacije gliceraldehid-3-fosfata. Na tej stopnji se molekula oksidira in nato fosforilira v difosfoglicerat-1, 3.
- Sedma stopnja. Ta korak vključuje prenos fosfatne skupine iz 1,3-difosfoglicerata v ADP. Končni rezultat tega koraka je 3-fosfogliceratin ATP.
2. stopnja - popolna oksidacija glukoze
- Osma faza. Na tej stopnji se izvede prehod 3-fosfoglicerata v 2-fosfoglicerat. Proces prehoda poteka pod delovanjem encima, kot je fosfoglicerat mutaza. Ta kemična reakcija oksidacije glukoze poteka z obvezno prisotnostjo magnezija (Mg).
- Deveta stopnja. Na tej stopnji pride do dehidracije 2-fosfoglicerata.
- Deseta faza. Prišlo je do prenosa fosfatov, pridobljenih kot rezultat prejšnjih korakov, v PEP in ADP. Fosfoenulpirovat se prenese v ADP. Takšna kemična reakcija je možna v prisotnosti magnezijevih (Mg) in kalijevih (K) ionov.
V aerobnih pogojih celoten proces pride do CO2 in H2O. Enačba za oksidacijo glukoze izgleda takole:
S6N12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O + 2880 kJ/mol.
Tako se NADH med tvorbo laktata iz glukoze v celici ne kopiči. To pomeni, da je tak proces anaeroben in lahko poteka brez kisika. Prav kisik je končni akceptor elektronov, ki ga NADH prenaša v dihalno verigo.
Pri izračunu energijske bilance glikolitične reakcije je treba upoštevati, da se vsak korak druge stopnje ponovi dvakrat. Iz tega lahko sklepamo, da se v prvi fazi porabita dve molekuli ATP, v drugi fazi pa s fosforilacijo nastanejo 4 molekule ATP.vrsta substrata. To pomeni, da celica zaradi oksidacije vsake molekule glukoze kopiči dve molekuli ATP.
Pregledali smo oksidacijo glukoze s kisikom.
Pot anaerobne oksidacije glukoze
Aerobna oksidacija je oksidacijski proces, pri katerem se sprosti energija in ki poteka v prisotnosti kisika, ki deluje kot končni prevzemnik vodika v dihalni verigi. Donator molekul vodika je reducirana oblika koencimov (FADH2, NADH, NADPH), ki nastanejo med vmesno reakcijo oksidacije substrata.
Proces oksidacije glukoze aerobnega dihotomnega tipa je glavna pot katabolizma glukoze v človeškem telesu. Ta vrsta glikolize se lahko izvaja v vseh tkivih in organih človeškega telesa. Rezultat te reakcije je cepitev molekule glukoze na vodo in ogljikov dioksid. Sproščena energija se nato shrani v ATP. Ta proces lahko v grobem razdelimo na tri stopnje:
- Proces pretvorbe molekule glukoze v par molekul pirovične kisline. Reakcija se pojavi v celični citoplazmi in je specifična pot za razgradnjo glukoze.
- Proces tvorbe acetil-CoA kot posledica oksidativne dekarboksilacije pirovične kisline. Ta reakcija poteka v celičnih mitohondrijih.
- Proces oksidacije acetil-CoA v Krebsovem ciklu. Reakcija poteka v celičnih mitohondrijih.
Na vsaki stopnji tega procesa,reducirane oblike koencimov, ki jih oksidirajo encimski kompleksi dihalne verige. Posledično nastane ATP, ko se glukoza oksidira.
Tvorba koencimov
Koencimi, ki nastanejo na drugi in tretji stopnji aerobne glikolize, se bodo oksidirali neposredno v mitohondrijih celic. Vzporedno s tem NADH, ki je nastal v celični citoplazmi med reakcijo prve stopnje aerobne glikolize, nima sposobnosti prodiranja skozi mitohondrijske membrane. Vodik se prenaša iz citoplazemskega NADH v celične mitohondrije preko ciklov shuttle. Med temi cikli je mogoče razlikovati glavnega - malat-aspartat.
Potem se s pomočjo citoplazemskega NADH oksaloacetat reducira v malat, ki pa vstopi v celične mitohondrije in se nato oksidira, da se reducira mitohondrijski NAD. Oksaloacetat se vrne v celično citoplazmo kot aspartat.
Spremenjene oblike glikolize
Glikolizo lahko dodatno spremlja sproščanje 1, 3 in 2,3-bifosfogliceratov. Hkrati se lahko 2,3-bifosfoglicerat pod vplivom bioloških katalizatorjev vrne v proces glikolize in nato spremeni svojo obliko v 3-fosfoglicerat. Ti encimi igrajo različne vloge. Na primer, 2,3-bifosfoglicerat, ki ga najdemo v hemoglobinu, spodbuja prenos kisika v tkiva, hkrati pa prispeva k disociaciji in zmanjšanju afinitete kisika in rdečih krvnih celic.
Sklep
Številne bakterije lahko spremenijo obliko glikolize na različnih stopnjah. V tem primeru je mogoče zmanjšati njihovo skupno število ali spremeniti te stopnje zaradi delovanja različnih encimskih spojin. Nekateri anaerobi imajo sposobnost razgradnje ogljikovih hidratov na druge načine. Večina termofilov ima samo dva glikolitična encima, zlasti enolazo in piruvat kinazo.
Pregledali smo, kako se glukoza oksidira v telesu.
