Potpuna oksidacija glukoze. Reakcija oksidacije glukoze

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 05:19

U ovom članku ćemo pogledati kako se glukoza oksidira. Ugljikohidrati su spojevi polihidroksikarbonilnog tipa, kao i njihovi derivati. Karakteristične karakteristike su prisustvo aldehidnih ili ketonskih grupa i najmanje dvije hidroksilne grupe.

Ugljikohidrati se prema svojoj strukturi dijele na monosaharide, polisaharide, oligosaharide.

Monosaharidi

Monosaharidi su najjednostavniji ugljikohidrati koji se ne mogu hidrolizirati. U zavisnosti od toga koja je grupa prisutna u sastavu - aldehid ili keton, izdvajaju se aldoze (tu spadaju galaktoza, glukoza, riboza) i ketoze (ribuloza, fruktoza).

Oligosaharidi

Oligosaharidi su ugljikohidrati koji u svom sastavu imaju od dva do deset ostataka monosaharidnog porijekla, povezanih glikozidnim vezama. U zavisnosti od broja monosaharidnih ostataka razlikuju se disaharidi, trisaharidi itd. Šta nastaje kada se glukoza oksidira? O tome će se kasnije raspravljati.

Polisaharidi

Polisaharidisu ugljikohidrati koji sadrže više od deset monosaharidnih ostataka međusobno povezanih glikozidnim vezama. Ako sastav polisaharida sadrži iste ostatke monosaharida, onda se naziva homopolisaharid (na primjer, škrob). Ako su takvi ostaci različiti, onda sa heteropolisaharidom (na primjer, heparinom).

Koja je važnost oksidacije glukoze?

Funkcije ugljikohidrata u ljudskom tijelu

Ugljikohidrati obavljaju sljedeće glavne funkcije:

1. Energija. Najvažnija funkcija ugljikohidrata, jer služe kao glavni izvor energije u tijelu. Kao rezultat njihove oksidacije, zadovoljava se više od polovine energetskih potreba čovjeka. Kao rezultat oksidacije jednog grama ugljikohidrata oslobađa se 16,9 kJ.
2. Rezervirajte. Glikogen i škrob su oblik skladištenja nutrijenata.
3. Structural. Celuloza i neki drugi polisaharidni spojevi čine čvrsti okvir u biljkama. Također, oni su u kombinaciji sa lipidima i proteinima sastavni dio svih ćelijskih biomembrana.
4. Protective. Kiseli heteropolisaharidi igraju ulogu biološkog maziva. One oblažu površine zglobova koji se dodiruju i trljaju jedni o druge, sluzokože nosa, probavnog trakta.
5. Antikoagulant. Ugljikohidrat kao što je heparin ima važno biološko svojstvo, naime, sprječava zgrušavanje krvi.
6. Ugljeni hidrati su izvor ugljika neophodan za sintezu proteina, lipida i nukleinskih kiselina.

Za organizam, glavni izvor ugljenih hidrata su dijetalni ugljeni hidrati - saharoza, skrob, glukoza, laktoza). Glukoza se može sintetizirati u samom tijelu iz aminokiselina, glicerola, laktata i piruvata (glukoneogeneza).

Glikoliza

Glikoliza je jedan od tri moguća oblika procesa oksidacije glukoze. U tom procesu se oslobađa energija koja se potom skladišti u ATP i NADH. Jedan od njegovih molekula se raspada na dva molekula piruvata.

Proces glikolize nastaje pod dejstvom raznih enzimskih supstanci, odnosno katalizatora biološke prirode. Najvažniji oksidacijski agens je kisik, ali vrijedi napomenuti da se proces glikolize može provesti i u nedostatku kisika. Ova vrsta glikolize se naziva anaerobna.

Anaerobni tip glikolize je postupni proces oksidacije glukoze. Ovom glikolizom, oksidacija glukoze se ne događa u potpunosti. Dakle, tokom oksidacije glukoze nastaje samo jedan molekul piruvata. Što se tiče energetskih prednosti, anaerobna glikoliza je manje korisna od aerobne. Međutim, ako kisik uđe u ćeliju, tada se anaerobna glikoliza može pretvoriti u aerobnu, što je potpuna oksidacija glukoze.

Mehanizam glikolize

Glikoliza razlaže glukozu sa šest ugljenika na dva molekula piruvata sa tri ugljenika. Cijeli proces je podijeljen u pet pripremnih faza i još pet, tokom kojih se skladišti ATPenergija.

Dakle, glikoliza se odvija u dvije faze, od kojih je svaka podijeljena u pet faza.

Faza 1 reakcije oksidacije glukoze

• Prva faza. Prvi korak je fosforilacija glukoze. Aktivacija saharida se događa fosforilacijom na šestom atomu ugljika.
• Druga faza. Postoji proces izomerizacije glukoza-6-fosfata. U ovoj fazi, glukoza se pretvara u fruktoza-6-fosfat pomoću katalitičke fosfoglukoizomeraze.
• Treća faza. Fosforilacija fruktoza-6-fosfata. U ovoj fazi dolazi do stvaranja fruktoza-1,6-difosfata (koji se naziva i aldolaza) pod uticajem fosfofruktokinaze-1. Učestvuje u praćenju fosforilne grupe od adenozin trifosforne kiseline do molekula fruktoze.
• Četvrta faza. U ovoj fazi dolazi do cijepanja aldolaze. Kao rezultat, formiraju se dva molekula trioza fosfata, posebno ketoze i eldoze.
• Peta faza. Izomerizacija trioznih fosfata. U ovoj fazi, gliceraldehid-3-fosfat se šalje u sljedeće faze razgradnje glukoze. U tom slučaju dolazi do prijelaza dihidroksiaceton fosfata u oblik gliceraldehid-3-fosfata. Ovaj prijelaz se vrši pod djelovanjem enzima.
• Šesta faza. Proces oksidacije gliceraldehid-3-fosfata. U ovoj fazi, molekul se oksidira i zatim fosforilira u difosfoglicerat-1, 3.
• Sedma faza. Ovaj korak uključuje prijenos fosfatne grupe sa 1,3-difosfoglicerata u ADP. Krajnji rezultat ovog koraka je 3-fosfoglicerati ATP.

Faza 2 - potpuna oksidacija glukoze

• Osma faza. U ovoj fazi se vrši tranzicija 3-fosfoglicerata u 2-fosfoglicerat. Proces tranzicije se odvija pod dejstvom enzima kao što je fosfoglicerat mutaza. Ova hemijska reakcija oksidacije glukoze se odvija uz obavezno prisustvo magnezijuma (Mg).
• Deveta faza. U ovoj fazi dolazi do dehidracije 2-fosfoglicerata.
• Deseta faza. Dolazi do transfera fosfata dobijenih kao rezultat prethodnih koraka u PEP i ADP. Fosfoenulpirovat se prenosi u ADP. Takva hemijska reakcija je moguća u prisustvu jona magnezijuma (Mg) i kalijuma (K).

U aerobnim uslovima, ceo proces dolazi do CO₂ i H₂O. Jednačina za oksidaciju glukoze izgleda ovako:

S₆N₁₂O₆+ 6O₂ → 6CO₂+ 6H₂O + 2880 kJ/mol.

Dakle, nema akumulacije NADH u ćeliji tokom formiranja laktata iz glukoze. To znači da je takav proces anaeroban i može se odvijati u nedostatku kisika. Kiseonik je konačni akceptor elektrona koji NADH prenosi u respiratorni lanac.

U procesu izračunavanja energetskog bilansa glikolitičke reakcije, mora se uzeti u obzir da se svaki korak druge faze ponavlja dva puta. Iz ovoga možemo zaključiti da se dva molekula ATP-a troše u prvoj fazi, a 4 molekula ATP-a nastaju u drugoj fazi fosforilacijom.tip supstrata. To znači da kao rezultat oksidacije svakog molekula glukoze, stanica akumulira dva ATP molekula.

Pogledali smo oksidaciju glukoze kiseonikom.

Anaerobni put oksidacije glukoze

Aerobna oksidacija je oksidacijski proces u kojem se oslobađa energija i koji se odvija u prisustvu kisika, koji djeluje kao konačni akceptor vodonika u respiratornom lancu. Donator molekula vodonika je redukovani oblik koenzima (FADH2, NADH, NADPH), koji nastaju u međureakcijama oksidacije supstrata.

Proces oksidacije glukoze aerobnog dihotomnog tipa je glavni put katabolizma glukoze u ljudskom tijelu. Ova vrsta glikolize može se provesti u svim tkivima i organima ljudskog tijela. Rezultat ove reakcije je cijepanje molekula glukoze na vodu i ugljični dioksid. Oslobođena energija će se tada pohraniti u ATP. Ovaj proces se može grubo podijeliti u tri faze:

1. Proces pretvaranja molekula glukoze u par molekula pirogrožđane kiseline. Reakcija se događa u ćelijskoj citoplazmi i predstavlja specifičan put za razgradnju glukoze.
2. Proces stvaranja acetil-CoA kao rezultat oksidativne dekarboksilacije pirogrožđane kiseline. Ova reakcija se odvija u ćelijskim mitohondrijima.
3. Proces oksidacije acetil-CoA u Krebsovom ciklusu. Reakcija se odvija u ćelijskim mitohondrijima.

U svakoj fazi ovog procesa,reducirani oblici koenzima oksidirani enzimskim kompleksima respiratornog lanca. Kao rezultat, ATP se formira kada se glukoza oksidira.

Formiranje koenzima

Koenzimi, koji nastaju u drugoj i trećoj fazi aerobne glikolize, oksidiraju se direktno u mitohondrijima ćelija. Paralelno s tim, NADH, koji je nastao u ćelijskoj citoplazmi tokom reakcije prve faze aerobne glikolize, nema sposobnost prodiranja kroz mitohondrijalne membrane. Vodik se prenosi iz citoplazmatskog NADH u ćelijske mitohondrije putem šatl ciklusa. Među ovim ciklusima može se razlikovati glavni - malat-aspartat.

Zatim, uz pomoć citoplazmatskog NADH, oksaloacetat se reducira u malat, koji zauzvrat ulazi u ćelijske mitohondrije i zatim se oksidira kako bi se smanjio mitohondrijski NAD. Oksaloacetat se vraća u ćelijsku citoplazmu kao aspartat.

Modifikovani oblici glikolize

Glikoliza može dodatno biti praćena oslobađanjem 1, 3 i 2, 3-bifosfoglicerata. Istovremeno, 2,3-bifosfoglicerat pod utjecajem bioloških katalizatora može se vratiti u proces glikolize, a zatim promijeniti svoj oblik u 3-fosfoglicerat. Ovi enzimi igraju različite uloge. Na primjer, 2,3-bifosfoglicerat, koji se nalazi u hemoglobinu, pospješuje prijenos kisika u tkiva, dok doprinosi disocijaciji i smanjenju afiniteta kisika i crvenih krvnih stanica.

Zaključak

Mnoge bakterije mogu promijeniti oblik glikolize u različitim fazama. U ovom slučaju moguće je smanjiti njihov ukupan broj ili modificirati ove faze kao rezultat djelovanja različitih enzimskih spojeva. Neki od anaeroba imaju sposobnost razlaganja ugljikohidrata na druge načine. Većina termofila ima samo dva glikolitička enzima, posebno enolazu i piruvat kinazu.

Pogledali smo kako se glukoza oksidira u tijelu.