Τι μελετά η βιοχημεία; Η γλυκόλυση είναι μια σοβαρή ενζυματική διαδικασία διάσπασης της γλυκόζης που συμβαίνει σε ζωικούς και ανθρώπινους ιστούς χωρίς τη χρήση οξυγόνου. Είναι αυτός που θεωρείται από τους βιοχημικούς ως τρόπος απόκτησης μορίων γαλακτικού οξέος και ATP.
Ορισμός
Τι είναι η αερόβια γλυκόλυση; Η βιοχημεία θεωρεί αυτή τη διαδικασία ως τη μόνη διαδικασία χαρακτηριστική των ζωντανών οργανισμών που παρέχει ενέργεια.
Με τη βοήθεια μιας τέτοιας διαδικασίας ο οργανισμός των ζώων και των ανθρώπων είναι σε θέση να εκτελεί ορισμένες φυσιολογικές λειτουργίες για ορισμένο χρονικό διάστημα σε συνθήκες ανεπαρκούς οξυγόνου.
Εάν η διαδικασία της διάσπασης της γλυκόζης πραγματοποιηθεί με τη συμμετοχή οξυγόνου, εμφανίζεται αερόβια γλυκόλυση.
Ποια είναι η βιοχημεία του; Η γλυκόλυση θεωρείται το πρώτο βήμα στη διαδικασία οξείδωσης της γλυκόζης σε νερό και διοξείδιο του άνθρακα.
Σελίδες Ιστορίας
Ο όρος «γλυκόλυση» χρησιμοποιήθηκε από τον Lépin στα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα για τη διαδικασία μείωσης της γλυκόζης του αίματος που αφαιρέθηκε από το κυκλοφορικό σύστημα. Ορισμένοι μικροοργανισμοί έχουν διαδικασίες ζύμωσης που είναι παρόμοιες με τη γλυκόλυση. Για τόσοΟ μετασχηματισμός χρησιμοποιεί έντεκα ένζυμα, τα περισσότερα από τα οποία είναι απομονωμένα σε ομοιογενή, εξαιρετικά καθαρή ή κρυσταλλική μορφή, οι ιδιότητές τους έχουν μελετηθεί καλά. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα στο υαλόπλασμα του κυττάρου.
Συγκεκριμένα διαδικασίας
Πώς προχωρά η γλυκόλυση; Η βιοχημεία είναι μια επιστήμη στην οποία αυτή η διαδικασία θεωρείται ως αντίδραση πολλαπλών σταδίων.
Η πρώτη ενζυματική αντίδραση γλυκόλυσης, η φωσφορυλίωση, σχετίζεται με τη μεταφορά ορθοφωσφορικού στη γλυκόζη από μόρια ATP. Το ένζυμο εξοκινάση δρα ως καταλύτης σε αυτή τη διαδικασία.
Η παραγωγή της 6-φωσφορικής γλυκόζης σε αυτή τη διαδικασία εξηγείται από την απελευθέρωση σημαντικής ποσότητας ενέργειας του συστήματος, δηλαδή λαμβάνει χώρα μια μη αναστρέψιμη χημική διαδικασία.
Ένα τέτοιο ένζυμο όπως η εξοκινάση δρα ως καταλύτης για τη διαδικασία φωσφορυλίωσης όχι μόνο της ίδιας της D-γλυκόζης, αλλά και της D-μαννόζης, D-φρουκτόζης. Εκτός από την εξοκινάση, υπάρχει ένα άλλο ένζυμο στο ήπαρ - η γλυκοκινάση, το οποίο καταλύει τη διαδικασία φωσφορυλίωσης μιας D-γλυκόζης.
Δεύτερο στάδιο
Πώς εξηγεί η σύγχρονη βιοχημεία το δεύτερο στάδιο αυτής της διαδικασίας; Η γλυκόλυση σε αυτό το στάδιο είναι η μετάβαση της 6-φωσφορικής γλυκόζης υπό την επίδραση της ισομεράσης της φωσφορικής εξόζης σε μια νέα ουσία - τη φρουκτόζη-6-φωσφορική.
Η διαδικασία προχωρά σε δύο αμοιβαία αντίθετες κατευθύνσεις, δεν απαιτεί συμπαράγοντες.
Τρίτο στάδιο
Συσχετίζεται με τη φωσφορυλίωση της προκύπτουσας 6-φωσφορικής φρουκτόζης με τη βοήθεια μορίων ATP. Ο επιταχυντής αυτής της διαδικασίας είναι το ένζυμο φωσφοφρουκτοκινάση. Αντίδρασηθεωρείται μη αναστρέψιμο, εμφανίζεται παρουσία κατιόντων μαγνησίου, θεωρείται αργά εξελισσόμενο στάδιο αυτής της αλληλεπίδρασης. Είναι αυτή που είναι η βάση για τον προσδιορισμό του ρυθμού γλυκόλυσης.
Η
Η φωσφοφρουκτοκινάση είναι ένας από τους εκπροσώπους των αλλοστερικών ενζύμων. Αναστέλλεται από μόρια ATP, διεγείρονται από AMP και ADP. Στην περίπτωση του διαβήτη, κατά τη διάρκεια της νηστείας, καθώς και σε πολλές άλλες καταστάσεις στις οποίες τα λίπη καταναλώνονται σε μεγάλες ποσότητες, η περιεκτικότητα σε κιτρικά στα κύτταρα των ιστών αυξάνεται αρκετές φορές. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, υπάρχει σημαντική αναστολή της πλήρους δραστικότητας της φωσφοφρουκτοκινάσης από το κιτρικό.
Εάν η αναλογία ATP προς ADP φτάσει σε σημαντικές τιμές, η φωσφοφρουκτοκινάση αναστέλλεται, η οποία βοηθά στην επιβράδυνση της γλυκόλυσης.
Πώς μπορείτε να αυξήσετε τη γλυκόλυση; Η βιοχημεία προτείνει να μειωθεί ο παράγοντας έντασης για αυτό. Για παράδειγμα, σε έναν μυ που δεν λειτουργεί, η δραστηριότητα της φωσφοφρουκτοκινάσης είναι χαμηλή, αλλά η συγκέντρωση του ATP αυξάνεται.
Όταν ο μυς λειτουργεί, υπάρχει σημαντική χρήση του ATP, το οποίο προκαλεί αύξηση του επιπέδου του ενζύμου, προκαλώντας επιτάχυνση της διαδικασίας γλυκόλυσης.
Τέταρτο στάδιο
Το ένζυμο αλδολάση είναι ο καταλύτης για αυτό το τμήμα της γλυκόλυσης. Χάρη σε αυτόν, συμβαίνει η αναστρέψιμη διάσπαση της ουσίας σε δύο φωσφοτριόζες. Ανάλογα με την τιμή της θερμοκρασίας, η ισορροπία επιτυγχάνεται σε διαφορετικά επίπεδα.
Πώς εξηγεί η βιοχημεία τι συμβαίνει; Η γλυκόλυση με την αύξηση της θερμοκρασίας προχωρά προς την κατεύθυνση μιας άμεσης αντίδρασης, του προϊόντοςπου είναι η 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη και η φωσφορική διυδροξυακετόνη.
Άλλα στάδια
Το πέμπτο στάδιο είναι η διαδικασία ισομερισμού φωσφορικών τριόζης. Ο καταλύτης για τη διαδικασία είναι το ένζυμο ισομεράση φωσφορικής τριόζης.
Η έκτη αντίδραση σε συνοπτική μορφή περιγράφει την παραγωγή 1,3-διφωσφοργλυκερικού οξέος παρουσία φωσφορικού NAD ως δέκτη υδρογόνου. Είναι αυτός ο ανόργανος παράγοντας που αφαιρεί το υδρογόνο από τη γλυκεραλδεΰδη. Ο δεσμός που προκύπτει είναι εύθραυστος, αλλά είναι πλούσιος σε ενέργεια και όταν διασπαστεί, λαμβάνεται 1, 3-διφωσφογλυκερικό οξύ.
Το έβδομο βήμα, που καταλύεται από φωσφογλυκερική κινάση, περιλαμβάνει τη μεταφορά ενέργειας από το υπόλειμμα φωσφορικού άλατος στο ADP για να σχηματιστεί 3-φωσφογλυκερικό οξύ και ATP.
Στην όγδοη αντίδραση λαμβάνει χώρα ενδομοριακή μεταφορά της φωσφορικής ομάδας, ενώ παρατηρείται μετατροπή του 3-φωσφογλυκερικού οξέος σε 2-φωσφογλυκερικό. Η διαδικασία είναι αναστρέψιμη, επομένως χρησιμοποιούνται κατιόντα μαγνησίου για την εφαρμογή της.
2,3-διφωσφογλυκερικό οξύ δρα ως συμπαράγοντας για το ένζυμο σε αυτό το στάδιο.
Η ένατη αντίδραση περιλαμβάνει τη μετάβαση του 2-φωσφογλυκερικού οξέος σε φωσφοενολοπυροσταφυλικό. Το ένζυμο ενολάση, το οποίο ενεργοποιείται από κατιόντα μαγνησίου, δρα ως επιταχυντής αυτής της διαδικασίας και το φθόριο δρα ως αναστολέας σε αυτήν την περίπτωση.
Η δέκατη αντίδραση προχωρά με το σπάσιμο του δεσμού και τη μεταφορά της ενέργειας του φωσφορικού υπολείμματος στο ADP από το φωσφοενολοπυρουβικό οξύ.
Το ενδέκατο στάδιο σχετίζεται με τη μείωση του πυροσταφυλικού οξέος, με τη λήψη γαλακτικού οξέος. Αυτή η μετατροπή απαιτεί τη συμμετοχή του ενζύμου γαλακτική αφυδρογονάση.
Πώς μπορείτε να καταγράψετε τη γλυκόλυση με γενικό τρόπο; Αντιδράσεις, η βιοχημεία των οποίων συζητήθηκε παραπάνω, ανάγεται σε γλυκολυτική οξειδωτική αναγωγή, που συνοδεύεται από το σχηματισμό μορίων ATP.
Τιμή διαδικασίας
Εξετάσαμε πώς η βιοχημεία περιγράφει τη γλυκόλυση (αντιδράσεις). Η βιολογική σημασία αυτής της διαδικασίας είναι η λήψη φωσφορικών ενώσεων με μεγάλο ενεργειακό απόθεμα. Εάν δαπανηθούν δύο μόρια ATP στο πρώτο στάδιο, τότε το στάδιο σχετίζεται με το σχηματισμό τεσσάρων μορίων αυτής της ένωσης.
Ποια είναι η βιοχημεία του; Η γλυκόλυση και η γλυκονεογένεση είναι ενεργειακά αποδοτικές: 2 μόρια ATP αντιπροσωπεύουν 1 μόριο γλυκόζης. Η μεταβολή της ενέργειας κατά τον σχηματισμό δύο μορίων οξέος από τη γλυκόζη είναι 210 kJ/mol. 126 kJ φεύγει με τη μορφή θερμότητας, 84 kJ συσσωρεύονται στους φωσφορικούς δεσμούς του ATP. Ο τερματικός δεσμός έχει ενεργειακή τιμή 42 kJ/mol. Η βιοχημεία ασχολείται με παρόμοιους υπολογισμούς. Η αερόβια και η αναερόβια γλυκόλυση έχουν απόδοση 0,4.
Ενδιαφέροντα γεγονότα
Ως αποτέλεσμα πολλών πειραμάτων, κατέστη δυνατό να καθοριστούν οι ακριβείς τιμές κάθε αντίδρασης γλυκόλυσης που λαμβάνει χώρα σε ανέπαφα ανθρώπινα ερυθροκύτταρα. Οκτώ αντιδράσεις γλυκόλυσης είναι κοντά στη θερμοδυναμική ισορροπία, τρεις διεργασίες σχετίζονται με σημαντική μείωση της ποσότητας της ελεύθερης ενέργειας και θεωρούνται μη αναστρέψιμες.
Τι είναι η γλυκονεογένεση; Η βιοχημεία της διαδικασίας συνίσταται στη διάσπαση των υδατανθράκων, η οποία λαμβάνει χώρα στοπολλά στάδια. Κάθε βήμα ελέγχεται από ένζυμα. Για παράδειγμα, σε ιστούς που χαρακτηρίζονται από αερόβιο μεταβολισμό (ιστοί καρδιάς, νεφροί), ρυθμίζεται από τα ισοένζυμα LDH1 και LDH2. Αναστέλλονται από μικρές ποσότητες πυροσταφυλικού, με αποτέλεσμα να μην επιτρέπεται η σύνθεση γαλακτικού οξέος και να επιτυγχάνεται η πλήρης οξείδωση του ακετυλο-CoA στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος.
Τι άλλο χαρακτηρίζει την αναερόβια γλυκόλυση; Η βιοχημεία, για παράδειγμα, περιλαμβάνει τη συμπερίληψη άλλων υδατανθράκων στη διαδικασία.
Ως αποτέλεσμα εργαστηριακών μελετών, διαπιστώθηκε ότι περίπου το 80% της φρουκτόζης που εισέρχεται στο ανθρώπινο σώμα με την τροφή μεταβολίζεται στο ήπαρ. Εδώ, λαμβάνει χώρα η διαδικασία της φωσφορυλίωσης της σε φρουκτόζη-6-φωσφορική, το ένζυμο εξοκινάση δρα ως καταλύτης για αυτή τη διαδικασία.
Αυτή η διαδικασία αναστέλλεται από τη γλυκόζη. Η προκύπτουσα ένωση μετατρέπεται σε γλυκόζη μέσω πολλών σταδίων, συνοδευόμενη από την αποβολή του φωσφορικού οξέος. Επιπλέον, είναι δυνατοί οι μετέπειτα μετασχηματισμοί του σε άλλες οργανικές ενώσεις που περιέχουν φώσφορο.
Υπό την επίδραση του ATP και της φωσφοφρουκτοκινάσης, η 6-φωσφορική φρουκτόζη θα μετατραπεί σε 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη.
Στη συνέχεια αυτή η ουσία μεταβολίζεται μέσω των χαρακτηριστικών σταδίων της γλυκόλυσης. Οι μύες και το συκώτι έχουν κετοεξοκινάση, η οποία μπορεί να επιταχύνει τη διαδικασία φωσφορυλίωσης της φρουκτόζης στην ένωση που περιέχει φώσφορο. Η διαδικασία δεν εμποδίζεται από τη γλυκόζη, και η προκύπτουσα-1-φωσφορική φρουκτόζη αποσυντίθεται υπό την επίδραση της κετόζης-1-φωσφορικής αλδολάσης σε γλυκεραλδεΰδη και φωσφορική διυδροξυακετόνη. D-γλυκεραλδεΰδη υπόυπό την επίδραση της τριοζοκινάσης, εισέρχεται σε φωσφορυλίωση, τελικά απελευθερώνονται μόρια ATP και λαμβάνεται φωσφορική διυδροξυακετόνη.
Συγγενείς ανωμαλίες
Οι βιοχημικοί μπόρεσαν να εντοπίσουν ορισμένες συγγενείς ανωμαλίες που σχετίζονται με το μεταβολισμό της φρουκτόζης. Αυτό το φαινόμενο (ουσιώδης φρουκτοζουρία) σχετίζεται με βιολογική ανεπάρκεια στο περιεχόμενο του ενζύμου κετοεξοκινάση στο σώμα, επομένως, όλες οι διαδικασίες διάσπασης αυτού του υδατάνθρακα αναστέλλονται από τη γλυκόζη. Η συνέπεια αυτής της παραβίασης είναι η συσσώρευση φρουκτόζης στο αίμα. Για τη φρουκτόζη, ο νεφρικός ουδός είναι χαμηλός, επομένως η φρουκτοζουρία μπορεί να ανιχνευθεί σε συγκεντρώσεις υδατανθράκων στο αίμα περίπου 0,73 mmol/L.
Συμμετοχή στη βιοσύνθεση της γαλακτόζης
Η γαλακτόζη εισέρχεται στο σώμα με την τροφή, η οποία διασπάται στον πεπτικό σωλήνα σε γλυκόζη και γαλακτόζη. Πρώτον, αυτός ο υδατάνθρακας μετατρέπεται σε γαλακτόζη-1-φωσφορική, η διαδικασία καταλύεται από τη γαλακτοκινάση. Στη συνέχεια, η ένωση που περιέχει φώσφορο μετατρέπεται σε γλυκόζη-1-φωσφορική. Σε αυτό το στάδιο, σχηματίζονται επίσης διφωσφογαλακτόζη ουριδίνης και UDP-γλυκόζη. Τα επόμενα στάδια της διαδικασίας προχωρούν σύμφωνα με ένα σχήμα παρόμοιο με τη διάσπαση της γλυκόζης.
Εκτός από αυτό το μονοπάτι του μεταβολισμού της γαλακτόζης, ένα δεύτερο σχήμα είναι επίσης δυνατό. Πρώτον, σχηματίζεται επίσης 1-φωσφορική γαλακτόζη, αλλά τα επόμενα βήματα σχετίζονται με το σχηματισμό μορίων UTP και 1-φωσφορικής γλυκόζης.
Μεταξύ των πολυάριθμων παθολογικών καταστάσεων που σχετίζονται με τον μεταβολισμό των υδατανθράκων, η γαλακτοζαιμία κατέχει μια ιδιαίτερη θέση. Αυτό το φαινόμενο σχετίζεται με μια υπολειπόμενη κληρονομική νόσο, μεστην οποία το επίπεδο σακχάρου στο αίμα αυξάνεται λόγω γαλακτόζης και φτάνει τα 16,6 mmol/l. Ταυτόχρονα, πρακτικά δεν υπάρχει καμία αλλαγή στην περιεκτικότητα σε γλυκόζη στο αίμα. Εκτός από τη γαλακτόζη, σε τέτοιες περιπτώσεις, η γαλακτόζη-1-φωσφορική συσσωρεύεται επίσης στο αίμα. Τα παιδιά που έχουν διαγνωστεί με γαλακτοζαιμία έχουν νοητική υστέρηση και έχουν επίσης καταρράκτη.
Καθώς η αύξηση των διαταραχών του μεταβολισμού των υδατανθράκων μειώνεται, ο λόγος είναι η διάσπαση της γαλακτόζης κατά τη δεύτερη διαδρομή. Χάρη στο γεγονός ότι οι βιοχημικοί κατάφεραν να ανακαλύψουν την ουσία της συνεχιζόμενης διαδικασίας, κατέστη δυνατή η αντιμετώπιση προβλημάτων που σχετίζονται με την ατελή διάσπαση της γλυκόζης στο σώμα.
