Potpuna oksidacija glukoze. Reakcija oksidacije glukoze

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 05:28

U ovom članku ćemo pogledati kako se glukoza oksidira. Ugljikohidrati su spojevi polihidroksikarbonilnog tipa, kao i njihovi derivati. Karakteristične značajke su prisutnost aldehidnih ili ketonskih skupina i najmanje dvije hidroksilne skupine.

Prema svojoj strukturi, ugljikohidrati se dijele na monosaharide, polisaharide, oligosaharide.

monosaharidi

Monosaharidi su najjednostavniji ugljikohidrati koji se ne mogu hidrolizirati. Ovisno o tome koja je skupina 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 podrijetla, povezanih glikozidnim vezama. Ovisno o broju monosaharidnih ostataka razlikuju se disaharidi, trisaharidi i tako dalje. Što nastaje kada se glukoza oksidira? O tome će se raspravljati kasnije.

polisaharidi

Polisaharidisu ugljikohidrati koji sadrže više od deset monosaharidnih ostataka međusobno povezanih glikozidnim vezama. Ako sastav polisaharida sadrži iste ostatke monosaharida, tada se naziva homopolisaharid (na primjer, škrob). Ako su takvi ostaci različiti, onda s 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 polovice energetskih potreba čovjeka. Kao rezultat oksidacije jednog grama ugljikohidrata oslobađa se 16,9 kJ.
2. Rezervirajte. Glikogen i škrob su oblik skladištenja hranjivih tvari.
3. strukturno. Celuloza i neki drugi polisaharidni spojevi čine čvrsti okvir u biljkama. Također, oni su u kombinaciji s lipidima i proteinima sastavni dio svih staničnih biomembrana.
4. Zaštitni. Kiseli heteropolisaharidi imaju ulogu biološkog maziva. One oblažu površine zglobova koji se dodiruju i trljaju jedni o druge, sluznice nosa, probavni trakt.
5. Antikoagulant. Ugljikohidrat kao što je heparin ima važno biološko svojstvo, naime, sprječava zgrušavanje krvi.
6. Ugljikohidrati su izvor ugljika neophodan za sintezu proteina, lipida i nukleinskih kiselina.

Za tijelo, glavni izvor ugljikohidrata su dijetalni ugljikohidrati - saharoza, škrob, 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 naknadno pohranjuje u ATP i NADH. Jedna od njegovih molekula se raspada na dvije molekule piruvata.

Proces glikolize odvija se pod djelovanjem raznih enzimskih tvari, odnosno katalizatora biološke prirode. Najvažnije oksidacijsko sredstvo je kisik, ali je vrijedno napomenuti da se proces glikolize može provesti i u nedostatku kisika. Ova vrsta glikolize naziva se anaerobna.

Anaerobna glikoliza je postupni proces oksidacije glukoze. Ovom glikolizom oksidacija glukoze ne dolazi u potpunosti. Dakle, tijekom oksidacije glukoze nastaje samo jedna molekula piruvata. Što se tiče energetskih prednosti, anaerobna glikoliza je manje korisna od aerobne. Međutim, ako kisik uđe u stanicu, tada se anaerobna glikoliza može pretvoriti u aerobnu, što je potpuna oksidacija glukoze.

Mehanizam glikolize

Glikoliza razgrađuje glukozu sa šest ugljika u dvije molekule piruvata s tri ugljika. Cijeli proces podijeljen je u pet pripremnih faza i još pet, tijekom kojih se pohranjuje ATPenergija.

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

1. faza reakcije oksidacije glukoze

• Prva faza. Prvi korak je fosforilacija glukoze. Aktivacija saharida događa se 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 utjecajem fosfofruktokinaze-1. Sudjeluje u praćenju fosforilne skupine od adenozin trifosforne kiseline do molekule fruktoze.
• Četvrta faza. U ovoj fazi dolazi do cijepanja aldolaze. Kao rezultat, nastaju dvije molekule trioze 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 provodi pod djelovanjem enzima.
• Šesta faza. Proces oksidacije gliceraldehid-3-fosfata. U ovoj fazi, molekula se oksidira i zatim fosforilira u difosfoglicerat-1, 3.
• Sedma faza. Ovaj korak uključuje prijenos fosfatne skupine s 1,3-difosfoglicerata u ADP. Krajnji rezultat ovog koraka je 3-fosfoglicerati ATP.

Faza 2 - potpuna oksidacija glukoze

• Osma faza. U ovoj fazi se provodi prijelaz 3-fosfoglicerata u 2-fosfoglicerat. Proces prijelaza se provodi pod djelovanjem enzima kao što je fosfoglicerat mutaza. Ova kemijska reakcija oksidacije glukoze odvija se uz obaveznu prisutnost magnezija (Mg).
• Deveta faza. U ovoj fazi dolazi do dehidracije 2-fosfoglicerata.
• Deseta faza. Dolazi do prijenosa fosfata dobivenih kao rezultat prethodnih koraka u PEP i ADP. Fosfoenulpirovat se prenosi u ADP. Takva kemijska reakcija moguća je u prisutnosti iona magnezija (Mg) i kalija (K).

U aerobnim uvjetima, cijeli proces dolazi do CO₂ i H₂O. Jednadžba za oksidaciju glukoze izgleda ovako:

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

Dakle, nema nakupljanja NADH u stanici tijekom stvaranja laktata iz glukoze. To znači da je takav proces anaeroban i može se odvijati u nedostatku kisika. Kisik je konačni akceptor elektrona koji NADH prenosi u respiratorni lanac.

U procesu izračunavanja energetske bilance glikolitičke reakcije, mora se uzeti u obzir da se svaki korak drugog stupnja ponavlja dva puta. Iz ovoga možemo zaključiti da se u prvom stupnju troše dvije molekule ATP-a, a u drugom stupnju fosforilacijom nastaju 4 molekule ATP-a.vrsta supstrata. To znači da kao rezultat oksidacije svake molekule glukoze, stanica nakuplja dvije ATP molekule.

Pogledali smo oksidaciju glukoze kisikom.

Anaerobni put oksidacije glukoze

Aerobna oksidacija je oksidacijski proces u kojem se oslobađa energija i koji se odvija u prisutnosti kisika, koji djeluje kao konačni akceptor vodika u respiratornom lancu. Donator molekula vodika je reducirani oblik koenzima (FADH2, NADH, NADPH), koji nastaju tijekom međureakcije oksidacije supstrata.

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

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

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

Tvorba koenzima

Koenzimi, koji nastaju u drugom i trećem stupnju aerobne glikolize, će se oksidirati izravno u mitohondrijima stanica. Paralelno s tim, NADH, koji je nastao u staničnoj citoplazmi tijekom reakcije prve faze aerobne glikolize, nema sposobnost prodiranja kroz membrane mitohondrija. Vodik se prenosi iz citoplazmatskog NADH u stanične mitohondrije putem shuttle ciklusa. Među tim ciklusima može se razlikovati glavni - malat-aspartat.

Tada se, uz pomoć citoplazmatskog NADH, oksaloacetat reducira u malat, koji zauzvrat ulazi u stanične mitohondrije i zatim se oksidira kako bi se reducirao mitohondrijski NAD. Oksaloacetat se vraća u staničnu citoplazmu kao aspartat.

Modificirani oblici glikolize

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

Zaključak

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

Pogledali smo kako se glukoza oksidira u tijelu.