Šajā rakstā mēs apskatīsim, kā tiek oksidēta glikoze. Ogļhidrāti ir polihidroksikarbonila tipa savienojumi, kā arī to atvasinājumi. Raksturīgās pazīmes ir aldehīdu vai ketonu grupu klātbūtne un vismaz divas hidroksilgrupas.
Pēc to struktūras ogļhidrātus iedala monosaharīdos, polisaharīdos, oligosaharīdos.
monosaharīdi
Monosaharīdi ir vienkāršākie ogļhidrāti, kurus nevar hidrolizēt. Atkarībā no tā, kura grupa ir sastāvā – aldehīds vai ketons, tiek izdalītas aldozes (tos ietver galaktozi, glikozi, ribozi) un ketozes (ribulozi, fruktozi).
Oligosaharīdi
Oligosaharīdi ir ogļhidrāti, kuru sastāvā ir no diviem līdz desmit monosaharīdu izcelsmes atlikumiem, kas saistīti ar glikozīdu saitēm. Atkarībā no monosaharīdu atlieku skaita izšķir disaharīdus, trisaharīdus utt. Kas veidojas, oksidējoties glikozei? Tas tiks apspriests vēlāk.
polisaharīdi
Polisaharīdiir ogļhidrāti, kas satur vairāk nekā desmit monosaharīdu atlikumus, kas savstarpēji saistīti ar glikozīdu saitēm. Ja polisaharīda sastāvā ir vienas un tās pašas monosaharīda atliekas, tad to sauc par homopolisaharīdu (piemēram, cieti). Ja šādas atliekas atšķiras, tad ar heteropolisaharīdu (piemēram, heparīnu).
Kāda ir glikozes oksidācijas nozīme?
Ogļhidrātu funkcijas cilvēka organismā
Ogļhidrāti veic šādas galvenās funkcijas:
- Enerģija. Vissvarīgākā ogļhidrātu funkcija, jo tie kalpo kā galvenais enerģijas avots organismā. To oksidēšanās rezultātā tiek apmierināta vairāk nekā puse no cilvēka enerģijas vajadzībām. Viena grama ogļhidrātu oksidēšanās rezultātā izdalās 16,9 kJ.
- Rezervēt. Glikogēns un ciete ir barības vielu uzglabāšanas veids.
- Strukturāls. Celuloze un daži citi polisaharīdu savienojumi veido spēcīgu ietvaru augos. Turklāt tie kopā ar lipīdiem un olb altumvielām ir visu šūnu biomembrānu sastāvdaļa.
- Aizsargs. Skābes heteropolisaharīdi spēlē bioloģiskās smērvielas lomu. Tie izklāj locītavu virsmas, kas saskaras un berzē viena otru, deguna gļotādas, gremošanas traktu.
- Antikoagulants. Ogļhidrātam, piemēram, heparīnam, ir svarīga bioloģiskā īpašība, proti, tas novērš asins recēšanu.
- Ogļhidrāti ir oglekļa avots, kas nepieciešams proteīnu, lipīdu un nukleīnskābju sintēzei.
Organismam galvenais ogļhidrātu avots ir uztura ogļhidrāti – saharoze, ciete, glikoze, laktoze). Glikoze var tikt sintezēta pašā organismā no aminoskābēm, glicerīna, laktāta un piruvāta (glikoneoģenēze).
Glikolīze
Glikolīze ir viens no trim iespējamajiem glikozes oksidācijas procesa veidiem. Šajā procesā tiek atbrīvota enerģija, kas pēc tam tiek uzglabāta ATP un NADH. Viena no tā molekulām sadalās divās piruvāta molekulās.
Glikolīzes process notiek dažādu fermentatīvu vielu, tas ir, bioloģiska rakstura katalizatoru, ietekmē. Vissvarīgākais oksidētājs ir skābeklis, taču ir vērts atzīmēt, ka glikolīzes procesu var veikt arī bez skābekļa. Šo glikolīzes veidu sauc par anaerobo.
Anaerobā tipa glikolīze ir pakāpenisks glikozes oksidācijas process. Ar šo glikolīzi glikozes oksidēšanās nenotiek pilnībā. Tādējādi glikozes oksidēšanās laikā veidojas tikai viena piruvāta molekula. Runājot par enerģijas ieguvumiem, anaerobā glikolīze ir mazāk labvēlīga nekā aerobā. Taču, ja šūnā nonāk skābeklis, tad anaerobo glikolīzi var pārvērst par aerobo, kas ir pilnīga glikozes oksidēšana.
Glikolīzes mehānisms
Glikolīze sadala sešu oglekļa glikozi divās trīs oglekļa piruvāta molekulās. Viss process ir sadalīts piecos sagatavošanās posmos un vēl piecos, kuru laikā tiek uzglabāts ATPenerģija.
Tādējādi glikolīze notiek divos posmos, no kuriem katrs ir sadalīts piecos posmos.
Glikozes oksidācijas reakcijas 1. posms
- Pirmais posms. Pirmais solis ir glikozes fosforilēšana. Saharīdu aktivācija notiek, fosforilējot pie sestā oglekļa atoma.
- Otrais posms. Notiek glikozes-6-fosfāta izomerizācijas process. Šajā posmā glikoze tiek pārveidota par fruktozi-6-fosfātu ar katalītiskās fosfoglikoizomerāzes palīdzību.
- Trešais posms. Fruktozes-6-fosfāta fosforilēšana. Šajā posmā fosfofruktokināzes-1 ietekmē notiek fruktozes-1,6-difosfāta (ko sauc arī par aldolāzi) veidošanās. Tas ir iesaistīts fosforilgrupas pavadībā no adenozīna trifosforskābes līdz fruktozes molekulai.
- Ceturtais posms. Šajā posmā notiek aldolāzes šķelšanās. Rezultātā veidojas divas triozes fosfāta molekulas, jo īpaši ketozes un eldozes.
- Piektais posms. Triozes fosfātu izomerizācija. Šajā posmā gliceraldehīds-3-fosfāts tiek nosūtīts uz nākamajiem glikozes sadalīšanās posmiem. Šajā gadījumā notiek dihidroksiacetona fosfāta pāreja uz gliceraldehīda-3-fosfātu. Šī pāreja tiek veikta fermentu ietekmē.
- Sestais posms. Gliceraldehīda-3-fosfāta oksidācijas process. Šajā posmā molekula tiek oksidēta un pēc tam fosforilēta līdz difosfoglicerāts-1, 3.
- Septītais posms. Šis solis ietver fosfātu grupas pārnešanu no 1,3-difosfoglicerāta uz ADP. Šīs darbības gala rezultāts ir 3-fosfoglicerātsun ATP.
2. posms - pilnīga glikozes oksidēšana
- Astotais posms. Šajā posmā tiek veikta 3-fosfoglicerāta pāreja uz 2-fosfoglicerātu. Pārejas process tiek veikts tāda fermenta, piemēram, fosfoglicerāta mutāzes, iedarbībā. Šī glikozes oksidācijas ķīmiskā reakcija notiek ar obligātu magnija (Mg) klātbūtni.
- Devītais posms. Šajā posmā notiek 2-fosfoglicerāta dehidratācija.
- Desmitais posms. Iepriekšējo darbību rezultātā iegūtie fosfāti tiek pārnesti PEP un ADP. Fosfoenulpirovāts tiek pārnests uz ADP. Šāda ķīmiska reakcija iespējama magnija (Mg) un kālija (K) jonu klātbūtnē.
Aerobos apstākļos viss process nonāk CO2 un H2O. Glikozes oksidācijas vienādojums izskatās šādi:
S6N12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O + 2880 kJ/mol.
Tādējādi, laktātam veidojoties no glikozes, šūnā neuzkrājas NADH. Tas nozīmē, ka šāds process ir anaerobs un var notikt bez skābekļa. Tieši skābeklis ir pēdējais elektronu akceptors, ko NADH pārnes uz elpošanas ķēdi.
Glikolītiskās reakcijas enerģijas bilances aprēķināšanas procesā jāņem vērā, ka katrs otrā posma solis tiek atkārtots divas reizes. No tā varam secināt, ka pirmajā posmā tiek iztērētas divas ATP molekulas, bet otrajā posmā fosforilējot veidojas 4 ATP molekulas.substrāta veids. Tas nozīmē, ka katras glikozes molekulas oksidēšanās rezultātā šūna uzkrāj divas ATP molekulas.
Mēs apskatījām glikozes oksidēšanos ar skābekli.
Anaerobās glikozes oksidācijas ceļš
Aerobā oksidēšana ir oksidācijas process, kurā tiek atbrīvota enerģija un kas notiek skābekļa klātbūtnē, kas darbojas kā pēdējais ūdeņraža akceptētājs elpošanas ķēdē. Ūdeņraža molekulu donors ir koenzīmu (FADH2, NADH, NADPH) reducētā forma, kas veidojas substrāta oksidēšanās starpreakcijā.
Aerobā dihotomā tipa glikozes oksidācijas process ir galvenais glikozes katabolisma ceļš cilvēka organismā. Šāda veida glikolīzi var veikt visos cilvēka ķermeņa audos un orgānos. Šīs reakcijas rezultāts ir glikozes molekulas sadalīšanās ūdenī un oglekļa dioksīdā. Atbrīvotā enerģija tiks uzglabāta ATP. Šo procesu var aptuveni iedalīt trīs posmos:
- Glikozes molekulas pārvēršanas process pirovīnskābes molekulu pārī. Reakcija notiek šūnu citoplazmā un ir īpašs glikozes sadalīšanās ceļš.
- Acetil-CoA veidošanās process pirovīnskābes oksidatīvās dekarboksilēšanas rezultātā. Šī reakcija notiek šūnu mitohondrijās.
- Acetil-CoA oksidēšanās process Krebsa ciklā. Reakcija notiek šūnu mitohondrijās.
Katrā šī procesa posmāreducētas koenzīmu formas, ko oksidē elpošanas ķēdes enzīmu kompleksi. Tā rezultātā, kad glikoze tiek oksidēta, veidojas ATP.
Koenzīmu veidošanās
Koenzīmi, kas veidojas aerobās glikolīzes otrajā un trešajā posmā, tiks oksidēti tieši šūnu mitohondrijās. Paralēli tam NADH, kas veidojās šūnu citoplazmā aerobās glikolīzes pirmā posma reakcijas laikā, nespēj iekļūt caur mitohondriju membrānām. Ūdeņradis tiek pārnests no citoplazmas NADH uz šūnu mitohondrijiem, izmantojot atspoles ciklus. Starp šiem cikliem var izdalīt galveno - malāta-aspartātu.
Tad ar citoplazmas NADH palīdzību oksaloacetāts tiek reducēts līdz malātam, kas, savukārt, nonāk šūnu mitohondrijās un pēc tam tiek oksidēts, lai samazinātu mitohondriju NAD. Oksaloacetāts atgriežas šūnu citoplazmā kā aspartāts.
Modificētas glikolīzes formas
Glikolīzi papildus var pavadīt 1, 3 un 2, 3-bifosfoglicerātu izdalīšanās. Tajā pašā laikā 2,3-bifosfoglicerāts bioloģisko katalizatoru ietekmē var atgriezties glikolīzes procesā un pēc tam mainīt savu formu uz 3-fosfoglicerātu. Šiem fermentiem ir dažādas lomas. Piemēram, 2,3-bifosfoglicerāts, kas atrodams hemoglobīnā, veicina skābekļa pārnešanu uz audiem, vienlaikus veicinot skābekļa un sarkano asins šūnu disociāciju un afinitātes samazināšanos.
Secinājums
Daudzas baktērijas var mainīt glikolīzes formu dažādos tās posmos. Tādā gadījumā ir iespējams samazināt to kopējo skaitu vai modificēt šos posmus dažādu fermentatīvu savienojumu darbības rezultātā. Dažiem anaerobiem ir iespēja citos veidos sadalīt ogļhidrātus. Lielākajai daļai termofilu ir tikai divi glikolītiskie enzīmi, jo īpaši enolāze un piruvāta kināze.
Mēs apskatījām, kā organismā oksidējas glikoze.
