Ko pēta bioķīmija? Glikolīze ir nopietns fermentatīvs glikozes sadalīšanās process, kas notiek dzīvnieku un cilvēku audos, neizmantojot skābekli. Tieši viņu bioķīmiķi uzskata par veidu, kā iegūt pienskābes un ATP molekulas.
Definīcija
Kas ir aerobā glikolīze? Bioķīmija uzskata, ka šis process ir vienīgais dzīviem organismiem raksturīgs process, kas piegādā enerģiju.
Tieši ar šāda procesa palīdzību dzīvnieku un cilvēku organisms noteiktu laiku spēj veikt noteiktas fizioloģiskas funkcijas nepietiekama skābekļa apstākļos.
Ja glikozes sadalīšanās process tiek veikts ar skābekļa piedalīšanos, notiek aerobā glikolīze.
Kāda ir tā bioķīmija? Glikolīze tiek uzskatīta par pirmo soli glikozes oksidēšanas procesā par ūdeni un oglekļa dioksīdu.
Vēstures lapas
Terminu "glikolīze" Lepins lietoja deviņpadsmitā gadsimta beigās, lai samazinātu glikozes līmeni asinīs, kas tika izņemts no asinsrites sistēmas. Dažiem mikroorganismiem ir fermentācijas procesi, kas ir līdzīgi glikolīzei. Par tādiemtransformācijā izmanto vienpadsmit fermentus, no kuriem lielākā daļa ir izolēti viendabīgā, ļoti attīrītā vai kristāliskā formā, to īpašības ir labi pētītas. Šis process notiek šūnas hialoplazmā.
Procesa specifika
Kā notiek glikolīze? Bioķīmija ir zinātne, kurā šis process tiek uzskatīts par daudzpakāpju reakciju.
Pirmā glikolīzes fermentatīvā reakcija, fosforilēšana, ir saistīta ar ortofosfāta pārnešanu uz glikozi, ko veic ATP molekulas. Enzīms heksokināze šajā procesā darbojas kā katalizators.
Glikozes-6-fosfāta veidošanās šajā procesā ir izskaidrojama ar ievērojama sistēmas enerģijas daudzuma izdalīšanos, tas ir, notiek neatgriezenisks ķīmisks process.
Tāds enzīms kā heksokināze darbojas kā katalizators ne tikai pašas D-glikozes, bet arī D-mannozes, D-fruktozes fosforilēšanās procesam. Papildus heksokināzei aknās ir vēl viens enzīms - glikokināze, kas katalizē vienas D-glikozes fosforilēšanās procesu.
Otrais posms
Kā mūsdienu bioķīmija izskaidro šī procesa otro posmu? Glikolīze šajā posmā ir glikozes-6-fosfāta pāreja heksozes fosfāta izomerāzes ietekmē par jaunu vielu - fruktozi-6-fosfātu.
Process norit divos savstarpēji pretējos virzienos, nav nepieciešami kofaktori.
Trešais posms
Tas ir saistīts ar iegūtā fruktozes-6-fosfāta fosforilēšanos ar ATP molekulu palīdzību. Šī procesa paātrinātājs ir enzīms fosfofruktokināze. Reakcijatiek uzskatīts par neatgriezenisku, tas notiek magnija katjonu klātbūtnē, tas tiek uzskatīts par lēnām šīs mijiedarbības stadiju. Tieši viņa ir pamatā glikolīzes ātruma noteikšanai.
Fosfofruktokināze ir viena no allosterisko enzīmu pārstāvjiem. To inhibē ATP molekulas, stimulē AMP un ADP. Cukura diabēta gadījumā badošanās laikā, kā arī daudzos citos apstākļos, kad tauki tiek patērēti lielos daudzumos, citrātu saturs audu šūnās palielinās vairākas reizes. Šādos apstākļos citrāts ievērojami kavē pilnvērtīgu fosfofruktokināzes aktivitāti.
Ja ATP un ADP attiecība sasniedz ievērojamas vērtības, tiek inhibēta fosfofruktokināze, kas palīdz palēnināt glikolīzi.
Kā palielināt glikolīzi? Bioķīmija ierosina tam samazināt intensitātes koeficientu. Piemēram, nefunkcionējošā muskulī fosfofruktokināzes aktivitāte ir zema, bet ATP koncentrācija palielinās.
Kad muskuļi strādā, tiek ievērojami izmantots ATP, kas izraisa fermenta līmeņa paaugstināšanos, izraisot glikolīzes procesa paātrināšanos.
Ceturtais posms
Enzīms aldolāze ir šīs glikolīzes daļas katalizators. Pateicoties viņam, notiek vielas atgriezeniska sadalīšanās divās fosfotriozes. Atkarībā no temperatūras vērtības līdzsvars tiek izveidots dažādos līmeņos.
Kā bioķīmija izskaidro notiekošo? Glikolīze, palielinoties temperatūrai, notiek tiešas reakcijas virzienā, produktskas ir gliceraldehīda-3-fosfāts un dihidroksiacetona fosfāts.
Citi posmi
Piektais posms ir triozes fosfātu izomerizācijas process. Procesa katalizators ir enzīms triozes fosfāta izomerāze.
Sestā reakcija kopsavilkuma formā apraksta 1,3-difosfoglicerīnskābes ražošanu NAD fosfāta kā ūdeņraža akceptora klātbūtnē. Tas ir šis neorganiskais līdzeklis, kas atdala ūdeņradi no gliceraldehīda. Iegūtā saite ir trausla, taču tajā ir daudz enerģijas, un, atšķeļoties, tiek iegūta 1,3-difosfoglicerīnskābe.
Septītais solis, ko katalizē fosfoglicerāta kināze, ietver enerģijas pārnešanu no fosfāta atlikuma uz ADP, veidojot 3-fosfoglicerīnskābi un ATP.
Astotajā reakcijā notiek fosfātu grupas intramolekulāra pārnešana, kamēr tiek novērota 3-fosfoglicerīnskābes pārvēršanās par 2-fosfoglicerātu. Process ir atgriezenisks, tāpēc tā īstenošanai tiek izmantoti magnija katjoni.
2,3-difosfoglicerīnskābe šajā posmā darbojas kā fermenta kofaktors.
Devītā reakcija ietver 2-fosfoglicerīnskābes pāreju uz fosfoenolpiruvātu. Enolāzes enzīms, ko aktivizē magnija katjoni, darbojas kā šī procesa paātrinātājs, un fluorīds šajā gadījumā darbojas kā inhibitors.
Desmitā reakcija notiek ar saites pārtraukšanu un fosfāta atlikuma enerģijas pārnešanu uz ADP no fosfoenolpirovīnskābes.
Vienpadsmitais posms ir saistīts ar pirovīnskābes samazināšanu, iegūstot pienskābi. Šai pārveidei ir nepieciešama enzīma laktātdehidrogenāzes līdzdalība.
Kā vispārīgi var pierakstīt glikolīzi? Reakcijas, kuru bioķīmija tika apspriesta iepriekš, tiek reducēta līdz glikolītiskajai oksidoredukcijai, ko pavada ATP molekulu veidošanās.
Apstrādāšanas vērtība
Mēs apskatījām, kā bioķīmija apraksta glikolīzi (reakcijas). Šī procesa bioloģiskā nozīme ir iegūt fosfātu savienojumus ar lielu enerģijas rezervi. Ja pirmajā posmā tiek iztērētas divas ATP molekulas, tad stadija ir saistīta ar četru šī savienojuma molekulu veidošanos.
Kāda ir tā bioķīmija? Glikolīze un glikoneoģenēze ir energoefektīvas: 2 ATP molekulas veido 1 glikozes molekulu. Enerģijas izmaiņas, veidojoties divām skābes molekulām no glikozes, ir 210 kJ/mol. 126 kJ atstāj siltuma veidā, 84 kJ uzkrājas ATP fosfātu saitēs. Gala saites enerģētiskā vērtība ir 42 kJ/mol. Bioķīmija nodarbojas ar līdzīgiem aprēķiniem. Aerobās un anaerobās glikolīzes efektivitāte ir 0,4.
Interesanti fakti
Daudzu eksperimentu rezultātā bija iespējams noteikt katras glikolīzes reakcijas precīzas vērtības, kas notiek neskartos cilvēka eritrocītos. Astoņas glikolīzes reakcijas ir tuvu termodinamiskajam līdzsvaram, trīs procesi ir saistīti ar ievērojamu brīvās enerģijas daudzuma samazināšanos un tiek uzskatīti par neatgriezeniskiem.
Kas ir glikoneoģenēze? Procesa bioķīmija sastāv no ogļhidrātu sadalīšanās, kas notiekvairākus posmus. Katru soli kontrolē fermenti. Piemēram, audos, kuriem raksturīgs aerobs metabolisms (sirds audos, nierēs), to regulē izoenzīmi LDH1 un LDH2. Tos inhibē neliels piruvāta daudzums, kā rezultātā nav pieļaujama pienskābes sintēze, un tiek panākta pilnīga acetil-CoA oksidēšanās trikarbonskābes ciklā.
Kas vēl raksturo anaerobo glikolīzi? Bioķīmija, piemēram, ietver citu ogļhidrātu iekļaušanu procesā.
Laboratorisko pētījumu rezultātā tika konstatēts, ka aptuveni 80% fruktozes, kas nonāk cilvēka organismā ar pārtiku, tiek metabolizēta aknās. Šeit notiek tā fosforilēšanās process par fruktozes-6-fosfātu, enzīms heksokināze darbojas kā šī procesa katalizators.
Šo procesu kavē glikoze. Iegūtais savienojums tiek pārveidots par glikozi vairākos posmos, ko papildina fosforskābes izvadīšana. Turklāt ir iespējama tā turpmāka pārvēršanās citos fosforu saturošos organiskos savienojumos.
ATP un fosfofruktokināzes ietekmē fruktoze-6-fosfāts tiks pārveidots par fruktozi-1,6-difosfātu.
Tad šī viela tiek metabolizēta glikolīzei raksturīgos posmos. Muskuļos un aknās ir ketoheksokināze, kas var paātrināt fruktozes fosforilēšanās procesu fosforu saturošā savienojumā. Procesu nebloķē glikoze, un iegūtais fruktoze-1-fosfāts ketozes-1-fosfāta aldolāzes ietekmē sadalās gliceraldehīdā un dihidroksiacetona fosfātā. D-gliceraldehīds zemtriozokināzes ietekmē tas nonāk fosforilācijā, galu galā tiek atbrīvotas ATP molekulas un tiek iegūts dihidroksiacetona fosfāts.
Iedzimtas anomālijas
Bioķīmiķi ir spējuši identificēt dažas iedzimtas anomālijas, kas saistītas ar fruktozes metabolismu. Šī parādība (esenciālā fruktozūrija) ir saistīta ar bioloģisku enzīma ketoheksokināzes satura deficītu organismā, tāpēc visus šī ogļhidrāta sadalīšanās procesus kavē glikoze. Šī pārkāpuma sekas ir fruktozes uzkrāšanās asinīs. Fruktozei nieru slieksnis ir zems, tāpēc fruktozūriju var noteikt pie ogļhidrātu koncentrācijas asinīs aptuveni 0,73 mmol/l.
Dalība galaktozes biosintēzē
Galaktoze organismā nonāk ar pārtiku, kas gremošanas traktā sadalās līdz glikozei un galaktozei. Pirmkārt, šis ogļhidrāts tiek pārveidots par galaktozes-1-fosfātu, procesu katalizē galaktokināze. Pēc tam fosforu saturošais savienojums tiek pārveidots par glikozes-1-fosfātu. Šajā posmā veidojas arī uridīna difosfogalaktoze un UDP-glikoze. Turpmākie procesa posmi notiek saskaņā ar shēmu, kas ir līdzīga glikozes sadalīšanai.
Papildus šim galaktozes metabolisma ceļam ir iespējama arī otra shēma. Pirmkārt, veidojas arī galaktozes-1-fosfāts, bet turpmākās darbības ir saistītas ar UTP molekulu un glikozes-1-fosfāta veidošanos.
Starp daudzajiem patoloģiskajiem stāvokļiem, kas saistīti ar ogļhidrātu metabolismu, galaktozēmija ieņem īpašu vietu. Šī parādība ir saistīta ar recesīvi pārmantotu slimību, arkurā cukura līmenis asinīs paaugstinās galaktozes ietekmē un sasniedz 16,6 mmol/l. Tajā pašā laikā glikozes saturs asinīs praktiski nemainās. Bez galaktozes šādos gadījumos asinīs uzkrājas arī galaktozes-1-fosfāts. Bērniem, kuriem diagnosticēta galaktoēmija, ir garīga atpalicība, kā arī katarakta.
Mazinoties ogļhidrātu metabolisma traucējumu pieaugumam, iemesls ir galaktozes sadalīšanās otrajā ceļā. Pateicoties tam, ka bioķīmiķiem izdevās noskaidrot notiekošā procesa būtību, radās iespēja tikt galā ar problēmām, kas saistītas ar nepilnīgu glikozes sadalīšanos organismā.
