Fuldstændig oxidation af glucose. Glucose oxidationsreaktion

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 05:21

I denne artikel vil vi se på, hvordan glukose oxideres. Kulhydrater er forbindelser af polyhydroxycarbonyl-typen såvel som deres derivater. Karakteristiske træk er tilstedeværelsen af aldehyd- eller ketongrupper og mindst to hydroxylgrupper.

I henhold til deres struktur opdeles kulhydrater i monosaccharider, polysaccharider, oligosaccharider.

monosaccharider

Monosaccharider er de enkleste kulhydrater, der ikke kan hydrolyseres. Afhængigt af hvilken gruppe der er til stede i sammensætningen - aldehyd eller keton, isoleres aldoser (disse omfatter galactose, glucose, ribose) og ketoser (ribulose, fructose).

Oligosaccharider

Oligosaccharider er kulhydrater, der i deres sammensætning har fra to til ti rester af monosaccharid-oprindelse, forbundet med glykosidbindinger. Afhængigt af antallet af monosaccharid-rester skelnes disaccharider, trisaccharider og så videre. Hvad dannes når glucose oxideres? Dette vil blive diskuteret senere.

Polysakkarider

Polysakkariderer kulhydrater, der indeholder mere end ti monosacchariderester forbundet med glykosidbindinger. Hvis sammensætningen af polysaccharidet indeholder de samme monosaccharidrester, så kaldes det et homopolysaccharid (for eksempel stivelse). Hvis sådanne rester er forskellige, så med et heteropolysaccharid (f.eks. heparin).

Hvad er vigtigheden af glukoseoxidation?

Funktioner af kulhydrater i den menneskelige krop

Kulhydrater udfører følgende hovedfunktioner:

1. Energi. Den vigtigste funktion af kulhydrater, da de tjener som den vigtigste energikilde i kroppen. Som et resultat af deres oxidation er mere end halvdelen af en persons energibehov opfyldt. Som et resultat af oxidationen af et gram kulhydrater frigives 16,9 kJ.
2. Reserve. Glykogen og stivelse er en form for lagring af næringsstoffer.
3. Strukturel. Cellulose og nogle andre polysaccharidforbindelser danner en stærk ramme i planter. Desuden er de, i kombination med lipider og proteiner, en bestanddel af alle cellebiomembraner.
4. Beskyttende. Syre heteropolysaccharider spiller rollen som et biologisk smøremiddel. De beklæder overfladerne af leddene, der rører og gnider mod hinanden, slimhinderne i næsen, fordøjelseskanalen.
5. Antikoagulant. Et kulhydrat såsom heparin har en vigtig biologisk egenskab, nemlig at det forhindrer blodpropper.
6. Kulhydrater er en kilde til kulstof, der er nødvendig for syntesen af proteiner, lipider og nukleinsyrer.

For kroppen er den vigtigste kilde til kulhydrater diætkulhydrater - saccharose, stivelse, glucose, laktose). Glukose kan syntetiseres i selve kroppen ud fra aminosyrer, glycerol, laktat og pyruvat (gluconeogenese).

Glykolyse

Glykolyse er en af tre mulige former for glucoseoxidationsprocessen. I denne proces frigives energi, som efterfølgende lagres i ATP og NADH. Et af dets molekyler nedbrydes til to pyruvatmolekyler.

Glykolyseprocessen foregår under påvirkning af en række enzymatiske stoffer, det vil sige katalysatorer af biologisk natur. Det vigtigste oxidationsmiddel er oxygen, men det er værd at bemærke, at processen med glykolyse kan udføres i fravær af oxygen. Denne type glykolyse kaldes anaerob.

Glykolyse af anaerob type er en trinvis proces af glucoseoxidation. Med denne glykolyse sker glukoseoxidation ikke fuldstændigt. Under oxidationen af glucose dannes der således kun ét pyruvatmolekyle. Med hensyn til energifordele er anaerob glykolyse mindre gavnlig end aerob. Men hvis ilt kommer ind i cellen, så kan anaerob glykolyse omdannes til aerob, hvilket er den fuldstændige oxidation af glukose.

Glykolysemekanisme

Glykolyse nedbryder seks-carbon glukose til to molekyler af tre-carbon pyruvat. Hele processen er opdelt i fem forberedende faser og fem mere, hvor ATP lagresenergi.

Glykolysen forløber således i to trin, som hver er opdelt i fem trin.

Tape 1 af glucoseoxidationsreaktionen

• Den første fase. Det første trin er glukosephosphorylering. Saccharidaktivering sker ved phosphorylering ved det sjette carbonatom.
• Anden etape. Der er en proces med isomerisering af glucose-6-phosphat. På dette stadium omdannes glucose til fructose-6-phosphat af katalytisk phosphoglucoisomerase.
• Tredje etape. Fosforylering af fructose-6-phosphat. På dette stadium sker dannelsen af fructose-1,6-diphosphat (også kaldet aldolase) under påvirkning af phosphofructokinase-1. Det er involveret i at ledsage phosphorylgruppen fra adenosintriphosphorsyre til fructosemolekylet.
• Fjerde etape. På dette stadium sker sp altningen af aldolase. Som et resultat dannes der to triosefosfatmolekyler, især ketoser og eldoser.
• Femte etape. Isomerisering af triosefosfater. På dette stadium sendes glyceraldehyd-3-phosphat til de næste stadier af glucose-nedbrydning. I dette tilfælde sker overgangen af dihydroxyacetonephosphat til formen af glyceraldehyd-3-phosphat. Denne overgang udføres under påvirkning af enzymer.
• Den sjette etape. Processen med oxidation af glyceraldehyd-3-phosphat. På dette trin oxideres molekylet og phosphoryleres derefter til diphosphoglycerat-1, 3.
• Syvende etape. Dette trin involverer overførsel af phosphatgruppen fra 1,3-diphosphoglycerat til ADP. Slutresultatet af dette trin er 3-phosphoglyceratog ATP.

Stage 2 - fuldstændig oxidation af glucose

• Den ottende etape. På dette stadium udføres overgangen af 3-phosphoglycerat til 2-phosphoglycerat. Overgangsprocessen udføres under påvirkning af et enzym, såsom phosphoglycerat mutase. Denne kemiske reaktion af glucoseoxidation fortsætter med den obligatoriske tilstedeværelse af magnesium (Mg).
• Niende etape. På dette stadium sker dehydrering af 2-phosphoglycerat.
• Tiende etape. Der er en overførsel af fosfater opnået som et resultat af de foregående trin til PEP og ADP. Phosphoenulpyrovat overføres til ADP. En sådan kemisk reaktion er mulig i nærværelse af magnesium (Mg) og kalium (K) ioner.

Under aerobe forhold kommer hele processen til CO₂ og H₂O. Ligningen for glukoseoxidation ser sådan ud:

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

Der er således ingen ophobning af NADH i cellen under dannelsen af laktat fra glucose. Det betyder, at en sådan proces er anaerob, og den kan forløbe i fravær af ilt. Det er oxygen, der er den endelige elektronacceptor, der overføres af NADH til respirationskæden.

I processen med at beregne energibalancen for den glykolytiske reaktion, skal det tages i betragtning, at hvert trin i andet trin gentages to gange. Ud fra dette kan vi konkludere, at to ATP-molekyler bruges i det første trin, og 4 ATP-molekyler dannes under det andet trin ved fosforylering.substrattype. Det betyder, at cellen som et resultat af oxidationen af hvert glukosemolekyle akkumulerer to ATP-molekyler.

Vi så på oxidationen af glucose ved hjælp af oxygen.

Anaerob glucoseoxidationsvej

Aerob oxidation er en oxidationsproces, hvor energi frigives, og som fortsætter i nærværelse af ilt, som fungerer som den endelige acceptor af brint i åndedrætskæden. Donoren af brintmolekyler er den reducerede form af coenzymer (FADH2, NADH, NADPH), som dannes under mellemreaktionen af substratoxidation.

Den aerobe, dikotomiske glucoseoxidationsproces er hovedvejen for glucosekatabolisme i den menneskelige krop. Denne type glykolyse kan udføres i alle væv og organer i den menneskelige krop. Resultatet af denne reaktion er sp altningen af glucosemolekylet i vand og kuldioxid. Den frigivne energi vil så blive lagret i ATP. Denne proces kan groft opdeles i tre faser:

1. Processen med at omdanne et glukosemolekyle til et par pyrodruesyremolekyler. Reaktionen sker i cellens cytoplasma og er en specifik vej til nedbrydning af glukose.
2. Processen med dannelse af acetyl-CoA som et resultat af oxidativ decarboxylering af pyrodruesyre. Denne reaktion finder sted i cellulære mitokondrier.
3. Processen med oxidation af acetyl-CoA i Krebs-cyklussen. Reaktionen finder sted i cellulære mitokondrier.

På hvert trin af denne proces,reducerede former for coenzymer oxideret af enzymkomplekser i luftvejskæden. Som et resultat dannes ATP, når glucose oxideres.

Danning af coenzymer

Coenzymer, som dannes i andet og tredje trin af aerob glykolyse, vil blive oxideret direkte i cellernes mitokondrier. Parallelt hermed har NADH, som blev dannet i cellecytoplasmaet under reaktionen af det første trin af aerob glykolyse, ikke evnen til at trænge gennem mitokondriemembranerne. Hydrogen overføres fra cytoplasmatisk NADH til cellulære mitokondrier via shuttle-cyklusser. Blandt disse cyklusser kan den vigtigste skelnes - malat-aspartat.

Derefter, ved hjælp af cytoplasmatisk NADH, reduceres oxaloacetat til malat, som igen trænger ind i de cellulære mitokondrier og derefter oxideres for at reducere mitokondriel NAD. Oxaloacetat vender tilbage til cellens cytoplasma som aspartat.

Modificerede former for glykolyse

Glykolyse kan desuden ledsages af frigivelse af 1, 3 og 2, 3-biphosphoglycerater. Samtidig kan 2,3-biphosphoglycerat under påvirkning af biologiske katalysatorer vende tilbage til glykolyseprocessen og derefter ændre sin form til 3-phosphoglycerat. Disse enzymer spiller en række forskellige roller. For eksempel fremmer 2,3-biphosphoglycerat, der findes i hæmoglobin, overførslen af ilt til væv, samtidig med at det bidrager til dissociationen og faldet i affiniteten af ilt og røde blodlegemer.

Konklusion

Mange bakterier kan ændre formen for glykolyse på de forskellige stadier. I dette tilfælde er det muligt at reducere deres samlede antal eller ændre disse stadier som følge af virkningen af forskellige enzymatiske forbindelser. Nogle af de anaerobe har evnen til at nedbryde kulhydrater på andre måder. De fleste termofile har kun to glykolytiske enzymer, især enolase og pyruvatkinase.

Vi så på, hvordan glukose oxideres i kroppen.