Co bada biochemia? Glikoliza to poważny enzymatyczny proces rozkładu glukozy, który zachodzi w tkankach zwierzęcych i ludzkich bez użycia tlenu. To on jest uważany przez biochemików za sposób na pozyskiwanie cząsteczek kwasu mlekowego i ATP.
Definicja
Co to jest glikoliza tlenowa? Biochemia uważa ten proces za jedyny proces charakterystyczny dla żywych organizmów, który dostarcza energię.
To za pomocą takiego procesu organizm zwierząt i ludzi jest w stanie przez pewien czas pełnić określone funkcje fizjologiczne w warunkach niedoboru tlenu.
Jeżeli proces rozkładu glukozy odbywa się z udziałem tlenu, następuje glikoliza tlenowa.
Jaka jest jego biochemia? Glikoliza jest uważana za pierwszy etap procesu utleniania glukozy do wody i dwutlenku węgla.
Strony historii
Termin „glikoliza” został użyty przez Lépina pod koniec XIX wieku dla procesu redukcji glukozy we krwi, która została usunięta z układu krążenia. Niektóre mikroorganizmy mają procesy fermentacji podobne do glikolizy. Dla takiegotransformacja wykorzystuje jedenaście enzymów, z których większość jest izolowana w postaci jednorodnej, wysoce oczyszczonej lub krystalicznej, ich właściwości są dobrze zbadane. Proces ten zachodzi w hialoplazmie komórki.
Szczegóły procesu
Jak przebiega glikoliza? Biochemia to nauka, w której proces ten jest uważany za reakcję wieloetapową.
Pierwsza reakcja enzymatyczna glikolizy, fosforylacja, jest związana z przeniesieniem ortofosforanu do glukozy przez cząsteczki ATP. Enzym heksokinaza działa jako katalizator w tym procesie.
Wytwarzanie glukozo-6-fosforanu w tym procesie tłumaczy się uwolnieniem znacznej ilości energii z systemu, co oznacza nieodwracalny proces chemiczny.
Taki enzym jak heksokinaza działa jak katalizator procesu fosforylacji nie tylko samej D-glukozy, ale także D-mannozy, D-fruktozy. Oprócz heksokinazy w wątrobie znajduje się jeszcze jeden enzym – glukokinaza, która katalizuje proces fosforylacji jednej D-glukozy.
Drugi etap
Jak współczesna biochemia wyjaśnia drugi etap tego procesu? Glikoliza na tym etapie to przemiana glukozo-6-fosforanu pod wpływem izomerazy fosforanu heksozy w nową substancję - fruktozo-6-fosforan.
Proces przebiega w dwóch wzajemnie przeciwnych kierunkach, nie wymaga kofaktorów.
Trzeci etap
Jest to związane z fosforylacją powstałego fruktozo-6-fosforanu za pomocą cząsteczek ATP. Akceleratorem tego procesu jest enzym fosfofruktokinaza. Reakcjauważany jest za nieodwracalny, występuje w obecności kationów magnezu, uważany jest za wolno postępujący etap tego oddziaływania. To ona jest podstawą do określenia szybkości glikolizy.
Fosfofruktokinaza jest jednym z przedstawicieli enzymów allosterycznych. Jest hamowany przez cząsteczki ATP, stymulowany przez AMP i ADP. W przypadku cukrzycy, podczas postu, a także w wielu innych stanach, w których tłuszcze są spożywane w dużych ilościach, zawartość cytrynianu w komórkach tkanek wzrasta kilkukrotnie. W takich warunkach dochodzi do znacznego zahamowania pełnej aktywności fosfofruktokinazy przez cytrynian.
Jeśli stosunek ATP do ADP osiąga znaczące wartości, fosfofruktokinaza zostaje zahamowana, co pomaga spowolnić glikolizę.
Jak możesz zwiększyć glikolizę? Biochemia proponuje zmniejszenie tego współczynnika intensywności. Na przykład w niedziałającym mięśniu aktywność fosfofruktokinazy jest niska, ale stężenie ATP wzrasta.
Kiedy mięsień pracuje, występuje znaczne wykorzystanie ATP, co powoduje wzrost poziomu enzymu, powodując przyspieszenie procesu glikolizy.
Czwarty etap
Enzym aldolaza jest katalizatorem tej części glikolizy. Dzięki niemu następuje odwracalne rozszczepienie substancji na dwie fosfotriozy. W zależności od wartości temperatury równowaga ustala się na różnych poziomach.
Jak biochemia wyjaśnia, co się dzieje? Glikoliza wraz ze wzrostem temperatury przebiega w kierunku reakcji bezpośredniej, produktktóry jest 3-fosforanem aldehydu glicerynowego i fosforanem dihydroksyacetonu.
Inne etapy
Piąty etap to proces izomeryzacji fosforanów triozy. Katalizatorem procesu jest enzym izomeraza fosforanu triozy.
Szósta reakcja w skróconej formie opisuje wytwarzanie kwasu 1,3-difosforglicerynowego w obecności fosforanu NAD jako akceptora wodoru. To właśnie ten nieorganiczny środek usuwa wodór z aldehydu glicerynowego. Powstałe wiązanie jest kruche, ale bogate w energię, a po rozszczepieniu powstaje kwas 1,3-difosfoglicerynowy.
Siódmy etap, katalizowany przez kinazę fosfoglicerynianową, obejmuje transfer energii z reszty fosforanowej do ADP w celu wytworzenia kwasu 3-fosfoglicerynowego i ATP.
W ósmej reakcji zachodzi wewnątrzcząsteczkowe przeniesienie grupy fosforanowej, podczas gdy obserwuje się przemianę kwasu 3-fosfoglicerynowego w 2-fosfoglicerynian. Proces jest odwracalny, dlatego do jego realizacji wykorzystywane są kationy magnezu.
Kwas 2,3-difosfoglicerynowy działa jako kofaktor dla enzymu na tym etapie.
Dziewiąta reakcja obejmuje przejście kwasu 2-fosfoglicerynowego do fosfoenolopirogronianu. Enolaza aktywowana przez kationy magnezu działa jako przyspieszacz tego procesu, a fluor w tym przypadku działa jako inhibitor.
Dziesiąta reakcja przebiega z rozerwaniem wiązania i przeniesieniem energii reszty fosforanowej na ADP z kwasu fosfoenolopirogronowego.
Jedenasty etap wiąże się z redukcją kwasu pirogronowego, uzyskaniem kwasu mlekowego. Ta konwersja wymaga udziału enzymu dehydrogenazy mleczanowej.
Jak można ogólnie zapisać glikolizę? Reakcja, której biochemia została omówiona powyżej, sprowadza się do oksydoredukcji glikolitycznej, której towarzyszy tworzenie cząsteczek ATP.
Wartość procesu
Przyjrzeliśmy się, jak biochemia opisuje glikolizę (reakcje). Biologiczne znaczenie tego procesu polega na otrzymywaniu związków fosforanowych o dużej rezerwie energii. Jeśli w pierwszym etapie zostaną zużyte dwie cząsteczki ATP, wówczas etap ten wiąże się z powstaniem czterech cząsteczek tego związku.
Jaka jest jego biochemia? Glikoliza i glukoneogeneza są wydajne energetycznie: 2 cząsteczki ATP odpowiadają na 1 cząsteczkę glukozy. Zmiana energii podczas tworzenia dwóch cząsteczek kwasu z glukozy wynosi 210 kJ/mol. 126 kJ pozostawia w postaci ciepła, 84 kJ gromadzi się w wiązaniach fosforanowych ATP. Wiązanie końcowe ma wartość energetyczną 42 kJ/mol. Biochemia zajmuje się podobnymi obliczeniami. Wydajność glikolizy tlenowej i beztlenowej wynosi 0,4.
Ciekawe fakty
W wyniku licznych eksperymentów udało się ustalić dokładne wartości każdej reakcji glikolizy zachodzącej w nienaruszonych ludzkich erytrocytach. Osiem reakcji glikolizy jest bliskich równowadze termodynamicznej, trzy procesy wiążą się ze znacznym spadkiem ilości energii swobodnej i są uważane za nieodwracalne.
Co to jest glukoneogeneza? Biochemia procesu polega na rozkładzie węglowodanów, który zachodzi w:Kilka etapów. Każdy krok jest kontrolowany przez enzymy. Na przykład w tkankach charakteryzujących się metabolizmem tlenowym (tkanki serca, nerek) jest regulowany przez izoenzymy LDH1 i LDH2. Są one hamowane przez niewielkie ilości pirogronianu, w wyniku czego synteza kwasu mlekowego nie jest dozwolona, a dochodzi do całkowitego utlenienia acetylo-CoA w cyklu kwasów trikarboksylowych.
Co jeszcze charakteryzuje glikolizę beztlenową? Na przykład biochemia obejmuje włączenie do procesu innych węglowodanów.
W wyniku badań laboratoryjnych odkryto, że około 80% fruktozy, która dostaje się do organizmu człowieka wraz z pożywieniem, jest metabolizowane w wątrobie. Tutaj zachodzi proces jego fosforylacji do fruktozo-6-fosforanu, enzym heksokinaza działa jako katalizator tego procesu.
Ten proces jest hamowany przez glukozę. Powstały związek jest przekształcany w glukozę w kilku etapach, czemu towarzyszy eliminacja kwasu fosforowego. Ponadto możliwe są jego późniejsze przemiany w inne związki organiczne zawierające fosfor.
Pod wpływem ATP i fosfofruktokinazy fruktozo-6-fosforan zostanie przekształcony w fruktozo-1,6-difosforan.
Następnie ta substancja jest metabolizowana w etapach charakterystycznych dla glikolizy. Mięśnie i wątroba mają ketoheksokinazę, która może przyspieszyć proces fosforylacji fruktozy do jej związku zawierającego fosfor. Procesu nie blokuje glukoza, a powstały fruktozo-1-fosforan rozkłada się pod wpływem aldolazy ketozy-1-fosforanowej na aldehyd glicerynowy i fosforan dihydroksyacetonu. Aldehyd D-glicerynowy podpod wpływem triozokinazy wchodzi w fosforylację, ostatecznie uwalniane są cząsteczki ATP i powstaje fosforan dihydroksyacetonu.
Wrodzone anomalie
Biochemicy byli w stanie zidentyfikować niektóre wrodzone anomalie związane z metabolizmem fruktozy. Zjawisko to (niezbędna fruktozuria) wiąże się z biologicznym niedoborem zawartości enzymu ketoheksokinazy w organizmie, dlatego wszystkie procesy rozkładu tego węglowodanu są hamowane przez glukozę. Konsekwencją tego naruszenia jest nagromadzenie fruktozy we krwi. W przypadku fruktozy próg nerkowy jest niski, więc fruktozurię można wykryć przy stężeniu węglowodanów we krwi około 0,73 mmol/l.
Udział w biosyntezie galaktozy
Galaktoza dostaje się do organizmu wraz z pokarmem, który w przewodzie pokarmowym jest rozkładany na glukozę i galaktozę. Najpierw ten węglowodan jest przekształcany w galaktozo-1-fosforan, proces ten jest katalizowany przez galaktokinazę. Następnie związek zawierający fosfor jest przekształcany w glukozo-1-fosforan. Na tym etapie powstają również urydynodifosfogalaktoza i UDP-glukoza. Kolejne etapy procesu przebiegają według schematu podobnego do rozkładu glukozy.
Oprócz tej ścieżki metabolizmu galaktozy, możliwy jest również drugi schemat. Najpierw powstaje również galaktozo-1-fosforan, ale kolejne etapy wiążą się z powstawaniem cząsteczek UTP i glukozo-1-fosforanu.
Wśród licznych stanów patologicznych związanych z metabolizmem węglowodanów galaktozemia zajmuje szczególne miejsce. Zjawisko to jest związane z chorobą dziedziczoną recesywnie, zw którym poziom cukru we krwi wzrasta z powodu galaktozy i osiąga 16,6 mmol/l. Jednocześnie praktycznie nie ma zmiany zawartości glukozy we krwi. Oprócz galaktozy w takich przypadkach we krwi gromadzi się również galaktozo-1-fosforan. Dzieci ze zdiagnozowaną galaktozemią mają upośledzenie umysłowe, a także mają zaćmę.
W miarę zmniejszania się wzrostu zaburzeń metabolizmu węglowodanów, przyczyną jest rozpad galaktozy na drugiej ścieżce. Dzięki temu, że biochemikom udało się poznać istotę toczącego się procesu, możliwe stało się radzenie sobie z problemami związanymi z niepełnym rozkładem glukozy w organizmie.
