Glykolýza

Glykolýza (z řeckého. Glycys - sladká a lýza - rozpouštění, rozklad) je sled enzymatických reakcí vedoucích k přeměně glukózy na pyruvát se současnou tvorbou ATP..

Za aerobních podmínek proniká pyruvát mitochondrie, kde je zcela oxidován na CO2 a H2A. Pokud je obsah kyslíku nedostatečný, jako je tomu v případě aktivního stahování svalů, pyruvát se změní na laktát.

Glykolýza tedy není jen hlavním způsobem využití glukózy v buňkách, ale také jedinečným způsobem, protože může používat kyslík, pokud

ta je dostupná (aerobní podmínky), ale může nastat v nepřítomnosti kyslíku (anaerobní podmínky).

Anaerobní glykolýza je komplexní enzymatický proces rozkladu glukózy, ke kterému dochází v lidských a zvířecích tkáních bez spotřeby kyslíku. Konečným produktem glykolýzy je kyselina mléčná. Při glykolýze se tvoří ATP. Celková rovnice glykolýzy může být znázorněna takto:

Za anaerobních podmínek je glykolýza jediným procesem v těle zvířete, který dodává energii. Je to díky glykolýze, že lidské a zvířecí tělo může vykonávat řadu fyziologických funkcí v období nedostatku kyslíku. V případech, kdy glykolýza probíhá v přítomnosti kyslíku, je považována aerobní glykolýza.

Sekvence anaerobních glykolýz, jakož i jejich meziprodukty, jsou dobře známy. Glykolýza je katalyzována jedenácti enzymy, z nichž většina je izolována v homogenní, clystalické nebo vysoce purifikované formě a jejichž vlastnosti jsou dobře známy. Všimněte si, že k glykolýze dochází v hyaloplazmě (cytosolu) buňky..

První enzymatická glykolýza je fosforylace, tj. přenos orthofosfátového zbytku na glukózu díky ATP. Reakce je katalyzována enzymem hexokináza:

Tvorba glukózy-6-fosfátu v hexokinázové reakci je doprovázena uvolněním významného množství volné energie systému a lze ji považovat za prakticky nevratný proces.

Nejdůležitější vlastností hexokinázy je její inhibice glukóza-6-fosfátu, tj. ten slouží jako reakční produkt i jako alosterický inhibitor.

Enzym hexokináza je schopna katalyzovat fosforylaci nejen D-glukózy, ale také dalších hexóz, zejména D-fruktózy, D-manózy atd. V játrech je kromě hexokinázy enzym glukokinázy, který katalyzuje fosforylaci pouze D-glukózy. Tento enzym ve svalové tkáni chybí (více viz kapitola 16).

Druhou glykolýzou je přeměna glukózy-6-fosfátu působením enzymu glukóza-6-fosfatisomerázy na fruktózu-6-fosfát:

Tato reakce probíhá snadno oběma směry a nevyžaduje žádné kofaktory..

Třetí reakce je katalyzována enzymem fosfhofructokináza; výsledný fruktóza-6-fosfát je znovu fosforylován druhou molekulou ATP:

Tato reakce, podobně jako hexokináza, je prakticky nevratná, probíhá v přítomnosti iontů hořčíku a je nejpomaleji probíhající glykolýzou. Ve skutečnosti tato reakce obecně určuje rychlost glykolýzy.

Fosfhofructokináza je alosterický enzym. Je inhibován ATP a stimulován AMP. Při významných poměrech ATP / AMP je inhibována aktivita fosfhofruktokinázy a glykolýza se zpomaluje. Naopak se snížením tohoto koeficientu se zvyšuje intenzita glykolýzy. Takže ve zlomeném svalu je aktivita fosfhofruktokinázy nízká a koncentrace ATP je relativně vysoká. Během svalové práce dochází k intenzivní spotřebě ATP a zvyšuje se aktivita fosfhofruktokinázy, což vede ke zvýšené glykolýze..

Čtvrtá glykolýza je katalyzována enzymem aldolázy. Pod vlivem tohoto enzymu se fruktóza-1,6-bisfosfát dělí na dvě fosfotriózy:

Tato reakce je reverzibilní. V závislosti na teplotě je rovnováha stanovena na různých úrovních. Jak teplota stoupá, reakce se posune směrem k vyšší tvorbě triosfosfátů (dihydroxyaceton fosfát a glyceraldehyd 3 fosfát).

Pátou reakcí je izomerizace triosfosfátů. Katalyzováno enzymem triosofosfatisomeráza:

Rovnováha této isomerázové reakce je posunuta směrem k dihydroxyaceton fosfátu: 95% dihydroxyaceton fosfátu a asi 5% glyceraldehyd-3-fosfátu. V následujících glykolýzních reakcích lze přímo zahrnout pouze jeden ze dvou vytvořených triosofosfátů, konkrétně glyceraldehyd-3-fosfát. Výsledkem je, že při spotřebě během dalších transformací aldehydové formy fosfotriosy se di-hydroxyacetonfosfát přemění na glyceraldehyd-3-fosfát..

Tvorba glyceraldehyd-3-fosfátu, tak jak byla, dokončí první stupeň glykolýzy. Druhá fáze je nejobtížnější a nejdůležitější. Zahrnuje redoxní reakci (glykolytickou oxidoredukční reakci), spojenou s fosforylací substrátu, během níž se tvoří ATP.

V důsledku šesté reakce podléhá glyceraldehyd-3-fosfát v přítomnosti enzymu glyceraldehyd-fosfát dehydrogenázy, koenzymu NAD a anorganického fosfátu zvláštní oxidaci za vzniku kyseliny 1,3-bisfosfoglycerinové a snížené formy NAD (NADH). Tato reakce je blokována jodem nebo bromacetátem, probíhá v několika fázích:

1,3-Bisfosfoglycerát je vysoce energetická sloučenina (makroergická vazba je obvykle označena znakem "tilde"

) Mechanismus účinku glyceraldehyd-fosfát dehydrogenázy je následující: v přítomnosti anorganického fosfátu působí NAD + jako akceptor štěpení vodíku z glyceraldehyd-3-fosfátu. Během tvorby NADH se glyceraldehyd-3-fosfát váže na molekulu enzymu díky skupinám SH druhé skupiny. Výsledná vazba je bohatá na energii, ale je křehká a štěpí se pod vlivem anorganického fosfátu, přičemž se tvoří kyselina 1,3-bisfosfoglycerová.

Sedmá reakce je katalyzována fosfoglycerát kinázou, s přenosem energeticky bohatého fosfátového zbytku (fosfátová skupina v poloze 1) na ADP za vzniku ATP a kyseliny 3-fosfoglycerinové (3-fosfoglycerát):

Díky působení dvou enzymů (glyceralde-fosfát dehydrogenázy a fosfoglycerát kinázy) je tedy energie uvolněná během oxidace aldehydové skupiny glyceraldehyd-3-fosfátu na karboxylovou skupinu uložena ve formě energie ATP. Na rozdíl od oxidativní fosforylace se tvorba ATP z vysokoenergetických sloučenin nazývá fosforylace substrátu..

Osmá reakce je doprovázena intramolekulárním přenosem zbývající fosfátové skupiny a kyselina 3-fosfoglycerová se převede na kyselinu 2-fosfoglycerovou (2-fosfoglycerát)..

Reakce je snadno reverzibilní, probíhá v přítomnosti iontů Mg2 +. Kyselina 2,3-bisfosfoglycerinová je také kofaktorem enzymu stejným způsobem, jako glukóza-1,6-bisfosfát hraje roli kofaktoru při fosfoglukomutázové reakci:

Devátá reakce je katalyzována enzymem enolázou, zatímco kyselina 2-fosfoglycerová v důsledku štěpení molekuly vody přechází na kyselinu fosfoenolpyruvovou (fosfoenolpyruvát) a fosfátová vazba v poloze 2 se stává vysoce ergickou:

Enolasa je aktivována dvojmocnými kationty Mg 2+ nebo Mn 2+ a je inhibována fluoridem.

Desátá reakce je charakterizována přerušením vysoké ergické vazby a přenosem fosfátového zbytku z fosfoenolpyruvátu na ADP (fosforylace substrátu). Katalyzováno enzymem pyruvát kinázy:

Působení pyruvát kinázy vyžaduje ionty Mg 2+ a také monovalentní kationty alkalických kovů (K + nebo jiné). Uvnitř buňky je reakce téměř nevratná.

V důsledku jedenácté reakce se kyselina pyruvová sníží a vytvoří se kyselina mléčná. Reakce probíhá za účasti enzymu laktát dehydrogenázy a koenzymu NADH vytvořeného v šesté reakci:

Pořadí reakcí, ke kterým dochází během glykolýzy, je znázorněno na obr. 10.3.

Obr. 10.3. Sekvence glykolýzních reakcí.

1 - hexokináza; 2 - fosfoglukoizomové časy; 3 - fosfhofruktokináza; 4 - aldoláza; 5 - triosofosfatisomeráza; 6 - glyceraldehyd fosfát dehydrogenáza; 7-fosfoglycerát kináza; 8 - fosfoglyceromutáza; 9 - enolaza; 10 - pyruvát-naza; 11 - laktát dehydrogenáza.

Reakce redukce pyruvátu dokončuje vnitřní redoxní cyklus glykolýzy. NAD + v tomto případě hraje roli přechodného nosiče vodíku z glyceraldehyd-3-fosfátu (6. reakce) do kyseliny pyruvové (11. reakce), zatímco se regeneruje a může se znovu účastnit cyklického procesu zvaného glykolytická oxidoredukce.

Biologický význam glykolýzy spočívá především ve tvorbě energeticky bohatých sloučenin fosforu. V prvních fázích glykolýzy jsou spotřebovány 2 molekuly ATP (reakce hexokinázy a fosfhofruk-tokinázy). Na následujících čtyřech molekulách se vytvoří ATP (reakce fosfoglycerát kinázy a pyruvát kinázy). Energetická účinnost glykolýzy za anaerobních podmínek je tedy 2 ATP molekuly na molekulu glukózy.

Jak bylo uvedeno, hlavní reakcí, která omezuje rychlost glykolýzy, je fosfhofructokináza. Druhou reakcí, která omezuje rychlost a reguluje glykolýzu, je hexokinázová reakce. Kromě toho je glykolýza také regulována LDH a jeho isoenzymy..

V tkáních s aerobním metabolismem (tkáně srdce, ledviny atd.) Převažují izoenzymy LDH.1 a LDH2 (viz kapitola 4). Tyto isoenzymy jsou inhibovány i malými koncentracemi pyruvátu, což zabraňuje tvorbě kyseliny mléčné a přispívá k úplnější oxidaci pyruvátu (přesněji acetyl-CoA) v cyklu trikarboxylové kyseliny.

V lidských tkáních, které do velké míry využívají energii glykolýzy (například kosterní sval), jsou hlavními isoenzymy LDHPět a LDH4. Aktivita LDHPět maximum při koncentracích pyruvátu, které inhibují LDH1. Prevalence LDH isoenzymů4 a LDHPět způsobuje intenzivní anaerobní glykolýzu s rychlou přeměnou pyruvátu na kyselinu mléčnou.

Jak bylo uvedeno, proces anaerobního rozkladu glykogenu se nazývá glykogenolýza. Zapojení D-glukózových jednotek glykogenu do procesu glykolýzy probíhá za účasti 2 enzymů - fosforylázy a a fosfo-glukomutázy. Glukóza-6-fosfát vytvořený v důsledku fosfoglukomutázové reakce může být zahrnut do procesu glykolýzy. Po vytvoření glukózy-6-fosfátu se další cesty glykolýzy a glykogenolýzy zcela shodují:

Při glykogenolýze ve formě makroergických sloučenin se ne akumulují dvě, ale tři molekuly ATP (ATP se neztrácí při tvorbě glukózy-6-fosfátu). Zdá se, že energetická účinnost glykogenolýzy se zdá být o něco vyšší ve srovnání s glykolýzou, ale tato účinnost je realizována pouze v přítomnosti aktivní fosforylázy a. Je třeba mít na paměti, že ATP je spotřebován v procesu aktivace fosforilázy b (viz obr. 10.2)..

Glykolýza

Glykolýza (řecké glykosy - sladká, lýza - štěpení) je první fází buněčného dýchání, což je sled reakcí, během nichž jedna molekula glukózy (C6H12Ó6) je rozdělena na dvě molekuly kyseliny pyruvové (C3H4Ó3) Reakce probíhají v cytoplazmě bez účasti kyslíku, ale za účasti enzymů. V pyruvátu jsou atomy uhlíku v oxidovanější formě, protože čtyři atomy vodíku se oddělí a redukují další sloučeninu (NAD na NAD · H2).

Celková rovnice pro reakci glykolýzy

Čistý výnos energie uložené v ATP jsou pouze dvě molekuly, což ukazuje na nízkou účinnost tohoto stupně buněčného dýchání. Většina glukózové energie zůstává v kyselině pyruvové a je také uložena v NAD · H2. Při aerobním dýchání se tato energie používá k získání většiny molekul ATP..

Protože během glykolýzy ztrácí glukóza čtyři atomy vodíku, oxiduje se. Nikotinamid adenin dinukleotidové (NAD +) molekuly působí jako akceptory vodíku.

Glukóza se nerozkládá okamžitě na pyruvát, ale prostřednictvím řady sekvenčních reakcí. Celkově je lze reprezentovat ve třech fázích:

Glukóza je fosforylována fosfátovými skupinami ATP a převedena na fruktózu-1,6-bisfosfát. V tomto případě se používají dvě molekuly ATP, které se stávají ADP.

Fruktóza-1,6-bisfosfát se rozpadá na dva fosforylované tri-uhlíkové cukry.

Tyto cukry se mění na kyselinu pyruvovou. V tomto případě jsou syntetizovány čtyři molekuly ATP a vodík je připojen ke dvěma molekulám NAD.

Na glykolýze se podílí asi devět enzymů, které tvoří dopravník. Jak je patrné ze schématu, glykolýza probíhá v deseti fázích.

Při další oxidaci kyseliny pyruvové v mitochondriích se využívá energie uložená v NAD · H2.

V procesu evoluce je glykolýza prvním způsobem, jak získat ATP. V dnešní době je charakteristická prokaryota i eukaryota jako jedna ze stádií buněčného dýchání.

Je třeba mít na paměti, že glykolýza není jedinou metodou oxidace glukózy v buňkách..

Sekce 32 a 34 glykolýza. Aerobní metabolismus uhlohydrátů

Textová spisovatelka - Anisimova E.S..
Nelze prodat text. Autorská práva vyhrazena.
Pro komentáře:
https://vk.com/bch_5

Odstavce 32 a 34.
Reakce, vzorce a enzymy najdete v souboru „32 GYCOLYSIS FORMULAS“.

ODST. 32:
Glykolýza.
Odstavec 34:
„Aerobní metabolismus uhlohydrátů“.

Glykolýza je proces přeměny glukózy na pyruvát (10 reakcí).
Považuje se za druhé stadium katabolismu (druhé se nazývá sjednocení) v metabolismu uhlohydrátů - viz odstavec 20.
Lokalizace procesu - glykolýza se vyskytuje ve všech buňkách těla, v hyaloplazmě.
Glukóza pro glykolýzu a další procesy vstupuje do buněk z krve, pro které musí být v krvi udržována dostatečná koncentrace glukózy (od 3 mmol / l - viz odstavec 37).
Transport glukózy přes buněčné membrány se provádí pomocí speciálních proteinů transportujících glukózu. Transport glukózy do buněk mnoha tkání (například tukové a svalové tkáně, ale ne neuronů a červených krvinek) je stimulován inzulinem (viz str. 102, 103); a proto se snížením množství inzulínu v krvi nebo snížením účinku inzulínu (při diabetu) se sníží transport glukózy do buněk těchto tkání, což vede k nedostatku glukózy v buňkách a nadbytku glukózy v krvi - viz odstavec 37.
Kromě toho, když se rozloží svalový glykogen (glykogenolýza - viz str. 31), vytvoří se metabolit glykolýzy - glukóza-6-fosfát, který okamžitě vstupuje do druhé glykolytické reakce..

32.2. Konečné metabolity glykolýzy, význam a tkáňové vlastnosti
(tj. v jakých buňkách a tkáních jsou možnosti).

Centrálním koncovým metabolitem glykolýzy je PIRUVAT (2 molekuly pyruvátů jsou tvořeny z jedné molekuly glukózy).
Další transformace pyruvátu závisí na podmínkách, za kterých probíhá glykolýza - buď v laktátu nebo v acetylCoA, nebo v oxaloacetátu (viz níže).

32.2.1. Transformace pyruvátu za aerobních podmínek
(VÝMĚNA AEROBICKÝCH KARBOHYDRÁTŮ:

toto je glykolýza na pyruvát a další transformace pyruvátu, které jsou zde uvedeny):
V přítomnosti kyslíku a možnosti jeho použití (tj. Za aerobních podmínek v mitochondriích ve všech buňkách kromě červených krvinek)
1 - pyruvát se může přeměnit na ACETIL-CoA působením PDH (viz odstavec 20, 21, „32 glykolýzních vzorců“), což dává 2,5 ATP z každé molekuly pyruvátu.

Pyruvát; acetylCoA + 2,5 ATP

2.1 - AcetylCoA může vstoupit do CTK, což může vést k produkci 10 molekul ATP z každé molekuly acetylCoA. A přeměna acetylCoA na oxid uhličitý pro vypršení platnosti. Co dokončuje rozklad uhlovodíkové kostry molekuly glukózy.

acetylCoA; 2CO2 + 10 ATP (po vstupu na ústřední topení a DC)

2.2 - V játrech lze acetylCoA použít pro syntézu mastných kyselin (pro sytost, viz odstavec 46), ketonových těl (pro hlad a stres, viz odstavec 47) a cholesterolu (viz odstavec 49), také reakce CTK) - aminokyseliny glutamátu, glutaminu atd. (viz str. 67).

acetylCoA; mastné kyseliny, ketonová těla, cholesterol, aminokyseliny (s oxaloacetátem)

3 - Aminokyselina ALANIN (viz str. 64, 67 a 33) a ketokyselina OXALOACETÁT (viz str. 33), která může 1) být použita v TCA (viz str. 21) a 2) pro syntézu aminokyselin, se mohou tvořit z pyruvátu. aspartát pro syntézu asparaginu, proteinů, pro neutralizaci amoniaku při syntéze močoviny (viz str. 66) a pro syntézu nukleotidů (a poté RNA a DNA).

4 - z glykolýzového metabolitu 3-fosfoglycerátu (viz str. 67) lze syntetizovat aminokyselinu SERIN, ze které lze syntetizovat glycin, cystein, lipoidy (viz str. 52).

Pyruvát; alanin nebo oxaloacetát (; aspartát; močovina nebo nukleotidy; DNA a RNA)

OXALOACETATE pro CTK nebo; aspartát; močovina nebo nukleotidy; DNA a RNA)
; (biotin!)
Alanin; Pyruvát; (PDG) ACETIL-CoA (+ 2,5 ATP); (v CTK) 2CO2 + 10 ATP (celkem 12,5 ATP)
; (působením PDH, vitamínů - B1, B2, PP, pantothenát, lipoic)
acetylCoA; mastné kyseliny (pro tuk a lipoidy), ketonová těla, cholesterol

GLYCOLYSIS v aerobních podmínkách se používá k získání všech těchto látek, včetně syntéz (lze říci, že toto je anabolická role glykolýzy analogicky s anaerobní rolí CTK). Účast glykolýzy na produkci ATP je energetickou úlohou glykolýzy. Účast glykolýzy na glukózovém katabolismu (přeměna 6-uhlíkové glukózové molekuly na dvě pyruvátové molekuly se třemi atomy uhlíku) a zásobování metabolitů pro CTK (acetyl CoA a oxaloacetát) je katabolická. To jsou přínosy glykolýzy za aerobních podmínek..
Nevýhodou aerobního metabolismu glukózy je to, že její reakce se objevují pouze za aerobních podmínek a nevyskytují se v anaerobních podmínkách.

32.2.2. Transformace pyruvátu za anaerobních podmínek.
Při absenci kyslíku nebo nemožnosti jeho použití v dýchacím řetězci (viz bod 22), tj. Za anaerobních podmínek, se pyruvát přemění na LACTATE (působením enzymu LDH).,
protože za anaerobních podmínek se pyruvát nemůže proměnit v acetylCoA, protože PDH nefunguje (kvůli nadbytku NADH a nedostatku NAD).
Důvodem snížené aktivity PDH a tvorby laktátu může být nedostatek vitamínů PDH, zejména B1.
Laktát je anion kyseliny mléčné, která se při buněčném pH (asi 7) disociuje na laktát a proton; zvýšení koncentrace protonů (H +) se nazývá acidóza („acidifikace“), protože přítomnost protonů vytváří kyselé prostředí, kyselá reakce a snižuje pH.

Erytrocyty nemohou používat kyslík v dýchacím řetězci kvůli nedostatku mitochondrií a dýchacího řetězce,
stejně jako všechny buňky, pokud v nich dýchací řetězec nefunguje (viz bod 22) v důsledku vniknutí inhibitorů dýchacího řetězce.

Nedostatek kyslíku (hypoxie) se vyskytuje ve všech buňkách s narušením dodávky kyslíku:
1) v důsledku narušení průtoku krve (v důsledku krevních sraženin, škrtidla, mačkání, poklesu krevního tlaku, velké ztráty krve, srdečního selhání atd.),
2) kvůli poruše červených krvinek (viz 121),
3) kvůli zhoršenému přísunu kyslíku do plic (s emfyzémem plic u kuřáků, s bronchospasmem atd.).
Konverze glukózy na laktát za anaerobních podmínek může být nazývána anaerobní glykolýza..

Laktát je nebezpečný, protože jeho akumulace vede k ACIDOSE zvané laktátová acidóza (na rozdíl od ketoacidózy s hromaděním ketonových těl - viz odstavec 47). Laktátová acidóza a ketoacidóza jsou metabolické acidózy, tj. Acidózy způsobené hromaděním metabolitů (kyselin) a metabolické poruchy. Existuje také respirační acidóza - to je spojeno s respiračním selháním (zadržování dechu). Při veškeré acidóze se zhoršuje zdravotní stav, práce proteinů je narušena (protože optimální pro většinu bílkovin je pH 7), dochází k pocitu nevolnosti. Těžká acidóza může vést k kómě, ale to není typické pro zdravé lidi..

32.3. LAKÁTOVÁ VÝMĚNA.
Jedná se o procesy tvorby a použití laktátu..

32.3.1. LAKÁTOVÁ FORMACE.

Jak je uvedeno výše, laktát se tvoří během anaerobní glykolýzy v červených krvinkách, svalech a dalších buňkách za anaerobních podmínek. Z buněk se může dostat do krevního řečiště, což s nadbytkem laktátu vede k acidóze.
Tkáně laktátových zdrojových buněk:
V klidu hlavní množství laktátu vstupuje do krevního řečiště z červených krvinek, a když svaly dobře fungují, ze svalů.
Kromě toho laktát vstupuje do krevního řečiště z buněk, které nemají kyslík nebo ve kterých dýchací řetězec, CTK a PDH nefungují. Důvodem snížené práce CTK je nedostatek vitamínů CTK, zejména B1. Viz 32.2.2.

32.3.2. Použití a likvidace laktátu.
Z krve většina laktátu vstupuje do jaterních buněk, kde je využívána. To snižuje acidózu. Porušení jater (selhání jater) proto může způsobit nadbytek laktátu v krvi (kvůli sníženému použití laktátu v jaterních buňkách).

Laktátové metabolické cesty - 25% a 75%.
25% laktátu se podrobí tzv. Laktátové oxidaci.
Kde:
1) laktát je přeměněn na pyruvát působením enzymu LDH, který dává 2,5 ATP v důsledku tvorby NADH a jeho použití v dýchacím řetězci,
2) pak se pyruvát přemění na acetylCoA působením PDH, což dává další 2,5 ATP v důsledku tvorby NADH a jeho použití v dýchacím řetězci,
3) pak acetylCoA vstupuje do CTK, což dává dalších 10 ATP.
Celkově oxidace jedné molekuly laktátu poskytuje 15 molekul ATP.
Laktátové oxidační reakce se vyskytují pouze za aerobních podmínek..

75% laktátu se používá k syntéze glukózy, která se nazývá glukoneogeneze (GNG) a vyskytuje se hlavně v játrech.
Proto může snížení GNG způsobit nadbytek laktátu a acidózu..
Při přeměně laktátu na glukózu:
1) nejprve se laktát přemění na pyruvát působením LDH, jako při oxidaci laktátu,
2) pak se pyruvát přemění na OXALOACETATE (viz odstavec 33 a odstavec 21), což vyžaduje vitamín BIOTIN - bez biotinu nedochází k reakci (nedostatek biotinu, narušení této reakce, GNG a nadbytek laktátu jsou způsobeny nadměrnou spotřebou syrových vajec, protože obsahují látku, která zabraňuje vstřebávání biotinu),
3) oxaloacetát je přeměňován na glukózu během glukoneogenezních reakcí.

32.3.3. Přebytek laktátu.
Musí existovat rovnováha mezi procesy tvorby laktátu a jeho použitím, díky čemuž koncentrace laktátu v buňkách a krvi nepřekračuje normální hodnoty..
Zvýšení koncentrace laktátu v buňkách vede ke snížení pH v buňkách, narušení fungování buněčných proteinů a poškození buněk. Například svaly s nadměrnou koncentrací laktátu ztratí schopnost stahovat.

Zvýšení koncentrace laktátu v krvi se nazývá hyperLACTATemia a vede k acidóze..
Nadbytek laktátu vede buď ke zvýšení tvorby laktátu, nebo ke snížení jeho využití.

Důvody zvýšené tvorby laktátu (viz výše 32.2.3. A 32.3) -
1) nedostatek kyslíku (hypoxie s anémií, srdeční nebo plicní nedostatečnost atd.) Nebo snížení jeho použití,
2) snížení přeměny pyruvátu na acetylCoA v důsledku poruchy funkce PDH s nedostatkem B1 nebo jiných vitamínů PDH,
3) zvýšená koncentrace NADH, ke které dochází nejen při nedostatku kyslíku, ale také při alkoholu.
Důvody pro snížené použití laktátu a pyruvátu:
1) nedostatek vitamínů PDH a biotinu, bez nichž nedochází k reakcím v užívání a pyruvátu,
2) narušení jater, při kterém by měl proudit GNG.

K nápravě acidózy způsobené nadbytkem laktátu je třeba odstranit příčiny nadbytku laktátu - obnovit průtok krve, brát vitamíny, nepít alkohol atd..

32.4. Produkce ATP během anaerobní glykolýzy
(energetická bilance anaerobní glykolýzy).
Za anaerobních podmínek vám glykolýza (ve které je glukóza přeměněna na laktát) umožňuje syntetizovat 2 molekuly ATP metodou fosforylace substrátu (viz soubor „32 glykolýzních vzorců“ reakcí č. 7 a 10, jakož i položky 23), na základě použití jedné molekuly glukózy (konverze jedna glukóza ve 2 molekulách laktátu).

1. Toto množství stačí pouze pro červené krvinky (nemají jiné zdroje ATP).
Zbývajících buněk (2 ATP molekuly z jedné glukózové molekuly) je málo, ale bez anaerobní glykolýzy by buňky neměly za anaerobních podmínek.
2. Při použití turniketu a v jiných situacích nepokračují poruchy krevního toku v tkáních končetin nekrózu po dobu přesně proto, že existuje malé množství ATP, které je produkováno během glykolýzy za anaerobních podmínek. A po hodině existuje riziko nekrózy právě proto, že ATP z anaerobní glykolýzy je malý.
3. Množství ATP, které jim anaerobní glykolýza může poskytnout, nestačí pro mozkové buňky, takže nejsou schopny na rozdíl od tkání končetin vydržet hypoxii po dobu jedné hodiny.
4. Při intenzivní svalové práci (například při běhu sto metrů nebo při zvedání tyče) se v nich vyskytují anaerobní podmínky. Přítomnost ATP v nich pro práci je podporována právě díky 2 ATP anaerobní glykolýzy, která se během svalové práce rychle „zapne“..
Dříve se anaerobní glykolýza ATP tvoří díky tvorbě kreatin / fosfátu - viz str. 68. Delší svalová práce vyžaduje produkci ATP během aerobních procesů - aerobní metabolismus glukózy a -oxidace mastných kyselin.

32.5. Výhody a nevýhody anaerobní glykolýzy.
Skutečnost, že anaerobní glykolýza poskytuje alespoň trochu ATP bez kyslíku, je tedy VÝHODOU.
A skutečnost, že toto množství ATP je NÍZKÉ (pouze červené krvinky, tkáně končetin s hypoxií a kosterní svaly s krátkou tvrdou prací, je dost, ale jiné tkáně nemají vůbec dost a tkáně končetin chybí déle než hodinu, není dost svalů pro dlouhou práci - toto NEDOSTATEK anaerobní glykolýzy).
Další nevýhodou anaerobní glykolýzy je to, že nadbytek jejího konečného metabolitu (laktátu) vede k acidóze.

Glykolýza je jediný proces, díky kterému se ATP může tvořit v nepřítomnosti (nebo nepoužívání) kyslíku. Je to glykolýza, která poskytuje molekulám ATP červené krvinky, ve kterých neexistují žádné jiné zdroje ATP kvůli absenci mitochondrie a respiračního řetězce, viz odstavec 23.

32.6. Produkce ATP během aerobního metabolismu glukózy.
Viz „32 vzorců glykolýzy“ a 32.2.
Za aerobních podmínek je glukóza přeměněna na 6 molekul CO2, což je doprovázeno syntézou 32 molekul ATP.
Během glykolýzy se glukóza mění na 2 molekuly pyruvátů, což je doprovázeno tvorbou 2 molekul ATP metodou fosforylace substrátu a dvou molekul NADH (viz reakce glykolýzy č. 6)..
Každá z těchto 2 NADH molekul dává 2,5 ATP, tj. Celkem 5 (pomocí DC).
Každá ze dvou pyruvátových molekul dává 12,5 ATP molekul, tj. Celkem 25.
Celkově může glukóza produkovat 32 ATP molekul. (2 + 2,5 * 2 + 12,5 * 2).
V mozku, kvůli zvláštnostem metabolismu, glukóza nedává 32, ale 30 ATP molekul.

32.7. Regulace glykolýzy. Viz odstavce 6 a 7, 33, 37, 102.
Účelem regulace jakéhokoli procesu je to, že jeho rychlost odpovídá potřebám těla a jednotlivých buněk.
Změna rychlosti procesu se provádí změnou aktivity nebo koncentrace enzymů procesu pod vlivem metabolitů a hormonů..
Aktivita je zvýšena aktivátory a snížena inhibitory.
Koncentrace enzymů se zvyšuje v důsledku zvýšené syntézy enzymů pod vlivem induktorů a snižuje se v důsledku poklesu syntézy pod vlivem represorů..

Není nutné regulovat všechny enzymové glykolytické reakce. Stačí regulovat aktivitu určitých enzymů. Tyto regulované enzymy se nazývají KEY - viz kapitola 7.
V glykolýze jsou klíčovými enzymy tři - enzymy první reakce, poslední a třetí - hexokináza, fosfhofruktokináza a pyruvát kináza.
Enzym první reakce reakční sekvence je často klíčový. Enzym třetí reakce glykolýzy je nejpomalejší - to je také typické (klíčový je enzym nejpomalejší reakce metabolické cesty).

32.7.1. Regulace glykolýzy hormony.
Glykolýza je stimulována inzulinem (v důsledku indukce klíčových enzymů) a je potlačena glukokortikoidy (GCS; v důsledku potlačení klíčových enzymů). Viz odstavec 85.
Katecholaminy adrenalin a norepinefrin zvyšují glykolýzu svalů a potlačují játra.

V důsledku inzulínové stimulace glykolýzy (stejně jako inzulínové stimulace transportu glukózy do mnoha buněk) se absorpce glukózy tkáněmi zvyšuje, což má za následek
1) uspokojit potřeby buněk v glukóze a
2) ke snížení koncentrace glukózy v krvi -
toto snížení koncentrace glukózy v krvi se nazývá hypoglykemický účinek,
a inzulín, který způsobuje snížení koncentrace glukózy v krvi, je hypoglykemický hormon.

32.7.2. Regulace glykolýzy metabolity.
Aktivátory procesu jsou obvykle jeho substráty a inhibitory jsou produkty. Mechanismus je alosterický (viz str. 6).
Aktivátorem glykolýzy je ADP (jako substrát pro přeměnu na ATP) a inhibitory jsou produkty glykolýzy ATP, acetylCoA a citrátu (vzdáleně se jedná o produkty glykolýzy, protože citrát je tvořen z acetylCoA a oxaloacetát vytvořený z pyruvátu).
Účinky ADP jsou opačné než účinky ATP, protože ADP se vytváří během rozpadu ATP a [ADP] se zvětšuje, čím menší [ATP].
Dalším aktivátorem glykolýzy je metabolit fruktóza-2,6-bisfosfát, který aktivuje fosfhofruktokinázu.

Porovnejte regulaci glykolýzy s regulací GNG - tyto dva procesy jsou regulovány stejnými regulátory, ale účinek regulátorů na tyto dva opačné procesy je přímo opačný. To pomáhá říct regulaci GNH, znát regulaci glykolýzy..

REGULÁTOR A METABOLIZMUS UHLÍKU.
Vylepšení procesu
přispívá (hyper / glykémie) nebo nepřispívá? H r m asi
Ying GG KA GKS
; [G] Hyperglykemický
Glykolýza (glukóza v pyruvátu) Ne, vede k hypoglykémii; ; v játrech viz *
Glukoneogeneze (syntéza glukózy) Ano, vede k hyperglykémii; ; v játrech
* Ve svalech kosmické lodi (včetně adrenalinu) nesnižují glykolýzu, ale zvyšují ji, protože kosmická loď musí poskytovat svaly energii díky produkci ATP ve svalech. Glykolýza je jediný proces, který ATP může produkovat v případě nedostatku kyslíku (nedostatek kyslíku se nevyhnutelně vyskytuje v pracovních kosterních svalech, bez ohledu na to, jak tvrdě se plíce a srdce pokoušejí poskytnout svaly kyslík; ale čím lépe je člověk trénován, tím lépe se tělo vyrovná se stresem).

Regulace glykolýzy a metabolitů GNG. (Alosterický).
(Účinek regulátorů na glykolýzu a GNG je opačný.)
AcetylCoA citrát A T F A D F Fruktóza-2,6-bisfosfát
glykolýza Produktový produkt Produktový substrát
Inhibitory glykolýzy Aktivátory glykolýzy
GNG: syntéza
glukózový substrátový produkt
Aktivátory GNG Inhibitory GNG

Tabulka "Glykolýza v různých podmínkách: v anaerobních a aerobních". ;
Glykolýza je „lýza glukózy“, tj. Rozklad (katabolismus) glukózy (její uhlíkové kostry) na pyruvát,
a dále, v závislosti na podmínkách: za anaerobních podmínek se pyruvát přemění na laktát,
a aerobně vstupuje do ČTK a mění se na CO2 a vodu (za účasti DC).
+ - výhoda procesu - nevýhoda.
Ne. Anaerobně V aerobiku
1. Vyžaduje kyslík? Ne (toto +) Ano (toto -)
2. Může se vyskytnout ischemií, hypoxií (1) Ano (toto +) ne
3. Potřebuji pomoc od ústřední topení a DC ne ano
4. S jakým metabolitem končí laktát (snižuje pH, to je) 6 CO2, NON
5. Vytváří laktát? Ano (toto je -) Ne (toto je +)
6. Vede to k acidóze během amplifikace (viz 5) Ano (toto je -) Ne (toto je +)
7. Je třeba mitochondrie? Ne Ano
8. Uniká erytrocyt (viz 7) ano Ne (protože v ES není MX)
9. Kolik ATP dává (na 1 G molekulu) 2 ATP 32 ATP (30 v mozku)
10 Je to dost pro mozek
jako zdroj energie Ne (tedy mozek
bez umírání O2) Ano (hlavní zdroj
ATP pro mozek)
11 Dává metabolity pro CTK (OA atd.) Ne (toto -) ano (toto +)

12
V co takhle asi o tom as tím
(viz výše) 1) pouze dává ATP v EC,
2) dává pouze ATP bez O2, i když nestačí (pouze 2),
3) rychle se zapne, což je užitečné při krátké tvrdé práci 1) dává hodně ATP,
2) dává metabolity CTK
(OA a acetylCoA z P,
a zbytek se vytvoří v CTK, vč. pro aminokyseliny a proteiny)

Jaké jsou šance?
(viz výše) 1) tvoří laktát, což vede k acidóze,
2) je málo ATP (kvůli kterému nelze turniket udržovat po dlouhou dobu) neprotéká
bez kyslíku
(s hypoxií)

14 Co
tkáně nebo buňky
dodává dostatečné množství energie do červených krvinek, kosterních svalů během krátké práce as turniketem - hodinu každému, komu proudí
(neteče v červených krvinkách)

O výměně. Laktát (L) je sůl nebo aniont kyseliny mléčné.

1. Jak se jmenuje zvýšení [L] v krvi Hyper / laktát / emie
2. Než o pa as vysokým [laktátem]
(kyselina mléčná; laktát + H +) Akumulace protonů (H +), tj. ACIDOSIS, což vede k
nevolnost, únava a (s velmi těžkou acidózou) kóma
3. Co PROCESS tvoří laktát Anaerobní glykolýza (s nedostatkem kyslíku a v EC)
4. Které TISSUES jsou zdrojem laktátu (vstupujícího do krve) V klidu - červené krvinky. Při práci kosterních svalů - svalů.
S patologií jakákoli tkáň s hypoxií a bez B1.
5. Jaké PROCESY používají GNG laktát (v játrech) a oxidaci laktátu (LDH, PDH, CTK)
6. Který ORGAN „odebírá“ laktát z krve v játrech (pro přeměnu laktátu na glukózu v GNG)

7.
Příčiny akumulace laktátu
(hyper / laktát / emie),
příbuzný
se zvýšenou tvorbou laktátu
(viz 3 a 4) U zdravých lidí funkce kosterních svalů (únava, nevolnost).
Pacienti mají různé formy GI P O K S AND I, včetně:
1. kvůli ischemii (turniket, krevní sraženina, křeč, pokles krevního tlaku atd.),
2. kvůli patologii dýchacího systému (emfyzém během kouření atd.),
3. kvůli patologii kardiovaskulárního systému,
4. v důsledku anémie (žádné Fe, vitamíny, bílkoviny, hemolýza),
5. se šokem, kolapsem, podmínkami terminálu.
8. Důvody hromadění laktátu,
spojené se snížením jeho využití (použití) 1) patologie jater v důsledku snížení GNG
(p / l jater - kvůli alkoholismu atd.),
2) nedostatek B1, protože Bez ní nemohou pracovat PDG a CTK.

proč všechny komplexní uhlohydráty dávají glukózu, když se rozpadají

Protože VŠECHNY komplexní uhlohydráty (celulóza, škrob, glykogen, chitin) jsou látky získané POLYMERIZACÍ glukózy.
Glukóza je monomer těchto polymerů, který se mnohokrát opakuje ve struktuře. Mnoho z těchto uhlohydrátů se hromadí v buňce, jejich struktura je kompaktní a ergonomičtější než ukládání jednotlivých molekul glukózy. Během oxidace se snadno rozloží na glukózu a poté se tato molekula podrobí řadě biochemických reakcí, aby extrahovala energii.

2. Energetický metabolismus (katabolismus, disimilace)

Teorie:

HOOC - CO - CH 3 kyselina pyrohroznová → OVER ⋅ H + H + laktátdehydrogenáza HOOC - CHOH - CH3 kyselina mléčná.

V lidských svalech s těžkým zatížením a nedostatkem kyslíku se vytváří kyselina mléčná a objevuje se bolest. U netrénovaných lidí se to děje rychleji než u trénovaných lidí.

C6H12O6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6 H20 + 38 ATP.

Kromě glukózy lze k získání energie v buňkách použít i další látky: lipidy, proteiny. Hlavní roli v energetickém metabolismu však ve většině organismů patří cukry..

Glukóza je rozdělena na

36. anaerobní glukózový katabolismus. Reakční sekvence.

Aerobní oxidace glukózy zahrnuje glykolýzové reakce a následnou oxidaci pyruvátu v Krebsově cyklu a respiračním řetězci na CO2 a H2O.

Za aerobních podmínek proniká pyruvát mitochondrie, kde je zcela oxidován na CO2 a H2A. Pokud je obsah kyslíku nedostatečný, jako je tomu v případě aktivního stahování svalů, pyruvát se přemění na laktát.

Při glykolýze se tvoří ATP. Celková rovnice glykolýzy může být znázorněna takto:

Anaerobní rozklad zahrnuje stejné reakce specifické dráhy pro rozpad glukózy na pyruvát, nos, následovanou přeměnou pyruvátu na laktát..

Během anaerobní glykolýzy se 1 glukóza oxiduje na 2 molekuly kyseliny mléčné za vzniku 2 ATP (první 2 ATP se spotřebují, poté se vytvoří 4). Za anaerobních podmínek je glykolýza jediným zdrojem energie. Souhrnná rovnice: С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О.

Anaerobní glykolýza se liší od aerobních pouze v přítomnosti posledních 11 reakcí, prvních 10 reakcí je běžných

Laktát není konečným produktem metabolismu odstraněného z těla. Z anaerobní tkáně je laktát transportován krví do jater, kde se mění na glukózu (Coreyho cyklus) nebo do aerobních tkání (myokard), kde se mění na PVC a oxiduje na CO2 a H2O.

Aerobní oxidace glukózy zahrnuje glykolýzové reakce a následnou oxidaci pyruvátu v Krebsově cyklu a respiračním řetězci na CO2 a H2O.

Za aerobních podmínek proniká pyruvát mitochondrie, kde je zcela oxidován na CO2 a H2A. Pokud je obsah kyslíku nedostatečný, jako je tomu v případě aktivního stahování svalů, pyruvát se přemění na laktát.

První enzymatická reakce glykolýzy (aerobní oxidace glukózy) je fosforylace, tj. přenos orthofosfátového zbytku na glukózu v důsledku ATP. Reakce je katalyzována enzymem hexokináza:

Druhou glykolýzou (aerobní oxidace glukózy) je přeměna glukózy-6-fosfátu působením enzymu glukóza-6-fosfát izomerázy na fruktózu-6-fosfát: Tato reakce probíhá snadno oběma směry a nevyžaduje žádné kofaktory.

Třetí reakce je katalyzována enzymem fosfhofructokináza; výsledný fruktóza-6-fosfát je znovu fosforylován druhou molekulou ATP:

Čtvrtá glykolýza (Aerobní oxidace glukózy) je katalyzována enzymem aldolázy. Pod vlivem tohoto enzymu se fruktóza-1,6-bisfosfát dělí na dvě fosfotriózy:

Pátou reakcí je izomerizace triosfosfátů. Katalyzováno enzymem triosofosfatisomeráza:

Tvorba glyceraldehyd-3-fosfátu, tak jak byla, dokončí první stupeň glykolýzy. Druhá fáze je nejobtížnější a nejdůležitější. Zahrnuje redoxní reakci (glykolytickou oxidoredukční reakci), spojenou s fosforylací substrátu, během níž se tvoří ATP.

V důsledku šesté reakce podléhá glyceraldehyd-3-fosfát v přítomnosti enzymu glyceraldehyd-fosfát dehydrogenázy, koenzymu NAD a anorganického fosfátu zvláštní oxidaci za vzniku kyseliny 1,3-bisfosfoglycerolové a snížené formy NAD (NADH). Tato reakce je blokována jodem nebo bromacetátem, probíhá v několika fázích:

1,3-Bisfosfoglycerát je vysoce energetická sloučenina (makroergická vazba je obvykle označena znakem "tilde"

Sedmá reakce je katalyzována fosfoglycerát kinázou, s přenosem energeticky bohatého fosfátového zbytku (fosfátová skupina v poloze 1) na ADP za vzniku ATP a kyseliny 3fosfoglycerové (3-fosfoglycerát):

Osmá reakce je doprovázena intramolekulárním přenosem zbývající fosfátové skupiny a kyselina 3-fosfoglycerová se převede na kyselinu 2-fosfoglycerovou (2-fosfoglycerát)..

Devátá reakce je katalyzována enzymem enolázou, zatímco kyselina 2-fosfoglycerová v důsledku odstranění molekuly vody přechází na kyselinu fosfoenolpyruvovou (fosfoenolpyruvát) a fosfátová vazba v poloze 2 se stává vysoce ergickou:

Desátá reakce je charakterizována přerušením vysoké ergické vazby a přenosem fosfátového zbytku z fosfoenolpyruvátu na ADP (fosforylace substrátu). Katalyzováno enzymem pyruvát kinázy:

V důsledku jedenácté reakce se kyselina pyruvová sníží a vytvoří se kyselina mléčná. Reakce probíhá za účasti enzymu laktát dehydrogenázy a koenzymu NADH vytvořeného v šesté reakci:

Aerobní rozklad glukózy

Celková rovnice pro aerobní rozklad glukózy:

V aerobním procesu rozkladu glukózy se rozlišují 2 stupně:

1. Přípravný stupeň, během něhož je glukóza fosforylována a rozdělena na 2 molekuly fosfotriozy. Tato série reakcí pokračuje pomocí 2 molekul ATP.

2. Stádium spojené se syntézou ATP. V důsledku této série reakcí se fosfotriosy mění na pyruvát. Energie uvolněná v této fázi se používá k syntéze 10 mol ATP.

Reakce aerobního rozkladu glukózy jsou podobné reakcím na glykolýzu (anaerobní rozklad glukózy)..

Obecné schéma pro aerobní rozklad glukózy:

1-10 - reakce aerobního rozkladu glukózy; 11 - kyvadlový mechanismus transportu vodíku v mitochondriích malát-aspartát; 2 (v kruhu) - stechiometrický koeficient.

XI Mezinárodní studentská vědecká konference Studentské vědecké fórum - 2019

Biochemické reakce rozkladu uhlohydrátů v lidském těle

Všechny biologické procesy probíhající v okolním světě jsou ze své podstaty chemické reakce. Člověk provedl první chemickou reakci, když zapálil - jedná se o spalovací reakci. První antibakteriální použití fermentačních produktů a největší objev v oblasti medicíny provedl Nostradamus. Většina z nás ho zná jako prediktor, ale jeho hlavní předností je, že našel způsob, jak bojovat s morem kyselinou octovou. Historie ukazuje, že mor zbavil Nostradama z jeho první rodiny a přátel. Od té doby hledá lék na hroznou nemoc. Když vědec našel zázračný lék, přesunul se z města do města, kde se objevil mor, a zachránil tak mnoho životů. [Pět]

Prvním biochemikem byla buňka, která se naučila metabolismus energie: naučila se absorbovat světlo a uvolňuje energii nezbytnou pro podporu života. Prvním biochemikem je tedy život sám. Všechny procesy, které se vyskytují v buňkách živého organismu, jsou biochemické reakce.

Název "uhlohydráty" se objevil díky skutečnosti, že mnoho zástupců této třídy má obecný vzorec: Сn (Н)2O) m, kde n a m> = 4. Je známo mnoho uhlohydrátů, které neodpovídají tomuto vzorci, ale přesto se k tomuto dni používá termín „uhlohydráty“. Jiným obecným názvem pro tuto třídu sloučenin je cukr..

Všechny uhlohydráty lze rozdělit do čtyř velkých tříd.

Monosacharidy jsou heterofunkční sloučeniny obsahující oxoskupinu a několik hydroxylových skupin. Nelze je hydrolyzovat na jednodušší formy uhlohydrátů a jsou strukturální jednotkou jakýchkoli uhlohydrátů, například glukózy, fruktózy, ribulózy, ramnózy. Obsahuje různé produkty: ovoce, med, některé druhy vína, čokoláda.

Oligosacharidy jsou sloučeniny vytvořené z několika zbytků monosacharidů spojených glykosidickou vazbou. Dělí se počtem monosacharidů v molekule na disacharidy, trisacharidy atd. Biologicky aktivní oligosacharidové deriváty zahrnují některá antibiotika, srdeční glykosidy.

Disacharidy jsou uhlohydráty, které po hydrolýze produkují dvě identické nebo odlišné molekuly monosacharidů a jsou spojeny glykosidickou vazbou, například laktózou, sacharózou, maltózou. Hydrolýza disacharidů produkuje glukózu.

Polysacharidy - mají obecný strukturální princip s oligosacharidy, s výjimkou zbytků monosacharidů - polysacharidy mohou obsahovat stovky nebo dokonce tisíce z nich. Příklady: škrob, glykogen, chitin, celulóza [3].

Pro lepší pochopení reakcí rozkladu uhlohydrátů v těle se podrobněji zamyslíme nad glukózou, která je součástí těchto procesů..

Glukóza je jedním z nejčastějších sacharidů v přírodě, monosacharidem nebo hexózou C.6N12O6. Jeho druhé jméno je hroznový cukr. Je to bílá rozpustná látka ve vodě, sladká chuť. Molekula glukózy má čtyři nestejné asymetrické atomy uhlíku (obr. 1):

Obr. 1. Struktura molekuly glukózy

Pro takovou sloučeninu jsou možné 2 = 16 stereoizomerů, které tvoří 8 párů zrcadlových optických antipodů. Každá z těchto osmi sloučenin je diastereomer (dia - dvojitý) s fyzikálními vlastnostmi, které jsou k němu vlastní (rozpustnost, teplota tání atd.).

Glukóza se nachází v rostlinných a živých organismech. Jeho obsah je vysoký v hroznové šťávě, v medu, ovoci a bobulích, v semenech a listech kopřivy. Glukóza zvyšuje účinnost mozku, má příznivý účinek na lidský nervový systém. Proto ve stresových situacích lidé někdy chtějí něco sladkého. Kromě toho se v medicíně používá glukóza k přípravě léčiv, konzervaci krve, intravenózní infuze atd. Široce se používá v cukrářském průmyslu, při výrobě zrcadel a hraček (stříbření). Používá se pro barvení tkanin a usní..

Biochemické reakce rozkladu uhlohydrátů v lidském těle

K udržení života v těle se používá energie skrytá v chemických vazbách jídla. Mnoho potravin obsahuje významné množství uhlohydrátů ve formě polysacharidů (cukr, škrob, vláknina) a monosy (glukóza, fruktóza, laktóza atd.). Například v bramborovém škrobu je obsah až 16%, v rýži - 78% a v bílém chlebu - 51%.

Již v lidských ústech začíná proces štěpení sacharidů. Hydrolýza škrobu probíhá pod vlivem biologického katalyzátoru - enzymu amylázy, který se nachází v potravě. Působením amylázy se škrobová molekula rozpadne na poměrně krátké řetězce, které se skládají z glukózových jednotek. Poté se sacharidy dostanou do žaludku. Dále působením žaludeční šťávy končí kyselá hydrolýza škrobu. Škrob se rozpadá na jednotlivé glukózové jednotky. Glukóza vstupuje do střev a stěnami střeva vstupuje do krve, která ji přenáší celým lidským tělem.

Hladina glukózy v krvi je udržována na konstantní úrovni pomocí hormonálního inzulínu, který je vylučován slinivkou břišní. Inzulín polymerizuje přebytek glukózy na živočišný škrob - glykogen, který je uložen v játrech. Část glykogenu v játrech může být hydrolyzována na glukózu, která se pak vrací zpět do krve. K tomu dochází se snížením hladiny glukózy v krvi. Pokud pankreas nemůže produkovat inzulín, hladina glukózy v krvi stoupá, což vede k diabetu. To je důvod, proč lidé s diabetem potřebují pravidelně injikovat inzulín.

Molekula glukózy, která se dostává do buňky těla, oxiduje, „hoří“ vytvářením vody a oxidu uhličitého. V tomto případě se uvolňuje energie potřebná k pohybu, zahřátí, cvičení různých pohybových aktivit atd. Ale biologická oxidace glukózy je podobná konvenčnímu spalování pouze ve svých konečných výsledcích. Biologická oxidace je pomalý, vícestupňový proces. Pouze malá část energie uvolněné během oxidace je přeměněna na teplo v každé fázi tohoto procesu. Významná část energie obsažené v chemických vazbách glukózy je utracena na tvorbu dalších látek, z nichž nejdůležitější v bioenergii je kyselina adenosintrifosforečná C deset H šestnáct N Pět Ó 13 P 3 (ATP). Tato sloučenina se skládá ze tří částí - adeninového heterocyklu, ribózy (cukru) a tří zbytků kyseliny fosforečné, které tvoří ester s ribózou (obr. 2)..

Obr. 2. Struktura kyseliny adenosintrifosforečné

ATP v buňkách je univerzální energetická měna. Mnoho enzymů může provádět chemické reakce, které jsou energeticky náročné díky hydrolytickému odstranění jednoho nebo dvou zbytků kyseliny fosforečné z molekuly ATP (tento proces je doprovázen uvolňováním energie), nebo naopak, mohou využívat energii, která se uvolňuje při reakcích s uvolňováním energie pro vytvoření ATP. Rozštěpením ATP buňka využívá uvolněnou energii pro biosyntézu různých sloučenin a oxidací uhlohydrátů syntetizuje ATP.

První fáze „spalování“ glukózy v buňce je interakce glukózy s ATP (obr. 3). V tomto případě ATP přechází na ADP (adenosin difosfát C deset H 15 N Pět Ó deset P 2 ) a glukózy na 6-fosfát. Tento fosforylační proces probíhá působením enzymu hexokinázy v důsledku přenosu zbytku kyseliny fosforečné (H 3 PO 4 ) z fosforylačního činidla - dárce substrátu:

Obr. 3. Interakce glukózy s ATP.

Dalším stupněm oxidace je „rolování“ fosfátu glukózy na fosfát fruktózy, ke kterému dochází působením enzymu izomerázy (obr. 4). Odlitek typu glukóza - fruktóza dává k dispozici další hydroxylový cukr pro fosforylaci (protože s ATP mohou interagovat pouze okrajové hydroxyly):

Obr. 4. Interakce glukóza-6-fosfátu a enzymu isomerázy.

Po druhé fosforylaci, již pod vlivem jiného enzymu - fosforfructokinázy - je výsledkem fruktóza-1,6-difosfát (C 6 H čtrnáct Ó 12 P 2 ) (Obr. 5):

Obr. 5. Interakce fruktózy-6-fosfátu a 6-fosforuktokinázy.

Fruktóza-1,6-difosfát se rozkládá na dvě části. Ukázalo se, že dihydroxyaceton fosfát (C 3 H 7 Ó 6 P) a glyceraldehyd-3-fosfát (C 3 H 7 Ó 6 P) (obr. 6):

Obr. 6. Rozklad fruktózy-1,6-difosfátu.

Buňka potřebuje pouze druhý produkt a používá enzym izomerázu k přeměně prvního fosfátu na druhý (takže není produkční odpad) (obr. 7):

Obr. 7. Konverze dioxiaceton fosfátu na glyceraldehyd-3-fosfát.

V této fázi vstupují do reakce dvě sloučeniny: glutathion, sloučenina nesoucí merkaptoskupinu SH a nukleotid nikotinamid adenin (NAD)). NAD snadno připojuje vodík: NAD-N2.

Poté se proces vyvíjí, málo podrobně prostudován, ale zatím jej lze popsat následovně. Pod vlivem NAD a jeho redukované formy je enzym dehydrogenáza a kyselina fosforečná, glyceraldehyd-3-fosfát přeměněn na smíšený anhydrid kyseliny 3-fosfoglycerinové a kyseliny fosforečné (obr. 8):

Obr. 8. Konverze glyceraldehyd-3-fosfátu na smíšený anhydrid kyseliny 3-fosfoglycerinové a kyseliny fosforečné.

Po celou tu dobu byla energie pouze absorbována, protože ATP přešel do ADP. Nyní ADP vstoupí do reakce a ATP se objeví v produktech a uvolní se energie. Takže pod vlivem ADP a enzymu se tvoří kyselina fosfoglycerát kináza 3-fosfoglycerová kyselina (obr. 9):

Obr. 9. Tvorba 3-fosfoglycerátu.

Enzym fosfoglyceromutázy v něm způsobuje „rolování“ fosfátové skupiny do polohy 2 (obr. 10):

Obr. 10. Konverze 3-fosfoglycerátu na 2-fosfoglycerát.

Výsledný produkt je ovlivněn enzymem enolázou a získá se ADP - kyselina pyrohroznová (obr. 11.12):

Obr. 11. Dehydratace 2-fosfoglycerátu.

Obr. 12. Převod fosforylové skupiny z fosfoenolpyruvátu na ADP. Pyruvátská formace.

Proces přeměny glukózy na kyselinu pyruvovou v buňce se nazývá glykolýza. V důsledku glykolýzy buňka přijímá osm molekul ATP a dvě molekuly kyseliny pyruvové z jedné molekuly glukózy. Konverze glukózy na kyselinu pyruvovou je prvním krokem společným pro několik procesů. Totéž se děje pod vlivem kvasinek na roztok cukru. Reakce však není čerpána produkcí kyseliny pyruvové. Molekula oxidu uhličitého se odštěpí (působením enzymu dekarboxylázy) a vytvoří se aldehyd kyseliny octové, který je zase napaden enzymem dehydrogenázou a NAD-H2. Výsledkem je, že v nepřítomnosti kyslíku se získá ethylalkohol..

Ve skutečnosti vypadá rovnice tohoto složitého procesu celkem jednoduše:

Toto je proces kvašení. Ve svalech NAD-N2 obnovuje kyselinu pyruvovou na kyselinu mléčnou. K tomu dochází při velké zátěži, když krev nemá čas dodávat kyslík ve správném množství. Proto u sportovců, kteří uběhli na dálku, se množství kyseliny mléčné v krvi prudce zvyšuje [1]..

Enzymy jsou biologické katalyzátory na bázi bílkovin, které pomáhají urychlit chemické reakce v živých organismech i mimo ně. Enzymy mají vysokou katalytickou aktivitu. Například, aby se molekula polykarbohydrátu (škrob, celulóza) nebo jakýkoli protein rozdělil na jednotlivé složky, musí se vařit několik hodin se silnými roztoky alkálií nebo kyselin. A enzymy trávicích šťáv (pepsin, proteáza, amyláza) jsou schopny tyto látky hydrolyzovat během několika sekund při teplotě 37 ° C. Enzymy mají navíc selektivní účinek na strukturu substrátu, podmínky reakce a jeho typ (enzym převádí pouze tento typ substrátu za určitých reakcí a podmínek). Enzymy katalyzují obrovské množství reakcí, které se vyskytují v živé buňce během reprodukce, dýchání, metabolismu atd. [4].

V moderním smyslu je biochemické odbourávání uhlohydrátů metabolickým procesem, při kterém se ATP regeneruje, a produkty rozkladu organického substrátu mohou sloužit jako dárce i jako příjemci vodíku. Velkou roli v biochemických procesech hrají mikroorganismy, enzymy a katalyzátory. Předpokládá se, že anaerobní glykolýza (rozklad uhlohydrátů) byla prvním zdrojem energie pro společné předky všech živých organismů, než byla koncentrace kyslíku v atmosféře poměrně vysoká, a proto je tato forma výroby energie v buňkách starodávnější. S velmi vzácnými výjimkami existuje ve všech živých buňkách..

V současné době se vědci domnívají, že všechny reakce biochemického rozkladu uhlohydrátů v počátečním stádiu mají obecné schéma až do tvorby kyseliny pyruvové. Poté se v závislosti na podmínkách a kvalitě enzymů vytvoří konečné reakční produkty z kyseliny pyrohroznové: alkoholů, kyselin (octová, citrónová, mléčná, jablečná, butylová atd.), Aldehydů, oxidu uhličitého, vodíku, vody atd..

Studium biochemických reakcí rozkladu uhlohydrátů v lidském těle a analýza použitých zdrojů nám umožnila vyvodit následující závěry:

1. Obecně lze schéma mechanismu rozkladu uhlohydrátů znázornit takto: komplexní uhlohydrát (disacharid, polysacharid) glucoseза glukóza hor estery kyseliny fosforečné  glycerický aldehyd  kyselina glykolová  kyselina pyruvová  jsou možné všechny výše uvedené směry.

2. Biochemické reakce uhlohydrátů jsou základem vitální aktivity buněk živých organismů, včetně lidí.

3. Biochemické procesy rozkladu uhlohydrátů, které jsou na první pohled představovány jednoduchými rovnicemi počátečních a konečných produktů, jsou ve skutečnosti složité a vícestupňové procesy.

4. Pro provádění biochemických procesů jsou zapotřebí enzymy a katalyzátory, které urychlují rozklad sacharidů tisíckrát.

Při studiu nejsložitějších procesů probíhajících v živé buňce si vědci myslí: je možné, po poučení z přírody, provádět umělé chemické procesy v bankách a retortech, které kopírují biochemické reakce? Zahájeno z iniciativy akademika N.N. Semenová, takové studie v oblasti „chemické bioniky“ jsou úspěšně prováděny v Rusku a po celém světě [6].

1. Chemie. Sekce: Alkohol z cukru a cukr ze vzduchu. [Elektronický zdroj]. - Režim přístupu: http://djht.ru/19organichescaa/24.html (zpřístupněno 9. prosince 2018).

2. ChiMiK. Glykolýza [Elektronický zdroj]. - Přístupový režim: http://www.xumuk.ru/biologhim/145.html (datum odvolání 21/21/2018).

3. KARBOHYDRÁTY. [Elektronický zdroj]. - Režim přístupu: http://kak.znate.ru/docs/index-43767.html (zpřístupněno 19. prosince 2018).

4. Shekhovtseva T.N. Enzymy: jejich použití v chemické analýze. Soros Educational Journal, 2000 - T. 6 - No. 1 - S. 44–48.

5. Wikipedia. Nostradamus. Životopis. Doktorova kariéra. [Elektronický zdroj]. - Režim přístupu: https://ru.wikipedia.org/wiki/Nostradamus (přístup k 20. prosinci 2018).

6. Moskovchenko N.Ya, Savina G.A. Žádost o udělení N.N. Semenovův Leninův řád // Fyzici o sobě - ​​L.: Nauka, 1990. - S. 89.