Разграждане на глюкозата

  • Предотвратяване

Разграждането на глюкозата е възможно по два начина. Едно от тях е разграждането на шест-въглеродна молекула на глюкоза в две молекули с три въглерода. Този път се нарича дихотомен разбивка на глюкоза. Когато се осъществи вторият път, глюкозната молекула губи един въглероден атом, което води до образуване на пентоза; Този път се нарича апотомичен разпад.

Дихотомичното разграждане на глюкозата може да възникне както в анаеробни (без присъствие на кислород), така и в аеробни (при наличие на кислород) условия. Когато глюкозата се разложи при анаеробни условия, се образува млечна киселина в резултат на ферментация на млечна киселина. В противен случай този процес се нарича гликолиза (от гръцки. Glicos - сладък, лизис - разтваряне).

Отделните реакции на гликолиза катализират 11 ензима, които образуват верига, в която реакционният продукт, ускорен от предходния ензим, е субстрат за следващия. Гликолизата може да бъде разделена на два етапа. В първия етап се получава енергиен разход, а на втория етап се натрупва енергия под формата на АТР молекули (Схема 1).

Първата реакция на гликолизата е глюкозно фосфорилиране с образуването на глюкозо-6-фосфат. Глюкозо-6-фосфатът допълнително се изомеризира до фруктозо-6-фосфат, който се фосфорилира до фруктозо-1,6-дифосфат. Следващата реакция е лиазното разцепване на фруктозо-1,6-дифосфат до две триосе-3-фосфоглицералдехид и фосфодиоксиацетон. Формирането на тези триози завършва първия етап на гликолизата:

Във втория етап на гликолиза влизат 2 молекули 2-фосфоглицералдехид, единият от които се образува директно по време на разграждането на фруктоза-1,6-дифосфат, а другият по време на изомеризацията на фосфодиоксиацетон.

Вторият етап на гликолизата се отваря чрез окислителната реакция на 3-фосфоглицералдехид, катализиран от специфична дехидрогеназа, съдържащ в активния център свободна сулфхидрилна (HS-) група и коензим NAD. В резултат се образува 1,3-дифосфоглицерова киселина. След това идва прехвърлянето на фосфатната група към ADP молекулата; Така енергията се съхранява в макроергичните връзки на АТР молекулата. Тъй като в молекулата на гликолизата се образуват 2 молекули 1,3-дифосфоглицерова киселина, възникват 2 молекули АТР. Изомеризацията на предишния метаболит в 2-фосфоглицеринова киселина е необходима за реакцията на дехидратация, ускорена от съответната лиаза, за образуване на макроергично съединение, фосфоенолпирувинова киселина, която след това прехвърля фосфатната група към ADP молекулата. В резултат на това се образуват 2 АТР и пируровидна киселина (PVA) молекули. Крайната реакция на този метаболитен път е млечна киселина, която се образува при намаляване на пирувиновата киселина:

Схема 1. Гликолиза

Повечето от млечната киселина, образувана в мускула, се измива в кръвния поток. Бикарбонатната буферна система предотвратява промяната на рН на кръвта: спортистите имат по-висок капацитет от нетренираните хора, така че могат да понасят по-високи нива на млечна киселина. След това млечната киселина се транспортира до черния дроб и бъбреците, където почти напълно се преработва в глюкоза и гликоген. Малка част от млечната киселина отново се превръща в пирувинова киселина, която се окислява при аеробни условия до крайните продукти на метаболизма.

Аеробен метаболизъм на PVK В аеробни условия пирувинова киселина се окислява; Този процес се нарича окислително декарбоксилиране на пирувинова киселина. Този процес се катализира от мултиензимен комплекс, наречен пируват дехидрогеназен комплекс. Структурата на този комплекс се състои от три ензима и пет коензима.

Първият етап на аеробната конверсия на PVC е неговото декарбоксилиране, катализирано от пируват декарбоксилаза (Е1), коензим, който е тиамин пирофосфат. В резултат се образува оксиетилов радикал, ковалентно свързан с коензима.

Ензимът, който ускорява втория етап на окислителното декарбоксилиране на PVC, липоацеталтрансферазата съдържа два коензима: липоева киселина и коензим А (KoASH). Хидроксиетил радикалът се окислява до ацетил, който първо се приема от липоева киселина и след това се прехвърля в KoASH. Резултатът от втория етап е образуването на ацетил СоА и дехидролипозната киселина:

Крайният етап на окислителното декарбоксилиране на PVC се катализира от дихидролипоил дехидрогеназа, от която FAD е коензим. Коензимът разцепва два водородни атома от дихидролипозната киселина, като по този начин възстановява първоначалната структура на този коензим:

Крайният акцептор на водородните атоми е НАД:

FAD · 2H + NAD + → FAD + NADH + H +

Обобщената схема на процеса може да бъде представена като:

Ацетил-СоА е съединение с високо енергийна връзка, в противен случай може да се нарече активна форма на оцетна киселина. Освобождаването на коензим А от ацетилния радикал настъпва, когато е включен в амфиболичния цикъл, който се нарича цикъл ди- и трикарбоксилна киселина.

Цикълът на ди- и трикарбоксилни киселини Този амфиболен цикъл се нарича цикъл на Кребс в чест на Г. Кребс (носител на Нобелова награда 1953), който определя последователността на реакциите в този цикъл.

В резултат на функционирането на цикъла на Кребс настъпва пълно аеробно разграждане на ацетилния радикал до въглероден диоксид и вода (схема 2). Цикълът на Кребс може да се разглежда като път за метаболизма на въглехидратите, но ролята му в метаболизма е много по-широк. Първо, той действа като централен метаболитен път на въглерода, който е част от всички основни класове биологични молекули, и второ, заедно с процеса на окислително фосфорилиране, осигурява основния източник на метаболитна енергия под формата на АТФ.

Ензимите от цикъла на ди- и трикарбоксилната киселина, които ускоряват един-единствен многостепенен процес, се локализират във вътрешната митохондриална мембрана.

Схема 2. Цикъл на Кребс

Помислете за специфичната реакция на цикъла на Кребс.

Трансформациите на ацетил СоА започват с неговата кондензационна реакция с оксалооцетна киселина, в резултат на което се образува лимонена киселина. Тази реакция не изисква консумация на АТР, тъй като енергията, необходима за този процес, се осигурява чрез хидролиза на тиоетерната връзка с ацетил-КоА, която, както вече отбелязахме, е макроергична:

Освен това, настъпва изомеризация на лимонена киселина до изолимонична. Ензимът от тази трансформация, аконитазата, първо дехидратира лимонената киселина, за да образува цис-аконитна киселина, след което добавя вода към двойната връзка на получения метаболит, образувайки изокармонова киселина:

Изолимоновата киселина претърпява окисление с участието на специфична дехидрогеназа, чийто коензим е NAD. Едновременно с окисляването, изолимоновата киселина се декарбоксилира. В резултат на тези трансформации се образува а-кетоглутарова киселина.

Следващата стъпка е окислителното декарбоксилиране на а-кетоглутарова киселина. Този процес се катализира от α-кетоглутаратдехидрогеназния комплекс, който е сходен по структура и механизъм на действие с пируватдехидрогеназния комплекс. В резултат на този процес се образува сукцинил-CoA:

Сукцинил-СоА допълнително се хидролизира до свободна янтарна киселина и енергията, отделена по време на този процес, се запазва чрез образуването на гуанозин трифосфат (GTP). Този етап е единственият в целия цикъл, през който енергията на метаболизма се освобождава директно:

Дехидратацията на янтарната киселина ускорява сукцинатдехидрогеназата, коензимът на която е FAD. Фумарова киселина, образувана чрез дехидрогениране на янтарна киселина, хидратира с образуването на ябълчена киселина; крайният процес на цикъл на Кребс е катализирано с малат дехидрогеназа дехидрогениране на ябълчена киселина; Резултатът от този етап е метаболит, с който започва цикъла на ди- и трикарбоксилни киселини - оксалоцетна киселина:

Apotomic разбивка от глюкоза се нарича още пентоза фосфат цикъл. В резултат на преминаването на този път от 6 молекули само на глюкоза-6-фосфат. Апотомичното разлагане може да се раздели на две фази: окислителна и анаеробна. Помислете за индивидуалните реакции на този метаболитен път.

Окислителната фаза на апатомичното разграждане на глюкозата. Както при гликолизата, първият етап е фосфорилирането на глюкоза с образуването на глюкозо-6-фосфат. След това, глюкозо-6-фосфатът се дехидратира с участието на глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа, коензимът на която е NADPH. Полученият 6-фосфоглюконолактон спонтанно или с участието на лактоназа се хидролизира до 6-фосфоглюконова киселина. Окончателният процес на окислителния клон на пентозофосфатния цикъл е окисляването на 6-фосфоглюконова киселина със съответната дехидрогеназа. Едновременно с процеса на дехидрогениране настъпва декарбоксилиране на 6-фосфоглюконова киселина. С загубата на един въглероден атом, глюкозата се превръща в пентоза:

Анаеробна фаза на анатомична разбивка на глюкоза. Образуваният в окислителната фаза рибулозо-5-фосфат може обратимо да изомери до други пентозофосфати: ксилулоза-5-фосфат и рибозо-5-фосфат. Тези реакции се катализират от два различни ензима, принадлежащи към клас изомераза: пентозофосфатна изомераза и пентозофосфатна епимераза. Образуването на две други пентозофосфати от рибулоза-5-фосфат е необходимо за последващите реакции на пентозо-фосфатния цикъл и са необходими две молекули ксилулоза-5-фосфат и една рибозо-5-фосфатна молекула.

На следващо място, има реакции, включващи ензими трансферази, пренасящи молекулни остатъци - трансалдолаза и транскетолаза. Ние посочваме кои молекулярни остатъци носят тези ензими.

Транскетолаза прехвърля двувъглероден фрагмент от 2-кетосукара към първия въглероден атом на алдозата. Трансалдолаза пренася три-въглероден фрагмент от 2-кетосукара към първия алдозен въглероден атом. Ксилулоза-5-фосфат и метаболити, получени с нейното участие, се използват като 2-кетосукарци.

Помислете за някои от реакциите, катализирани от транскетолаза и трансалдолаза.

Фруктозо-6-фосфат и 3-фосфоглицералдехид са включени в гликолизата. И двата въглехидратни метаболизма са тясно свързани (Схема 3).


Схема 3. Връзката между гликолизата и цикъла на пентозния фосфат

Разпадането на глюкозата по протежение на апотомичния път се наблюдава в голяма степен в мастната тъкан, черния дроб, тъканта на гърдата, надбъбречните жлези, половите жлези, костния мозък, лимфоидната тъкан. Ниска активност се наблюдава в мускулната тъкан (сърцето и скелетните мускули).

Биологичната цел на пентозния фосфатен цикъл е свързана с образуването на редуцирана форма на NADP и рибозо-5-фосфат, които се използват в процесите на биосинтеза на различни биологични молекули. Освен това, апатомичният разпад на глюкозата има енергийна функция, тъй като някои от неговите продукти, предимно 3-фосфоглицеринов алдехид, са свързани с гликолиза.

6 причини да не се яде захар и какво се разпада в тялото

Радвам се да Ви поздравя, верни абонати! Предлагам ви да обсъдите една сложна, но много важна тема: какво се разгражда захарта в тялото? Нека бъдем честни: всеки обича да яде сладко. Но малко хора си представят опасността от захар и как консумацията му може да свърши за организма.

Захарта е бяла отрова. Вярно ли е това?

Първо, захарта е една от най-продаваните храни в света. Трудно е да не се съгласим с това. Признайте го, защото в кухнята на всеки от вас има захар?

Тя е необходима за приготвянето на сладкиши, десерти, конфитюри, маринати. Ние не се отричаме от лъжица захар, добавена към чай или кафе. Да се ​​каже, че този продукт е абсолютно вредно за здравето, е невъзможно. Този продукт е необходим, за да може тялото:

  • повишаване на мозъчната активност;
  • предотвратяване на образуването на кръвни съсиреци в кръвоносните съдове;
  • стимулиране на функциите на черния дроб и далака;
  • нормализиране на кръвообращението в мозъка и гръбначния мозък;
  • повишен апетит и настроение.

Човек без захар не може да бъде здрав, определено. В резултат на недостиг на бонбони, памет, вниманието ще се влоши, човек няма да може да мисли бързо, да съсредоточи вниманието си върху нещо.

Не е напразно, че учениците и учениците сутрин, преди да учат или прегледат, се препоръчва да пият чаша сладък чай или да ядат шоколад. Нашата кръв се нуждае от захар.

Но, в допълнение към полезни свойства, захар може да донесе и да навреди на тялото:

  • увеличаване на теглото;
  • повишени нива на кръвната захар;
  • натоварване на панкреаса;
  • проблеми със сърцето;
  • кожни заболявания;
  • кариес.

Разбира се, ние не говорим за чиста захар, а за продукти с нейното съдържание. През деня можем да ядем безвредно кисело мляко, овесени бисквити или ябълка.

Знаете ли, че според Световната здравна организация дневният процент захар за жените е 25 грама, а за мъжете - 37?

Например, една ябълка вече съдържа 10 грама захар. И ако си изпил чаша сладка сода - това вече надвишава дневните ви нужди.

Така че, връщайки се към въпроса дали захарта е отрова, можете да отговорите какво ще се случи, ако надхвърли нормата. Сладки ние се нуждаем, но в разумни количества.

Какво се случва със захарта в тялото?

Вероятно нямате кръвен тест за захар повече от веднъж и затова знаете, че неговото ниво трябва да е стабилно. За да разбера как работи това, предлагам да се помисли каква е захарта като цяло и какво се случва с нея, когато влезе в тялото ни.

Индустриалната захар, която използваме за кулинарни цели, всъщност е захароза, въглехидрат, направен от цвекло или тръстика.

Захарозата се състои от глюкоза и фруктоза. Захарозата се разделя на глюкоза и фруктоза не само в тялото, но и вече в устата, веднага щом консумираме храна. Разцепването настъпва под въздействието на слюнчените ензими.

И само тогава всички вещества се абсорбират в кръвта. Глюкозата осигурява енергийни резерви на тялото. Също и при поглъщане на захарозата в организма започва образуването на хормона инсулин.

Това от своя страна влияе върху образуването на гликоген от останалата глюкоза, която служи като определено количество енергия.

А сега си представете, че човек яде много сладко. Част от полученото разцепване на глюкоза отива за изхвърляне на необходимата енергия.

Останалата част започва да се лекува с инсулин. Но тъй като има много глюкоза, инсулинът няма време за работа и увеличава интензивността му.

А това е голямо натоварване на панкреаса. С течение на времето клетките на жлезите се изчерпват и просто не могат да произвеждат достатъчно инсулин. Това се нарича диабет.

Друга опасност за любителите на сладкото е, че в черния дроб, излишната глюкоза се превръща в мастни киселини и глицерин, които се отлагат в мазнини. На прост език, човек започва да се възстановява, тъй като тялото му няма време да изразходва мазнините и просто ги отлага.

Как да се използва захар за здравето?

Както вече казах, тялото се нуждае от захароза, но е необходимо да се използва правилно и разумно. В крайна сметка, прекомерната любов към десерти и сладкиши може да доведе до затлъстяване, диабет, проблеми със стомаха и сърцето.

Това и с наднормено тегло, което незабавно добавя възраст на човек, което прави външния му вид нездравословен. Ето защо е важно да се научите да контролирате нивото на консумираните сладки храни.

  • ограничават и за предпочитане премахват захарта в чиста форма от диетата;
  • ядат захароза в естествена форма: плодове, плодове, мед, сушени плодове, ядки, зеленчуци;
  • при готвене на десерт или печене, намалете количеството захар, дадено в рецептата няколко пъти, и по-добре използвайте мед, кокос или кафява захар, сиропи на базата на агаве, клен, естествен екстракт от стевия;
  • Яжте сладка сутрин;
  • ако пиете чай с бонбони или бисквити, напитката трябва да е солена.

В допълнение, трябва да се движите повече и да пиете повече чиста вода, така че излишните въглехидрати да се елиминират от тялото. Ако наистина искате да ядете парче торта, яжте сушени кайсии или ядки.

И така, че тялото не се чувства недостиг на глюкоза и фруктоза, пие спирулина и хлорела. Тези две водорасли забележително премахват жаждата за сладкиши. Какво е това, ще ви кажа в следващите статии.

Също така обърнете внимание на вида на продукта. В свят, който просто не използва като суровина за захароза! И цвекло, и тръстика, и бреза сок, и дори кленов сок!

Използваме рафинирана захар от цвекло. В предишни статии вече ви казах, че рафинирането е опасно, защо е по-добре да се отказват такива продукти. Нека ви напомня накратко: рафинирането е процес на почистване на продукт чрез излагане на химикали като бензин.

Коя захар е по-здравословна: цвекло или тръстика? Определено е невъзможно да се каже, всичко зависи от качеството на продукта. Рийд имаме е много по-скъпо, но това се дължи на факта, че се внася от чужбина.

Аз препоръчвам закупуване на суров продукт (дори бастун, цвекло все пак). Може да се разпознае по кафявия или жълт цвят. Не изглежда много хубаво, но в него има много полезни свойства и ценни минерали!

Това са всички мои скъпи абонати! Ще се радвам, ако тази статия е полезна за вас и ще помогне поне на една стъпка по-близо до здравословен начин на живот. Прочетете с полза, кажете на приятелите си, но аз не ви казвам сбогом и скоро ще ви кажа още нещо интересно!

Анаеробно разграждане на глюкозата (анаеробна гликолиза)

Анаеробната гликолиза се отнася до процеса на разделяне на глюкозата до образуване на лактат като краен продукт. Този процес протича без използване на кислород и следователно не зависи от работата на митохондриалната дихателна верига. АТР се образува чрез реакции на субстрат фосфорилиране. Общо уравнение на процеса:

C6H1206 + 2 H3P04 + 2 ADP = 2 C3H6O3 + 2 АТР + 2 Н20.
Основната физиологична цел на глюкозния катаболизъм е използването на енергия, отделена в този процес за синтез на АТФ.

Енергията, която се отделя в процеса на пълно разграждане на глюкозата до СО2 и Н2Ох е ​​2880 kJ / mol. Ако тази стойност се сравни с енергията на хидролизата на високоенергийните връзки

- 38 мола ATP (50 kJ на мол ATP), получаваме: 50 × 38 = 1900 kJ, което е 65% от общата енергия, отделена при пълното разграждане на глюкозата. Такава е ефективността на използването на глюкозната енергия на разпадане за синтез на АТФ. Трябва да се има предвид, че действителната ефективност на процеса може да бъде по-ниска. Точната оценка на добива на АТР е възможна само по време на фосфорилирането на субстрата и съотношението между постъпването на водород в дихателната верига и синтеза на АТФ е приблизително.
29.

Анаеробната гликолиза се отнася до процеса на разделяне на глюкозата до образуване на лактат като краен продукт. Този процес протича без използване на кислород и следователно не зависи от работата на митохондриалната дихателна верига. АТР се образува чрез реакции на субстрат фосфорилиране. Общо уравнение на процеса:

Реакции на анаеробна гликолизаПри анаеробна гликолиза в цитозола се провеждат всичките 10 реакции, идентични на аеробната гликолиза. Само единадесетата реакция, при която се наблюдава редукция на пирувата чрез цитозолен NADH, е специфична за анаеробна гликолиза (Фигура 7-41). Редукцията на пируват към лактат се катализира от лактат дехидрогеназа (реакцията е обратима и ензимът е кръстен на обратната реакция). Тази реакция осигурява регенерация на NAD + от NADH без участието на митохондриалната дихателна верига в ситуации, включващи недостатъчно снабдяване с кислород на клетките. Ролята на водородния акцептор от NADH (подобно на кислород в дихателната верига) се извършва от пируват. По този начин, значимостта на реакцията на редукция на пируват не се състои в образуването на лактат, а във факта, че тази цитозолна реакция осигурява регенерация на NAD +. Освен това лактатът не е крайният продукт на метаболизма, който се отделя от тялото. Това вещество се елиминира в кръвта и се използва, превръщайки се в глюкоза в черния дроб, или когато кислородът е на разположение, той се превръща в пируват, който влиза в общия път на катаболизма, окислявайки се до СО.2 и Н2О.


30. Субстратно фосфорилиране Един от източниците на нуклео

Зидтрифосфатът, главно АТФ, е субстратен фосфорилид

при което те могат да бъдат синтезирани в транспортни реакции

фосфорилна група от макросъдържащия остатък на фосфорната киселина

нуклеозидни дифосфати. Тези реакции включват

реакции на гликолиза, когато се вземат от 1,3-дифосфоглицерат, съдържащ висока енергия

cheskoy връзка в 1 позиция, ензим фосфоглицерат киназа на молекула

ADP се прехвърля към остатъка от фосфорна киселина - образува се АТР молекула:

И втората реакция на субстрат фосфорилиране на ADP с образуването на

Enol форма на пируват и АТФ, течаща под действието на ензима

Това е последната ключова реакция на гликолизата. Енолова изомеризация

Пируват до пируват форми неензимно. Реакциите на субстратното фосфорилиране също включват катализиран от сукцинил

Създаване на CoA синтетаза (сукцинил тиокиназа) на GTP в цикъла на Krebs:

Сукцинил-СоА сукцинат

В мускулите в процеса на мускулна контракция все още е активна

една субстратна реакция на фосфорилиране, катализирана от креатин фосфат

Тази реакция е обратима и в условията на покой се образува креатин.

фосфат от АТФ и креатин, и в процеса на натрупване на мускулна работа

Креатин фосфатът дарява фосфорилна група на ADP с образуването на АТР,

необходими за процесите на мускулно свиване.

Реакциите на субстратното фосфорилиране са важен източник на

com АТФ, особено в анаеробни условия. За еукариоти,

Основният източник на АТР е окислителното фопорилиране, като се използва

енергия на електрони, отделени по време на дехидрогениране на субстрата

при намаляване на кислорода, чрез прилагане на трансмембрана

потенциал на протонния градиент.
31. Глюкозна биосинтеза (глюконеогенеза) от аминокиселини, глицерин и млечна киселина. Връзката между гликолизата в мускулите и глюконеогенезата в черния дроб (Corey цикъл).

глюконеогенезата - процес на синтез на глюкоза от невъглехидратни вещества. Неговата основна функция е да поддържа нивата на кръвната захар при продължително гладуване и интензивно физическо натоварване. Процесът протича главно в черния дроб и по-малко интензивно в кортикалната субстанция на бъбреците, както и в чревната лигавица. Тези тъкани могат да произвеждат 80-100 грама глюкоза на ден. Мозъкът по време на гладно обяснява по-голямата част от нуждата на тялото от глюкоза. Това се дължи на факта, че мозъчните клетки не са способни, за разлика от други тъкани, да удовлетворяват енергийните изисквания, дължащи се на окисляването на мастни киселини. митохондриите), клетките на ретината, надбъбречната медула и др. Основните субстрати на глюконеогенезата са лактат, аминокиселини и глицерол. Включването на тези субстрати в глюконеогенезата зависи от физиологичното състояние на тялото.

  • лактат - анаеробен продукт за гликолиза. Образува се във всяко състояние на тялото в червените кръвни клетки и работещите мускули. По този начин лактатът се използва постоянно в глюконеогенезата.
  • глицерин освобождава се по време на хидролиза на мазнини в мастната тъкан по време на периода на гладуване или при продължително физическо натоварване.
  • Аминокиселини образувани в резултат на разграждането на мускулните протеини и са включени в глюконеогенезата при продължително гладуване или продължителна мускулна работа.

Повечето глюконеогенезни реакции възникват вследствие на обратими реакции на гликолизата и се катализират от същите ензими. Обаче, 3 реакции на гликолиза са термодинамично необратими. В тези етапи на реакцията на глюконеогенезата се процедират по други начини. Трябва да се отбележи, че гликолизата се появява в цитозола и част от реакциите на глюконеогенезата се случват в митохондриите.

1. Образуване на фосфоенолпируват от пируват. Образуването на фосфоенолпируват от пируват възниква по време на две реакции, първата от които се осъществява в митохондриите. Пируватът, който се образува от лактат или от някои аминокиселини, се транспортира в митохондриалната матрица и там се карбоксилира до образуване на оксалоацетат.

Пируват карбоксилазаи катализирайки тази реакция, е митохондриален ензим, чийто коензим е биотин. Реакцията протича с използване на АТФ.

По-нататъшни трансформации на оксалоацетат протичат в цитозола. Следователно, на този етап трябва да има система за транспортиране на оксалоацетат през митохондриалната мембрана, която е непроницаема за него. Оксалоацетат в митохондриалната матрица се възстановява с образуването на малат с участието на NADH (обратна реакция на цитратния цикъл).

Полученият малат след това преминава през митохондриалната мембрана с помощта на специални носители. Освен това, оксалоацетатът може да бъде транспортиран от митохондриите до цитозола под формата на аспартат по време на механизма на малата-аспартат. В цитозола малатът отново се превръща в оксалоацетат по време на окислителната реакция, включваща коензим NAD +. И двете реакции: редуцирането на оксалоацетат и окислението на Малага катализира малат дехидрогеназата, но в първия случай е митохондриален ензим, а във втория - цитозолен ензим. Оксалоацетатът, образуван в цитозола от малат, след това се превръща в фосфоенолпируват по време на реакция, катализирана от фосфоенолпируват карбоксикиназа, GTP-зависим ензим.

2. Образуване на глюкоза от лактат. Лактат, образуван в интензивно работещите мускули или в клетки с преобладаващ анаеробен метод на глюкозен катаболизъм, влиза в кръвта и след това в черния дроб. В черния дроб съотношението NADH / NAD + е по-ниско, отколкото в съкращаващия се мускул, следователно реакцията на лактат дехидрогеназата протича в обратна посока, т.е. към образуването на пируват от лактат. След това пируватът участва в глюконеогенезата и получената глюкоза навлиза в кръвта и се абсорбира от скелетните мускули. Тази последователност от събития се нарича "цикъл на глюкоза-лактат "или" цикъл на Corey".

Цикълът Corey изпълнява 2 основни функции: 1 - осигурява използването на лактат; 2 - предотвратява натрупването на лактат и, като следствие, опасно понижение на рН (лактатна ацидоза). Част от пируват, образуван от лактат, се окислява от черния дроб до СО2 и Н2А. Енергията на окисление може да се използва за синтезиране на АТФ, което е необходимо за реакциите на глюконеогенезата.

3. Образуването на глюкоза от аминокиселини. Аминокиселини, които, когато се катаболизират, се превръщат в пируват или метаболити на цитратния цикъл, могат да се считат за потенциални прекурсори на глюкоза и гликоген и се наричат ​​гликогенни. Например, окса-лаацетат, който се образува от аспарагинова киселина, е междинен продукт както на цитратния цикъл, така и на глюконеогенезата. От всички аминокиселини, влизащи в черния дроб, около 30% е аланин. Това е така, защото разграждането на мускулните протеини произвежда аминокиселини, много от които се превръщат незабавно в пируват, или първо в оксалоацетат, и след това до пируват. Последният се превръща в аланин, придобивайки аминогрупа от други аминокиселини. Аланинът от мускулите се транспортира чрез кръв към черния дроб, където отново се превръща в пируват, който е частично окислен и частично включен в глюкозната неогенеза. Следователно има следната последователност от събития (цикъл глюкоза-аланин): глюкоза в мускулите → пируват в мускулите → аланин в мускулите → аланин в черния дроб → глюкоза в черния дроб → глюкоза в мускулите. Целият цикъл не води до увеличаване на количеството глюкоза в мускулите, но решава проблемите на транспорта на амино азот от мускулите в черния дроб и предотвратява лактатна ацидоза.

4. Образуване на глюкоза от глицерол. Глицеролът се образува чрез хидролиза на триацилглицероли, главно в мастна тъкан. Само тези тъкани, които имат ензим глицерол киназа, например, черен дроб, бъбреци, могат да го използват. Този АТР-зависим ензим катализира превръщането на глицерол в а-глицерофосфат (глицерол-3-фосфат). Когато глицерол-3-фосфатът е включен в глюконеогенезата, той се дехидратира с NAD-зависима дехидрогеназа, за да се образува дихидроксиацетонфосфат, който се превръща в глюкоза.

32. Аеробното разлагане на глюкозата може да бъде изразено чрез обобщеното уравнение:

Този процес включва няколко етапа:

  • Аеробна гликолиза - процес на окисление на глюкозата с образуването на две молекули пируват;
  • Общият път на катаболизма, включително превръщането на пируват в ацетил-СоА и по-нататъшното му окисляване в цитратен цикъл;
  • CPE за кислород, конюгиран с реакции на дехидрогениране, протичащи в процеса на разлагане на глюкоза.

Аеробната гликолиза се отнася до процеса на окисляване на глюкозата до пирувинова киселина, която се проявява в присъствието на кислород. Всички ензими, катализиращи реакциите на този процес, се локализират в цитозола на клетката.

Етапи на аеробна гликолиза

В аеробната гликолиза може да се раздели на 2 етапа.

1. Подготвителният етап, в който глюкозата се фосфорилира и се разделя на две молекули фосфотриоза. Тази серия от реакции протича с използване на 2 АТР молекули.

2. Етап, свързан със синтеза на АТР. В резултат на тази серия от реакции фосфориозите се превръщат в пируват. Освободената енергия на този етап се използва за синтезиране на 10 mol АТР.

Аеробни реакции на гликолизата

Превръщане на глюкозо-6-фосфат в 2 молекули глицералдехид-3-фосфат Глюкозо-6-фосфатът, образуван в резултат на фосфорилирането на глюкоза с участието на АТР, се превръща в фруктозо-6-фосфат по време на следващата реакция. Тази обратима реакция на изомеризация протича под действието на ензима глюкоза фосфат изомераза.

Това е последвано от друга реакция на фосфорилиране при използване на фосфатен остатък и АТР енергия. По време на тази реакция, катализирана от фосфофруктокиназа, фруктозо-6-фосфатът се превръща в фруктозо-1,6-бисфосфат. Тази реакция, както и хексокиназата, е практически необратима и освен това е най-бавната от всички реакции на гликолизата. Реакцията, катализирана от фосфофруктокиназа, определя скоростта на тотална гликолиза, следователно, чрез регулиране на активността на фосфофруктокиназата, можете да промените скоростта на катаболизма на глюкозата.

Фруктоза-1,6-бисфосфатът се разделя допълнително на 2 триозофосфат: глицералдехид-3-фосфат и дихидроксиацетон фосфат. Ензимът катализира реакцията фруктоза бисфосфат алдолаза,или просто алдолаза.Този ензим катализира както реакцията на алдолно разцепване, така и алдоловата кондензация, т.е. обратима реакция. Продуктите на алдоловото разцепване са изомери. При следващите реакции на гликолиза се използва само глицералдехид-3-фосфат, поради което дихидроксиацетон фосфатът се превръща с участието на ензима триосфосфат изомераза в глицералдехид-3-фосфат. В описаните серии от реакции, фосфорилирането се осъществява два пъти при използване на АТФ. Разходите на две АТР молекули (за глюкозна молекула) ще бъдат допълнително компенсирани от синтеза на повече АТР.

Превръщането на глицералдехид-3-фосфат в пируват Тази част от аеробната гликолиза включва реакции, свързани със синтеза на АТФ. Най-трудната реакция в тази серия от реакции е превръщането на глицералдехид-3-фосфат в 1,3-бисфосфоглицерат. Тази трансформация е първата окислителна реакция по време на гликолиза. Реакцията катализира глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа,който е NAD-зависим ензим. Значението на тази реакция се състои не само в образуването на редуциран коензим, чието окисление в дихателната верига е свързано със синтеза на АТФ, но и във факта, че свободната енергия на окислението е концентрирана в макроергичната връзка на реакционния продукт. Глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа съдържа цистеинов остатък в активния център, сулфхидрилната група на която директно участва в катализа. Окисляването на глицералдехид 3-фосфат води до редукция на NAD и образуването на Н3RO4 високо-енергийна анхидридна връзка в 1,3-бисфосфоглицерат в позиция 1. При следващата реакция, високоенергийният фосфат се прехвърля в ADP до образуване на АТР. Ензимът, който катализира тази трансформация, е кръстен на обратната реакция, фосфоглицерат киназа (киназите се наричат ​​след субстрата, който е в уравнението на реакцията на същата страна като АТР).

Образуването на АТР по описания метод не е свързано с дихателната верига и се нарича субстратно фосфорилиране на ADP. Образуваният 3-фосфоглицерат не съдържа връзка с висока енергия. В следващите реакции възникват интрамолекулни пренареждания, чието значение се свежда до факта, че ниско енергийният фосфоестер преминава в съединение, съдържащо високоенергиен фосфат. Вътремолекулярните трансформации се състоят в прехвърляне на фосфатния остатък от позиция 3 във фосфоглицерат до позиция 2. След това молекулата на водата се разцепва от получения 2-фосфоглицерат с участието на ензима енолаза. Името на дехидратиращия ензим се дава чрез обратна реакция. В резултат на реакцията се образува заместен енол-фосфоенолпируват. Образуваният фосфоенолпируват е макроергично съединение, фосфатната група на която се прехвърля в следващата реакция към ADP с участието на пируват киназа (ензимът също се нарича след обратната реакция, в която пируват се фосфорилира, въпреки че такава реакция не се извършва).

Превръщането на фосфоенолпируват в пируват е необратима реакция. Това е второто фосфорилиране на субстрата по време на гликолиза. Получената в резултат енолна форма на пируват след това се трансформира неензимно в по-термодинамично стабилна кето форма.

Трансферни механизми.

Глицерофосфат chelnochnyymehanizm основава на RECOV-SRI, образувана по време гликолиза fosfodigidroksiatsetona (дихидрокси atsetonfosfata) цитоплазмен глицерофосфат (1) при използване на понижено NADH до а-глицерофосфат, която се образува, да проникне през двете мембрани на митохондрии в матрицата и на вътрешната мембрана се окислява чрез митохондриална FAD-зависим глицерофосфат дехидрогеназа (2) до дихидроксиацетонфосфат, който лесно преминава през мембраните на митохондриите в цитозола на клетката. Полученият по-нататък FADH2, чрез флавино-зависимия ензим, пренасящ електроните, ETF пренася своите електрони и протони в коензим Q (убихинон) в митохондриалната електронна транспортна верига, където в резултат на използването на 2 мола електрони в процеса на окислително фосфорилиране, до 1,5 молец ATP.

Този механизъм е широко използван от различни тъкани, особено

чернодробна и мускулна тъкан, в процеса на интензивна мускулна работа.

Механичният механизъм на малат-аспартат е по-сложен,

но и по-енергийно ефективни. Той използва излишъка, възстановен

цитоплазмена NADH в реакцията на редукция на оксалоацетат (

левооцетна киселина) до малат (ябълчена киселина), използвайки NAD-

зависим цитоплазмен ензим малат дехидрогеназа Ябълчената киселина лесно прониква в матрицата чрез двете митохондриални мембрани,

където митохондриална се окислява, както и NAD-зависим, малат дехидро-

геназа (5) до оксалоацетат. Освен това, електроните от NADH са

попадат в електронната транспортна верига, където в процеса на окислителен фосфор

За 2 mol електрони се генерира до 2.5 mol АТР. така образуваната

оксалоацетат не може да напусне митохондриите, той претърпява реакция

трансаминиране, включващо глутаминова киселина (глутамат) в

действието на митохондриална аспартат аминотрансфераза (3). В резултат на това

Образува се аспартанова киселина (аспартат), която с помощта на

цифровата транспортна система се премества от митохондриите в цитоплазмата,

където под действието на цитоплазмената аспартат аминотрансфераза (2)

дава аминогрупата на α-кетоглутарова киселина (а-кетоглутарат),

въртящи се в оксалоацетат. Трябва да се отбележи, че α-кетоглутарат и глутамат

лесно проникват през вътрешната митохондриална мембрана, използвайки специални

ензимната транспортна система е глутамат-а-кетоглутарат

транслоказа (1). Вътрешната митохондриална мембрана съдържа различни

носители за йони и заредени метаболити: например носител

дикарбоксилни киселини медиират улеснена обменна дифузия на малат,

сукцинат, фумарат и H2PO4

- и осигуряват транспортери на трикарбонови киселини

обмен на OH- и H2PO4

-. От най-важните транслокази, ензими,

транспортиране на специфични вещества през вътрешното

митохондриална мембрана е необходимо да се спомене ATP-ADP транслоказа,

транспортиране до цитоплазмата, синтезирана в митохондриите

АТР в замяна на ADP и неорганичен фосфор, влизащи в митохондриите

йон на завеса, допринасящ за допълнителния протон на митохондриите.
34. Алостерични механизми, регулиращи аеробното и анаеробно разграждане на глюкозата.
35. Пентазният фосфатен път, наричан също хексомонофосфатен шънт, е алтернативен начин за окисляване на глюкозо-6-фосфата. Пентазофосфатният път се състои от 2 фази (части) - окислителни и неокислителни.

В окислителната фаза глюкозо-6-фосфатът необратимо окислява в пентоза - рибулоза-5-фосфат и се образува редуциран NADPH.

В неокислителната фаза, рибулоза-5-фосфат се превръща обратимо в рибозо-5-фосфат и гликолиза метаболити.

Пентазофосфатният път осигурява клетки с рибоза за синтез на пуринови и пиримидинови нуклеотиди и хидрогениран коензим NADPH, който се използва в регенеративни процеси.

Общото уравнение на пътя на пентозофосфата се изразява, както следва:

3 Глюкозо-6-фосфат + 6 NADP + → 3 CO2 + 6 (NADPH + H +) + 2 фруктоза-6-фосфат + глицералдехид-3-фосфат.

Ензимите на пентозния фосфатен път, както и ензимите на гликолизата, са локализирани в цитозола.

Най-активният път пентозофосфат се среща в мастната тъкан, черния дроб, надбъбречната кора, еритроцитите, млечната жлеза по време на кърмене, тестисите.

Окислителен етап
Общото уравнение на окислителния етап на пентозо-фосфатния път може да бъде представено като:

Глюкозо-6-фосфат + 2 NADP + + Н2О → Рибулозо-5-фосфат + 2 NADPH + H + + CO2


Неокислителен етап
Неокислителният етап на пентозофосфатния път включва поредица от обратими реакции, в резултат на които рибулоза-5-фосфат се превръща в рибозо-5-фосфат и ксилулоза-5-фосфат, и по-нататък, поради прехвърлянето на въглеродни фрагменти в гликолизни метаболити - фруктозо-6-фосфат и глицералдехид- 3-фосфат. В тези трансформации участват ензими: епимераза, изомераза, транскетолаза и трансалдолаза. Транскетолазата използва коензим тиамин дифосфат. Неокислителният етап на пътя на пентозофосфата не включва реакцията на дехидрогениране.
Общият резултат от метаболизма на 3 молекули рибулоза-5-фосфат в неокислителната фаза на пентозофосфатния път е образуването на 2 молекули фруктозо-6-фосфат и 1 молекула глицералдехид-3-фосфат. Освен това, фруктозо-6-фосфат и глицералдехид-3-фосфат могат да се превърнат в глюкоза. Отчитайки стехиометричния коефициент 2, за образуването на 5 глюкозни молекули (съдържащи 30 въглеродни атома), са необходими 4 молекули фруктоза-6-фосфат и 2 молекули глицералдехид-3-фосфат (също съдържащи 30 въглеродни атома) или съответно 6 молекули. рибулоза 5-фосфат. По този начин, неокислителният път може да бъде представен като процес на връщане на пентози в хексозния фонд.
36. Цикъл на пентозофосфат

Окислителният стадий на пентозна формация и неокислителният етап (пътят на връщане на пентоза към хексоза) заедно образуват цикличен процес.

Такъв процес може да бъде описан чрез общото уравнение:

6 Глюкозо-6-фосфат + 12 NADP + + 2N2О → 5 Глюкозо-6-фосфат + 12 NADPH + 12 N + + 6СО2.

Това означава, че 6 молекули глюкозо-5-фосфат (пентози) и 6 молекули СО са образувани от 6 глюкозни молекули2. Неокислителни ензими

Фиг. 7-63. Трансформации на рибулоза-5-фосфат.

Фиг. 7-64. Трансферната реакция на двувъглеродния фрагмент, катализиран от транскетолаза.

фазите трансформират 6 молекули рибулоза-5-фосфат в 5 молекули глюкоза (хексоза). Когато тези реакции се провеждат последователно, единственият полезен продукт е NADPH, който се образува в окислителната фаза на пътя на пентозофосфата. Такъв процес се нарича цикъл на пентозния фосфат (Фиг. 7-67).

Потокът от цикъла на пентозния фосфат позволява на клетките да произвеждат NADPH, което е необходимо за синтеза на мазнини, без да се натрупват пентози.

Енергията, отделена по време на разпадането на глюкозата, се трансформира в енергията на високоенергиен водороден донор - NADPH. Хидрогенираният NADPH служи като източник на водород за редукционни синтези и NADPH енергията се преобразува и съхранява в ново синтезирани вещества, например

Фиг. 7-65. Трансалдолаза катализирана реакция.

Фиг. 7-66. Реакцията, катализирана от транскетолаза.

37. Обмяна на галактоза. Галактоземията.
Нарушения на галактозния метаболизъм

Метаболизмът на галактоза е особено интересен във връзка с наследствено заболяване - галактоземия. галактоземиясе случва, когато метаболизмът на галактоза е нарушен поради наследствен дефект на всеки от трите ензима, включително галактоза в метаболизма на глюкозата

Въглехидратният метаболизъм при хората

Човек привлича енергия за своето съществуване от въглехидрати. Те изпълняват така наречената енергийна функция при бозайниците. Продуктите, които съдържат сложни въглехидрати, трябва да бъдат поне 40-50% от калорийното съдържание на ежедневната диета на човека. Глюкозата лесно се мобилизира от „резервите” на организма по време на стресови ситуации или интензивно физическо натоварване.

Леко понижение на кръвната глюкоза (хипогликемия) засяга главно централната нервна система:

- появява се слабост
- виене на свят,
- в особено пренебрегнати случаи може да се появи загуба на съзнание,
- делириум,
- мускулни спазми.

Най-често, когато става дума за въглехидрати, на ум се среща един от най-известните представители на този клас органични вещества - нишесте, което е един от най-често срещаните полизахариди, т.е. Състои се от огромен брой последователно свързани молекули на глюкозата. Когато скорбялата се окислява, тя се превръща в отделни висококачествени молекули на глюкозата. Но, тъй като нишестето, както е споменато по-горе, се състои от огромно количество глюкозни молекули, пълното му разделяне настъпва стъпка по стъпка: от нишесте до по-малки полимери, след това до дисахариди (които се състоят само от две молекули глюкоза) и само след това в глюкоза,

Етапи разцепване на въглехидрати

Преработката на храни, чийто основен компонент е въглехидратният компонент, се среща в различни части на храносмилателния тракт.

- появата на разцепване настъпва в устната кухина. По време на акта на дъвчене храната се обработва от ензима слюнка питалин (амилаза), който се синтезира от паротидните жлези. Помага на огромна молекула нишесте да се разпадне на по-малки полимери.

- тъй като храната е в устата за кратко време, тя изисква по-нататъшна обработка в стомаха. Веднъж попаднали в стомашната кухина, въглехидратните продукти се смесват с панкреатични секрети, а именно панкреатична амилаза, която е по-ефективна от амилазата на устната кухина и следователно вече след 15-30 минути, когато химусът (полутечна, не напълно усвоява стомашно съдържание) от стомаха достига дванадесетопръстника почти всички въглехидрати са вече окислени до много малки полимери и малтоза (дисахарид, две свързани глюкозни молекули).

- от дванадесетопръстника, смес от полизахариди и малтоза продължава своето удивително пътуване до горните черва, където така наречените ензими на чревния епител са ангажирани в крайната им обработка. Ентероцитите (клетки, покриващи микровралите на тънките черва) съдържат ензимите лактаза, малтаза, сукраза и декстриназа, които извършват окончателната обработка на дизахариди и малки полизахариди до монозахариди (това е една молекула, но все още не глюкоза). Лактозата се разпада на галактоза и глюкоза, захароза в фруктоза и глюкоза, малтоза, като други малки полимери в глюкозни молекули, и незабавно влиза в кръвния поток.

- от кръвния поток, глюкозата навлиза в черния дроб и впоследствие от него се синтезира гликоген (полизахарид от животински произход, има функция на съхранение, просто е необходим за тялото, когато е необходимо бързо да се получи голямо количество енергия).

Гликоген депо

Един от запасите на гликоген е черният дроб, но черният дроб не е единственото място, където се натрупва гликоген. Много е и в скелетните мускули, като намаляването на ензима фосфорилаза се активира, което води до интензивно разграждане на гликогена. Трябва да признаете, че в съвременния свят обстоятелствата на всяко лице могат да бъдат в непредвидени обстоятелства, които най-вероятно ще изискват колосална консумация на енергия, и следователно колкото повече гликоген, толкова по-добре

Още повече може да се каже - гликогенът е толкова важен, че се синтезира дори от невъглехидратни продукти, които съдържат млечна, пирувинова киселина, гликогенни аминокиселини (аминокиселините са основни съставки на протеините, гликогенни означава, че въглехидратите могат да се получат от биохимичните процеси) много други. Разбира се, в този случай, гликогенът ще бъде синтезиран с голям разход на енергия и в малки количества.

Както е отбелязано по-горе, намаляването на количеството глюкоза в кръвта предизвиква доста сериозна реакция в организма. Ето защо черният дроб целенасочено регулира количеството глюкоза в кръвта и при необходимост прибягва до гликогенолиза. Гликогенолиза (мобилизация, разграждане на гликоген) се случва, когато в кръвта има недостатъчно количество глюкоза, която може да бъде причинена от глад, тежка физическа работа или тежък стрес. Тя започва с факта, че черният дроб, използвайки ензима фосфоглюкомутаза, разгражда гликоген до глюкозо-6-фосфати. След това ензимът глюкозо-6-фосфатаза ги окислява. Свободната глюкоза лесно прониква в мембраните на хепатоцитите (чернодробни клетки) в кръвния поток, като по този начин увеличава количеството му в кръвта. Отговорът на скок в нивата на глюкозата е освобождаването на инсулин от панкреаса. Ако нивото на глюкозата не спадне по време на освобождаването на инсулин, панкреасът ще го отделя, докато това се случи.

И накрая, малко за фактите за самия инсулин (защото е невъзможно да се говори за метаболизма на въглехидратите, без да се докосва до тази тема):

- Инсулинът транспортира глюкоза през мембраните на клетките, така наречените инсулин-зависими тъкани (мастни, мускулни и чернодробни мембрани)

- Инсулинът е стимулатор на синтеза на гликоген в черния дроб и мускулите, мазнините - черния дроб и мастната тъкан, протеините - в мускулите и другите органи.

- недостатъчната секреция на инсулин от клетките на панкреатичните островни клетки може да доведе до хипергликемия, последвана от гликозурия (захарен диабет);

- хормони - инсулинови антагонисти са глюкагон, адреналин, норепинефрин, кортизол и други кортикостероиди.

В заключение

Въглехидратният метаболизъм е от първостепенно значение за човешкия живот. Небалансираната диета води до нарушаване на храносмилателния тракт. Ето защо, здравословната диета с умерено количество сложни и прости въглехидрати ще ви помогне винаги да изглеждате и да се чувствате добре.

-ОБМЕН НА КАРБОН

Баланс на АТР при аеробна гликолиза, разлагане на глюкоза до СО2 и Н2ох

Освобождаване на АТР при аеробна гликолиза

За образуването на фруктоза-1,6-бисфосфат от една глюкозна молекула са необходими 2 молекули АТФ. Реакциите, свързани със синтеза на АТР, се появяват след разграждането на глюкозата в 2 фосфотриозни молекули, т.е. във втория етап на гликолизата. На този етап се извършват 2 реакции на субстратното фосфорилиране и се синтезират 2 АТР молекули (реакции 7 и 10). В допълнение, една молекула глицералдехид-3-фосфат е дехидрогенирана (реакция 6), и NADH прехвърля водород в митохондриалния CPE, където 3 АТР молекули са синтезирани чрез окислително фосфорилиране. В този случай количеството ATP (3 или 2) зависи от типа на совалковата система. Следователно, окислението до пируват на една молекула глицералдехид 3-фосфат е свързано със синтеза на 5 молекули АТР. Като се има предвид, че 2 молекули на фосфотриоза се образуват от глюкоза, получената стойност трябва да се умножи по 2 и след това да се извадят 2 молекули АТР, прекарани в първия етап. Така, добивът на АТР при аеробна гликолиза е (5 х 2) - 2 = 8 АТР.

Добивът на АТР при аеробно разлагане на глюкозата до крайните продукти

В резултат на гликолиза се образува пируват, който допълнително се окислява до СО.2 и Н2О в ОПК, описан в раздел 6. Сега е възможно да се оцени енергийната ефективност на гликолизата и ОПК, които заедно съставляват процеса на аеробно разлагане на глюкозата до крайните продукти.

Така, добивът на АТР в окислението на 1 mol глюкоза до СО2 и Н2О е 38 mol АТР.

В процеса на аеробно разлагане на глюкоза се случват 6 реакции на дехидрогениране. Един от тях се среща при гликолиза и 5 при ОПК. Субстрати за специфични NAD-зависими дехидрогенази: глицералдехид-3-фосфат, жируват, изоцитрат, а-кетоглутарат, малат. Една реакция на дехидрогениране в цитратен цикъл под действието на сукцинат дехидрогеназа се проявява с участието на FAD коензим. Общото количество на АТФ, синтезиран чрез окислително фосфорилиране, е 17 mol АТР на 1 mol глицералдехид фосфат. Към това трябва да се добави 3 mol АТР, синтезиран чрез субстратно фосфорилиране (две реакции в гликолизата и една в цитратния цикъл).

Като се има предвид, че глюкозата се разпада на 2 фосфотриози и стехиометричният коефициент на по-нататъшни трансформации е 2, получената стойност трябва да се умножи по 2, а от резултата да се извадят 2 мола АТР, използвани в първия етап на гликолизата.

Етапи на аеробно разлагане на глюкоза

Етапи на аеробно разлагане на глюкоза

Количеството на използвания АТР, mol

Количеството на синтезирания АТР, мол

I. Аеробна гликолиза

Глюкоза → 2 пируват

II. Окислително декарбоксилиране на пируват

2 (пируват → ацетил-CoA)

III. Цитратен цикъл

Общият добив на АТР в окислението на 1 mol глюкоза

Анаеробно разграждане на глюкозата (анаеробна гликолиза)

Анаеробната гликолиза се отнася до процеса на разделяне на глюкозата до образуване на лактат като краен продукт. Този процес протича без използване на кислород и следователно не зависи от работата на митохондриалната дихателна верига. АТР се образува чрез реакции на субстрат фосфорилиране. Общо уравнение на процеса:

Реакции на анаеробна гликолиза

При анаеробна гликолиза (фиг. 7-40) в цитозола се провеждат всичките 10 реакции, идентични на аеробната гликолиза. Само единадесетата реакция, при която се наблюдава редукция на пирувата чрез цитозолен NADH, е специфична за анаеробна гликолиза (Фигура 7-41). Редукцията на пируват към лактат се катализира от лактат дехидрогеназа (реакцията е обратима и ензимът е кръстен на обратната реакция). Тази реакция осигурява регенерация на NAD + от NADH без участието на митохондриалната дихателна верига в ситуации, включващи недостатъчно снабдяване с кислород на клетките. Ролята на водородния акцептор от NADH (подобно на кислород в дихателната верига) се извършва от пируват. По този начин, значимостта на реакцията на редукция на пируват не се състои в образуването на лактат, а във факта, че тази цитозолна реакция осигурява регенерация на NAD +. Освен това лактатът не е крайният продукт на метаболизма, който се отделя от тялото. Това вещество се елиминира в кръвта и се използва, превръщайки се в глюкоза в черния дроб, или когато кислородът е на разположение, той се превръща в пируват, който влиза в общия път на катаболизма, окислявайки се до СО.2 и Н2О.

Анаеробна гликолиза.

Възстановяване на пируват в лактат.

Баланс на АТР при анаеробна гликолиза

Анаеробната гликолиза е по-малко ефективна от аеробната. В този процес катаболизмът на 1 mol глюкоза без участието на митохондриалната респираторна верига се съпровожда от синтеза на 2 mol АТР и 2 mol лактат. АТФ се образува от 2 реакции на субстрат фосфорилиране. Тъй като глюкозата се разлага на 2 фосфориози, като се вземе предвид стехиометричният коефициент 2, броят на моловете на синтезирания АТР е 4. Като се имат предвид 2-те мола АТР, използвани в първия етап на гликолизата, получаваме крайния енергиен ефект на процеса, равен на 2 мола ATP. Така, 10 цитозолни ензима, катализиращи превръщането на глюкоза в пируват, заедно с лактат дехидрогеназа, осигуряват синтез на 2 mol АТР (на 1 mol глюкоза) в кислород-съдържаща гликолиза.

Стойността на глюкозния катаболизъм

Основната физиологична цел на глюкозния катаболизъм е използването на енергия, отделена в този процес за синтез на АТФ.

Енергията, която се отделя в процеса на пълно разграждане на глюкозата до СО2 и Н2Ох е ​​2880 kJ / mol. Ако тази стойност се сравни с енергията на хидролизата на високоенергийните връзки - 38 mol АТР (50 kJ на мол АТР), тогава получаваме: 50 × 38 = 1900 kJ, което е 65% от общата енергия, отделена при пълното разграждане на глюкозата. Такава е ефективността на използването на глюкозната енергия на разпадане за синтез на АТФ. Трябва да се има предвид, че действителната ефективност на процеса може да бъде по-ниска. Точната оценка на добива на АТР е възможна само по време на фосфорилирането на субстрата и съотношението между постъпването на водород в дихателната верига и синтеза на АТФ е приблизително.

Аеробният разпад на глюкозата се среща в много органи и тъкани и служи като основен, макар и не единствен източник на енергия за жизнената активност. Някои тъкани са най-зависими от катаболизма на глюкозата като енергиен източник. Например, мозъчните клетки консумират до 100 г глюкоза на ден, окислявайки я по аеробен път. Следователно, неадекватното снабдяване на мозъка с глюкоза или хипоксия се проявява чрез симптоми, показващи дисфункция на мозъка (замаяност, гърчове, загуба на съзнание).

Анаеробният разпад на глюкозата се появява в мускулите, в първите минути на мускулната работа, в червените кръвни клетки (в които липсват митохондриите), както и в различни органи при условия на ограничено снабдяване с кислород, включително в туморните клетки. Метаболизмът на туморните клетки се характеризира с ускоряване както на аеробната, така и на анаеробната гликолиза. Но преобладаващата анаеробна гликолиза и увеличаването на синтеза на лактат е индикатор за повишена скорост на клетъчно делене с недостатъчно снабдяване на кръвоносните съдове към клетките.

В допълнение към енергийната функция, процесът на катаболизма на глюкозата може да изпълнява анаболни функции. Метаболитите на гликолиза се използват за синтезиране на нови съединения. Така, фруктозо-6-фосфат и глицералдехид-3-фосфат участват в образуването на рибозо-5-фосфат - структурен компонент на нуклеотиди; 3-фосфоглицератът може да бъде включен в синтеза на аминокиселини, като серия, глицин, цистеин. В черния дроб и мастната тъкан ацетил-СоА, образуван от пируват, се използва като субстрат в биосинтеза на мастни киселини, холестерол и дихидроксиацетонфосфат като субстрат за синтеза на глицерол-3-фосфат.

Регулиране на глюкозния катаболизъм

Тъй като основната ценност на гликолизата е в синтеза на АТФ, скоростта му трябва да се съпоставя с цената на енергията в тялото.

Повечето реакции на гликолиза са обратими, с изключение на три, катализирани от хексокиназа (или глюкокиназа), фосфофруктокиназа и пируват киназа. Регулаторните фактори, които променят скоростта на гликолизата, а оттам и образуването на АТФ, са насочени към необратими реакции. Показател за потреблението на АТР е натрупването на ADP и AMP. Последният се образува в реакцията, катализирана от аденилат киназа: 2 ADP AMP + АТР

Дори и малка консумация на АТР води до значително увеличение на АМФ. Съотношението на АТР към АДФ и АМР характеризира енергийното състояние на клетката, а неговите компоненти служат като алостерични регулатори на скоростта както на общия път на катаболизма, така и на гликолизата.

Регулиране на глюкозния катаболизъм в скелетните мускули.

Важно за регулирането на гликолизата е промяната в активността на фосфофруктокиназата, тъй като този ензим, както е споменато по-горе, катализира най-бавния реакционен процес.

Фосфофруктокиназата се активира от АМР, но се инхибира от АТФ. АМР, чрез свързване към алостеричен център на фосфофруктокиназа, повишава афинитета на ензима за фруктоза-6-фосфат и увеличава скоростта на неговото фосфорилиране. Ефектът на АТФ върху този ензим е пример за хомотропния ашюстеризъм, тъй като АТР може да взаимодейства както с алостеричния, така и с активния център, в последния случай като субстрат.

При физиологични стойности на АТФ, активният център на фосфофруктокиназата винаги е наситен с субстрати (включително АТР). Увеличаването на нивата на АТР спрямо ADP намалява скоростта на реакцията, тъй като АТФ действа като инхибитор при тези условия: той се свързва с алостеричния център на ензима, причинява конформационни промени и намалява афинитета към неговите субстрати.

Промените в активността на фосфофруктокиназата спомага за регулирането на скоростта на фосфорилиране на глюкоза чрез хексокиназа. Намаляването на фосфофруктокиназната активност при високо ниво на АТР води до натрупване на фруктозо-6-фосфат и глюкозо-6-фосфат, а последният инхибира хексокиназата. Трябва да се припомни, че хексокиназата в много тъкани (с изключение на черния дроб и β-клетките на панкреаса) се инхибира от глюкозо-6-фосфат.

При високо ниво на АТФ намалява скоростта на цикъла на лимонената киселина и дихателната верига. При тези условия процесът на гликолиза също се забавя. Трябва да се припомни, че алостеричната регулация на ензимите на OPK и дихателната верига също е свързана с промени в концентрацията на ключови продукти като NADH, ATP и някои метаболити. По този начин, NADH, натрупване: ако няма време да окислява в дихателната верига, то инхибира някои алостерични ензими на цитратния цикъл.

Физиологичната роля на гликолизата в черния дроб и мастната тъкан е малко по-различна от тази в други тъкани. В черния дроб и мастната тъкан гликолизата по време на храносмилането функционира главно като източник на субстрати за синтеза на мазнини. Регулирането на гликолизата в черния дроб има свои характеристики и ще се разглежда по-късно.

В гликолитичния път може да настъпи допълнителна реакция, която се катализира от бисфосфоглицератна мутаза, превръщаща 1,3-бисфосфоглицерат в 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-EFG), който с участието на 2,3-бисфосфоглицератфосфатаза може да се превърне в 3-фосфоглицерат - гликолиза метаболит.

Образуване и трансформация на 2,3-бисфосфоглицерат.

В повечето тъкани 2,3-BFG се образува в малки количества. При еритроцитите този метаболит се образува в значителни количества и служи като адлостеричен регулатор на хемоглобиновата функция. 2,3-BFG, свързващ се с хемоглобина, намалява афинитета му към кислорода, спомага за дисоциацията на кислорода и неговия преход в тъкан.

Образуването на 2,3-BFG предполага загуба на енергия на макроергична връзка в 1,3-бисфосфоглицерат, който не се прехвърля в АТФ, но се разсейва под формата на топлина, което означава намаляване на енергийния ефект на гликолизата.

СИНТЕЗ НА ГЛЮКОЗАТА В ЖИВОТА (ГЛЮКОНОГЕНЕЗ)

Някои тъкани, като мозъка, се нуждаят от постоянен поток от глюкоза. Когато приемът на въглехидрати в състава на храната не е достатъчен, съдържанието на глюкоза в кръвта за известно време се поддържа в нормалните граници поради разграждането на гликоген в черния дроб. Въпреки това, запасите от гликоген в черния дроб са малки. Те намаляват значително с 6-10 часа на гладно и са почти изцяло изчерпани след ежедневна пост. В този случай, глюкозата de novo синтеза на глюкоза започва в черния дроб. Глюконеогенезата е процес на синтез на глюкоза от невъглехидратни вещества. Неговата основна функция е да поддържа нивата на кръвната захар при продължително гладуване и интензивно физическо натоварване. Процесът протича главно в черния дроб и по-малко интензивно в кортикалната субстанция на бъбреците, както и в чревната лигавица. Тези тъкани могат да произвеждат 80-100 грама глюкоза на ден. Мозъкът по време на гладно обяснява по-голямата част от нуждата на тялото от глюкоза. Това се дължи на факта, че мозъчните клетки не са способни, за разлика от други тъкани, да осигуряват енергийни нужди, дължащи се на окислението на мастни киселини.

В допълнение към мозъка, тъканите и клетките, в които аеробният път на разпадане е невъзможен или ограничен, като например червените кръвни клетки, клетките на ретината, надбъбречната медула и др., Се изисква глюкоза.

Основните субстрати на глюконеогенезата са лактат, аминокиселини и глицерол. Включването на тези субстрати в глюконеогенезата зависи от физиологичното състояние на тялото.

Лактатът е продукт на анаеробна гликолиза. Образува се във всяко състояние на тялото в червените кръвни клетки и работещите мускули. По този начин лактатът се използва постоянно в глюконеогенезата.

Глицеролът се освобождава по време на хидролиза на мазнини в мастната тъкан по време на периода на гладуване или при продължително физическо натоварване.

Аминокиселините се образуват в резултат на разграждането на мускулните протеини и се включват в глюконеогенезата при продължително гладуване или продължителна мускулна работа.

Включването на субстрати в глюконеогенезата.

Повечето глюконеогенезни реакции възникват вследствие на обратими реакции на гликолизата и се катализират от същите ензими. Обаче, 3 реакции на гликолиза са термодинамично необратими. В тези етапи на реакцията на глюконеогенезата се процедират по други начини.

Трябва да се отбележи, че гликолизата се появява в цитозола и част от реакциите на глюконеогенезата се случват в митохондриите.

Нека разгледаме по-подробно тези реакции на глюконеогенезата, които се различават от реакциите на гликолизата и възникват при глюконеогенеза при използване на други ензими. Разгледайте процеса на синтеза на глюкоза от пируват.

Образуване на фосфоенолпируват от пируват - първият от необратимите етапи

Гликолиза и глюконеогенеза. Ензими на обратими реакции на гликолиза и глюконеогенеза: 2 - време на фосфоглукоизома; 4-алдолаза; 5 - триоза фосфатна изомераза; 6 - глицералдехид фосфат дехидрогеназа; 7-фосфоглицерат киназа; 8 - фосфоглицератна мутаза; 9 - енолаза. Ензими на необратими реакции на глюконеогенеза: 11 - пируват карбоксилаза; 12 - фосфоенолпируват карбоксикиназа; 13 - фруктоза-1,6-бисфосфатаза; 14-глюкоза-6-фосфатаза. I-III - субстратни цикли.

Образуването на фосфоенолпируват от пируват възниква по време на две реакции, първата от които се осъществява в митохондриите. Пируватът, който се образува от лактат или от някои аминокиселини, се транспортира в митохондриалната матрица и там се карбоксилира до образуване на оксалоацетат.

Образуване на оксалоацетат от пируват.

Пируват карбоксилазата, катализираща тази реакция, е митохондриален ензим, чийто коензим е биотин. Реакцията протича с използване на АТФ.

По-нататъшни трансформации на оксалоацетат протичат в цитозола. Следователно, на този етап трябва да има система за транспортиране на оксалоацетат през митохондриалната мембрана, която е непроницаема за него. Оксалоацетат в митохондриалната матрица се възстановява с образуването на манат с участието на NADH (обратна реакция на цитратния цикъл).

Превръщането на оксалоацетат в малат.

Полученият малат след това преминава през митохондриалната мембрана с помощта на специални носители. Освен това, оксалоацетатът може да бъде транспортиран от митохондриите до цитозола под формата на аспартат по време на механизма на малата-аспартат.

В цитозола малатът отново се превръща в оксалоацетат по време на окислителната реакция, включваща коензим NAD +. И двете реакции: редуцирането на оксалоацетат и окислението на Малага катализира малат дехидрогеназата, но в първия случай е митохондриален ензим, а във втория - цитозолен ензим. Образуван в цитозола от малат-оксалоацетат след това се превръща в фосфоенолпируват по време на реакция, катализирана от фосфоенолпируват карбоксикиназа, GTP-зависим ензим.

Превръщане на оксалоацетат в фосфоенолпируват.

Образуването на оксалоацетат, транспортиране до цитозола и превръщане в фосфоенолпируват. 1 - транспортиране на пируват от цитозола в митохондриите; 2 - превръщането на пируват в оксалоацетат (ОА); 3 - превръщането на ОА в малат или аспартат; 4 - транспортиране на аспартат и малат от митохондрии към цитозол; 5 - трансформация на аспартат и малат в ОА; 6 - превръщането на ОА в фосфоенолпируват.

поток в цитозола до образуването на фруктоза-1,6-бисфосфат и катализиран от гликолитични ензими.

Трябва да се отбележи, че този байпас на глюконеогенезата изисква консумация на две молекули с високоенергийни връзки (АТР и GTP) на една молекула от първоначалната субстанция, пируват. От гледна точка на синтеза на една молекула глюкоза от две молекули пируват, консумацията е 2 mol ATP и 2 mol GTP или 4 mol ATP (за удобство на разсъжденията се предполага, че консумацията на енергия за синтеза на АТР и GTP е еднаква).

Хидролиза на фруктоза-1,6-бисфосфат и глюкозо-6-фосфат

Отстраняването на фосфатната група от фруктоза-1,6-бисфосфат и глюкозо-6-фосфат е също необратима реакция на глюконеогенезата. По време на гликолизата тези реакции катализират специфични кинази, използвайки АТФ енергия. В глюконеогенезата те продължават без участието на АТФ и АДФ и се ускоряват не от кинази, а от фосфатази, ензими, принадлежащи към класа на хидролазите. Ензимите фруктоза-1,6-бисфосфатаза и глюкозо-6-фосфатазата катализират отстраняването на фосфатната група от фруктоза-1,6-бисфосфат и глюкозо-6-фосфат. След това, свободната глюкоза напуска клетката в кръвния поток.

Така в черния дроб има 4 ензима, които участват само в глюконеогенезата и катализират байпасните реакции на необратимите етапи на гликолизата. Това са пируват карбоксилаза, фосфоенолпируват карбоксикиназа, фруктоза-1,6-бисфосфатаза и глюкозо-6-фосфатаза.

Енергиен баланс на глюконеогенезата от пируват

По време на този процес се консумират 6 мола АТР за синтеза на 1 мол глюкоза от 2 мола пируват. Четири мола АТР се консумират на етапа на синтеза на фосфоенолпируват от оксалоацетат и още 2 mol АТР в етапите на образуване на 1,3-бисфосфоглицерат от 3-фосфоглицерат.

Общият резултат на пируватната глюконеогенеза се изразява със следното уравнение: 2 пируват + 4 АТР + 2 GTP + 2 (NADH + H +) + 4 H20 → Глюкоза + 4 ADP + 2 GDF + 6 H3PO4 + 2 NAD +

Синтез на глюкоза от лактат

Лактатът, образуван при анаеробна гликолиза, не е крайният продукт на метаболизма. Използването на лактат е свързано с превръщането му в черния дроб до пируват. Лактатът като източник на пируват е важен не толкова по време на гладно, колкото при нормалното функциониране на организма. Превръщането му в пируват и по-нататъшното му използване са начин за използване на лактат.

Лактат, образуван в интензивно работещите мускули или в клетки с преобладаващ анаеробен метод на глюкозен катаболизъм, влиза в кръвта и след това в черния дроб. В черния дроб съотношението NADH / NAD + е по-ниско, отколкото в съкращаващия се мускул, следователно реакцията на лактат дехидрогеназата протича в обратна посока, т.е. към образуването на пируват от лактат. След това пируватът участва в глюконеогенезата и получената глюкоза навлиза в кръвта и се абсорбира от скелетните мускули. Тази последователност от събития се нарича "цикъл глюкоза-лактат", или "Кори цикъл". Цикълът Corey изпълнява 2 основни функции: 1 - осигурява използването на лактат; 2 - предотвратява натрупването на лактат и, като следствие, опасно понижение на рН (лактатна ацидоза).

Cory Cycle (цикъл на глюкоза-лактат). 1 - влизане на лаугат от свиващия се мускул с притока на кръв към черния дроб; 2 - синтез на глюкоза от лактат в черния дроб; 3 - притока на глюкоза от черния дроб с притока на кръв към работещия мускул; 4 - използването на глюкоза като енергиен субстрат от свиващия се мускул и образуването на лактат.

Част от пируват, образуван от лактат, се окислява от черния дроб до СО2 и Н2А. Енергията на окисление може да се използва за синтезиране на АТФ, което е необходимо за реакциите на глюконеогенезата.

Лактатна ацидоза. Терминът "ацидоза" се отнася до повишаване на киселинността на средата на тялото (понижаване на рН) до стойности извън нормалните граници. При ацидоза, или протонното производство се увеличава, или тяхната екскреция намалява (в някои случаи и двете). Метаболитна ацидоза настъпва с повишаване на концентрацията на междинни метаболитни продукти (кисели) поради увеличаване на техния синтез или намаляване на скоростта на разлагане или екскреция. В случай на нарушаване на киселинно-основното състояние на тялото, буферните компенсационни системи бързо се включват (след 10-15 минути). Белодробната компенсация осигурява стабилизиране на съотношението NSO3 - / H2CO3, което обикновено съответства на 1:20 и намалява с ацидоза. Белодробната компенсация се постига чрез увеличаване на обема на вентилация и следователно ускоряване на отстраняването на СО2 от тялото. Въпреки това, основната роля за компенсиране на ацидоза се играе от бъбречни механизми, включващи амонячен буфер (вж. Точка 9). Една от причините за метаболитна ацидоза може да бъде натрупването на млечна киселина. Обикновено лактатът в черния дроб се превръща обратно в глюкоза чрез глюконеогенеза или се окислява. В допълнение към черния дроб, бъбреците и сърдечния мускул, където лактатът може да се окисли до CO, са друг лактатен потребител.2 и Н2О, и да се използва като източник на енергия, особено по време на физическа работа.

Нивото на лактат в кръвта е резултат от баланса между процесите на неговото формиране и използване. Краткосрочната компенсирана лактатна ацидоза е често срещана дори при здрави хора с интензивна мускулна работа. При нетренирани хора, лактатна ацидоза по време на физическа работа възниква в резултат на относителната липса на кислород в мускулите и се развива доста бързо. Компенсацията се извършва чрез хипервентилация.

При некомпенсирана лактатна ацидоза съдържанието на лактат в кръвта нараства до 5 mmol / l (обикновено до 2 mmol / l). В този случай рН на кръвта може да бъде 7,25 или по-малко (норма 7,36-7,44).

Увеличението на кръвния лактат може да се дължи на нарушение на метаболизма на пирувата.

Нарушения на метаболизма на пирувата при лактатна ацидоза.

1 - нарушена употреба на пируват в глюконеогенезата;

2 - нарушено окисление на пирувата.

По този начин, по време на хипоксия, в резултат на нарушаване в снабдяването с тъкани с кислород или кръв, активността на пируват дехидрогеназния комплекс намалява и окислителното декарбоксилиране на пируват намалява. При тези условия равновесната реакция на пируват равновес лактат се измества към образуването на лактат. Освен това, по време на хипоксия, синтезът на АТФ намалява, което води до намаляване на скоростта на глюконеогенезата, друг начин на използване на лактат. Повишаването на концентрацията на лактат и намаляването на вътреклетъчното рН влияят неблагоприятно на активността на всички ензими, включително пируват карбоксилаза, която катализира началната глюконеогенезна реакция.

Нарушенията на глюконеогенезата при чернодробна недостатъчност с различен произход също допринасят за появата на лактатна ацидоза. В допълнение, хиповитаминоза В може да бъде придружена от лактатна ацидоза.1, като производно на този витамин (тиамин дифосфат) изпълнява коензимна функция като част от МПК в окислителното декарбоксилиране на пируват. Недостигът на тиамин може да се случи например при алкохолици с нарушена диета.

Така че причините за натрупването на млечна киселина и развитието на лактатна ацидоза могат да бъдат:

активиране на анаеробна гликолиза поради тъканна хипоксия с различен произход;

увреждане на черния дроб (токсични дистрофии, цироза и др.);

нарушение на употребата на лактат поради наследствени дефекти на ензимите на глюконеогенезата, дефицит на глюкозо-6-фосфатаза;

нарушение на МПК поради дефекти в ензимите или хиповитаминоза;

използването на редица лекарства, като бигуаниди (блокери на глюконеогенеза, използвани при лечението на захарен диабет).