Gluk je pro (od grč. Glykys - slatko), šećer od grožđa, dekstroza; ugljikohidrati, najčešći u prirodi; Pojam "heksoza" odnosi se na heksoze, tj. monosaharide koji sadrže 6 atoma ugljika. Bezbojni kristali, tpl 146,5 ° C. Dobro topljiv u vodi. Otopina glukoze sadrži molekule u obliku a i b-oblika; ravnoteža se postiže kada je omjer tih oblika 37% i 63%. Glukoza je optički aktivna, rotira polarizirani snop udesno. a -Glukoza je neophodna komponenta svih živih organizama, od virusa do viših biljaka i kralježnjaka (uključujući ljude); To je komponenta različitih spojeva, od saharoze, celuloze i škroba do određenih glikoproteina i virusne ribonukleinske kiseline. Za brojne bakterije glukoza je jedini izvor energije. Glukoza je uključena u mnoge metaboličke reakcije.
Sadržaj glukoze u krvi je oko 100 mg%, reguliran je neurohumoralnim putem (vidi metabolizam ugljikohidrata). Smanjenje sadržaja glukoze (vidi Hipoglikemija) do 40 mg% uzrokuje drastičan poremećaj središnjeg živčanog sustava. Glavni načini korištenja glukoze u tijelu su: anaerobne transformacije, praćene sintezom ATP-a (vidi. Adenozin fosforne kiseline) i završavaju formiranjem mliječne kiseline (vidi Glikoliza); sinteza glikogena; aerobna oksidacija u glukonsku kiselinu pod djelovanjem enzima glukoza oksidaze (proces je svojstven nekim mikroorganizmima koji ga koriste za energiju, teče s apsorpcijom kisika u zraku); transformacije pentoza i drugih jednostavnih šećera (ciklus pentoznog fosfata). S punom enzimskom oksidacijom glukoze u CO2 i H2O energija se oslobađa: C6H12O6 + 6o2 ® 6CO2 + 6H2O + 686 kcal / mol, od čega se veći dio akumulira visokoenergetskim spojevima tipa ATP. Sinteza glukoze iz anorganskih komponenti je obrnuti proces i provode ga biljke i neke bakterije koje koriste energiju sunčeve svjetlosti (fotosinteza) i kemijske oksidacijske reakcije (kemosinteza).
U industriji, glukoza se proizvodi hidrolizom škroba. Koristi se u konditorskoj industriji; kao lijek - u medicini.
U medicinske svrhe koriste glukozu u prahu i tabletama, kao i izotonične (4,5–5%) i hipertonične (10–40%) otopine glukoze. Izotonične otopine se koriste (ubrizgavaju subkutano i u klistirama) za nadopunjavanje tijela tekućinom; oni su također izvor lako probavljivih hranjivih tvari. Uvođenjem hipertoničnih otopina (intravenozno), povećava se osmotski tlak krvi, poboljšavaju se metabolički procesi, pojačava antitoksična funkcija jetre, povećava kontraktilna aktivnost srčanog mišića, povećavaju se krvne žile, povećava urin. Otopine glukoze koriste se u infekcijskim bolestima, srčanim bolestima, raznim trovanjima itd., Često u kombinaciji s askorbinskom kiselinom.
Glavne komponente hrane
Postoje tri glavna područja uporabe glukoze u tijelu:
glukoza se oksidira za energiju;
kada količina glukoze premašuje količinu potrebne za energiju, pretvara se u mišić i glikogen jetre;
kada je glikogen depot zasićen, glukoza se pretvara u masti, koje se talože u masnim stanicama. [11-C.13]
Voda je potrebna čovjeku kao medij za obavljanje niza funkcija: probava, apsorpcija i transport hranjivih tvari kroz gastrointestinalni trakt i cirkulacijski sustav; otapanje metaboličkih produkata i njihovo izlučivanje s urinom; osiguravanje okoliša. Uz sudjelovanje vode, provode se sve biokemijske reakcije; prijenos električnih signala između ćelija; regulacija tjelesne temperature (tijelo se hladi kad ispari voda); formiranje okoliša - maziva za pomicanje i trljanje dijelova tijela, kao što su spojevi; osiguravanje tijela topljivim u vodi hranjivim tvarima. Višak vode s normalnom količinom elektrolita izlučuje se urinom i znojem. Nedostatak vode u tijelu osjeća se vrlo brzo. Prvi simptom je osjećaj žeđi, drugi je smanjenje količine ili potpuni prestanak urina.
Najvažnija biološka uloga hrane je osigurati tijelu energiju.
Energija hrane troši se na:
održavanje konstantne tjelesne temperature;
provođenje svih bioloških funkcija i biokemijskih procesa;
na izvođenje mišića mehaničkog rada;
probavu i asimilaciju hrane.
Najvažniji esencijalni nutrijenti su vitamini - organski spojevi niske molekularne težine potrebni za provedbu mehanizama enzimatske katalize, normalan tijek metabolizma, održavanje homeostaze, biokemijska podrška svim vitalnim funkcijama tijela. Vitamini su uključeni u funkcioniranje enzima. Nedovoljan unos jednog ili drugog vitamina s hranom dovodi do njegovog nedostatka u tijelu i razvoja odgovarajuće bolesti nedostatka vitamina, koja se temelji na kršenju biokemijskih procesa ovisnih o tom vitaminu. Nedostaci vitamina i elemenata u tragovima također se nazivaju "skrivena glad", jer se ne manifestira dugo vremena. Nedostatak svakog vitamina može dovesti do ozbiljnih poremećaja metabolizma. Trudnoća, dojilje i djeca u kritičnim razdobljima razvoja, kao i djeca koja odrastaju u socijalno nepovoljnim uvjetima, oslabljena ponovljenim bolestima, najviše su izloženi riziku razvoja deficitarnih stanja.
Ako tijelo duže vrijeme ne prima odgovarajuću količinu vitamina, tada se javlja nedostatak vitamina s određenom kliničkom manifestacijom i nakon toga povećava nedostatak vitamina može prestati na bilo kojoj početnoj razini. Međutim, ako se prevladavanje konzumacije vitamina nad unosom nastavi, naravno, manifestacije nedostatka vitamina će napredovati. Obično postoje dva stupnja nedostatka vitamina: avitaminoza i hipovitaminoza.
Pod avitaminozom se podrazumijeva duboki nedostatak jednog ili drugog vitamina s razvijenom kliničkom slikom deficitarnog stanja: s nedostatkom vitamina C - skorbutom, vitaminom D - rahitisom, vitaminom B1 - beriberijem, vitaminom PP - pellagra, vitaminom B12 - opasnom anemijom.
Višak vitamina se primjećuje s povećanim unosom u tijelo ili kršenjem eliminacije (bolest jetre, bubrega). Najčešće se hipervitaminoza promatra s neograničenom (bezumnom) konzumacijom vitamina, prehrambenih dodataka, obogaćenih namirnica, produljenom upotrebom lijepih dijeta.
Načini korištenja glukoze u tijelu
Glukoza je glavni metabolit i oblik transporta ugljikohidrata u ljudi i životinja. Izvori glukoze su ugljikohidrati hrane, tkivni glikogen i proces glukoneogeneze u jetri i kortikalnoj supstanci bubrega. Kako bi se glukoza uključila u metabolizam, ona se mora fosforilirati da bi se formirao glukoza-6-fosfat (G-6-F), koji se zatim može pretvoriti putem različitih metaboličkih putova. Na Sl. 17.1. Prikazani su glavni putevi metabolizma glukoze.
glikoliza
Glikoliza je glavni način katabolizma glukoze uzastopnim enzimskim transformacijama u laktat (bez potrošnje kisika - anaerobna glikoliza) ili putem oksidativne dekarboksilacije piruvata u CO2 i H2O (u prisutnosti kisika - aerobna glikoliza).
Proces aerobne glikolize uključuje nekoliko faza:
1. Aerobna glikoliza - proces oksidacije glukoze s nastankom dvije molekule piruvata;
2. Opći put katabolizma, uključujući oksidacijsku dekarboksilaciju piruvata u acetil CoA i njegovu daljnju oksidaciju u ciklusu trikarboksilne kiseline;
3. Lanac disanja tkiva, zajedno s reakcijama dehidrogenacije koje se javljaju u procesu razgradnje glukoze.
Ukupni prinos ATP u oksidaciji 1 mol glukoze u CO2 i H2O je 38 mol.
Sl. 17.-1. Opća shema metabolizma glukoze.
1 - aerobna glikoliza; 2 - anaerobna glikoliza; 3 - alkoholno vrenje; 4 - put pentoznog fosfata; 5 - sinteza glikogena; 6 - razgradnja glikogena; 7 - glukoneogeneza.
Anaerobna glikoliza je proces cijepanja glukoze u obliku laktata kao konačnog proizvoda. Ovaj proces se odvija bez upotrebe kisika i stoga ne ovisi o radu mitohondrijske mreže. Ovdje nastaje ATP kroz reakcije fosforilacije supstrata. Ravnoteža ATP-a tijekom anaerobne glikolize je 2 mol po 1 mol glukoze.
Aerobna glikoliza javlja se u mnogim organima i tkivima i služi kao glavni, ali ne i jedini izvor energije za vitalnu aktivnost.
Osim energetske funkcije, glikoliza također može obavljati anaboličke funkcije. Metaboliti glikolize koriste se za sintezu novih spojeva. Dakle, fruktoza-6-fosfat i gliceraldehid-3-fosfat sudjeluju u stvaranju riboz-5-fosfata - strukturne komponente nukleotida. 3-fosfoglicerat može biti uključen u sintezu aminokiselina kao što su serin, glicin, cistein. U jetri i masnom tkivu, acetil-CoA, koji se formira iz piruvata, koristi se kao supstrat u biosintezi masnih kiselina i kolesterola.
Anaerobna glikoliza aktivira se u mišićima tijekom intenzivnog mišićnog rada, javlja se u eritrocitima (nedostaje imitohondrija), ali i pod različitim uvjetima ograničene opskrbe kisikom (spazam i tromboza krvnih žila, stvaranje aterosklerotskih plakova).
Pentozni fosfatni put (PPP)
PFP, također poznat kao heksose-monofosfatni šant, služi kao alternativa oksidacijom glukoza-6-fosfata. Prema PFP-u, do 33% ukupne glukoze metabolizira se u jetri, do 20% u masnom tkivu, do 10% u eritrocitima i manje od 1% u mišićnom tkivu. Najaktivniji PPP javlja se u masnom tkivu, jetri, nadbubrežnoj kori, crvenim krvnim stanicama, mliječnoj žlijezdi tijekom dojenja, testisa. PFP se sastoji od 2 faze (dijelovi) - oksidirajuće i neoksidirajuće.
U oksidativnoj fazi glukoza-6-fosfat se nepovratno oksidira u pentozu-ribuloza-5-fosfat, te nastaje smanjeni NADPH.2. U ne-oksidativnoj fazi, ribuloza-5-fosfat se reverzibilno prevodi u riboz-5-fosfat, metabolite glikolize i druge fosforilirane šećere.
Biološka uloga TFG:
1. Sati obnovljeni NADPH2 za regenerativnu biosintezu (masne kiseline, kolesterol, itd.).
2. Sinteza pentoznih fosfata za stvaranje nukleinskih kiselina i nekih koenzima.
3. Sinteza monosaharida s brojem atoma ugljika od 3 do 8.
4. Neutralizacija ksenobiotika - NADPH je nužna2.
5. U biljkama - sudjelovanje u tamnoj fazi fotosinteze kao akceptora CO2.
PFP ne dovodi do sinteze ATP-a, tj. Ne ispunjava energetsku funkciju.
Glukoneogeneza (GNG)
Glukoneogeneza je sinteza glukoze iz prekursora ugljikohidrata. Glavna funkcija GNG-a je održavanje razine glukoze u krvi tijekom dugotrajnog posta i intenzivnog fizičkog napora. Proces se odvija uglavnom u jetri i manje intenzivno u kortikalnoj supstanci bubrega, kao iu intestinalnoj sluznici. Ova tkiva mogu proizvesti 80-100 g glukoze dnevno.
Primarni supstrati (prekursori) u GNG-u su laktat, glicerol, većina aminokiselina. Uključivanje ovih supstrata u GNG ovisi o fiziološkom stanju organizma.
Laktat - produkt anaerobne glikolize, formira se u radnim mišićima i kontinuirano u crvenim krvnim stanicama. Prema tome, laktat se koristi kontinuirano u GNG. Glicerol se oslobađa tijekom hidrolize masti u masnom tkivu tijekom razdoblja gladovanja ili tijekom dugotrajnog fizičkog napora. Aminokiseline nastaju kao rezultat razgradnje mišićnih proteina i provode se u GNG-u s produljenim postom ili duljim radom mišića. Aminokiseline, koje se kataboliziraju, pretvaraju se u piruvat ili metabolite ciklusa trikarboksilne kiseline, mogu se smatrati potencijalnim prekursorima glukoze i nazivaju se glikogenskim.
Od svih aminokiselina koje ulaze u jetru, oko 30% je alanin. To je zato što razgradnja mišićnih proteina proizvodi aminokiseline, od kojih se mnoge odmah pretvaraju u piruvat, ili prvo u oksaloacetat, a zatim u piruvat. Potonji se pretvara u alanin, dobivajući amino skupinu iz drugih aminokiselina. Alanin iz mišića nosi krv u jetru, gdje se ponovno pretvara u piruvat, koji je djelomično oksidiran i djelomično ugrađen u GNG. Takav slijed transformacija dovodi do stvaranja ciklusa glukoza-alanin.
Sl. 17.2. Ciklus glukoza-alanin.
Put glukuronske kiseline
Udio glukoze, preusmjeren na metabolizam uz put glukuronske kiseline, vrlo je malen u usporedbi s velikom količinom glukoze, razdijeljen u procesu glikolize ili sinteze glikogena. Međutim, proizvodi ovog sekundarnog puta su vitalni za tijelo.
UDF-glukuronat pomaže neutralizirati neke strane tvari i lijekove. Osim toga, služi kao prekursor D-glukuronatnih ostataka u molekulama hijaluronske kiseline i heparina. Askorbinska kiselina (vitamin C) nije sintetizirana u ljudima, zamorcima i nekim vrstama majmuna, jer im nedostaje enzim gulonakton oksidaza. Ove vrste trebaju primati sav vitamin C koji im je potreban od hrane.
Aerobna razgradnja glukoze.
Sinteza glikogena
Glukoza, koja se koristi za sintezu glikogena, prethodno je aktivirana.
Shematski, aktivacija glukoze može se predstaviti kako slijedi:
+ ATP + UTP
GlGl-6-f Gl-l-f Gl-l-UDF
- ADF - FF
Sinteza glikogena provodi se vezanjem rezultirajuće UDP-glukoze na vanjske lance molekula glikogena prisutnih u stanicama jetre, što se naziva "priming". U ovom slučaju, u molekulu glikogena uključeni su samo ostaci glukoze. Kao rezultat ponovnog dodavanja glukoznih ostataka, vanjski lanci su produljeni i razgranati, što dovodi do značajnog povećanja veličine molekula glikogena.
UDP molekule koje se oslobađaju tijekom procesa sinteze glikogena reagiraju s ATP i vraćaju se u UTP:
UDF + ATP UTP + ADF
Dakle, ATP je izvor energije za sintezu glikogena, a UTP djeluje kao nositelj energije.
Zbog sinteze, glikogen se nakuplja u jetri i njegova koncentracija može doseći 5-6%. Pretvorba glukoze u glikogen u jetri sprječava oštar porast sadržaja u krvi tijekom obroka.
Sinteza glikogena iz glukoze također se javlja u mišićima, ali koncentracija u njima ne prelazi 2-3%. Stvaranje glikogena u mišićima doprinosi hiperglikemiji hrane..
Sinteza glikogena ubrzava se hormonskim monosulinumom.
Razgradnja glikogena
Između obroka, glikogen u jetri se razgrađuje i pretvara u glukozu koja ulazi u krv. Ovaj raspad dolazi uz sudjelovanje fosforne kiseline i naziva se fosforoliza. Pod djelovanjem fosforne kiseline, ostaci glukoze u obliku glukoza-1-fosfata sukcesivno se odvajaju od vanjskih lanaca glikogena. Potpuno se ne razgrađuje glikogen. Preostale male molekule glikogena služe kao “sjeme” tijekom njegove sinteze iz glukoze.
Fosforoliza glikogena odvija se prema sljedećoj jednadžbi:
Izvorni glikogen Glikogen - "sjeme"
Gl-1-f Gl-6-f Glukoza + N3RO4
Razgradnja glikogena u jetri do glukoze često se naziva glukoogeneza i ubrzava se hormonima glukagonom i adrenalinom.
Zbog protoka u jetri dva suprotna procesa: sinteza glikogena iz glukoze i ponovno raspadanje u glukozu, koncentracija u krvi se mijenja samo u malom rasponu, pa krv konstantno opskrbljuje sve organe glukozom.
U mišićima se obično provodi razgradnja glikogena pri obavljanju fizičkog rada. Međutim, ovdje se ne stvara slobodna glukoza, budući da ne postoji enzim u mišićnim stanicama koji uzrokuje hidrolizu glukoza-6-fosfata. Glukoza-1-fosfat i glukoza-6-fosfat zbog prisutnosti ostatka fosfata kroz stijenku mišićnih stanica ne mogu proći te stoga sve daljnje transformacije tih spojeva teku izravno u mišiće i usmjerene su na dobivanje energije.
Razgradnja glikogena u mišićima stimulira hormon adrenalin, koji se oslobađa u krv tijekom rada mišića.
Katabolizam ugljikohidrata
Korištenje glukoze u tijelu provodi se na dva načina:
· Većina ugljikohidrata (90-95%) podvrgava se raspadanju duž hekso-difosfatnog puta (GDF-put), koji je glavni izvor energije za tijelo.
· Neznatan dio glukoze (5-10%) razgrađuje se uz put hekso-monofosfata (GMP-put), koji ima anaboličku svrhu i pruža različite sinteze s ribozom i vodikom u obliku NADPH2.
Put GDF-a može biti aerobni i aerobni, a aerobni GDF put neprekidno funkcionira, a anaerobna razgradnja ugljikohidrata se promatra samo s povećanim energetskim zahtjevima stanica, uglavnom u skeletnim mišićima.
Aerobna razgradnja glukoze.
Aerobna razgradnja ugljikohidrata kroz put BDP-a je složen, višestupanjski proces koji uključuje desetke intermedijarnih reakcija koje u konačnici dovode do stvaranja ugljičnog dioksida i vode s oslobađanjem velikih količina energije.Ovaj se proces može podijeliti u tri faze, sukcesivno slijedeći jedna drugu.
Prva faza puta BDP-a odvija se u citoplazmi stanica. U ovoj fazi glukoza se pretvara u piruvičnu kiselinu (piruvat), koja se često naziva glikoliza.
U prvoj fazi glukoza kroz interakciju s ATP ulazi u aktivni oblik - glukoza-6-fosfat:
To je jedina reakcija koju glukoza prolazi u tijelu. Stoga, sve transformacije glukoze u tijelu počinju stvaranjem glukoza-6-fosfata. Nadalje, glukoza-6-fosfat ulazi u različite puteve metabolizma glukoze.
Tijekom aerobne oksidacije glukoza se pretvara u konačne proizvode - ugljični dioksid i vodu - oslobađajući veliku količinu energije, kroz koju se sintetizira 36-38 ATP molekula po jednoj molekuli glukoze.
Konačna jednadžba aerobnog puta glukoze GDF
Važan korak u aerobnoj razgradnji glukoze je Krebsov ciklus, u kojem se acetil koenzim A oksidira u CO2 i H2O oslobađanju velike količine energije, zbog čega se sintetizira mnogo ATP-a
194.48.155.245 © studopedia.ru nije autor objavljenih materijala. No, pruža mogućnost besplatnog korištenja. Postoji li kršenje autorskih prava? Pišite nam | Kontaktirajte nas.
Onemogući oglasni blok!
i osvježite stranicu (F5)
vrlo je potrebno
Glukoza kao najvažniji metabolit metabolizma ugljikohidrata. Opća shema izvora i načina potrošnje glukoze u tijelu.
Najčešći ugljikohidrati životinja su glukoza. U obliku glukoze većina ugljikohidrata hrane ulazi u krv. Ugljikohidrati u jetri pretvaraju se u glukozu, kada se svi ostali ugljikohidrati mogu formirati iz glukoze. Glukoza se koristi kao glavna vrsta goriva u tkivima sisavaca. Dakle, on igra ulogu veziva između energetskih i plastičnih funkcija ugljikohidrata. Izvor ugljikohidrata u tijelu su ugljikohidrati hrane - uglavnom škrob i glikogen, kao i saharoza i laktoza. Osim toga, glukoza može biti formirana u tijelu od aminokiselina, kao i iz glicerola, koji je dio masti.
Glavni izvori glukoze su: - hrana
- razgradnja polisaharida s podlogom glikogena
- sinteza glukoze iz prekursora ugljikohidrata (uglavnom iz glikogenskih aminokiselina) - glukoneogeneza.
Glavni načini potrošnje glukoze:
1) stvaranje energije u aerobnoj i anaerobnoj oksidaciji glukoze
2) konverzija u druge monosaharide
3) konverzija u glikogen i heteropolisaharide
4) pretvaranje u mast, neke aminokiseline itd.
49. Aerobna razgradnja je glavni put za katabolizam glukoze u ljudima i drugim aerobnim organizmima. Redoslijed reakcija na stvaranje piruvata (aerobna glikoliza).
Distribucija i fiziološki značaj aerobne razgradnje glukoze. Upotreba glukoze za sintezu masti u jetri i masnom tkivu.
Gdje početi? Postoje dva načina na koje aerobna razgradnja glukoze može ići. Dihotomski i pentofosfatni put.
Zašto je to potrebno? Dihotomni put daje ćeliji 38 sa ATP molekulom kao rezultat tri faze. Prvi, glikoliza, odvija se u citosolu, a ostatak u mitohondrijima.
Drugi je zanimljiviji, što daje:
Formirana je NADP + N, koja nastavlja sintezu masnih kiselina i steroida, kao i 3-fosfogliceraldehida, na sintezu lipida. Radujemo se!
Anaerobna razgradnja glukoze (anaerobna glikoliza). Glikolitička oksidacija, piruvat kao akceptor vodika. Fosforilacija supstrata. Distribucija i fiziološki značaj ovog puta razgradnje glukoze.
U određenim situacijama, opskrba tkiva kisikom možda neće zadovoljiti njihove potrebe. Na primjer, u početnim stadijima intenzivnog mišićnog rada pod stresom, srčane kontrakcije možda neće dosegnuti željenu frekvenciju, a mišićne potrebe za kisikom za aerobnu razgradnju glukoze su visoke. U takvim slučajevima započinje se proces koji se odvija bez kisika i završava s nastankom laktata iz piruvične kiseline. Taj se proces naziva anaerobna dezintegracija ili anaerobna glikoliza. Anaerobna razgradnja glukoze nije energetski učinkovita, ali taj proces može biti jedini izvor energije za mišićne stanice.
Anaerobna glikoliza odnosi se na proces razdvajanja glukoze u obliku laktata kao konačnog proizvoda. Taj se proces odvija bez upotrebe kisika i stoga ne ovisi o radu mitohondrijskog respiratornog lanca. ATP nastaje reakcijom fosforilacije supstrata. Ukupna jednadžba procesa:
Kod anaerobne glikolize u citosolu se odvija svih 10 reakcija identičnih aerobnoj glikolizi. Samo je jedanaesta reakcija, gdje se piruvat obnavlja citosolnim NADH, specifična za anaerobnu glikolizu. Redukcija piruvata u laktat katalizirana je laktat dehidrogenazom (reakcija je reverzibilna, a enzim je nazvan po reverznoj reakciji). Ova reakcija osigurava regeneraciju NAD + iz NADH bez sudjelovanja mitohondrijskog respiratornog lanca u situacijama koje uključuju nedovoljnu opskrbu stanica kisikom. Uloga akceptora vodika iz NADH (poput kisika u respiratornom lancu) izvodi se piruvatom. Stoga značaj reakcije redukcije piruvata nije u formiranju laktata, već u činjenici da ova citosolna reakcija osigurava regeneraciju NAD +. Osim toga, laktat nije krajnji proizvod metabolizma koji se uklanja iz tijela. Ova tvar se eliminira u krvi i koristi, pretvara u glukozu u jetri, ili kada je kisik dostupan, pretvara se u piruvat, koji ulazi u opći put katabolizma, oksidirajući u CO.2 i H2O.
Fosforilacija supstrata, budući da je dio metaboličkog puta ("lanac supstrata"). Njihova posebnost je katalizirana topljivim enzimima. Ova metoda povezana je s prijenosom visoko-energetskog fosfata ili energijom visokoenergetske veze tvari (supstrata) s ADP-om. Takve tvari uključuju metabolite glikolize (1,3-difosfoglicerinska kiselina, fosfoenolpiruvat), ciklus tricarboksilne kiseline (sukcinil-SKOA) i kreatin fosfat. Energija hidrolize njihove visoke energetske veze veća je od 7,3 kcal / mol u ATP-u, a uloga tih tvari reducira se na uporabu te energije za fosforilaciju ADP molekula u ATP. Razlike: različiti izvori energije, za oksidirajuće kretanje elektrona u lancu disanja je potrebno, za supstrat je potrebna energija makroergijske veze.
Načini korištenja glukoze u stanicama 11
1.5 Načini korištenja glukoze u stanicama
Glukoza sudjeluje u nekoliko metaboličkih putova kao supstrat:
1. Može oksidirati tijekom glikolize i kasnijih metaboličkih putova, osiguravajući energiju stanici.
2. Glukoza služi kao supstrat u pentoznom fosfatnom putu.
3. U jetri i mišićima glukoza se pohranjuje kao glikogen. Taj se proces naziva glikogenogeneza.
1.6 Glikoliza
Opće karakteristike i podloge
Većina glukoze ulazi u tijelo s hranom (mali dio se sintetizira u jetri i bubrezima) kao posljedica razgradnje polisaharida u crijevu i naknadne apsorpcije monosaharida. Nadalje, glukoza iz krvotoka se prenosi u citosol stanica upotrebom posebnog proteinskog nosača, GLUT proteina. U citosolu stanica su enzimi glikolize.
Glikoliza (također poznata kao Embden - Meyerhoff - Parnas Path) je metabolički put za oksidaciju glukoze, tijekom koje dvije molekule piruvične kiseline (piruvat; u aerobnom načinu, tj. U prisutnosti kisika) ili mliječne kiseline ( laktat, u anaerobnom ili bez kisika načinu. Slobodna energija koja se oslobađa tijekom ovog puta koristi se za formiranje makroergijskih veza u ATP. Glikoliza u aerobnom načinu ima 10 enzimskih reakcija. U anaerobnom načinu, javlja se dodatna 11. reakcija.
Glikolizu možemo podijeliti u dvije faze:
1. Faza 1 (pripremna faza): tijekom ove faze glukoza se dva puta fosforilira i razgradi na dvije molekule gliceraldehid-3-fosfata. U ovoj se fazi konzumiraju 2 molekule ATP-a.
2. Faza 2 (faza stvaranja ATP-a): dvije molekule gliceraldehid-3-fosfata pretvaraju se u piruvat formirajući 4 ATP i 2 NADH, koji u prisustvu kisika prenose elektrone u respiratorni lanac i tvore 6 molekula ATP. U odsutnosti kisika, NADH sudjeluje u redukciji piruvata u laktat, dok se oksidira u NAD +.
Glukoza kao najvažniji metabolit metabolizma ugljikohidrata. Opća shema izvora i načina potrošnje glukoze u tijelu.
Najčešći ugljikohidrati životinja su glukoza. U obliku glukoze većina ugljikohidrata hrane ulazi u krv. Ugljikohidrati u jetri pretvaraju se u glukozu, kada se svi ostali ugljikohidrati mogu formirati iz glukoze. Glukoza se koristi kao glavna vrsta goriva u tkivima sisavaca. Dakle, on igra ulogu veziva između energetskih i plastičnih funkcija ugljikohidrata. Izvor ugljikohidrata u tijelu su ugljikohidrati hrane - uglavnom škrob i glikogen, kao i saharoza i laktoza. Osim toga, glukoza može biti formirana u tijelu od aminokiselina, kao i iz glicerola, koji je dio masti.
Glavni izvori glukoze su: - hrana
- razgradnja polisaharida s podlogom glikogena
- sinteza glukoze iz prekursora ugljikohidrata (uglavnom iz glikogenskih aminokiselina) - glukoneogeneza.
Glavni načini potrošnje glukoze:
1) stvaranje energije u aerobnoj i anaerobnoj oksidaciji glukoze
2) konverzija u druge monosaharide
3) konverzija u glikogen i heteropolisaharide
4) pretvaranje u mast, neke aminokiseline itd.
49. Aerobna razgradnja je glavni put za katabolizam glukoze u ljudima i drugim aerobnim organizmima. Redoslijed reakcija na stvaranje piruvata (aerobna glikoliza).
Shema korištenja glukoze u tijelu
Uloga metabolizma ugljikohidrata. Izvori glukoze i načini uporabe u tijelu.
49. Pojednostavljena shema hidrolize škroba i glikogena u tijelu životinje.
50. Glikoliza i njezine glavne faze. Vrijednost glikolize.
Esencija, ukupne reakcije i učinkovitost glikolize.
Uloga metabolizma ugljikohidrata. Izvori glukoze i načini uporabe u tijelu.
Glavnu ulogu ugljikohidrata određuje njihova energetska funkcija.
Glukoza (od starogrčkog γλυκύς sweet) (C6H12O6), ili šećer od grožđa je bijela ili bezbojna tvar bez mirisa, slatkog okusa, topiva u vodi. Cane šećer je oko 25% slađi od glukoze. Glukoza je najvažniji ugljikohidrat za osobu. U ljudi i životinja, glukoza je glavni i univerzalni izvor energije za osiguravanje metaboličkih procesa. Glukoza se taloži u životinja u obliku glikogena, u biljkama - u obliku škroba.
Izvori glukoze
U normalnim uvjetima ugljikohidrati su glavni izvor ugljikohidrata za ljude. Dnevna potreba za ugljikohidratima je oko 400 g. U procesu asimilacije hrane svi egzogeni ugljikohidratni polimeri su podijeljeni u monomere, samo monosaharidi i njihovi derivati otpuštaju se u unutarnje okruženje tijela.
Glukoza u krvi je izravan izvor energije u tijelu. Brzina njezine razgradnje i oksidacije, kao i sposobnost brzog izdvajanja iz skladišta, osiguravaju hitnu mobilizaciju energetskih resursa uz naglo povećanje troškova energije u slučajevima emocionalnog uzbuđenja, intenzivnog mišićnog opterećenja itd.
Razina glukoze u krvi je 3,3-5,5 mmol / l (60-100 mg%) i najvažnija je homeostatska konstanta organizma. Osobito osjetljiv na snižavanje glukoze u krvi (hipoglikemija) je središnji živčani sustav. Manja hipoglikemija očituje se općom slabošću i umorom. S smanjenjem glukoze u krvi na 2,2-1,7 mmol / l (40–30 mg%) razvijaju se konvulzije, delirij, gubitak svijesti i vegetativne reakcije: povećano znojenje, promjene u lumenu kožnih žila, itd. naziv "hipoglikemijska koma". Uvođenje glukoze u krv brzo uklanja te poremećaje.
Energetska uloga glukoze.
1. U stanicama se glukoza koristi kao izvor energije. Glavni dio glukoze, nakon niza transformacija, troši se na sintezu ATP-a u procesu oksidativne fosforilacije. Više od 90% ugljikohidrata konzumira se za proizvodnju energije tijekom glikolize.
2. Dodatni način korištenja energije glukoze - bez stvaranja ATP-a. Taj se put naziva pentozni fosfat. U jetri čini oko 30% pretvorbe glukoze, u masnim stanicama je nešto više. Ta se energija troši za stvaranje NADP, koji služi kao donor vodika i elektrona potrebnih za sintetske procese - stvaranje nukleinskih i žučnih kiselina, steroidnih hormona.
3. Pretvorba glukoze u glikogen ili mast nastaje u stanicama jetre i masnog tkiva. Kada je skladištenje ugljikohidrata nisko, na primjer, pod stresom, razvija se gluneogeneza - sinteza glukoze iz aminokiselina i glicerola.
Shema korištenja glukoze u tijelu
Metabolizam ugljikohidrata u ljudskom tijelu sastoji se od sljedećih procesa:
1. Digestija u probavnom traktu poli- i disaharida isporučenih s hranom monosaharidima, daljnja apsorpcija monosaharida iz crijeva u krv.
2. Sinteza i razgradnja glikogena u tkivima (glikogeneza i glikogenoliza), osobito u jetri.
Glikogen je glavni oblik taloženja glukoze u životinjskim stanicama. Kod biljaka istu funkciju obavlja škrob. Strukturno, glikogen, poput škroba, je razgranati polimer glukoze. Međutim, glikogen je razgranatiji i kompaktniji. Grananje osigurava brzo oslobađanje kada glikogen razgradi veliki broj terminalnih monomera.
-je glavni oblik skladištenja glukoze u životinjskim stanicama
-stvara rezervu energije koja se može brzo mobilizirati ako je to potrebno kako bi se nadoknadio iznenadni nedostatak glukoze
Sadržaj glikogena u tkivima:
-Nalazi se u obliku granula u citoplazmi u mnogim tipovima stanica (uglavnom jetre i mišića).
-Samo se glikogen pohranjen u stanicama jetre može preraditi u glukozu kako bi nahranio cijelo tijelo. Ukupna masa glikogena u jetri može doseći 100-120 grama u odraslih
-Glikogen u jetri se nikada ne cijepa.
-U mišićima se glikogen prerađuje u glukozu-6-fosfat, isključivo za lokalnu potrošnju. U mišićima glikogena ne nakuplja se više od 1% ukupne mišićne mase.
-Mala količina glikogena nalazi se u bubrezima, a još manje u glijalnim moždanim stanicama i leukocitima.
Sinteza i razgradnja glikogena se ne pretvaraju jedna u drugu, ovi se procesi odvijaju na različite načine.
Molekula glikogena sadrži do 1 milijun glukoznih ostataka, stoga se značajna količina energije troši u sintezi. Potreba za pretvaranjem glukoze u glikogen posljedica je činjenice da bi nakupljanje značajne količine glukoze u stanici dovelo do povećanja osmotskog tlaka, budući da je glukoza visoko topljiva tvar. Naprotiv, glikogen se nalazi u ćeliji u obliku granula i slabo je topljiv.
Glikogen se sintetizira tijekom probavnog razdoblja (unutar 1-2 sata nakon uzimanja ugljikohidratnih namirnica). Glikogeneza se pojavljuje posebno intenzivno u jetri i skeletnim mišićima.
Uključiti 1 ostatak glukoze u glikogenskom lancu, potrošiti 1 ATP i 1 UTP.
Glavni aktivator - hormon inzulin
Aktivira se u intervalima između obroka i tijekom fizičkog rada, kada se razina glukoze u krvi smanjuje (relativna hipoglikemija)
Glavni aktivatori propadanja:
u jetri - hormon glukagon
u mišićima - hormon adrenalin
Pojednostavljena shema hidrolize škroba i glikogena u tijelu životinje.
3. Put pentoznog fosfata (pentozni ciklus) je anaerobni put izravne oksidacije glukoze.
Na tom putu ne ide više od 25-30% glukoze koja ulazi u stanice
Rezultirajuća jednadžba puta pentoznog fosfata:
6 molekula glukoze + 12 NADP → 5 molekula glukoze + 6 S02 + 12 NADPH2
Biološka uloga pentoznog fosfatnog puta u odrasle osobe je obavljanje dvije važne funkcije:
· Dobavljač pentoza, potrebnih za sintezu nukleinskih kiselina, koenzima, makroerga u plastične svrhe.
· Služi kao izvor NADPH2, koji se koristi za:
1. restorativne sinteze steroidnih hormona, masnih kiselina
2. aktivno sudjeluje u neutralizaciji otrovnih tvari u jetri
4. Glikoliza - razgradnja glukoze. U početku, ovaj pojam je značio samo anaerobnu fermentaciju, koja kulminira stvaranjem mliječne kiseline (laktata) ili etanola i ugljičnog dioksida. Trenutno, koncept "glikolize" koristi se šire za opisivanje razgradnje glukoze, prolazi kroz stvaranje glukoza-6-fosfata, fruktoze difosfata i piruvata i u odsutnosti i u prisutnosti kisika. U potonjem slučaju koristi se pojam "aerobna glikoliza", za razliku od "anaerobne glikolize", koja kulminira stvaranjem mliječne kiseline ili laktata.
glikoliza
Mala, nenabijena molekula glukoze može difundirati kroz stanicu difuzijom. Da bi glukoza ostala u stanici, mora se pretvoriti u napunjeni oblik (obično glukoza-6-fosfat). Ova reakcija naziva se blokiranje ili zaključavanje.
Daljnji načini korištenja glukoza-6-fosfata u stanicama:
-Glikoliza i potpuna aerobna oksidacija glukoze
-Ciklus pentoznog fosfata (djelomična oksidacija glukoze u pentozu)
-Sinteza glikogena, itd.
Glikoliza se javlja u citoplazmi stanica. Krajnji produkt ovog koraka je piruvična kiselina.
ANAEROBNA GLIKOLIZA - proces cijepanja glukoze s formiranjem konačnog produkta laktata kroz piruvat. Teče bez upotrebe kisika i stoga ne ovisi o radu mitohondrijskog respiratornog lanca.
Teče u mišićima kod intenzivnih opterećenja, u prvim minutama mišićnog rada, u eritrocitima (u kojima mitohondrija nema), kao iu različitim organima u uvjetima ograničene opskrbe kisikom, uključujući i tumorske stanice. Ovaj proces služi kao pokazatelj povećane stope stanične diobe s nedovoljnim osiguravanjem sustava krvnih žila.
1. Pripremna faza (nastavlja se s troškom dvije molekule ATP-a)
enzimi: Glukokinaza; fosfofrukto izomeraza;
2. Stupanj formiranja trioze (cijepanje glukoze u 2 tri ugljikova fragmenta)
Fruktoza-1,6-difosfat → 2 gliceroaldehid-3-fosfat
3. Oksidativni stupanj glikolize (daje 4 mol ATP-a na 1 mol glukoze)
2 gliceroaldehid-3-fosfat + 2 NAD + → 2 PVK + 2 ATP
2 PVK + 2 NADH * H + → 2 laktat + 2 NAD +
2NAD daje 6 ATP
Ova metoda sinteze ATP-a, provedena bez sudjelovanja tkivnog disanja i stoga, bez potrošnje kisika, osigurana rezervnom energijom supstrata, naziva se anaerobna ili supstratna fosforilacija.
Ovo je najbrži način da dobijete ATP. Treba napomenuti da se u ranim fazama konzumiraju dvije molekule ATP-a za aktiviranje glukoze i fruktoza-6-fosfata. Kao rezultat, konverzija glukoze u piruvat je praćena sintezom osam molekula ATP.
Opća jednadžba za glikolizu je:
Glukoza + O2 + 8ADF + 8H3PO4 → 2 piruvat + 2H2O + 8 ATP,
ili
1. Glikoliza je mitohondrijski neovisan put za proizvodnju ATP u citoplazmi (2 mola ATP-a na 1 mol glukoze). Osnovni fiziološki značaj - korištenje energije koja se oslobađa u ovom procesu za sintezu ATP-a. Metaboliti glikolize koriste se za sintezu novih spojeva (nukleozidi; aminokiseline: serin, glicin, cistein).
2. Ako se glikoliza nastavi do laktata, tada se NAD + “regeneracija” događa bez sudjelovanja tkivnog disanja.
3. U stanicama koje ne sadrže mitohondrije (eritrocite, spermatozoide), glikoliza je jedini način da se sintetizira ATP
4. Kada su mitohondrije otrovane ugljičnim monoksidom i drugim respiratornim otrovima, glikoliza omogućuje preživljavanje
1. Stopa glikolize se smanjuje ako glukoza ne uđe u stanicu (regulacija količinom supstrata), međutim, ubrzo počinje razgradnja glikogena i vraća se stopa glikolize
2. AMP (signal niske energije)
3. Reguliranje glikolize s hormonima. Stimulirajte glikolizu: inzulin, adrenalin (stimulira razgradnju glikogena; u mišićima nastaje glukoza-6 fosfat i supstrat aktivira glikolizu). Inhibira glikolizu: Glukagon (potiskuje gen piruvat kinaze; prevodi piruvat kinazu u neaktivni oblik)
Značenje anaerobne glikolize je kratko
- U uvjetima intenzivnog mišićnog rada, tijekom hipoksije (na primjer, intenzivnog trčanja za 200 m tijekom 30 s), razgradnja ugljikohidrata se privremeno odvija u anaerobnim uvjetima
- NADH molekule ne mogu donirati svoj vodik, jer respiratorni lanac u mitohondrijima "ne djeluje"
- Tada je u citoplazmi dobar akceptor vodika piruvat, konačni proizvod prvog stupnja.
- U mirovanju, nakon intenzivnog mišićnog rada, u stanicu počinje ulaziti kisik.
- To dovodi do "lansiranja" dišnog lanca.
- Kao rezultat toga, anaerobna glikoliza se automatski inhibira i prebacuje na aerobni, energetski učinkovitiji
- Inhibicija anaerobne glikolize kisikom koji ulazi u stanicu naziva se PASTER EFFECT.
PASTER EFFECT. Sastoji se od depresije disanja (O2a) anaerobna glikoliza, tj. dolazi do prelaska s aerobne glikolize na anaerobnu oksidaciju. Ako se tkanine isporučuju s O2, zatim 2NADN2, oksidacija nastala tijekom središnje reakcije oksidira se u respiratornom lancu, stoga se PVC ne pretvara u laktat, već u acetil CoA, koji je uključen u TCA ciklus.
Prva faza razgradnje ugljikohidrata - anaerobne glikolize - gotovo je reverzibilna. Od piruvata, kao i iz laktata koji nastaje u anaerobnim uvjetima (mliječna kiselina), može se sintetizirati glukoza, a iz nje i glikogen.
Sličnost anaerobne i aerobne glikolize leži u činjenici da se ti procesi odvijaju na isti način uz sudjelovanje istih enzima prije formiranja PVC-a.
KOMPLETNA AEROBNA GLUKOZNA OKSIDACIJA (PAOG):
Zbog djelovanja mitohondrija moguće je potpuno oksidirati glukozu do ugljičnog dioksida i vode.
U ovom slučaju, glikoliza je prvi korak u oksidativnom metabolizmu glukoze.
Prije ugradnje mitohondrija u PAOG, glikolitički laktat treba pretvoriti u PVC.
1. Glikoliza s naknadnom pretvorbom 2 mola laktata u 2 mola PVA i transport protona u mitohondrije
2. Oksidativna dekarboksilacija 2 mola piruvata u mitohondrijima s formiranjem 2 mola acetilCoA
3. Izgaranje acetilnog ostatka u Krebsovom ciklusu (2 zavoja Krebsova ciklusa)
4. Respiracija tkiva i oksidativna fosforilacija: NADH * H + i FADH2, generirani u Krebsovom ciklusu, upotrebljavaju se oksidacijska dekarboksilacija piruvata i prenose se preko malatnog šatla iz citoplazme.
Faze katabolizma na primjeru PAOG-a:
-Glikoliza, transport protona u mitohondrije (I stupanj),
- oksidacijsko dekarboksiliranje piruvata (stupanj II)
-Krebsov ciklus - III
-Respiracija tkiva i konjugirana oksidativna fosforilacija - stadij IV (sinteza mitohondrijskog ATP)
II. Tijekom druge faze ugljikov dioksid i dva atoma vodika odcjepljuju se iz piruvične kiseline. Razdvojeni atomi vodika u respiratornom lancu prenose se na kisik uz istovremenu sintezu ATP-a. Octena kiselina nastaje iz piruvata. Pridružuje se posebnoj tvari, koenzimu A.
Ova tvar je nosač kiselinskih ostataka. Rezultat tog procesa je stvaranje tvari acetil koenzim A. Ova tvar ima visoku kemijsku aktivnost.
Konačna jednadžba druge faze:
SZN4OZ + 1 / 2O2 + HSKoA + 3 ADP + 3 NZRO4 - SNz- S
SKoA + CO2 + H2O + 3ATF
Piruvatni koenzim A acetil CoA
Acetil koenzim A podliježe daljnjoj oksidaciji u ciklusu trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus) i pretvara se u CO2 i H2O.
III. Ovo je treća faza. Zbog oslobođene energije u ovoj fazi također se provodi sinteza ATP-a.
Ciklus tricarboksilne kiseline (TCA) je završni stadij katabolizma ne samo ugljikohidrata, nego i svih drugih klasa organskih spojeva. To je zbog činjenice da razgradnja ugljikohidrata, masti i aminokiselina proizvodi uobičajeni međuproizvod, octenu kiselinu, povezanu sa svojim nosačem, koenzim A, u obliku acetil koenzima A.
Krebsov ciklus odvija se u mitohondrijima uz obveznu potrošnju kisika i zahtijeva funkcioniranje tkivnog disanja.
Prva reakcija ciklusa je interakcija acetil koenzima A s oksalnom octenom kiselinom (SCHUK) s formiranjem limunske kiseline.
Limunska kiselina sadrži tri karboksilne skupine, tj. Trikarboksilnu kiselinu, koja je uzrokovala naziv ovog ciklusa.
Stoga se te reakcije nazivaju ciklusom limunske kiseline. Stvarajući niz intermedijarnih trikarboksilnih kiselina, limunska kiselina se ponovno pretvara u oksalnu octenu kiselinu i ciklus se ponavlja. Rezultat tih reakcija je stvaranje podijeljenog vodika, koji nakon prolaska kroz respiratorni lanac stvara vodu s kisikom. Prijenos svakog para vodikovih atoma na kisik prati sinteza tri molekule ATP-a. Ukupno, oksidacija jedne molekule acetil koenzima A sintetizira 12 molekula ATP.
Završna Krebsova jednadžba ciklusa (treća faza):
SKoA + 2O2 + N2O + 12DAF + 12 N3RO → NSKoA + 2 SO2 + N2O + 12ATF
Shematski, Krebsov ciklus može se prikazati na sljedeći način:
Kao rezultat svih tih reakcija, formira se 36 ATP molekula. Ukupno, glikoliza proizvodi 38 ATP molekula po molekuli glukoze.
Glukoza + 6 O2 + 38 ADF + 38 H3 PO4 → 6CO2 + 6 H2O + 38 ATP
Biološka uloga TCA
Krebsov ciklus obavlja integracijsku, amfiboličnu (tj. Kataboličku i anaboličku) ulogu, energiju i vodik-donor.
1. Integracijska uloga je da je TCA konačni zajednički način oksidacije molekula goriva - ugljikohidrata, masnih kiselina i aminokiselina.
2. Acetil CoA se oksidira u TCA ciklusu - to je katabolička uloga.
3. Anabolička uloga ciklusa je da dobavlja međuproizvode za biosintetske procese. Na primjer, oksaloacetat se koristi za sintezu aspartata, a-ketoglutarata za stvaranje glutamata, i sukcinil-CoA za sintezu hema.
4. Jedna ATP molekula nastaje u CTC-u na razini fosforilacije supstrata - to je energetska uloga.
5. Vodik-donor se sastoji u činjenici da CTC reduciranim koenzimima NADH (H +) i FADH2 osigurava dišni lanac, u kojem se odvija oksidacija vodika ovih koenzima u vodu, zajedno sa sintezom ATP. Tijekom oksidacije jedne acetilne CoA molekule u TCA ciklusu, formiraju se 3 NADH (H +) i 1 FADH2.
Faza IV. Respiracija tkiva i konjugirana oksidativna fosforilacija (sinteza mitohondrijskog ATP-a)
To je prijenos elektrona iz reduciranih nukleotida na kisik (kroz dišni lanac). Prati ga formiranje konačnog proizvoda - molekule vode. Ovaj prijenos elektrona povezan je sa sintezom ATP u procesu oksidativne fosforilacije.
Oksidacija organske tvari u stanicama, uz potrošnju kisika i sintezu vode, naziva se tkivno disanje, a lanac prijenosa elektrona (CPE) naziva se respiratorni lanac.
Značajke biološke oksidacije:
1. Protok pri tjelesnoj temperaturi;
2. U prisutnosti H20;
3. Postupno prolazi kroz brojne faze uz sudjelovanje nosača enzima koji smanjuju aktivacijsku energiju, dolazi do smanjenja slobodne energije, što rezultira oslobađanjem energije u dijelovima. Stoga oksidacija nije popraćena povećanjem temperature i ne dovodi do eksplozije.
Elektroni koji ulaze u CPE, dok se kreću od jednog nosača do drugog, gube slobodnu energiju. Veći dio te energije pohranjuje se u ATP-u, a neke se raspršuju kao toplina.
Prijenos elektrona iz oksidiranih supstrata u kisik odvija se u nekoliko faza. Uključuje veliki broj posrednih nosača, od kojih je svaki sposoban spojiti elektrone iz prethodnog nosača i prenijeti ga na sljedeći. Tako nastaje lanac redoks reakcija, što rezultira redukcijom O2 i sintezom H20.
Prijenos elektrona u respiratornom lancu konjugiran je (povezan) s formiranjem protonskog gradijenta potrebnog za sintezu ATP-a. Taj se proces naziva oksidacijska fosforilacija. Drugim riječima, oksidacijska fosforilacija je proces u kojem se energija biološke oksidacije pretvara u kemijsku energiju ATP-a.
Funkcija dišnog lanca - korištenje reduciranih respiratornih vektora nastalih u reakcijama metaboličke oksidacije supstrata (uglavnom u ciklusu trikarboksilne kiseline). Svaka oksidacijska reakcija u skladu s količinom oslobođene energije "servisira" odgovarajući nosač disanja: NADF, NAD ili FAD. U respiratornom lancu, protoni i elektroni su diskriminirani: dok se protoni prenose preko membrane, stvaraju ΔpH, elektroni se kreću duž lanca nositelja od ubikinona do citokrom oksidaze, stvarajući električnu razliku potencijala potrebnu za formiranje ATP sintonima protonske ATP. Tako, tkivno disanje „puni“ mitohondrijsku membranu, a oksidacijska fosforilacija „ispušta“ je.
Kontrola disanja
Prijenos elektrona preko sinteze CPE i ATP usko je povezan, tj. može se pojaviti samo istovremeno i sinkrono.
Povećanjem potrošnje ATP-a u stanici povećava se količina ADP-a i njegovog ulaska u mitohondrije. Povećanje koncentracije ADP (supstrat ATP sintaze) povećava brzinu sinteze ATP. Prema tome, brzina sinteze ATP-a točno odgovara energetskim potrebama stanice. Ubrzanje respiracije tkiva i oksidativna fosforilacija s povećanjem koncentracije ADP naziva se respiratorna kontrola.
U reakcijama CPE-a dio energije se ne pretvara u energiju makroergijskih veza ATP-a, već se rasipa kao toplina.
Razlika u električnim potencijalima na mitohondrijskoj membrani koju stvara respiratorni lanac, koji djeluje kao molekularni vodič elektrona, pokretačka je sila za stvaranje ATP-a i drugih vrsta korisne biološke energije. Ovaj koncept pretvorbe energije u živim stanicama iznijeo je P. Mitchell 1960. godine kako bi objasnio molekularni mehanizam konjugacije transporta elektrona i formiranje ATP-a u respiratornom lancu i brzo stekao međunarodno priznanje. Za razvoj istraživanja u području bioenergije P. Mitchell je 1978. godine dobio Nobelovu nagradu. Godine 1997. P. Boyer i J. Walker dobili su Nobelovu nagradu za razjašnjenje molekularnih mehanizama djelovanja glavnog enzima bioenergije, protonske ATP sintaze.
Izračun izlazne snage PAOG-a u fazama:
Glikoliza - 2 ATP (fosforilacija supstrata)
Prijenos protona u mitohondrije - 2 NADH * H + = 6 ATP
Oksidacijsko dekarboksiliranje 2 mol PVA-2 NADH * H + = 6 ATP
Krebsov ciklus (uključujući TD i OF) - 12 * 2 = 24 mol ATP-a tijekom izgaranja 2 acetilna ostatka
UKUPNO: 38 mola ATP-a s potpunim sagorijevanjem od 1 mola glukoze
1) osigurava vezu između respiratornih supstrata i Krebsovog ciklusa;
2) za potrebe stanice dvije molekule ATP i dvije NADH molekule tijekom oksidacije svake molekule glukoze (pod uvjetima anoksije, čini se da je glikoliza glavni izvor ATP-a u stanici);
3) proizvodi intermedijere za sintetske procese u stanici (na primjer, fosfoenolpiruvat, neophodan za formiranje fenolnih spojeva i lignina);
4) u kloroplastima osigurava izravan put za sintezu ATP, neovisno o NADPH opskrbi; Osim toga, glikolizom u kloroplastima, pohranjeni škrob se metabolizira u trioze, koji se zatim izvozi iz kloroplasta.
Učinkovitost glikolize je 40%.
5. Interkonverzija heksoze
6. Glukoneogeneza - stvaranje ugljikohidrata iz ne-ugljikohidratnih proizvoda (piruvat, laktat, glicerol, aminokiseline, lipidi, proteini, itd.).