Semasa glikolisis daripada 1 molekul glukosa. Glikolisis glukosa dan pembebasan tenaga

Glukosa + 2 ADP + 2 NAD + + 2 H 3 PO 4  2 Piruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H +

Mekanisme ulang-alik.

Pemindahan hidrogen daripada NADH sitosol ke mitokondria berlaku dengan penyertaan mekanisme khas yang dipanggil ulang-alik Intipati mekanisme ini ialah NADH dalam sitosol memulihkan sebatian tertentu yang boleh menembusi ke dalam mitokondria; dalam mitokondria, sebatian ini teroksida, mengurangkan NAD + intramitochondrial, dan sekali lagi masuk ke dalam sitosol. Sistem malat-aspartat yang paling aktif, beroperasi dalam mitokondria hati, buah pinggang dan jantung. Bagi setiap pasangan elektron NADH sitosol yang dipindahkan ke oksigen melalui sistem ini, 3 molekul ATP terbentuk.

Dalam otot rangka dan otak, pemindahan setara pengurangan daripada NADH sitosol dijalankan oleh sistem gliserol fosfat. Dalam kes ini, setara pengurangan dipindahkan ke rantai pengangkutan elektron melalui kompleks II, dan oleh itu hanya 2 molekul ATP disintesis.

Hasil ATP semasa glikolisis aerobik.

Kepentingan fisiologi utama pecahan aerobik glukosa ialah penggunaan tenaganya untuk sintesis ATP.

Otak paling bergantung kepada glikolisis aerobik. Dia menggunakan 100 g glukosa setiap hari. Dalam keadaan metabolik basal, kira-kira 20% oksigen digunakan oleh otak. Oleh itu, kekurangan glukosa atau oksigen ditunjukkan terutamanya oleh gejala dari sistem saraf pusat - pening, kehilangan kesedaran, sawan.

Glikolisis anaerobik.

Di bawah keadaan aerobik, hasil glikolisis dalam tisu adalah piruvat, dan NADH yang terbentuk semasa pengoksidaan dioksidakan semula oleh oksigen molekul. Di bawah keadaan anaerobik, iaitu, apabila terdapat kekurangan oksigen dalam tisu, contohnya, dalam otot rangka yang bekerja keras, NADH yang terbentuk dioksidakan semula bukan disebabkan oleh oksigen, tetapi disebabkan oleh piruvat, yang dikurangkan menjadi laktat (asid laktik) . Pengurangan piruvat kepada laktat dimangkinkan oleh isoenzim laktat dehidrogenase.

Laktat dehidrogenase ialah tetramer yang mengandungi dua jenis protomer - M (otot) dan H (jantung). Terdapat 5 isoenzim diketahui yang berbeza dalam set protomer.

Bentuk isomer LDH 1 dan LDH 2 terdapat dalam otak, jantung, dan korteks buah pinggang, i.e. dalam tisu dengan bekalan oksigen intensif. Bentuk LDH 3 adalah dalam pankreas, LDH 4 dan LDH 5 dalam otot rangka, hati, medula buah pinggang, i.e. dalam tisu dengan bekalan oksigen yang kurang sengit. Kesemua bentuk enzim ini berbeza dengan ketara dalam kadar tindak balas maksimum dan pemalar Michaelis untuk laktat dan piruvat. LDH 5 dengan pantas memangkinkan pengurangan piruvat kepada laktat pada kepekatan laktat yang rendah. LDH 1 memangkinkan pengoksidaan pantas laktat kepada piruvat dalam otot jantung.

Glikolisis (dari bahasa Yunani glycus - manis dan lisis - pembubaran, pereputan) ialah proses enzimatik kompleks penukaran glukosa yang berlaku dalam tisu manusia dan haiwan tanpa penggunaan oksigen. Hasil akhir glikolisis ialah asid laktik. Proses glikolisis juga menghasilkan ATP. Persamaan keseluruhan glikolisis boleh digambarkan seperti berikut:

Di bawah keadaan anaerobik, glikolisis - satu proses dalam badan haiwan, membekalkan tenaga. Ia adalah terima kasih kepada proses glikolisis bahawa tubuh manusia dan haiwan tempoh tertentu masa boleh menjalankan beberapa fungsi fisiologi dalam keadaan kekurangan oksigen. Dalam kes di mana glikolisis berlaku dengan kehadiran oksigen, kita bercakap tentang glikolisis aerobik. ( Di bawah keadaan aerobik, glikolisis boleh dianggap sebagai peringkat pertama pengoksidaan glukosa kepada produk akhir proses ini - karbon dioksida dan air.)

Istilah "glikolisis" pertama kali digunakan oleh Lepin pada tahun 1890 untuk menentukan proses kehilangan glukosa dalam darah yang dikeluarkan daripada sistem peredaran darah, iaitu secara in vitro.

Dalam beberapa mikroorganisma, proses yang serupa dengan glikolisis adalah pelbagai jenis penapaian.

Urutan tindak balas glikolitik, serta produk perantaraan mereka, dikaji dengan baik. Proses glikolisis dimangkinkan oleh sebelas enzim, kebanyakannya diasingkan dalam bentuk homogen, kristal atau sangat tulen dan sifatnya telah dikaji dengan secukupnya. Perhatikan bahawa glikolisis berlaku dalam hyaloplasma sel. Dalam jadual Rajah 27 menunjukkan data tentang kadar glikolisis anaerobik dalam pelbagai tisu tikus.

Reaksi enzimatik pertama glikolisis ialah fosforilasi, iaitu pemindahan sisa ortofosfat kepada glukosa dengan mengorbankan ATP. Tindak balas ini dimangkinkan oleh enzim hexokinase:

Pembentukan glukosa-6-fosfat dalam tindak balas hexokinase dikaitkan dengan pembebasan sejumlah besar tenaga bebas sistem dan boleh dianggap sebagai proses yang tidak boleh dipulihkan secara praktikal.

Enzim heksokinase mampu memangkinkan fosforilasi bukan sahaja D-glukosa, tetapi juga heksosa lain, khususnya D-fruktosa, D-mannose, dsb.

Tindak balas kedua glikolisis ialah penukaran glukosa-6-fosfat di bawah tindakan enzim heksosa fosfat isomerase kepada fruktosa 6-fosfat:

Tindak balas ini berjalan dengan mudah dalam kedua-dua arah dan tidak memerlukan kehadiran sebarang kofaktor.

Dalam tindak balas ketiga, fruktosa-6-fosfat yang terhasil sekali lagi difosforilasi oleh molekul ATP kedua. Tindak balas ini dimangkinkan oleh enzim fosfofruktokinase:

Tindak balas ini, serupa dengan heksokinase, boleh dikatakan tidak dapat dipulihkan; ia berlaku dengan kehadiran ion magnesium dan merupakan tindak balas glikolisis yang paling perlahan. Malah, tindak balas ini menentukan kadar glikolisis secara keseluruhan.

Fosfofruktokinase ialah enzim alosterik. Ia dihalang oleh ATP dan dirangsang oleh ADP dan AMP. ( Aktiviti fosfofruktokinase juga dihalang oleh sitrat. Telah ditunjukkan bahawa dalam diabetes, puasa dan beberapa keadaan lain, apabila lemak digunakan secara intensif sebagai sumber tenaga, kandungan sitrat dalam sel tisu boleh meningkat beberapa kali ganda. Di bawah keadaan ini, perencatan mendadak aktiviti fosfofruktokinase oleh sitrat berlaku.). Pada nilai nisbah ATP/ADP yang ketara (yang dicapai dalam proses fosforilasi oksidatif), aktiviti fosfofruktokinase dihalang dan glikolisis menjadi perlahan. Sebaliknya, apabila pekali ini berkurangan, keamatan glikolisis meningkat. Oleh itu, dalam otot yang tidak berfungsi, aktiviti fosfofruktokinase adalah rendah, dan kepekatan ATP agak tinggi. Semasa kerja otot, penggunaan intensif ATP berlaku dan aktiviti fosfofruktokinase meningkat, yang membawa kepada peningkatan dalam proses glikolisis.

Tindak balas keempat glikolisis dimangkinkan oleh enzim aldolase. Di bawah pengaruh enzim ini, fruktosa-1,6-bifosfat dibahagikan kepada dua fosfotriose:

Tindak balas ini boleh diterbalikkan. Bergantung pada suhu, keseimbangan diwujudkan pada tahap yang berbeza. Secara umum, dengan peningkatan suhu, tindak balas beralih ke arah pembentukan lebih besar triose fosfat (dioxyacetone phosphate dan glyceraldehyde-3-phosphate).

Tindak balas kelima ialah tindak balas pengisomeran triosa fosfat. Tindak balas ini dimangkinkan oleh enzim triosephosphate isomerase:

Keseimbangan tindak balas isomerase ini dialihkan ke arah dihidroksiaseton fosfat: 95% dihidroksiaseton fosfat dan kira-kira 5% gliseraldehid-3-fosfat. Walau bagaimanapun, hanya satu daripada dua triose fosfat yang terbentuk, iaitu gliseraldehid 3-fosfat, boleh terlibat secara langsung dalam tindak balas glikolitik seterusnya. Akibatnya, apabila bentuk aldehid fosfotriose digunakan, dihidroksiaseton fosfat ditukar kepada gliseraldehid-3-fosfat.

Pembentukan gliseraldehid-3-fosfat melengkapkan peringkat pertama glikolisis. Peringkat kedua adalah yang paling sukar dan bahagian penting glikolisis. Ia termasuk tindak balas redoks (pengoksidaan glikolitik) ditambah dengan fosforilasi substrat, di mana ATP terbentuk.

Dalam tindak balas keenam, gliseraldehid-3-fosfat dengan kehadiran enzim gliseraldehid fosfat dehidrogenase ( 3-fosfogliseraldehid dehidrogenase), koenzim NAD dan fosfat tak organik mengalami pengoksidaan yang pelik dengan pembentukan asid 1,3-difosfogliserik dan bentuk terkurang NAD (NADH 2). Tindak balas ini disekat oleh iodin atau bromoasetat dan berterusan dalam beberapa peringkat. Secara keseluruhan, tindak balas ini boleh diwakili seperti berikut:

Asid 1,3-Diphosphoglyceric ialah sebatian bertenaga tinggi. Mekanisme tindakan gliseraldehid-fosfat dehidrogenase adalah seperti berikut: dengan kehadiran fosfat tak organik, NAD bertindak sebagai penerima hidrogen, yang terbelah daripada gliseraldehid-3-fosfat. Semasa pembentukan NADH 2, gliseraldehid 3-fosfat mengikat molekul enzim disebabkan oleh kumpulan SH yang terakhir. Ikatan yang terhasil kaya dengan tenaga, tetapi ia rapuh dan terurai di bawah pengaruh fosfat bukan organik. Ini menghasilkan asid 1,3-diphosphoglyceric.

Tindak balas ketujuh, yang dimangkinkan oleh kinase fosfogliserat, memindahkan bahagian fosfat yang kaya dengan tenaga (kumpulan fosfat pada kedudukan 1) kepada ADP untuk membentuk ATP dan asid 3-fosfogliserik (3-fosfogliserat):

Oleh itu, disebabkan oleh tindakan dua enzim (gliseraldehid fosfat dehidrogenase dan fosfogliserat kinase), tenaga yang dikeluarkan semasa pengoksidaan kumpulan aldehid gliseraldehid-3-fosfat kepada kumpulan karboksil disimpan dalam bentuk tenaga ATP.

Dalam tindak balas kelapan, pemindahan intramolekul kumpulan fosfat yang tinggal berlaku dan asid 3-fosfogliserik ditukar kepada asid 2-fosfogliserik (2-fosfogliserat).

Tindak balas mudah boleh balik dan berlaku dengan kehadiran ion Mg 2+. Kofaktor enzim juga adalah asid 2,3-diphosphoglyceric, sama seperti bagaimana dalam tindak balas phosphoglucomutase peranan kofaktor dilakukan oleh glukosa-1,6-bifosfat:

Dalam tindak balas kesembilan, asid 2-fosfogliserik, hasil daripada penyingkiran molekul air, ditukar kepada asid fosfoenolpiruvat (phosphoenolpyruvate). Dalam kes ini, ikatan fosfat pada kedudukan 2 menjadi sangat bertenaga. Tindak balas ini dimangkinkan oleh enzim enolase:

Enolase diaktifkan oleh kation divalen Mg 2+ atau Mn 2+ dan dihalang oleh fluorida.

Dalam tindak balas kesepuluh, ikatan tenaga tinggi dipecahkan dan sisa fosfat dipindahkan daripada asid fosfoenolpiruvik kepada ADP. Tindak balas ini dimangkinkan oleh enzim piruvat kinase:

Tindakan kinase piruvat memerlukan Mg 2+ atau Mn 2+, serta kation logam alkali monovalen (K + atau lain-lain). Di dalam sel, tindak balas boleh dikatakan tidak dapat dipulihkan.

Dalam tindak balas kesebelas, asid laktik terbentuk hasil daripada pengurangan asid piruvik. Tindak balas berlaku dengan penyertaan enzim laktat dehidrogenase dan koenzim NADH 2+:

Secara amnya, jujukan tindak balas yang berlaku semasa glikolisis boleh dibentangkan seperti berikut (Rajah 84).

Tindak balas pengurangan piruvat melengkapkan kitaran redoks dalaman glikolisis. Dalam kes ini, NAD di sini hanya memainkan peranan sebagai pembawa hidrogen perantaraan daripada gliseraldehid-3-fosfat (tindak balas keenam) kepada asid piruvik (tindak balas kesebelas). Tindak balas pengoksidaan glikolitik digambarkan secara skematik di bawah, dan peringkat di mana ATP terbentuk juga ditunjukkan (Rajah 85).

Kepentingan biologi proses glikolisis terutamanya terletak pada pembentukan sebatian fosforus yang kaya dengan tenaga. Peringkat pertama glikolisis menggunakan dua molekul ATP (tindak balas heksokinase dan fosfofruktokinase). Pada peringkat kedua, empat molekul ATP terbentuk (tindak balas kinase fosfogliserat dan kinase piruvat).

Oleh itu, kecekapan tenaga glikolisis ialah dua molekul ATP bagi setiap molekul glukosa.

Telah diketahui bahawa perubahan tenaga bebas semasa pemecahan glukosa kepada dua molekul asid laktik adalah kira-kira 210 kJ/mol:

Daripada jumlah tenaga ini, kira-kira 126 kJ dilesapkan sebagai haba, dan 84 kJ disimpan dalam bentuk ikatan fosfat ATP yang kaya dengan tenaga. Ikatan tenaga tinggi terminal dalam molekul ATP sepadan dengan kira-kira 33.6-42.0 kJ/mol. Oleh itu, kecekapan glikolisis anaerobik adalah kira-kira 0.4.

Magnitud perubahan tenaga bebas telah ditentukan dengan tepat untuk tindak balas glikolitik individu dalam eritrosit manusia yang utuh. Telah ditetapkan bahawa lapan tindak balas glikolisis adalah hampir kepada keseimbangan, dan tiga tindak balas (hexokinase, fosfofruktokinase, piruvat kinase) adalah jauh daripadanya, kerana ia disertai dengan penurunan ketara dalam tenaga bebas, iaitu secara praktikal tidak dapat dipulihkan.

Seperti yang telah dinyatakan, tindak balas pengehad kadar utama dalam glikolisis ialah tindak balas yang dimangkinkan oleh fosfofruktokinase. Peringkat kedua, yang mengehadkan kadar dan mengawal glikolisis, ialah tindak balas hexokinase. Di samping itu, kawalan glikolisis juga dijalankan oleh laktat dehidrogenase (LDH) dan isoenzimnya. Dalam tisu dengan metabolisme aerobik (tisu jantung, buah pinggang, dll.), isoenzim LDH 1 dan LDH 2 mendominasi. Isoenzim ini dihalang oleh walaupun kepekatan piruvat yang kecil, yang menghalang pembentukan asid laktik dan menggalakkan pengoksidaan piruvat yang lebih lengkap (lebih tepat, asetil-KoA) dalam kitaran asid trikarboksilik.

Dalam tisu manusia yang banyak bergantung kepada tenaga yang dihasilkan semasa glikolisis (contohnya, otot rangka), isoenzim utama ialah LDH 5 dan LDH 4 . Aktiviti LDH 5 adalah maksimum pada kepekatan piruvat yang menghalang LDH 1. Penguasaan isoenzim LDH 4 dan LDH 5 menyebabkan glikolisis anaerobik sengit dengan penukaran piruvat yang cepat kepada asid laktik.

Kemasukan karbohidrat lain dalam proses glikolisis

Kesan Pasteur

Penurunan kadar penggunaan glukosa dan pemberhentian pengumpulan laktat dengan kehadiran oksigen dipanggil kesan Pasteur. Fenomena ini pertama kali diperhatikan oleh L. Pasteur semasa kajiannya yang terkenal mengenai peranan penapaian dalam pengeluaran wain. Ia kemudiannya menunjukkan bahawa kesan Pasteur juga diperhatikan dalam tisu haiwan dan tumbuhan, di mana O 2 menghalang glikolisis anaerobik. Kepentingan kesan Pasteur, iaitu peralihan dengan kehadiran O 2 daripada glikolisis anaerobik atau penapaian kepada respirasi, adalah untuk menukar sel kepada cara yang lebih menjimatkan untuk mendapatkan tenaga. Akibatnya, kadar penggunaan substrat, seperti glukosa, dengan kehadiran O 2 dikurangkan. Mekanisme molekul kesan Pasteur nampaknya adalah persaingan antara sistem respirasi dan glikolitik (penapaian) untuk adenosin difosfat (ADP), yang digunakan untuk membentuk adenosin trifosfat (ATP). Seperti yang kita sedia maklum, dalam keadaan aerobik, penyingkiran PhN dan ADP, penjanaan ATP, dan penyingkiran NAD terkurang (NADH 2) berlaku dengan lebih cekap berbanding dalam keadaan anaerobik. Dengan kata lain, penurunan dalam jumlah Pn dan ADP dengan kehadiran oksigen dan peningkatan yang sepadan dalam jumlah ATP membawa kepada penindasan glikolisis anaerobik.

Glikogenolisis

Proses penguraian anaerobik glikogen dipanggil glikogenolisis. Penglibatan unit D-glukosa glikogen dalam proses glikolisis berlaku dengan penyertaan tiga enzim - glikogen phosphorylase (atau phosphorylase "a"), amylo-1,6-glucosidase dan phosphoglucomutase.

Glukosa-6-fosfat yang terbentuk semasa tindak balas phosphoglucomutase boleh dimasukkan dalam proses glikolisis. Selepas pembentukan glukosa-6-fosfat, laluan selanjutnya glikolisis dan glikogenolisis adalah sama sepenuhnya:

Semasa proses glikogenolisis, bukan dua, tetapi tiga molekul ATP terkumpul dalam bentuk sebatian tenaga tinggi (ATP tidak dibazirkan pada pembentukan glukosa-6-fosfat). Pada pandangan pertama, kecekapan tenaga glikogenolisis boleh dianggap agak lebih tinggi berbanding dengan proses glikolisis. Walau bagaimanapun, perlu diingat bahawa dalam proses sintesis glikogen dalam tisu, ATP digunakan, oleh itu, dari segi tenaga, glikogenolisis dan glikolisis hampir sama.

Dalam artikel ini kita akan melihat secara terperinci glikolisis aerobik, prosesnya, dan menganalisis peringkat dan peringkat. Mari kita berkenalan dengan anaerobik, pelajari tentang pengubahsuaian evolusi proses ini dan tentukan kepentingan biologinya.

Apakah glikolisis

Glikolisis adalah salah satu daripada tiga bentuk pengoksidaan glukosa, di mana proses pengoksidaan itu sendiri disertai dengan pembebasan tenaga, yang disimpan dalam NADH dan ATP. Dalam proses glikolisis, molekul ditukar kepada dua molekul asid piruvik.

Glikolisis adalah proses yang berlaku di bawah pengaruh pelbagai pemangkin biologi - enzim. Ejen pengoksidaan utama ialah oksigen - O 2, bagaimanapun, proses glikolisis boleh berlaku tanpa kehadirannya. Jenis glikolisis ini dipanggil glikolisis anaerobik.

Proses glikolisis tanpa kehadiran oksigen

Glikolisis anaerobik ialah proses pengoksidaan glukosa secara berperingkat, di mana glukosa tidak teroksida sepenuhnya. Satu molekul asid piruvik terbentuk. Dan dari sudut tenaga, glikolisis tanpa penyertaan oksigen (anaerobik) adalah kurang menguntungkan. Walau bagaimanapun, apabila oksigen memasuki sel, proses pengoksidaan anaerobik boleh bertukar menjadi aerobik dan diteruskan dalam bentuk penuh.

Mekanisme glikolisis

Proses glikolisis ialah penguraian glukosa enam karbon kepada piruvat tiga karbon dalam bentuk dua molekul. Proses itu sendiri dibahagikan kepada 5 peringkat penyediaan dan 5 peringkat di mana tenaga disimpan dalam ATP.

Proses glikolisis 2 peringkat dan 10 peringkat adalah seperti berikut:

• Peringkat 1, peringkat 1 - fosforilasi glukosa. Pada atom karbon keenam dalam glukosa, sakarida itu sendiri diaktifkan melalui fosforilasi.
• Peringkat 2 - pengisomeran glukosa-6-fosfat. Pada peringkat ini, phosphoglucose imerase secara pemangkin menukar glukosa kepada fruktosa-6-fosfat.
• Peringkat 3 - Fruktosa-6-fosfat dan fosforilasinya. Langkah ini melibatkan pembentukan fruktosa-1,6-bifosfat (aldolase) oleh tindakan fosfofruktokinase-1, yang mengiringi kumpulan fosforil daripada adenosin trifosfat kepada molekul fruktosa.
• Langkah 4 ialah proses pembelahan aldolase untuk membentuk dua molekul triosa fosfat iaitu eldosa dan ketosa.
• Peringkat 5 - triosa fosfat dan pengisomeran mereka. Pada peringkat ini, gliseraldehid-3-fosfat dihantar ke peringkat seterusnya pemecahan glukosa, dan dihidroksiaseton fosfat ditukar kepada bentuk gliseraldehid-3-fosfat di bawah pengaruh enzim.
• Peringkat 2, peringkat 6 (1) - Gliseraldehid-3-fosfat dan pengoksidaannya - peringkat di mana molekul ini teroksida dan terfosforilasi kepada difosfogliserat-1,3.
• Peringkat 7 (2) - bertujuan untuk memindahkan kumpulan fosfat kepada ADP daripada 1,3-diphosphoglycerate. Hasil akhir peringkat ini ialah pembentukan 3-fosfogliserat dan ATP.
• Peringkat 8 (3) - peralihan daripada 3-fosfogliserat kepada 2-fosfogliserat. Proses ini berlaku di bawah pengaruh enzim phosphoglycerate mutase. Syarat yang diperlukan berlakunya tindak balas kimia ialah kehadiran magnesium (Mg).
• Langkah 9 (4) - 2 fosfoglisert mengalami dehidrasi.
• Peringkat 10 (5) - fosfat yang diperoleh hasil daripada peringkat sebelumnya dipindahkan ke ADP dan PEP. Tenaga dipindahkan dari phosphoenulpyrovate ke ADP. Untuk tindak balas berlaku, kehadiran ion kalium (K) dan magnesium (Mg) adalah perlu.

Bentuk glikolisis yang diubah suai

Proses glikolisis boleh disertai dengan pengeluaran tambahan 1,3 dan 2,3-bisphosphoglycerates. 2,3-fosfogliserat, di bawah pengaruh pemangkin biologi, dapat kembali kepada glikolisis dan berubah menjadi bentuk 3-fosfogliserat. Peranan enzim ini berbeza-beza, contohnya, 2,3-bisphosphoglycerate, berada dalam hemoglobin, menyebabkan oksigen masuk ke dalam tisu, menggalakkan penceraian dan mengurangkan pertalian O 2 dan sel darah merah.

Banyak bakteria mengubah bentuk glikolisis pada pelbagai peringkat, mengurangkannya jumlah kuantiti atau mengubahsuainya di bawah pengaruh enzim yang berbeza. Sebilangan kecil anaerobes mempunyai kaedah penguraian karbohidrat yang lain. Banyak termofil hanya mempunyai 2 enzim glikolitik, enolase dan piruvat kinase.

Glikogen dan kanji, disakarida dan lain-lain jenis monosakarida

Glikolisis aerobik adalah satu proses yang juga ciri-ciri jenis karbohidrat lain, dan khususnya ia wujud dalam kanji, glikogen, dan kebanyakan disakarida (manose, galaktosa, fruktosa, sukrosa dan lain-lain). Fungsi semua jenis karbohidrat secara amnya bertujuan untuk mendapatkan tenaga, tetapi mungkin berbeza dari segi spesifik tujuannya, penggunaannya, dsb. daripada glikogen. Glikogen itu sendiri boleh disimpan dalam badan sebagai sumber rizab tenaga. Sebagai contoh, glukosa yang diterima semasa makan, tetapi tidak diserap oleh otak, terkumpul di dalam hati dan akan digunakan apabila terdapat kekurangan glukosa dalam badan untuk melindungi individu daripada gangguan homeostasis yang serius.

Kepentingan glikolisis

Glikolisis adalah unik, tetapi bukan satu-satunya jenis pengoksidaan glukosa dalam badan, sel kedua-dua prokariot dan eukariota. Enzim glikolitik adalah larut air. Tindak balas glikolisis dalam beberapa tisu dan sel hanya boleh berlaku dengan cara ini, contohnya, dalam sel nefron otak dan hati. Kaedah pengoksidaan glukosa lain tidak digunakan dalam organ ini. Walau bagaimanapun, fungsi glikolisis tidak sama di mana-mana. Sebagai contoh, tisu adiposa dan hati, semasa proses penghadaman, mengekstrak substrat yang diperlukan daripada glukosa untuk sintesis lemak. Banyak tumbuhan menggunakan glikolisis sebagai cara untuk mendapatkan sebahagian besar tenaga mereka.

Pecahan glukosa (pengoksidaan): pergi dalam 2 cara - 2/3 glukosa dioksidakan oleh laluan glikolitik. 1/3 glukosa teroksida melalui laluan pentosa fosfat - tayangan dalam filem.

Laluan glikolitik pengoksidaan glukosa (glikolisis). Pada mulanya, istilah "glikolisis" bermaksud hanya penapaian anaerobik, berakhir dengan pembentukan laktat atau etanol dan CO2. Istilah glikolisis kini digunakan secara lebih meluas untuk menggambarkan pecahan glukosa melalui pembentukan glukosa-6-fosfat, fruktosa-1,6-bifosfat dan piruvat, kedua-duanya dalam ketiadaan dan kehadiran oksigen. Dalam kes kedua, istilah "glikolisis aerobik" digunakan berbeza dengan "glikolisis anaerobik", yang berakhir dengan pembentukan laktat.

Dalam glikolisis anaerobik, 1 molekul glukosa menghasilkan 2 molekul laktat dan 2 ATP. Semasa glikolisis aerobik, 36 atau 38 ATP terbentuk daripada 1 molekul glukosa, 6 CO2 dan 6 H2O dibebaskan. Kitaran pentosa fosfat berlaku dalam keadaan anaerobik akibat daripada proses ini, 6CO2 dan 12NADPH2 dibebaskan. NADPH2 diperlukan untuk sintesis reduktif.

Glikolisis anaerobik, atau laluan fosfotriose, atau shunt Embden-Meyerhof termasuk 10 tindak balas. Pengoksidaan bertahap glukosa mewujudkan peluang bukan sahaja untuk mengatasi ambang tenaga pengaktifan tindak balas individu pada suhu biasa, tetapi juga secara rasional menggunakan tenaga yang dikeluarkan di sini bukan dalam bentuk letupan, tetapi langkah demi langkah, dalam bahagian berasingan . Respirasi oksigen timbul berdasarkan glikolisis. Glikolisis ialah usaha purba alam semula jadi untuk memanfaatkan tenaga - pelajar menulis reaksi secara berasingan menggunakan rumus, dan penjelasan tentang tindak balas dalam teks kuliah (seperti TsTK).

1 tindak balas - glukosa difosforilasi oleh enzim glukokinase (dalam hati) atau hexokinase (dalam tisu lain)

tindak balas 2 – glukosa-6-fosfat mengisomerkan kepada fruktosa-6-fosfat di bawah tindakan phosphohexoisomerase; enzim ini bertindak pada molekul dengan konfigurasi linear terbuka

Tindak balas 3 - fruktosa 6-fosfat difosforilasi secara tidak boleh balik kepada fruktosa 1,6-difosfat oleh fosfofruktokinase, yang juga bertindak pada molekul konfigurasi terbuka

Tindak balas 4 – fruktosa-1,6-bifosfat dibelah oleh aldolase kepada 2 fosfotriosis – PHA dan DOAP, tindak balas boleh diterbalikkan

DOAP boleh mengambil bahagian dalam sintesis TAG dan PL, dikurangkan kepada gliserofosfat juga terlibat dalam mekanisme ulang-alik gliserofosfat, tetapi kebanyakannya masuk ke PHA

Tindak balas 5 - PHA teroksida dengan penyertaan NAD dan terfosforilasi. Dalam kes ini, tenaga pengoksidaan diubah menjadi ikatan tenaga tinggi 1,3 diphosphoglycerate.

Tindak balas 6 - 1,3-diphosphoglycerate bertindak balas dengan ADP, memberikannya residu asid fosforik dan ATP dibebaskan. Ini adalah bagaimana fosforilasi substrat berlaku dan 3-fosfogliserat terbentuk, tindak balas dipercepatkan oleh kinase fosfogliserat

Tindak balas 7 - di bawah pengaruh phosphoglyceromutase, sisa asid fosforik dipindahkan dari C3 ke C2 dan 2-phosphoglycerate terbentuk

Tindak balas 8 – 2-fosfogliserat didehidrasi oleh enolase. Dalam kes ini, disebabkan oleh ORR intramolekul, tenaga terkumpul dalam bentuk ikatan tenaga tinggi dalam fosfoenolpiruvat. Enolase dihalang oleh ion fluorida; ini digunakan dalam kes di mana perlu untuk menghentikan glikolisis, sebagai contoh, sebelum menentukan tahap glukosa dalam darah. Enolase memerlukan ion magnesium dan mangan:

Tindak balas 9 - PEP memindahkan sisa asid fosforik kepada ADP, yang menghasilkan enolpiruvat dan membebaskan ATP, dan fosforilasi substrat berlaku semula. Tindak balas dipercepatkan oleh piruvat kinase. Enolpiruvat bertukar secara spontan kepada PVC.

Tindak balas 10 - PVK di bawah keadaan anaerobik dikurangkan kepada asid laktik (laktat)

Keseimbangan tenaga pengoksidaan glikolitik anaerobik glukosa

Jika proses glikolisis bermula dengan glukosa, maka 2 molekul ATP dibelanjakan untuk pembentukan fruktosa-6-fosfat dan fruktosa-1,6-difosfat. Kerana hasil daripada glikolisis, 4 ATP terbentuk, oleh itu, dalam bentuk tulen 2 ATP disimpan. Jika proses glikolisis bermula dengan glukosa-6-fosfat, terbentuk semasa pemecahan glikogen, 1 ATP dibelanjakan untuk membentuk fruktosa-1,6-bifosfat, kemudian 3 ATP dibebaskan.

Kepentingan glikolisis

1. Pada janin dan pada bulan pertama kehidupan, pecahan anaerobik (pengoksidaan) glukosa mendominasi. Oleh itu, paras laktat pada bayi baru lahir adalah lebih tinggi daripada orang dewasa.

2. Dalam sesetengah tisu, glikolisis anaerobik adalah sumber tenaga utama, contohnya, dalam sel darah merah, kanta, retina, medula buah pinggang.

3. Bagi kebanyakan fabrik, ini adalah laluan kecemasan, kerana membekalkan tenaga dalam keadaan hipoksia dan anoksia, contohnya di pergunungan tinggi, dengan mabuk, anemia, penyakit pernafasan, penyakit kardiovaskular, keracunan karbon monoksida, buruh fizikal yang berat

4. Beberapa metabolit glikolisis digunakan untuk proses sintetik, contohnya, fosfotriose, PVK, laktat boleh digunakan untuk pembentukan glukosa - glukoneogenesis; liponogenesis dan sintesis asid amino bukan penting

Sastera - asas dan tambahan(senarai rujukan umum untuk keseluruhan topik)

1. Berezov T.T., Korovkin B.F. "Kimia biologi" 1998 – ms 169-186, 319-359.

2. Polosukhina T.Ya., Ablaev N.R."Bahan untuk kursus kimia biologi", 1977 - P.30-44.

3. Pleshkova S.M., Abitaeva S.A., Erdzhanova S.S., Petrova G.I. "Bengkel kimia biologi", 2003 - kerja makmal No. 66, 67, 74.

4. Seitov Z.S. "Biokimia", 2000 - P. 480-506, 517-522.

5. Zaichik A.Sh., Churilov L.P. "Asas patokimia" 2000 - ms 218-245.

6. Byshevsky A.Sh., Tersenov O.A. “Biokimia untuk doktor” 1994 – P.308-312, 222-224, 227, 75-95

7. Biokimia Harper - R.K. Murray, D.K. Granner, P.A. Mayes, V.W. Rodwell - APPLETON&LANGE, Stamford, Connecticut, 2000

8. Biokimia manusia - R. Murray, D. Grenner, P. Mayes, W. Rodwell - M., Mir, 1993

9. Sharmanov T.Sh., Pleshkova S.M. – Asas metabolik pemakanan dengan kursus biokimia am - Almaty, 1998

KULIAH No. 2 mengenai topik "Metabolisme karbohidrat"

Glikolisis dirangsang oleh insulin, yang meningkatkan bilangan molekul heksokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase.

Di dalam hati, aktiviti glukokinase dikawal oleh hormon: pengaktifan disebabkan oleh insulin dan androgen, dan glukokortikoid dan estrogen menyekat aktivitinya.

Fosfofruktokinase adalah sensitif untuk peraturan metabolik. Ia diaktifkan oleh AMP dan substratnya sendiri, dan dihalang oleh ATP, asid sitrik, dan asid lemak. Kinase piruvat diaktifkan oleh fruktosa-1,6-bifosfat. Heksokinase sel bukan hati dihalang oleh produk tindak balasnya sendiri, glukosa-6-fosfat.

17. Pecahan aerobik glukosa: urutan tindak balas, kepentingan fisiologi. Peranan penguraian aerobik glukosa dalam otot semasa kerja otot. Peranan pecahan glukosa aerobik dalam otak.

Glikolisis aerobik ialah proses pengoksidaan glukosa kepada asid piruvik, yang berlaku dengan kehadiran oksigen. Semua enzim yang memangkinkan tindak balas proses ini disetempat dalam sitosol sel. Glikolisis aerobik boleh dibahagikan kepada dua peringkat.

1. Peringkat persediaan, di mana glukosa difosforilasi dan berpecah kepada dua molekul fosfotriose. Siri tindak balas ini berlaku menggunakan 2 molekul ATP.

2. Peringkat yang dikaitkan dengan sintesis ATP. Melalui siri tindak balas ini, fosfotriose ditukar kepada piruvat. Tenaga yang dibebaskan pada peringkat ini digunakan untuk mensintesis 10 mol ATP.

Tindak balas glikolisis aerobik:

1) Penukaran glukosa-6-fosfat kepada 2 molekul gliseraldehid-3-fosfat. Glukosa-6-fosfat, yang terbentuk hasil daripada fosforilasi glukosa dengan penyertaan ATP, ditukar kepada fruktosa-6-fosfat dalam tindak balas seterusnya. Tindak balas isomerisasi boleh balik ini berlaku di bawah tindakan enzim glukosa fosfat isomerase. Ini diikuti oleh satu lagi tindak balas fosforilasi menggunakan sisa fosfat dan tenaga ATP. Dalam tindak balas ini, dimangkinkan oleh fosfofruktokinase, fruktosa 6-fosfat ditukar kepada fruktosa 1,6-bifosfat. Tindak balas ini, seperti tindak balas heksokinase, boleh dikatakan tidak dapat dipulihkan, dan, sebagai tambahan, ia adalah yang paling perlahan daripada semua tindak balas glikolitik. Reaksi yang dimangkinkan oleh fosfofruktokinase menentukan kadar semua glikolisis, oleh itu, dengan mengawal selia aktiviti fosfofruktokinase, adalah mungkin untuk mengubah kadar katabolisme glukosa. Fruktosa 1,6-bifosfat dipecahkan lagi kepada 2 triosa fosfat: gliseraldehid 3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat. Tindak balas ini dimangkinkan oleh enzim fruktosa bifosfat aldolase, atau hanya aldolase. Enzim ini memangkinkan kedua-dua belahan aldol dan tindak balas pemeluwapan aldol, i.e. tindak balas boleh balik. Hasil tindak balas pembelahan aldol ialah isomer. Tindak balas glikolisis seterusnya hanya menggunakan gliseraldehid-3-fosfat, jadi dihidroksiaseton fosfat ditukarkan oleh enzim triosephosphate isomerase kepada gliseraldehid-3-fosfat.

2) Penukaran gliseraldehid-3-fosfat kepada piruvat. Bahagian glikolisis aerobik ini termasuk tindak balas yang berkaitan dengan sintesis ATP. Tindak balas yang paling kompleks dalam siri tindak balas ini ialah penukaran gliseraldehid-3-fosfat kepada 1,3-bifosfogliserat. Transformasi ini adalah tindak balas pengoksidaan pertama semasa glikolisis. Tindak balas ini dimangkinkan oleh gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase, yang merupakan enzim yang bergantung kepada NAD. Kepentingan tindak balas ini bukan sahaja terletak pada fakta bahawa koenzim yang dikurangkan terbentuk, pengoksidaan yang dalam rantai pernafasan dikaitkan dengan sintesis ATP, tetapi juga pada fakta bahawa E bebas daripada pengoksidaan tertumpu dalam tinggi- ikatan tenaga hasil tindak balas. Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase mengandungi sisa sistein di pusat aktif, kumpulan sulfhidril yang terlibat secara langsung dalam pemangkinan. Pengoksidaan gliseraldehid-3-fosfat membawa kepada pengurangan NAD dan pembentukan, dengan penyertaan H3PO4, ikatan anhidrida bertenaga tinggi dalam 1,3-bifosfogliserat pada kedudukan 1. Dalam tindak balas seterusnya, fosfat bertenaga tinggi dipindahkan ke ADP dengan pembentukan ATP. Enzim yang memangkinkan transformasi ini dinamakan kinase fosfogliserat selepas tindak balas terbalik. Pembentukan ATP dengan cara ini tidak dikaitkan dengan rantai pernafasan, dan ia dipanggil fosforilasi substrat ADP. 3-fosfogliserat yang terbentuk tidak lagi mengandungi ikatan tenaga tinggi. Dalam tindak balas berikut, penyusunan semula intramolekul berlaku, maksudnya ialah fosfoester tenaga rendah ditukar kepada sebatian yang mengandungi fosfat bertenaga tinggi. Transformasi intramolekul melibatkan pemindahan sisa fosfat dari kedudukan 3 dalam fosfogliserat ke kedudukan 2. Kemudian, molekul air dibelah daripada 2-fosfogliserat yang terhasil dengan penyertaan enzim enolase. Hasil daripada tindak balas, enol yang digantikan terbentuk - fosfoenolpiruvat. Fosfoenolpiruvat yang terhasil ialah sebatian tenaga tinggi, kumpulan fosfat yang dipindahkan dalam tindak balas seterusnya kepada ADP dengan penyertaan kinase piruvat. Penukaran fosfoenolpiruvat kepada piruvat adalah tindak balas yang tidak dapat dipulihkan. Ini adalah tindak balas kedua fosforilasi substrat semasa glikolisis. Bentuk enol piruvat yang terhasil kemudiannya ditukar secara bukan enzim kepada bentuk keto yang lebih stabil secara termodinamik.

NADH, dibentuk oleh pengoksidaan gliseraldehid-3-fosfat dalam glikolisis aerobik, mengalami pengoksidaan melalui pemindahan atom hidrogen ke rantai pernafasan mitokondria. Oleh kerana molekul NADH itu sendiri tidak melalui membran, terdapat sistem khas, menerima atom hidrogen daripada NADH dalam sitoplasma dan melepaskannya dalam matriks mitokondria. Sistem ini dipanggil sistem ulang-alik. Dua sistem ulang-alik utama telah dikenal pasti: gliserol fosfat dan malat-aspartat. Enzim utama ulang-alik gliserol fosfat ialah isoenzim gliserol-3-fosfat dehidrogenase - sitoplasma dan mitokondria. Mereka berbeza dalam koenzim mereka: bentuk sitoplasma mempunyai NAD, bentuk mitokondria mempunyai FAD. Dalam sitosol, metabolit glikolisis - dihydroxyacetone fosfat dan NADH membentuk gliserol-3-fosfat, yang memasuki matriks mitokondria. Di sana ia teroksida untuk membentuk FADH2. FADH2 kemudiannya dihantar ke rantai pernafasan dan digunakan untuk tenaga. Oleh itu, akibat daripada tindakan ulang-alik, NADH+H+ sitosolik, seolah-olah, "ditukar" menjadi FADH2 mitokondria. Ulang-alik ini aktif dalam hati dan otot rangka putih dan diperlukan untuk mendapatkan tenaga daripada glukosa semasa fungsi selular. Enzim utama ulang-alik malate-aspartate ialah isoenzim malat dehidrogenase - sitoplasma dan mitokondria. Ia tersebar luas di semua tisu. Mekanisme ini lebih kompleks: tindak balas transaminasi sentiasa berlaku dalam sitoplasma asid aspartik membekalkan oksaloasetat, yang, di bawah tindakan kumpulan sitosol dehidrogenase malat dan disebabkan oleh NADH "glikolitik", dikurangkan kepada asid malik (malat). Antiport yang terakhir dengan α-ketoglutarat ke dalam mitokondria dan, sebagai metabolit kitaran TCA, dioksidakan kepada oksaloasetat dengan pembentukan NADH. Oleh kerana membran mitokondria tidak telap oksaloasetat, ia diaminasikan kepada asid aspartik, yang dilepaskan ke dalam sitosol sebagai pertukaran untuk glutamat. Oleh itu, atom hidrogen daripada NADH sitosolik dipindahkan ke NADH mitokondria.

Pelepasan ATP. Sekiranya terdapat oksigen dalam sel, maka NADH daripada glikolisis dihantar ke mitokondria (sistem ulang-alik), ke proses fosforilasi oksidatif, dan di sana pengoksidaannya membawa dividen dalam bentuk tiga molekul ATP. Dalam glikolisis, piruvat dalam keadaan aerobik ditukar kepada asetil-S-CoA dalam kompleks PVK-dehidrogenase, menghasilkan pembentukan 1 molekul NADH. Acetyl-S-CoA terlibat dalam kitaran TCA dan, apabila teroksida, menghasilkan 3 molekul NADH, 1 molekul FADH2, 1 molekul GTP. Molekul NADH dan FADH2 bergerak ke dalam rantai pernafasan (lihat), di mana pengoksidaan mereka menghasilkan sejumlah 11 molekul ATP. Secara amnya, pembakaran satu kumpulan aseto dalam kitaran TCA menghasilkan 12 molekul ATP. Merumuskan hasil pengoksidaan "glikolitik" dan "piruvat dehidrogenase" NADH, "glikolitik" ATP, output tenaga kitaran TCA dan mendarabkan semuanya dengan 2, kita mendapat 38 molekul ATP. Persamaan keseluruhan ialah: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + H2O + 2880 kJ/mol.

Pemecahan aerobik glukosa berlaku dalam banyak organ dan tisu dan berfungsi sebagai sumber tenaga utama, walaupun bukan satu-satunya, untuk kehidupan. Sesetengah tisu paling bergantung kepada katabolisme glukosa sebagai sumber tenaga. Sebagai contoh, sel-sel otak mengambil sehingga 100 g glukosa setiap hari, mengoksidakannya secara aerobik. Oleh itu, bekalan glukosa yang tidak mencukupi ke otak atau hipoksia ditunjukkan oleh gejala yang menunjukkan fungsi otak terjejas (pening, sawan, kehilangan kesedaran). Glikolisis aerobik menyumbang kepada metabolisme sel tumor. Pada beban yang tinggi, kadar glikogenolisis anaerobik meningkat secara mendadak, hasil akhirnya adalah asid laktik. Secara bertenaga, proses ini kira-kira 15 kali kurang cekap daripada pemecahan oksidatif aerobik glikogen kepada H2O dan CO2. Laluan bekalan tenaga otot ini memainkan peranan utama semasa kerja jangka pendek dengan kuasa yang lebih tinggi, contohnya semasa tersentak penyudah.

18. Biosintesis glukosa (glukoneogenesis): kemungkinan prekursor, urutan tindak balas. Kitaran glukosa-laktat (kitaran Cori) dan kitaran glukosa-alanin: kepentingan fisiologi. Kepentingan dan peraturan glukoneogenesis daripada asid amino.

Sentiasa ada keperluan untuk glukosa dalam sel-sel badan:

1. untuk sel darah merah, glukosa adalah satu-satunya sumber tenaga,

2. Tisu saraf menggunakan kira-kira 120 g glukosa setiap hari dan nilai ini secara praktikalnya tidak bergantung kepada keamatan kerjanya. Hanya dalam situasi yang melampau(puasa jangka panjang) dia mampu mendapatkan tenaga daripada sumber bukan karbohidrat,

3. glukosa memainkan peranan penting dalam mengekalkan kepekatan metabolit yang diperlukan bagi kitaran asid trikarboksilik (terutamanya oksaloasetat).

Oleh itu, dalam situasi tertentu - dengan kandungan karbohidrat yang rendah dalam makanan, berpuasa, kerja fizikal yang berpanjangan, i.e. Apabila glukosa darah habis dan hipoglikemia berlaku, badan mesti dapat mensintesis glukosa dan menormalkan kepekatannya dalam darah. Ini dicapai dengan tindak balas glukoneogenesis. Mengikut definisi, glukoneogenesis ialah sintesis glukosa daripada komponen bukan karbohidrat: laktat, piruvat, gliserol, asid keto kitaran Krebs dan asid keto lain, daripada asid amino. Keperluan untuk glukoneogenesis dalam badan ditunjukkan oleh dua kitaran - glukosa-laktat dan glukosa-alanin.

Kitaran glukosa-laktat (kitaran Cori) ialah proses kitaran yang menggabungkan tindak balas glukoneogenesis dan tindak balas glikolisis anaerobik. Glukoneogenesis berlaku di hati; substrat untuk sintesis glukosa adalah laktat, yang datang terutamanya daripada sel darah merah atau tisu otot. Dalam eritrosit, asid laktik secara berterusan terbentuk, kerana bagi mereka glikolisis anaerobik adalah satu-satunya cara untuk menghasilkan tenaga. Dalam otot rangka, pengumpulan tinggi asid laktik (laktat) adalah akibat daripada glikolisis semasa kerja kuasa submaksimal yang sangat sengit, manakala pH intrasel berkurangan kepada 6.3-6.5. Tetapi walaupun semasa kerja intensiti rendah dan sederhana, beberapa jumlah laktat sentiasa terbentuk dalam otot rangka. Hanya ada satu cara untuk mengeluarkan asid laktik - menukarkannya kepada asid piruvik. Walau bagaimanapun, sel otot itu sendiri, sama ada semasa bekerja atau semasa rehat, tidak dapat menukar laktat kepada piruvat kerana ciri-ciri isoenzim laktat dehidrogenase-5. Tetapi membran sel sangat telap kepada laktat dan ia bergerak ke luar sepanjang kecerunan kepekatan. Oleh itu, semasa dan selepas senaman (semasa pemulihan), laktat mudah dikeluarkan dari otot. Ini berlaku agak cepat, selepas hanya 0.5-1.5 jam tidak ada lagi laktat dalam otot. Sebahagian kecil asid laktik dikumuhkan dalam air kencing. Kebanyakan laktat darah diambil oleh hepatosit, teroksida menjadi asid piruvik dan memasuki laluan glukoneogenesis. Glukosa yang dihasilkan dalam hati digunakan oleh hepatosit itu sendiri atau dikembalikan semula ke otot, memulihkan rizab glikogen semasa rehat. Ia juga boleh diedarkan ke organ lain.

Kitaran glukosa-alanin. Matlamat kitaran glukosa-alanine juga adalah penyingkiran piruvat, tetapi sebagai tambahan kepada ini, satu lagi tugas penting diselesaikan - penyingkiran nitrogen berlebihan dari otot, yang semasa katabolisme ditukar menjadi piruvat atau metabolit kitaran sitrat, boleh dianggap sebagai potensi prekursor glukosa dan glikogen dan dipanggil glikogenik. Sebagai contoh, oksaloasetat, terbentuk daripada asid aspartik, adalah hasil perantaraan kedua-dua kitaran sitrat dan glukoneogenesis. Daripada semua asid amino yang memasuki hati, kira-kira 30% adalah alanin. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa pecahan protein otot menghasilkan asid amino, kebanyakannya ditukar terus kepada piruvat atau mula-mula menjadi oksaloasetat dan kemudian menjadi piruvat. Yang terakhir bertukar menjadi alanin, memperoleh kumpulan amino daripada asid amino lain. Alanin dari otot diangkut oleh darah ke hati, di mana ia sekali lagi ditukar menjadi piruvat, yang sebahagiannya teroksida dan sebahagiannya termasuk dalam glukosaogenesis. Semasa kerja otot dan berehat, protein terurai dalam miosit dan asid amino yang terhasil ditransaminkan dengan α-ketoglutarat. Glutamat yang terhasil berinteraksi dengan piruvat. Alanin yang terhasil adalah bentuk pengangkutan nitrogen dan piruvat dari otot ke hati. Dalam hepatosit, tindak balas transaminasi terbalik berlaku, kumpulan amino dipindahkan ke sintesis urea, piruvat digunakan untuk sintesis glukosa Sebagai tambahan kepada kerja otot, kitaran glukosa-alanin diaktifkan semasa puasa, apabila protein otot pecah turun dan banyak asid amino digunakan sebagai sumber tenaga, dan nitrogennya mesti dibekalkan ke hati.

Glukoneogenesis ialah sintesis glukosa daripada komponen bukan karbohidrat: laktat, piruvat, gliserol, asid keto kitaran Krebs dan asid keto lain, daripada AA. Semua AA, kecuali leucine dan lisin ketogenik, mampu mengambil bahagian dalam sintesis glukosa. Atom karbon sebahagian daripadanya - glukogenik - termasuk sepenuhnya dalam molekul glukosa, beberapa - bercampur - sebahagiannya disertakan. Sebagai tambahan kepada pengeluaran glukosa, glukoneogenesis juga memastikan penyingkiran "sisa" - laktat, sentiasa terbentuk dalam sel darah merah atau semasa kerja otot, dan gliserol, yang merupakan produk lipolisis dalam tisu adiposa. Seperti yang diketahui, terdapat tiga tindak balas tidak boleh balik dalam glikolisis: kinase piruvat (kesepuluh), fosfofruktokinase (ketiga) dan hexokinase (pertama). Tindak balas ini membebaskan tenaga untuk sintesis ATP. Oleh itu, dalam proses sebaliknya, halangan tenaga timbul, yang mana sel memintas dengan bantuan tindak balas tambahan. Glukoneogenesis merangkumi semua tindak balas glikolisis yang boleh diterbalikkan, dan khas penyelesaian, iaitu ia tidak sepenuhnya meniru tindak balas pengoksidaan glukosa. Tindak balasnya boleh berlaku dalam semua tisu, kecuali tindak balas glukosa-6-fosfatase terakhir, yang berlaku hanya dalam hati dan buah pinggang. Oleh itu, secara tegasnya, glukoneogenesis hanya berlaku dalam kedua-dua organ ini.

Melepasi tindak balas kesepuluh glikolisis. Pada peringkat glukoneogenesis ini, dua enzim utama berfungsi - piruvat karboksilase dalam mitokondria dan fosfoenolpiruvat karboksikinase dalam sitosol, dari segi kimia, pintasan tindak balas kesepuluh kelihatan agak mudah:

Walau bagaimanapun, hakikatnya ialah piruvat karboksilase terletak dalam mitokondria, dan fosfoenolpiruvat karboksikinase berada dalam sitosol. Melengkapkan masalah ini ialah ketidaktelapan membran mitokondria kepada oksaloasetat. Tetapi malate, prekursor oksaloasetat dalam kitaran TCA, boleh melalui membran. Oleh itu, pada hakikatnya, semuanya kelihatan lebih rumit: 1. Dalam sitosol, asid piruvik boleh muncul semasa pengoksidaan asid laktik dan dalam tindak balas transaminasi alanin. Selepas ini, piruvat symports dengan ion H+ bergerak sepanjang kecerunan proton ke dalam mitokondria. Dalam mitokondria, piruvat karboksilase menukarkan asid piruvat kepada oksaloasetat. Tindak balas ini berlaku secara berterusan dalam sel, sebagai tindak balas anaplerotik (mengisi semula) kitaran TCA.

2. Seterusnya, oksaloasetat boleh ditukar menjadi fosfoenolpiruvat, tetapi untuk ini ia mesti terlebih dahulu memasuki sitosol. Oleh itu, tindak balas berlaku yang mengurangkan oksaloasetat kepada malat dengan penyertaan malat dehidrogenase Akibatnya, malat terkumpul, memasuki sitosol, dan di sini ditukar kembali kepada oksaloasetat. Lebihan NADH dalam mitokondria membolehkan tindak balas dehidrogenase malat diterbalikkan. NADH berasal dari?--pengoksidaan asid lemak, diaktifkan di bawah keadaan kekurangan glukosa dalam hepatosit.

3. Dalam sitoplasma, phosphoenolpyruvate carboxykinase menukar oksaloasetat kepada phosphoenolpyruvate tindak balas memerlukan tenaga GTP. Karbon yang sama yang ditambah dikeluarkan daripada molekul.

Melangkau tindak balas ketiga glikolisis. Halangan kedua kepada sintesis glukosa, tindak balas fosfofruktokinase, diatasi oleh enzim fruktosa-1,6-biphosphatase. Enzim ini terdapat dalam buah pinggang, hati, dan otot berjalur. Oleh itu, tisu ini mampu mensintesis fruktosa-6-fosfat dan glukosa-6-fosfat.

Melangkau tindak balas glikolisis pertama. Reaksi terakhir ini dimangkinkan oleh glukosa-6-fosfatase. Ia hanya terdapat di hati dan buah pinggang, oleh itu, hanya tisu ini boleh menghasilkan glukosa bebas.

Glukoneogenesis, pembentukan glukosa daripada komponen bukan karbohidrat, diperlukan: 1. untuk hipoglikemia semasa beban otot– sintesis daripada asid laktik yang datang daripada otot, daripada gliserol yang terbentuk semasa mobilisasi lemak;

2. dalam kes hipoglisemia semasa berpuasa - sintesis daripada asid amino yang terbentuk semasa katabolisme protein.

Justeru, ketika berpuasa atau aktiviti fizikal glukoneogenesis yang berlaku dalam hati membekalkan glukosa kepada semua organ lain (eritrosit, tisu saraf, otot, dsb.) di mana glikolisis dan proses penghasilan tenaga lain aktif. Kehadiran glukosa dalam sel ini adalah perlu untuk mengekalkan kepekatan oksaloasetat dan memastikan pembakaran asetil-SCoA (juga diperoleh daripada asid lemak atau badan keton) dalam kitaran asid trikarboksilik.

Peraturan glukoneogenesis. Pengaktifan hormon glukoneogenesis dijalankan oleh glucocorticoids, yang meningkatkan sintesis piruvat carboxylase, phosphoenolpyruvate carboxykinase, fruktosa-1,6-biphosphatase. Glukagon merangsang enzim yang sama melalui mekanisme adenilat siklase melalui fosforilasi Terdapat juga peraturan metabolik di mana piruvat karboksilase diaktifkan secara alosteri oleh asetil-SCoA, fruktosa-1,6-bifosfatase dan dengan penyertaan ATP. Hati bertukar daripada glikolisis kepada glukoneogenesis dan kembali dengan penyertaan insulin dan glukosagon dan dijalankan dengan bantuan:

Peraturan alosterik aktiviti enzim;

Pengubahsuaian kovalen enzim melalui fosforilasi/defosforilasi;

Induksi/penindasan sintesis enzim utama.

Pengaruh pengawalseliaan ditujukan kepada enzim yang memangkinkan peringkat glukoneogenesis yang tidak dapat dipulihkan, gabungannya dipanggil kitaran "substrat" ​​atau "terbiar".

Persamaan ringkasan untuk glukoneogenesis daripada piruvat:

2 piruvat + 4 ATP + 2 GTP + 2(NADH) + 4 H2O Glukosa + 4 ADP + 2 KDNK + 2 NAD+ + 6 H3PO4.

Sehingga 80 g glukosa boleh disintesis dalam tubuh manusia setiap hari. Sintesis 1 mol glukosa daripada piruvat memerlukan 6 ikatan tenaga tinggi (4 ATP dan 2 GTP).

19. Laluan pentosa fosfat untuk penukaran glukosa. Laluan oksidatif untuk pembentukan pentosa. Idea laluan bukan oksidatif untuk pembentukan heksosa. Pengagihan, peranan, peraturan.

Glukosa adalah substrat untuk penghasilan tenaga. Tenaga mana-mana sel dalam badan kita adalah berdasarkan pengoksidaan glukosa. Pengoksidaan glukosa berlaku dalam dua arah:

1. Pengoksidaan dengan pembentukan pentosa: ribosa, ribulosa, xylulose. Laluan ini dipanggil shunt pentosa fosfat dan tidak dikaitkan dengan pengeluaran E.

2. Pengoksidaan untuk menghasilkan E.

Oleh kerana tindak balas sintesis protein berterusan berlaku dalam sel, proses ini memerlukan asid ribonukleik. Sebaliknya, untuk sintesis asid nukleik, atau lebih tepatnya nukleotida purin dan pirimidin, memerlukan ribosa-5-fosfat. Jika sel sedang bersedia untuk membahagikan, maka untuk sintesis DNA ia memerlukan deoksiribonukleotida, yang terbentuk dengan penyertaan NADPH. Molekul NADPH juga digunakan:

Untuk sintesis asid lemak (hati, tisu adiposa),

Untuk sintesis kolesterol dan steroid lain (hati),

Untuk sintesis asid glutamat daripada asid α-ketoglutarik (tindak balas aminasi reduktif),

Untuk sistem perlindungan antioksidan sel daripada pengoksidaan radikal bebas (eritrosit).

Terdapat proses dalam sel yang memastikan pembentukan ribosa dan NADPH serentak - ini laluan pentosa fosfat. Tindak balas yang paling aktif dari laluan pentosa fosfat berlaku dalam sitosol sel hati, tisu adiposa, sel darah merah, korteks adrenal, kelenjar susu semasa penyusuan, dan pada tahap yang lebih rendah dalam otot rangka. Laluan pengoksidaan glukosa ini tidak dikaitkan dengan pengeluaran tenaga, tetapi menyediakan anabolisme sel. Dalam hal ini, pada bayi baru lahir dan kanak-kanak tahun pertama kehidupan, aktivitinya agak tinggi. Laluan pentosa fosfat merangkumi dua peringkat - oksidatif dan penyusunan semula struktur (bukan oksidatif).

hidup pertama, oksidatif, peringkat Glukosa-6-fosfat ditukar kepada ribulosa-5-fosfat dalam tiga tindak balas disertai dengan pengurangan dua molekul NADP kepada NADPH.

Pada peringkat ini, prosesnya dikawal: insulin meningkatkan aktiviti glukosa-6-fosfat dehidrogenase dan phosphogluconate dehydrogenase.

Dalam bahagian oksidatif laluan pentosa fosfat, glukosa-6-fosfat mengalami dekarboksilasi oksidatif, mengakibatkan pembentukan pentosa. Langkah ini termasuk 2 tindak balas dehidrogenasi. Persamaan ringkasan: Glukosa-6-fosfat + 2 NADP+ + H2O → Ribulosa-5-fosfat + 2 NADPH + H+ + CO2.

Tindak balas laluan oksidatif berlaku hanya jika koenzim terkurang NADPH kembali kepada keadaan teroksida asal NADP+ dengan penyertaan dehidrogenase yang bergantung kepada NADPH. Jika keperluan sel untuk NADPH adalah tidak penting, ribosa-5-fosfat terbentuk hasil daripada tindak balas boleh balik peringkat bukan oksidatif laluan pentosa fosfat, menggunakan metabolit glikolisis - gliseraldehid-3-fosfat dan fruktosa-6- fosfat - sebagai bahan awal.

Peranan: Tindak balas oksidatif berfungsi sebagai sumber utama NADPH dalam sel. Koenzim terhidrogenasi membekalkan proses biosintetik dan tindak balas redoks, termasuk melindungi sel daripada bentuk aktif O2.

Peringkat kedua– peringkat penyusunan semula struktur, terima kasih kepada pentosa yang dapat kembali ke kolam heksosa. Dalam tindak balas ini, ribulosa 5-fosfat mengisomerkan kepada ribosa 5-fosfat dan xylulose 5-fosfat. Selanjutnya, di bawah pengaruh enzim transketolase dan transaldolase, penyusunan semula struktur berlaku dengan pembentukan monosakarida lain. Semasa semua tindak balas peringkat kedua, pentosa ditukar kepada fruktosa-6-fosfat dan gliseraldehid fosfat. Gliseraldehid-3-fosfat, bergantung kepada keadaan dan jenis sel, sama ada boleh "jatuh" ke peringkat ke-2 glikolisis atau dikurangkan melalui fosfat dioksiaseton kepada gliserol-3-fosfat dan kemudian masuk ke dalam sintesis asid fosfatidik dan kemudian triasilgliserol. Jika perlu, heksosa juga boleh terbentuk daripadanya.

Jumlah: 2 Fruktosa-6-fosfat + Gliseraldehid-3-fosfat → 2 Xylulose-5-fosfat + Ribosa-5-fosfat 2 Xylulose-5-fosfat → 2 Ribulosa-5-fosfat 2 Ribulosa-5-fosfat → 2 Ribosa-5- fosfat.

Itu. laluan bukan oksidatif boleh diwakili sebagai proses mengembalikan pentosa ke kolam heksosa.

Ciri-ciri laluan pentosa fosfat dalam sel yang berbeza.

Jika sel memerlukan sejumlah besar NADPH (contohnya, sintesis asid lemak dalam hati atau sintesis kolesterol), maka kedua-dua peringkat 1 dan 2 akan aktif. Fruktosa-6-fosfat dan gliseraldehid fosfat yang terhasil akan ditukar kepada glukosa-6-fosfat dalam tindak balas glukoneogenesis, dan kitaran akan bermula semula.

Jika sel memerlukan tenaga NADPH dan ATP (seperti dalam eritrosit), maka fruktosa-6-fosfat dan gliseraldehid fosfat pada keluar dari peringkat ke-2 akan "gagal" ke dalam tindak balas glikolitik.

Jika sel membesar dan membahagi, ia memerlukan NADPH dan ribosa-5-fosfat. Dalam kes ini, peringkat ke-2 tidak akan berlaku; semua ribulosa-5-fosfat yang terbentuk pada peringkat pertama akan ditukar kepada ribosa-5-fosfat, yang digunakan untuk sintesis nukleotida. NADPH akan digunakan untuk sintesis deoksiribonukleotida.

Laluan pentosa fosfat menyediakan sel dengan ribosa untuk sintesis nukleotida purin dan pirimidin dan koenzim terhidrogenasi NADPH, yang digunakan dalam proses pengurangan. Persamaan keseluruhan laluan pentosa fosfat dinyatakan seperti berikut:

3 Glukosa-6-fosfat + 6 NADP+ → 3 CO 2 + 6 (NADPH + H +) + 2 Fruktosa-6-fosfat + Gliseraldehid 3-fosfat.

Enzim laluan pentosa fosfat, serta enzim glikolisis, disetempat dalam sitosol.

Laluan pentosa fosfat paling aktif dalam tisu adiposa, hati, korteks adrenal, sel darah merah, kelenjar susu semasa penyusuan, dan testis.

daripada pelanggaran Dalam shunt pentosa fosfat, kekurangan yang paling biasa ialah enzim pertama, glukosa-6-fosfat dehidrogenase. Akibat daripada kecacatan enzim adalah penurunan dalam sintesis NADPH dalam sel. Ini mempunyai kesan yang ketara terhadap sel darah merah, di mana peringkat oksidatif kitaran fosfat pentosa adalah satu-satunya sumber NADPH. Di antara pelbagai fungsi NADPH, dalam kes ini, satu adalah penting - penyertaan dalam kerja sistem antioksidan.

Sistem ini diperlukan untuk meneutralkan spesies oksigen reaktif yang sentiasa dihasilkan dalam sel. Khususnya, hidrogen peroksida dikurangkan kepada air oleh peroksidase yang bergantung kepada glutation. Pemulihan glutation kepada keadaan berfungsi dilakukan oleh reduktase dengan penyertaan NADPH, dibekalkan oleh shunt pentosa fosfat.

20. Glukosa darah: sumber, peraturan oleh hormon. Hipo- dan hiperglikemia, punca. Beban gula dan keluk gula, kepentingan dalam diagnosis.

Hasil daripada peraturan laluan metabolik untuk penukaran glukosa adalah ketekalan kepekatan glukosa dalam darah. U orang yang sihat semasa perut kosong, kepekatan glukosa dalam darah arteri pada siang hari dikekalkan pada tahap malar 60-100 mg/dl (3.3-5.5 mmol/l). Selepas makan makanan berkarbohidrat, paras glukosa meningkat selama kira-kira 1 jam hingga 150 mg/dL (hiperglikemia pemakanan), dan kemudian kembali ke tahap biasa(selepas kira-kira 2 jam). Apabila kepekatan glukosa dalam darah adalah 9-10 mmol/l, glukosa mula dikumuhkan dalam air kencing - glukosuria. Biasanya, glukosa tidak dikesan dalam air kencing. Lebih separuh daripada semua glukosa (60%) yang memasuki vena portal dari usus diserap oleh hati. Kira-kira 2/3 daripada jumlah ini disimpan di dalam hati dalam bentuk glikogen, selebihnya ditukar menjadi lemak dan teroksida, menyediakan sintesis ATP. Pecutan proses ini dimulakan oleh peningkatan dalam indeks glukagon insulin. Bahagian lain glukosa yang datang dari usus memasuki aliran darah umum. Kira-kira 2/3 daripada jumlah ini diserap oleh otot dan tisu adiposa. Ini disebabkan oleh peningkatan dalam kebolehtelapan otot dan membran sel lemak kepada glukosa di bawah pengaruh kepekatan insulin yang tinggi. Glukosa dalam otot disimpan dalam bentuk glikogen, dan dalam sel lemak ia ditukar menjadi lemak. Selebihnya glukosa dalam aliran darah umum diserap oleh sel lain (bebas insulin).

Semasa berpuasa Pada hari pertama, rizab glikogen dalam badan telah habis, dan seterusnya hanya glukoneogenesis (dari laktat, gliserol dan AA) berfungsi sebagai sumber glukosa. Glukoneogenesis dipercepatkan, dan glikolisis diperlahankan kerana kepekatan insulin yang rendah dan kepekatan glukagon yang tinggi. Tetapi, sebagai tambahan, selepas 1-2 hari, kesan mekanisme pengawalseliaan lain ditunjukkan dengan ketara - induksi dan penindasan sintesis enzim tertentu: bilangan enzim glikolitik berkurangan dan, sebaliknya, bilangan enzim glukoneogenesis meningkat. Perubahan dalam sintesis enzim juga dikaitkan dengan pengaruh insulin dan glukagon. Bermula dari hari kedua berpuasa, ia dicapai kelajuan maksimum glukoneogenesis daripada asid amino dan gliserol. Kadar glukoneogenesis daripada laktat kekal malar. Akibatnya, kira-kira 100 g glukosa disintesis setiap hari, terutamanya di hati. Perlu diingatkan bahawa semasa berpuasa, glukosa tidak digunakan oleh sel otot dan lemak, kerana jika tiada insulin ia tidak menembusi mereka dan dengan itu disimpan untuk membekalkan otak dan sel-sel yang bergantung kepada glukosa yang lain. Baik semasa tempoh rehat dan semasa berpanjangan kerja fizikal Pertama, sumber glukosa untuk otot adalah glikogen yang disimpan dalam otot itu sendiri, dan kemudian glukosa darah. Adalah diketahui bahawa 100 g glikogen dimakan semasa berlari dalam kira-kira 15 minit, dan rizab glikogen dalam otot selepas makan makanan karbohidrat boleh menjadi 200-300 g.