Какво изучава биохимията? Гликолизата е сериозен ензимен процес на разграждане на глюкозата, който протича в животински и човешки тъкани без използване на кислород. Именно той се счита от биохимиците като начин за получаване на молекули на млечна киселина и АТФ.
Определение
Какво е аеробна гликолиза? Биохимията разглежда този процес като единствения процес, характерен за живите организми, който доставя енергия.
Именно с помощта на такъв процес организмът на животните и хората е в състояние да изпълнява определени физиологични функции за определен период от време в условия на недостатъчен кислород.
Ако процесът на разграждане на глюкозата се извършва с участието на кислород, настъпва аеробна гликолиза.
Каква е неговата биохимия? Гликолизата се счита за първата стъпка в процеса на окисляване на глюкозата до вода и въглероден диоксид.
Страници с история
Терминът "гликолиза" е използван от Лепин в края на деветнадесети век за процеса на намаляване на кръвната глюкоза, която се отстранява от кръвоносната система. Някои микроорганизми имат процеси на ферментация, които са подобни на гликолизата. За такиватрансформацията използва единадесет ензима, повечето от които са изолирани в хомогенна, силно пречистена или кристална форма, техните свойства са добре проучени. Този процес се извършва в хиалоплазмата на клетката.
Специфика на процеса
Как протича гликолизата? Биохимията е наука, в която този процес се разглежда като многоетапна реакция.
Първата ензимна реакция на гликолизата, фосфорилирането, е свързана с прехвърлянето на ортофосфат към глюкоза от АТФ молекули. Ензимът хексокиназа действа като катализатор в този процес.
Производството на глюкоза-6-фосфат в този процес се обяснява с освобождаването на значително количество енергия от системата, тоест протича необратим химичен процес.
Ензим като хексокиназа действа като катализатор за процеса на фосфорилиране не само на самата D-глюкоза, но и на D-маноза, D-фруктоза. Освен хексокиназа, в черния дроб има и друг ензим - глюкокиназа, който катализира процеса на фосфорилиране на една D-глюкоза.
Втори етап
Как съвременната биохимия обяснява втория етап от този процес? Гликолизата на този етап е преход на глюкозо-6-фосфат под въздействието на хексоза фосфат изомераза в ново вещество - фруктозо-6-фосфат.
Процесът протича в две взаимно противоположни посоки, не изисква кофактори.
Трети етап
Свързано е с фосфорилирането на получения фруктозо-6-фосфат с помощта на молекули АТФ. Ускорителят на този процес е ензимът фосфофруктокиназа. Реакциясе счита за необратим, възниква в присъствието на магнезиеви катиони, счита се за бавно протичащ етап от това взаимодействие. Именно тя е основата за определяне на скоростта на гликолиза.
Фосфофруктокиназата е един от представителите на алостеричните ензими. Инхибира се от АТФ молекули, стимулира се от AMP и ADP. При диабет, по време на гладуване, както и при много други състояния, при които мазнините се консумират в големи количества, съдържанието на цитрат в тъканните клетки се увеличава няколко пъти. При такива условия има значително инхибиране на пълноценната активност на фосфофруктокиназата от цитрат.
Ако съотношението на ATP към ADP достигне значителни стойности, фосфофруктокиназата се инхибира, което помага за забавяне на гликолизата.
Как можете да увеличите гликолизата? Биохимията предлага да се намали факторът на интензивност за това. Например, в нефункциониращ мускул, активността на фосфофруктокиназата е ниска, но концентрацията на АТФ се увеличава.
Когато мускулът работи, има значително използване на АТФ, което причинява повишаване на нивото на ензима, причинявайки ускоряване на процеса на гликолиза.
Четвърти етап
Ензимът алдолаза е катализаторът за тази част от гликолизата. Благодарение на него се получава обратимо разделяне на веществото на две фосфотриози. В зависимост от стойността на температурата се установява равновесие на различни нива.
Как биохимията обяснява какво се случва? Гликолизата с повишаване на температурата протича в посока на директна реакция, продуктъткоето е глицералдехид-3-фосфат и дихидроксиацетон фосфат.
Други етапи
Петият етап е процесът на изомеризация на триозните фосфати. Катализаторът на процеса е ензимът триоза фосфат изомераза.
Шестата реакция в обобщена форма описва производството на 1,3-дифосфорглицеринова киселина в присъствието на NAD фосфат като акцептор на водород. Именно този неорганичен агент отстранява водорода от глицералдехида. Получената връзка е крехка, но е богата на енергия и при разцепване се получава 1,3-дифосфоглицеринова киселина.
Седмата стъпка, катализирана от фосфоглицерат киназа, включва пренос на енергия от фосфатния остатък към ADP за образуване на 3-фосфоглицеринова киселина и АТФ.
В осмата реакция се осъществява вътрешномолекулен трансфер на фосфатната група, докато се наблюдава трансформацията на 3-фосфоглицериновата киселина в 2-фосфоглицерат. Процесът е обратим, поради което за неговото изпълнение се използват магнезиеви катиони.
2,3-дифосфоглицеринова киселина действа като кофактор за ензима на този етап.
Деветата реакция включва прехода на 2-фосфоглицеринова киселина към фосфоенолпируват. Ензимът енолаза, който се активира от магнезиеви катиони, действа като ускорител на този процес, а флуоридът действа като инхибитор в този случай.
Десетата реакция протича с прекъсване на връзката и прехвърляне на енергията на фосфатния остатък към ADP от фосфоенолпирувинова киселина.
Единадесетият етап е свързан с редукция на пирогроздена киселина, получаване на млечна киселина. Това преобразуване изисква участието на ензима лактат дехидрогеназа.
Как можете да запишете гликолизата по общ начин? Реакциите, чиято биохимия беше обсъдена по-горе, се свежда до гликолитична оксидоредукция, придружена от образуването на АТФ молекули.
Стойност на процеса
Разгледахме как биохимията описва гликолизата (реакции). Биологичното значение на този процес е получаването на фосфатни съединения с голям енергиен резерв. Ако две молекули АТФ се изразходват на първия етап, тогава етапът е свързан с образуването на четири молекули от това съединение.
Каква е неговата биохимия? Гликолизата и глюконеогенезата са енергийно ефективни: 2 АТФ молекули представляват 1 глюкозна молекула. Енергийната промяна по време на образуването на две киселинни молекули от глюкоза е 210 kJ/mol. 126 kJ излизат под формата на топлина, 84 kJ се натрупват във фосфатните връзки на АТФ. Терминалната връзка има енергийна стойност от 42 kJ/mol. Биохимията се занимава с подобни изчисления. Аеробната и анаеробната гликолиза имат ефективност от 0,4.
Интересни факти
В резултат на многобройни експерименти беше възможно да се установят точните стойности на всяка реакция на гликолиза, протичаща в непокътнати човешки еритроцити. Осем реакции на гликолиза са близки до термодинамичното равновесие, три процеса са свързани със значително намаляване на количеството свободна енергия и се считат за необратими.
Какво е глюконеогенеза? Биохимията на процеса се състои в разграждането на въглехидратите, което се извършва вняколко етапа. Всяка стъпка се контролира от ензими. Например, в тъкани, които се характеризират с аеробен метаболизъм (тъкани на сърцето, бъбреци), той се регулира от изоензими LDH1 и LDH2. Те се инхибират от малки количества пируват, в резултат на което не се допуска синтеза на млечна киселина и се постига пълно окисление на ацетил-КоА в цикъла на трикарбоксилната киселина.
Какво друго характеризира анаеробната гликолиза? Биохимията, например, включва включването на други въглехидрати в процеса.
В резултат на лабораторни изследвания е установено, че около 80% от фруктозата, която постъпва в човешкото тяло с храната, се метаболизира в черния дроб. Тук се осъществява процесът на неговото фосфорилиране до фруктозо-6-фосфат, като ензимът хексокиназа действа като катализатор за този процес.
Този процес се инхибира от глюкозата. Полученото съединение се превръща в глюкоза през няколко етапа, придружено от елиминиране на фосфорната киселина. Освен това са възможни последващите му трансформации в други съдържащи фосфор органични съединения.
Под влиянието на АТФ и фосфофруктокиназа, фруктоза-6-фосфат ще се превърне във фруктоза-1,6-дифосфат.
След това това вещество се метаболизира през етапите, характерни за гликолизата. Мускулите и черният дроб имат кетохексокиназа, която може да ускори процеса на фосфорилиране на фруктозата в нейното фосфор-съдържащо съединение. Процесът не се блокира от глюкозата и полученият фруктозо-1-фосфат се разлага под въздействието на кетоз-1-фосфат алдолаза до глицералдехид и дихидроксиацетон фосфат. D-глицералдехид подпод въздействието на триозокиназата влиза във фосфорилиране, в крайна сметка се освобождават АТФ молекули и се получава дихидроксиацетон фосфат.
Вродени аномалии
Биохимиците са успели да идентифицират някои вродени аномалии, свързани с метаболизма на фруктозата. Това явление (есенциална фруктозурия) е свързано с биологичен дефицит в съдържанието на ензима кетохексокиназа в организма, поради което всички процеси на разграждане на този въглехидрат се инхибират от глюкозата. Последствието от това нарушение е натрупването на фруктоза в кръвта. За фруктозата бъбречният праг е нисък, така че фруктозурия може да бъде открита при концентрации на въглехидрати в кръвта около 0,73 mmol/L.
Участие в биосинтеза на галактоза
Галактозата влиза в тялото с храна, която се разгражда в храносмилателния тракт до глюкоза и галактоза. Първо, този въглехидрат се превръща в галактоза-1-фосфат, процесът се катализира от галактокиназа. След това, съдържащото фосфор съединение се превръща в глюкозо-1-фосфат. На този етап също се образуват уридин дифосфогалактоза и UDP-глюкоза. Следващите етапи на процеса протичат по схема, подобна на разграждането на глюкозата.
Освен този път на метаболизъм на галактозата е възможна и втора схема. Първо, галактоза-1-фосфат също се образува, но следващите стъпки са свързани с образуването на UTP молекули и глюкозо-1-фосфат.
Сред многобройните патологични състояния, свързани с въглехидратния метаболизъм, галактоземията заема специално място. Това явление е свързано с рецесивно наследствено заболяване, спри което нивото на кръвната захар се повишава поради галактозата и достига 16,6 mmol/l. В същото време на практика няма промяна в съдържанието на глюкоза в кръвта. Освен галактоза, в такива случаи в кръвта се натрупва и галактоза-1-фосфат. Децата с диагноза галактоземия имат умствена изостаналост и също имат катаракта.
Тъй като растежът на нарушенията на въглехидратния метаболизъм намалява, причината е разграждането на галактозата по втория път. Благодарение на факта, че биохимиците успяха да разберат същността на протичащия процес, стана възможно да се справят с проблемите, свързани с непълното разграждане на глюкозата в организма.
