Mitä biokemia tutkii? Glykolyysi on vakava entsymaattinen glukoosin hajoamisprosessi, joka tapahtuu eläinten ja ihmisten kudoksissa ilman happea. Biokemistit pitävät häntä keinona saada maitohappo- ja ATP-molekyylejä.
Määritelmä
Mitä aerobinen glykolyysi on? Biokemia pitää tätä prosessia ainoana eläville organismeille ominaisena prosessina, joka toimittaa energiaa.
Juuri tällaisen prosessin avulla eläinten ja ihmisten elimistö pystyy suorittamaan tiettyjä fysiologisia toimintoja tietyn ajan, kun happea ei ole riittävästi.
Jos glukoosin hajoamisprosessi suoritetaan hapen mukana, tapahtuu aerobinen glykolyysi.
Mikä on sen biokemia? Glykolyysiä pidetään ensimmäisenä vaiheena prosessissa, jossa glukoosi hapetetaan vedeksi ja hiilidioksidiksi.
Historiasivut
Lépin käytti termiä "glykolyysi" 1800-luvun lopulla veren glukoosipitoisuuden alentamiseksi, joka poistui verenkiertoelimistöstä. Joillakin mikro-organismeilla on glykolyysin k altaisia käymisprosesseja. sellaisilletransformaatiossa käytetään 11 entsyymiä, joista suurin osa on eristetty homogeenisessa, erittäin puhdistetussa tai kiteisessä muodossa, ja niiden ominaisuuksia on tutkittu hyvin. Tämä prosessi tapahtuu solun hyaloplasmassa.
Prosessin tiedot
Miten glykolyysi etenee? Biokemia on tiede, jossa tätä prosessia pidetään monivaiheisena reaktiona.
Ensimmäinen glykolyysin entsymaattinen reaktio, fosforylaatio, liittyy ortofosfaatin siirtymiseen glukoosiksi ATP-molekyylien toimesta. Heksokinaasientsyymi toimii katalyyttinä tässä prosessissa.
Glukoosi-6-fosfaatin tuotanto tässä prosessissa selittyy huomattavan järjestelmän energiamäärän vapautumisella, eli tapahtuu peruuttamaton kemiallinen prosessi.
Sellainen entsyymi kuin heksokinaasi toimii katalyyttinä paitsi itse D-glukoosin, myös D-mannoosin ja D-fruktoosin fosforylaatioprosessissa. Heksokinaasin lisäksi maksassa on toinen entsyymi - glukokinaasi, joka katalysoi yhden D-glukoosin fosforylaatioprosessia.
Toinen vaihe
Miten moderni biokemia selittää tämän prosessin toisen vaiheen? Glykolyysi tässä vaiheessa on glukoosi-6-fosfaatin siirtymistä heksoosifosfaatti-isomeraasin vaikutuksesta uudeksi aineeksi - fruktoosi-6-fosfaatiksi.
Prosessi etenee kahteen vastakkaiseen suuntaan, ei vaadi kofaktoreita.
Kolmas vaihe
Se liittyy syntyvän fruktoosi-6-fosfaatin fosforylaatioon ATP-molekyylien avulla. Tämän prosessin nopeuttaja on fosfofruktokinaasientsyymi. Reaktiokatsotaan peruuttamattomaksi, se tapahtuu magnesiumkationien läsnä ollessa, sen katsotaan olevan tämän vuorovaikutuksen hitaasti etenevä vaihe. Hän on se, joka määrittää glykolyysinopeuden.
Fosfofruktokinaasi on yksi allosteeristen entsyymien edustajista. Sitä estävät ATP-molekyylit, AMP ja ADP stimuloivat. Diabeteksen tapauksessa paaston aikana sekä monissa muissa olosuhteissa, joissa rasvoja kulutetaan suuria määriä, sitraattipitoisuus kudossoluissa kasvaa useita kertoja. Tällaisissa olosuhteissa sitraatti estää merkittävästi fosfofruktokinaasin täysimittaista aktiivisuutta.
Jos ATP:n suhde ADP:hen saavuttaa merkittävät arvot, fosfofruktokinaasi estyy, mikä auttaa hidastamaan glykolyysiä.
Miten voit lisätä glykolyysiä? Biokemia ehdottaa tämän intensiteettitekijän pienentämistä. Esimerkiksi toimimattomassa lihaksessa fosfofruktokinaasin aktiivisuus on alhainen, mutta ATP:n pitoisuus kasvaa.
Lihaksen työskentelyn aikana ATP:tä käytetään merkittävästi, mikä lisää entsyymipitoisuutta ja kiihdyttää glykolyysiprosessia.
Neljäs vaihe
Aldolaasientsyymi on glykolyysin tämän osan katalyytti. Hänen ansiostaan tapahtuu aineen palautuva jakautuminen kahdeksi fosfotrioosiksi. Lämpötila-arvosta riippuen tasapaino muodostuu eri tasoilla.
Miten biokemia selittää sen, mitä tapahtuu? Glykolyysi lämpötilan noustessa etenee suoran reaktion, tuotteen, suuntaanjoka on glyseraldehydi-3-fosfaattia ja dihydroksiasetonifosfaattia.
Muut vaiheet
Viides vaihe on trioosifosfaattien isomerointiprosessi. Prosessin katalyytti on trioosifosfaatti-isomeraasientsyymi.
Kuudennen reaktion yhteenveto kuvaa 1,3-difosforglyseriinihapon tuotantoa NAD-fosfaatin läsnä ollessa vetyakseptorina. Tämä epäorgaaninen aine poistaa vetyä glyseraldehydistä. Tuloksena oleva sidos on hauras, mutta siinä on runsaasti energiaa, ja pilkkoutuessaan saadaan 1,3-difosfoglyseriinihappoa.
Seitsemäs vaihe, jota katalysoi fosfoglyseraattikinaasi, sisältää energian siirron fosfaattijäännöksestä ADP:hen 3-fosfoglyseriinihapon ja ATP:n muodostamiseksi.
Kahdeksannessa reaktiossa tapahtuu fosfaattiryhmän molekyylinsisäinen siirtyminen, kun taas havaitaan 3-fosfoglyseriinihapon muuttuminen 2-fosfoglyseraatiksi. Prosessi on palautuva, joten sen toteuttamiseen käytetään magnesiumkationeja.
2,3-difosfoglyseriinihappo toimii entsyymin kofaktorina tässä vaiheessa.
Yhdeksäs reaktio käsittää 2-fosfoglyseriinihapon muuttamisen fosfoenolipyruvaaiksi. Magnesiumkationien aktivoima enolaasientsyymi toimii tämän prosessin kiihdyttimenä ja fluoridi toimii tässä tapauksessa estäjänä.
Kymmenes reaktio etenee, kun sidos katkeaa ja fosfaattijäännöksen energia siirtyy ADP:hen fosfoenolipyruviinihaposta.
Yhdestoista vaihe liittyy palorypälehapon vähentämiseen, jolloin saadaan maitohappoa. Tämä muunnos edellyttää laktaattidehydrogenaasientsyymin osallistumista.
Kuinka voit kirjoittaa glykolyysin muistiin yleisesti? Reaktiot, joiden biokemiaa käsiteltiin edellä, pelkistyvät glykolyyttiseksi oksidoreduktioksi, johon liittyy ATP-molekyylien muodostuminen.
Prosessin arvo
Katsoimme, kuinka biokemia kuvaa glykolyysiä (reaktioita). Tämän prosessin biologinen merkitys on saada aikaan fosfaattiyhdisteitä, joilla on suuri energiavarasto. Jos ensimmäisessä vaiheessa kuluu kaksi ATP-molekyyliä, vaihe liittyy tämän yhdisteen neljän molekyylin muodostumiseen.
Mikä on sen biokemia? Glykolyysi ja glukoneogeneesi ovat energiatehokkaita: 2 ATP-molekyyliä muodostaa yhden glukoosimolekyylin. Energian muutos kahden happomolekyylin muodostuessa glukoosista on 210 kJ/mol. 126 kJ lähtee lämmön muodossa, 84 kJ kerääntyy ATP:n fosfaattisidoksiin. Päätesidoksen energia-arvo on 42 kJ/mol. Biokemia käsittelee samanlaisia laskelmia. Aerobisen ja anaerobisen glykolyysin tehokkuus on 0,4.
Mielenkiintoisia faktoja
Lukuisten kokeiden tuloksena pystyttiin määrittämään tarkat arvot jokaiselle koskemattomissa ihmisen punasoluissa tapahtuneelle glykolyysireaktiolle. Kahdeksan glykolyysireaktiota ovat lähellä termodynaamista tasapainoa, kolme prosessia liittyy merkittävään vapaan energian määrän vähenemiseen, ja niitä pidetään peruuttamattomina.
Mitä glukoneogeneesi on? Prosessin biokemia koostuu hiilihydraattien hajoamisesta, joka tapahtuuuseita vaiheita. Jokaista vaihetta ohjaavat entsyymit. Esimerkiksi kudoksissa, joille on ominaista aerobinen aineenvaihdunta (sydämen kudokset, munuaiset), sitä säätelevät isoentsyymit LDH1 ja LDH2. Pienet määrät pyruvaattia estävät niitä, minkä seurauksena maitohapon synteesi ei ole sallittua ja asetyyli-CoA:n täydellinen hapettuminen trikarboksyylihappokierrossa saavutetaan.
Mitä muuta anaerobiselle glykolyysille on ominaista? Esimerkiksi biokemiaan liittyy muiden hiilihydraattien sisällyttäminen prosessiin.
Laboratoriotutkimusten tuloksena havaittiin, että noin 80 % ruoan mukana ihmiskehoon joutuvasta fruktoosista metaboloituu maksassa. Täällä tapahtuu sen fosforylaatioprosessi fruktoosi-6-fosfaatiksi, heksokinaasientsyymi toimii tämän prosessin katalyyttinä.
Glukoosi estää tämän prosessin. Tuloksena oleva yhdiste muunnetaan glukoosiksi useissa vaiheissa, joihin liittyy fosforihapon eliminaatio. Lisäksi sen myöhemmät muuttumiset muiksi fosforipitoisiksi orgaanisiksi yhdisteiksi ovat mahdollisia.
ATP:n ja fosfofruktokinaasin vaikutuksesta fruktoosi-6-fosfaatti muuttuu fruktoosi-1,6-difosfaatiksi.
Sitten tämä aine metaboloituu glykolyysille ominaisten vaiheiden kautta. Lihaksissa ja maksassa on ketoheksokinaasia, joka voi nopeuttaa fruktoosin fosforylaatiota sen fosforipitoiseksi yhdisteeksi. Glukoosi ei estä prosessia, ja tuloksena oleva fruktoosi-1-fosfaatti hajoaa ketoosi-1-fosfaattialdolaasin vaikutuksesta glyseraldehydiksi ja dihydroksiasetonifosfaatiksi. D-glyseraldehydi allatriotsokinaasin vaikutuksesta se siirtyy fosforylaatioon, lopulta ATP-molekyylejä vapautuu ja saadaan dihydroksiasetonifosfaattia.
Synnynnäiset epämuodostumat
Biokemistit ovat pystyneet tunnistamaan joitain fruktoosiaineenvaihduntaan liittyviä synnynnäisiä poikkeavuuksia. Tämä ilmiö (olennainen fruktosuria) liittyy biologiseen puutteeseen ketoheksokinaasin entsyymin pitoisuudessa kehossa, joten glukoosi estää kaikkia tämän hiilihydraatin hajoamisprosesseja. Tämän rikkomuksen seurauksena on fruktoosin kertyminen vereen. Fruktoosin munuaiskynnys on matala, joten fruktosuria voidaan havaita veren hiilihydraattipitoisuuksilla noin 0,73 mmol/l.
Osallistuminen galaktoosin biosynteesiin
Galaktoosi pääsee elimistöön ruoan mukana, joka hajoaa ruoansulatuskanavassa glukoosiksi ja galaktoosiksi. Ensin tämä hiilihydraatti muunnetaan galaktoosi-1-fosfaatiksi, prosessia katalysoi galaktokinaasi. Seuraavaksi fosforia sisältävä yhdiste muunnetaan glukoosi-1-fosfaatiksi. Tässä vaiheessa muodostuu myös uridiinidifosfogalaktoosia ja UDP-glukoosia. Prosessin seuraavat vaiheet etenevät glukoosin hajottamista vastaavan kaavion mukaisesti.
Tämän galaktoosiaineenvaihdunnan reitin lisäksi toinen järjestelmä on myös mahdollinen. Ensin muodostuu myös galaktoosi-1-fosfaattia, mutta seuraavat vaiheet liittyvät UTP-molekyylien ja glukoosi-1-fosfaatin muodostumiseen.
Hiilihydraattiaineenvaihduntaan liittyvien lukuisten patologisten tilojen joukossa galaktosemialla on erityinen paikka. Tämä ilmiö liittyy resessiivisesti perinnölliseen sairauteen, jossajossa verensokeri kohoaa galaktoosin vaikutuksesta ja saavuttaa 16,6 mmol/l. Samaan aikaan veren glukoosipitoisuudessa ei käytännössä tapahdu muutoksia. Tällaisissa tapauksissa galaktoosin lisäksi vereen kertyy myös galaktoosi-1-fosfaattia. Lapsilla, joilla on diagnosoitu galaktosemia, on kehitysvammaisuus ja heillä on myös kaihi.
Hiilihydraattiaineenvaihdunnan häiriöiden lisääntyessä syynä on galaktoosin hajoaminen toisella polulla. Sen tosiasian ansiosta, että biokemistit onnistuivat selvittämään meneillään olevan prosessin olemuksen, tuli mahdolliseksi käsitellä ongelmia, jotka liittyvät glukoosin epätäydelliseen hajoamiseen kehossa.
