Biologinis oksidavimas žmogaus organizme yra panašus cheminiame procese deginant kurą (anglis, durpės, mediena). Kokios medžiagos žmogaus organizme oksiduojamos ir kokie yra bendri produktai, sudeginantys dėl šių procesų?
Žmonėms gliukozė (angliavandeniai), amino rūgštys (baltymai), riebalų rūgštys (riebalai) oksiduojamos. Tai gamina anglies dioksidą ir vandenį.
Paaiškinkite, kokie yra organinių medžiagų biologinio oksidacijos ląstyne panašumai ir skirtumai ir jų nudegimo pobūdis.
Panašumas: sudėtingos medžiagos skaidosi į paprastesnes ir išlaisvina energiją. Skirtumai: biologinis oksidavimas vyksta veikiant fermentams, jis vyksta lėtai (pakopomis), dalis energijos yra saugoma ATP forma.
Kokie procesai vyksta energijos apykaitos stadijose?
1) Parengiamasis energijos apykaitos etapas: sudėtingos organinės medžiagos (baltymai, riebalai, angliavandeniai) skaidosi į paprastas organines medžiagas (aminorūgštis, riebalų rūgštis, monosacharidus). Per šį procesą išleidžiama energija yra išsklaidyta šilumos pavidalu (nesukurta ATP).
2) Glikolizė vyksta citoplazmoje. Gliukozė oksiduojama į dvi pirovino rūgšties (PVC) molekules, suformuojant 4 vandenilio atomus ir 2 ATP energiją. Anoksinėmis sąlygomis pieno rūgštis (pieno rūgšties fermentacija) arba alkoholis ir anglies dioksidas (alkoholinis fermentavimas) susidaro iš PVC ir vandenilio.
3) Esant deguoniui, glikolizės (PVC ir H) produktai mitochondrijuose oksiduojami į anglies dioksidą ir vandenį, o energija susidaro 36 ATP.
Yra žinoma, kad medžiagų apykaitos reakcijos paspartinamos fermentais. Kokios yra sumažėjusios fermentų, dalyvaujančių gyvūnų energijos apykaitos deguonies stadijoje, aktyvumo sumažėjimo pasekmės?
1) Deguonies kvėpavimo reakcijų greitis sulėtės.
2) Kūnas pagreitins beksilorodnogo kvėpavimo procesus.
3) Įstaigoms, kurios negali kvėpuoti deguonimi, trūksta energijos.
Kokia yra oksidacinio fosforilinimo biologinė reikšmė?
Vandenilio atomai, gauti ankstesniuose energijos apykaitos etapuose, oksiduojami deguonimi, o energija išsiskiria ATP sintezei (ADP fosforilinimas).
Angliavandenių apykaitos sutrikimas
Bendra informacija
Angliavandenių metabolizmas yra atsakingas už angliavandenių įsisavinimo procesą organizme, jų suskaidymą, tarpinių ir galutinių produktų susidarymą, taip pat ne angliavandenių junginių neoplazmą arba paprastų angliavandenių transformaciją į sudėtingesnius. Pagrindinis angliavandenių vaidmuo priklauso nuo jų energijos funkcijos.
Gliukozės kiekis kraujyje yra tiesioginis energijos šaltinis organizme. Jo skilimo ir oksidacijos greitis, taip pat gebėjimas greitai išgauti iš depozitoriumo suteikia skubią energijos išteklių mobilizaciją, kai emocinio susijaudinimo atvejais energija kainuoja sparčiai, intensyvios raumenų apkrovos.
Sumažėjus gliukozės kiekiui kraujyje, atsiranda:
vegetatyvinės reakcijos (padidėjęs prakaitavimas, odos kraujagyslių liumenų pokyčiai).
Ši būklė vadinama „hipoglikemine koma“. Gliukozės įvedimas į kraują greitai pašalina šiuos sutrikimus.
Angliavandenių metabolizmas žmogaus organizme susideda iš šių procesų:
Virškinamojo trakto virškinimo trakte iš maisto į monosacharidus, tolesnis monosacharidų įsisavinimas iš žarnyno į kraują.
Glikogeno sintezė ir skilimas audiniuose (glikogenezė ir glikogenolizė).
Glikolizė (gliukozės skaidymas).
Anaerobinis tiesioginio gliukozės oksidacijos būdas (pentozės ciklas).
Anaerobinis piruvato metabolizmas.
Glukonogenezė yra angliavandenių susidarymas iš ne angliavandenių maisto.
Angliavandenių apykaitos sutrikimai
Angliavandenių absorbciją sutrikdo virškinamojo trakto amilolitinių fermentų trūkumas (kasos sulčių amilazė). Tuo pačiu metu iš maisto gaunami angliavandeniai nėra suskirstyti į monosacharidus ir nėra absorbuojami. Dėl to pacientas išsivysto angliavandenių badas.
Angliavandenių absorbcija taip pat kenčia, kai sutrikusi gliukozės fosforilacija žarnyno sienoje, kuri atsiranda žarnyno uždegimo metu, ir apsinuodijimo nuodais, kurie blokuoja fermentą heksokinazę (phloridzin, monoiodoacetate). Žarnų sienelėje nėra gliukozės fosforilinimo ir nepatenka į kraują.
Ypač lengva angliavandenių absorbcija kūdikiams, kurie dar nesukūrė virškinimo fermentų ir fermentų, kurie užtikrina fosforilinimą ir defosforilinimą.
Angliavandenių apykaitos priežastys dėl angliavandenių hidrolizės ir absorbcijos pažeidimų:
kepenų funkcijos sutrikimas - glikogeno susidarymo iš pieno rūgšties - acidozės (hiperkakemijos) pažeidimas.
Glikogeno sintezės ir skilimo pažeidimas
Glikogeno sintezė gali kisti patologinio padidėjimo ar sumažėjimo kryptimi. Padidėjęs glikogeno skaidymas atsiranda, kai centrinė nervų sistema yra sužadinta. Impulsai palei simpatinius kelius pereina prie glikogeno depo (kepenų, raumenų) ir aktyvina glikogenolizę bei glikogeno mobilizaciją. Be to, dėl centrinės nervų sistemos sužadinimo padidėja hipofizės funkcija, antinksčių smegenų sluoksnis ir skydliaukė, kurios hormonai stimuliuoja glikogeno skaidymą.
Padidėjęs glikogeno skaidymas, tuo pačiu didinant raumenų gliukozės suvartojimą, pasireiškia sunkiuoju raumenų darbu. Glikogeno sintezės sumažėjimas vyksta kepenų uždegiminių procesų metu: hepatitas, kurio metu sumažėja jo glikogeno ugdymo funkcija.
Trūkstant glikogeno, audinių energija persijungia į riebalų ir baltymų mainus. Energijos susidarymas dėl riebalų oksidacijos reikalauja daug deguonies; priešingu atveju, ketoniniai kūnai kaupiasi gausa ir apsinuodijimas. Dėl baltymų susidarančios energijos susidaro plastiko praradimas. Glikogenozė yra glikogeno metabolizmo pažeidimas, kartu su patologiniu glikogeno kaupimuis organuose.
Gyrke ligos glikogenozė, atsiradusi dėl įgimto gliukozės-6-fosfatazės, ty kepenų ir inkstų ląstelių, trūkumo.
Glikogenozė įgimta α-gliukozidazės stoka. Šis fermentas išskiria gliukozės liekanas iš glikogeno molekulių ir suskaido maltozę. Jis yra lizosomose ir yra atskirtas nuo citoplazmos fosforilazės.
Nesant α-gliukozidazės, glikogenas kaupiasi lizosomose, kurios stumia citoplazmą atgal, užpildo visą ląstelę ir ją sunaikina. Gliukozės kiekis kraujyje yra normalus. Glikogenas kaupiasi kepenyse, inkstuose, širdyje. Sutrikdomas miokardo metabolizmas, širdies dydis auga. Sergantys vaikai miršta nuo širdies nepakankamumo.
Vidutinio angliavandenių metabolizmo sutrikimai
Vidutinio angliavandenių apykaitos pažeidimas gali sukelti:
Hipoksinės sąlygos (pvz., Esant nepakankamam kvėpavimui ar kraujotakai, anemijos atveju), anaerobinis angliavandenių transformacijos etapas viršija aerobinę fazę. Pieno ir piruvų rūgščių audiniuose ir kraujyje yra per didelis kaupimasis. Pieno rūgšties kiekis kraujyje didėja kelis kartus. Acidozė atsiranda. Nerimą keliantys fermentiniai procesai. ATP formavimas sumažėja.
Kepenų funkcijos sutrikimai, kai paprastai pieno rūgšties dalis yra sintetinama gliukoze ir glikogenu. Su kepenų pažeidimu, ši sintezė yra sutrikusi. Sukuriama hiperkakemija ir acidozė.
Hipovitaminozė B1. Pirovino rūgšties oksidacija sumažėja, nes B1 vitaminas yra šiame procese dalyvaujančio koenzimo dalis. Pirvinė rūgštis kaupiasi pertekliumi ir iš dalies paverčiama pieno rūgštimi, kurios kiekis taip pat padidėja. Trikdant piruvinės rūgšties oksidacijos, acetilcholino sintezė yra mažesnė ir sutrikdomas nervų impulsų perdavimas. Sumažėja acetilcenzimo A susidarymas iš piruvinės rūgšties, o pirvorūgštis yra nervų galūnių farmakologinis nuodų kiekis. Didėjant jo koncentracijai 2-3 kartus, pažeidžiami jautrumas, neuritas, paralyžius ir pan.
Hipovitaminozės B1 atveju taip pat sutrikdomas angliavandenių metabolizmo pentozės fosfato kelias, ypač ribozės susidarymas.
Hiperglikemija
Hiperglikemija yra padidėjęs cukraus kiekis kraujyje virš normalaus lygio. Priklausomai nuo etiologinių veiksnių, išskiriamos šios hiperglikemijos rūšys:
Maisto hiperglikemija. Sukurtas vartojant didelį cukraus kiekį. Tokio tipo hiperglikemija naudojama angliavandenių apykaitos būklei (vadinamajai cukraus apkrovai) įvertinti. Sveikas žmogus po 100-150 g cukraus dozės, gliukozės kiekis kraujyje didėja, pasiekus maksimalų 1,5-1,7 g / l (150-170 mg%) per 30-45 minučių. Tada cukraus kiekis kraujyje pradeda mažėti, o po 2 valandų jis nukrenta iki normos (0,8–1,2 g / l), o po 3 valandų jis yra šiek tiek mažesnis.
Emocinė hiperglikemija. Tai, kad dirgina smegenų žievės smegenų žievę ir slopina sužadinimą, spinduliuojasi į apatines centrinės nervų sistemos dalis. Impulsų srautas palei simpatinius kelius, nukreiptus į kepenis, sustiprina jo glikogeno skaidymą ir slopina angliavandenių perdavimą riebalams. Tuo pačiu metu sužadinimas veikia per hipotalaminius centrus ir simpatinę nervų sistemą antinksčių liaukose. Didelis kiekis adrenalino, kuris stimuliuoja glikogenolizę, patenka į kraują.
Hormoninė hiperglikemija. Atsiranda pažeidžiant endokrininių liaukų, hormonų, dalyvaujančių reguliuojant angliavandenių apykaitą, funkciją. Pavyzdžiui, hiperglikemija išsivysto gliukagono gamybos, kasos Langerhanso salų hormonų α-ląstelių, kurios, aktyvuodamos kepenų fosforilazę, skatina glikogenolizę, didėjimu. Adrenalinas veikia panašiai. Gliukokortikoidų perteklius sukelia hiperglikemiją (stimuliuoja gliukogenogenezę ir slopina heksokinazę), o hipofizės somatotropinis hormonas (slopina glikogeno sintezę, skatina heksokinazės inhibitoriaus susidarymą ir aktyvina kepenų insuliną).
Hiperglikemija kai kurių rūšių anestezijoje. Su eterinėmis ir morfine anestezijomis sužadinami simpatiniai centrai ir adrenalinas išsiskiria nuo antinksčių; chloroformo anestezijos atveju prie to prisijungia kepenų glikogeno formavimo funkcijos pažeidimas.
Hiperglikemija su insulino nepakankamumu yra patvariausia ir ryškesnė. Tai atkartojama eksperimente pašalinant kasą. Tačiau insulino nepakankamumas derinamas su sunkiu nevirškinimu. Todėl išsamesnis eksperimentinis insulino trūkumo modelis yra nepakankamumas, kurį sukelia aloksano (C4H2N2O4) įvedimas, kuris blokuoja SH grupes. Langerhanso kasos salelių β-ląstelėse, kur SH grupių atsargos yra mažos, jų trūkumas greitai atsiranda ir insulinas tampa neaktyvus.
Eksperimentinį insulino nepakankamumą gali sukelti ditizonas, kuris blokuoja cinką Langerhanso salelių β-ląstelėse, o tai sukelia insulino molekulių granulių susidarymo sutrikimą ir jo nusėdimą. Be to, β-ląstelėse susidaro cinko ditizonatas, kuris kenkia insulino molekulėms.
Insulino trūkumas gali būti kasos ir ekstrapancreatinis. Abu šie insulino trūkumo tipai gali sukelti diabetą.
Kasos insulino nepakankamumas
Šio tipo nesėkmės atsiranda, kai kasa yra sunaikinta:
Tokiais atvejais pažeidžiamos visos kasos funkcijos, įskaitant gebėjimą gaminti insuliną. Po pankreatito, insulino nepakankamumas 16–18% atvejų atsiranda dėl pernelyg didelio jungiamojo audinio proliferacijos, kuris sutrikdo deguonies tiekimą ląstelėms.
Langerhanso salelių vietinė insulino hipoksija (aterosklerozė, kraujagyslių spazmai) sukelia insulino nepakankamumą, kai kraujotaka paprastai yra labai intensyvi. Šiuo atveju insulino disulfidinės grupės tampa sulfhidrilais ir neturi hipoglikeminio poveikio). Manoma, kad insulino trūkumo priežastis gali būti aloksano susidarymas organizme, pažeidžiant purino metabolizmą, kuris struktūroje yra panašus į šlapimo rūgštį.
Izoliuotas aparatas gali būti išeikvotas po preliminaraus funkcijų padidėjimo, pavyzdžiui, valgant per daug virškinamų angliavandenių, kurie sukelia hiperglikemiją. Plėtojant kasos insulino trūkumą, svarbus vaidmuo tenka pirminiam paveldėtam izoliaciniam aparatui.
Ekstrapancreatinis insulino nepakankamumas
Šio tipo trūkumas gali išsivystyti padidėjus insulino aktyvumui: fermentas, kuris suskaido insuliną ir yra formuojamas kepenyse brendimo pradžioje.
Lėtiniai uždegiminiai procesai gali sukelti insulino trūkumą, į kurį patenka daug proteolitinių fermentų, kurie naikina insuliną.
Hidrokortizono perteklius, slopinantis heksokinazę, sumažina insulino poveikį. Insulino aktyvumas mažėja, kai kraujyje yra nepakitusių riebalų rūgščių, kurios turi tiesioginį slopinimą.
Insulino nepakankamumo priežastis gali būti jo pernelyg didelis ryšys su kraujo pernešimais. Insulinas, prijungtas prie baltymų, nėra aktyvus kepenyse ir raumenyse, bet paprastai veikia riebalinį audinį.
Kai kuriais atvejais, cukriniu diabetu, insulino kiekis kraujyje yra normalus arba net padidėjęs. Manoma, kad diabetu sukelia insulino antagonistas kraujyje, tačiau šio antagonisto pobūdis nebuvo nustatytas. Antikūnų susidarymas organizme sukelia šio hormono sunaikinimą.
Diabetas
Angliavandenių metabolizmui diabetu būdingos šios savybės:
Gliukokinazės sintezė smarkiai sumažėja, o diabetu beveik visiškai išnyksta iš kepenų, dėl to sumažėja gliukozės-6-fosfato susidarymas kepenų ląstelėse. Šis momentas, kartu su sumažėjusia glikogeno sintezės sinteze, sukelia smarkų glikogeno sintezės sulėtėjimą. Kepenų glikogeno išsiskyrimas. Trūkstant gliukozės-6-fosfato, pentozės fosfato ciklas yra slopinamas;
Gliukozės-6-fosfatazės aktyvumas labai padidėja, todėl gliukozės-6-fosfatas yra defosforilintas ir patenka į kraują kaip gliukozė;
Gliukozės perėjimas prie riebalų yra slopinamas;
Sumažėja gliukozės pasiskirstymas per ląstelių membraną, audiniuose jis blogai absorbuojamas;
Gliukonogenezė, gliukozės susidarymas iš laktato, piruvato, riebalų rūgščių aminorūgščių ir kitas ne angliavandenių metabolizmas yra labai pagreitintas. Gliukonogenezės pagreitėjimas cukriniu diabetu yra dėl to, kad nėra didelio insulino poveikio fermentams, kurie užtikrina gliukogenogenezę kepenų ir inkstų ląstelėse: piruvato karboksilazę, gliukozę-6-fosfatazę.
Taigi, cukrinio diabeto metu audiniuose yra pernelyg didelis gliukozės kiekis ir nepakankamas jų panaudojimas, dėl kurio atsiranda hiperglikemija. Sunkių formų cukraus kiekis kraujyje gali siekti 4-5 g / l (400–500 mg%) ir daugiau. Tuo pačiu metu kraujo osmosinis slėgis smarkiai pakyla, o tai lemia kūno ląstelių dehidrataciją. Dėl dehidratacijos centrinės nervų sistemos funkcijos (hiperosmolinė koma) yra labai sutrikdytos.
Cukraus kreivė cukriniu diabetu, palyginti su sveikais cukrumi, laikui bėgant buvo ištempta. Hiperglikemijos reikšmė ligos patogenezei yra dvejopa. Jis atlieka prisitaikomąjį vaidmenį, nes jį slopina glikogeno skaidymas ir jo sintezė yra iš dalies sustiprinta. Su hiperglikemija gliukozė geriau prasiskverbia į audinius ir jie neturi aštrių angliavandenių trūkumo. Hiperglikemija turi neigiamą reikšmę.
Kai jis padidina gliukozės ir gleivinės baltymų, kurie lengvai patenka į jungiamąjį audinį, koncentraciją, prisideda prie hialino susidarymo. Todėl cukrinis diabetas pasižymi ankstyvu kraujagyslių pažeidimu su ateroskleroze. Atherosclerotic procesas užfiksuoja širdies vainikinius kraujagysles (koronarinį nepakankamumą) ir inkstų indus (glomerulonefritą). Senatvėje cukrinis diabetas gali būti derinamas su hipertenzija.
Glikozurija
Paprastai gliukozė yra laikinajame šlapime. Vamzdeliuose jis vėl absorbuojamas gliukozės fosfato pavidalu, kuriam reikia heksokinazės, o po defosforilinimo patenka į kraują. Taigi, galutiniame šlapimo cukrumi normaliomis sąlygomis nėra.
Cukrinio diabeto metu gliukozės fosforilinimo ir defosforilinimo procesai inkstų tubulėse neveikia per didelio gliukozės kiekio pirminiame šlapime. Glikozurija išsivysto. Sunkiais cukrinio diabeto atvejais cukraus kiekis šlapime gali siekti 8-10%. Padidėjęs šlapimo spaudimas; todėl į galutinį šlapimą patenka daug vandens.
Dienos diurezė padidėja iki 5–10 litrų (poliurija). Vystosi organizmo dehidratacija, atsiranda padidėjęs troškulys (polidipsija). Jei sutrikusi angliavandenių apykaita, kreipkitės į profesionalų pagalbą. Gydytojas parinks reikiamą gydymą vaistais ir sukurs individualią dietą.
Gennady Romat asmeninis dienoraštis
Kūno metabolizmas nuolat susijęs su energijos mainais. Energijos mainų reakcijos vyksta nuolat, net ir miego metu. Po sudėtingų cheminių pokyčių maistinės medžiagos konvertuojamos iš aukštos molekulinės į paprastas, o kartu su energija išleidžiama. Visa tai yra energijos mainai.
Kūno energijos poreikiai važiavimo metu yra labai dideli. Pvz., 2,5–3 valandų važiavimo metu suvartojama apie 2600 kalorijų (tai yra maratono atstumas), kuris gerokai viršija asmens sėdimą gyvenimo būdą per dieną. Bėgimo metu organizmas energiją gauna iš raumenų glikogeno ir riebalų parduotuvių.
Raumenų glikogenas, kuris yra sudėtinga gliukozės molekulių grandinė, kaupiasi aktyviose raumenų grupėse. Dėl aerobinio glikolizės ir dviejų kitų cheminių procesų glikogenas paverčiamas adenozino trifosfatu (ATP).
ATP molekulė yra pagrindinis mūsų kūno energijos šaltinis. Energijos balanso ir energijos apykaitos palaikymas vyksta ląstelių lygiu. Bėgiko greitis ir ištvermė priklauso nuo ląstelės kvėpavimo. Todėl norint pasiekti aukščiausią rezultatą, būtina užtikrinti, kad ląstelė būtų visam atstumui deguonies. Tam reikia mokymo.
Energija žmogaus organizme. Energijos apykaitos etapai.
Mes visada gauname ir išleidžiame energiją. Maisto, mes gauname pagrindines maistines medžiagas arba paruoštas organines medžiagas, tai yra baltymai, riebalai ir angliavandeniai. Pirmasis etapas yra virškinimas, čia nėra energijos, kurią gali saugoti mūsų kūnas.
Virškinimo procesas nėra skirtas energijai gauti, o didelių molekulių suskaidymui į mažas. Idealiu atveju viskas turėtų būti padalyta į monomerus. Angliavandeniai suskirstomi į gliukozę, fruktozę ir galaktozę. Riebalai - į gliceriną ir riebalų rūgštis, baltymus į aminorūgštis.
Ląstelių kvėpavimas
Be virškinimo, yra antroji dalis arba etapas. Tai yra kvėpavimas. Mes kvėpuojame ir priversti orą į plaučius, tačiau tai nėra pagrindinė kvėpavimo dalis. Kvėpavimas yra tada, kai mūsų ląstelės, naudojant deguonį, degina maistines medžiagas į vandenį ir anglies dioksidą. Tai yra galutinis energijos, kuri vyksta kiekvienoje mūsų ląstelėje, gavimo etapas.
Pagrindinis žmonių mitybos šaltinis yra angliavandeniai, sukaupti raumenyse glikogeno pavidalu, glikogenas paprastai yra pakankamas 40-45 min. Po šio laiko kūnas turi pereiti prie kito energijos šaltinio. Tai riebalai. Riebalai yra alternatyvi energija glikogenui.
Alternatyvi energija - tai reiškia, kad reikia pasirinkti vieną iš dviejų energijos ar riebalų ar glikogeno šaltinių. Mūsų kūnas gali gauti energiją tik iš vieno šaltinio.
Ilgalaikis važiavimas skiriasi nuo trumpojo nuotolio, nes likęs organizmas neišvengiamai pereina prie raumenų riebalų kaip papildomo energijos šaltinio.
Riebalų rūgštys - tai nėra geriausias angliavandenių pakaitalas, nes jų parinkimas ir naudojimas užima daug daugiau energijos ir laiko. Bet jei glikogenas baigėsi, organizmas neturi kito pasirinkimo, kaip naudoti riebalus tam, kad gautų reikiamą energiją. Pasirodo, kad riebalai visada yra atsarginė organizmo galimybė.
Atkreipiu dėmesį, kad naudojami riebalai yra riebalai, esantys raumenų skaidulose, o ne riebaliniai sluoksniai, padengiantys kūną.
Kai sudeginama arba skaidoma organinė medžiaga, susidaro atliekos, tai yra anglies dioksidas ir vanduo. Mūsų organiniai produktai yra baltymai, riebalai ir angliavandeniai. Anglies dioksidas yra iškvepiamas oru, o organizmas naudoja vandenį arba išsiskiria prakaitu ar šlapimu.
Maisto medžiagų virškinimas, mūsų kūnas praranda dalį savo energijos šilumos pavidalu. Taigi įkaista ir prarandama energija į automobilio tuščiąjį variklį, taigi bėgiko raumenys praleidžia daug energijos. cheminės energijos pavertimas mechaniniu. Be to, efektyvumas yra apie 50%, ty pusė energijos eina į šilumą į orą.
Galime išskirti pagrindinius energijos apykaitos etapus:
Mes valgome, kad gautume maistines medžiagas, suskaidytume, tada oksiduojame su deguonimi, galų gale energija. Kai kuri energija visuomet išjungiama kaip šiluma, o kai kurie - saugomi. Energija yra saugoma kaip cheminis junginys, vadinamas ATP.
Kas yra ATP?
ATP - adenozino trifosfatas, kuris yra labai svarbus keičiantis energija ir medžiagomis organizmuose. ATP yra universalus energijos šaltinis visiems biocheminiams procesams, vykstantiems gyvose sistemose.
Kūno ATP yra viena iš dažniausiai atnaujinamų medžiagų, taigi žmonėms, ATP molekulės gyvavimo trukmė yra mažesnė nei minutė. Dienos metu viena ATP molekulė vidutiniškai vyksta 2000–3000 sintetinių ciklų. Žmogaus kūnas sintetina apie 40 kg ATP per dieną, bet kiekvienu konkrečiu momentu yra apie 250 g, tai yra beveik nėra ATP atsargų organizme, ir normaliam gyvenimui būtina nuolat sintezuoti naujas ATP molekules.
Išvada: Mūsų kūnas gali pati saugoti energiją cheminio junginio pavidalu. Tai yra ATP.
Atf sudaro azoto bazės adenino, ribozės ir trifosfato fosforo rūgšties liekanos.
Norėdami sukurti ATF, reikia daug energijos, bet kai ji sunaikinama, galite grąžinti šią energiją. Mūsų kūnas, skaldantis maistines medžiagas, sukuria ATP molekulę, o tada, kai jai reikia energijos, ji suskaido ATP molekulę arba dalija molekulės ryšius. Vieną iš fosforo rūgšties liekanų galima išskirti apie 40 kJ. ⁄ mol
Taip yra visada, nes mums reikia energijos, ypač važiuojant. Energijos šaltiniai į kūną gali būti skirtingi (mėsa. Vaisiai. Daržovės ir pan.). Vidaus energijos šaltinis yra vienas - tai ATP. Molekulės gyvenimas yra trumpesnis nei minutė. todėl kūnas nuolat skleidžia ir atkartoja ATP.
Skirstymo energija Ląstelių energija
Disimiliacija
Didžiąją energijos dalį gauname iš gliukozės kaip ATP molekulę. Kadangi mums reikia energijos visą laiką, šios molekulės pateks į kūną, kur reikia energijos.
ATP išskiria energiją ir tuo pačiu metu skilsta į ADP - adenozino difosfatą. ADP yra ta pati ATP molekulė, bet be vienos fosforo rūgšties liekanos. Dee reiškia du. Gliukozė, skaldanti, duoda energiją, kurią ADP užima ir atkuria fosforo liekaną, virsta ATP, kuri vėl yra pasirengusi išleisti energiją.
Šis procesas vadinamas disimiliacija (sunaikinimas), šiuo atveju energijos gamybai būtina sunaikinti ATP molekulę.
Asimiliacija
Tačiau yra ir kitas procesas. Savo medžiagas galite sukurti su energijos išlaidomis. Šis procesas vadinamas asimiliacija. Nuo mažesnių sukurti didesnes medžiagas. Savų baltymų, nukleino rūgščių, riebalų ir angliavandenių gamyba.
Pavyzdžiui, valgėte mėsos gabalėlį. Mėsa yra baltymas, kuris turi būti suskirstytas į aminorūgštis, iš šių aminorūgščių, bus surinkti arba sintezuoti jūsų baltymai, kurie taps jūsų raumenimis. Tai užims dalį energijos.
Energijos gavimas. Kas yra glikolizė?
Vienas iš visų gyvų organizmų energijos gavimo procesų yra glikolizė. Glikolizę galima rasti bet kurios mūsų ląstelės citoplazmoje. Pavadinimas „glikolizė“ kilęs iš graikų kalbos. - saldus ir grechas. - ištirpinimas.
Glikolizė yra fermentinis gliukozės suskirstymo ląstelėse procesas, lydimas ATP sintezės. Tai yra 13 fermentinių reakcijų. Dėl glikolizės aerobinėmis sąlygomis susidaro piruvino rūgštis (piruvatas).
Glikolizė anaerobinėmis sąlygomis lemia pieno rūgšties (laktato) susidarymą. Glikolizė yra pagrindinis būdas gliukozės katabolizmui gyvūnuose.
Glikolizė yra vienas iš seniausių medžiagų apykaitos procesų, žinomų beveik visuose gyvuose organizmuose. Manoma, kad glikolizė pradinėje prokariotuose pasirodė daugiau nei prieš 3,5 milijardus metų. (Prokariotai yra organizmai, kuriuose ląstelės nėra suformuotos. Jo funkciją atlieka nukleotidas (ty „panašus į branduolį“), skirtingai nei branduolys, nukleotidas neturi savo apvalkalo).
Anaerobinė glikolizė
Anaerobinė glikolizė yra būdas gauti energiją iš gliukozės molekulės nenaudojant deguonies. Glikolizės (skilimo) procesas yra gliukozės oksidacijos procesas, kuriame iš vienos gliukozės molekulės susidaro dvi pirovinės rūgšties molekulės.
Gliukozės molekulė susmulkinama į dvi dalis, kurios gali būti vadinamos piruvatu, kuris yra toks pat kaip piruvino rūgštis. Kiekviena piruvato pusė gali regeneruoti ATP molekulę. Pasirodo, kad skaidant vieną gliukozės molekulę galima atkurti dvi ATP molekules.
Ilgą laiką arba, kai važiuojate anaerobiniu režimu, po kurio laiko sunku kvėpuoti, jūsų kojų raumenys pavargsta, kojos tampa sunkios, kaip ir jūs nustojate gauti pakankamai deguonies.
Kadangi energijos gavimo raumenyse procesas baigiasi glikolizei. Todėl dėl energijos trūkumo raumenys pradeda skauda ir atsisako dirbti. Susidaro pieno rūgštis arba laktatas. Pasirodo, kad kuo greičiau sportininkas važiuoja, tuo greičiau jis gamina laktatą. Laktato kiekis kraujyje yra glaudžiai susijęs su pratimo intensyvumu.
Aerobinė glikolizė
Glikolizė savaime yra visiškai anaerobinis procesas, ty reakcijai nereikia deguonies. Bet sutinku, kad dviejų ATP molekulių glikolizės metu gavimas yra labai mažas.
Todėl organizme yra alternatyvi galimybė gauti energijos iš gliukozės. Bet su deguonimi. Tai kvėpuoja deguonimi. kiekvienas iš mūsų turi aerobinę glikolizę. Aerobinis glikolizė gali greitai atkurti raumenų ATP saugyklas.
Dinaminių apkrovų, pvz., Važiavimo, plaukimo ir kt. Metu įvyksta aerobinė glikolizė. tai yra, jei paleisite ir nenuslepiate, bet ramiai kalbėsite su daugybe veikiančių bendražygių, tada galime pasakyti, kad dirbate aerobiniame režime.
Kvėpavimas ar aerobinis glikolizė vyksta mitochondrijose, veikiant specialiems fermentams, todėl reikalinga deguonies kaina ir atitinkamai laiko pristatymui.
Oksidacija vyksta keliais etapais, pirmiausia pasireiškia glikolizė, bet dvi piruvato molekulės, susidariusios per tarpinę reakcijos stadiją, nėra konvertuojamos į pieno rūgšties molekules, bet įsiskverbia į mitochondrijas, kur jos Krebs ciklo metu oksiduojasi anglies dioksidu CO2 ir vandeniu H2O ir gamina energiją gamybai 36 ATP molekulės.
Mitochondrijos yra ypatingi organoidai, kurie yra ląstelėje, todėl yra toks dalykas kaip ląstelių kvėpavimas, toks kvėpavimas vyksta visuose organizmuose, kuriems reikia deguonies, įskaitant jus ir mane.
Glikolizė yra išskirtinės reikšmės katabolinis kelias. Ji suteikia energijos ląstelių reakcijoms, įskaitant baltymų sintezę. Glikolizės tarpiniai produktai naudojami riebalų sintezei. Piruvatas taip pat gali būti naudojamas alanino, aspartato ir kitų junginių sintezei. Dėl glikolizės mitochondrijos produktyvumas ir deguonies prieinamumas neriboja raumenų galios trumpalaikių apkrovų metu. Aerobinis oksidavimas yra 20 kartų veiksmingesnis už anaerobinį glikolizę.
Kas yra mitochondrija?
Mitochondrija (iš graikų. Μίτος - siūlai ir χόνδρος - grūdai, grūdai) - dviejų membranų sferinis arba elipsoidinis organoidas, kurio skersmuo paprastai yra apie 1 mikrometras. Pagrindinė funkcija yra organinių junginių oksidacija ir energijos, išleidžiamos per jų skilimą, panaudojimas elektros potencialui, ATP sintezei ir termogenezei generuoti.
Mitochondrijų skaičius ląstelėje yra kintamas. Jie yra ypač daug ląstelių, kuriose deguonies poreikis yra puikus. Priklausomai nuo to, kurios ląstelės dalys kiekvienu konkrečiu momentu yra padidėjusios energijos sąnaudos, ląstelės mitochondrijos gali judėti per citoplazmą į didžiausią energijos suvartojimą.
Mitochondrijų funkcijos
Viena iš pagrindinių mitochondrijos funkcijų yra ATP - visuotinės cheminės energijos forma bet kurioje gyvoje ląstelėje - sintezė. Pažvelkite, kad prie įėjimo yra dvi piruvato molekulės ir didžiulis kiekis „daug dalykų“. Šis „daug dalykų“ vadinamas „Krebs ciklu“. Beje, dėl šio ciklo atradimo, Hans Krebs gavo Nobelio premiją.
Galime pasakyti, kad tai yra trikarboksirūgšties ciklas. Šiame cikle daugelis medžiagų nuolat keičiasi viena į kitą. Apskritai, kaip jūs suprantate, šis dalykas yra labai svarbus ir suprantamas biochemams. Kitaip tariant, tai yra pagrindinis visų ląstelių, naudojančių deguonį, kvėpavimo etapas.
Dėl to gaunama produkcija - anglies dioksidas, vanduo ir 36 ATP molekulės. Leiskite jums priminti, kad glikolizė (be deguonies) davė tik dvi ATP molekules vienai gliukozės molekulei. Todėl, kai mūsų raumenys pradeda dirbti be deguonies, jie labai praranda savo efektyvumą. Štai kodėl visų treniruočių tikslas - užtikrinti, kad raumenys galėtų dirbti su deguonimi kuo ilgiau.
Mitochondrijų struktūra
Mitochondrijose yra dvi membranos: išorinė ir vidinė. Pagrindinė išorinės membranos funkcija yra organoidų atskyrimas nuo ląstelės citoplazmos. Jis susideda iš bilipidinio sluoksnio ir jo prasiskverbiančių baltymų, per kuriuos transportuojamos molekulės ir jonai, kuriuos reikia dirbti mitochondrijose.
Nors išorinė membrana yra lygi, vidinis yra daug raukšlių - krista, kuri žymiai padidina jos plotą. Vidinę membraną daugiausia sudaro baltymai, tarp kurių yra kvėpavimo grandinės fermentai, transportiniai baltymai ir dideli ATP-sintetazės kompleksai. Šioje vietoje vyksta ATP sintezė. Tarp išorinės ir vidinės membranos yra intermembraninė erdvė su jos būdingais fermentais. Vidinė mitochondrijos erdvė vadinama matrica. Čia yra riebalų rūgščių ir piruvato oksidacijos fermentų sistemos, Krebso ciklo fermentai, paveldima mitochondrijų medžiaga - DNR, RNR ir baltymų sintezės aparatai.
Mitochondrija yra vienintelis ląstelių energijos šaltinis. Kiekvienos ląstelės citoplazmoje esančios mitochondrijos yra panašios į „baterijas“, kurios gamina, saugo ir platina ląstelei reikalingą energiją.
Žmogaus ląstelėse yra vidutiniškai 1500 mitochondrijų. Jie yra ypač daug ląstelių, turinčių intensyvų metabolizmą (pvz., Raumenų ar kepenų).
Mitochondrijos yra judančios ir judančios citoplazmoje, priklausomai nuo ląstelės poreikių. Dėl savo DNR buvimo, jie dauginasi ir sunaikina, nepriklausomai nuo ląstelių dalijimosi.
Ląstelės negali veikti be mitochondrijų, be jų jų gyvenimas neįmanomas.
Žmogaus gliukozės oksidacija vyksta
Šiame etape išleidžiama 140 kcal / mol energijos, jo pagrindinė dalis (apie 120 kcal / mol) kaupiasi ląstelėje kaip 2 ATP energija ir 2 energijos sumažinta NAD +
iš to išplaukia, kad pirmuoju etapu gliukozės molekulė yra padalinta į dvi pirovinės rūgšties molekules, o kiekvienos skaldytos gliukozės molekulės ląstelė gauna 2 ATP molekules ir dvi sumažintos NADH + H + molekules.
Pirmojo aerobinio gliukozės skilimo etapo reguliavimas atliekamas naudojant termodinaminius mechanizmus ir allosterinius moduliacijos mechanizmus, susijusius su šio metabolinio kelio darbu.
Naudojant termodinaminius mechanizmus, metabolitų srautas kontroliuojamas per šį metabolinį kelią. Trys reakcijos įtrauktos į aprašytą reakcijų sistemą, kurios metu prarandama daug energijos: heksokinazė (G 0 =. T
- 5,0 kcal / mol), fosfofrukokinazės (G 0 = -3,4 kcal / mol) ir piruvato kinazės (G 0 = - 7,5 kcal / mol). Šios reakcijos ląstelėje praktiškai nėra grįžtamos, ypač piruvato kinazės reakcija, ir dėl jų negrįžtamumo procesas tampa negrįžtamas.
Metabolito srauto intensyvumas aptariamame metaboliniame kelyje yra kontroliuojamas ląstelėje, keičiant alosterinių fermentų sistemos: heksokinazės, fosofrukokinazės ir piruvato kinazės sistemos aktyvumą. Taigi metabolinio kelio termodinaminio valdymo taškai tuo pačiu metu yra sritys, kuriose reguliuojama metabolitų intensyvumas.
Pagrindinis sistemos reguliavimo elementas yra fosfofrukokinazė. Šio fermento aktyvumą slopina didelės ATP koncentracijos ląstelėje, fermento ATP allosterinio slopinimo laipsnis padidinamas didele citrato koncentracija ląstelėje. AMP yra fosforofrukokinazės allosterinis aktyvatorius.
Heksokinazę slopina allosterinis mechanizmas didelėmis Gl-6-f koncentracijomis. Šiuo atveju sprendžiame susijusio reguliavimo mechanizmo darbą. Po didelio ATP koncentracijos slopinančios fosfofruktokinazės aktyvumą, Fr-6-f kaupiasi ląstelėje, todėl Gl-6-f kaupiasi, nes fosforheksoizomerazės katalizuojama reakcija yra lengvai grįžtama. Šiuo atveju ATP koncentracijos padidėjimas ląstelėje slopina ne tik fosfofrukokinazės, bet ir heksokinazės aktyvumą.
Trečiosios kinazės, piruvato kinazės, aktyvumo reguliavimas atrodo labai sunkus. Fermentinį aktyvumą stimuliuoja Gl-6-f, Fr-1,6-bf
ir PHA dėl allosterinio mechanizmo - vadinamasis aktyvavimas pirmtaku. Savo ruožtu didelės ATP, NADH, citrato, sukcinil-CoA ir riebalų rūgščių koncentracijos kraujyje slopina fermentų aktyvumą allosteriniu mechanizmu.
Apskritai, gliukozės suskaidymas į piruvatą slopinamas 3 nurodytų kinazių lygiu, turinčiose didelę ATP koncentraciją ląstelėje, t.y. geros ląstelės saugumo su energija sąlygomis. Kadangi ląstelėje trūksta energijos, gliukozės suskaidymas aktyvuojamas, pirma, pašalinant allosterinį kinazių slopinimą didelėmis ATP ir allosterinės aktyvacijos AMF fosfokrokokinazės koncentracijomis, ir, antra, dėl to, kad jo pirmtakai aktyvuoja allosterizą: Gl-6-F, Fr-1, 6-bf ir PHA.
Kokia yra citrato fosfofrukokinazės ir citrato bei sukcinil-CoA-piruvato kinazės inhibavimo reikšmė? Faktas yra tai, kad dvi acetilo CoA molekulės yra sudarytos iš vienos gliukozės molekulės, kuri
Jis oksiduojasi Krebso cikle. Jei citrate kaupiasi ląstelėje
ir sukcinil-CoA, tai reiškia, kad Krebso ciklas nepadaro oksidacijos
jau susikaupęs acetilo CoA ir prasminga jį sulėtinti
kūno formavimas, kuris pasiekiamas slopinant fosforą
Rukto kinazė ir piruvato kinazė.
Galiausiai, gliukozės oksidacijos slopinimas piruvato kinazės lygiu su didėjančia riebalų rūgšties koncentracija yra skirtas gliukozės išsaugojimui ląstelėje tokiomis sąlygomis, kai ląstelė yra aprūpinta kita, efektyvesne energijos rūšimi.
Gliukozės naudojimo organizme schema
Angliavandenių apykaitos vaidmuo. Gliukozės šaltiniai ir būdai, kaip jį naudoti organizme.
49. Supaprastinta krakmolo ir glikogeno hidrolizės schema gyvūnų organizme.
50. Glikolizė ir jos pagrindiniai etapai. Glikolizės vertė.
Esmė, bendros reakcijos ir glikolizės efektyvumas.
Angliavandenių apykaitos vaidmuo. Gliukozės šaltiniai ir būdai, kaip jį naudoti organizme.
Pagrindinis angliavandenių vaidmuo priklauso nuo jų energijos funkcijos.
Gliukozė (iš senovės graikų γλυκύς saldus) (C6H12O6) arba vynuogių cukrus yra balta arba bespalvė bekvapė medžiaga, turinti saldų skonį, tirpus vandenyje. Cukranendrių cukrus yra apie 25% saldesnis už gliukozę. Gliukozė yra svarbiausias angliavandenių kiekis asmeniui. Žmonėms ir gyvūnams gliukozė yra pagrindinis ir universaliausias energijos šaltinis medžiagų apykaitos procesams užtikrinti. Gliukozė deponuojama glikogeno pavidalu, augaluose - krakmolo pavidalu.
Gliukozės šaltiniai
Normaliomis sąlygomis angliavandeniai yra pagrindinis angliavandenių šaltinis žmonėms. Kasdienis reikalavimas angliavandeniams yra apie 400 g. Maisto įsisavinimo procese visi egzogeniniai angliavandenių polimerai yra suskirstyti į monomerus, tik į vidinę kūno aplinką patenka tik monosacharidai ir jų dariniai.
Gliukozės kiekis kraujyje yra tiesioginis energijos šaltinis organizme. Jo skilimo ir oksidacijos greitis, taip pat gebėjimas greitai išgauti iš sandėlio, suteikia skubią energijos išteklių mobilizaciją, sparčiai didėjant energijos sąnaudoms emocinio susijaudinimo, intensyvių raumenų apkrovų ir pan.
Gliukozės kiekis kraujyje yra 3,3-5,5 mmol / l (60-100 mg%) ir yra svarbiausia organizmo homeostazinė konstanta. Ypač jautri gliukozės kiekiui kraujyje mažinti (hipoglikemijai) yra centrinė nervų sistema. Maža hipoglikemija pasireiškia bendru silpnumu ir nuovargiu. Sumažėjus gliukozės kiekiui kraujyje iki 2,2–1,7 mmol / l (40–30 mg), atsiranda traukuliai, deliriumas, sąmonės netekimas ir vegetacinės reakcijos: padidėjęs prakaitavimas, odos kraujagyslių lumenio pokyčiai ir pan. pavadinimas "hipoglikeminė koma". Gliukozės įvedimas į kraują greitai pašalina šiuos sutrikimus.
Gliukozės energetinis vaidmuo.
1. Ląstelėse gliukozė naudojama kaip energijos šaltinis. Pagrindinė gliukozės dalis, praėjus kelioms transformacijoms, išleidžiama ATP sintezei oksidacinio fosforilinimo procese. Glikolizės metu energijos gamybai sunaudojama daugiau kaip 90% angliavandenių.
2. Papildomas gliukozės energijos vartojimo būdas - nesukuriant ATP. Šis kelias vadinamas pentozės fosfatu. Kepenyse jis sudaro apie 30% gliukozės konversijos, riebalų ląstelėse jis šiek tiek daugiau. Ši energija suvartojama NADP formavimui, kuris yra vandenilio ir elektronų, reikalingų sintetiniams procesams, donoras - nukleino ir tulžies rūgščių, steroidinių hormonų susidarymas.
3. Kepenų ir riebalinio audinio ląstelėse vyksta gliukozės konversija į glikogeną arba riebalus. Kai angliavandenių parduotuvės yra mažos, pavyzdžiui, esant stresui, išsivysto gluneogenezė - gliukozės sintezė iš amino rūgščių ir glicerolio.
Gliukozės naudojimo organizme schema
Angliavandenių metabolizmas žmogaus organizme susideda iš šių procesų:
1. Polimero ir disacharidų virškinimas virškinimo trakte, tiekiamas su maistu monosacharidams, tolesnis monosacharidų įsisavinimas iš žarnyno į kraują.
2. Glikogeno sintezė ir skilimas audiniuose (glikogenezė ir glikogenolizė), ypač kepenyse.
Glikogenas yra pagrindinė gliukozės nusėdimo gyvūnų ląstelėse forma. Augaluose ta pati funkcija atliekama krakmolu. Struktūriškai glikogenas, kaip ir krakmolas, yra šakotasis gliukozės polimeras. Tačiau glikogenas yra labiau šakotas ir kompaktiškas. Filialai suteikia greitą atleidimą, kai glikogenas suskaido daugelį galinių monomerų.
-yra pagrindinė gliukozės saugojimo gyvūnų ląstelėse forma
-sudaro energijos rezervą, kuris gali būti greitai mobilizuojamas, jei reikia kompensuoti staigius gliukozės trūkumus
Glikogeno kiekis audiniuose:
-Jis kaupiasi granulių pavidalu citoplazmoje daugeliui ląstelių tipų (daugiausia kepenų ir raumenų).
-Tik glikogenas, laikomas kepenų ląstelėse, gali būti perdirbtas į gliukozę, kad maitintų visą kūną. Bendra glikogeno masė kepenyse gali pasiekti 100-120 gramų suaugusiems
-Kepenų glikogenas niekada nesiskirsto.
-Raumenyse glikogenas yra perdirbamas į gliukozės-6-fosfatą, skirtas tik vietiniam vartojimui. Glikogeno raumenyse kaupiasi ne daugiau kaip 1% viso raumenų masės.
-Nedidelis glikogeno kiekis randamas inkstuose ir dar mažiau gliukozės smegenų ląstelėse ir leukocituose.
Glikogeno sintezė ir skilimas nepasikeičia, šie procesai vyksta skirtingais būdais.
Glikogeno molekulėje yra iki 1 mln. Gliukozės likučių, todėl sintezėje suvartojama daug energijos. Gliukozės konversijos į glikogeną poreikį lemia tai, kad didelio kiekio gliukozės kaupimasis ląstelėje padidintų osmosinį spaudimą, nes gliukozė yra labai tirpi medžiaga. Priešingai, glikogenas yra ląstelėje granulių pavidalu ir yra šiek tiek tirpus.
Glikogenas sintezuojamas virškinimo laikotarpiu (per 1-2 valandas po angliavandenių maisto produktų suvartojimo). Glikogenezė ypač intensyviai vyksta kepenyse ir skeleto raumenyse.
Norėdami įtraukti 1 gliukozės liekaną į glikogeno grandinę, išleidžiama 1 ATP ir 1 UTP.
Pagrindinis aktyvatorius - hormono insulinas
Jis aktyvuojamas intervalais tarp valgio ir fizinio darbo, kai sumažėja gliukozės kiekis kraujyje (santykinė hipoglikemija).
Pagrindiniai skilimo veiksniai:
kepenyse - hormonas gliukagonas
raumenyse - adrenalino hormonas
Supaprastinta krakmolo ir glikogeno hidrolizės schema gyvūnų organizme.
3. Pentozės fosfato kelias (pentozės ciklas) yra anaerobinis kelias tiesiogiai oksiduoti gliukozę.
Per šį kelią eina ne daugiau kaip 25-30% į ląsteles patekusios gliukozės
Gauta pentozės fosfato kelio lygtis:
6 gliukozės molekulės + 12 NADP → 5 gliukozės molekulės + 6 СО2 + 12 NADPH2
Pentozės fosfato kelio biologinis vaidmuo suaugusiam žmogui yra atlikti dvi svarbias funkcijas:
· Jis yra pentozių tiekėjas, reikalingas nukleino rūgščių, koenzimų, makroekonominių medžiagų sintezei plastikiniais tikslais.
· Tarnauja kaip NADPH2 šaltinis, kuris, savo ruožtu, naudojamas:
1. steroidinių hormonų, riebalų rūgščių atkūrimo sintezės
2. aktyviai dalyvauja neutralizuojant toksiškas medžiagas kepenyse
4. Glikolizė - gliukozės skaidymas. Iš pradžių šis terminas reiškė tik anaerobinę fermentaciją, kuri baigėsi pieno rūgšties (laktato) arba etanolio ir anglies dioksido susidarymu. Šiuo metu „glikolizės“ sąvoka plačiau vartojama apibūdinant gliukozės suskirstymą, vykstant per gliukozės-6-fosfato, fruktozės difosfato ir piruvato susidarymą tiek deguonies metu, tiek nedalyvaujant. Pastaruoju atveju vartojamas terminas "aerobinis glikolizė", priešingai nei "anaerobinis glikolizė", baigiantis pieno rūgšties arba laktato susidarymui.
Glikolizė
Maža, nepanaudota gliukozės molekulė gali difuzija per ląstelę sklaidyti. Kad gliukozė liktų ląstelėje, ji turi būti paversta įkrovimo forma (paprastai gliukozės-6-fosfatas). Ši reakcija vadinama blokavimu arba užrakinimu.
Kiti būdai naudoti gliukozės-6-fosfatą ląstelėse:
-Glikolizė ir visiškai aerobinis gliukozės oksidavimas
-Pentozės fosfato ciklas (dalinis gliukozės oksidavimas į pentozes)
-Glikogeno sintezė ir kt.
Glikolizė vyksta ląstelių citoplazmoje. Galutinis šio etapo produktas yra piruvinė rūgštis.
ANAEROBINĖ GLIKOLIZĖ - gliukozės suskaidymo procesas su galutiniu laktato produkto susidarymu per piruvatą. Jis teka be deguonies ir todėl nepriklauso nuo mitochondrijų kvėpavimo grandinės darbo.
Srautas raumenyse atliekant intensyvias apkrovas, per pirmąsias raumenų darbo minutes eritrocituose (kuriuose nėra mitochondrijų), taip pat skirtinguose organuose esant ribotam deguonies kiekiui, įskaitant naviko ląsteles. Šis procesas yra rodiklis, rodantis padidėjusį ląstelių pasiskirstymo greitį ir nepakankamą jų kraujagyslių sistemos aprūpinimą.
1. Parengiamasis etapas (tęsiasi su dviejų ATP molekulių kainomis)
Fermentai: gliukokinazės; fosfofructo izomerazė;
2. Triozės formavimo etapas (gliukozės suskaidymas į dvi tris anglies fragmentus)
Fruktozė-1,6-difosfatas → 2 glikeroaldehido-3-fosfatas
3. Glikolizės oksidacinis etapas (4 molai ATP už 1 molio gliukozės)
2 glikeroaldehido-3-fosfatas + 2 NAD + → 2 PVK + 2 ATP
2 PVK + 2 NADH * H + → 2 laktatas + 2 NAD +
2NAD suteikia 6 ATP
Šis ATP sintezės metodas, atliekamas nedalyvaujant audinių kvėpavimui ir todėl be deguonies suvartojimo, gaunamas iš substrato atsarginės energijos, vadinamas anaerobinis arba substratas, fosforilinimas.
Tai greičiausias būdas gauti ATP. Pažymėtina, kad ankstyvosiose stadijose gliukozės ir fruktozės-6-fosfato aktyvavimui naudojamos dvi ATP molekulės. Todėl gliukozės konversija į piruvatą lydi aštuonių ATP molekulių sintezės.
Bendra glikolizės lygtis yra:
Gliukozė + O2 + 8ADF + 8H3PO4 → 2 piruvatas + 2H2O + 8 ATP,
Or
1. Glikolizė yra nepriklausomas kelias mitochondrijai ATP gamybai citoplazmoje (2 molai ATP 1 molio gliukozės). Pagrindinė fiziologinė reikšmė - šiame procese išleidžiamos energijos panaudojimas ATP sintezei. Glikolizės metabolitai naudojami naujų junginių (nukleozidų, aminorūgščių: serino, glicino, cisteino) sintezei.
2. Jei glikolizė vyksta laktatui, tada NAD + „regeneracija“ atsiranda be audinių kvėpavimo dalyvavimo.
3. Ląstelėse, kuriose nėra mitochondrijų (eritrocitų, spermatozoidų), glikolizė yra vienintelis būdas sintetinti ATP
4. Kai mitochondrija yra apsinuodijusi anglies monoksidu ir kitais kvėpavimo takais, glikolizė leidžia išgyventi
1. Glikolizės greitis mažėja, jei į ląstelę nepatenka gliukozė (reguliuojant substrato kiekį), tačiau glikogeno skilimas greitai prasideda ir glikolizės greitis atkuriamas
2. AMP (mažos energijos signalas)
3. Glikolizės reguliavimas hormonais. Skatinti glikolizę: Insulinas, adrenalinas (stimuliuoja glikogeno skaidymą; raumenyse susidaro gliukozės-6 fosfatas ir substratas aktyvuoja glikolizę). Slopina glikolizę: gliukagonas (slopina piruvato kinazės geną; paverčia piruvato kinazę į neaktyvią formą)
Anaerobinio glikolizės reikšmė yra trumpas
- Intensyvaus raumenų veikimo sąlygomis hipoksijos metu (pvz., Intensyvus važiavimas 200 m 30 s), angliavandenių laikinas suskirstymas laikinai vyksta anaerobinėmis sąlygomis.
- NADH molekulės negali paaukoti savo vandenilio, nes kvėpavimo grandinė mitochondrijose „neveikia“
- Tuomet citoplazmoje geras vandenilio akceptorius yra piruvatas, galutinis 1 pakopos produktas.
- Atsipalaidavus, atvykus po intensyvaus raumenų darbo, deguonis pradeda patekti į ląstelę.
- Tai sukelia kvėpavimo grandinės „paleidimą“.
- Dėl to anaerobinė glikolizė automatiškai slopinama ir persijungia į aerobinę, energiją taupančią
- Anaerobinio glikolizės slopinimas deguonimi, patekusiame į ląstelę, vadinamas PASTER EFFECT.
PASTER EFFECT. Jis susideda iš kvėpavimo slopinimo (O2a) anaerobinė glikolizė, t.y. pereina nuo aerobinio glikolizės prie anaerobinio oksidacijos. Jei audiniai tiekiami su O2, tada 2NADN2, centrinės reakcijos metu susidaręs oksidavimas kvėpavimo grandinėje oksiduojamas, todėl PVC nesukelia laktato, o acetilo CoA, kuris dalyvauja TCA cikle.
Pirmasis angliavandenių - anaerobinio glikolizės - suskirstymo etapas yra beveik grįžtamasis. Iš piruvato, taip pat iš laktato, susidarančio anaerobinėmis sąlygomis (pieno rūgštis), gali būti sintezuojama gliukozė ir iš jos gaunama glikogeno.
Anaerobinio ir aerobinio glikolizės panašumas slypi tuo, kad šie procesai vyksta tuo pačiu būdu, dalyvaujant tiems patiems fermentams prieš formuojant PVC.
PILNAS AEROBINIS GLUCOSE OXIDACIJA (PAOG):
Dėl mitochondrijos aktyvumo gliukozę galima visiškai oksiduoti į anglies dioksidą ir vandenį.
Šiuo atveju glikolizė yra pirmasis gliukozės oksidacijos metabolizmas.
Prieš įtraukiant mitochondrijas į PAOG, glikolitinis laktatas turi būti paverstas PVC.
1. Glikolizė, po to 2 molai laktato konvertuojant į 2 molą PVA ir protonų transportavimas į mitochondrijas
2. 2 molų piruvato oksidacinis dekarboksilinimas mitochondrijose su 2 molų acetilCoA formavimu
3. acetilo liekanos deginimas Krebso cikle (2 Krebso ciklo apsisukimai)
4. Audinių kvėpavimas ir oksidacinis fosforilinimas: NADH * H + ir FADH2, susidarę Krebso ciklo metu, naudojami oksidacinis piruvato dekarboksilinimas ir perduodamas per malato šaudyklę iš citoplazmos.
Katabolizmo etapai PAOG pavyzdžiu:
-Glikolizė, protonų transportavimas į mitochondrijas (I etapas),
- oksidacinis piruvato dekarboksilinimas (II etapas)
-Krebso ciklas - III etapas
-Audinių kvėpavimas ir konjuguotas oksidacinis fosforilinimas - IV etapas (mitochondrijų ATP sintezė)
Ii. Antrojo etapo metu anglies dioksidas ir du vandenilio atomai yra išskiriami iš pirovinės rūgšties. Atskirieji vandenilio atomai kvėpavimo grandinėje perkeliami į deguonį, tuo pačiu metu sintezuojant ATP. Acto rūgštis susidaro iš piruvato. Ji prisijungia prie specialios medžiagos, koenzimo A.
Ši medžiaga yra rūgščių liekanų nešiklis. Šio proceso rezultatas yra acetilo koenzimo A medžiagos susidarymas. Ši medžiaga pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu.
Galutinė antrosios pakopos lygtis:
СЗН4ОЗ + 1 / 2О2 + HSKoA + 3 ADP + 3 НзРО4 - СНз- С
SKoA + CO2 + H2O + 3ATF
Piruvato koenzimas A acetilo CoA
Acetilo koenzimas A toliau oksiduojamas trikarboksirūgšties cikle (Krebs ciklas) ir paverčiamas į CO2 ir H2O.
Iii. Tai yra trečiasis etapas. Dėl šiame etape išleistos energijos taip pat vykdoma ATP sintezė.
Trikarboksirūgšties ciklas (TCA) yra galutinis ne tik angliavandenių, bet ir visų kitų organinių junginių katabolizmo etapas. Taip yra dėl to, kad angliavandenių, riebalų ir amino rūgščių skilimas sukuria bendrą tarpinį produktą, acto rūgštį, susijusią su jo nešikliu, koenzimu A, acetilo koenzimo pavidalu.
Krebso ciklas vyksta mitochondrijose su privalomu deguonies suvartojimu ir reikalingas audinių kvėpavimas.
Pirmoji ciklo reakcija yra acetilo koenzimo A ir oksalo acto rūgšties (SCHUK) sąveika su citrinos rūgšties susidarymu.
Citrinų rūgštyje yra trys karboksilo grupės, t. Y. Yra trikarboksirūgštis, kuri sukėlė šio ciklo pavadinimą.
Todėl šios reakcijos vadinamos citrinų rūgšties ciklu. Sudarant tarpinių trikarboksirūgščių seriją, citrinų rūgštis vėl paverčiama oksalo-acto rūgštimi ir ciklas kartojasi. Šių reakcijų rezultatas yra suskilusio vandenilio susidarymas, kuris, praeinant per kvėpavimo grandinę, sudaro vandenį su deguonimi. Kiekvienos vandenilio atomų poros pernešimui į deguonį lydi trijų ATP molekulių sintezė. Iš viso vieno acetilo koenzimo A molekulės oksidacija sintezuoja 12 ATP molekulių.
Galutinis Krebso ciklo lygtis (trečiasis etapas):
SKoA + 2О2 + Н2О + 12АДФ + 12 Н3РО → НSKoA + 2 СО2 + Н2О + 12АТФ
Schematiškai Krebso ciklą galima pavaizduoti taip:
Dėl visų šių reakcijų susidaro 36 ATP molekulės. Iš viso glikolizė gliukozės molekulėje gamina 38 ATP molekules.
Gliukozė + 6 O2 + 38 ADF + 38 H3 PO4 → 6CO2 + 6 H2O + 38 ATP
Biologinis TCA vaidmuo
Krebso ciklas atlieka integraciją, amfibolinį (ty katabolinį ir anabolinį), energijos ir vandenilio donoro vaidmenį.
1. Integracijos vaidmuo yra tai, kad TCA yra paskutinis bendras būdas oksiduoti kuro molekules - angliavandenius, riebalų rūgštis ir aminorūgštis.
2. Acetilo CoA oksiduojamas TCA cikle - tai yra katabolinis vaidmuo.
3. Anabolinis ciklo vaidmuo yra tas, kad jis tiekia tarpinius produktus biosintetiniams procesams. Pavyzdžiui, oksalacetatas naudojamas aspartato, a-ketoglutarato sintezei glutamato susidarymui ir sukcinil-CoA, skirtas sintezei.
4. Viena ATP molekulė formuojama CTC substrato fosforilinimo lygiu - tai yra energetinis vaidmuo.
5. Vandenilio donoras susideda iš to, kad CTC su sumažintais koenzimais NADH (H +) ir FADH2 suteikia kvėpavimo grandinę, kurioje vyksta šių koenzimų vandenilio oksidacija su vandeniu, kartu su ATP sinteze. Vieno acetilo CoA molekulės oksidacijos metu TCA ciklo metu susidaro 3 NADH (H +) ir 1 FADH2.
IV etapas. Audinių kvėpavimas ir konjuguotas oksidacinis fosforilinimas (mitochondrijų ATP sintezė)
Tai yra elektronų perkėlimas iš sumažintų nukleotidų į deguonį (per kvėpavimo grandinę). Kartu suformuojamas galutinis produktas - vandens molekulė. Šis elektronų transportavimas yra susijęs su ATP sinteze oksidacinio fosforilinimo procese.
Organinių medžiagų oksidavimas ląstelėse, kartu su deguonies suvartojimu ir vandens sinteze, vadinamas audinių kvėpavimu, o elektronų perdavimo grandinė (CPE) vadinama kvėpavimo grandine.
Biologinio oksidacijos savybės:
1. srautas kūno temperatūroje;
2. Esant H2O;
3. Palaipsniui plinta per daugelį etapų, dalyvaujant fermentų nešikliams, kurie mažina aktyvinimo energiją, sumažėja laisva energija, todėl energija išleidžiama porcijomis. Todėl oksidacija nėra susijusi su temperatūros padidėjimu ir nesukelia sprogimo.
Elektronai, patekę į CPE, kai jie pereina iš vieno vežėjo į kitą, praranda laisvą energiją. Didžioji šios energijos dalis yra saugoma ATP, o kai kurie - kaip šiluma.
Elektronų perkėlimas iš oksiduotų substratų į deguonį vyksta keliais etapais. Jame yra daug tarpinių vežėjų, kurių kiekvienas gali prijungti elektronus iš ankstesnio vežėjo ir perkelti į kitą. Taigi atsiranda redokso reakcijų grandinė, dėl kurios sumažėja O2 ir H2O sintezė.
Elektronų transportavimas kvėpavimo grandinėje yra konjuguotas (susietas) su protonų gradiento, reikalingo ATP sintezei, formavimu. Šis procesas vadinamas oksidaciniu fosforilinimu. Kitaip tariant, oksidacinis fosforilinimas yra procesas, kuriame biologinės oksidacijos energija paverčiama ATP chemine energija.
Kvėpavimo grandinės funkcija - sumažėjusių kvėpavimo takų vektorių, susidarančių substratų metabolizmo reakcijose (daugiausia trikarboksirūgšties cikle), panaudojimas. Kiekvieną oksidacinę reakciją pagal išlaisvintos energijos kiekį „aptarnauja“ atitinkamas kvėpavimo nešiklis: NADF, NAD arba FAD. Kvėpavimo grandinėje protonai ir elektronai yra diskriminuojami: o protonai yra pernešami per membraną, sukuriant ΔpH, elektronai perkelia palei grandinę nuo ubikvinono iki citochromo oksidazės, generuodami elektrinį potencialų skirtumą, reikalingą prototipo ATP sintezei ATP formuoti. Taigi audinių kvėpavimas „įkrauna“ mitochondrijų membraną, o oksidacinis fosforilinimas „išleidžia“.
ATSPARUMO KONTROLĖ
Elektronų perdavimas per CPE ir ATP sintezę yra glaudžiai susiję, t.y. gali įvykti tik vienu metu ir sinchroniškai.
Padidėjus ATP vartojimui ląstelėje, didėja ADP kiekis ir jo įtekėjimas į mitochondrijas. Didinant ADP (ATP sintetinio substrato) koncentraciją, padidėja ATP sintezės greitis. Taigi ATP sintezės greitis tiksliai atitinka ląstelės energijos poreikius. Kvėpavimo kontrolė vadinama audinių kvėpavimo spartinimu ir oksidaciniu fosforilinimu, didėjant ADP koncentracijai.
CPE reakcijose kai kurios energijos nėra konvertuojamos į ATP makroekonominių obligacijų energiją, bet yra išsklaidytos kaip šiluma.
Elektrinių potencialų skirtumas kvėpavimo grandinės sukurtoje mitochondrijų membranoje, kuri veikia kaip elektronų molekulinis laidininkas, yra ATP ir kitų naudingos biologinės energijos formavimo varomoji jėga. 1960 m. P. Mitchell pateikė šią koncepciją apie energijos konversiją gyvose ląstelėse, kad paaiškintų molekulinį elektronų transportavimo konjugacijos mechanizmą ir ATP formavimąsi kvėpavimo grandinėje ir greitai įgijo tarptautinį pripažinimą. Biologijos srities mokslinių tyrimų plėtrai P. Mitchellas 1978 m. Buvo apdovanotas Nobelio premija. 1997 m. P. Boyer ir J. Walker buvo apdovanotas Nobelio premija už pagrindinio bioenergijos, protonų ATP sintezės, molekulinių veikimo mechanizmų išaiškinimą.
PAOG galios išėjimo skaičiavimas etapais:
Glikolizė - 2 ATP (substrato fosforilinimas)
Protonų perkėlimas į mitochondrijus - 2 NADH * H + = 6 ATP
2 molių PVA - 2 NADH * H + = 6 ATP oksidacinis dekarboksilinimas
Krebso ciklas (įskaitant TD ir OF) - 12 * 2 = 24 moliai ATP deginant 2 acetilo likučius
IŠ VISO: 38 moliai ATP, visiškai deginant 1 molį gliukozės
1) suteikia ryšį tarp kvėpavimo substratų ir Krebso ciklo;
2) kiekvienos gliukozės molekulės oksidacijos metu tiekia dvi ATP molekules ir dvi NADH molekules (anoksinėmis sąlygomis glikolizė yra pagrindinis ATP šaltinis ląstelėje);
3) gamina tarpinius junginius sintetiniams procesams ląstelėje (pvz., Fosfololpiruvatą, būtiną fenolinių junginių ir lignino susidarymui);
4) chloroplastuose yra tiesioginis ATP sintezės kelias, nepriklausomas nuo NADPH tiekimo; be to, per glikolizę chloroplastuose saugomas krakmolas yra metabolizuojamas į triozę, kuri vėliau eksportuojama iš chloroplasto.
Glikolizės efektyvumas yra 40%.
5. Heksozių konversija
6. Gliukogenogenezė - angliavandenių susidarymas iš ne angliavandenių produktų (piruvato, laktato, glicerolio, amino rūgščių, lipidų, baltymų ir tt).