Glukosnedbrytning

• Förebyggande

Nedbrytningen av glukos är möjlig på två sätt. En av dem är sönderdelningen av en sex-kols glukosmolekyl i två tre-kolmolekyler. Denna väg kallas den dikotomösa nedbrytningen av glukos. När den andra vägen är realiserad, förlorar glukosmolekylen en kolatom, vilket leder till bildandet av pentos; Denna väg kallas apotomiskt förfall.

Dikotom nedbrytning av glukos kan förekomma både i anaerob (utan närvaro av syre) och i aeroba (i närvaro av syre) förhållanden. När glukos sönderdelas under anaeroba förhållanden bildas mjölksyra som ett resultat av mjölksyrafermentation. Annars kallas denna process för glykolys (från grekiska. Glicos - söt, lysis - upplösning).

Separata glykolysreaktioner katalyserar 11 enzymer som bildar en kedja, i vilken reaktionsprodukten accelererad av föregående enzym är substratet för nästa. Glykolys kan delas in i två steg. I det första steget uppstår energiförbrukning, det andra steget, tvärtom, kännetecknas av ackumulering av energi i form av ATP-molekyler (Schema 1).

Den första glykolysreaktionen är glukosfosforylering med bildandet av glukos-6-fosfat. Glukos-6-fosfat isomeriseras ytterligare till fruktos-6-fosfat, som fosforyleras till fruktos-1,6-difosfat. Nästa reaktion är lyasspjälkningen av fruktos-1,6-difosfat till två trioser-3-fosfoglyceraldehyd och fosfodioxiaceton. Bildandet av dessa trioser avslutar det första steget av glykolys:

I det andra steget av glykolys inmatas 2 molekyler av 2-fosfoglyceraldehyd, varav en bildas direkt under nedbrytningen av fruktos-1,6-difosfat och den andra under isomerisering av fosfodioxiaceton.

Det andra steget av glykolys öppnas genom oxidationsreaktionen av 3-fosfoglyceraldehyd, katalyserad av ett specifikt dehydrogenas innehållande i det aktiva centrumet en fri sulfhydryl (HS-) grupp och koenzym NAD. Som ett resultat bildas 1,3-difosfoglycerinsyra. Därefter kommer överföringen av fosfatgruppen till ADP-molekylen; Sålunda lagras energi i ATP-molekylens makroergiska bindningar. Eftersom 2 molekyler 1,3-difosfoglycerinsyra bildas i glykolys uppstår 2 ATP-molekyler. Isomerisering av föregående metabolit till 2-fosfoglycerinsyra är nödvändig för dehydratiseringsreaktionen accelererad med motsvarande lyas för att bilda en makroergisk förening, fosfoenolpyruvsyra, vilken sedan överför fosfatgruppen till ADP-molekylen. Som ett resultat bildas 2 ATP och pyruvsyra (PVA) molekyler. Den slutliga reaktionen av denna metaboliska vägen är mjölksyra som bildas när pyruvsyra reduceras:

Schema 1. Glykolys

De flesta mjölksyra som bildas i muskeln tvättas in i blodet. Bikarbonatbuffertsystemet förhindrar att blodets pH förändras: idrottare har en högre kapacitet än de utbildade personerna, så de kan tolerera högre mängder mjölksyra. Därefter transporteras mjölksyra till levern och njurarna, där den nästan behandlas till glukos och glykogen. En liten del av mjölksyran omvandlas åter till pyruvsyra, vilken oxideras under aeroba förhållanden till slutprodukten av metabolism.

Aerob metabolism av PVK. Under aeroba förhållanden oxideras pyruvsyra; Denna process kallas oxidativ dekarboxylering av pyruvsyra. Denna process katalyseras av ett multienzymkomplex kallat pyruvat-dehydrogenaskomplexet. Strukturen för detta komplex består av tre enzymer och fem koenzymer.

Det första steget i den aeroba omvandlingen av PVC är dess dekarboxylering katalyserad av pyruvatdekarboxylas (E₁), koenzym som är tiaminpyrofosfat. Som ett resultat bildas en oxietylradikal kovalent bunden till koenzymet.

Enzymet som accelererar det andra steget i den oxidativa dekarboxyleringen av PVC, lipoatacetyltransferaset innehåller två koenzymer: liposyra och koenzym A (Koash). Hydroxietylradikalen oxideras till acetyl, vilken först accepteras av liposyra och överförs därefter till KoASH. Resultatet av det andra steget är bildandet av acetyl CoA och dehydrolipoesyra:

Slutstadiet för oxidativ dekarboxylering av PVC katalyseras av dihydrolipoyldehydrogenas, varav FAD är ett koenzym. Koenzymet klyver två väteatomer från dihydrolipoesyra och därigenom återskapar den ursprungliga strukturen av detta koenzym:

Den slutliga acceptorn av väteatomer är över:

FAD · 2H + NAD + → FAD + NADH + H +

Sammanfattningsplanen för processen kan representeras som:

Acetyl-CoA är en förening med en hög-energi-bindning, annars kan den kallas den aktiva formen av ättiksyra. Frisättningen av koenzym A från acetylradikalen sker när den ingår i den amfiboliska cykeln, som kallas di- och trikarboxylsyracykeln.

Cykeln av di- och trikarboxylsyror. Denna amfiboliska cykel kallas Krebs-cykeln till förmån för G. Krebs (Nobelprisvinnaren 1953), som bestämde reaktionssekvensen i denna cykel.

Som ett resultat av Krebs-cyklens funktion uppträder en fullständig aerob sönderdelning av acetylradikalen till koldioxid och vatten (schema 2). Krebs-cykeln kan ses som en väg för kolhydratmetabolism, men dess roll i ämnesomsättningen är mycket bredare. För det första fungerar det som en central metabolisk vägar av kol, som ingår i alla huvudklasser av biologiska molekyler, och för det andra, tillsammans med processen med oxidativ fosforylering, utgör den huvudsakliga källan för metabolisk energi i form av ATP.

Enzymerna av di- och trikarboxylsyracykeln, som accelererar en enda multistepprocess, lokaliseras i det inre mitokondriella membranet.

Schema 2. Krebs Cycle

Tänk på den specifika reaktionen av Krebs-cykeln.

Transformationerna av acetyl CoA börjar med dess kondensationsreaktion med oxaloättiksyra, som ett resultat av vilket citronsyra bildas. Denna reaktion kräver inte konsumtionen av ATP, eftersom den energi som krävs för denna process tillhandahålls genom hydrolys av tioeterbindningen med acetyl-CoA som, som vi redan har noterat, är makroergisk:

Vidare sker isomerisering av citronsyra till isolimon. Enzymet av denna transformation, akonitas, dehydrerar först citronsyra för bildning av cis-akonitsyra och tillsätter därefter vatten till dubbelbindningen hos den resulterande metaboliten, bildande isocarmonsyra:

Isolimonsyra genomgår oxidation med deltagande av specifikt dehydrogenas, vars ko-enzym är NAD. Samtidigt med oxidation dekarboxyleras isolimonsyra. Som ett resultat av dessa omvandlingar bildas a-ketoglutarsyra.

Nästa steg är oxidativ dekarboxylering av a-ketoglutarsyra. Denna process katalyseras av a-ketoglutarat-dehydrogenaskomplexet, vilket är liknande i struktur och verkningsmekanism för pyruvatdehydrogenaskomplexet. Som ett resultat av denna process bildas succinyl-CoA:

Succinyl-CoA hydrolyseras ytterligare för att frigöra bärnstenssyra och den energi som frigörs under denna process bevaras genom bildningen av guanosintrifosfat (GTP). Denna etapp är den enda i hela cykeln, under vilken energin i ämnesomsättningen är direkt utsläppt:

Dehydrering av bärnstenssyra accelererar succinatdehydrogenas, vars ko-enzym är FAD. Fumarsyra bildad genom dehydrogenering av bärnstenssyra, hydrater med bildningen av äppelsyra; den slutliga processen av Krebs-cykeln är malat dehydrogenas katalyserad dehydrogenering av äppelsyra; Resultatet av detta stadium är en metabolit med vilken cykeln av di- och trikarboxylsyror började - oxaloättiksyra:

Apotombrytning med glukos kallas också pentosfosfatcykeln. Som ett resultat av passage av denna väg från 6 molekyler av glukos-6-fosfat ensam. Apotom sönderdelning kan delas in i två faser: oxidativ och anaerob. Tänk på de enskilda reaktionerna i denna metaboliska vägen.

Den oxidativa fasen av den apotomala nedbrytningen av glukos. Liksom i glykolys är det första steget fosforyleringen av glukos med bildandet av glukos-6-fosfat. Därefter dehydreras glukos-6-fosfat med deltagande av glukos-6-fosfatdehydrogenas, vars ko-enzym är NADPH. Den resulterande 6-fosfoglukonolaktonen spontant eller med deltagande av laktonas hydrolyseras för att bilda 6-fosfoglukonsyra. Den slutliga processen för den oxidativa grenen av pentosfosfatcykeln är oxidationen av 6-fosfoglukonsyra med motsvarande dehydrogenas. Samtidigt med dehydrogeneringsprocessen sker dekarboxylering av 6-fosfoglukonsyra. Med förlusten av en kolatom blir glukos till pentos:

Anaerob fas i anatomisk nedbrytning av glukos. Ribuloso-5-fosfat bildat i oxidationsfasen kan isomeriseras reversibelt till andra pentosfosfater: xylulos-5-fosfat och ribos-5-fosfat. Dessa reaktioner katalyseras av två olika enzymer som tillhör isomerasklassen: pentosfosfatisomeras och pentosfosfatepimeras. Bildningen av två andra pentosfosfater från ribulos-5-fosfat är nödvändig för de efterföljande reaktionerna av pentosfosfatcykeln och två xylulos-5-fosfatmolekyler och en ribos-5-fosfatmolekyl krävs.

Därefter finns reaktioner som innefattar enzymer transferaser som överför molekylära rester - transaldolas och transketolas. Vi anger vilka molekylära rester som bär dessa enzymer.

Transketolas överför ett två-kol-fragment från 2-ketosucara till den första kolatomen av aldos. Transaldolas överför ett tre-kol-fragment från 2-ketosucara till den första aldoskolatomen. Xylulos-5-fosfat och metaboliter erhållna med sitt deltagande används som 2-ketosucar.

Tänk på några av de reaktioner som katalyseras av transketolas och transaldolas.

Fruktos-6-fosfat och 3-fosfoglyceraldehyd ingår i glykolys. Både kolhydratmetabolism är nära besläktad (schema 3).

Schema 3. Förhållandet mellan glykolys och pentosfosfatcykeln

Nedbrytningen av glukos längs den apotomiska vägen observeras i stor utsträckning i fettvävnad, lever, bröstvävnad, binjurar, gonader, benmärg, lymfoid vävnad. Låg aktivitet ses i muskelvävnaden (hjärt- och skelettmuskeln).

Den biologiska syftet med pentosfosfatcykeln är associerad med bildandet av den reducerade formen av NADP och ribos-5-fosfat, vilka används vid biosyntes av olika biologiska molekyler. Dessutom har den apotomala nedbrytningen av glukos en energisk funktion, eftersom vissa av dess produkter, i första hand 3-fosfoglycerinaldehyd, är kopplade till glykolys.

6 skäl att inte äta socker och vad det bryter ner i kroppen

Glad att hälsa på dig, min trofasta abonnenter! Jag föreslår att du diskuterar ett komplext men mycket viktigt ämne: vad bryter sockret i kroppen? Låt oss vara ärliga: alla älskar att äta söta. Men få människor föreställer sig risken för socker, och hur dess konsumtion kan hamna för organismen.

Socker är ett vitt gift. Är detta sant?

Till att börja med är socker en av de mest sålda livsmedel i världen. Det är svårt att inte hålla med det här. Bevis det, för i var och en har du socker?

Det är nödvändigt för tillagning av bakverk, desserter, sylt, marinader. Vi förnekar inte oss en sked socker till te eller kaffe. Att säga att denna produkt är helt hälsofarlig är det omöjligt. Denna produkt är nödvändig för kroppen att:

• förbättra hjärnans aktivitet
• förhindra blodproppar i blodkärlen;
• stimulera leverns och miltens funktioner
• normalisering av blodcirkulationen i hjärnan och ryggmärgen;
• ökad aptit och humör.

En man utan socker kan inte vara hälsosam, definitivt. Som ett resultat av brist på sötsaker, minne kommer uppmärksamheten att försämras, en person kommer inte att kunna tänka snabbt, fokusera hans uppmärksamhet på någonting.

Det är inte förgäves att skolbarn och studenter på morgonen, innan de studerar eller undersöker, rekommenderas att dricka en kopp söt te eller äta choklad. Vårt blod är särskilt i behov av socker.

Men förutom användbara egenskaper kan socker medföra och skada kroppen:

• viktökning
• ökade blodglukosnivåer;
• last på bukspottkörteln;
• hjärtproblem
• hudsjukdomar;
• tandförfall.

Naturligtvis pratar vi inte om rent socker, men om produkter med innehåll. Under dagen kan vi äta harmlös yoghurt, havregrynkakor eller ett äpple.

Visste du att enligt Världshälsoorganisationen är daglig sockersjuka för kvinnor 25 gram och för män 37?

Till exempel innehåller ett äpple redan 10 gram socker. Och om du drack ett glas söt läsk - detta övergår redan ditt dagliga krav.

Så, återkommer till frågan om socker är gift, kan du svara på vad som händer om det överstiger normen. Sött vi behöver, men i rimliga kvantiteter.

Vad händer med socker i kroppen?

Du har förmodligen inte ett blodprov för socker mer än en gång, och därför vet du att dess nivå måste vara stabil. För att förstå hur det fungerar, föreslår jag att överväga vad sockret är i allmänhet och vad händer med det när det kommer in i vår kropp.

Industriellt socker, det vi använder för kulinariska ändamål, är faktiskt sackaros, ett kolhydrat som tillverkas av betor eller sockerrör.

Sackaros består av glukos och fruktos. Sackaros är uppdelad i glukos och fruktos inte bara i kroppen, men redan i munnen, så snart vi konsumerar mat. Splitting sker under inverkan av spyt enzym.

Och bara då absorberas alla ämnen i blodet. Glukos ger energi reserver av kroppen. Även när intaget sackaros i kroppen börjar bildandet av hormoninsulin.

Det påverkar i sin tur bildandet av glykogen från den återstående glukosen, som tjänar som en viss mängd energi.

Och nu, föreställ dig att en person äter mycket söt. En del av den resulterande glukosspjälkningen går för att slösa den nödvändiga energin.

Resten börjar behandlas med insulin. Men eftersom det finns mycket glukos har insulin inte tid att arbeta och ökar dess intensitet.

Och det här är en stor belastning på bukspottkörteln. Med tiden är körtelcellerna utarmade och kan helt enkelt inte producera tillräckligt med insulin. Detta kallas diabetes.

En annan fara för älsklingens älskling ligger i det faktum att i överlevnaden omvandlas överskott av glukos till fettsyror och glycerin som deponeras i fett. På enkelt språk börjar en person att återhämta sig, eftersom hans kropp inte har tid att använda feta reserver och helt enkelt lägger dem åt sidan.

Hur man använder socker för hälsa?

Som jag redan har sagt behöver kroppen sackaros, men det är nödvändigt att använda den här produkten korrekt och klokt. När allt kommer omkring kan överdriven kärlek till desserter och bakverk leda till fetma, diabetes, problem med mage och hjärta.

Detta och övervikt, som omedelbart lägger ålder för en person, vilket gör sitt utseende osunt. Därför är det viktigt att lära sig att kontrollera nivån på söta matvanor som ätits.

• begränsa och avlägsna företrädesvis socker i ren form från kosten.
• ät sackaros i sin naturliga form: frukt, bär, honung, torkade frukter, nötter, grönsaker;
• när du lagar efterrätt eller bakning, minska mängden socker som ges i receptet flera gånger och använd bättre honung, kokos eller brunt socker, sirap baserat på agave, lönn, naturligt stevia-extrakt;
• ät ett gott på morgonen;
• om du dricker te med godis eller kakor ska drycken vara salig.

Dessutom behöver du flytta mer och dricka mer rent vatten så att överflödiga kolhydrater elimineras från kroppen. Om du verkligen vill äta en bit tårta, äta torkade aprikoser eller nötter.

Och så att kroppen inte känner en brist på glukos och fruktos, drick spirulina och chlorella. Dessa två alger avlägsnar märkbart craving för sötsaker. Vad det är kommer jag att berätta i följande artiklar.

Också uppmärksamma typen av produkt. I en värld som bara inte används som råmaterial för sackaros! Och betor, vass och björksoppa, och även lönnsoppa!

Vi använder betor raffinerat socker. I tidigare artiklar har jag redan berättat hur raffinering är farlig, varför det är bättre att vägra sådana produkter. Låt mig påminna dig om: raffinering är processen att rengöra en produkt genom exponering för kemikalier som bensin.

Vilket socker är friskare: betor eller sockerrör? Absolut omöjligt att säga, allt beror på produktens kvalitet. Reed vi har är mycket dyrare, men det beror på att det importeras från utlandet.

Jag rekommenderar att man köper en råvara (även sockerrör, betor). Det kan erkännas av dess bruna eller gula färg. Det ser inte bra ut, men det finns många användbara egenskaper och värdefulla mineraler i det!

Det är alla mina kära abonnenter! Jag skulle vara glad om den här artikeln är till nytta för dig och hjälper åtminstone ett steg närmare en hälsosam livsstil. Läs med fördel, berätta för dina vänner, men jag säger inte farväl till dig och snart kommer jag att berätta något annat intressant!

Anaerob nedbrytning av glukos (anaerob glykolys)

Anaerob glykolys refererar till processen att dela upp glukos för att bilda laktat som slutprodukt. Denna process fortsätter utan syreanvändning och beror därför inte på mitokondriala respiratoriska kedjans arbete. ATP bildas genom substratfosforyleringsreaktioner. Total processekvation:

C6H1206 + 2 H3P04 + 2 ADP = 2 C3H6O3 + 2 ATP + 2 H2O.
Det huvudsakliga fysiologiska syftet med glukoskatabolism är användningen av energi som frigörs i denna process för syntesen av ATP.

Den energi som frigörs i processen med fullständig nedbrytning av glukos till CO₂ och H₂Åh, är 2880 kJ / mol. Om detta värde jämförs med energi från hydrolys av högenergibindningar

- 38 mol ATP (50 kJ per mol ATP) får vi: 50 × 38 = 1900 kJ, vilket är 65% av den totala energi som släpptes under den fullständiga nedbrytningen av glukos. Sådan är effektiviteten av användningen av glukosförfall energi för ATP-syntes. Man måste komma ihåg att den faktiska effektiviteten i processen kan vara lägre. Noggrann bedömning av utbytet av ATP är endast möjligt under substratfosforylering och förhållandet mellan ingreppet av väte i andningskedjan och ATP-syntesen är approximativt.
29.

Anaerob glykolys refererar till processen att dela upp glukos för att bilda laktat som slutprodukt. Denna process fortsätter utan syreanvändning och beror därför inte på mitokondriala respiratoriska kedjans arbete. ATP bildas genom substratfosforyleringsreaktioner. Total processekvation:

Anaeroba glykolysreaktionerMed anaerob glykolys sker alla 10 reaktioner som är identiska med aerob glykolys i cytosolen. Endast den 11: e reaktionen, där reduktionen av pyruvat med cytosolisk NADH uppträder, är specifik för anaerob glykolys (Figur 7-41). Reduktionen av pyruvat till laktat katalyseras av laktatdehydrogenas (reaktionen är reversibel och enzymet namnges efter den omvända reaktionen). Denna reaktion säkerställer regenerering av NAD + från NADH utan deltagande av mitokondriella andningsvägar i situationer där otillräcklig tillförsel av syre till celler. Vätgasacceptorns roll från NADH (som syre i andningsvägarna) utförs av pyruvat. Således ligger signifikansen av pyruvatreduceringsreaktionen inte i bildningen av laktat, men i det faktum att denna cytosoliska reaktion säkerställer regenerering av NAD +. Dessutom är laktat inte slutprodukten av ämnesomsättningen som tas bort från kroppen. Detta ämne elimineras i blodet och används, omvandlas till glukos i levern, eller när syre är tillgängligt, blir det pyruvat, vilket kommer in i den allmänna vägen för katabolism, oxiderande till CO.₂ och H₂O.

30. Substratfosforylering. En av källorna till nukleo

Zidtriposfat, huvudsakligen ATP, är ett substratfosforylid

där de kan syntetiseras i transportreaktioner

fosforylgrupp från den makrohaltiga fosforsyraåterstoden

nukleosiddifosfater. Dessa reaktioner inkluderar

glykolys reaktion vari en 1,3-difosfoglycerat innehållande makroergi-

cheskoy-anslutning i 1 position, enzymet fosfoglyceratkinas per molekyl

ADP överförs till återstoden av fosforsyra - en ATP-molekyl bildas:

Och den andra reaktionen av substratfosforylering av ADP med bildandet av

Enol-form av pyruvat och ATP, som strömmar under enzymets verkan

Detta är den sista nyckelglykolysreaktionen. Enolisomerisering

Pyruvat till pyruvat bildar icke-enzymatiskt. Substratfosforyleringsreaktioner inkluderar också succinylkatalyserade

CoA-syntetas (succinyltiokinas) bildning av GTP i Krebs-cykeln:

Succinyl-CoA-succinat

I musklerna i processen är muskelkontraktion fortfarande aktiv

en substratfosforyleringsreaktion katalyserad av kreatinfosfat

Denna reaktion är reversibel och under betingelserna för vila kreatinbildning uppträder.

fosfat från ATP och kreatin, och i processen med muskulärt arbete ackumulerade

Kreatinfosfat donerar en fosforylgrupp till ADP med bildandet av ATP,

krävs för muskelkontraktionsprocesser.

Substratfosforyleringsreaktioner är en viktig källa till

com ATP, speciellt vid anaeroba förhållanden. För eukaryoter,

Den huvudsakliga källan till ATP är oxidativ foporylering, med användning av

energi av elektroner som frigörs under dehydrogenering av substratet

vid minskning av syre, genom implementering av transmembran

protongradientpotential.
31. Glukosbiosyntes (glukoneogenes) från aminosyror, glycerin och mjölksyra. Förhållandet mellan glykolys i muskler och glukoneogenes i levern (Corey-cykeln).

glukoneogenes - processen med glukossyntes från icke-kolhydrater substanser. Dess huvudsakliga funktion är att bibehålla blodsockernivån under långvarig och intensiv fysisk ansträngning. Processen sker huvudsakligen i levern och mindre intensivt i cortical substansen i njurarna, liksom i tarmslimhinnan. Dessa vävnader kan producera 80-100 gram glukos per dag. Hjärnan under fastande står för det mesta av kroppens behov av glukos. Detta beror på det faktum att hjärnceller inte kan, till skillnad från andra vävnader, uppfylla energibehov på grund av oxidation av fettsyror. Förutom hjärnan är vävnader och celler som kräver en aerob sönderfallsväg omöjligt eller begränsat, till exempel röda blodkroppar mitokondrier), näthinnans celler, adrenalmedulla etc. De primära glukoneogenes-substraten är laktat, aminosyror och glycerol. Inkluderingen av dessa substrat i glukoneogenes beror på kroppens fysiologiska tillstånd.

• laktat - anaerob glykolysprodukt. Det bildas i vilken kropp som helst i röda blodkroppar och arbetsmuskler. Således används laktat ständigt i glukoneogenes.
• glycerol frisläppt under hydrolys av fett i fettvävnad under fasta perioden eller under långvarig fysisk ansträngning.
• Aminosyror bildas som ett resultat av nedbrytningen av muskelproteiner och är involverade i glukoneogenes med långvarigt fastande eller förlängt muskelarbete.

De flesta glukoneogenesreaktioner uppträder på grund av reversibla glykolysreaktioner och katalyseras av samma enzymer. 3 glykolysreaktioner är emellertid termodynamiskt irreversibla. Vid dessa steg av reaktionen av glukoneogenes fortsätter på andra sätt. Det bör noteras att glykolys uppträder i cytosolen, och en del av reaktionerna av glukoneogenes uppträder i mitokondrier.

1. Bildningen av fosfoenolpyruvat från pyruvat. Bildningen av fosfoenolpyruvat från pyruvat sker under två reaktioner, varav den första sker i mitokondrier. Pyruvat, som bildas från laktat eller från vissa aminosyror, transporteras till mitokondriematrisen och karboxyleras där för att bilda oxaloacetat.

Pyruvatkarboxylasoch katalyserar denna reaktion, är ett mitokondrieenzym vars koenzym är biotin. Reaktionen fortskrider med användning av ATP.

Ytterligare transformationer av oxaloacetat fortsätter i cytosolen. Följaktligen bör det i detta skede finnas ett system för transport av oxaloacetat genom mitokondriska membranet, vilket är ogenomträngligt för det. Oxaloacetat i mitokondriematrisen återställs med bildandet av malat med deltagande av NADH (omvänd reaktion av citratcykeln).

Den resulterande malaten passerar sedan genom mitokondriska membranet med hjälp av specialbärare. Dessutom kan oxaloacetat transporteras från mitokondrier till cytosolen i form av aspartat under malat-aspartat-shuttle-mekanismen. I cytosol omvandlas malat igen till oxaloacetat under en oxidationsreaktion som involverar koenzym NAD +. Båda reaktionerna: reduktionen av oxaloacetat och oxidationen av Malaga katalyserar malat dehydrogenas, men i det första fallet är det ett mitokondriellt enzym och i det andra ett cytosoliskt enzym. Oxaloacetatet bildat i cytosolen från malat omvandlas sedan till fosfoenolpyruvat under en reaktion katalyserad av fosfoenolpyruvat-karboxykinas, ett GTP-beroende enzym.

2. Glukosbildning från laktat. Laktat bildat i intensivt arbetande muskler eller i celler med den övervägande anaeroba metoden för glukoskatabolism går in i blodet och sedan in i levern. I levern är NADH / NAD + förhållandet lägre än i den kontraherande muskeln, därför fortsätter laktatdehydrogenasreaktionen i motsatt riktning, d.v.s. mot bildandet av pyruvat från laktat. Därefter är pyruvat involverat i glukoneogenes och den resulterande glukosen kommer in i blodet och absorberas av skelettmuskler. Denna sekvens av händelser kallas "glukos-laktatcykel "eller" Corey-cykel".

Corey-cykeln utför 2 väsentliga funktioner: 1 - tillhandahåller användningen av laktat; 2 - förhindrar ackumulering av laktat och som en konsekvens en farlig minskning av pH (mjölksyraacidos). En del av pyruvat bildad från laktat oxideras av levern till CO₂ och H₂A. Oxidationsenergin kan användas för att syntetisera ATP, vilket är nödvändigt för glukoneogenesreaktioner.

3. Bildningen av glukos från aminosyror. Aminosyror, som, när de kataboliseras, blir till pyruvat eller metaboliter av citratcykeln, kan betraktas som potentiella prekursorer av glukos och glykogen och kallas glykogena. Exempelvis är oxa-loacetat, som bildas från asparaginsyra, en mellanprodukt av både citratcykeln och glukoneogenesen. Av alla aminosyror som kommer in i levern är ca 30% alanin. Detta beror på att nedbrytningen av muskelproteiner ger aminosyror, varav många omvandlas omedelbart till pyruvat eller först till oxaloacetat och sedan pyruvat. Den senare omvandlas till alanin, som förvärvar en aminogrupp från andra aminosyror. Alanin från musklerna transporteras med blod till levern, där det omvandlas igen till pyruvat, vilket delvis oxideras och delvis införlivas i glukosneogenes. Därför finns följande sekvens av händelser (glukosalanincykel): glukos i muskler → pyruvat i muskler → alanin i muskler → alanin i levern → glukos i levern → glukos i musklerna. Hela cykeln leder inte till en ökning av mängden glukos i musklerna, men det löser problemen med transport av amino kväve från musklerna till levern och förhindrar mjölksyraosion.

4. Glukosbildning från glycerol. Glycerol bildas genom hydrolys av triacylglyceroler, huvudsakligen i fettvävnad. Endast de vävnader som har enzymet glycerolkinas, till exempel lever, njurar, kan använda det. Detta ATP-beroende enzym katalyserar omvandlingen av glycerol till a-glycerofosfat (glycerol-3-fosfat). När glycerol-3-fosfat ingår i glukoneogenes dehydreras det med NAD-beroende dehydrogenas för att bilda dihydroxiacetonfosfat, som omvandlas vidare till glukos.

32. Aerob glukosnedbrytning kan uttryckas genom sammanfattande ekvation:

Denna process omfattar flera steg:

• Aerob glykolys - processen med glukosoxidation med bildandet av två pyruvatmolekyler;
• Den allmänna vägen för katabolism, inklusive omvandling av pyruvat till acetyl-CoA och dess ytterligare oxidation i citratcykeln;
• CPE för syre konjugerad med dehydrogeneringsreaktioner som uppstår under processen med glukosnedbrytning.

Aerob glykolys hänför sig till processen att oxidera glukos till pyruvsyra, vilken uppträder i närvaro av syre. Alla enzymer som katalyserar reaktionerna enligt denna process lokaliseras i cellens cytosol.

Steg av aerob glykolys

I aerob glykolys kan delas upp i 2 steg.

1. Det förberedande steget i vilket glukos fosforyleras och delas i två molekyler fosfotrios. Denna serie reaktioner fortsätter med användning av 2 ATP-molekyler.

2. Steg i samband med syntesen av ATP. Som ett resultat av denna serie reaktioner omvandlas fosforioser till pyruvat. Den energi som frigörs vid detta steg används för att syntetisera 10 mol ATP.

Aeroba glykolysreaktioner

Transformationen av glukos-6-fosfat i 2 molekyler glyceraldehyd-3-fosfat Glukos-6-fosfat, som bildas som ett resultat av fosforyleringen av glukos med deltagande av ATP, omvandlas till fruktos-6-fosfat under nästa reaktion. Denna reversibla isomeriseringsreaktion fortskrider under verkan av enzymet glukosfosfatisomeras.

Detta följs av en annan fosforyleringsreaktion med användning av en fosfatrest och ATP-energi. Under denna reaktion, som katalyseras av fosfofructokinas, omvandlas fruktos-6-fosfat till fruktos-1,6-bisfosfat. Denna reaktion, såväl som hexokinas, är praktiskt taget irreversibel, och dessutom är den den långsammaste av alla glykolysreaktioner. Reaktionen katalyserad av fosfofructokinas bestämmer graden av total glykolys, därför, genom att reglera fosfofructokinasas aktivitet kan du ändra graden av katabolism av glukos.

Fruktos-1,6-bisfosfat delas vidare i 2 triosfosfat: glyceraldehyd-3-fosfat och dihydroxiacetonfosfat. Enzymet katalyserar reaktionen fruktosebisfosfat aldolas,eller bara aldolas.Detta enzym katalyserar både reaktionen av aldolklyvning och aldolkondensation, d.v.s. reversibel reaktion. Produkterna från aldolklyvningen är isomerer. Vid efterföljande glykolysreaktioner används endast glyceraldehyd-3-fosfat, därför omvandlas dihydroxiacetonfosfat med deltagandet av enzymtriosfosfatisomeras till glyceraldehyd-3-fosfat. I den beskrivna serien av reaktioner sker fosforylering två gånger med ATP. Utgifterna för två ATP-molekyler (per glukosmolekyl) kommer dock att kompenseras ytterligare genom syntesen av mer ATP

Omvandlingen av glyceraldehyd-3-fosfat till pyruvat Denna del av aerob glykolys involverar reaktioner associerade med ATP-syntes. Den svåraste i denna serie av reaktioner är omvandlingen reaktions glyceraldehyd-3-fosfat till 1,3-bisfosfoglitserat. Denna transformation är den första oxidationsreaktionen under glykolys. Reaktionen katalyserar glyceraldehyd-3-fosfat dehydrogenas,vilket är ett NAD-beroende enzym. Betydelsen av denna reaktion ligger inte bara i bildningen av reducerat koenzym, vars oxidation i respiratoriska kedjan är associerad med ATP-syntes, men också i det faktum att den fria energi från oxidation koncentreras i reaktionsproduktens makroergiska bindning. Glyceraldehyd-3-fosfatdehydrogenas innehåller en cysteinrest i det aktiva centrumet, vars sulfhydrylgrupp är direkt involverad i katalys. Oxidering av glyceraldehyd 3-fosfat leder till reduktionen av NAD och bildandet av H₃RO₄ hög energianhydridbindning i 1,3-bisfosfoglycerat i position 1. I nästa reaktion överförs hög energi fosfat till ADP för att bilda ATP. Det enzym som katalyserar denna transformation är namngiven för den omvända reaktionen, fosfoglyceratkinas (kinaser kallas efter substratet, vilket är i reaktionsekvationen på samma sida som ATP).

Bildningen av ATP med den beskrivna metoden är inte associerad med andningskedjan och den kallas substratfosforylering av ADP. Det bildade 3-fosfoglyceratet innehåller inte en hög-energi-bindning. I följande reaktioner inträffar intramolekylära omarrangemang, vars innebörd kännetecknar det faktum att lågenergifosforestern passerar in i en förening innehållande högenergifosfat. Intramolekylära transformationer består i överföringen av fosfatresten från position 3 i fosfoglycerat till position 2. Därefter klyvs vattenmolekylen från det resulterande 2-fosfoglyceratet med deltagande av enzymet enolas. Namnet på det dehydrerande enzymet ges genom den omvända reaktionen. Som ett resultat av reaktionen bildas ett substituerat enolfosfoenolpyruvat. Formade fosfoenolpyruvat är en makroergisk förening, vars fosfatgrupp överförs i nästa reaktion på ADP med deltagande av pyruvatkinas (enzymet benämns även efter den omvända reaktionen, i vilken pyruvat fosforyleras, fastän en sådan reaktion ej äger rum i denna form).

Omvandlingen av fosfoenolpyruvat till pyruvat är en irreversibel reaktion. Detta är det andra substratfosforyleringen under glykolys. Den resulterande enolformen av pyruvat transformeras sedan icke-enzymatiskt till en mer termodynamiskt stabil ketoform.

Shuttle mekanismer.

Glycerofosfat chelnochnyymehanizm baserat på återhämt-SRI bildas under glykolys fosfodigidroksiatsetona (dihydroxi atsetonfosfata) cytoplasmisk glycerofosfat (1) med användning av den reducerade NADH till a-glycerofosfat som bildades, för att tränga igenom båda membranen av mitokondrier i matrisen och på den inre membranet oxideras via mitokondriell FAD-beroende glycerofosfatdehydrogenas (2) till dihydroxiacetonfosfat, som lätt passerar genom mitokondrierens membraner i cytosolen i cellen. Den resulterande FADH2 överför vidare, via det flavinberoende elektrontransporterande enzymet, sina elektroner och protoner till koenzym Q (ubiquinon) i mytochondrialelektrontransportkedjan, där som ett resultat av användning av 2 moler elektroner i processen med oxidativ fosforylering upp till 1,5 moth ATP.

Denna mekanism används i stor utsträckning av olika tyger

lever och muskelvävnad, i processen med intensivt muskelarbete.

Malate-aspartat-shuttle-mekanismen är mer komplex,

men också mer energieffektiva. Den använder överflödigt återhämtat

cytoplasmatisk NADH i reduktionsreaktionen av oxaloacetat (

levoättiksyra) till malat (äppelsyra) med användning av NAD-

beroende cytoplasmatiskt enzymmalatdehydrogenas Myrsyra penetrerar lätt in i matrisen genom både mitokondriella membran,

där mitokondriet oxideras, såväl som NAD-beroende, malat dehydro-

genas (5) till oxaloacetat. Vidare är elektronerna från NADH mottagna

faller i elektrontransportkedjan, där det är i processen med oxidativ fosfor

För 2 mol elektroner bildas upp till 2,5 mol ATP. sålunda bildade

oxaloacetat kan inte lämna mitokondrier, det genomgår en reaktion

transaminering med glutaminsyra (glutamat) under

verkan av mitokondriellt aspartataminotransferas (3). Som ett resultat

Aspartinsyra (aspartat) bildas, som med hjälp av

det digitala transportsystemet rör sig från mitokondrier till cytoplasman,

var under verkan av cytoplasmatisk aspartataminotransferas (2)

ger sin aminogrupp till a-ketoglutarsyra (a-ketoglutarat), pre-

roterar i oxaloacetat. Det bör noteras att a-ketoglutarat och glutamat

tränga lätt in i det inre mitokondriska membranet med hjälp av speciella

enzymtransportsystemet är glutamat-a-ketoglutarat

translokas (1). Det inre mitokondriska membranet innehåller en mängd olika

bärare för joner och laddade metaboliter: exempelvis bärare

dikarboxylsyror förmedlar den underlättade utbytesdiffusionen av malat,

succinat, fumarat och H2PO4

- och trikarboxylsyratransportörer tillhandahåller

utbyte av OH- och H2PO4

-. Av de viktigaste translokaserna, enzymerna,

transportera specifika ämnen genom det inre

mitokondriellt membran är det nödvändigt att nämna ATP-ADP-translokaset,

transporterar till cytoplasma syntetiserad i mitokondrier

ATP i utbyte mot ADP och oorganisk fosfor som kommer in i mitokondrier

slöja jon som bidrar till mitokondrians ytterligare proton.
34. Allosteriska mekanismer som reglerar aerob och anaerob nedbrytning av glukos.
35. Pentosfosfatvägen, även kallad hexomonofosfat-shunten, är ett alternativt sätt att oxidera glukos-6-fosfat. Pentosfosfatvägen består av 2 faser (delar) - oxidativ och icke-oxidativ.

I oxidationsfasen oxiderar glukos-6-fosfat irreversibelt i pentos-ribulos-5-fosfat, och reducerad NADPH bildas.

I den icke-oxidativa fasen omvandlas ribulos-5-fosfat reversibelt till ribos-5-fosfat och glykolysmetaboliter.

Pentosfosfatvägen ger celler med ribos för syntesen av purin- och pyrimidin-nukleotider och det hydrerade co-enzymet NADPH, som används vid regenerativa förfaranden.

Den totala ekvationen för pentosfosfatvägen uttrycks som följer:

3 Glukos-6-fosfat + 6 NADP + → 3 CO₂ + 6 (NADPH + H +) + 2-fruktos-6-fosfat + glyceraldehyd-3-fosfat.

Enzymer av pentosfosfatvägen, såväl som glykolysenzymer, är lokaliserade i cytosolen.

Den mest aktiva pentosfosfatvägen uppträder i fettvävnad, lever, binjurskort, erytrocyter, bröstkörtel under laktation, testiklarna.

Oxidativt stadium
Den totala ekvationen för oxidossteget i pentosfosfatvägen kan representeras som:

Glukos-6-fosfat + 2 NADP + + H₂O → Ribuloso-5-fosfat + 2 NADPH + H + + CO₂

Icke-oxidativt stadium
Det icke-oxidativa steget i pentosfosfatvägen innefattar en serie reversibla reaktioner, varigenom ribulos-5-fosfat omvandlas till ribos-5-fosfat och xylulos-5-fosfat och vidare på grund av överföringen av kolfragment till glykolysmetaboliter - fruktos-6-fosfat och glyceraldehyd- 3-fosfat. I dessa omvandlingar är involverade enzymer: epimeras, isomeras, transketolas och transaldolas. Transketolas använder koenzymtiamindifosfat. Det icke-oxidativa steget i pentosfosfatvägen innefattar inte dehydrogeneringsreaktionen.
Det totala resultatet av metabolismen av 3 molekyler ribulos-5-fosfat i den icke-oxidativa fasen av pentosfosfatvägen är bildningen av 2 molekyler fruktos-6-fosfat och 1 molekyl glyceraldehyd-3-fosfat. Vidare kan fruktos-6-fosfat och glyceraldehyd-3-fosfat omvandlas till glukos. Med hänsyn till den stökiometriska koefficienten på 2 för bildning av 5 glukosmolekyler (innehållande 30 kolatomer) krävs 4 fruktos-6-fosfatmolekyler och 2 glyceraldehyd-3-fosfatmolekyler (innehållande 30 kolatomer) respektive 6 molekyler ribulos-5-fosfat. Således kan den icke-oxidativa vägen representeras som processen att returnera pentoser till hexosfonden.
36. Pentosfosfatcykel

Det oxidativa steget av pentosbildning och det icke-oxidativa steget (returvägen för pentoser till hexoser) bildar tillsammans en cyklisk process.

En sådan process kan beskrivas med den allmänna ekvationen:

6 Glukos-6-fosfat + 12 NADP + + 2 N₂O → 5 glukos-6-fosfat + 12 NADPH + 12 N + + 6 CO₂.

Detta innebär att 6 molekyler glukos-5-fosfat (pentoser) och 6 molekyler CO bildas från 6 glukosmolekyler₂. Icke-oxidativa enzymer

Fig. 7-63. Transformationer av ribulos-5-fosfat.

Fig. 7-64. Överföringsreaktionen av tvåkarbonfragmentet, katalyserat av transketolas.

faser omvandlar 6 molekyler ribulos-5-fosfat till 5 molekyler glukos (hexos). I den sekventiella utförandet av dessa reaktioner är den enda användbar produkt NADPH, som alstras i den oxidativa pentosfosfatvägen fas. En sådan process kallas pentosfosfatcykeln (fig 7-67).

Flödet av pentosfosfatcykeln medger att cellerna producerar NADPH, vilket är nödvändigt för syntes av fetter, utan att ackumulera pentoser.

Den energi som frigörs vid nedbrytningen av glukos omvandlas till energin hos en hög energi väte givare - NADPH. Hydrogenerad NADPH tjänar som en källa till väte för reduktiva synteser och NADPH-energi omvandlas och lagras i nyssyntetiserade substanser, till exempel

Fig. 7-65. Transaldolas-katalyserad reaktion.

Fig. 7-66. Reaktionen katalyserades av transketolas.

37. Utbytet av galaktos. Galaktosemi.
Störningar av galaktosmetabolism

Galaktos metabolism är särskilt intressant i samband med en ärftlig sjukdom - galaktosemi. galaktosemiinträffar när galaktosmetabolism försämras på grund av en ärftlig defekt hos någon av de tre enzymerna, inklusive galaktos i glukosmetabolism

Karbohydratmetabolism hos människor

Man drar energi för sin existens från kolhydrater. De utför den så kallade energifunktionen hos däggdjur. Produkter som innehåller komplexa kolhydrater bör vara minst 40-50% av kalorinnehållet i en persons dagliga diet. Glukos är lätt att mobilisera från kroppens "reserver" under stressiga situationer eller intensiv fysisk ansträngning.

En liten minskning av blodglukos (hypoglykemi) påverkar främst centrala nervsystemet:

- svaghet uppträder
- yrsel,
- i särskilt försummade fall kan medvetenhet uppstå,
- delirium,
- muskelkramper.

När det gäller kolhydrater kommer en av de mest kända företrädarna för denna klass av organiska ämnen oftast att tänka på - stärkelse, vilket är en av de vanligaste polysackariderna, dvs. Den består av ett stort antal sekventiellt anslutna glukosmolekyler. När stärkelsen oxideras, blir den till individuella högkvalitativa glukosmolekyler. Men som stärkelse, som nämnts ovan, består av en stor mängd glukosmolekyler, sker dess fullständiga uppdelning steg för steg: från stärkelse till mindre polymerer, sedan till disackarider (som består av endast två glukosmolekyler) och först därefter till glukos.

Steg som delar upp kolhydrater

Livsmedelsförädling, vars huvudkomponent är kolhydratkomponenten, förekommer i olika delar av matsmältningsorganet.

- Uppkomsten av klyvning sker i munhålan. Under tuggningslaget bearbetas enzymet salivpitalin (amylas), som syntetiseras av parotidkörtlarna. Det hjälper en stor stärkelsemolekyl att bryta upp i mindre polymerer.

- Eftersom maten är i munnen för en kort tid, krävs det ytterligare behandling i magen. En gång i magshålan blandas kolhydrater med bukspottkörtelnsekretioner, nämligen bukspottkörtelamylas, vilket är mer effektivt än amylas i munhålan och därför redan efter 15-30 minuter när chymmen (halvvätska, inte fullständigt uppsluten mageinnehåll) från magen når Duodenum nästan alla kolhydrater oxideras redan till mycket små polymerer och maltos (en disackarid, två anslutna glukosmolekyler).

- från tolvfingertarmen fortsätter en blandning av polysackarider och maltos den fantastiska resan till övre tarmarna, där de så kallade enzymerna i tarmepitelet är engagerade i sin slutliga behandling. Enterocyter (celler som limmar i tunntarmen) innehåller enzymerna laktas, maltas, sukras och dextrinas, som genomför slutbehandling av disackarider och små polysackarider till monosackarider (det här är en molekyl men inte glukos än). Laktos bryts ner i galaktos och glukos, sackaros i fruktos och glukos, maltos, som andra små polymerer i glukosmolekyler, och det går direkt in i blodomloppet.

- från blodet kommer glukos in i levern och därefter syntetiseras glykogen från den (en polysackarid av animaliskt ursprung, har en lagringsfunktion, är helt enkelt nödvändigt för kroppen när det är nödvändigt att snabbt få en stor mängd energi).

Glykogen depot

En av glykogenbutikerna är levern, men levern är inte den enda platsen där glykogen ackumuleras. Det är också ganska mycket i skelettmuskler, med minskningen av vilket enzymet fosforylas aktiveras, vilket leder till en intensiv nedbrytning av glykogen. Du måste erkänna att någon i den moderna världen kan möta oförutsedda omständigheter, vilket sannolikt kräver kolossal energiförbrukning, och ju ju mer glykogen desto bättre är

Ännu mer kan sägas - glykogen är så viktigt att den syntetiseras även från icke-kolhydrater som innehåller mjölksyra, pyrodruesyra, glykogena aminosyror (aminosyror är huvudämnena i proteiner, glykogen betyder att kolhydrater kan erhållas från biokemiska processer), glycerol och många andra. Naturligtvis syntetiseras glykogen i detta fall med stora utgifter för energi och i små kvantiteter.

Som nämnts ovan orsakar en minskning av mängden glukos i blodet en ganska allvarlig reaktion i kroppen. Därför reglerar levern målmedvetet glukosmängden i blodet och, om nödvändigt, ställer sig till glykogenolys. Glykogenolys (mobilisering, sönderdelning av glykogen) inträffar när det finns en otillräcklig mängd glukos i blodet, vilket kan orsakas av svält, tungt fysiskt arbete eller svår stress. Det börjar med det faktum att levern, med hjälp av enzymet fosfoglukomutas, bryter ner glykogen till glukos-6-fosfater. Därefter oxiderar enzymet glukos-6-fosfatas dem. Fri glukos penetrerar lätt membranen i hepatocyter (leverceller) i blodet och ökar därigenom dess mängd i blodet. Svaret på ett hopp i glukosnivåer är frisättningen av insulin i bukspottkörteln. Om glukosnivån inte faller under frisättning av insulin, kommer bukspottkörteln att utsöndra det tills det händer.

Och slutligen lite om fakta om insulin själv (eftersom det är omöjligt att prata om kolhydratmetabolism utan att röra om detta ämne):

- insulin transporterar glukos genom membran av celler, de sk insulinbaserade vävnaderna (fett-, muskel- och levercellsmembran)

- Insulin är en stimulator för glykogensyntesen i lever och muskler, fetter - lever och fettvävnader, proteiner - i muskler och andra organ.

- otillräcklig insulinsekretion av vävnadsceller från bukspottkörtelvägar kan leda till hyperglykemi följt av glykosuri (diabetes mellitus);

- hormoner - insulinantagonister är glukagon, adrenalin, norepinefrin, kortisol och andra kortikosteroider.

Sammanfattningsvis

Kolhydratmetabolism är av största vikt för människans liv. En obalanserad diet leder till störningar i matsmältningssystemet. Därför hjälper en hälsosam diet med måttlig mängd komplexa och enkla kolhydrater dig alltid att se ut och må bra.

-CARBON-BYGGNAD

ATP balans i aerob glykolys, glukos sönderdelning till CO₂ och H₂Oh

ATP-frisättning i aerob glykolys

För bildning av fruktos-1,6-bisfosfat från en glukosmolekyl kräver 2 molekyler av ATP. Reaktioner associerade med ATP-syntes uppträder efter nedbrytningen av glukos i 2 fosfotriosmolekyler, d.v.s. i det andra steget av glykolys. Vid detta stadium sker 2 reaktioner av substratfosforylering och 2 ATP-molekyler syntetiseras (reaktioner 7 och 10). Dessutom dehydrogeneras en molekyl glyceraldehyd-3-fosfat (reaktion 6) och NADH överför väte till mitokondriella CPE, där 3 ATP-molekyler syntetiseras genom oxidativ fosforylering. I detta fall beror mängden ATP (3 eller 2) på typen av pendelsystemet. Följaktligen är oxidation till pyruvat av en molekyl glyceraldehyd-3-fosfat associerad med syntesen av 5 molekyler av ATP. Med tanke på att 2 molekyler fosfotrios bildas från glukos, måste det resulterande värdet multipliceras med 2 och därefter subtraheras 2 molekyler av ATP som spenderas i det första steget. Således är ATP-utbytet i aerob glykolys (5x2) - 2 = 8 ATP.

ATP-utbyte vid aerob glukosnedbrytning till slutprodukterna

Som ett resultat av glykolys bildas pyruvat, vilket ytterligare oxideras till CO.₂ och H₂O i OPK beskrivet i avsnitt 6. Nu är det möjligt att uppskatta energieffektiviteten hos glykolys och OPK, som tillsammans utgör processen för aerob sönderdelning av glukos till slutprodukterna.

Utbytet av ATP i oxidationen av 1 mol glukos till CO₂ och H₂O är 38 mol ATP.

Under processen med aerob sönderdelning av glukos inträffar 6 dehydrogeneringsreaktioner. En av dem förekommer i glykolys och 5 i OPK. Substrat för specifika NAD-beroende dehydrogenaser: glyceraldehyd-3-fosfat, zhiruvat, isokitrat, a-ketoglutarat, malat. En dehydrogeneringsreaktion i citratcykeln under verkan av succinatdehydrogenas sker med deltagande av FAD-co-enzym. Den totala mängden ATP syntetiserad genom oxidativ fosforylering är 17 mol ATP per 1 mol glyceraldehydfosfat. Till detta måste tillsättas 3 mol ATP syntetiserad genom substratfosforylering (två reaktioner i glykolys och en i citratcykeln).

Med tanke på att glukos sönderfallas i 2 fosfotrioser och att den stökiometriska koefficienten för ytterligare transformationer är 2, måste det resulterande värdet multipliceras med 2 och från resultatet subtrahera 2 mol ATP som användes i det första steget av glykolys.

Steg av aerob sönderdelning av glukos

Steg av aerob sönderdelning av glukos

Mängden ATP som användes, mol

Mängden syntetiserad ATP, mol

I. Aerobic glykolys

Glukos → 2 pyruvat

II. Oxidativ dekarboxylering av pyruvat

2 (pyruvat → acetyl-CoA)

III. Citratcykel

Det totala utbytet av ATP vid oxidationen av 1 mol glukos

Anaerob nedbrytning av glukos (anaerob glykolys)

Anaerob glykolys refererar till processen att dela upp glukos för att bilda laktat som slutprodukt. Denna process fortsätter utan syreanvändning och beror därför inte på mitokondriala respiratoriska kedjans arbete. ATP bildas genom substratfosforyleringsreaktioner. Total processekvation:

Anaeroba glykolysreaktioner

Med anaerob glykolys (fig 7-40) sker alla 10 reaktioner som är identiska med aerob glykolys i cytosolen. Endast den 11: e reaktionen, där reduktionen av pyruvat med cytosolisk NADH uppträder, är specifik för anaerob glykolys (Figur 7-41). Reduktionen av pyruvat till laktat katalyseras av laktatdehydrogenas (reaktionen är reversibel och enzymet namnges efter den omvända reaktionen). Denna reaktion säkerställer regenerering av NAD + från NADH utan deltagande av mitokondriella andningsvägar i situationer där otillräcklig tillförsel av syre till celler. Vätgasacceptorns roll från NADH (som syre i andningsvägarna) utförs av pyruvat. Således ligger signifikansen av pyruvatreduceringsreaktionen inte i bildningen av laktat, men i det faktum att denna cytosoliska reaktion säkerställer regenerering av NAD +. Dessutom är laktat inte slutprodukten av ämnesomsättningen som tas bort från kroppen. Detta ämne elimineras i blodet och används, omvandlas till glukos i levern, eller när syre är tillgängligt, blir det pyruvat, vilket kommer in i den allmänna vägen för katabolism, oxiderande till CO.₂ och H₂O.

Anaerob glykolys.

Återvinning av pyruvat i laktat.

ATP-balans i aneroberisk glykolys

Anaerob glykolys är mindre effektiv än aerob. I denna process åtföljs katabolismen av 1 mol glukos utan deltagande av den mitokondriella andningskedjan med syntesen av 2 mol ATP och 2 mol laktat. ATP bildas av 2 reaktioner av substratfosforylering. Eftersom glukos sönderfaller i 2 fosforioser, med hänsyn till den stökiometriska koefficienten av 2, är antalet mol syntetiserad ATP 4. Med hänsyn till de 2 mol ATP som användes i det första steget av glykolys erhåller vi den slutliga energiffekten av processen, lika med 2 mol ATP. Sålunda säkerställer 10 cytosoliska enzymer som katalyserar omvandlingen av glukos till pyruvat tillsammans med laktatdehydrogenas syntesen av 2 mol ATP (per 1 mol glukos) i syreinnehållande glykolys.

Värdet av glukoskatabolism

Det huvudsakliga fysiologiska syftet med glukoskatabolism är användningen av energi som frigörs i denna process för syntesen av ATP.

Den energi som frigörs i processen med fullständig nedbrytning av glukos till CO₂ och H₂Åh, är 2880 kJ / mol. Om detta värde jämfört med hydrolysen av höga energibindningar - 38 mol ATP (50 kJ per mol ATP), får vi: 50 × 38 = 1900 kJ, är att 65% av den energi som frigörs vid fullständig nedbrytning av glukos. Sådan är effektiviteten av användningen av glukosförfall energi för ATP-syntes. Man måste komma ihåg att den faktiska effektiviteten i processen kan vara lägre. Noggrann bedömning av utbytet av ATP är endast möjligt under substratfosforylering och förhållandet mellan ingreppet av väte i andningskedjan och ATP-syntesen är approximativt.

Aerob nedbrytning av glukos förekommer i många organ och vävnader och fungerar som den viktigaste, men inte den enda, energikällan för vital aktivitet. Vissa vävnader är mest beroende av glukoskatabolismen som energikälla. Till exempel konsumerar hjärnceller upp till 100 g glukos per dag och oxiderar den med en aerob väg. Därför är otillräcklig tillförsel av hjärnan med glukos eller hypoxi uppenbarad av symptom som indikerar hjärnans dysfunktion (yrsel, konvulsioner, medvetslöshet).

Anaerob nedbrytning av glukos uppträder i muskeln, i de första minuterna av muskelarbete, i erytrocyter (vilka saknar mitokondrier), såväl som i olika organ i den begränsade tillgången på syre, inklusive tumörceller. Metabolismen av tumörceller karakteriseras av accelerationen av både aerob och anaerob glykolys. Men den övervägande anaeroba glykolysen och en ökning av syntesen av laktat är en indikator på en ökad celldelningsgrad med otillräcklig tillförsel av blodkärl till cellerna.

Förutom energifunktionen kan processen med katabolism av glukos utföra anabola funktioner. Glykolysmetaboliter används för att syntetisera nya föreningar. Således är fruktos-6-fosfat och glyceraldehyd-3-fosfat involverade i bildningen av ribos-5-fosfat - en strukturell komponent av nukleotider; 3-fosfoglycerat kan inkluderas i syntesen av aminosyror, såsom serien, glycin, cystein. I levern och fettvävnad acetyl-CoA som produceras från pyruvat användes som substrat under biosyntesen av fettsyror, kolesterol och dihydroxiacetonfosfat som ett substrat för syntes av glycerol-3-fosfat.

Reglering av glukoskatabolism

Eftersom huvudvärdet av glykolys är i syntesen av ATP, bör dess hastighet korreleras med kostnaden för energi i kroppen.

De flesta glykolysreaktionerna är reversibla, med undantag för tre, katalyserade av hexokinas (eller glukokinas), fosfofructokinas och pyruvatkinas. Regulatoriska faktorer som förändrar glykolyshastigheten, och därmed bildandet av ATP, syftar till irreversibla reaktioner. En indikator på ATP-konsumtion är ackumuleringen av ADP och AMP. Den senare bildas i reaktionen katalyserad av adenylatkinas: 2 ADP AMP + ATP

Även en liten konsumtion av ATP leder till en märkbar ökning av AMF. Förhållandet mellan ATP och ADP och AMP karakteriserar cellens energistatus, och dess komponenter tjänar som allosteriska hastighetsregulatorer av både den allmänna vägen för katabolism och glykolys.

Reglering av glukoskatabolism i skelettmuskel.

Viktigt för reglering av glykolys är förändringen i fosfofructokinasas aktivitet, eftersom detta enzym, som nämnts tidigare, katalyserar den långsammaste reaktionsprocessen.

Fosfofructokinas aktiveras av AMP, men hämmas av ATP. AMP, ökar enzymets affinitet för fruktos-6-fosfat och ökar hastigheten för dess fosforylering genom att binda till det allosteriska centrumet av fosfofructokinas. Effekten av ATP på detta enzym är ett exempel på homotropisk ashusterism, eftersom ATP kan interagera med både det allosteriska och det aktiva centret, i det senare fallet som ett substrat.

Vid fysiologiska ATP-värden är det aktiva centrumet av fosfofructokinas alltid mättat med substrat (inklusive ATP). Ökning av nivån av ATP-ADP relativt reducerar reaktionshastigheten, eftersom under dessa betingelser ATP fungerar som en inhibitor: binder till den allosteriska stället i enzymet, orsakar en konformationsförändring-mation och minskar affinitet för dess substrat.

Förändringar i fosfofructokinasas aktivitet hjälper till att reglera graden av glukosfosforylering med hexokinas. En minskning av fosfofructokinasaktiviteten vid en hög nivå av ATP leder till ackumulationen av både fruktos-6-fosfat och glukos-6-fosfat, och det senare hämmar hexokinas. Det bör påminnas att hexokinas i många vävnader (med undantag av lever och p-celler i bukspottkörteln) hämmas av glukos-6-fosfat.

Med en hög nivå av ATP minskar citronsyracykeln och andningskedjan. Under dessa förhållanden saktar glykolysprocessen också långsammare. Det bör påminnas att allosterisk reglering av enzymer av OPK och andningskedjan också är associerad med förändringar i koncentrationen av nyckelprodukter såsom NADH, ATP och vissa metaboliter. Således ackumuleras NADH: om det inte har tid att oxidera i andningskedjan, hämmar det några allosteriska enzymer i citratcykeln.

Den fysiologiska rollen glykolys i lever och fettvävnad är något annorlunda än i andra vävnader. I lever- och fettvävnad fungerar glykolys under matsmältningsperioden huvudsakligen som en källa till substrat för syntes av fetter. Reglering av glykolys i levern har sina egna egenskaper och kommer att övervägas senare.

Den glykolytiska vägen kan fortsätta mer reaktion katalyserad bisfosfoglitseratmutazoy som omvandlar 1,3-2,3-bisfosfoglitserat bisfosfoglitserat (2,3-EFG), som kan involvera 2,3-bisfosfoglitseratfosfatazy omvandlas till 3-fosfoglycerat - metabolit glykolys.

Bildandet och transformationen av 2,3-bisfosfoglycerat.

I de flesta vävnader bildas 2,3-BFG i små mängder. Vid erytrocyter bildas denna metabolit i betydande mängder och tjänar som en adlosterisk regulator för hemoglobinfunktion. 2,3-BFG, bindande till hemoglobin, sänker dess affinitet för syre, bidrar till dissociationen av syre och dess övergång till vävnad.

Bildningen av 2,3-BFG makroergacheskoy involverar förlust av bindningsenergi i 1,3-bisfosfoglitserate som inte överförs till ATP och avges i form av värme, vilket innebär lägre energi effekt glykolys.

SYNTES AV GLUCOS I LIVAREN (GLUCONEOGENESIS)

Vissa vävnader, såsom hjärnan, behöver ett stabilt flöde av glukos. När intaget av kolhydrater i sammansättningen av mat inte räcker, hålls glukosinnehållet i blodet under en viss tid inom det normala området på grund av nedbrytningen av glykogen i levern. Glykogenbutikerna i levern är dock små. De minskar betydligt med 6-10 timmars fastande och är nästan helt utmattade efter en daglig snabbhet. I detta fall börjar glukos de novo-syntesen av glukos i levern. Glukoneogenes är processen med glukossyntes från icke-kolhydrater substanser. Dess huvudsakliga funktion är att bibehålla blodsockernivån under långvarig och intensiv fysisk ansträngning. Processen sker huvudsakligen i levern och mindre intensivt i cortical substansen i njurarna, liksom i tarmslimhinnan. Dessa vävnader kan producera 80-100 gram glukos per dag. Hjärnan under fastande står för det mesta av kroppens behov av glukos. Detta beror på det faktum att hjärnceller inte kan, i motsats till andra vävnader, att tillhandahålla energibehov på grund av oxidation av fettsyror.

Förutom hjärnan krävs vävnader och celler i vilka den aeroba nedbrytningsbanan är omöjlig eller begränsad, såsom röda blodkroppar, retinala celler, adrenalmedulla, etc., glukos.

De primära substraten av glukoneogenes är laktat, aminosyror och glycerol. Inkluderingen av dessa substrat i glukoneogenes beror på kroppens fysiologiska tillstånd.

Laktat är en produkt av anaerob glykolys. Det bildas i vilken kropp som helst i röda blodkroppar och arbetsmuskler. Således används laktat ständigt i glukoneogenes.

Glycerol frisätts under hydrolys av fett i fettvävnad under svältperioden eller vid långvarig fysisk ansträngning.

Aminosyror bildas som ett resultat av nedbrytningen av muskelproteiner och ingår i glukoneogenes med långvarigt fastande eller förlängt muskelarbete.

Inkluderingen av substrat i glukoneogenes.

De flesta glukoneogenesreaktioner uppträder på grund av reversibla glykolysreaktioner och katalyseras av samma enzymer. 3 glykolysreaktioner är emellertid termodynamiskt irreversibla. Vid dessa steg av reaktionen av glukoneogenes fortsätter på andra sätt.

Det bör noteras att glykolys uppträder i cytosolen, och en del av reaktionerna av glukoneogenes uppträder i mitokondrier.

Låt oss betrakta mer detaljerade reaktioner av glukoneogenes, vilka skiljer sig från reaktionerna av glykolys och förekommer i glukoneogenes med andra enzymer. Betrakta processen med glukossyntes från pyruvat.

Bildning av fosfoenolpyruvat från pyruvat - det första av irreversibla stadier

Glykolys och glukoneogenes. Enzymer av reversibel glykolys och glukoneogenesreaktioner: 2 - fosfoglucoisom-tider; 4-aldolas; 5-triosfosfatisomeras; 6 - glyceraldehydfosfatdehydrogenas; 7-fosfoglyceratkinas; 8 - fosfoglyceratmutas; 9-enolas. Enzymer av irreversibla glukoneogenesreaktioner: 11 - pyruvatkarboxylas; 12-fosfoenolpyruvat-karboxykinas; 13 - fruktos-1,6-bisfosfatas; 14-glukos-6-fosfatas. I-III-substratcykler.

Bildningen av fosfoenolpyruvat från pyruvat sker under två reaktioner, varav den första sker i mitokondrier. Pyruvat, som bildas från laktat eller från vissa aminosyror, transporteras till mitokondriematrisen och karboxyleras där för att bilda oxaloacetat.

Bildning av oxaloacetat från pyruvat.

Pyruvatkarboxylas som katalyserar denna reaktion är ett mitokondrialt enzym vars koenzym är biotin. Reaktionen fortskrider med användning av ATP.

Ytterligare transformationer av oxaloacetat fortsätter i cytosolen. Följaktligen bör det i detta skede finnas ett system för transport av oxaloacetat genom mitokondriska membranet, vilket är ogenomträngligt för det. Oxaloacetat i mitokondriematrisen återställs med bildandet av manat med deltagande av NADH (omvänd reaktion av citratcykeln).

Omvandlingen av oxaloacetat till malat.

Den resulterande malaten passerar sedan genom mitokondriska membranet med hjälp av specialbärare. Dessutom kan oxaloacetat transporteras från mitokondrier till cytosolen i form av aspartat under malat-aspartat-shuttle-mekanismen.

I cytosol omvandlas malat igen till oxaloacetat under en oxidationsreaktion som involverar koenzym NAD +. Båda reaktionerna: reduktionen av oxaloacetat och oxidationen av Malaga katalyserar malat dehydrogenas, men i det första fallet är det ett mitokondriellt enzym och i det andra ett cytosoliskt enzym. Formade i cytosolen från malat omvandlas oxaloacetat sedan till fosfoenolpyruvat under en reaktion katalyserad av fosfoenolpyruvat-karboxykinas, ett GTP-beroende enzym.

Omvandling av oxaloacetat till fosfoenolpyruvat.

Bildningen av oxaloacetat, transport till cytosolen och omvandling till fosfoenolpyruvat. 1 - transport av pyruvat från cytosolen till mitokondrier; 2 - omvandlingen av pyruvat till oxaloacetat (OA); 3 - omvandlingen av OA till malat eller aspartat; 4 - transport av aspartat och malat från mitokondrier till cytosol; 5 - transformationen av aspartat och malat i OA; 6 - omvandlingen av OA till fosfoenolpyruvat.

flödes i cytosolen upp till bildningen av fruktos-1,6-bisfosfat och katalyseras av glykolytiska enzymer.

Det bör noteras att denna förbikoppling av glukoneogenes kräver konsumtion av två molekyler med hög energibindningar (ATP och GTP) per en molekyl av den ursprungliga substansen, pyruvat. När det gäller syntesen av en glukosmolekyl från två pyruvatmolekyler är konsumtionen 2 mol ATP och 2 mol GTP eller 4 mol ATP (för enkelhets skull är det föreslagna att energiförbrukningen för syntesen av ATP och GTP är lika).

Hydrolys av fruktos-1,6-bisfosfat och glukos-6-fosfat

Avlägsnandet av fosfatgruppen från fruktos-1,6-bisfosfat och glukos-6-fosfat är också en irreversibel reaktion av glukoneogenes. Under glykolys katalyserar dessa reaktioner specifika kinaser med användning av ATP-energi. Vid glukoneogenes fortsätter de utan ATP och ADP: s deltagande och accelereras inte av kinaser, utan av fosfataser, enzymer som hör till klassen hydrolaser. Enzymerna fruktos-1,6-bisfosfatas och glukos-6-fosfatas katalyserar avlägsnandet av fosfatgruppen från fruktos-1,6-bisfosfat och glukos-6-fosfat. Därefter lämnar den fria glukosen cellen in i blodomloppet.

Så i levern finns det 4 enzymer som endast deltar i glukoneogenes och katalyserar bypassreaktioner av de irreversibla stadierna av glykolys. Dessa är pyruvatkarboxylas, fosfoenolpyruvatkarboxykinas, fruktos-1,6-bisfosfatas och glukos-6-fosfatas.

Energibalans av glukoneogenes från pyruvat

Under denna process konsumeras 6 mol ATP för syntesen av 1 mol glukos från 2 mol pyruvat. Fyra mol ATP konsumeras vid syntessteget av fosfoenolpyruvat från oxaloacetat och ytterligare 2 mol ATP vid stadierna av bildningen av 1,3-bisfosfoglycerat från 3-fosfoglycerat.

Det totala resultatet av pyruvat glukoneogenes uttrycks av följande ekvation: 2 Pyruvat + 4 ATP + 2 GTP + 2 (NADH + H +) + 4 H₂0 → Glukos + 4 ADP + 2 GDF + 6 H₃PO₄ + 2 NAD +

Syntes av glukos från laktat

Laktat bildat i anaerob glykolys är inte slutprodukten av metabolism. Användningen av laktat är förknippad med dess omvandling i levern till pyruvat. Laktat som pyruvatkälla är viktigt inte så mycket under fasta som i kroppens normala funktion. Dess omvandling till pyruvat och dess vidare användning är ett sätt att använda laktat.

Laktat bildat i intensivt arbetande muskler eller i celler med den övervägande anaeroba metoden för glukoskatabolism går in i blodet och sedan in i levern. I levern är NADH / NAD + förhållandet lägre än i den kontraherande muskeln, därför fortsätter laktatdehydrogenasreaktionen i motsatt riktning, d.v.s. mot bildandet av pyruvat från laktat. Därefter är pyruvat involverat i glukoneogenes och den resulterande glukosen kommer in i blodet och absorberas av skelettmuskler. Denna sekvens av händelser kallas "glukos-laktatcykeln" eller "Cory-cykeln". Corey-cykeln utför 2 väsentliga funktioner: 1 - tillhandahåller användningen av laktat; 2 - förhindrar ackumulering av laktat och som en konsekvens en farlig minskning av pH (mjölksyraacidos).

Cory-cykeln (glukos-laktatcykeln). 1 - inträde av laugat från den kontraherande muskeln med blodflöde till levern; 2 - glukossyntes från laktat i levern; 3 - flödet av glukos från levern med blodflödet till arbetsmuskeln; 4 - användningen av glukos som ett energisubstrat av kontraherande muskeln och bildandet av laktat.

En del av pyruvat bildad från laktat oxideras av levern till CO₂ och H₂A. Oxidationsenergin kan användas för att syntetisera ATP, vilket är nödvändigt för glukoneogenesreaktioner.

Laktinsyraos. Termen "acidos" avser en ökning i kroppsmediums surhet (minskning i pH) till värden utanför det normala intervallet. Vid acidos ökar antingen protonproduktionen eller deras utsöndring minskar (i vissa fall båda). Metabolisk acidos uppträder med en ökning av koncentrationen av intermediära metaboliska produkter (sura) på grund av en ökning av syntesen eller minskning av sönderdelning eller utsöndring. Vid överträdelse av kroppens syrabasstatus aktiveras buffertkompensationssystem snabbt (efter 10-15 minuter). Lungkompensation ger stabilisering av förhållandet NSO₃ - / H₂CO₃, som normalt motsvarar 1:20, och minskar med acidos. Lungkompensation uppnås genom att öka ventilationsvolymen och därmed påskynda avlägsnandet av CO₂ från kroppen. Huvudrollen i kompensering för acidos spelas emellertid av njurmekanismer med ammoniakbuffert (se avsnitt 9). En av orsakerna till metabolisk acidos kan vara ackumulering av mjölksyra. Normalt omvandlas laktat i levern till glukos genom glukoneogenes eller oxideras. Förutom lever, njure och hjärtmuskler, där laktat kan oxideras till CO, är en annan laktatkonsument.₂ och H₂Åh och användas som en energikälla, särskilt under fysiskt arbete.

Blodlaktatnivån är resultatet av balansen mellan processerna för dess bildning och utnyttjande. Kortsiktig kompenserad mjölksyraos är ganska vanlig även hos friska människor med intensivt muskulärarbete. I otränade människor uppstår mjölksyraosion under fysiskt arbete som en följd av den relativa syrebristen i musklerna och utvecklas ganska snabbt. Kompensation utförs genom hyperventilering.

Med okompenserad mjölksyraos ökar innehållet av laktat i blodet till 5 mmol / l (normalt upp till 2 mmol / l). I detta fall kan blodets pH vara 7,25 eller mindre (normalt 7,36-7,44).

En ökning av blodlaktat kan bero på en överträdelse av pyruvatmetabolism.

Störningar av pyruvatmetabolism vid mjölksyraosion.

1 - försämrad användning av pyruvat i glukoneogenes;

2 - försämrad pyruvatoxidation.

Sålunda minskar aktiviteten hos pyruvat-dehydrogenas-komplexet under hypoxi, som härrör från en störning av tillförseln av vävnader med syre eller blod, och den oxidativa dekarboxyleringen av pyruvat minskar. Under dessa förhållanden förskjuts jämviktsreaktionen av pyruvatsproduktlaktat mot bildningen av laktat. Vidare minskar ATP-syntesen under hypoxi, vilket följaktligen leder till en minskning av glukoneogenesens hastighet, ett annat sätt att utnyttja laktat. En ökning av laktatkoncentrationen och en minskning av intracellulärt pH påverkar aktiviteten av alla enzymer, inklusive pyruvatkarboxylas, som katalyserar den initiala glukoneogenesreaktionen.

Överträdelser av glukoneogenes vid leverfel i olika ursprung bidrar också till förekomst av mjölksyraos. Dessutom kan hypovitaminos B åtföljas av mjölksyraosion.₁, Som derivat av detta vitamin (tiamindifosfat) utförs en koenzymfunktion som en del av MPC vid oxidativ dekarboxylering av pyruvat. Tiaminbrist kan förekomma, till exempel hos alkoholister med nedsatt diet.

Så, orsakerna till ackumulering av mjölksyra och utvecklingen av mjölksyraos kan vara:

aktivering av anaerob glykolys på grund av vävnadshypoxi med olika ursprung

leverskador (giftiga dystrofier, cirros, etc.);

brott mot användningen av laktat på grund av ärftliga defekter av glukoneogenesenzymer, brist på glukos-6-fosfatas;

Brott mot MPC på grund av defekter i enzymer eller hypovitaminos;

användningen av ett antal droger, såsom biguanider (glukoneogeneseblockerare som används vid behandling av diabetes mellitus).