Gluck ist ein Profi (aus dem Griechischen. Glykys - süß), Traubenzucker, Traubenzucker; Kohlenhydrat, das häufigste in der Natur; bezieht sich auf Hexosen, d. h. Monosaccharide mit 6 Kohlenstoffatomen. Farblose Kristalle, tpl 146,5 ° C Gut löslich in Wasser. Glucoselösung enthält Moleküle in a-Form und b-Form; Ein Gleichgewicht wird erreicht, wenn das Verhältnis dieser Formen 37% und 63% beträgt. Glukose ist optisch aktiv, dreht den polarisierten Strahl nach rechts. a-Glucose ist ein notwendiger Bestandteil aller lebenden Organismen, von Viren bis zu höheren Pflanzen und Wirbeltieren (einschließlich Menschen); Es ist Bestandteil verschiedener Verbindungen, von Saccharose, Cellulose und Stärke bis hin zu bestimmten Glycoproteinen und viraler Ribonukleinsäure. Für eine Reihe von Bakterien ist Glukose die einzige Energiequelle. Glukose ist an vielen Stoffwechselreaktionen beteiligt.
Der menschliche Blutzuckergehalt beträgt etwa 100 mg%, er wird durch den neurohumoralen Weg reguliert (vgl. Kohlenhydratstoffwechsel). Eine Abnahme des Glukosegehalts (siehe Hypoglykämie) auf 40 mg% führt zu einer drastischen Störung des Zentralnervensystems. Die hauptsächlichen Verwendungsmöglichkeiten von Glukose im Körper sind: anaerobe Umwandlungen, begleitet von ATP-Synthese (vgl. Adenosinphosphorsäure) und enden mit der Bildung von Milchsäure (siehe Glykolyse); Glykogen-Synthese; aerobe Oxidation zu Gluconsäure unter der Wirkung des Enzyms Glucoseoxidase (das Verfahren ist bei einigen Mikroorganismen, die es zur Energiegewinnung verwenden, inhärent, fließt unter Absorption von Sauerstoff in der Luft); Umwandlungen in Pentosen und anderen einfachen Zuckern (Pentose-Phosphat-Zyklus). Bei voller enzymatischer Oxidation von Glucose zu CO2 und H2O Energie wird freigesetzt: C6H12O6 + 6O2 ® 6CO2 + 6H2O + 686 kcal / mol, von denen ein Großteil von ATP-Verbindungen mit hohem Energieaufkommen akkumuliert wird. Die Synthese von Glukose aus anorganischen Bestandteilen ist der umgekehrte Prozess und wird von Pflanzen und einigen Bakterien durchgeführt, die die Energie des Sonnenlichts (Photosynthese) und chemische oxidative Reaktionen (Chemosynthese) nutzen.
In der Industrie wird Glukose durch Stärkehydrolyse hergestellt. Es wird in der Süßwarenindustrie verwendet; als Heilmittel - in der Medizin.
Für medizinische Zwecke verwenden sie Glukose in Pulvern und Tabletten sowie isotonische (4,5–5%) und hypertonische (10–40%) Glukoselösungen. Isotonische Lösungen werden verwendet (subkutan und in Einläufe injiziert), um den Körper mit Flüssigkeit aufzufüllen; Sie sind auch eine Quelle von leicht verdaulichem Nährstoff. Mit der Einführung hypertonischer Lösungen (intravenös) steigt der osmotische Druck des Blutes an, die Stoffwechselprozesse werden verbessert, die antitoxische Funktion der Leber wird verbessert, die kontraktile Aktivität des Herzmuskels wird erhöht, die Gefäße werden erweitert und der Urin wird erhöht. Glukoselösungen werden bei Infektionskrankheiten, Herzerkrankungen, verschiedenen Vergiftungen usw. verwendet, oft in Kombination mit Ascorbinsäure.
Die Hauptbestandteile von Lebensmitteln
Es gibt drei Hauptbereiche für die Verwendung von Glukose im Körper:
Glukose wird zur Energiegewinnung oxidiert;
Wenn die Glukosemenge die für Energie benötigte Menge übersteigt, wird sie in Muskel- und Leberglykogen umgewandelt.
Wenn das Glykogendepot gesättigt ist, wird Glukose in Fette umgewandelt, die sich in Fettzellen ablagern. [11.-C.13]
Für den Menschen ist Wasser als Medium für eine Reihe von Funktionen notwendig: Verdauung, Absorption und Transport von Nährstoffen durch den Gastrointestinaltrakt und das Kreislaufsystem; Auflösung von Stoffwechselprodukten und deren Ausscheidung mit Urin; Bereitstellung der Umwelt. Unter Beteiligung von Wasser werden alle biochemischen Reaktionen durchgeführt; Übertragung elektrischer Signale zwischen Zellen; Regulierung der Körpertemperatur (der Körper kühlt ab, wenn Wasser verdampft); die Bildung der Umgebung - Schmiermittel zum Bewegen und Reiben von Körperteilen wie Gelenken; den Körper mit wasserlöslichen Nährstoffen versorgen. Überschüssiges Wasser mit einer normalen Elektrolytmenge wird mit dem Urin und Schweiß ausgeschieden. Der Wassermangel im Körper ist sehr schnell spürbar. Das erste Symptom ist ein Durstgefühl, das zweite ist eine Verringerung der Menge oder der vollständige Einstellung des Harns.
Die wichtigste biologische Rolle von Nahrungsmitteln besteht darin, den Körper mit Energie zu versorgen.
Nahrungsenergie wird ausgegeben für:
Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur;
die Implementierung aller biologischen Funktionen und biochemischen Prozesse;
auf die Leistung der Muskeln der mechanischen Arbeit;
Verdauung und Assimilation von Lebensmitteln.
Die wichtigsten essentiellen Nährstoffe sind Vitamine - niedermolekulare organische Verbindungen, die für die Umsetzung der Mechanismen der enzymatischen Katalyse, des normalen Stoffwechsels, der Aufrechterhaltung der Homöostase und der biochemischen Unterstützung aller lebenswichtigen Funktionen des Körpers erforderlich sind. Vitamine sind an der Funktion von Enzymen beteiligt. Eine unzureichende Einnahme des einen oder anderen Vitamins mit der Nahrung führt zu einem Mangel im Körper und zur Entwicklung der entsprechenden Erkrankung des Vitaminmangels, die auf Verletzungen der biochemischen Prozesse beruht, die von diesem Vitamin abhängen. Vitamin- und Spurenelementmangel werden auch als „versteckter Hunger“ bezeichnet, da er sich lange Zeit nicht klinisch manifestiert. Der Mangel an jedem Vitamin kann zu schweren Stoffwechselstörungen führen. Schwangerschaften, säugende Frauen und Kinder in kritischen Entwicklungsphasen sowie Kinder, die in sozial benachteiligten Verhältnissen aufwachsen und durch wiederholte Erkrankungen geschwächt werden, sind am stärksten von der Entwicklung eines mangelhaften Zustands betroffen.
Wenn der Körper lange Zeit nicht die entsprechende Menge an Vitaminen erhält, tritt ein Vitaminmangel mit einer bestimmten klinischen Manifestation auf und erhöht sich in der Folge. Vitaminmangel kann bei jedem Ausgangsniveau aufhören. Wenn jedoch der vorherrschende Verzehr von Vitaminen gegenüber ihrer Einnahme fortbesteht, werden die Manifestationen eines Vitaminmangels natürlich fortschreiten. Normalerweise gibt es zwei Grade von Vitaminmangel: Avitaminose und Hypovitaminose.
Unter Avitaminose versteht man einen tiefen Mangel des einen oder anderen Vitamins mit einem entwickelten klinischen Bild eines Mangelzustands: bei Vitamin C-Mangel - Skorbut, Vitamin D - Rachitis, Vitamin B1 - Beriberi, Vitamin PP - Pellagra, Vitamin B12 - perniziöser Anämie.
Bei erhöhter Aufnahme in den Körper oder bei Verletzung der Ausscheidung (Lebererkrankung, Niere) wird ein Überschuss an Vitaminen beobachtet. Am häufigsten wird Hypervitaminose mit unbegrenztem (gedankenlosem) Verzehr von Vitaminen, Nahrungsergänzungsmitteln, angereicherten Lebensmitteln und längerem Gebrauch von Phantasiediäten beobachtet.
Möglichkeiten, Glukose im Körper zu verwenden
Glukose ist die Hauptmetabolit- und Transportform von Kohlenhydraten bei Mensch und Tier. Glukosequellen sind Nahrungskohlenhydrate, Gewebeglykogen und der Prozess der Glukoneogenese in der Leber und der kortikalen Substanz der Nieren. Um Glukose in den Stoffwechsel einzubauen, muss sie zu Glukose-6-phosphat (G-6-F) phosphoryliert werden, das dann über verschiedene Stoffwechselwege umgewandelt werden kann. In Abb. 17.1. Die Hauptpfade des Glukosestoffwechsels werden vorgestellt.
Glykolyse
Die Glykolyse ist der Hauptweg des Katabolismus von Glukose durch aufeinanderfolgende enzymatische Umwandlungen zu Laktat (ohne Sauerstoffverbrauch - anaerobe Glykolyse) oder durch oxidative Decarboxylierung von Pyruvat zu CO2 und H2O (in Gegenwart von Sauerstoff - aerober Glykolyse).
Der Prozess der aeroben Glykolyse umfasst mehrere Stufen:
1. Aerobe Glykolyse - der Prozess der Glucoseoxidation unter Bildung von zwei Molekülen Pyruvat;
2. Der allgemeine Weg des Katabolismus, einschließlich der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat zu Acetyl-CoA und seiner weiteren Oxidation im Tricarbonsäurezyklus;
3. Kette der Gewebeatmung, gekoppelt mit Dehydrierungsreaktionen, die bei der Glukosezersetzung auftreten.
Die Gesamtausbeute an ATP bei der Oxidation von 1 Mol Glucose zu CO2 und H2O ist 38 Mol.
Abb. 17.-1. Allgemeines Schema des Glukosestoffwechsels.
1 - aerobe Glykolyse; 2 - anaerobe Glykolyse; 3 - alkoholische Gärung; 4 - Pentosephosphatweg; 5 - Glykogensynthese; 6 - Glykogenabbau; 7 - Gluconeogenese.
Die anaerobe Glykolyse ist das Aufspalten von Glukose unter Bildung von Laktat als Endprodukt. Dieser Prozess läuft ohne Verwendung von Sauerstoff ab und ist daher nicht von der Arbeit des mitochondrialen Netzwerks abhängig. ATP wird hier durch Substratphosphorylierungsreaktionen gebildet. Der Rest an ATP während der anaeroben Glykolyse beträgt 2 Mol pro 1 Mol Glucose.
Die aerobe Glykolyse tritt in vielen Organen und Geweben auf und dient als wichtigste, wenn auch nicht einzige Energiequelle für die Vitalaktivität.
Die Glykolyse kann neben der Energiefunktion auch anabole Funktionen erfüllen. Glykolyse-Metaboliten werden zur Synthese neuer Verbindungen verwendet. So sind Fruktose-6-phosphat und Glyceraldehyd-3-phosphat an der Bildung von Ribose-5-phosphat beteiligt - einem strukturellen Bestandteil von Nukleotiden. 3-Phosphoglycerat kann in die Synthese von Aminosäuren wie Serin, Glycin, Cystein einbezogen werden. Im Leber- und Fettgewebe wird Acetyl-CoA, das aus Pyruvat gebildet wird, als Substrat bei der Biosynthese von Fettsäuren und Cholesterin verwendet.
Die anaerobe Glykolyse wird bei intensiver Muskelarbeit in den Muskeln aktiviert, kommt in Erythrozyten vor (es fehlt ihnen an Mitochondrien) sowie bei verschiedenen Bedingungen mit eingeschränkter Sauerstoffzufuhr (Spasmen und Thrombosen von Blutgefäßen, Bildung atherosklerotischer Plaques).
Pentose-Phosphat-Weg (PPP)
PFP, auch Hexosemonophosphat-Shunt genannt, dient als Alternative durch Oxidation von Glucose-6-phosphat. Laut PFP werden bis zu 33% der gesamten Glukose in der Leber, bis zu 20% im Fettgewebe, bis zu 10% in Erythrozyten und weniger als 1% im Muskelgewebe metabolisiert. Das aktivste PPP tritt in Fettgewebe, Leber, Nebennierenrinde, roten Blutkörperchen, Brustdrüsen während der Laktation, Hoden auf. PFP besteht aus 2 Phasen (Teilen) - oxidierend und nicht oxidierend.
In der oxidativen Phase wird Glucose-6-phosphat irreversibel zu Pentose-Ribulose-5-phosphat oxidiert und es wird reduziertes NADPH gebildet.2. In der nichtoxidativen Phase wird Ribulose-5-phosphat reversibel in Ribose-5-phosphat, Glykolyse-Metaboliten und andere phosphorylierte Zucker umgewandelt.
Biologische Rolle der TFG:
1. Stunden wiederhergestellt NADPH2 zur regenerativen Biosynthese (Fettsäuren, Cholesterin usw.).
2. Synthese von Pentosephosphaten zur Bildung von Nukleinsäuren und einigen Coenzymen.
3. Synthese von Monosacchariden mit der Anzahl der Kohlenstoffatome von 3 bis 8.
4. Neutralisierung von Xenobiotika - NADPH ist notwendig2.
5. In Pflanzen - Beteiligung an der dunklen Phase der Photosynthese als CO-Akzeptor2.
PFP führt nicht zur Synthese von ATP, d. H. Es erfüllt nicht die Energiefunktion.
Glukoneogenese (GNG)
Die Glukoneogenese ist die Synthese von Glukose aus Vorstufen von Nichtkohlenhydraten. Die Hauptfunktion von GNG ist die Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels während längerem Fasten und intensiver körperlicher Anstrengung. Der Prozess findet hauptsächlich in der Leber und weniger intensiv in der kortikalen Substanz der Nieren sowie in der Darmschleimhaut statt. Diese Gewebe können pro Tag 80–100 g Glukose produzieren.
Die primären Substrate (Vorläufer) in GNG sind Laktat, Glycerin und die meisten Aminosäuren. Die Aufnahme dieser Substrate in GNG hängt vom physiologischen Zustand des Organismus ab.
Laktat - ein Produkt der anaeroben Glykolyse, wird in den arbeitenden Muskeln und kontinuierlich in roten Blutkörperchen gebildet. Daher wird Laktat kontinuierlich in GNG verwendet. Glycerin wird während der Hydrolyse von Fett im Fettgewebe während der Hungerperiode oder bei längerer körperlicher Anstrengung freigesetzt. Aminosäuren entstehen durch den Abbau von Muskelproteinen und werden in GNG bei längerem Fasten oder längerer Muskelarbeit durchgeführt. Aminosäuren, die nach Katabolisierung zu Pyruvat oder Metaboliten des Tricarbonsäurezyklus umgewandelt werden, können als potentielle Vorläufer von Glukose betrachtet werden und werden als glykogen bezeichnet.
Von allen Aminosäuren, die in die Leber gelangen, besteht etwa 30% aus Alanin. Dies liegt daran, dass der Abbau von Muskelproteinen Aminosäuren produziert, von denen viele sofort in Pyruvat oder zuerst in Oxalacetat und dann in Pyruvat umgewandelt werden. Letzteres wird in Alanin umgewandelt und erhält eine Aminogruppe von anderen Aminosäuren. Alanin aus den Muskeln wird durch das Blut in die Leber befördert, wo es wieder in Pyruvat umgewandelt wird, das teilweise oxidiert und teilweise in das GNG eingebaut wird. Eine solche Sequenz von Transformationen führt zur Bildung eines Glucose-Alanin-Zyklus.
Abb. 17.2. Glucose-Alanin-Zyklus.
Glucuronsäure-Pfad
Der Glukoseanteil, der auf dem Weg der Glucuronsäure in den Stoffwechsel umgelenkt wird, ist im Vergleich zu einer großen Menge Glukuronsäure, die im Prozess der Glykolyse oder der Glykogensynthese gespalten wird, sehr gering. Die Produkte dieses sekundären Pfades sind jedoch für den Körper unerlässlich.
UDF-Glucuronat hilft dabei, einige Fremdstoffe und Medikamente zu neutralisieren. Darüber hinaus dient es als Vorläufer der D-Glucuronat-Reste in den Molekülen der Hyaluronsäure und des Heparins. Ascorbinsäure (Vitamin C) wird bei Menschen, Meerschweinchen und einigen Affenarten nicht synthetisiert, da ihnen das Enzym Gulonacton-Oxidase fehlt. Diese Arten sollten alles Vitamin C erhalten, das sie aus der Nahrung benötigen.
Aerobe Zersetzung von Glukose.
Glykogen-Synthese
Glukose, die zur Synthese von Glykogen verwendet wird, ist voraktiviert.
Schematisch kann die Aktivierung von Glukose wie folgt dargestellt werden:
+ ATP + UTP
GlGl-6-f Gl-1-f Gl-1-UDF
- ADF - FF
Die Synthese von Glykogen erfolgt durch Anhängen der entstehenden UDP-Glucose an die äußeren Ketten der in den Leberzellen vorhandenen Glykogenmoleküle, was "Priming" genannt wird. In diesem Fall sind nur Glucosereste im Glykogenmolekül enthalten. Durch die wiederholte Zugabe von Glucoseresten werden die äußeren Ketten verlängert und verzweigt, was zu einer deutlichen Vergrößerung der Glykogenmoleküle führt.
Die UDP-Moleküle, die während des Glykogen-Synthesevorgangs freigesetzt werden, reagieren mit ATP und wandeln sich wieder in UTP um:
UDF + ATP UTP + ADF
Daher ist ATP die Energiequelle für die Glykogensynthese und UTP fungiert als Energieträger.
Aufgrund der Synthese reichert sich Glykogen in der Leber an und seine Konzentration kann 5-6% erreichen. Die Umwandlung von Glukose in Glykogen in der Leber verhindert einen starken Anstieg des Blutgehalts während der Mahlzeit.
Die Glykogensynthese aus Glukose findet auch in den Muskeln statt, aber ihre Konzentration in ihnen übersteigt 2-3% nicht. Die Bildung von Glykogen in den Muskeln trägt zu einer Hyperglykämie bei Nahrungsmitteln bei.
Die Synthese von Glykogen wird durch das Hormon Monosulin beschleunigt.
Glykogenabbau
Zwischen den Mahlzeiten wird das Leberglykogen abgebaut und in Glukose umgewandelt, die ins Blut gelangt. Dieser Zerfall ist mit der Beteiligung von Phosphorsäure verbunden und wird als Phosphorolyse bezeichnet. Unter Einwirkung von Phosphorsäure werden Glucosereste in Form von Glucose-1-phosphat sukzessive von den äußeren Ketten von Glykogen abgespalten. Volles Glykogen bricht nicht zusammen. Die verbleibenden kleinen Glykogenmoleküle dienen während seiner Synthese aus Glukose als "Keim".
Die Phosphorolyse von Glykogen verläuft nach folgender Gleichung:
Original Glykogen Glykogen- "Samen"
Gl-1-f Gl-6-f Glukose + N3Ro4
Der Abbau von Glykogen in der Leber zu Glukose wird oft als Glucogenese bezeichnet und wird durch die Hormone Glucagon und Adrenalin beschleunigt.
Aufgrund des Flusses von zwei entgegengesetzten Prozessen in der Leber: Durch die Synthese von Glykogen aus Glukose und dessen Zersetzung in Glukose ändert sich die Konzentration im Blut nur in einem kleinen Bereich. Daher versorgt das Blut alle Organe ständig mit Glukose.
In den Muskeln wird normalerweise der Abbau von Glykogen bei körperlicher Arbeit beobachtet. Hier wird jedoch keine freie Glukose gebildet, da in den Muskelzellen kein Enzym vorhanden ist, das die Hydrolyse von Glukose-6-phosphat verursacht. Glucose-1-phosphat und Glucose-6-phosphat können aufgrund des Vorhandenseins von Phosphat-Resten durch die Wand von Muskelzellen nicht passieren und daher fließen alle weiteren Umwandlungen dieser Verbindungen direkt in die Muskeln und dienen dazu, diese mit Energie zu versorgen.
Der Abbau von Glykogen in den Muskeln stimuliert das Hormon Adrenalin, das nur während der Muskelarbeit in das Blut freigesetzt wird.
Kohlenhydratkatabolismus
Die Verwendung von Glukose im Körper erfolgt auf zwei Arten:
· Die meisten Kohlenhydrate (90-95%) werden entlang des Hexodiphosphatpfads (GDF-Pfads) abgebaut, der die Hauptenergiequelle für den Körper ist.
· Ein unbedeutender Teil der Glukose (5-10%) zerfällt entlang des Hexonmonophosphat-Weges (GMP-Weg), der einen anabolen Zweck hat und verschiedene Synthesen mit Ribose und Wasserstoff in Form von NADPH bereitstellt2
Der GDF-Weg kann aerob und aerob sein.Der aerobe GDF-Weg funktioniert kontinuierlich und ein anaerober Abbau von Kohlenhydraten wird nur bei erhöhtem Energiebedarf der Zellen beobachtet, hauptsächlich in der Skelettmuskulatur.
Aerobe Zersetzung von Glukose.
Der aerobe Abbau von Kohlenhydraten über den BIP-Weg ist ein komplexer, mehrstufiger Prozess, der Dutzende von Zwischenreaktionen umfasst, die schließlich zur Bildung von Kohlendioxid und Wasser unter Freisetzung großer Energiemengen führen. Dieser Prozess kann in drei aufeinanderfolgende Stufen unterteilt werden.
Die erste Stufe des GDP-Weges verläuft im Zytoplasma von Zellen. In diesem Stadium wird Glukose in Brenztraubensäure (Pyruvat) umgewandelt, die oft als Glykolyse bezeichnet wird.
In der ersten Stufe geht Glukose durch Wechselwirkung mit ATP in die aktive Form - Glukose-6-phosphat:
Dies ist die einzige Reaktion, die Glukose im Körper durchläuft. Daher beginnen alle Glukosetransformationen im Körper mit der Bildung von Glukose-6-phosphat. Weiterhin geht Glukose-6-phosphat in verschiedene Wege des Glukosestoffwechsels ein.
Während der aeroben Oxidation wird Glucose unter Freisetzung einer großen Energiemenge in Endprodukte - Kohlendioxid und Wasser - umgewandelt, durch die 36-38 ATP-Moleküle pro Glucosemolekül synthetisiert werden.
Die letzte Gleichung des aeroben Glukose-GDF-Wegs
Ein wichtiger Schritt bei der aeroben Zersetzung von Glukose ist der Krebs-Zyklus, in dem das Acetyl-Coenzym A zu CO oxidiert wird2 und H2Etwa mit der Freisetzung einer großen Energiemenge, wodurch sehr viel ATP synthetisiert wird
194.48.155.245 © studopedia.ru ist nicht der Autor der veröffentlichten Materialien. Bietet jedoch die Möglichkeit der kostenlosen Nutzung. Gibt es eine Urheberrechtsverletzung? Schreiben Sie uns | Rückkopplung.
AdBlock deaktivieren!
und aktualisieren Sie die Seite (F5)
sehr notwendig
Glukose als wichtigster Metabolit des Kohlenhydratstoffwechsels. Allgemeines Schema der Quellen und Wege des Glukoseverbrauchs im Körper.
Das häufigste tierische Kohlenhydrat ist Glukose. In Form von Glukose gelangen die meisten Kohlenhydrate der Nahrung ins Blut. Kohlenhydrate in der Leber werden in Glukose umgewandelt, wenn alle anderen Kohlenhydrate aus Glukose gebildet werden können. Glucose wird als Hauptbrennstoff in Säugetiergeweben verwendet. Somit spielt es die Rolle eines Bindemittels zwischen den Energie- und Kunststofffunktionen von Kohlenhydraten. Die Quelle der Kohlenhydrate des Körpers sind Kohlenhydrate der Nahrung - hauptsächlich Stärke und Glykogen sowie Saccharose und Laktose. Darüber hinaus kann Glukose im Körper sowohl aus Aminosäuren als auch aus Glyzerin gebildet werden, das Teil des Fetts ist.
Die Hauptquellen für Glukose sind: - Nahrungsmittel
- Abbau von Glykogen-Hintergrundpolysaccharid
- Glucosesynthese aus Nichtkohlenhydratvorläufern (hauptsächlich aus glykogenen Aminosäuren) - Gluconeogenese.
Hauptarten des Glukoseverbrauchs:
1) die Bildung von Energie bei der aeroben und anaeroben Oxidation von Glukose
2) Umwandlung in andere Monosaccharide
3) Umwandlung in Glykogen und Heteropolysaccharide
4) Umwandlung in Fett, einige Aminosäuren usw.
49. Die aerobe Zersetzung ist der Hauptweg für den Katabolismus von Glukose bei Menschen und anderen aeroben Organismen. Die Reaktionsfolge zur Bildung von Pyruvat (aerobe Glykolyse).
Die Verteilung und physiologische Bedeutung des aeroben Glukoseabbaus. Verwendung von Glukose zur Synthese von Fetten in der Leber und im Fettgewebe.
Wo soll ich anfangen? Es gibt zwei Möglichkeiten, wie ein aerober Abbau von Glukose erfolgen kann. Dichotomischer und Pentophosphat-Weg.
Warum ist das nötig? Der dichotome Pfad versorgt Zelle 38 mit einem ATP-Molekül als Ergebnis von drei Stufen. Die erste, die Glykolyse, findet im Zytosol statt, der Rest in den Mitochondrien.
Die zweite ist interessanter, als Ergebnis ergibt sich:
Gebildetes NADP + N, das über die Synthese von Fettsäuren und Steroiden sowie 3-Phosphoglyceraldehyd, über die Synthese von Lipiden geht. Freue dich!
Anaerober Abbau von Glukose (anaerobe Glykolyse). Glykolytische Oxidation, Pyruvat als Wasserstoffakzeptor. Substratphosphorylierung. Die Verteilung und physiologische Bedeutung dieses Weges der Glukosezersetzung.
In bestimmten Situationen erfüllt die Sauerstoffversorgung des Gewebes möglicherweise nicht ihren Bedarf. Zum Beispiel können Herzkontraktionen in den Anfangsstadien intensiver Muskelarbeit unter Stress möglicherweise nicht die gewünschte Frequenz erreichen, und der Muskelbedarf an Sauerstoff für den aeroben Abbau von Glukose ist hoch. In solchen Fällen wird ein Prozess gestartet, der ohne Sauerstoff abläuft und mit der Bildung von Lactat aus Brenztraubensäure endet. Dieser Vorgang wird als anaerobe Desintegration oder anaerobe Glykolyse bezeichnet. Der anaerobe Glukosezerfall ist nicht energieeffizient, aber dieser Prozess kann die einzige Energiequelle für die Muskelzelle sein.
Die anaerobe Glykolyse bezieht sich auf das Aufspalten von Glukose unter Bildung von Laktat als Endprodukt. Dieser Prozess läuft ohne Verwendung von Sauerstoff ab und ist daher nicht von der Arbeit der mitochondrialen Atmungskette abhängig. ATP wird durch Substratphosphorylierungsreaktionen gebildet. Gesamtprozessgleichung:
Bei der anaeroben Glykolyse finden alle 10 Reaktionen, die mit der aeroben Glykolyse identisch sind, im Zytosol statt. Nur die 11. Reaktion, bei der Pyruvat durch cytosolisches NADH wiederhergestellt wird, ist für die anaerobe Glykolyse spezifisch. Die Reduktion von Pyruvat zu Lactat wird durch Lactatdehydrogenase katalysiert (die Reaktion ist reversibel und das Enzym wird nach der Rückreaktion benannt). Diese Reaktion gewährleistet die Regeneration von NAD + aus NADH ohne Beteiligung der mitochondrialen Atmungskette in Situationen, in denen die Zellen nicht ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden. Die Rolle des Wasserstoffakzeptors von NADH (wie Sauerstoff in der Atmungskette) wird von Pyruvat übernommen. Die Bedeutung der Pyruvat-Reduktionsreaktion liegt also nicht in der Laktatbildung, sondern in der Tatsache, dass diese zytosolische Reaktion die Regeneration von NAD + gewährleistet. Darüber hinaus ist Laktat nicht das Endprodukt des Stoffwechsels, das aus dem Körper entfernt wird. Diese Substanz wird im Blut eliminiert und verwertet, wandelt sich in der Leber in Glukose um, oder wenn Sauerstoff verfügbar ist, wird sie in Pyruvat umgewandelt, das in den allgemeinen Katabolismuspfad eintritt und zu CO oxidiert.2 und H2O.
Substratphosphorylierung, da sie Teil des Stoffwechselweges ist ("Substratkette"). Ihre Besonderheit wird von löslichen Enzymen katalysiert. Diese Methode steht im Zusammenhang mit der Übertragung von hochenergetischem Phosphat oder der Energie der hochenergetischen Bindung eines Stoffes (Substrats) an ADP. Zu diesen Substanzen gehören Glykolyse-Metaboliten (1,3-Diphosphoglycerinsäure, Phosphoenolpyruvat), Tricarbonsäurezyklus (Succinyl-SKOA) und Kreatinphosphat. Die Energie der Hydrolyse ihrer Hochenergiebindung ist in ATP höher als 7,3 kcal / mol, und die Rolle dieser Substanzen reduziert sich auf den Einsatz dieser Energie für die Phosphorylierung von ADP-Molekülen zu ATP. Unterschiede: unterschiedliche Energiequellen, für die Oxidation ist die Bewegung der Elektronen in der Atmungskette notwendig, für das Substrat ist die Energie einer makroergischen Bindung notwendig.
Verwendungsmöglichkeiten von Glukose in Zellen 11
1.5 Verwendungsmöglichkeiten von Glukose in Zellen
Glukose nimmt an mehreren Stoffwechselwegen als Substrat teil:
1. Es kann während der Glykolyse und den nachfolgenden Stoffwechselwegen oxidieren, wodurch die Zelle mit Energie versorgt wird.
2. Glucose dient als Substrat im Pentosephosphatweg.
3. In der Leber und in den Muskeln wird Glukose als Glykogen gespeichert. Dieser Vorgang wird als Glykogenogenese bezeichnet.
1.6 Glykolyse
Allgemeine Eigenschaften und Substrate
Der größte Teil der Glukose gelangt mit der Nahrung in den Körper (ein kleiner Teil wird in der Leber und in den Nieren synthetisiert) als Folge des Abbaus von Polysacchariden im Darm und der anschließenden Resorption von Monosacchariden. Außerdem wird Glukose aus dem Blutstrom unter Verwendung eines speziellen Proteinträgers, GLUT-Protein, in das Zytosol von Zellen übertragen. Im Zytosol der Zellen befinden sich Glykolyseenzyme.
Glykolyse (auch bekannt als Embden-Meyerhoff-Parnas-Pfad) ist ein Stoffwechselweg für die Oxidation von Glukose, während dessen zwei Moleküle Pyruvinsäure (Pyruvat; im aeroben Modus, dh in Gegenwart von Sauerstoff) oder Milchsäure ( Laktat (im anaeroben oder sauerstofffreien Modus). Freie Energie, die auf diesem Weg freigesetzt wird, wird verwendet, um in ATP makroergische Bindungen zu bilden. Die Glykolyse im aeroben Modus hat 10 enzymatische Reaktionen. Im anaeroben Modus tritt eine weitere 11. Reaktion auf.
Die Glykolyse kann in 2 Phasen unterteilt werden:
1. Phase 1 (Vorbereitungsphase): Während dieser Phase wird Glucose zweimal phosphoryliert und in zwei Glyceraldehyd-3-phosphat-Moleküle zerlegt. In diesem Stadium werden 2 ATP-Moleküle verbraucht.
2. Phase 2 (ATP-Bildungsphase): Zwei Glyceraldehyd-3-phosphat-Moleküle werden in Pyruvat umgewandelt, um 4 ATP und 2 NADH zu bilden, die in Gegenwart von Sauerstoff Elektronen in die Atmungskette überführen, um weitere 6 ATP-Moleküle zu bilden. In Abwesenheit von Sauerstoff ist NADH an der Reduktion von Pyruvat zu Laktat beteiligt, während es zu NAD + oxidiert.
Glukose als wichtigster Metabolit des Kohlenhydratstoffwechsels. Allgemeines Schema der Quellen und Wege des Glukoseverbrauchs im Körper.
Das häufigste tierische Kohlenhydrat ist Glukose. In Form von Glukose gelangen die meisten Kohlenhydrate der Nahrung ins Blut. Kohlenhydrate in der Leber werden in Glukose umgewandelt, wenn alle anderen Kohlenhydrate aus Glukose gebildet werden können. Glucose wird als Hauptbrennstoff in Säugetiergeweben verwendet. Somit spielt es die Rolle eines Bindemittels zwischen den Energie- und Kunststofffunktionen von Kohlenhydraten. Die Quelle der Kohlenhydrate des Körpers sind Kohlenhydrate der Nahrung - hauptsächlich Stärke und Glykogen sowie Saccharose und Laktose. Darüber hinaus kann Glukose im Körper sowohl aus Aminosäuren als auch aus Glyzerin gebildet werden, das Teil des Fetts ist.
Die Hauptquellen für Glukose sind: - Nahrungsmittel
- Abbau von Glykogen-Hintergrundpolysaccharid
- Glucosesynthese aus Nichtkohlenhydratvorläufern (hauptsächlich aus glykogenen Aminosäuren) - Gluconeogenese.
Hauptarten des Glukoseverbrauchs:
1) die Bildung von Energie bei der aeroben und anaeroben Oxidation von Glukose
2) Umwandlung in andere Monosaccharide
3) Umwandlung in Glykogen und Heteropolysaccharide
4) Umwandlung in Fett, einige Aminosäuren usw.
49. Die aerobe Zersetzung ist der Hauptweg für den Katabolismus von Glukose bei Menschen und anderen aeroben Organismen. Die Reaktionsfolge zur Bildung von Pyruvat (aerobe Glykolyse).
Das Schema der Verwendung von Glukose im Körper
Die Rolle des Kohlenhydratstoffwechsels. Glukosequellen und Verwendungsmöglichkeiten im Körper.
49. Ein vereinfachtes Schema der Hydrolyse von Stärke und Glykogen im tierischen Körper.
50. Glykolyse und ihre Hauptstadien Der Wert der Glykolyse.
Essenz, Gesamtreaktionen und Glykolyseeffizienz.
Die Rolle des Kohlenhydratstoffwechsels. Glukosequellen und Verwendungsmöglichkeiten im Körper.
Die Hauptrolle von Kohlenhydraten wird von ihrer Energiefunktion bestimmt.
Glukose (aus dem antiken griechischen γλυκύς süß) (C6H12O6) oder Traubenzucker ist eine weiße oder farblose, geruchlose Substanz, die einen süßen Geschmack hat und in Wasser löslich ist. Rohrzucker ist etwa 25% süßer als Glukose. Glukose ist das wichtigste Kohlenhydrat für eine Person. Bei Mensch und Tier ist Glukose die wichtigste und universellste Energiequelle, um Stoffwechselprozesse sicherzustellen. Glukose wird in Tieren in Form von Glykogen in Pflanzen abgelagert - in Form von Stärke.
Glukosequellen
Unter normalen Bedingungen sind Kohlenhydrate die Hauptquelle von Kohlenhydraten für den Menschen. Der tägliche Bedarf an Kohlenhydraten beträgt etwa 400 g. Beim Assimilieren von Nahrungsmitteln werden alle exogenen Kohlenhydratpolymere in Monomere gespalten, nur Monosaccharide und ihre Derivate werden in die innere Umgebung des Körpers freigesetzt.
Blutzucker ist eine direkte Energiequelle im Körper. Die Geschwindigkeit seiner Zersetzung und Oxidation sowie die Fähigkeit, schnell aus dem Depot zu extrahieren, sorgen für eine Notfallmobilisierung von Energieressourcen mit schnell steigenden Energiekosten bei emotionaler Erregung, bei intensiven Muskelbelastungen usw.
Der Glukosespiegel im Blut beträgt 3,3 bis 5,5 mmol / l (60 bis 100 mg%) und ist die wichtigste homöostatische Konstante des Organismus. Besonders empfindlich gegen Blutzuckersenkung (Hypoglykämie) ist das zentrale Nervensystem. Eine leichte Hypoglykämie äußert sich in allgemeiner Schwäche und Müdigkeit. Bei einer Abnahme des Blutzuckers auf 2,2–1,7 mmol / l (40–30 mg%) entwickeln sich Krämpfe, Delirium, Bewusstseinsverlust und vegetative Reaktionen: verstärktes Schwitzen, Veränderungen im Lumen der Hautgefäße usw. der Name "hypoglykämisches Koma". Durch die Einführung von Glukose in das Blut werden diese Störungen schnell beseitigt.
Energierolle von Glukose.
1. In Zellen wird Glukose als Energiequelle verwendet. Der Hauptteil der Glukose wird nach einer Reihe von Umwandlungen für die Synthese von ATP im Prozess der oxidativen Phosphorylierung aufgewendet. Über 90% der Kohlenhydrate werden während der Glykolyse zur Energiegewinnung verbraucht.
2. Ein zusätzlicher Weg zur Energieverwendung von Glukose - ohne Bildung von ATP. Dieser Weg wird Pentosephosphat genannt. In der Leber macht es etwa 30% der Glukoseumwandlung aus, in Fettzellen etwas mehr. Diese Energie wird für die Bildung von NADP verbraucht, das als Spender von Wasserstoff und Elektronen dient, die für synthetische Prozesse benötigt werden - die Bildung von Nukleinsäuren und Gallensäuren, Steroidhormonen.
3. Die Umwandlung von Glukose in Glykogen oder Fett findet in den Zellen der Leber und des Fettgewebes statt. Wenn die Kohlenhydratspeicher beispielsweise unter Stress niedrig sind, entwickelt sich die Gluneogenese - die Synthese von Glukose aus Aminosäuren und Glycerin.
Das Schema der Verwendung von Glukose im Körper
Der Stoffwechsel von Kohlenhydraten im menschlichen Körper besteht aus folgenden Prozessen:
1. Verdauung von mit Nahrungsmitteln versorgten Poly- und Disacchariden im Verdauungstrakt zu Monosacchariden, weitere Absorption von Monosacchariden aus dem Darm in das Blut.
2. Synthese und Abbau von Glykogen in Geweben (Glykogenese und Glykogenolyse), insbesondere in der Leber.
Glykogen ist die Hauptform der Glukoseablagerung in tierischen Zellen. In Pflanzen wird die gleiche Funktion von Stärke übernommen. Strukturell ist Glykogen wie Stärke ein verzweigtes Glucosepolymer. Glykogen ist jedoch verzweigter und kompakter. Die Verzweigung sorgt für eine schnelle Freisetzung, wenn Glykogen eine große Anzahl terminaler Monomere abbaut.
-ist die Hauptform der Glukosespeicherung in tierischen Zellen
-bildet eine Energiereserve, die bei Bedarf schnell mobilisiert werden kann, um den plötzlichen Glukosemangel auszugleichen
Der Gehalt an Glykogen in den Geweben:
-Es wird in Form von Granulaten im Zytoplasma in vielen Zelltypen (hauptsächlich Leber und Muskeln) abgelagert.
-Nur in Leberzellen gespeichertes Glykogen kann zu Glukose verarbeitet werden, um den gesamten Körper zu ernähren. Die Gesamtmasse des Glykogens in der Leber kann bei Erwachsenen 100-120 Gramm erreichen
-Das Leberglykogen spaltet sich nie vollständig ab.
-In den Muskeln wird Glykogen ausschließlich für den lokalen Konsum zu Glucose-6-phosphat verarbeitet. In den Muskeln des Glykogens sammeln sich nicht mehr als 1% der gesamten Muskelmasse.
-Eine kleine Menge Glykogen kommt in den Nieren vor und noch weniger in Gliazellen des Gehirns und Leukozyten.
Synthese und Abbau von Glykogen gehen nicht ineinander über, diese Prozesse laufen auf unterschiedliche Weise ab.
Das Glykogenmolekül enthält bis zu 1 Million Glucosereste, daher wird bei der Synthese eine erhebliche Menge an Energie verbraucht. Die Notwendigkeit, Glukose in Glykogen umzuwandeln, beruht auf der Tatsache, dass die Ansammlung einer erheblichen Menge an Glukose in der Zelle zu einem Anstieg des osmotischen Drucks führen würde, da Glukose eine sehr lösliche Substanz ist. Im Gegenteil ist Glykogen in Form von Granulaten in der Zelle enthalten und ist leicht löslich.
Glykogen wird während des Verdauungszeitraums (innerhalb von 1-2 Stunden nach Einnahme von Kohlenhydratnahrungsmitteln) synthetisiert. Die Glykogenese tritt besonders intensiv in der Leber und in der Skelettmuskulatur auf.
Um 1 Glucoserest in die Glykogenkette aufzunehmen, werden 1 ATP und 1 UTP ausgegeben.
Der Hauptaktivator - das Hormon Insulin
Es wird in den Intervallen zwischen den Mahlzeiten und bei körperlicher Arbeit aktiviert, wenn der Blutzuckerspiegel abnimmt (relative Hypoglykämie).
Die Hauptaktivatoren des Verfalls:
in der Leber - das Hormon Glucagon
in den Muskeln - das Hormon Adrenalin
Ein vereinfachtes Schema der Hydrolyse von Stärke und Glykogen im tierischen Körper.
3. Der Pentosephosphatweg (Pentosezyklus) ist der anaerobe Weg der direkten Glukoseoxidation.
Auf diesem Weg gehen nicht mehr als 25 bis 30% der Glukose in die Zellen
Die resultierende Gleichung des Pentosephosphatweges:
6 Glucosemoleküle + 12 NADP → 5 Glucosemoleküle + 6 СО2 + 12 NADPH2
Die biologische Funktion des Pentosephosphat-Pfades bei einem Erwachsenen besteht darin, zwei wichtige Funktionen zu erfüllen:
· Es ist ein Anbieter von Pentosen, die für die Synthese von Nukleinsäuren, Coenzymen und Makroergien für plastische Zwecke erforderlich sind.
· Dient als Quelle für NADPH2, das wiederum verwendet wird, um:
1. Wiederherstellende Synthesen von Steroidhormonen, Fettsäuren
2. beteiligt sich aktiv an der Neutralisierung toxischer Substanzen in der Leber
4. Glykolyse - der Abbau von Glukose. Anfänglich bedeutete dieser Begriff nur die anaerobe Fermentation, die zur Bildung von Milchsäure (Laktat) oder Ethanol und Kohlendioxid führt. Gegenwärtig wird das Konzept der "Glykolyse" breiter verwendet, um den Abbau von Glucose zu beschreiben, wobei Glucose-6-phosphat, Fructosediphosphat und Pyruvat sowohl in Abwesenheit als auch in Gegenwart von Sauerstoff gebildet werden. Im letzteren Fall wird der Begriff "aerobe Glykolyse" im Gegensatz zur "anaeroben Glykolyse" verwendet, die zur Bildung von Milchsäure oder Lactat führt.
Glykolyse
Ein kleines, ungeladenes Glucosemolekül kann durch Diffusion durch eine Zelle diffundieren. Damit Glukose in der Zelle verbleiben kann, muss sie in die geladene Form (normalerweise Glukose-6-phosphat) umgewandelt werden. Diese Reaktion wird als Blockieren oder Sperren bezeichnet.
Weitere Möglichkeiten zur Verwendung von Glucose-6-phosphat in Zellen:
-Glykolyse und vollständige aerobe Glukoseoxidation
-Pentose-Phosphat-Zyklus (partielle Oxidation von Glucose zu Pentosen)
-Synthese von Glykogen usw.
Die Glykolyse findet im Zytoplasma von Zellen statt. Das Endprodukt dieser Stufe ist Brenztraubensäure.
ANAEROBISCHE GLYKOLYSE - der Prozess der Glucosespaltung mit der Bildung des Lactat-Endprodukts durch Pyruvat. Es fließt ohne Verwendung von Sauerstoff und ist daher nicht von der Arbeit der mitochondrialen Atmungskette abhängig.
Fließen in Muskeln bei intensiven Belastungen in den ersten Minuten der Muskelarbeit in Erythrozyten (in denen keine Mitochondrien vorhanden sind) sowie in verschiedenen Organen unter Bedingungen einer begrenzten Sauerstoffzufuhr, einschließlich in Tumorzellen. Dieser Prozess dient als Indikator für die erhöhte Zellteilungsrate bei unzureichender Bereitstellung ihres Blutgefäßsystems.
1. Vorbereitungsphase (geht mit den Kosten von zwei ATP-Molekülen)
Enzyme: Glucokinase; Phosphofructo-Isomerase;
2. Stadium der Bildung der Triosis (Aufspaltung von Glukose in zwei drei Kohlenstoff-Fragmente)
Fructose-1,6-diphosphat → 2-Glyceroaldehyd-3-phosphat
3. Oxidationsstufe der Glykolyse (ergibt 4 Mol ATP pro 1 Mol Glukose)
2 Glyceroaldehyd-3-phosphat + 2 NAD + → 2 PVK + 2 ATP
2 PVK + 2 NADH * H + → 2 Lactat + 2 NAD +
2NAD ergibt 6 ATP
Diese Methode der ATP-Synthese, die ohne Beteiligung der Gewebeatmung und daher ohne den Verbrauch von Sauerstoff, der durch die Reserveenergie des Substrats bereitgestellt wird, durchgeführt wird, wird als "ATP-Synthese" bezeichnet anaerobe oder Substratphosphorylierung.
Dies ist der schnellste Weg, um ATP zu erhalten. Es sei darauf hingewiesen, dass in den frühen Stadien zwei ATP-Moleküle verbraucht werden, um Glukose und Fruktose-6-phosphat zu aktivieren. Infolgedessen wird die Umwandlung von Glucose in Pyruvat von der Synthese von acht ATP-Molekülen begleitet.
Die allgemeine Gleichung für die Glykolyse lautet:
Glucose + O2 + 8ADF + 8H3PO4 → 2 Pyruvat + 2H2O + 8 ATP,
Oder
1. Die Glykolyse ist ein mitochondrial unabhängiger Weg für die Produktion von ATP im Zytoplasma (2 Mol ATP pro Mol Glukose). Grundlegende physiologische Bedeutung - die Verwendung von Energie, die in diesem Prozess zur Synthese von ATP freigesetzt wird. Glykolyse-Metaboliten werden zur Synthese neuer Verbindungen (Nukleoside; Aminosäuren: Serin, Glycin, Cystein) verwendet.
2. Wenn die Glykolyse zu Laktat übergeht, erfolgt die Regeneration von NAD + ohne Beteiligung der Gewebeatmung.
3. In Zellen, die keine Mitochondrien enthalten (Erythrozyten, Spermatozoen), ist die Glykolyse der einzige Weg, um ATP zu synthetisieren
4. Wenn Mitochondrien mit Kohlenmonoxid und anderen Atmungsgiften vergiftet werden, ermöglicht die Glykolyse das Überleben
1. Die Glykolysegeschwindigkeit nimmt ab, wenn Glukose nicht in die Zelle eindringt (Regulierung durch die Substratmenge), jedoch beginnt der Glykogenzersetzung bald und die Glykolysegeschwindigkeit wird wiederhergestellt
2. AMP (Niedrigenergiesignal)
3. Regulierung der Glykolyse mit Hormonen. Glykolyse stimulieren: Insulin, Adrenalin (stimuliert den Abbau von Glykogen; in den Muskeln wird Glucose-6-Phosphat gebildet und die Glykolyse wird vom Substrat aktiviert). Hemmt die Glykolyse: Glucagon (unterdrückt das Pyruvatkinase-Gen; übersetzt Pyruvatkinase in eine inaktive Form)
Die Bedeutung der anaeroben Glykolyse ist kurz
- Bei intensiver Muskelarbeit, bei Hypoxie (z. B. intensives Laufen über 200 m für 30 s) erfolgt der Abbau von Kohlenhydraten vorübergehend unter anaeroben Bedingungen
- NADH-Moleküle können ihren Wasserstoff nicht abgeben, da die Atmungskette in den Mitochondrien "nicht funktioniert"
- Im Zytoplasma ist dann Pyruvat, das Endprodukt der 1. Stufe, ein guter Wasserstoffakzeptor.
- In der Ruhe kommt nach intensiver Muskelarbeit Sauerstoff in die Zelle.
- Dies führt zum "Start" der Atmungskette.
- Dadurch wird die anaerobe Glykolyse automatisch gehemmt und auf aerobe, energieeffizientere umgestellt
- Die Hemmung der anaeroben Glykolyse durch den Eintritt von Sauerstoff in die Zelle wird als PASTER EFFECT bezeichnet.
PASTER EFFECT. Es besteht in einer Atemdepression (O2a) anaerobe Glykolyse, d.h. es erfolgt ein Wechsel von der aeroben Glykolyse zur anaeroben Oxidation. Wenn Stoffe mit O geliefert werden2, dann 2NADN2, Die im Verlauf der Zentralreaktion gebildete Oxidation wird in der Atmungskette oxidiert, daher wird PVC nicht zu Laktat, sondern zu Acetyl-CoA, das am TCA-Zyklus beteiligt ist.
Die erste Stufe des Abbaus von Kohlenhydraten - die anaerobe Glykolyse - ist nahezu reversibel. Aus Pyruvat sowie aus Laktat, das unter anaeroben Bedingungen (Milchsäure) entsteht, kann Glukose synthetisiert werden und daraus Glykogen.
Die Ähnlichkeit der anaeroben und aeroben Glykolyse liegt darin, dass diese Prozesse unter Beteiligung derselben Enzyme vor der PVC-Bildung auf die gleiche Weise ablaufen.
VOLLSTÄNDIGE AEROBISCHE GLUCOSEXXIERUNG (PAOG):
Aufgrund der Aktivität der Mitochondrien ist es möglich, Glukose vollständig zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren.
In diesem Fall ist die Glykolyse der erste Schritt im oxidativen Glukosestoffwechsel.
Vor dem Einbau von Mitochondrien in PAOG sollte glykolytisches Lactat in PVC umgewandelt werden.
1. Glykolyse mit anschließender Umwandlung von 2 Mol Lactat zu 2 Mol PVA und Transport von Protonen zu den Mitochondrien
2. Oxidative Decarboxylierung von 2 Mol Pyruvat in Mitochondrien unter Bildung von 2 Mol AcetylCoA
3. Verbrennung des Acetylrestes im Krebszyklus (2 Windungen des Krebszyklus)
4. Gewebeatmung und oxidative Phosphorylierung: NADH * H + und FADH2, die im Krebs-Zyklus erzeugt werden, oxidative Decarboxylierung von Pyruvat und die Übertragung über den Malat-Shuttle aus dem Cytoplasma
Phasen des Katabolismus am Beispiel von PAOG:
-Glykolyse, Transport von Protonen zu den Mitochondrien (Stufe I),
- Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat (Stufe II)
-Krebszyklus - Stadium III
-Gewebeatmung und konjugierte oxidative Phosphorylierung - Stufe IV (mitochondriale ATP-Synthese)
Ii. In der zweiten Stufe werden Kohlendioxid und zwei Wasserstoffatome von Brenztraubensäure abgespalten. Die gespaltenen Wasserstoffatome in der Atmungskette werden bei gleichzeitiger ATP-Synthese in Sauerstoff überführt. Essigsäure wird aus Pyruvat gebildet. Sie verbindet sich mit einer speziellen Substanz, Coenzym A.
Diese Substanz ist Träger von Säureresten. Das Ergebnis dieses Prozesses ist die Bildung der Substanz Acetylcoenzym A. Diese Substanz hat eine hohe chemische Aktivität.
Die letzte Gleichung der zweiten Stufe:
СЗН4ОЗ + 1 / 2О2 + HSKoA + 3 ADP + 3 НзРО4 - СНз- С
SKoA + CO2 + H2O + 3ATF
Pyruvat-Coenzym A-Acetyl-CoA
Das Acetyl-Coenzym A wird im Tricarbonsäure-Zyklus (Krebs-Zyklus) weiter oxidiert und in CO2 und H2O umgewandelt.
Iii. Dies ist die dritte Stufe. Aufgrund der in dieser Stufe freigesetzten Energie wird auch die ATP-Synthese durchgeführt.
Der Tricarbonsäurezyklus (TCA) ist die Endphase des Katabolismus nicht nur von Kohlenhydraten, sondern auch von allen anderen Klassen organischer Verbindungen. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Abbau von Kohlenhydraten, Fetten und Aminosäuren ein gemeinsames Zwischenprodukt, Essigsäure, bildet, die mit seinem Träger, Coenzym A, in Form von Acetyl-Coenzym A verbunden ist.
Der Krebs-Zyklus tritt in den Mitochondrien mit dem obligatorischen Sauerstoffverbrauch auf und erfordert die Funktion der Gewebeatmung.
Die erste Reaktion des Zyklus ist die Wechselwirkung von Acetyl-Coenzym A mit Oxalessigsäure (SCHUK) unter Bildung von Zitronensäure.
Zitronensäure enthält drei Carboxylgruppen, d. H. Tricarbonsäure, die den Namen dieses Zyklus auslöste.
Daher werden diese Reaktionen als Zitronensäurezyklus bezeichnet. Zitronensäure bildet eine Reihe intermediärer Tricarbonsäuren und wird wieder in Oxalsäure umgewandelt. Der Zyklus wird wiederholt. Das Ergebnis dieser Reaktionen ist die Bildung von gespaltenem Wasserstoff, der nach Durchlaufen der Atmungskette Wasser mit Sauerstoff bildet. Die Übertragung jedes Paares von Wasserstoffatomen auf Sauerstoff wird von der Synthese von drei ATP-Molekülen begleitet. Insgesamt werden bei der Oxidation eines Moleküls Acetyl-Coenzym A 12 ATP-Moleküle synthetisiert.
Endgültige Krebszyklusgleichung (dritte Stufe):
SKoA + 2О2 + Н2О + 12АДФ + 12 Н3РО → НSKoA + 2 СО2 + Н2О + 12АТФ
Der Krebszyklus kann schematisch wie folgt dargestellt werden:
Als Ergebnis all dieser Reaktionen werden 36 ATP-Moleküle gebildet. Insgesamt produziert die Glykolyse 38 ATP-Moleküle pro Glucosemolekül.
Glucose + 6 O 2 + 38 ADF + 38 H 3 PO 4 → 6CO 2 + 6 H 2 O + 38 ATP
Die biologische Rolle von TCA
Der Krebs-Zyklus spielt eine integrations-, amphibolische (dh katabolische und anabolische), Energie- und Wasserstoff-Donor-Rolle.
1. Die Integrationsrolle besteht darin, dass die TCA der letzte übliche Weg zum Oxidieren der Brennstoffmoleküle ist - Kohlenhydrate, Fettsäuren und Aminosäuren.
2. Acetyl-CoA wird im TCA-Zyklus oxidiert - dies ist eine katabolische Rolle.
3. Die anabole Rolle des Zyklus besteht darin, dass er Zwischenprodukte für Biosynthesevorgänge liefert. Beispielsweise wird Oxaloacetat zur Synthese von Aspartat, a-Ketoglutarat zur Bildung von Glutamat und Succinyl-CoA zur Synthese von Häm verwendet.
4. Ein ATP-Molekül wird im CTC auf der Ebene der Substratphosphorylierung gebildet - dies ist eine Energierolle.
5. Wasserstoffdonor besteht darin, dass das CTC mit den reduzierten Coenzymen NADH (H +) und FADH2 eine Atmungskette bereitstellt, in der die Oxidation des Wasserstoffs dieser Coenzyme zu Wasser, gekoppelt mit der ATP-Synthese, stattfindet. Bei der Oxidation eines Acetyl-CoA-Moleküls im TCA-Zyklus werden 3 NADH (H +) und 1 FADH2 gebildet.
Stufe IV. Gewebeatmung und konjugierte oxidative Phosphorylierung (mitochondriale ATP-Synthese)
Dies ist der Transfer von Elektronen von den reduzierten Nukleotiden zu Sauerstoff (durch die Atmungskette). Es ist begleitet von der Bildung des Endprodukts - eines Wassermoleküls. Dieser Elektronentransport steht im Zusammenhang mit der ATP-Synthese im Prozess der oxidativen Phosphorylierung.
Die Oxidation von organischem Material in Zellen, begleitet von Sauerstoffverbrauch und Wassersynthese, wird als Gewebeatmung bezeichnet und die Elektronentransferkette (CPE) wird als Atmungskette bezeichnet.
Merkmale der biologischen Oxidation:
1. Fluss bei Körpertemperatur;
2. in Gegenwart von H2O;
3. Fließt nach und nach zahlreiche Stufen unter Beteiligung von Enzymträgern, die die Aktivierungsenergie reduzieren, sinkt die freie Energie, so dass Energie in Portionen freigesetzt wird. Daher geht die Oxidation nicht mit einem Temperaturanstieg einher und führt nicht zu einer Explosion.
Die Elektronen, die in das CPE eintreten, verlieren bei ihrer Bewegung von einem Träger zum anderen freie Energie. Ein großer Teil dieser Energie wird in ATP gespeichert, und ein Teil wird als Wärme abgeführt.
Die Übertragung von Elektronen von oxidierten Substraten auf Sauerstoff erfolgt in mehreren Schritten. Dabei handelt es sich um eine Vielzahl von Zwischenträgern, von denen jeder Elektronen von einem vorherigen Träger anhängen und zum nächsten übertragen kann. So entsteht eine Kette von Redoxreaktionen, die zur Reduktion von O2 und zur Synthese von H2O führen.
Der Elektronentransport in der Atmungskette wird mit der Bildung des für die ATP-Synthese notwendigen Protongradienten konjugiert (verknüpft). Dieser Vorgang wird als oxidative Phosphorylierung bezeichnet. Mit anderen Worten ist die oxidative Phosphorylierung der Prozess, bei dem die Energie der biologischen Oxidation in chemische Energie von ATP umgewandelt wird.
Atmungskettenfunktion - Verwendung von reduzierten respiratorischen Vektoren, die bei Reaktionen der metabolischen Oxidation von Substraten (hauptsächlich im Tricarbonsäurezyklus) gebildet werden. Jede oxidative Reaktion wird entsprechend der freigesetzten Energiemenge vom entsprechenden Atemwegsträger „NADF“, „NADF“ oder „FAD“ „gewartet“. In der Atmungskette werden Protonen und Elektronen unterschieden: Während Protonen über die Membran transportiert werden, wodurch ΔpH entsteht, bewegen sich Elektronen entlang der Trägerkette von Ubichinon zu Cytochromoxidase und erzeugen die elektrische Potentialdifferenz, die für die Bildung von ATP durch Proton-ATP-Synthase erforderlich ist. So "lädt" die Gewebeatmung die Mitochondrienmembran und die oxidative Phosphorylierung "entlädt" sie.
ATEMSTEUERUNG
Der Elektronentransfer über die CPE- und ATP-Synthese ist eng miteinander verbunden, d.h. kann nur gleichzeitig und synchron auftreten.
Mit einem Anstieg des ATP-Verbrauchs in der Zelle steigt die Menge an ADP und dessen Einstrom in die Mitochondrien. Eine Erhöhung der Konzentration von ADP (ATP-Synthasesubstrat) erhöht die Geschwindigkeit der ATP-Synthese. Die ATP-Syntheserate entspricht also genau dem Energiebedarf der Zelle. Die Beschleunigung der Gewebeatmung und die oxidative Phosphorylierung mit steigenden ADP-Konzentrationen wird als Atemkontrolle bezeichnet.
Bei den Reaktionen von CPE wird ein Teil der Energie nicht in Energie der makroergischen Bindungen von ATP umgewandelt, sondern als Wärme abgebaut.
Der Unterschied der elektrischen Potentiale auf der Mitochondrienmembran, die durch die Atmungskette erzeugt wird, die als molekularer Leiter von Elektronen fungiert, ist die treibende Kraft für die Bildung von ATP und anderen Arten von nützlicher biologischer Energie. Dieses Konzept der Energieumwandlung in lebenden Zellen wurde 1960 von P. Mitchell vorgeschlagen, um den molekularen Mechanismus der Konjugation des Elektronentransports und der Bildung von ATP in der Atmungskette zu erklären und erlangte schnell internationale Anerkennung. Für die Entwicklung der Forschung auf dem Gebiet der Bioenergie erhielt P. Mitchell 1978 den Nobelpreis. P. Boyer und J. Walker erhielten 1997 den Nobelpreis für die Aufklärung der molekularen Wirkungsmechanismen des Bioenergie-Hauptenzyms Protonen-ATP-Synthase.
Berechnung der Leistungsabgabe von PAOG in Stufen:
Glykolyse - 2 ATP (Substratphosphorylierung)
Transfer von Protonen in Mitochondrien - 2 NADH * H + = 6 ATP
Oxidative Decarboxylierung von 2 Mol PVA - 2 NADH * H + = 6 ATP
Krebszyklus (einschließlich TD und OF) - 12 * 2 = 24 Mol ATP während der Verbrennung von 2 Acetylresten
GESAMT: 38 Mol ATP bei vollständiger Verbrennung von 1 Mol Glucose
1) stellt eine Verbindung zwischen den Atmungssubstraten und dem Krebszyklus her;
2) liefert für die Bedürfnisse der Zelle zwei ATP-Moleküle und zwei NADH-Moleküle während der Oxidation jedes Glucosemoleküls (unter Anoxiebedingungen scheint die Glykolyse die Hauptquelle für ATP in der Zelle zu sein);
3) Zwischenprodukte für Syntheseverfahren in der Zelle erzeugt (z. B. Phosphoenolpyruvat, das für die Bildung von Phenolverbindungen und Lignin erforderlich ist);
4) bietet in Chloroplasten einen direkten Weg für die ATP-Synthese, unabhängig von der NADPH-Versorgung; Die gelagerte Stärke wird durch Glykolyse in Chloroplasten zu Triose metabolisiert, die dann aus dem Chloroplasten exportiert wird.
Die Effizienz der Glykolyse beträgt 40%.
5. Umwandlung von Hexosen
6. Glukoneogenese - die Bildung von Kohlenhydraten aus Nichtkohlenhydratprodukten (Pyruvat, Lactat, Glycerin, Aminosäuren, Lipiden, Proteinen usw.).