Oksidacija glukoze u CO 2 i N 2 O (aerobna razgradnja). Aerobna razgradnja glukoze može se izraziti zbirnom jednadžbom:
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 > 6 CO 2 + H 2 O + 2820 kJ/mol.
Ovaj proces uključuje nekoliko faza (Sl. 7-33).
Aerobna glikoliza je proces oksidacije glukoze u dvije molekule piruvata;
Opći put katabolizma, uključujući pretvorbu piruvata u acetil-CoA i njegovu daljnju oksidaciju u citratnom ciklusu;
CPE za kisik, zajedno s reakcijama dehidrogenacije koje se javljaju tijekom razgradnje glukoze.
U određenim situacijama opskrba tkiva kisikom možda neće zadovoljiti njihove potrebe. Na primjer, u početnim fazama intenzivnog rada mišića pod stresom, kontrakcije srca možda neće doseći željenu frekvenciju, a potrebe mišića za kisikom za aerobnu razgradnju glukoze su visoke. U takvim slučajevima aktivira se proces koji se odvija bez kisika i završava stvaranjem laktata iz pirogrožđane kiseline. Taj se proces naziva anaerobna razgradnja ili anaerobna glikoliza. Anaerobna razgradnja glukoze je energetski neučinkovita, ali ovaj proces može postati jedini izvor energije za mišićnu stanicu u opisanoj situaciji. Kasnije, kada je opskrba mišića kisikom dovoljna zbog prelaska srca na ubrzani ritam, anaerobna razgradnja prelazi u aerobnu. Putovi katabolizma glukoze i njihov energetski učinak prikazani su na slici. 7-34 (prikaz, ostalo).
B. Aerobna glikoliza
Aerobna glikoliza je proces oksidacije glukoze u pirogrožđanu kiselinu, koji se odvija u prisutnosti kisika. Svi enzimi koji kataliziraju reakcije ovog procesa lokalizirani su u citosolu stanice.
1. Faze aerobne glikolize
Aerobna glikoliza može se podijeliti u dvije faze.
Pripremna faza tijekom koje se glukoza fosforilira i dijeli u dvije molekule fosfotrioze. Ovaj niz reakcija odvija se pomoću 2 molekule ATP-a.
Faza povezana sa sintezom ATP-a. Ovim nizom reakcija fosfotrioze se pretvaraju u piruvat. Energija oslobođena u ovoj fazi koristi se za sintezu 10 mol ATP-a.
2. Reakcije aerobne glikolize
Pretvorba glukoza-6-fosfata u 2 molekule gliceraldehid-3-fosfata
Glukoza-6-fosfat, nastao kao rezultat fosforilacije glukoze uz sudjelovanje ATP-a, pretvara se u fruktozo-6-fosfat u sljedećoj reakciji. Ova reverzibilna reakcija izomerizacije događa se pod djelovanjem enzima glukoza fosfat izomeraze.
Nakon toga slijedi još jedna reakcija fosforilacije koja koristi fosfatni ostatak i energiju ATP-a. U ovoj reakciji, koju katalizira fosfofruktokinaza, fruktoza 6-fosfat se pretvara u fruktoza 1,6-bisfosfat. Ova je reakcija, kao i reakcija heksokinaze, praktički ireverzibilna, a uz to je i najsporija od svih glikolitičkih reakcija. Reakcija katalizirana fosfofruktokinazom određuje brzinu cjelokupne glikolize, stoga je reguliranjem aktivnosti fosfofruktokinaze moguće promijeniti brzinu katabolizma glukoze.
Fruktoza 1,6-bisfosfat se dalje razgrađuje na 2 trioza fosfata: gliceraldehid 3-fosfat i dihidroksiaceton fosfat. Reakciju katalizira enzim fruktoza bisfosfat aldolaza, ili jednostavno aldolaza. Ovaj enzim katalizira i reakcije aldolnog cijepanja i aldolne kondenzacije, tj. reverzibilna reakcija. Produkti reakcije aldolnog cijepanja su izomeri. Naknadne glikolitičke reakcije koriste samo gliceraldehid 3-fosfat, pa se dihidroksiaceton fosfat pretvara pomoću enzima triosefosfat izomeraze u gliceraldehid 3-fosfat (Slika 7-35).
U nizu opisanih reakcija, fosforilacija se događa dva puta pomoću ATP-a. Međutim, potrošnja dviju molekula ATP-a (po jednoj molekuli glukoze) tada će se nadoknaditi sintezom više ATP-a.
Pretvorba gliceraldehid-3-fosfata u piruvat
Ovaj dio aerobne glikolize uključuje reakcije povezane sa sintezom ATP-a. Najsloženija reakcija u ovoj seriji reakcija je konverzija gliceraldehid-3-fosfata u 1,3-bisfosfoglicerat. Ova transformacija je prva oksidacijska reakcija tijekom glikolize. Reakcija je katalizirana gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza, koji je enzim ovisan o NAD-u. Značaj ove reakcije nije samo u činjenici da nastaje reducirani koenzim čija je oksidacija u dišnom lancu povezana sa sintezom ATP-a, već i u činjenici da je slobodna energija oksidacije koncentrirana u visokom -energetska veza produkta reakcije. Gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza sadrži cisteinski ostatak u aktivnom centru, čija je sulfhidrilna skupina izravno uključena u katalizu. Oksidacija gliceraldehid-3-fosfata dovodi do redukcije NAD i stvaranja visokoenergetske anhidridne veze u 1,3-bisfosfogliceratu na poziciji 1 uz sudjelovanje H3PO4.U sljedećoj reakciji visokoenergetski fosfat se prenosi na ADP sa stvaranje ATP-a. Enzim koji katalizira ovu pretvorbu nazvan je fosfoglicerat kinaza po obrnutoj reakciji (kinaze su nazvane po supstratu na istoj strani kao i ATP u reakcijskoj jednadžbi). Ovaj niz reakcija prikazan je na sl. 7-36 (prikaz, ostalo).
Stvaranje ATP-a na ovaj način nije povezano s dišnim lancem i naziva se supstratna fosforilacija ADP-a. Nastali 3-fosfoglicerat više ne sadrži visokoenergetsku vezu. U sljedećim reakcijama dolazi do intramolekulskih preraspodjela, što znači da niskoenergetski fosfoester prelazi u spoj koji sadrži visokoenergetski fosfat. Intramolekularne transformacije uključuju prijenos fosfatnog ostatka s položaja 3 u fosfogliceratu na položaj 2. Zatim se od nastalog 2-fosfoglicerata odcjepljuje molekula vode uz sudjelovanje enzima enolaze. Naziv dehidracijskog enzima je dobio po reverznoj reakciji. Kao rezultat reakcije nastaje supstituirani enol - fosfoenolpiruvat. Nastali fosfoenolpiruvat je visokoenergetski spoj, čija se fosfatna skupina u sljedećoj reakciji prenosi na ADP uz sudjelovanje piruvat kinaze (enzim je također nazvan po obrnutoj reakciji u kojoj dolazi do fosforilacije piruvata, iako takva reakcija ne odvija se u ovom obliku).
Pretvorba fosfoenolpiruvata u piruvat je ireverzibilna reakcija. Ovo je druga reakcija fosforilacije supstrata tijekom glikolize. Rezultirajući enolni oblik piruvata zatim se neenzimatski pretvara u termodinamički stabilniji keto oblik. Opisani niz reakcija prikazan je na sl. 7-37 (prikaz, ostalo).
Riža. 7-37 (prikaz, ostalo). Pretvorba 3-fosfoglicerata u piruvat.
Dijagram 10 reakcija koje se odvijaju tijekom aerobne glikolize i daljnje oksidacije piruvata prikazan je na slici. 7-33 (prikaz, ostalo).
Oksidacija citoplazmatskog NADH u respiratornom lancu mitohondrija. Shuttle sustavi
NADH, nastao oksidacijom gliceraldehid-3-fosfata u aerobnoj glikolizi, podliježe oksidaciji prijenosom vodikovih atoma u dišni lanac mitohondrija. Međutim, citosolni NADH nije u stanju prenijeti vodik u dišni lanac jer je mitohondrijska membrana za njega nepropusna. Prijenos vodika kroz membranu odvija se pomoću posebnih sustava koji se nazivaju "šatl". U tim sustavima vodik se prenosi kroz membranu uz sudjelovanje parova supstrata vezanih odgovarajućim dehidrogenazama, tj. S obje strane mitohondrijske membrane postoji specifična dehidrogenaza. Postoje 2 poznata shuttle sustava. U prvom od ovih sustava, vodik iz NADH u citosolu prenosi se u dihidroksiaceton fosfat pomoću enzima glicerol-3-fosfat dehidrogenaze (enzim ovisan o NAD, nazvan po obrnutoj reakciji). Glicerol-3-fosfat koji nastaje tijekom ove reakcije dalje se oksidira pomoću enzima unutarnje mitohondrijske membrane - glicerol-3-fosfat dehidrogenaze (FAD-ovisan enzim). Zatim protoni i elektroni iz FADH 2 prelaze na ubikinon i dalje duž CPE (Sl. 7-38).
Glicerol fosfat shuttle sustav djeluje u bijelim mišićnim stanicama i hepatocitima. Međutim, mitohondrijska glicerol-3-fosfat dehidrogenaza je odsutna u stanicama srčanog mišića. Drugi shuttle sustav, koji uključuje malat, citosolne i mitohondrijske malat dehidrogenaze, je univerzalniji. U citoplazmi NADH reducira oksaloacetat u malat (slika 7-39, reakcija 1), koji uz sudjelovanje transportera prelazi u mitohondrije, gdje se oksidira u oksaloacetat pomoću NAD-ovisne malat dehidrogenaze (reakcija 2) . NAD smanjen tijekom ove reakcije donira vodik mitohondrijskom CPE-u. Međutim, oksaloacetat nastao iz malata ne može sam izaći iz mitohondrija u citosol, budući da je mitohondrijska membrana za njega nepropusna. Stoga se oksaloacetat pretvara u aspartat, koji se prenosi u citosol, gdje se ponovno pretvara u oksaloacetat. Transformacije oksaloacetata u aspartat i obrnuto povezane su s dodavanjem i eliminacijom amino skupine (reakcije transaminacije, vidi odjeljak 9). Ovaj sustav prijenosa naziva se malat-aspartatni sustav (Slika 7-39). Rezultat njegovog rada je regeneracija citoplazmatskog NAD + iz NADH.
Oba shuttle sustava značajno se razlikuju u količini sintetiziranog ATP-a. U prvom sustavu, omjer P/O je 2, budući da se vodik uvodi u CPE na razini KoQ. Drugi sustav je energetski učinkovitiji, jer prenosi vodik do CPE kroz mitohondrijski NAD + i P/O omjer je blizu 3.
4. ATP ravnoteža tijekom aerobne glikolize i razgradnje glukoze na CO2 i H2O
Otpuštanje ATP-a tijekom aerobne glikolize
Za stvaranje fruktozo-1,6-bisfosfata iz jedne molekule glukoze potrebne su 2 molekule ATP (reakcije 1 i 3 na sl. 7-33). Reakcije povezane sa sintezom ATP-a javljaju se nakon razgradnje glukoze na 2 molekule fosfotrioze, tj. u drugom stadiju glikolize. U ovoj fazi odvijaju se 2 reakcije fosforilacije supstrata i sintetiziraju se 2 molekule ATP (reakcije 7 i 10). Osim toga, jedna molekula gliceraldehid-3-fosfata se dehidrogenira (reakcija 6), a NADH prenosi vodik u mitohondrijski CPE, gdje se oksidativnom fosforilacijom sintetiziraju 3 molekule ATP-a. U ovom slučaju količina ATP-a (3 ili 2) ovisi o vrsti shuttle sustava. Posljedično, oksidacija jedne molekule gliceraldehid-3-fosfata u piruvat povezana je sa sintezom 5 molekula ATP-a. S obzirom da iz glukoze nastaju 2 molekule fosfotrioze, dobivenu vrijednost treba pomnožiti s 2, a zatim oduzeti 2 molekule ATP potrošene u prvoj fazi. Dakle, prinos ATP-a tijekom aerobne glikolize je (5H2) - 2 = 8 ATP.
Prinos ATP-a tijekom aerobne razgradnje glukoze do konačnih proizvoda
Kao rezultat glikolize nastaje piruvat, koji se dalje oksidira u CO 2 i H 2 O u OPC, opisan u odjeljku 6. Sada možemo procijeniti energetsku učinkovitost glikolize i OPC, koji zajedno čine proces aerobne razgradnje glukoze u konačne produkte (Tablica 7-4) .
Dakle, prinos ATP-a iz oksidacije 1 mol glukoze u CO 2 i H 2 O je 38 mol ATP.
Tijekom aerobne razgradnje glukoze događa se 6 reakcija dehidrogenacije. Jedan od njih javlja se u glikolizi, a 5 u OPC (vidi odjeljak 6). Supstrati za specifične NAD-ovisne dehidrogenaze: gliceraldehid-3-fosfat, masna kiselina, izocitrat, b-ketoglutarat, malat. Jedna reakcija dehidrogenacije u citratnom ciklusu sukcinat dehidrogenazom odvija se uz sudjelovanje koenzima FAD. Ukupna količina ATP-a sintetiziranog oksidativnom fosforilacijom iznosi 17 mol ATP-a po 1 molu gliceraldehidfosfata. Ovome treba dodati 3 mola ATP-a, sintetiziranog fosforilacijom supstrata (dvije reakcije u glikolizi i jedna u citratnom ciklusu).
Riža. 7-38 (prikaz, ostalo). Glicerofosfatni shuttle sustav. 1 - gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza; 2 - glicerol-3-fosfat dehidrogenaza (citosolni enzim, nazvan po reverznoj reakciji); 3 - glicerol-3-fosfat dehidrogenaza (mitohondrijski flavin enzim).
Tablica 7-4. Faze aerobne razgradnje glukoze
S obzirom da se glukoza razgrađuje na 2 fosfotrioze i da je stehiometrijski koeficijent daljnjih transformacija 2, dobivenu vrijednost treba pomnožiti s 2, a od rezultata oduzeti 2 mola ATP-a iskorištenog u prvoj fazi glikolize.
U prvoj fazi glukoza se dijeli na 2 trioze:
Dakle, u prvoj fazi glikolize, 2 molekule ATP-a troše se na aktivaciju glukoze i nastaju 2 molekule 3-fosfogliceraldehida.
U drugom stupnju 2 molekule 3-fosfogliceraldehida oksidiraju se u dvije molekule mliječne kiseline.
Značaj reakcije laktat dehidrogenaze (LDH) je oksidacija NADH 2 u NAD u uvjetima bez kisika i omogućavanje reakcije dehidrogenaze 3-fosfogliceraldehida.
Sažeta jednadžba glikolize:
glukoza + 2ADP + 2H 3 PO 4 → 2 laktat + 2ATP + 2H 2 O
Glikoliza se odvija u citosolu. Njegovu regulaciju provode ključni enzimi - fosfofruktokinaza, piruvat kinaza. Ove enzime aktiviraju ADP i NAD, a inhibiraju ATP i NADH 2 .
Energetska učinkovitost anaerobne glikolize svodi se na razliku između broja potrošenih molekula ATP-a i broja proizvedenih molekula ATP-a. U heksokinaznoj reakciji i fosfofruktokinaznoj reakciji troše se 2 molekule ATP-a po molekuli glukoze. U reakciji glicerokinaze i reakciji piruvat kinaze nastaju 2 molekule ATP-a po molekuli trioze (1/2 glukoze). Za molekulu glukoze (2 trioze) nastaju 4 molekule ATP-a. Ukupni saldo: 4 ATP – 2 ATP = 2 ATP. 2 ATP molekule akumuliraju ≈ 20 kcal, što je oko 3% energije potpune oksidacije glukoze (686 kcal).
Unatoč relativno niskoj energetskoj učinkovitosti anaerobne glikolize, ona je važna biološki značaj, koji se sastoji u činjenici da je jedini metoda stvaranja energije u uvjetima bez kisika. U uvjetima nedostatka kisika osigurava intenzivan rad mišića u početnom razdoblju tjelesne aktivnosti.
U fetalnom tkivu Anaerobna glikoliza vrlo je aktivna u uvjetima nedostatka kisika. Ostaje aktivan tijekom novorođenčadi, postupno ustupajući mjesto aerobnoj oksidaciji.
Daljnja pretvorba mliječne kiseline
- Uz intenzivnu opskrbu kisikom u aerobnim uvjetima, mliječna kiselina se pretvara u PVA i preko acetil CoA uključuje se u Krebsov ciklus dajući energiju.
- Mliječna kiselina se transportira iz mišića u jetru, gdje se koristi za sintezu glukoze – R. Cori ciklus.
Ciklus ospica
- Pri visokim koncentracijama mliječne kiseline u tkivima, ona se može otpustiti kroz bubrege i žlijezde znojnice kako bi se spriječila acidoza.
Aerobna oksidacija glukoze
Aerobna oksidacija glukoze uključuje 3 faze:
Faza 1 događa se u citosolu i uključuje stvaranje pirogrožđane kiseline:
Glukoza → 2 PVK + 2 ATP + 2 NADH 2;
Stadij 2 događa se u mitohondrijima:
2 PVC → 2 acetil - CoA + 2 NADH 2;
Faza 3 događa se unutar mitohondrija:
2 acetil-CoA → 2 TCA ciklus.
Budući da se u prvoj fazi u citosolu stvaraju 2 molekule NADH 2, koje se mogu oksidirati samo u dišnom lancu mitohondrija, neophodan je prijenos vodika iz NADH 2 citosola u intramitohondrijski transportni lanac elektrona. Mitohondriji su nepropusni za NADH 2 , pa postoje posebni shuttle mehanizmi za prijenos vodika iz citosola u mitohondrije. Njihova se bit odražava na dijagramu, gdje je X oksidirani oblik nosača vodika, a XH 2 njegov reducirani oblik:
Ovisno o tome koje tvari sudjeluju u prijenosu vodika kroz membranu mitohondrija, razlikuje se nekoliko mehanizama prijenosa.
Glicerofosfatni šatl mehanizam pri čemu dolazi do gubitka dviju molekula ATP-a jer umjesto dvije molekule NADH 2 (potencijalno 6 molekula ATP-a) nastaju 2 molekule FADH 2 (zapravo 4 molekule ATP-a).
Malate shuttle mehanizam radi na uklanjanju vodika iz mitohondrijskog matriksa:
Energetska učinkovitost aerobne oksidacije.
- glukoza → 2 PVK + 2 ATP + 2 NADH 2 (→8 ATP).
- 2 PVK → 2 acetil CoA + 2 NADH 2 (→ 6 ATP).
- 2 acetil CoA → 2 TCA ciklus (12*2 = 24 ATP).
Ukupno se može formirati 38 molekula ATP-a, od kojih je potrebno oduzeti 2 molekule ATP-a izgubljene u glicerofosfatnom shuttle mehanizmu. Tako se formira 36 ATP.
36 ATP (oko 360 kcal) je od 686 kcal. 50-60% je energetska učinkovitost aerobne oksidacije glukoze, što je dvadeset puta više od učinkovitosti anaerobne oksidacije glukoze. Stoga, kada kisik uđe u tkiva, anaerobni put je blokiran, a ta pojava se naziva Pasteurov učinak. U novorođenčadi aerobni put počinje se aktivirati u prva 2-3 mjeseca života.
6.5. 2. Biosinteza glukoze (glukoneogeneza)
Glukoneogeneza je put za sintezu glukoze u tijelu iz neugljikohidratnih tvari, koji je sposoban održavati razinu glukoze dugo vremena u nedostatku ugljikohidrata u prehrani. Polazni materijali za njega su mliječna kiselina, PVC, aminokiseline, glicerin. Glukoneogeneza se najaktivnije odvija u jetri i bubrezima. Ovaj proces je intracelularno lokaliziran dijelom u citosolu, dijelom u mitohondrijima. Općenito, glukoneogeneza je obrnuti proces od glikolize.
Glikoliza ima tri ireverzibilne faze katalizirane enzimima:
· piruvat kinaza;
· fosfofruktokinaza;
· heksokinaza.
Stoga u glukoneogeneza Umjesto ovih enzima, postoje specifični enzimi koji zaobilaze ove nepovratne faze:
- piruvat karboksilaza i karboksikinaza ("zaobilazna" piruvat kinaza);
- fruktoza-6-fosfataza ("zaobilazi" fosfofruktokinazu);
- glukoza-6-fosfataza ("zaobilazi" heksokinazu).
Glukoza-6-fosfat se pod djelovanjem glukoza-6-fosfataze pretvara u glukozu koja izlazi iz hepatocita u krv.
Ključni enzimi za glukoneogenezu su piruvat karboksilaza I fruktoza 1,6-bifosfataza. Aktivator za njih je ATP (za sintezu jedne molekule glukoze potrebno je 6 molekula ATP).
Dakle, visoka koncentracija ATP-a u stanicama aktivira glukoneogenezu koja zahtijeva energiju, a istovremeno inhibira glikolizu (u fazi fosfofruktokinaze), što dovodi do stvaranja ATP-a. Ova situacija ilustrirana je grafikonom u nastavku.
vitamin H
Vitamin H (biotin, antiseboreični vitamin) sudjeluje u glukoneogenezi, koja kemijske prirode je heterocikl koji sadrži sumpor s ostacima valerijanske kiseline. Široko je rasprostranjen u životinjskim i biljnim proizvodima (jetra, žumanjak). Dnevna potreba za njim je 0,2 mg. Nedostatak vitamina manifestira se kao dermatitis, oštećenje noktiju, pojačano ili smanjeno stvaranje sebuma (seboreja). Biološka uloga vitamin H:
- sudjeluje u reakcijama karboksilacije;
- sudjeluje u reakcijama transkarboksilacije;
- sudjeluje u izmjeni purinskih baza i nekih aminokiselina.
Glukoneogeneza je aktivna posljednjih mjeseci intrauterini razvoj. Nakon rođenja djeteta, aktivnost procesa se povećava, počevši od trećeg mjeseca života.
Razgradnja ugljikohidrata u aerobnim uvjetima može se odvijati na izravan (apotomski ili pentozni) način ili na neizravan (dihotomni) način.
Dihotomna (grč. dicha - na dva dijela, tome-presjek) oksidacija ugljikohidrata odvija se prema jednadžbi:
C6H12O6+6O2 = 6 CO2+b H2O+686 kcal
Ovaj put je glavni u formiranju energije. Prve faze ovog puta podudaraju se s anaerobnom oksidacijom glukoze. Divergencija putova počinje u fazi stvaranja pirogrožđane kiseline, koja se u životinjskim tkivima dekarboksilira oksidativnim putem. Glikoliza je niz enzimskih reakcija koje dovode do pretvorbe glukoze u piruvat uz istodobno stvaranje ATP-a. U aerobnim uvjetima piruvat prodire u mitohondrije, gdje se potpuno oksidira u CO2 i H2O. Ako je sadržaj kisika nedovoljan, kao što može biti slučaj u mišiću koji se aktivno kontrahira, piruvat se pretvara u laktat. Anaerobna glikoliza je složen enzimski proces razgradnje glukoze koji se odvija u ljudskim i životinjskim tkivima bez potrošnje kisika. Krajnji proizvod glikolize je mliječna kiselina. Tijekom glikolize nastaje ATP. Ukupna jednadžba glikolize može se predstaviti na sljedeći način:
U anaerobnim uvjetima, glikoliza je jedini proces u životinjskom tijelu koji opskrbljuje energijom. Zahvaljujući glikolizi ljudsko i životinjsko tijelo može određeno vrijeme obavljati niz fizioloških funkcija u uvjetima nedostatka kisika. U slučajevima kada se glikoliza odvija u prisutnosti kisika, govorimo o aerobnoj glikolizi. Prva enzimska reakcija glikolize je fosforilacija, tj. prijenos ortofosfatnog ostatka u glukozu putem ATP-a. Reakciju katalizira enzim heksokinaza:
Druga reakcija glikolize je pretvorba glukoza-6-fosfata pod djelovanjem enzima glukoza-6-fosfat izomeraze u fruktoza-6-fosfat:
Treću reakciju katalizira enzim fosfofruktokinaza; nastali fruktoza-6-fosfat ponovno se fosforilira zahvaljujući drugoj molekuli ATP-a:
Četvrtu reakciju glikolize katalizira enzim aldolaza. Pod utjecajem ovog enzima fruktoza-1,6-bisfosfat se cijepa u dvije fosfotrioze:
Peta reakcija je reakcija izomerizacije trioza fosfata. Katalizira ga enzim triosefosfat izomeraza:
Stvaranjem gliceraldehid-3-fosfata završava prvi stupanj glikolize. Druga faza je najteža i najvažnija. Uključuje redoks reakciju (reakcija glikolitičke oksidoredukcije) povezanu s fosforilacijom supstrata, tijekom koje nastaje ATP. Kao rezultat šeste reakcije, gliceraldehid-3-fosfat, u prisutnosti enzima gliceraldehid fosfat dehidrogenaze, koenzima NAD i anorganskog fosfata, podvrgava se specifičnoj oksidaciji u 1,3-bisfosfoglicerinsku kiselinu i reducirani oblik NAD ( NADH). Ova reakcija je blokirana jodom ili bromoacetatom i odvija se u nekoliko faza:
Sedmu reakciju katalizira fosfoglicerat kinaza, koja prenosi energetski bogat fosfatni ostatak (fosfatna skupina na položaju 1) na ADP kako bi se formirao ATP i 3-fosfoglicerinska kiselina (3-fosfoglicerat):
Osma reakcija je popraćena intramolekularnim prijenosom preostale fosfatne skupine, a 3-fosfoglicerinska kiselina se pretvara u 2-fosfoglicerinsku kiselinu (2-fosfoglicerat).
Devetu reakciju katalizira enzim enolaza, u kojoj 2-fosfoglicerinska kiselina, kao rezultat eliminacije molekule vode, postaje fosfoenolpirugrožđana kiselina (fosfoenolpiruvat), a fosfatna veza na poziciji 2 postaje visokoenergetska:
Deseta reakcija karakterizirana je cijepanjem visokoenergetske veze i prijenosom fosfatnog ostatka iz fosfoenolpiruvata u ADP (fosforilacija supstrata). Katalizira ga enzim piruvat kinaza:
Kao rezultat jedanaeste reakcije reducira se pirogrožđana kiselina i nastaje mliječna kiselina. Reakcija se odvija uz sudjelovanje enzima laktat dehidrogenaze i koenzima NADH, nastalog u šestoj reakciji:
Biološki značaj procesa glikolize prvenstveno je u stvaranju energetski bogatih spojeva fosfora. U prvim fazama glikolize troše se 2 molekule ATP-a (reakcije heksokinaze i fosfofruktokinaze). U sljedećim reakcijama nastaju 4 molekule ATP (reakcije fosfoglicerat kinaze i piruvat kinaze). Dakle, energetska učinkovitost glikolize u anaerobnim uvjetima je 2 molekule ATP-a po molekuli glukoze.
-
Aerobik oksidacija ugljikohidrata. Propadanje ugljikohidrata V aerobni pod određenim uvjetima može slijediti izravni (apotomski ili pentotski) put i neizravni (dihotomni) put. -
Aerobik oksidacija ugljikohidrata. Propadanje ugljikohidrata V aerobni uvjeti mogu slijediti izravan (apotomski ili pentotski) put i. -
Glikoliza je najjednostavniji oblik biol. mehanizam za skladištenje energije ugljikohidrata u ATP-u.
Uz energetski povoljniji aerobni oksidacija iz jedne molekule glukoze... -
Oksidativno fosforilaciju bi bilo točnije nazvati fosforilacijom u dišnom lancu.
Aerobik oksidacija ugljikohidrata. -
- PHA može ući u reakcije glikoneogeneze s nastankom ugljikohidrata- glukoza ili glikogen.
Aktivacija FA događa se u citoplazmi, a b- oksidacija- u mitohondrijima. -
Dok diše ugljikohidrata, masti i proteini prolaze kroz više faza oksidacija, što dovodi do obnove glavnih dobavljača obnovljivih izvora energije za respiratorne flavinove... -
Glikonogeneza – obrazovanje ugljikohidrata(glukoza ili glikogen) iz tvari koje nisu ugljikohidrati.
Oksidativno faza: 2 reakcije oksidacija heksoza fosfat bez sudjelovanja kisika. -
Glavni ugljikohidrata mlijeko – laktoza – prisutna je u mlijeku svih vrsta sisavaca.
Oksidacija piruvata u acetil-CoA događa se uz sudjelovanje niza enzima i koenzima... -
Kod spaljivanja 1 g ugljikohidrata Nastaje 4 kcal. To je manje od masti (9 kcal).
G. Ugljikohidrati kao izvor energije imaju sposobnost oksidirati u tijelu kao aerobni, pa... -
U srži moderne ideje o razgradnji masnih kiselina u tkivima leži teorija - oksidacija
Put razgradnje GBF-a ugljikohidrata osigurava sintezu s energijom.
Pronađene slične stranice:10
Aerobna oksidacija ugljikohidrata glavni je način proizvodnje energije za tijelo. Neizravni – dihotomni i izravni – apotomni.
Izravan put razgradnje glukoze je pentozni ciklus- dovodi do stvaranja pentoza i nakupljanja NADPH 2. Pentozni ciklus karakterizira sekvencijalna eliminacija svakog od njegovih 6 atoma ugljika iz molekula glukoze uz stvaranje 1 molekule ugljičnog dioksida i vode tijekom jednog ciklusa. Razgradnja cijele molekule glukoze događa se tijekom 6 ponavljajućih ciklusa.
Važnost pentozofosfatnog ciklusa oksidacije ugljikohidrata u metabolizmu je velika:
1. Opskrbljuje reduciran NADP, neophodan za biosintezu masnih kiselina, kolesterola itd. Zbog pentoznog ciklusa pokriva se 50% tjelesnih potreba za NADPH 2.
2. Dobava pentozofosfata za sintezu nukleinske kiseline i mnoge koenzime.
Reakcije pentoznog ciklusa odvijaju se u citoplazmi stanice.
U nizu patoloških stanja povećava se udio pentoznog puta oksidacije glukoze.
Indirektan put- razgradnja glukoze na ugljikov dioksid i vodu uz nastanak 36 molekula ATP-a.
1. Razgradnja glukoze ili glikogena do pirogrožđane kiseline
2. Pretvorba pirogrožđane kiseline u acetil-CoA
Oksidacija acetil-CoA u Krebsovom ciklusu u ugljikov dioksid i vodu
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + 686 kcal
U slučaju aerobne pretvorbe, pirogrožđana kiselina prolazi kroz oksidativnu dekarboksilaciju u acetil-CoA, koji se zatim oksidira u ugljični dioksid i vodu.
Oksidaciju piruvata u acetil-CoA katalizira sustav piruvat dehidrogenaze i odvija se u nekoliko faza. Ukupna reakcija:
Piruvat + NADH + NS-CoA acetil-CoA + NADH 2 + CO 2 reakcija je praktički ireverzibilna
Potpuna oksidacija acetil-CoA događa se u ciklusu trikarboksilne kiseline ili Krebsovom ciklusu. Taj se proces odvija u mitohondrijima.
Ciklus se sastoji od 8 uzastopnih reakcija:
U tom ciklusu molekula koja sadrži 2 atoma ugljika (octena kiselina u obliku acetil-CoA) reagira s molekulom oksaloctene kiseline, pri čemu nastaje spoj sa 6 atoma ugljika - limunska kiselina. Tijekom procesa dehidrogenacije, dekarboksilacije i pripremne reakcije, limunska kiselina se ponovno pretvara u oksalooctenu kiselinu, koja se lako spaja s drugom molekulom acetil-CoA.
1) acetil-CoA + oksaloacetat (OA) limunska kiselina
citrat sintaza
2) limunska kiselina izocitrična kiselina
akonitat hidrataza
3) izocitrična kiselina + NAD-ketoglutarna kiselina + NADH 2 + CO 2
izocitrat dehidrogenaza
4)-ketoglutarna kiselina + NS-CoA + NADsukcinilSCoA + NADH 2 + CO 2
5) sukcinil-CoA+GDP+Fjantarna kiselina+GTP+HS-CoA
sukcinil CoA sintetaza
6) jantarna kiselina + FADfumarna kiselina + FADN 2
sukcinat dehidrogenaza
7) fumarna kiselina + H 2 O L jabučna kiselina
fumarat hidrataza
8) malat + NADoksaloacetat + NADH 2
malat dehidrogenaza
Ukupno, kada se molekula glukoze razgrađuje u tkivima, sintetizira se 36 molekula ATP-a. Bez sumnje, ovo je energetski učinkovitiji proces od glikolize.
Krebsov ciklus je uobičajeni završni put kojim se dovršava metabolizam ugljikohidrata, masnih kiselina i aminokiselina. Sve ove tvari uključene su u Krebsov ciklus u jednoj ili drugoj fazi. Zatim dolazi do biološke oksidacije ili respiracije tkiva, glavna značajka a to je da se događa postupno, kroz brojne enzimske faze. Taj se proces događa u mitohondrijima, staničnim organelama u kojima veliki broj enzima. Proces uključuje dehidrogenaze ovisne o piridinu, dehidrogenaze ovisne o flavinu, citokrome, koenzim Q - ubikinon, proteine koji sadrže ne-hem željezo.
Brzina disanja je kontrolirana omjerom ATP/ADP. Što je ovaj omjer manji, to je disanje intenzivnije, osiguravajući proizvodnju ATP-a.
Također, ciklus limunske kiseline je glavni izvor ugljičnog dioksida u stanici za reakcije karboksilacije, koje započinju sintezu masnih kiselina i glukoneogenezu. Isti ugljikov dioksid opskrbljuje ugljik za ureu i neke jedinice purinskog i pirimidinskog prstena.
Odnos između procesa metabolizma ugljikohidrata i dušika također se postiže posredstvom međuproizvoda ciklusa limunske kiseline.
Postoji nekoliko putova kroz koje se intermedijeri ciklusa limunske kiseline ugrađuju u proces lipogeneze. Razgradnjom citrata nastaje acetil-CoA, koji ima ulogu prekursora u biosintezi masnih kiselina.
Izocitrat i malat osiguravaju stvaranje NADP-a, koji se troši u kasnijim reduktivnim fazama sinteze masti.
Uloga ključni faktor Stanje adenin nukleotida igra ulogu u određivanju pretvorbe NADH. Visok ADP i nizak ATP ukazuju na niske rezerve energije. U ovom slučaju, NADH je uključen u reakcije dišnog lanca, pojačavajući procese oksidativne fosforilacije povezane sa skladištenjem energije. Suprotan fenomen uočen je kod niskog sadržaja ADP i visokog sadržaja ATP. Ograničavanjem sustava prijenosa elektrona promiču korištenje NADH u drugim redukcijskim reakcijama kao što su sinteza glutamata i glukoneogeneza.
Dah. Aerobna oksidacija ugljikohidrata odvija se u prisutnosti atmosferskog kisika, zbog čega se često naziva i disanje.
Za razliku od glikolize (glikogenolize), gdje provina kiselina služi kao konačni akceptor vodikovih atoma i elektrona, tijekom disanja ulogu takvog akceptora ima kisik. U prvom slučaju nastaje mliječna kiselina kao konačni produkt u kojemu ukupno oksidacijsko stanje ugljika ostaje isto kao i glukoze, u drugom slučaju nastaje ugljični dioksid - puno jednostavniji spoj u kojem je jedini atom ugljika je potpuno oksidiran. U isto vrijeme, disanje i glikoliza imaju mnogo zajedničkih poveznica.
Disanje je, kao i glikoliza, popraćeno stvaranjem fosfornih estera glukoze i fruktoze, fosfotrioza-dihidroksiaceton fosfata i gliceraldehid-3-fosfata, kao i međuproizvoda kao što su 1,3-difosfoglicerinska kiselina, 3-fosfoglicerat, fosfoenolpiruvat pirogrožđana kiselina . Mnoge reakcije glikolize i disanja kataliziraju isti enzimi. Drugim riječima, tijekom disanja, pretvorba glukoze u mliječnu kiselinu prolazi sve iste faze kao i tijekom glikolize. Međutim, u ovom slučaju atomi vodika koji se odvajaju od gliceraldehid-3-fosfata ne reduciraju pirogrožđanu kiselinu, već se prenose na kisik, prolazeći kroz složeni sustav enzima dišnog lanca.
Mliječna kiselina, nastala tijekom procesa glikolize, kao što je već spomenuto, još uvijek sadrži prilično značajnu rezervu (otprilike 93%) potencijalne energije. No, unatoč tome, prvi živi organizmi koji su izvlačili energiju u anaerobnim uvjetima puštali su je unutra okoliš.
Dolaskom kisika u Zemljinu atmosferu živi su organizmi razvili nove, naprednije mehanizme oksidacije, zbog čega je količina oslobođene energije bila puno veća nego tijekom glikolize, budući da je konačni produkt disanja CO 2, atom ugljika od kojih je potpuno oksidiran. Priroda je uz to stvorila nove mehanizme za dodatnu oksidaciju konačnog produkta glikolize koji se ispušta u okoliš. Drugim riječima, činilo se da stvara nadgradnju nad glikolizom za oksidaciju svog konačnog produkta u aerobnim uvjetima, zadržavajući mnoge njezine faze istima.
Mliječna kiselina se ne stvara tijekom disanja. Stoga je pirogrožđana kiselina zajednički supstrat, odnosno središnja karika, gdje završava glikoliza i počinje disanje (ili se razilaze putevi glikolize i disanja - anaerobna i aerobna oksidacija glukoze).
Zadržavši prethodne stupnjeve glikolize, stanice ljudskog tijela i viših životinja zadržale su sposobnost oksidacije glukoze u anaerobnim uvjetima, zbog čega u nedostatku kisika mogu na taj način dobivati energiju. . Međutim, u ovom slučaju mliječna kiselina nastala u anaerobnim uvjetima, koja ima prilično veliku rezervu energije, ne ispušta se u okoliš, već se nakuplja u mišićima. Iz mišića se krvotokom dostavlja u jetru, gdje se ponovno pretvara u glukozu. Kada u stanicu uđe dovoljna količina kisika, dio mliječne kiseline se dalje oksidira u CO 2 i H 2 O.
Pretvorba mliječne kiseline. Mliječna kiselina nastala tijekom anaerobne oksidacije glukoze oksidira se u CO 2 i H 2 O na sljedeći način. Prvo, pod djelovanjem enzima laktat dehidrogenaza,čiji je koenzim NAD, oksidira se u pirogrožđanu kiselinu:
na koje se onda utječe piruvat dekarboksilaza, koji je složen multienzimski kompleks, podvrgava se oksidativnoj dekarboksilaciji da nastane aktivni oblik octene kiseline - acetil-CoA:
gdje je TPP tiamin pirofosfat; LA - lipoična kiselina; HSKoA - koenzim A.
U slučaju da su tkiva dobro opskrbljena kisikom, pirogrožđana kiselina se odmah podvrgava oksidativnoj dekarboksilaciji, bez redukcije u mliječnu kiselinu. Reducirani koenzim NAD H + H +, nastao tijekom oksidacije gliceraldehid-3-fosfata, prenosi vodik kroz aerobne metaboličke enzime (tj. dišni lanac) do kisika, tvoreći vodu.
Pretvorba pirogrožđane kiseline u acetil-CoA je pripremna, odnosno prijelazna faza, zbog koje se ugljikohidrati preko pirogrožđane kiseline, a zatim preko acetil-CoA uključuju u novu fazu - oksidaciju kisika. Drugim riječima, ovaj proces je poveznica između glikolize i samog disanja. Međutim, kao rezultat oksidativne dekarboksilacije pirogrožđane kiseline u acetil-CoA, oslobađa se oko 9% ukupne energije oksidacije glukoze, tj. više nego tijekom glikolize općenito, gdje se oslobađa samo 5-7% energije. Ako uzmemo u obzir 5-7 % energije glikolize i 9% energije oksidativne dekarboksilacije pirogrožđane kiseline, tada se oslobađa ukupno 14-16% energije nakupljene u ugljikohidratima. Prema tome, preostalih 84-86 % energija je još uvijek pohranjena u molekuli octene kiseline.
Ciklus trikarboksilnih kiselina (Krebsov ciklus) je novi, napredniji mehanizam oksidacije ugljikohidrata, razvijen u živim organizmima pojavom kisika na Zemlji. Koristeći ovaj mehanizam, octena kiselina se u aerobnim uvjetima dalje pretvara u obliku acetil-CoA u CO 2 i H 2 O uz oslobađanje energije.
Budući da su prvi supstrati u oksidaciji octene kiseline trikarboksilne kiseline, a hipotezu o mehanizmu te oksidacije iznio je H. A. Krebs, proces je nazvan ciklus trikarboksilnih kiselina ili Krebsov ciklus.
Prva reakcija ciklusa je reakcija kondenzacije acetil-CoA s oksalooctenom kiselinom, koju katalizira enzim citrat sintaza. Kao rezultat, nastaje aktivni oblik limunske kiseline - citril-CoA:
Kada se hidrolizira, citril-CoA se pretvara u limunsku kiselinu:
Potonji je pod djelovanjem enzima akonitat hidrataza prelazi u cis-akonitnu kiselinu, koja dodavanjem vode prelazi u izocitričnu kiselinu:
Izocitrična kiselina se dalje oksidira eliminacijom dva atoma vodika, pretvarajući se u oksalojantarnu kiselinu. Ovom reakcijom počinje eliminacija CO 2 i prva oksidacija acetil-CoA u trikarboksilnom ciklusu. Oksalno-jantarna kiselina, dekarboksilirana, prelazi u α-ketoglutarnu kiselinu. Dehidrogenaciju izocitranske i dekarboksilaciju oksalno-jantarne kiseline katalizira enzim izocitrat dehidrogenaza uz sudjelovanje koenzima NAD +:
Sljedeća faza ciklusa trikarboksilne kiseline je reakcija oksidativne dekarboksilacije α-ketoglutarne kiseline, koja rezultira stvaranjem jantarne kiseline. Ovaj se proces odvija u dvije faze. Prvo, α-ketoglutarna kiselina prolazi kroz oksidativnu dekarboksilaciju da bi se formirao aktivni oblik jantarne kiseline - sukcinil-CoA - i CO2. Ova reakcija nalikuje reakciji pretvorbe pirogrožđane kiseline u acetil-CoA i također je katalizirana složenim multienzimskim kompleksom - α -ketoglutarat dehidrogenaza. Kao rezultat ove reakcije dolazi do druge eliminacije ugljičnog dioksida i dehidrogenacije octene kiseline koja ulazi u ciklus:
Dobiveni aktivni oblik jantarne kiseline, sukcinil-CoA, za razliku od acetil-CoA, je visokoenergetski tioeterski spoj u kojem je akumulirana energija oksidacije α-ketoglutarne kiseline.
U sljedećem koraku ta se energija koristi za stvaranje GTP-a (gvanozin trifosforne kiseline) iz GDP-a i anorganske fosforne kiseline i pohranjuje se u fosfatnim vezama ovog spoja. Reakciju katalizira enzim sukciniltiokinaza:
GTP nastao kao rezultat ove reakcije stupa u interakciju s ADP-om, što rezultira stvaranjem ATP-a:
GTP + ADP BDP + ATP.
Sinteza ATP-a povezana s oksidacijom supstrata još je jedan primjer fosforilacije supstrata.
U daljnjem tijeku ciklusa trikarboksilnih kiselina dolazi do još dvije dehidrogenacije. Jantarna kiselina pod utjecajem sukcinat dehidrogenaza uz sudjelovanje koenzima FAD + odvaja dva atoma vodika i pretvara se u fumarnu kiselinu, a FAD + se reducira u FAD H 2. Tada fumarna kiselina, dodajući molekulu vode, stvara jabučnu kiselinu (malat), koja uz pomoć malat dehidrogenaza a koenzim NAD + ponovno prolazi kroz dehidrogenaciju. U tom slučaju nastaje oksalno-octena kiselina, tj. supstrat od kojeg počinje ciklus trikarboksilne kiseline:
Regenerirana oksaloctena kiselina može ponovno reagirati s novom molekulom acetil-CoA, a proces će započeti istim redoslijedom.
Opća shema Ciklus trikarboksilne kiseline može se predstaviti na sljedeći način:
Ciklus trikarboksilnih kiselina
(krajnji produkti oksidacije acetil-CoA prikazani su u okviru).
Iz gornjeg dijagrama proizlazi da je glavna funkcija Krebsovog ciklusa dehidrogenacija octene kiseline. Ako uravnotežimo enzimatsku dehidrogenaciju jednog ciklusa, možemo lako izračunati da reakcije proizvode osam atoma vodika: šest atoma se koristi za redukciju NAD + i dva atoma se koriste za redukciju FAD + sukcinat hidrogenaze.
Ukupna reakcija ovog ciklusa opisana je sljedećom jednadžbom:
CH3COOH + 2H20 → 2CO2 + 8H,
iz čega proizlazi da vodi pripadaju četiri atoma vodika. Prema tome, preostala četiri nastala su dehidrogenacijom octene kiseline, tj. ovo je sav vodik koji je bio dio njegove molekule. Pritom su se dva ugljikova atoma dva puta oslobodila u obliku ugljičnog monoksida (IV) (jednom prilikom dekarboksilacije oksalno-jantarne kiseline, drugi put tijekom dekarboksilacije α-ketoglutarne kiseline), tj. točno toliko ih je ušlo u ciklus u obliku acetalne skupine.
Iz gornje jednadžbe također proizlazi da ni kisik, ni ATP, ni anorganska fosforna kiselina nisu uključeni u ciklus. Svi ti metaboliti međusobno djeluju u respiratornom lancu, koji uključuje anorgansku fosfornu kiselinu, atome vodika i kisik uklonjene tijekom dehidrogenacije, a ATP nastaje kao rezultat oksidativne fosforilacije. Energija za ovaj proces oslobađa se kao rezultat redoks reakcija kada se atomi vodika i elektroni prenose iz reduciranih oblika NAD H 2 i FAD H 2 na kisik.
Proces oksidativne fosforilacije detaljno je opisan u Pogl. 22. Podsjetimo samo da za svaki par elektrona (par vodikovih atoma) u dišnom lancu oksidativnom fosforilacijom nastaju tri molekule ATP (jedna prilikom prijenosa vodikovih atoma iz NAD H + H + u FAD, druga kada prijenos para elektrona iz citokroma b na citokrom S a treći – iz citokroma a 3 na atom kisika). Dakle, svaki oksidativni stupanj pretvorbe glukoze u CO 2 i H 2 O, povezan s NAD, popraćen je stvaranjem tri molekule ATP, povezanim s FAD - stvaranjem dviju molekula ATP.
Energetska ravnoteža oksidacije ugljikohidrata. Prvo, rezimirajmo energetsku bilancu zbog dehidrogenacije octene kiseline u Krebsovom ciklusu. Kao što smo već utvrdili, u ovom ciklusu dolazi do četiri dehidrogenacije, pri čemu su nastala tri reducirana oblika NAD i jedan FAD, a fosforilacijom supstrata sintetizirana je jedna molekula ATP:
Dakle, Krebsov ciklus sintetizira šest puta više ATP-a nego glikoliza. Ako uzmemo u obzir još dvije reducirane molekule NAD nastale oksidacijom mliječne i pirogrožđane kiseline, onda će to iznositi još 6 molekula ATP-a, a ukupno 18. Budući da se glukoza razgrađuje na dvije fosfotrioze, količina ATP-a se povećava za 2 puta i iznosit će 36 molekula.
Dodajući ovome 2 molekule ATP nastale tijekom glikolize, dobivamo ukupnu ravnotežu energije akumulirane u makroergičkim vezama ATP-a tijekom oksidacije glukoze u CO 2 i H 2 O: 36 + 2 = 38.
Utvrđeno je da potpuna oksidacija 1 mola glukoze u CO 2 i H 2 O prati oslobađanje 2872 kJ. 38 ATP molekula akumulira 1270-1560 kJ, t.j. približno 50% ukupne energije oslobođene tijekom oksidacije. Dakle, preostalih 50 % Energija se u tijelu rasipa u obliku topline kako bi se održala odgovarajuća temperatura.
Od razmatranih faza oksidacije glukoze od iznimne je važnosti aerobna faza. Ako tijekom anaerobne oksidacije, t.j. pri stvaranju mliječne kiseline oslobađa se samo 197 kJ energije, od čega 40 % akumulira u visokoenergetskim vezama dviju molekula ATP-a, tada se u aerobnoj fazi oslobađa 2872 - 197 = 2675 kJ, što je oko 93% ukupne energije. Dakle, tijelo najveći dio energije dobiva disanjem.
Apotomski put oksidacija glukoze. Uz Krebsov ciklus, u mnogim stanicama postoji još jedan put za razgradnju glukoze, tzv apotomski, ili pentoza fosfat. Eksperimentalno je utvrđeno da se u aerobnim uvjetima u eritrocitima, jetri i bubrezima glukoza može oksidirati u 6-monofosfoglukonsku kiselinu, a fruktozo-1,6-difosfat pritom ne nastaje. Kao rezultat ove oksidacije glukoze nastaje značajna količina pentoza. Ovaj put je otkrio sovjetski biokemičar V. A. Engelhardt, a njegove pojedine faze proučavali su O. Warburg, F. Dickens, I. D. Golovatski i dr. Pentozofosfatni put nije glavni put oksidacije glukoze. Njegova glavna svrha je opskrba stanica reduciranim oblicima NADP-a potrebnim za biosintezu masnih kiselina, kolesterola, purinskih i pirimidinskih baza, steroida itd. Druga funkcija ovog puta je opskrba pentozama, uglavnom D-ribozom, za sinteza nukleinskih kiselina.
Pentozofosfatni put za razgradnju glukoze može se sažeti sljedećom jednadžbom:
Glukoza-6-monofosfat + 2 NADP + → Riboza-5-monofosfat + CO 2 + 2 NADP·H + H + + 2H + .
Pentoze koje se ne koriste za biosintezu nukleinskih kiselina i nukleotida troše se na biosintezu drugih spojeva i regeneraciju glukoze.
Biosinteza ugljikohidrata
Postoje dvije glavne metode za biosintezu ugljikohidrata iz relativno jednostavnih metabolita. Jedan od njih je redukcija ugljičnog dioksida u glukozu. Ovaj proces, karakterističan za zelene biljke i tzv fotosinteza, odvija se zahvaljujući energiji sunčeve svjetlosti uz pomoć klorofila prema sljedećoj jednadžbi:
CO 2 + 2H 2 O 1/6C 6 H 12 O 6 + O 2 + H 2 O.
Hvatajući sunčeve zrake i pretvarajući njihovu energiju u energiju ugljikohidrata, zelene biljke osiguravaju očuvanje i razvoj života na Zemlji. To je, prema K. A. Timirjazevu, prostorna uloga zelene biljke kao posrednik između sunca i cjelokupnog života na Zemlji.
Nedavno je rad skupine znanstvenika s Instituta za biokemiju. A. V. Palladin s Akademije znanosti Ukrajinske SSR, pod vodstvom akademika M. F. Gulyja, pokazao je da su tkiva viših životinja također sposobna fiksirati ugljični dioksid, iako se mehanizam njegove fiksacije razlikuje od mehanizma fotosintetskih stanica. Sastoji se od izgradnje ugljičnog kostura ugljičnim monoksidom (IV) supstrata kao što su keto kiseline, masne kiseline, aminokiseline itd.
U jetri, bubrezima i skeletnim mišićima ljudi i viših životinja postoji još jedan put biosinteze ugljikohidrata, tzv. glukoneogeneza. To je sinteza glukoze iz pirogrožđane ili mliječne kiseline, kao i iz takozvanih glikogenih aminokiselina, masti i drugih prekursora, koji se tijekom metabolizma mogu pretvoriti u pirogrožđanu kiselinu ili metabolite ciklusa trikarboksilne kiseline.
Glukoneogeneza je put suprotan glikolizi. Međutim, postoje tri koraka u ovom putu koji se ne mogu energetski iskoristiti u pretvorbi pirogrožđane kiseline u glukozu. Ova tri stupnja glikolize zamjenjuju se reakcijama "bypass" koje zahtijevaju manje energije.
Prva premosna reakcija je pretvorba pirogrožđane kiseline u fosfoenolpirogrožđanu kiselinu. Budući da se razgradnja glukoze odvija u mitohondrijima, a sinteza u citoplazmi, u prvoj fazi mitohondrijska pirogrožđana kiselina prvo se pretvara u oksalno-octenu kiselinu. Ovu transformaciju katalizira enzim piruvat karboksilaza, aktivira acetil-CoA uz sudjelovanje ATP-a. Rezultirajuća oksalno-octena kiselina se zatim reducira uz sudjelovanje NAD H + H + u jabučnu kiselinu:
Pirogrožđana kiselina + CO 2 oksalacetatna kiselina 
Jabučna kiselina.
Jabučna kiselina difundira u citoplazmu i oksidira je citoplazmatskom malat dehidrogenazom u citoplazmatsku oksalooctenu kiselinu, iz koje nastaje fosfoenolpirugrožđana kiselina. Ova reakcija je katalizirana fosfoenolpiruvat karboksikinaza. GTP služi kao donor fosforne kiseline:
Jabučna kiselina 
Oksalna octena kiselina Fosfoenolpiruvična kiselina.
Nakon toga slijedi čitav niz obrnutih reakcija, koje završavaju stvaranjem fruktozo-1,6-bisfosfata. Pretvorba fruktozo-1,6-bisfosfata u fruktozo-6-fosfat je druga ireverzibilna reakcija glikolize. Stoga ga katalizira ne fosfofruktokinaza, već fruktoza difosfataza. Ovaj enzim katalizira ireverzibilnu hidrolizu 1-fosfatne skupine:
Fruktoza-1,6-difosfat + H 2 O → Fruktoza-6-fosfat + H 3 PO 4.
U sljedećoj (reverzibilnoj) fazi biosinteze glukoze, fruktoza-6-fosfat se pretvara u glukoza-6-fosfat pod utjecajem fosfogluko-izomeraza glikoliza.
Razgradnja glukoza-6-fosfata u glukozu je treća ireverzibilna reakcija koja se ne postiže preokretom pomoću heksokinaze. Slobodna glukoza nastaje od glukoza-6-fosfataza, katalizira reakciju hidrolize:
Glukoza-6-fosfat + H 2 O → Glukoza + H 3 PO 4.
U većini stanica glukoza-6-fosfat, nastao tijekom glikogenolize, koristi se kao prekursor za biosintezu oligo- i polisaharida. Veliku ulogu u biosintezi ovih složenih šećera igra spoj uridin fosfoglukoza, koji djeluje kao intermedijarni prijenosnik glukoze.
Tijekom biosinteze glikogena, na primjer, glukoza-6-fosfat, pretvoren u glukoza-1-fosfat pod djelovanjem fosfoglukomutaze, stupa u interakciju s uridin trifosfornom kiselinom (UTP), spojem sličnim ATP-u, koji umjesto njega sadrži dušikovu bazu uracil od adenina. Kao rezultat ove interakcije korištenjem glukoza-I-fosfat uridiltransferaza nastaje uridil difosfoglukoza:
Glukoza-1-fosfat + UTP UDP-glukoza + Fn.
U završnoj fazi biosinteze glikogena u reakciji kataliziranoj glikogen sintetaza, glukozni ostatak iz UDP-glukoze prenosi se na terminalni glukozni ostatak lanca amilaze kako bi se stvorila 1,4-glikozidna veza (vidi Poglavlje 16). Završava se grananje glikogena stvaranjem 1,6-veza amilo-1,4-1,6-transglukozidaza.
Biosinteza glikogena provodi se ne samo iz glukoza-6-fosfata, nastalog glukoneogenezom. Kao što je gore navedeno, dio glukoze nakon apsorpcije također se koristi za njezinu biosintezu. Sinteza glikogena, kao proces stvaranja pokretne rezerve ugljikohidrata u organizmu, od velike je biološke važnosti. Vodeća uloga u tome pripada jetri. Zahvaljujući sintezi i taloženju glikogena u jetri održava se stalna koncentracija glukoze u krvi i drugim tkivima te se sprječava njezin gubitak mokraćom pri unosu hrane, posebice ugljikohidrata. Osim toga, taloženje glikogena u jetri potiče postupnu upotrebu ugljikohidrata ovisno o životnim uvjetima tijela.
Korištenju glukoze za sintezu glikogena prethodi stvaranje estera glukoze i fosfora. Prvo nastaje glukoza-6-monofosfat. Izvor energije i donor fosfata je ATP. Heksokinaza katalizira ovu reakciju. Pod djelovanjem enzima fosfoglukomutaze glukoza-6-monofosfat se pretvara u glukoza-1-monofosfat:
Daljnja pretvorba glukoza-1-monofosfata u glikogen odvija se na nama već poznat način.
Poglavlje 24. METABOLIZAM LIPIDA
Lipidi su velika skupina organskih spojeva. Svi se razlikuju na svoj način kemijski sastav i strukturu, ali imaju jedno zajedničko svojstvo – netopljivost u vodi. Zbog činjenice da enzimi koji djeluju na ove organski spojevi, topiv u vodi, razgradnja i apsorpcija lipida u probavnom kanalu karakteriziraju određene značajke. Prisutnost lipida različite strukture određuje različite načine njihove razgradnje i sinteze.
Zadržimo se na metabolizmu masti, fosfatida i sterida, koji imaju najvažniji biološki značaj.
Metabolizam lipida je, kao i ugljikohidrata, višefazni proces koji se sastoji od probave, apsorpcije, transporta lipida u krvi, unutarstanične oksidacije i biosinteze.
Probava lipida
Probava triglicerida. Trigliceridi ili neutralne masti koncentrirani su izvori energije u tijelu. Pri oksidaciji 1 g masti oslobađa se oko 38,9 kJ energije. Budući da su hidrofobni spojevi, masti su pohranjene u kompaktnom obliku, zauzimajući relativno malo prostora u tijelu. Zajedno s hranom ljudsko tijelo dnevno prima do 70 g masti biljnog i životinjskog podrijetla. Po svojoj kemijskoj prirodi oni su uglavnom trigliceridi.
Razgradnja masti događa se uz pomoć enzima tzv lipaze. Slina ne sadrži takve enzime, pa se masti ne mijenjaju u usnoj šupljini. U želucu je aktivnost lipaze vrlo slaba. To je zbog činjenice da je u želucu reakcijska okolina jako kisela (pH = 1,5-2,5), dok je optimalno djelovanje lipaze pri pH = 7,8 = 8,1. U tom smislu, samo 3-5% dolaznih masti probavlja se u želucu.
Probava masti u želucu događa se samo u novorođenčadi i dojenčadi. To je zbog činjenice da je pH okoliša u želucu novorođenčadi 5,6, au tim uvjetima lipaza pokazuje veću aktivnost. Osim toga, mast u majčinom mlijeku, glavnom prehrambenom proizvodu za djecu u tom razdoblju, u visoko je emulgiranom stanju, a samo mlijeko sadrži lipolitički faktor koji sudjeluje u probavi masti.
Međutim, želudac i dalje igra ulogu u probavi masti kod odraslih. Regulira dotok masti u crijeva i probavlja bjelančevine, čime se oslobađa mast iz lipoproteinskih kompleksa hrane.
Glavno mjesto probave masti je dvanaesnik i dijelovi tankog crijeva. Budući da su masti netopljive u vodi, a enzimi koji ih razgrađuju spojevi su topljivi u vodi, nužan uvjet za hidrolitičku razgradnju masti na njihove sastavne dijelove je njihova disperzija(drobljenje) da se dobije rijetka emulzija. Raspršivanje i emulgiranje masti nastaje kao rezultat djelovanja više čimbenika: žučnih kiselina, slobodnih viših masnih kiselina, mono- i diglicerida te proteina. Tome također pridonose crijevna peristaltika i stalno nastali ugljični dioksid, koji se oslobađa tijekom interakcije kiselih sastojaka hrane koji dolaze iz želuca s crijevnim karbonatima, stvarajući alkalna sredina. Nastali ugljični dioksid "klokoće" kroz hranu, sudjelujući na taj način u raspršivanju masti. Neutralizacija želučanog sadržaja također je olakšana ulaskom u lumen tankog crijeva žuči, koja je alkalne prirode.)
Žuč je viskozna tekućina svijetložute boje specifičnog mirisa i gorkog okusa. Žuč sadrži žučne kiseline. žučni pigmenti, produkti razgradnje hemoglobina, kolesterol, lecitin, masti, neki enzimi, hormoni itd. Žuč pospješuje peristaltiku tankog crijeva i djeluje bakteriostatski na njegovu mikrofloru. Toksini se izlučuju iz tijela žuči. Također je aktivator lipolitičkih enzima i povećava propusnost crijevne stijenke.
Dom sastavni diožuči su žučne kiseline. Nastaju u jetri iz kolesterola, a nalaze se u žuči u slobodnom i vezanom stanju, kao iu obliku natrijevih soli. Ljudska žuč sadrži uglavnom tri žučne kiseline. Glavnina se sastoji od kolne (3,7,12-trihidroksikolanske) i deoksikolne (3,12-dihidroksikolanske), manji dio je litokolne (3-hidroksikolanske) kiseline, koje su derivati kolanske kiseline. :
Kolna kiselina se također može naći u žuči u vezanom stanju u obliku uparenih spojeva s glicinom i derivatom cisteina taurinom - glikokolna i taurokolna kiselina, respektivno:
Natrijeva sol glikokolne kiseline
Natrijeva sol tauroholne kiseline
Zbog prisutnosti žučnih kiselina dolazi do smanjenja površinska napetost lipidnih kapljica, što doprinosi stvaranju vrlo tanke i stabilne emulzije čiji je promjer čestica oko 0,5 mikrona. Monogliceridi i više masne kiseline također doprinose stvaranju emulzije. Emulgiranje masti dovodi do kolosalnog povećanja površine kontakta između lipaze i Vodena otopina. Dakle, što je emulzija masti rjeđa, lipaza ih bolje i brže razgrađuje. Osim toga, u obliku tanke emulzije, crijevne stijenke mogu izravno apsorbirati masti bez razgradnje na sastavne dijelove.
U prisutnosti žučnih kiselina, pod djelovanjem lipaze, dolazi do hidrolitičke razgradnje masti u lumenu tankog crijeva. Kao rezultat toga nastaju produkti djelomične i potpune razgradnje masti - mono- i digliceridi, slobodne više masne kiseline i glicerol:
Sadrži i dio neprobavljene masti u obliku vrlo rijetke emulzije. Sve te proizvode naknadno apsorbira crijevna stijenka. U ovoj smjesi trigliceridi su oko 10 % , mono-
idisaharidi - također 10 % , a najveći dio - oko 80% - su proizvodi potpune razgradnje masti - glicerola i viših masnih kiselina
Probava fosfoglicerida. Glavno mjesto probave fosfatida također je duodenum. Emulgiranje ovih lipida događa se pod utjecajem istih tvari kao i trigliceridi. Međutim, hidrolitičko cijepanje fosfatida provodi se pod djelovanjem fosfolipaza A, B, C i D. Svaki enzim djeluje na određenu estersku vezu fosfolipida. Hidrolitička razgradnja, na primjer, lecitina događa se na sljedeći način:
Mali dio fosfatida prolazi kroz takvu potpunu razgradnju, budući da su njegovi intermedijarni produkti visoko topljivi u vodi i lako ih apsorbira crijevna stijenka. Osim toga, fosfogliceridi lako stvaraju emulzije, koje crijevna stijenka također može apsorbirati.
Digestija sterida. Steroidi uključeni u hranu emulgiraju se pod utjecajem istih čimbenika kao i masti, nakon čega prolaze kroz hidrolitičku razgradnju na slobodne sterole i više masne kiseline. Ovaj proces se odvija pod djelovanjem enzima kolesterol esteraza.
Apsorpcija lipida
Kao rezultat probave masti, fosfatida, sterida u lumenu tankog crijeva nastaje značajna količina proizvoda njihove djelomične i potpune hidrolitičke razgradnje: mono- i digliceridi, više masne kiseline, steroli, dušične baze, fosforna kiselina. Sadrži i malu količinu triglicerida, koji su u fino emulgiranom stanju. Sve ove proizvode apsorbira stijenka tankog crijeva.
Probavni produkti poput masnih kiselina i kolesterola, slabo topljivi u vodi, tvore sa žučnim kiselinama komplekse topive u vodi – tzv. koleinske kiseline. Te kiseline lako prodiru u epitelne stanice stijenke crijeva, gdje se razgrađuju na svoje sastavne dijelove. Oslobođene žučne kiseline vraćaju se u lumen crijeva i ponovno se koriste za transport produkata razgradnje masti netopljivih u vodi.
Neki od produkata razgradnje (glicerol, glicerolfosforna kiselina, dušične baze) vrlo su topljivi u vodi i lako prodiru u epitelne stanice. Fosforna kiselina apsorbiraju u epitelne stanice stijenke tankog crijeva u obliku natrijevih i kalijevih soli. Apsorpcija lipida temelji se na nizu složenih fizikalno-kemijskih i bioloških procesa za čiju provedbu je potrebna energija makroergičkih veza ATP-a.
U epitelnim stanicama crijevne sluznice ponovno se sintetiziraju lipidi iz apsorbiranih produkata hidrolitičkog cijepanja. Međutim, ova ponovna sinteza dovodi do stvaranja specifičnih masti karakterističnih za određeni organizam.
Za stvaranje neutralnih masti koriste se više masne kiseline, glicerol, mono- i digliceridi. Istodobno dolazi do sinteze fosfatida, za što se uglavnom koriste glicerol fosforna kiselina, gliceridi i digliceridi, kao i male količine monoglicerida. Steroidi nastaju iz kolesterola i viših masnih kiselina.
U epitelnim stanicama crijevne stijenke nastaju kompleksi veličine 150-200 nm tzv. Hilo mikrona. Unutarnji sadržaj hilomikrona, predstavljen raznim vrstama formiranih lipida, uglavnom trigliceridima, okružen je vanjskom proteinskom ovojnicom, zbog koje su hilomikroni visoko topljivi u vodi. Hilomikroni difundiraju najprije u međustaničnu tekućinu, zatim u limfne kapilare i na kraju ulaze u krvotok, gdje se pod utjecajem heparina raspadaju na male čestice. Krvotokom se raznose po tijelu i rezervno talože u masnim depoima – potkožnom i perinefričkom tkivu, omentumu, mezenteriju i mišićnom tkivu. Dio masnoća u krvi koristi se u plastične svrhe, kao izvor kemijska energija itd.
Dakle, hilomikroni su nositelji lipida nastalih u epitelnim stanicama tankog crijeva. Istodobno, oni prenose uglavnom trigliceride u krvi.
Uz hilomikrone, postoje i drugi oblici prijenosa lipida u krvi, na primjer α- i β-lipoproteini. Njihove molekule su složeni kompleksi lipida i proteina. α-Lipoproteini su glavni transportni oblici fosfatida, β-lipoproteini su nositelji kolesterola i njegovih estera.
Najpokretljiviji oblik lipida su slobodne više masne kiseline.
Važnu ulogu u aktivnom transportu lipida imaju oblikovani elementi krvi. Eritrociti, na primjer, sudjeluju u transportu fosfatida i kolesterola, leukociti - triglicerida.
Velika uloga u metabolizmu lipida pripada masnim depoima. Istraživanja su pokazala da se u masnim depoima ne taloži samo određena vrsta novosintetizirane masti u tijelu, već i strane masti u malim količinama, tj. uključeni u hranu. Pokusi provedeni na izgladnjelim psima pokazali su da masti iz hrane nakon apsorpcije prvo ulaze u masne depoe iz kojih prelaze u krvnu plazmu.
Dakle, masno tkivo nije pasivno skladište masti, njegov sastav se stalno ažurira zbog lipida apsorbiranih iz crijeva ili sintetiziranih u tijelu.
