Subiect: „schimb și funcții carbohidrați. Anaerob și oxidarea aerobă a glucozei "
1. Definirea și principiile de bază ale clasificării de carbohidrați. Structura cea mai importantă mono-, di- și polizaharide. funcții biologice de carbohidrați.
2. Glucoza-6-fosfat - un metabolit cheie al metabolismului carbohidraților. Principalele căi de formare și utilizare a glucozei-6-fosfat, și rolul lor în organism.
3. Glicoliză - calea centrală a catabolismului glucozei. Rolul biologic al localizării în celulă, o secvență de reacții. Glicogenoliza, relația sa cu glicoliza.
4. Balanța energetică (sold ATP) glicolizei și glicogenolizei.
5. Enzimele de reglementare ale glicolizei. Rolul efectori alosterici (activator, inhibitor) în reglarea anaerobă a ratei de degradare a glucozei în țesuturi.
transfer de hidrogen 6. Mecanismele de NADH în mitocondrie citoplasmatice (mecanisme de transfer).
7. aerob oxidare a glucozei calea dihotomice: succesiunea etapelor (schemă), reacția de dehidrogenare și fosforilarea substratului. Balanța energetică (randament ATP).
Clasificarea și funcția de carbohidrați.
15.1.1. Carbohidrați - compuși poligidroksikarbonilnye și derivații lor, caracteristica lor caracteristică este prezența unei aldehide (-CH = O) sau o cetonă (> C = O) și cel puțin două hidroxil (-OH) grupări.
15.1.2. Conform structurii este împărțit în carbohidrați, monozaharide, oligozaharide și polizaharide.
Monozaharidele - cele mai simple, carbohidratii nu sunt supuse hidrolizei. În funcție de prezența unei grupări aldehidă sau cetonă distinge aldozelor (de exemplu, glucoză, galactoză, riboza, glyceraldehyde) și cetoze (de exemplu, fructoza, ribuloza, dihidroxiacetona).
Oligozaharidele - carbohidrați având de la 2 la 10 resturi de monozaharide unite prin intermediul unor legături glicozidice. În funcție de numărul de resturi de monozaharidă distinge dizaharide (2 conțin reziduu, cum ar fi lactoza, zaharoza, maltoza), trizaharide (3 conțin reziduuri de) etc.
Polizaharide - carbohidrați care conțin mai mult de 10 resturi de monozaharide unite prin intermediul unor legături glicozidice. În cazul în care polizaharida este format din aceleași reziduuri de monozaharidă, se gomopolisaharid (amidon, glicogen, celuloza). În cazul în care polizaharida este compus din diferite unități de monozaharide, heteropolizaharidic este (acid hialuronic, acid condroitin, heparină).
Formula carbohidratii esențiali sunt prezentate în Figura 15.1.
15.1.3. Funcțiile de carbohidrați. Carbohidratii din organism îndeplinește următoarele funcții:
1. Energie. Carbohidrații sunt o sursă de energie. Din cauza oxidarea lor este satisfăcută de aproximativ jumătate din necesarul de energie al persoanei. In oxidarea 1 g de carbohidrati eliberat aproximativ 16,9 kJ.
2. Rezerva. Amidon și glicogen sunt o formă de stocare de nutrienți, glucoză exercitarea funcției depot temporară.
3. Structura. Celuloză și alte polizaharide vegetale formează un schelet puternic; într-un complex cu proteine și lipide, acestea fac parte din membranele biologice ale tuturor celulelor.
4. protecție. Cele heteropolizaharide acide acționează ca un lubrifiant biologic, deschizând articulațiile suprafeței mucoasei tractului digestiv, nazal, bronșic, traheal și altele frecându.
5. anticoagulantă. Heparina are proprietăți biologice importante, în special, previne coagularea sângelui.
6. Carbohidrații sunt sursa de carbon. care este necesar pentru sinteza proteinelor, acizilor nucleici, lipide și alți compuși.
15.1.4. Sursa de carbohidrati pentru organism alimentar sunt glucide (amidon, zaharoză, lactoză, glucoză). Glucoza poate fi sintetizat in organism din aminoacizi, glicerol, lactat și piruvat (gluconeogeneza).
oxidarea anaerobă a glucozei.
15.2.1. Glycolysis - o descompunere a glucozei enzimatice în condiții aerobe la două molecule de acid piruvic (glicoliza aeroba), cât și în condiții anaerobe - în două molecule de acid lactic (glicoliza anaerobă). În condiții anaerobe glicoliza are loc în țesuturi fără consumul de oxigen și este singurul proces de furnizare ATP, deoarece fosforilarea oxidativă nu funcționează în astfel de condiții. glicoliza anaeroba are loc în toate țesuturile, care funcționează în condiții de hipoxie, în special în mușchii scheletici. Glicoliza în celulele roșii din sânge, chiar și în prezența oxigenului culminează în formarea de lactat, deoarece aceste celule lipsite de mitocondrii.
Glicoliză apare în citosolul celulelor corpului. Acest proces este catalizată de unsprezece enzime, care sunt marcate într-o stare foarte purificată și bine cercetate. Glicoliză poate fi împărțită în două etape.
15.2.2. Prima etapă de pregătire a glicolizei este glucoza și reacția cuprinde transformarea unei molecule în două molecule phosphotriose. Această etapă este însoțită de cheltuielile de molecule ATP.
Reacția inițială a conversiei glucozei in celula este fosforilare prin reacția cu ATP (Figura 15.1, reacția 1). Condițiile de reacție în celulele se produce numai într-o singură direcție. Rolul biologic al reacției de fosforilare a glucozei este ca glucoză 6-fosfat, în contrast cu glucoză liberă, poate penetra membrana plasmatică înapoi în sânge și este „blocat“ în celulă. Astfel, glucoză 6-fosfat este un metabolit esențial al metabolismului carbohidraților, care se realizează la nivelul de integrare a diferitelor moduri de a converti glucoza in celula.
In cele mai multe țesuturi ale reacției de fosforilare glucoza catalizată de enzima hexokinază. care are o mare afinitate față de glucoză, este de asemenea capabilă să fosforileze fructoză și manoză și alosteric inhibat de un exces de glucoză-6-fosfat. In celulele hepatice, în plus, enzima este glucokinaza. care are o afinitate scăzută la glucoză, nu este inhibată de glucoză 6-fosfat, și nu este implicat în fosforilarea altor monozaharide. Glucokinaza funcționează în mod eficient numai la concentrații mari de glucoză în sânge. Aceasta promovează absorbția unei cantități mari de carbohidrați care provin din intestin la ficat in faza activa a digestiei.
În următoarea reacție de glucoză-6-fosfat este izomerizată în fructoză 6-fosfat (Figura 15.1. Reacția 2).
Produsul este supus reacției de izomerizare în detrimentul re-fosforilarea ATP (Figura 15.1. Reacția 3). Această reacție - reacția să se desfășoare mai încet, și glicoliza, cum ar fi fosforilarea glucozei este ireversibil. Enzyme - fosfofructochinază - este un allosteric activat ADP, AMP și fructoză 2,6-bifosfat și inhibat de citrat și o concentrație mare de ATP.
În următoarea etapă fructozei 1,6-bifosfat suferă clivaj la două phosphotriose (figura 15.1. Reacția 4). Astfel, un compus chimic care conține 6 atomi de carbon, devine doi, conținând 3 atomi de carbon. Prin urmare, glicoliza se numește dihotomică prin transformarea glucozei (de la cuvântul „dihotomie“ - se taie în două părți).
Mai departe de izomerizare fosfat triose are loc (Figura 15.1. Reacția 5). În această reacție are loc în dioksiatsetonfosfat gliceraldehid 3-fosfat. Astfel, în prima etapă a glicolizei a moleculei de glucoza este transformată în două molecule de gliceraldehid-3-fosfat. De aceea, în reacția din a doua etapă a glucozei este implicat două molecule ale fiecărui substrat care trebuie luate în considerare la calcularea balanței energetice a căii metabolice.
Figura 15.1. Reacțiile la prima etapă a glicolizei.
15.2.3. A doua etapă a glicolizei implică reacția de conversie a două molecule de gliceraldehid-3-fosfat în două molecule de lactat. În această etapă a glicolizei este sintetizat molecule ATP.
Gliceraldehid 3-fosfat este supusă dehidrogenat implicând-dependente NAD dehidrogenaza. În această reacție, consumul de fosfat anorganic, care este inclus în produsul de reacție care conține legătură fosfat cu energie ridicată (Figura 15.2, reacția 6) și donor de hidrogen intermediar este SH-grup în centrul activ al enzimei care este apoi regenerat.
1,3-difosfogliceratului reacționează fosforilare prim substrat, adică nu conjugat cu transportul de electroni în lanțul respirator. În această reacție, sinteza moleculei ATP prin transferul unui grup de fosfat cu energie de legătură per moleculă de ADP (Figura 15.2, reacția 7).
Următoarea reacție are loc deplasarea intramoleculară a unui grup de fosfat la atomul de carbon 2-3-fosfoglicerat (Figura 15.2, reacția 8). facilitând astfel eliminarea ulterioară a moleculelor de apă, ceea ce conduce la bond fosfat de energie în produsul de reacție (Figura 15.2, reacție 9).
Fosfoenolpiruvat (PEP) reacționează a doua fosforilării substrat în care se formează molecula ATP. Spre deosebire de prima fosforilarea substratului, această reacție este ireversibil în condițiile de celule (Figura 15.2, reacția 10). Kinaza izoenzima enzima piruvat există în două forme. Izoenzima prezent în celulele hepatice, alosteric inhibat de ATP și activate de fructoză 1,6-bifosfat. Izoenzima prezentă în creier, mușchi și alte țesuturi, nu este alosteric și nu este implicat în reglarea glicolizei.
În reacția finală a glicolizei are loc utilizarea NADH formate în timpul dehidrogenarea gliceraldehid-3-fosfat (vezi. Reacția 6). Cu ajutorul NAD dependente lactat dehidrogenaza piruvatului acid lactic a fost restaurat (Figura 15.2, reacția 11). Enzima există în cinci forme de izoenzime, care diferă prin afinitatea substratului și distribuția tisulară.
Astfel, în timpul formării lactatului de glucoză nu se acumulează în celula NADH. Aceasta înseamnă că procesul este anaerob și poate avea loc fără participarea oxigenului (care este acceptor de electroni final transmis în lanțul respirator NADH). În țesuturi, care funcționează în condiții de hipoxie,
La calcularea echilibrului energetic al glicolizei trebuie remarcat faptul că fiecare dintre reacțiile a doua etapă a acestei căi se repetă de două ori. Astfel, în prima etapă a fost consumat 2 molecule de ATP și în a doua etapă de fosforilare a substratului format 2x2 = 4 molecule de ATP; prin urmare, în oxidarea unei molecule de glucoză în celula acumulează două molecule de ATP.