في هذه المقالة ، سوف ننظر في كيفية أكسدة الجلوكوز. الكربوهيدرات هي مركبات من نوع polyhydroxycarbonyl ، وكذلك مشتقاتها. السمات المميزة هي وجود مجموعات الألدهيد أو الكيتون ومجموعتين هيدروكسيل على الأقل.
وفقًا لتركيبها ، تنقسم الكربوهيدرات إلى سكريات أحادية ، سكريات ، سكريات قليلة.
السكريات الأحادية
السكريات الأحادية هي أبسط الكربوهيدرات التي لا يمكن تحللها بالماء. اعتمادًا على المجموعة الموجودة في التركيبة - الألدهيد أو الكيتون ، يتم عزل الجرعات (بما في ذلك الجالاكتوز والجلوكوز والريبوز) والكيتوز (الريبولوز والفركتوز).
قليل السكاريد
السكريات القليلة هي كربوهيدرات تحتوي في تركيبتها على ما يتراوح بين اثنين إلى عشرة بقايا من أصل أحادي السكاريد ، متصلة بواسطة روابط جليكوسيدية. اعتمادًا على عدد بقايا السكاريد الأحادي ، يتم تمييز السكريات الثنائية والسكريات الثلاثية وما إلى ذلك. ما الذي يتكون عندما يتأكسد الجلوكوز؟ سيتم مناقشة هذا لاحقًا.
السكريات
السكرياتهي كربوهيدرات تحتوي على أكثر من عشرة بقايا أحادية السكاريد مترابطة بواسطة روابط جليكوسيدية. إذا كان تكوين السكاريد يحتوي على نفس بقايا السكاريد الأحادي ، فإنه يطلق عليه عديد السكاريد المتجانس (على سبيل المثال ، النشا). إذا كانت هذه البقايا مختلفة ، فعندئذ مع عديد السكاريد غير المتجانسة (على سبيل المثال ، الهيبارين).
ما هي أهمية أكسدة الجلوكوز؟
وظائف الكربوهيدرات في جسم الإنسان
الكربوهيدرات تؤدي الوظائف الرئيسية التالية:
- الطاقة. أهم وظيفة للكربوهيدرات ، لأنها تعمل كمصدر رئيسي للطاقة في الجسم. نتيجة لأكسدتها ، يتم تلبية أكثر من نصف احتياجات الشخص من الطاقة. نتيجة أكسدة جرام واحد من الكربوهيدرات يتم تحرير 16.9 كيلو جول.
- احتياطي. الجليكوجين والنشا شكل من أشكال تخزين العناصر الغذائية.
- الهيكلية. يشكل السليلوز وبعض مركبات السكاريد الأخرى إطارًا قويًا في النباتات. أيضا ، هم ، في تركيبة مع الدهون والبروتينات ، هم مكون من جميع أغشية الخلايا الحيوية.
- واقية. تلعب عديدات السكاريد الحمضية دور مواد التشحيم البيولوجية. يبطنون أسطح المفاصل التي تلامس وتحتك ببعضها البعض ، الأغشية المخاطية للأنف والجهاز الهضمي.
- مضاد للتخثر. الكربوهيدرات مثل الهيبارين لها خاصية بيولوجية مهمة ، وهي تمنع تجلط الدم.
- الكربوهيدرات هي مصدر للكربون الضروري لتخليق البروتينات والدهون والأحماض النووية.
بالنسبة للجسم ، المصدر الرئيسي للكربوهيدرات هي الكربوهيدرات الغذائية - السكروز ، النشا ، الجلوكوز ، اللاكتوز). يمكن تصنيع الجلوكوز في الجسم نفسه من الأحماض الأمينية والجلسرين واللاكتات والبيروفات (استحداث السكر).
تحلل السكر
تحلل الجلوكوز هو واحد من ثلاثة أشكال ممكنة لعملية أكسدة الجلوكوز. في هذه العملية ، يتم إطلاق الطاقة ، والتي يتم تخزينها لاحقًا في ATP و NADH. يتحلل أحد جزيئاته إلى جزيئين من البيروفات.
تحدث عملية تحلل السكر تحت تأثير مجموعة متنوعة من المواد الأنزيمية ، أي المحفزات ذات الطبيعة البيولوجية. أهم عامل مؤكسد هو الأكسجين ، لكن تجدر الإشارة إلى أن عملية تحلل السكر يمكن أن تتم في غياب الأكسجين. يسمى هذا النوع من تحلل السكر اللاهوائي.
التحلل اللاهوائي من النوع اللاهوائي هو عملية متدرجة لأكسدة الجلوكوز. مع تحلل السكر هذا ، لا تحدث أكسدة الجلوكوز تمامًا. وهكذا ، أثناء أكسدة الجلوكوز ، يتكون جزيء واحد فقط من البيروفات. من حيث فوائد الطاقة ، يعتبر التحلل اللاهوائي أقل فائدة من التمارين الهوائية. ومع ذلك ، إذا دخل الأكسجين إلى الخلية ، فيمكن تحويل التحلل اللاهوائي إلى هوائي ، وهو الأكسدة الكاملة للجلوكوز.
آلية تحلل السكر
يحلل تحلل الجلوكوز ستة كربون إلى جزيئين من ثلاثة كربون بيروفات. تنقسم العملية برمتها إلى خمس مراحل تحضيرية وخمس مراحل أخرى ، يتم خلالها تخزين ATPالطاقة.
وهكذا يستمر تحلل السكر على مرحلتين ، كل منهما تنقسم إلى خمس مراحل.
المرحلة رقم 1 من تفاعل أكسدة الجلوكوز
- المرحلة الأولى. الخطوة الأولى هي فسفرة الجلوكوز. يحدث تنشيط السكاريد عن طريق الفسفرة عند ذرة الكربون السادسة.
- المرحلة الثانية. هناك عملية أزمرة للجلوكوز 6 فوسفات. في هذه المرحلة ، يتم تحويل الجلوكوز إلى فركتوز -6-فوسفات عن طريق الفسفوجلوكويزوميراز التحفيزي.
- المرحلة الثالثة. فسفرة الفركتوز 6 فوسفات. في هذه المرحلة ، يحدث تكوين الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات (ويسمى أيضًا الألدولاز) تحت تأثير الفوسفوفركتوكيناز -1. يشارك في مرافقة مجموعة الفوسفوريل من حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك إلى جزيء الفركتوز.
- المرحلة الرابعة. في هذه المرحلة يحدث انقسام الألدولاز. نتيجة لذلك ، يتم تكوين جزيئين ثلاثي الفوسفات ، على وجه الخصوص الكيتوز والجرعات السائلة.
- المرحلة الخامسة. أزمرة ثلاثي الفوسفات. في هذه المرحلة ، يتم إرسال glyceraldehyde-3-phosphate إلى المراحل التالية من انهيار الجلوكوز. في هذه الحالة ، يحدث انتقال فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون إلى شكل جليسيرالديهيد -3 فوسفات. يتم هذا الانتقال تحت تأثير الإنزيمات.
- المرحلة السادسة. عملية أكسدة جليسيرالديهيد -3 فوسفات. في هذه المرحلة ، يتأكسد الجزيء ثم يُفسفر إلى ثنائي فسفوغليسيرات -1 ، 3.
- المرحلة السابعة. تتضمن هذه الخطوة نقل مجموعة الفوسفات من 1.3-diphosphoglycerate إلى ADP. النتيجة النهائية لهذه الخطوة هي 3 فوسفوجليسيراتو ATP.
المرحلة2 - أكسدة الجلوكوز الكاملة
- المرحلة الثامنة. في هذه المرحلة ، يتم تنفيذ انتقال 3-فوسفوجليسيرات إلى 2-فوسفوجليسيرات. تتم عملية الانتقال تحت تأثير إنزيم مثل مطفرة الفوسفوجليسيرات. هذا التفاعل الكيميائي لأكسدة الجلوكوز يستمر مع الوجود الإجباري للمغنيسيوم (Mg).
- المرحلة التاسعة. في هذه المرحلة ، يحدث جفاف من 2-فوسفوجليسيرات.
- المرحلة العاشرة. هناك نقل للفوسفات تم الحصول عليه نتيجة للخطوات السابقة إلى PEP و ADP. يتم نقل Phosphoenulpyrovate إلى ADP. مثل هذا التفاعل الكيميائي ممكن في وجود أيونات المغنيسيوم (Mg) والبوتاسيوم (K).
في ظل الظروف الهوائية ، تأتي العملية برمتها إلى CO2و H2O. تبدو معادلة أكسدة الجلوكوز كما يلي:
S6N12O6+ 6O2→ 6CO2+ 6H2O + 2880 كيلوجول / مول.
وبالتالي ، لا يوجد تراكم لـ NADH في الخلية أثناء تكوين اللاكتات من الجلوكوز. هذا يعني أن هذه العملية لا هوائية ، ويمكن أن تستمر في غياب الأكسجين. الأكسجين هو مستقبل الإلكترون النهائي الذي يتم نقله بواسطة NADH إلى السلسلة التنفسية.
في عملية حساب توازن الطاقة لتفاعل حال السكر ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن كل خطوة من المرحلة الثانية تتكرر مرتين. من هذا يمكننا أن نستنتج أن جزيئين من ATP يتم إنفاقهما في المرحلة الأولى ، ويتم تكوين 4 جزيئات ATP خلال المرحلة الثانية عن طريق الفسفرة.نوع الركيزة. هذا يعني أنه نتيجة لأكسدة كل جزيء جلوكوز ، تتراكم الخلية جزيئي ATP.
نظرنا إلى أكسدة الجلوكوز بالأكسجين.
مسار أكسدة الجلوكوز اللاهوائي
الأكسدة الهوائية هي عملية أكسدة يتم فيها إطلاق الطاقة والتي تستمر في وجود الأكسجين ، والذي يعمل كمستقبل نهائي للهيدروجين في السلسلة التنفسية. المتبرع بجزيئات الهيدروجين هو الشكل المصغر للأنزيمات المساعدة (FADH2 ، NADH ، NADPH) ، والتي تتشكل أثناء التفاعل الوسيط لأكسدة الركيزة.
عملية أكسدة الجلوكوز الهوائية ثنائية التفرع هي المسار الرئيسي لتقويض الجلوكوز في جسم الإنسان. يمكن إجراء هذا النوع من تحلل السكر في جميع أنسجة وأعضاء جسم الإنسان. نتيجة هذا التفاعل هو انقسام جزيء الجلوكوز إلى ماء وثاني أكسيد الكربون. سيتم بعد ذلك تخزين الطاقة المحررة في ATP. يمكن تقسيم هذه العملية تقريبًا إلى ثلاث مراحل:
- عملية تحويل جزيء الجلوكوز إلى زوج من جزيئات حمض البيروفيك. يحدث التفاعل في سيتوبلازم الخلية وهو مسار محدد لانهيار الجلوكوز.
- عملية تكوين أسيتيل CoA نتيجة نزع الكربوكسيل المؤكسد لحمض البيروفيك. يحدث هذا التفاعل في الميتوكوندريا الخلوية.
- عملية أكسدة أسيتيل CoA في دورة كريبس. يحدث التفاعل في الميتوكوندريا الخلوية.
في كل مرحلة من هذه العملية ،أشكال مخفضة من الإنزيمات المساعدة المؤكسدة بواسطة مجمعات إنزيمية في السلسلة التنفسية. نتيجة لذلك ، يتكون ATP عندما يتأكسد الجلوكوز.
تشكيل الإنزيمات
الإنزيمات المساعدة ، التي تتكون في المرحلتين الثانية والثالثة من التحلل الهوائي ، ستتأكسد مباشرة في الميتوكوندريا للخلايا. بالتوازي مع هذا ، فإن NADH ، الذي تشكل في السيتوبلازم الخلوي أثناء تفاعل المرحلة الأولى من التحلل الهوائي ، ليس لديه القدرة على اختراق أغشية الميتوكوندريا. يتم نقل الهيدروجين من NADH السيتوبلازمي إلى الميتوكوندريا الخلوية عبر دورات المكوك. من بين هذه الدورات ، يمكن تمييز الدورة الرئيسية - malate-aspartate.
بعد ذلك ، بمساعدة NADH السيتوبلازمي ، يتم تقليل oxaloacetate إلى malate ، والذي بدوره يدخل في الميتوكوندريا الخلوية ثم يتأكسد لتقليل NAD في الميتوكوندريا. يعود Oxaloacetate إلى سيتوبلازم الخلية كأسبارتات.
أشكال معدلة من تحلل السكر
قد يترافق تحلل السكر أيضًا مع إطلاق 1 و 3 و 2 ، 3-biphosphoglycerates. في الوقت نفسه ، يمكن أن يعود 2.3-biphosphoglycerate تحت تأثير المحفزات البيولوجية إلى عملية تحلل السكر ، ثم تغيير شكله إلى 3-phosphoglycerate. تلعب هذه الإنزيمات مجموعة متنوعة من الأدوار. على سبيل المثال ، 2 ، 3-biphosphoglycerate ، الموجودة في الهيموجلوبين ، تعزز نقل الأكسجين إلى الأنسجة ، بينما تساهم في التفكك وتقليل تقارب الأكسجين وخلايا الدم الحمراء.
الخلاصة
يمكن للعديد من البكتيريا تغيير شكل تحلل السكر في مراحله المختلفة. في هذه الحالة ، من الممكن تقليل عددها الإجمالي أو تعديل هذه المراحل نتيجة لعمل المركبات الأنزيمية المختلفة. تمتلك بعض اللاهوائية القدرة على تحلل الكربوهيدرات بطرق أخرى. تحتوي معظم محبي الحرارة على اثنين فقط من الإنزيمات المحللة للجلوكوز ، ولا سيما إنولاز وبيروفات كيناز.
نظرنا في كيفية تأكسد الجلوكوز في الجسم.
