Čo študuje biochémia? Glykolýza je závažný enzymatický proces rozkladu glukózy, ktorý prebieha v tkanivách zvierat a ľudí bez použitia kyslíka. Práve on je považovaný biochemikmi za spôsob, ako získať kyselinu mliečnu a molekuly ATP.
Definícia
Čo je aeróbna glykolýza? Biochémia považuje tento proces za jediný proces charakteristický pre živé organizmy, ktorý dodáva energiu.
Práve pomocou takéhoto procesu je organizmus zvierat a ľudí schopný vykonávať určité fyziologické funkcie po určitú dobu v podmienkach nedostatku kyslíka.
Ak proces rozkladu glukózy prebieha za účasti kyslíka, dochádza k aeróbnej glykolýze.
Aká je jeho biochémia? Glykolýza sa považuje za prvý krok v procese oxidácie glukózy na vodu a oxid uhličitý.
Stránky s históriou
Pojem „glykolýza“použil Lépin koncom devätnásteho storočia na proces znižovania hladiny glukózy v krvi, ktorá bola odstránená z obehového systému. Niektoré mikroorganizmy majú fermentačné procesy, ktoré sú podobné glykolýze. Pre takétotransformácia využíva jedenásť enzýmov, z ktorých väčšina je izolovaná v homogénnej, vysoko purifikovanej alebo kryštalickej forme, ich vlastnosti sú dobre preštudované. Tento proces prebieha v hyaloplazme bunky.
Špecifiká procesu
Ako prebieha glykolýza? Biochémia je veda, v ktorej sa tento proces považuje za viacstupňovú reakciu.
Prvá enzymatická reakcia glykolýzy, fosforylácia, je spojená s prenosom ortofosfátu na glukózu molekulami ATP. Enzým hexokináza pôsobí v tomto procese ako katalyzátor.
Produkcia glukóza-6-fosfátu v tomto procese sa vysvetľuje uvoľnením značného množstva energie systému, to znamená, že prebieha nezvratný chemický proces.
Takýto enzým ako hexokináza pôsobí ako katalyzátor procesu fosforylácie nielen samotnej D-glukózy, ale aj D-manózy, D-fruktózy. Okrem hexokinázy sa v pečeni nachádza ďalší enzým – glukokináza, ktorá katalyzuje proces fosforylácie jednej D-glukózy.
Druhá fáza
Ako moderná biochémia vysvetľuje druhú fázu tohto procesu? Glykolýza v tomto štádiu je prechod glukóza-6-fosfátu pod vplyvom hexózafosfátizomerázy na novú látku - fruktóza-6-fosfát.
Proces prebieha v dvoch vzájomne opačných smeroch, nevyžaduje kofaktory.
Tretia fáza
Spája sa s fosforyláciou výsledného fruktóza-6-fosfátu pomocou molekúl ATP. Urýchľovačom tohto procesu je enzým fosfofruktokináza. Reakciasa považuje za ireverzibilný, vyskytuje sa v prítomnosti katiónov horčíka, považuje sa za pomaly prebiehajúce štádium tejto interakcie. Je to ona, kto je základom pre určenie rýchlosti glykolýzy.
Fosfofruktokináza je jedným zo zástupcov alosterických enzýmov. Je inhibovaný molekulami ATP, stimulovaný AMP a ADP. V prípade cukrovky, počas pôstu, ako aj v mnohých iných stavoch, pri ktorých sa tuky konzumujú vo veľkom množstve, sa obsah citrátov v tkanivových bunkách niekoľkonásobne zvyšuje. Za takýchto podmienok dochádza k významnej inhibícii plnohodnotnej aktivity fosfofruktokinázy citrátom.
Ak pomer ATP k ADP dosiahne významné hodnoty, fosfofruktokináza je inhibovaná, čo pomáha spomaliť glykolýzu.
Ako môžete zvýšiť glykolýzu? Biochémia na to navrhuje znížiť faktor intenzity. Napríklad v nefunkčnom svale je aktivita fosfofruktokinázy nízka, ale zvyšuje sa koncentrácia ATP.
Keď svaly pracujú, dochádza k výraznému využívaniu ATP, čo spôsobuje zvýšenie hladiny enzýmu, čo spôsobuje zrýchlenie procesu glykolýzy.
Štvrtá etapa
Enzým aldoláza je katalyzátorom tejto časti glykolýzy. Vďaka nemu dochádza k reverzibilnému štiepeniu látky na dve fosfotriózy. V závislosti od hodnoty teploty sa rovnováha vytvára na rôznych úrovniach.
Ako biochémia vysvetľuje, čo sa deje? Glykolýza so zvyšujúcou sa teplotou prebieha v smere priamej reakcie, produktučo je glyceraldehyd-3-fosfát a dihydroxyacetónfosfát.
Ďalšie štádiá
Piatou fázou je proces izomerizácie triózofosfátov. Katalyzátorom procesu je enzým trióza fosfát izomeráza.
Šiesta reakcia v súhrnnej forme opisuje produkciu kyseliny 1,3-difosforglycerovej v prítomnosti fosforečnanu NAD ako akceptora vodíka. Práve toto anorganické činidlo odstraňuje vodík z glyceraldehydu. Výsledná väzba je krehká, ale je bohatá na energiu a po štiepení sa získa kyselina 1,3-difosfoglycerová.
Siedmy krok, katalyzovaný fosfoglycerátkinázou, zahŕňa prenos energie z fosfátového zvyšku na ADP za vzniku kyseliny 3-fosfoglycerovej a ATP.
V ôsmej reakcii nastáva intramolekulárny prenos fosfátovej skupiny, pričom sa pozoruje premena kyseliny 3-fosfoglycerínovej na 2-fosfoglycerát. Proces je reverzibilný, preto sa na jeho realizáciu používajú katióny horčíka.
Kyselina 2,3-difosfoglycerová pôsobí v tomto štádiu ako kofaktor pre enzým.
Deviata reakcia zahŕňa prechod kyseliny 2-fosfoglycerínovej na fosfoenolpyruvát. Enzým enoláza, ktorý je aktivovaný katiónmi horčíka, pôsobí ako urýchľovač tohto procesu a fluorid v tomto prípade pôsobí ako inhibítor.
Desiata reakcia prebieha prerušením väzby a prenosom energie fosfátového zvyšku na ADP z kyseliny fosfoenolpyrohroznovej.
Jedenásta etapa je spojená s redukciou kyseliny pyrohroznovej, získaním kyseliny mliečnej. Táto konverzia vyžaduje účasť enzýmu laktátdehydrogenáza.
Ako môžete všeobecne zapísať glykolýzu? Reakcie, ktorých biochémia bola diskutovaná vyššie, sú redukované na glykolytickú oxidoredukciu sprevádzanú tvorbou molekúl ATP.
Procesná hodnota
Pozreli sme sa na to, ako biochémia opisuje glykolýzu (reakcie). Biologický význam tohto procesu spočíva v získaní fosfátových zlúčenín s veľkou energetickou rezervou. Ak sa v prvom štádiu spotrebúvajú dve molekuly ATP, potom je toto štádium spojené s tvorbou štyroch molekúl tejto zlúčeniny.
Aká je jeho biochémia? Glykolýza a glukoneogenéza sú energeticky účinné: 2 molekuly ATP zodpovedajú za 1 molekulu glukózy. Zmena energie pri tvorbe dvoch molekúl kyseliny z glukózy je 210 kJ/mol. 126 kJ odchádza vo forme tepla, 84 kJ sa akumuluje vo fosfátových väzbách ATP. Koncová väzba má energetickú hodnotu 42 kJ/mol. Podobnými výpočtami sa zaoberá biochémia. Aeróbna a anaeróbna glykolýza majú účinnosť 0,4.
Zaujímavé fakty
V dôsledku mnohých experimentov bolo možné stanoviť presné hodnoty každej glykolýznej reakcie vyskytujúcej sa v intaktných ľudských erytrocytoch. Osem reakcií glykolýzy je blízkych termodynamickej rovnováhe, tri procesy sú spojené s výrazným znížením množstva voľnej energie a považujú sa za nezvratné.
Čo je glukoneogenéza? Biochémia procesu spočíva v rozklade sacharidov, ktorý prebieha vniekoľkých etáp. Každý krok je riadený enzýmami. Napríklad v tkanivách, ktoré sa vyznačujú aeróbnym metabolizmom (srdcové tkanivá, obličky), je regulovaný izoenzýmami LDH1 a LDH2. Sú inhibované malým množstvom pyruvátu, v dôsledku čoho nie je umožnená syntéza kyseliny mliečnej a je dosiahnutá úplná oxidácia acetyl-CoA v cykle trikarboxylových kyselín.
Čo ešte charakterizuje anaeróbnu glykolýzu? Biochémia napríklad zahŕňa zahrnutie iných sacharidov do procesu.
Ako výsledok laboratórnych štúdií sa zistilo, že asi 80 % fruktózy, ktorá sa dostáva do ľudského tela s jedlom, sa metabolizuje v pečeni. Tu prebieha proces jeho fosforylácie na fruktóza-6-fosfát, enzým hexokináza pôsobí ako katalyzátor tohto procesu.
Tento proces inhibuje glukóza. Výsledná zlúčenina sa premieňa na glukózu v niekoľkých stupňoch, sprevádzaných elimináciou kyseliny fosforečnej. Okrem toho sú možné jeho následné premeny na iné organické zlúčeniny obsahujúce fosfor.
Vplyvom ATP a fosfofruktokinázy sa fruktóza-6-fosfát premení na fruktózu-1,6-difosfát.
Potom sa táto látka metabolizuje v štádiách charakteristických pre glykolýzu. Svaly a pečeň majú ketohexokinázu, ktorá môže urýchliť proces fosforylácie fruktózy na jej zlúčeninu obsahujúcu fosfor. Tento proces nie je blokovaný glukózou a výsledný fruktóza-1-fosfát sa vplyvom ketóza-1-fosfátaldolázy rozkladá na glyceraldehyd a dihydroxyacetónfosfát. D-glyceraldehyd podpod vplyvom triozokinázy vstupuje do fosforylácie, v konečnom dôsledku sa uvoľňujú molekuly ATP a získava sa dihydroxyacetónfosfát.
Vrodené anomálie
Biochemici dokázali identifikovať niektoré vrodené anomálie spojené s metabolizmom fruktózy. Tento jav (esenciálna fruktozúria) je spojený s biologickým deficitom obsahu enzýmu ketohexokinázy v tele, preto sú všetky procesy rozkladu tohto uhľohydrátu inhibované glukózou. Dôsledkom tohto porušenia je akumulácia fruktózy v krvi. Pre fruktózu je renálny prah nízky, takže fruktozúriu možno zistiť pri koncentráciách sacharidov v krvi okolo 0,73 mmol/l.
Účasť na biosyntéze galaktózy
Galaktóza vstupuje do tela s jedlom, ktorá sa v tráviacom trakte rozkladá na glukózu a galaktózu. Najprv sa tento uhľohydrát premení na galaktóza-1-fosfát, pričom tento proces je katalyzovaný galaktokinázou. Ďalej sa zlúčenina obsahujúca fosfor premení na glukóza-1-fosfát. V tomto štádiu sa tvorí aj uridíndifosfogalaktóza a UDP-glukóza. Nasledujúce fázy procesu prebiehajú podľa schémy podobnej rozkladu glukózy.
Okrem tejto cesty metabolizmu galaktózy je možná aj druhá schéma. Najprv sa tiež vytvorí galaktóza-1-fosfát, ale následné kroky sú spojené s tvorbou molekúl UTP a glukózo-1-fosfátu.
Spomedzi mnohých patologických stavov spojených s metabolizmom uhľohydrátov zaujíma galaktozémia osobitné miesto. Tento jav je spojený s recesívne dedičným ochorením, spri ktorej hladina cukru v krvi vplyvom galaktózy stúpa a dosahuje 16,6 mmol/l. Zároveň prakticky nedochádza k žiadnej zmene obsahu glukózy v krvi. Okrem galaktózy sa v takýchto prípadoch hromadí v krvi aj galaktóza-1-fosfát. Deti s diagnózou galaktozémie majú mentálnu retardáciu a tiež kataraktu.
Keďže rast porúch metabolizmu uhľohydrátov klesá, dôvodom je rozklad galaktózy druhou cestou. Vďaka tomu, že sa biochemikom podarilo zistiť podstatu prebiehajúceho procesu, bolo možné riešiť problémy súvisiace s neúplným rozkladom glukózy v organizme.
