Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét quá trình oxy hóa glucose như thế nào. Carbohydrate là các hợp chất thuộc loại polyhydroxycarbonyl, cũng như các dẫn xuất của chúng. Các tính năng đặc trưng là sự hiện diện của nhóm aldehyde hoặc xeton và ít nhất hai nhóm hydroxyl.
Theo cấu trúc của chúng, cacbohydrat được chia thành monosaccharid, polysaccharid, oligosaccharid.
Monosaccharides
Monosaccharide là carbohydrate đơn giản nhất không thể bị thủy phân. Tùy thuộc vào nhóm nào có trong thành phần - aldehyde hoặc xeton, aldoses được phân lập (chúng bao gồm galactose, glucose, ribose) và xeton (ribulose, fructose).
Oligosaccharides
Oligosaccharide là carbohydrate có trong thành phần của chúng từ hai đến mười gốc monosaccharide, được kết nối bằng các liên kết glycosidic. Tùy thuộc vào số lượng monosaccharid còn lại mà người ta phân biệt được disaccharid, trisaccharid,…. Chất gì được tạo thành khi glucozơ bị oxi hóa? Điều này sẽ được thảo luận sau.
Polysaccharides
Polysaccharidlà những cacbohydrat có chứa hơn mười gốc monosaccharid liên kết với nhau bằng các liên kết glycosidic. Nếu thành phần của polisaccarit chứa các gốc monosaccarit giống nhau, thì nó được gọi là homopolysaccarit (ví dụ, tinh bột). Nếu các dư lượng như vậy là khác nhau, thì với một heteropolysaccharide (ví dụ, heparin).
Tầm quan trọng của quá trình oxy hóa glucose là gì?
Chức năng của carbohydrate trong cơ thể con người
Carbohydrate thực hiện các chức năng chính sau:
- Năng lượng. Chức năng quan trọng nhất của carbohydrate, vì chúng đóng vai trò là nguồn năng lượng chính trong cơ thể. Kết quả của quá trình oxy hóa của chúng, hơn một nửa nhu cầu năng lượng của một người được đáp ứng. Kết quả của quá trình oxy hóa một gam cacbohydrat, 16,9 kJ được giải phóng.
- Đặt trước. Glycogen và tinh bột là một dạng lưu trữ chất dinh dưỡng.
- Kết cấu. Xenlulo và một số hợp chất polysaccharide khác tạo thành một bộ khung vững chắc trong thực vật. Ngoài ra, chúng kết hợp với lipid và protein, là một thành phần của tất cả các màng sinh học của tế bào.
- Bảo vệ. Các heteropolysaccharid có tính axit đóng vai trò của một chất bôi trơn sinh học. Chúng lót bề mặt của các khớp tiếp xúc và cọ xát với nhau, màng nhầy của mũi, đường tiêu hóa.
- Chống đông. Một loại carbohydrate chẳng hạn như heparin có một đặc tính sinh học quan trọng, đó là nó ngăn chặn quá trình đông máu.
- Carbohydrate là nguồn cacbon cần thiết cho quá trình tổng hợp protein, lipid và axit nucleic.
Đối với cơ thể, nguồn cung cấp carbohydrate chính là carbohydrate từ thực phẩm - đường sucrose, tinh bột, đường glucose, đường lactose). Glucose có thể được tự tổng hợp trong cơ thể từ các axit amin, glycerol, lactate và pyruvate (gluconeogenesis).
Glycolysis
Glycolysis là một trong ba dạng có thể xảy ra của quá trình oxy hóa glucose. Trong quá trình này, năng lượng được giải phóng, sau đó được lưu trữ trong ATP và NADH. Một trong những phân tử của nó bị phá vỡ thành hai phân tử pyruvate.
Quá trình đường phân xảy ra dưới tác dụng của nhiều loại enzym, tức là các chất xúc tác có bản chất sinh học. Chất oxy hóa quan trọng nhất là oxy, nhưng cần lưu ý rằng quá trình đường phân có thể được thực hiện trong điều kiện không có oxy. Loại đường phân này được gọi là kỵ khí.
Đường phân kiểu kỵ khí là một quá trình oxy hóa glucose theo từng bước. Với quá trình đường phân này, quá trình oxy hóa glucozơ không xảy ra hoàn toàn. Do đó, trong quá trình oxy hóa glucose, chỉ có một phân tử pyruvate được tạo thành. Về lợi ích năng lượng, quá trình đường phân kỵ khí kém có lợi hơn hiếu khí. Tuy nhiên, nếu oxy đi vào tế bào, thì quá trình đường phân kỵ khí có thể được chuyển thành hiếu khí, đây là quá trình oxy hóa hoàn toàn glucose.
Cơ chế của quá trình đường phân
Glycolysis phân giải glucose sáu carbon thành hai phân tử pyruvate ba carbon. Toàn bộ quá trình được chia thành năm giai đoạn chuẩn bị và năm giai đoạn nữa, trong đó ATP được lưu trữnăng lượng.
Như vậy, quá trình đường phân diễn ra theo hai giai đoạn, mỗi giai đoạn được chia thành năm giai đoạn.
Giai đoạn1 của phản ứng oxy hóa glucose
- Giai đoạn đầu tiên. Bước đầu tiên là quá trình phosphoryl hóa glucose. Quá trình hoạt hóa saccharide xảy ra bằng cách phosphoryl hóa ở nguyên tử carbon thứ sáu.
- Giai đoạn thứ hai. Xảy ra quá trình đồng phân hóa glucozơ-6-photphat. Ở giai đoạn này, glucose được chuyển thành fructose-6-phosphate nhờ phosphoglucoisomerase xúc tác.
- Giai đoạn thứ ba. Sự photphoryl hóa fructozơ-6-photphat. Ở giai đoạn này, sự hình thành fructose-1,6-diphosphate (còn gọi là aldolase) xảy ra dưới ảnh hưởng của phosphofructokinase-1. Nó tham gia vào việc đồng hành cùng nhóm phosphoryl từ axit adenosine triphosphoric đến phân tử fructose.
- Giai đoạn thứ tư. Ở giai đoạn này, xảy ra sự phân cắt aldolase. Kết quả là, hai phân tử photphat triose được hình thành, đặc biệt là xeton và ete.
- Giai đoạn thứ năm. Đồng phân hóa photphat triose. Ở giai đoạn này, glyceraldehyde-3-phosphate được gửi đến các giai đoạn tiếp theo của quá trình phân hủy glucose. Trong trường hợp này, sự chuyển đổi dihydroxyacetone phosphate thành dạng glyceraldehyde-3-phosphate xảy ra. Quá trình chuyển đổi này được thực hiện dưới tác động của các enzym.
- Giai đoạn thứ sáu. Quá trình oxy hóa glyxeraldehit-3-photphat. Ở giai đoạn này, phân tử bị oxy hóa và sau đó được phosphoryl hóa thành diphosphoglycerate-1, 3.
- Giai đoạn thứ bảy. Bước này liên quan đến việc chuyển nhóm phosphate từ 1,3-diphosphoglycerate thành ADP. Kết quả cuối cùng của bước này là 3-phosphoglyceratevà ATP.
Giai đoạn2 - oxy hóa hoàn toàn glucose
- Giai đoạn thứ tám. Ở giai đoạn này, quá trình chuyển đổi 3-phosphoglycerate thành 2-phosphoglycerate được thực hiện. Quá trình chuyển đổi được thực hiện dưới tác dụng của một loại enzyme như phosphoglycerate mutase. Phản ứng hóa học của quá trình oxy hóa glucose này diễn ra với sự hiện diện bắt buộc của magiê (Mg).
- Giai đoạn thứ chín. Ở giai đoạn này, sự mất nước của 2-phosphoglycerate xảy ra.
- Giai đoạn thứ mười. Có một sự chuyển giao phốt phát thu được là kết quả của các bước trước đó thành PEP và ADP. Phosphoenulpyrovate được chuyển đến ADP. Phản ứng hóa học như vậy có thể xảy ra khi có mặt các ion magiê (Mg) và kali (K).
Trong điều kiện hiếu khí, toàn bộ quá trình đi đến CO2và H2O. Phương trình oxy hóa glucose có dạng như sau:
S6N12O6+ 6O2→ 6CO2+ 6H2O + 2880 kJ / mol.
Vì vậy, không có sự tích tụ NADH trong tế bào trong quá trình hình thành lactate từ glucose. Điều này có nghĩa là một quá trình như vậy là kỵ khí và nó có thể tiến hành trong điều kiện không có oxy. Chính oxy là chất nhận electron cuối cùng được NADH chuyển đến chuỗi hô hấp.
Trong quá trình tính toán cân bằng năng lượng của phản ứng đường phân, phải lưu ý rằng mỗi bước của giai đoạn thứ hai được lặp lại hai lần. Từ đó, chúng ta có thể kết luận rằng hai phân tử ATP được sử dụng trong giai đoạn đầu tiên, và 4 phân tử ATP được hình thành trong giai đoạn thứ hai bằng cách phosphoryl hóa.loại chất nền. Điều này có nghĩa là kết quả của quá trình oxy hóa mỗi phân tử glucose, tế bào tích lũy hai phân tử ATP.
Chúng tôi đã xem xét quá trình oxy hóa glucose bằng oxy.
Con đường oxy hóa glucose kỵ khí
Quá trình oxy hóa hiếu khí là một quá trình oxy hóa trong đó năng lượng được giải phóng và tiến hành khi có oxy, hoạt động như chất nhận hydro cuối cùng trong chuỗi hô hấp. Chất cho phân tử hydro là dạng coenzyme bị khử (FADH2, NADH, NADPH), được hình thành trong phản ứng trung gian của quá trình oxy hóa cơ chất.
Quá trình oxy hóa glucose kiểu lưỡng phân hiếu khí là con đường chính của quá trình dị hóa glucose trong cơ thể con người. Đây là loại đường phân có thể được thực hiện trong tất cả các mô và cơ quan của cơ thể con người. Kết quả của phản ứng này là sự phân tách phân tử glucose thành nước và carbon dioxide. Năng lượng được giải phóng sau đó sẽ được lưu trữ trong ATP. Quá trình này có thể được chia thành ba giai đoạn:
- Quá trình chuyển đổi một phân tử glucose thành một cặp phân tử axit pyruvic. Phản ứng xảy ra trong tế bào chất của tế bào và là một con đường cụ thể để phân hủy glucose.
- Quá trình hình thành acetyl-CoA do quá trình khử cacboxyl oxy hóa của axit pyruvic. Phản ứng này diễn ra trong ti thể của tế bào.
- Quá trình oxy hóa acetyl-CoA trong chu trình Krebs. Phản ứng diễn ra trong ti thể của tế bào.
Ở mỗi giai đoạn của quá trình này,dạng khử của coenzym bị oxy hóa bởi phức hợp enzym của chuỗi hô hấp. Kết quả là, ATP được hình thành khi glucose bị oxy hóa.
Hình thành coenzyme
Coenzyme, được hình thành ở giai đoạn thứ hai và thứ ba của quá trình đường phân hiếu khí, sẽ bị oxy hóa trực tiếp trong ty thể của tế bào. Song song với điều này, NADH, được hình thành trong tế bào chất trong quá trình phản ứng của giai đoạn đầu tiên của quá trình đường phân hiếu khí, không có khả năng xâm nhập qua màng ty thể. Hydro được chuyển từ NADH trong tế bào chất đến ty thể của tế bào thông qua các chu kỳ con thoi. Trong số các chu trình này, chu trình chính có thể được phân biệt - malate-aspartate.
Sau đó, với sự trợ giúp của NADH trong tế bào chất, oxaloacetate bị khử thành malate, đến lượt nó, đi vào ty thể của tế bào và sau đó bị ôxy hóa để giảm NAD của ty thể. Oxaloacetate trở lại tế bào chất dưới dạng aspartate.
Dạng biến đổi của đường phân
Glycolysis cũng có thể đi kèm với việc giải phóng 1, 3 và 2, 3-biphosphoglycerate. Đồng thời, 2,3-biphosphoglycerate dưới tác động của chất xúc tác sinh học có thể quay trở lại quá trình đường phân, và sau đó chuyển dạng thành 3-phosphoglycerate. Các enzym này đóng nhiều vai trò khác nhau. Ví dụ, 2, 3-biphosphoglycerate, được tìm thấy trong hemoglobin, thúc đẩy quá trình vận chuyển oxy đến các mô, đồng thời góp phần vào sự phân ly và giảm ái lực của oxy và tế bào hồng cầu.
Kết
Nhiều vi khuẩn có thể thay đổi hình thức đường phân ở các giai đoạn khác nhau của nó. Trong trường hợp này, có thể giảm tổng số của chúng hoặc sửa đổi các giai đoạn này do tác động của các hợp chất enzym khác nhau. Một số vi khuẩn kỵ khí có khả năng phân hủy carbohydrate theo những cách khác. Hầu hết các sinh vật ưa nhiệt chỉ có hai enzym đường phân, cụ thể là enolase và pyruvate kinase.
Chúng tôi đã xem xét cách thức glucose bị oxy hóa trong cơ thể.
