Hóa sinh học gì? Glycolysis là một quá trình enzym phân hủy glucose nghiêm trọng xảy ra trong các mô động vật và người mà không cần sử dụng oxy. Chính ông là người được các nhà sinh hóa học coi là cách để có được axit lactic và các phân tử ATP.
Định nghĩa
Đường phân hiếu khí là gì? Hóa sinh coi quá trình này là quá trình đặc trưng duy nhất của các sinh vật sống cung cấp năng lượng.
Nhờ sự trợ giúp của một quá trình như vậy mà sinh vật của động vật và con người có thể thực hiện các chức năng sinh lý nhất định trong một khoảng thời gian nhất định trong điều kiện không đủ oxy.
Nếu quá trình phân hủy glucose được thực hiện với sự tham gia của oxy, quá trình đường phân hiếu khí xảy ra.
Hóa sinh của nó là gì? Glycolysis được coi là bước đầu tiên trong quá trình oxy hóa glucose thành nước và carbon dioxide.
Trang Lịch sử
Thuật ngữ "đường phân" được Lépin sử dụng vào cuối thế kỷ 19 để chỉ quá trình giảm lượng glucose trong máu bị loại bỏ khỏi hệ thống tuần hoàn. Một số vi sinh vật có quá trình lên men tương tự như quá trình đường phân. Cho như vậysự biến đổi sử dụng mười một enzym, hầu hết trong số đó được phân lập ở dạng đồng nhất, độ tinh khiết cao hoặc kết tinh, các đặc tính của chúng đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Quá trình này diễn ra trong hyaloplasm của tế bào.
Quy trình cụ thể
Quá trình đường phân diễn ra như thế nào? Hóa sinh là một ngành khoa học trong đó quá trình này được coi là một phản ứng gồm nhiều giai đoạn.
Phản ứng enzym đầu tiên của quá trình đường phân, phosphoryl hóa, liên quan đến việc chuyển orthophosphat thành glucose bởi các phân tử ATP. Enzyme hexokinase hoạt động như một chất xúc tác trong quá trình này.
Việc sản xuất glucose-6-phosphate trong quá trình này được giải thích bằng cách giải phóng một lượng năng lượng đáng kể của hệ thống, tức là, một quá trình hóa học không thể đảo ngược diễn ra.
Một loại enzyme như hexokinase hoạt động như một chất xúc tác cho quá trình phosphoryl hóa không chỉ của bản thân D-glucose, mà còn cả D-mannose, D-fructose. Ngoài hexokinase, có một loại enzyme khác trong gan - glucokinase, xúc tác quá trình phosphoryl hóa một D-glucose.
Giai đoạn thứ hai
Hóa sinh hiện đại giải thích thế nào về giai đoạn thứ hai của quá trình này? Glycolysis ở giai đoạn này là sự chuyển đổi glucose-6-phosphate dưới ảnh hưởng của hexose phosphate isomerase thành một chất mới - fructose-6-phosphate.
Quá trình diễn ra theo hai hướng ngược nhau, không yêu cầu đồng yếu tố.
Giai đoạn thứ ba
Nó liên quan đến quá trình phosphoryl hóa tạo thành fructose-6-phosphate với sự trợ giúp của các phân tử ATP. Chất xúc tiến của quá trình này là enzyme phosphofructokinase. Sự phản ứng lạiđược coi là không thể đảo ngược, nó xảy ra với sự có mặt của các cation magiê, nó được coi là một giai đoạn tiến hành từ từ của tương tác này. Chính cô ấy là cơ sở để xác định tốc độ đường phân.
Phosphofructokinase là một trong những đại diện của các enzym allosteric. Nó bị ức chế bởi các phân tử ATP, được kích thích bởi AMP và ADP. Trong trường hợp bệnh tiểu đường, khi nhịn ăn, cũng như trong nhiều điều kiện khác mà chất béo được tiêu thụ với số lượng lớn, hàm lượng citrate trong tế bào mô tăng lên nhiều lần. Trong những điều kiện như vậy, có sự ức chế đáng kể hoạt động chính thức của phosphofructokinase bởi citrate.
Nếu tỷ lệ ATP trên ADP đạt đến giá trị đáng kể, phosphofructokinase sẽ bị ức chế, giúp làm chậm quá trình đường phân.
Làm thế nào bạn có thể tăng đường phân? Hóa sinh đề xuất giảm hệ số cường độ cho việc này. Ví dụ, trong một cơ không hoạt động, hoạt động của phosphofructokinase thấp, nhưng nồng độ của ATP lại tăng lên.
Khi cơ bắp hoạt động, có một lượng ATP được sử dụng đáng kể, làm tăng mức độ của enzym, gây ra sự tăng tốc của quá trình đường phân.
Giai đoạn thứ tư
Enzyme aldolase là chất xúc tác cho phần này của quá trình đường phân. Nhờ anh ta, xảy ra sự phân tách thuận nghịch của chất này thành hai photphat. Tùy thuộc vào giá trị nhiệt độ, cân bằng được thiết lập ở các mức độ khác nhau.
Hóa sinh giải thích điều gì đang xảy ra như thế nào? Quá trình đường phân với nhiệt độ tăng dần diễn ra theo hướng phản ứng trực tiếp, sản phẩmlà glyceraldehyde-3-phosphate và dihydroxyacetone phosphate.
Các công đoạn khác
Giai đoạn thứ năm là quá trình đồng phân hóa phốt phát triose. Chất xúc tác cho quá trình này là enzyme triose phosphate isomerase.
Phản ứng thứ sáu ở dạng tóm tắt mô tả việc sản xuất axit 1,3-diphosphorglyceric với sự có mặt của NAD phosphate như một chất nhận hydro. Chính tác nhân vô cơ này đã loại bỏ hydro khỏi glyceraldehyd. Liên kết tạo thành rất mỏng manh, nhưng nó rất giàu năng lượng và khi bị phân cắt, axit 1, 3-diphosphoglyceric sẽ thu được.
Bước thứ bảy, được xúc tác bởi phosphoglycerate kinase, liên quan đến việc chuyển năng lượng từ dư lượng phosphate đến ADP để tạo thành axit 3-phosphoglyceric và ATP.
Trong phản ứng thứ tám, sự chuyển giao trong phân tử của nhóm photphat xảy ra, trong khi quan sát thấy sự chuyển đổi axit 3-photphoglyceric thành 2-photphoglycerat. Quá trình này có thể đảo ngược, do đó các cation magiê được sử dụng để thực hiện.
2,3-diphosphoglyceric axit hoạt động như một đồng yếu tố cho enzym ở giai đoạn này.
Phản ứng thứ chín liên quan đến sự chuyển đổi axit 2-phosphoglyceric thành phosphoenolpyruvate. Enzyme enolase, được kích hoạt bởi các cation magiê, hoạt động như một chất xúc tiến của quá trình này và florua hoạt động như một chất ức chế trong trường hợp này.
Phản ứng thứ mười diễn ra với việc phá vỡ liên kết và chuyển năng lượng của dư lượng photphat thành ADP từ axit photphoenolpyruvic.
Giai đoạn thứ mười một liên quan đến việc khử axit pyruvic, thu được axit lactic. Quá trình chuyển đổi này cần có sự tham gia của enzyme lactate dehydrogenase.
Làm thế nào bạn có thể viết ra quá trình glycolysis một cách tổng quát? Các phản ứng, hóa sinh đã được thảo luận ở trên, bị giảm thành quá trình oxy hóa glycolytic, kèm theo sự hình thành các phân tử ATP.
Giá trị quy trình
Chúng tôi đã xem xét cách hóa sinh mô tả quá trình đường phân (phản ứng). Ý nghĩa sinh học của quá trình này là thu được các hợp chất photphat có dự trữ năng lượng lớn. Nếu hai phân tử ATP được sử dụng ở giai đoạn đầu tiên, thì giai đoạn này được kết hợp với sự hình thành của bốn phân tử của hợp chất này.
Hóa sinh của nó là gì? Glycolysis và gluconeogenesis là hiệu quả năng lượng: 2 phân tử ATP chiếm 1 phân tử glucose. Sự thay đổi năng lượng trong quá trình hình thành hai phân tử axit từ glucozơ là 210 kJ / mol. 126 kJ thoát ra dưới dạng nhiệt, 84 kJ tích lũy trong các liên kết photphat của ATP. Liên kết cuối có giá trị năng lượng là 42 kJ / mol. Hóa sinh giải quyết các tính toán tương tự. Đường phân hiếu khí và kỵ khí có hiệu suất là 0,4.
Sự thật thú vị
Kết quả của nhiều thí nghiệm, có thể thiết lập các giá trị chính xác của từng phản ứng đường phân xảy ra trong hồng cầu nguyên vẹn của con người. Tám phản ứng của quá trình đường phân gần với trạng thái cân bằng nhiệt động lực học, ba quá trình có liên quan đến sự giảm đáng kể lượng năng lượng tự do và được coi là không thể đảo ngược.
Gluconeogenesis là gì? Hóa sinh của quá trình bao gồm sự phân hủy carbohydrate, diễn ra trongnhiều giai đoạn. Mỗi bước được kiểm soát bởi các enzym. Ví dụ, trong các mô được đặc trưng bởi quá trình trao đổi chất hiếu khí (mô tim, thận), nó được điều chỉnh bởi isoenzyme LDH1 và LDH2. Chúng bị ức chế bởi một lượng nhỏ pyruvate, do đó không cho phép tổng hợp axit lactic và quá trình oxy hóa hoàn toàn acetyl-CoA trong chu trình axit tricarboxylic đạt được.
Điều gì khác đặc trưng cho quá trình đường phân kỵ khí? Ví dụ, hóa sinh liên quan đến việc bao gồm các carbohydrate khác trong quá trình này.
Kết quả của các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, người ta thấy rằng khoảng 80% đường fructose đi vào cơ thể con người cùng với thức ăn được chuyển hóa ở gan. Tại đây, quá trình phosphoryl hóa của nó thành fructose-6-phosphate diễn ra, enzyme hexokinase đóng vai trò là chất xúc tác cho quá trình này.
Quá trình này bị ức chế bởi glucose. Hợp chất tạo thành được chuyển thành glucose qua nhiều giai đoạn, kèm theo sự loại bỏ axit photphoric. Ngoài ra, khả năng chuyển hóa tiếp theo của nó thành các hợp chất hữu cơ chứa phốt pho khác.
Dưới tác động của ATP và phosphofructokinase, fructose-6-phosphate sẽ được chuyển thành fructose-1,6-diphosphate.
Sau đó chất này được chuyển hóa qua các giai đoạn đặc trưng của quá trình đường phân. Cơ và gan có ketohexokinase, có thể đẩy nhanh quá trình phosphoryl hóa fructose thành hợp chất chứa phốt pho của nó. Quá trình này không bị chặn bởi glucose, và fructose-1-phosphate tạo thành bị phân hủy dưới ảnh hưởng của ketose-1-phosphate aldolase thành glyceraldehyd và dihydroxyacetone phosphate. D-glyceraldehyd dướidưới ảnh hưởng của triozokinase, nó đi vào quá trình phosphoryl hóa, cuối cùng các phân tử ATP được giải phóng và thu được dihydroxyacetone phosphate.
Dị tật bẩm sinh
Các nhà hóa sinh đã có thể xác định một số dị tật bẩm sinh liên quan đến chuyển hóa fructose. Hiện tượng này (fructosuria thiết yếu) có liên quan đến sự thiếu hụt sinh học về hàm lượng enzyme ketohexokinase trong cơ thể, do đó, tất cả các quá trình phân hủy carbohydrate này đều bị ức chế bởi glucose. Hậu quả của việc vi phạm này là sự tích tụ đường fructose trong máu. Đối với fructose, ngưỡng thận thấp, do đó, fructos niệu có thể được phát hiện ở nồng độ carbohydrate trong máu khoảng 0,73 mmol / L.
Tham gia vào quá trình sinh tổng hợp galactose
Galactose đi vào cơ thể theo thức ăn, được phân hủy trong đường tiêu hóa thành glucose và galactose. Đầu tiên, carbohydrate này được chuyển đổi thành galactose-1-phosphate, quá trình này được xúc tác bởi galactokinase. Tiếp theo, hợp chất chứa phốt pho được chuyển thành glucose-1-phosphate. Ở giai đoạn này, uridine diphosphogalactose và UDP-glucose cũng được hình thành. Các giai đoạn tiếp theo của quá trình diễn ra theo một sơ đồ tương tự như quá trình phân hủy glucose.
Bên cạnh con đường chuyển hóa galactose này, một kế hoạch thứ hai cũng có thể thực hiện được. Đầu tiên, galactose-1-phosphate cũng được hình thành, nhưng các bước tiếp theo liên quan đến sự hình thành các phân tử UTP và glucose-1-phosphate.
Trong số vô số tình trạng bệnh lý liên quan đến chuyển hóa carbohydrate, bệnh galactosemia chiếm một vị trí đặc biệt. Hiện tượng này có liên quan đến một bệnh di truyền lặn, vớitrong đó lượng đường trong máu tăng cao do galactose và đạt 16,6 mmol / l. Đồng thời, thực tế không có sự thay đổi về hàm lượng glucose trong máu. Ngoài galactose, trong những trường hợp như vậy, galactose-1-phosphate cũng tích tụ trong máu. Trẻ em được chẩn đoán mắc bệnh galactosemia bị chậm phát triển trí tuệ và cũng có thể bị đục thủy tinh thể.
Khi sự tăng trưởng của rối loạn chuyển hóa carbohydrate giảm, nguyên nhân là do sự phân hủy của galactose theo con đường thứ hai. Nhờ thực tế là các nhà hóa sinh đã tìm ra bản chất của quá trình đang diễn ra, nên có thể giải quyết các vấn đề liên quan đến sự phân hủy không hoàn toàn của glucose trong cơ thể.
