In dit artikel zullen we bekijken hoe glucose wordt geoxideerd. Koolhydraten zijn verbindingen van het type polyhydroxycarbonyl, evenals hun derivaten. Kenmerkende kenmerken zijn de aanwezigheid van aldehyde- of ketongroepen en ten minste twee hydroxylgroepen.
Volgens hun structuur worden koolhydraten onderverdeeld in monosachariden, polysachariden en oligosachariden.
Monosachariden
Monosacchariden zijn de eenvoudigste koolhydraten die niet kunnen worden gehydrolyseerd. Afhankelijk van welke groep in de samenstelling aanwezig is - aldehyde of keton, worden aldosen geïsoleerd (waaronder galactose, glucose, ribose) en ketosen (ribulose, fructose).
Oligosachariden
Oligosachariden zijn koolhydraten met in hun samenstelling twee tot tien residuen van monosacharideoorsprong, verbonden door glycosidische bindingen. Afhankelijk van het aantal monosacharidenresiduen worden disachariden, trisachariden, enzovoort onderscheiden. Wat ontstaat er als glucose wordt geoxideerd? Dit wordt later besproken.
Polysachariden
Polysacharidenzijn koolhydraten die meer dan tien monosacharideresiduen bevatten die onderling verbonden zijn door glycosidische bindingen. Als de samenstelling van het polysacharide dezelfde monosacharideresten bevat, wordt het een homopolysacharide genoemd (bijvoorbeeld zetmeel). Als dergelijke residuen verschillend zijn, dan met een heteropolysacharide (bijvoorbeeld heparine).
Wat is het belang van glucose-oxidatie?
Functies van koolhydraten in het menselijk lichaam
Koolhydraten hebben de volgende hoofdfuncties:
- Energie. De belangrijkste functie van koolhydraten, aangezien ze dienen als de belangrijkste energiebron in het lichaam. Als gevolg van hun oxidatie wordt meer dan de helft van de energiebehoeften van een persoon bevredigd. Als gevolg van de oxidatie van één gram koolhydraten komt 16,9 kJ vrij.
- Reserveren. Glycogeen en zetmeel zijn een vorm van opslag van voedingsstoffen.
- Structureel. Cellulose en enkele andere polysacharideverbindingen vormen een sterk raamwerk in planten. Ook zijn ze, in combinatie met lipiden en eiwitten, een onderdeel van alle celbiomembranen.
- Beschermend. Zure heteropolysachariden spelen de rol van biologisch smeermiddel. Ze bekleden de oppervlakken van de gewrichten die elkaar raken en tegen elkaar wrijven, de slijmvliezen van de neus, het spijsverteringskanaal.
- Antistollingsmiddel. Een koolhydraat zoals heparine heeft een belangrijke biologische eigenschap, namelijk het voorkomt bloedstolling.
- Koolhydraten zijn een bron van koolstof die nodig is voor de synthese van eiwitten, lipiden en nucleïnezuren.
Voor het lichaam zijn koolhydraten in de voeding de belangrijkste bron van koolhydraten - sucrose, zetmeel, glucose, lactose). Glucose kan in het lichaam zelf worden gesynthetiseerd uit aminozuren, glycerol, lactaat en pyruvaat (gluconeogenese).
Glycolyse
Glycolyse is een van de drie mogelijke vormen van het glucose-oxidatieproces. Bij dit proces komt energie vrij, die vervolgens wordt opgeslagen in ATP en NADH. Een van zijn moleculen v alt uiteen in twee pyruvaatmoleculen.
Het proces van glycolyse vindt plaats onder invloed van een verscheidenheid aan enzymatische stoffen, dat wil zeggen katalysatoren van biologische aard. Het belangrijkste oxidatiemiddel is zuurstof, maar het is vermeldenswaard dat het proces van glycolyse kan worden uitgevoerd in afwezigheid van zuurstof. Dit type glycolyse wordt anaëroob genoemd.
Anaërobe type glycolyse is een stapsgewijs proces van glucose-oxidatie. Bij deze glycolyse vindt glucose-oxidatie niet volledig plaats. Zo wordt tijdens de oxidatie van glucose slechts één molecuul pyruvaat gevormd. In termen van energievoordelen is anaërobe glycolyse minder gunstig dan aerobe. Als er echter zuurstof de cel binnenkomt, kan anaërobe glycolyse worden omgezet in aëroob, wat de volledige oxidatie van glucose is.
Mechanisme van glycolyse
Glycolyse breekt glucose met zes koolstofatomen af in twee moleculen van pyruvaat met drie koolstofatomen. Het hele proces is verdeeld in vijf voorbereidende fasen en nog vijf, waarin ATP wordt opgeslagenenergie.
De glycolyse verloopt dus in twee fasen, die elk in vijf fasen zijn verdeeld.
Fase 1 van de glucose-oxidatiereactie
- De eerste fase. De eerste stap is glucosefosforylering. Saccharide-activering vindt plaats door fosforylering bij het zesde koolstofatoom.
- Tweede etappe. Er is een proces van isomerisatie van glucose-6-fosfaat. In dit stadium wordt glucose omgezet in fructose-6-fosfaat door katalytische fosfoglucoisomerase.
- Derde etappe. Fosforylering van fructose-6-fosfaat. In dit stadium vindt de vorming van fructose-1,6-difosfaat (ook wel aldolase genoemd) plaats onder invloed van fosfofructokinase-1. Het is betrokken bij het begeleiden van de fosforylgroep van adenosinetrifosforzuur naar het fructosemolecuul.
- De vierde etappe. In dit stadium vindt de splitsing van aldolase plaats. Als resultaat worden twee triose-fosfaatmoleculen gevormd, met name ketosen en eldoses.
- De vijfde etappe. Isomerisatie van triosefosfaten. In dit stadium wordt glyceraldehyde-3-fosfaat naar de volgende stadia van glucose-afbraak gestuurd. In dit geval vindt de overgang van dihydroxyacetonfosfaat naar de vorm van glyceraldehyde-3-fosfaat plaats. Deze overgang wordt uitgevoerd onder invloed van enzymen.
- De zesde etappe. Het proces van oxidatie van glyceraldehyde-3-fosfaat. In dit stadium wordt het molecuul geoxideerd en vervolgens gefosforyleerd tot difosfoglyceraat-1, 3.
- Zevende etappe. Deze stap omvat de overdracht van de fosfaatgroep van 1,3-difosfoglyceraat naar ADP. Het eindresultaat van deze stap is 3-fosfoglyceraaten ATP.
Fase 2 - volledige oxidatie van glucose
- De achtste etappe. In dit stadium wordt de overgang van 3-fosfoglyceraat naar 2-fosfoglyceraat uitgevoerd. Het overgangsproces wordt uitgevoerd onder de werking van een enzym zoals fosfoglyceraatmutase. Deze chemische reactie van glucose-oxidatie verloopt met de verplichte aanwezigheid van magnesium (Mg).
- De negende etappe. In dit stadium vindt uitdroging van 2-fosfoglyceraat plaats.
- De tiende etappe. Er is een overdracht van fosfaten verkregen als gevolg van de voorgaande stappen in PEP en ADP. Fosfoenulpyrovaat wordt overgebracht naar ADP. Zo'n chemische reactie is mogelijk in aanwezigheid van magnesium (Mg) en kalium (K) ionen.
Onder aerobe omstandigheden komt het hele proces tot CO2 en H2O. De vergelijking voor glucose-oxidatie ziet er als volgt uit:
S6N12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O + 2880 kJ/mol.
Er is dus geen accumulatie van NADH in de cel tijdens de vorming van lactaat uit glucose. Dit betekent dat een dergelijk proces anaëroob is en kan plaatsvinden in afwezigheid van zuurstof. Het is zuurstof die de laatste elektronenacceptor is die door NADH wordt overgebracht naar de ademhalingsketen.
Bij het berekenen van de energiebalans van de glycolytische reactie moet er rekening mee worden gehouden dat elke stap van de tweede fase twee keer wordt herhaald. Hieruit kunnen we concluderen dat twee ATP-moleculen in de eerste fase worden verbruikt en dat tijdens de tweede fase 4 ATP-moleculen worden gevormd door fosforylering.soort ondergrond. Dit betekent dat als gevolg van de oxidatie van elk glucosemolecuul, de cel twee ATP-moleculen accumuleert.
We hebben gekeken naar de oxidatie van glucose door zuurstof.
Anaërobe glucose-oxidatieroute
Aerobe oxidatie is een oxidatieproces waarbij energie vrijkomt en dat plaatsvindt in aanwezigheid van zuurstof, dat fungeert als de uiteindelijke acceptor van waterstof in de ademhalingsketen. De donor van waterstofmoleculen is de gereduceerde vorm van co-enzymen (FADH2, NADH, NADPH), die worden gevormd tijdens de tussenreactie van substraatoxidatie.
Het aerobe dichotome type glucose-oxidatieproces is de belangrijkste route van glucosekatabolisme in het menselijk lichaam. Dit type glycolyse kan in alle weefsels en organen van het menselijk lichaam worden uitgevoerd. Het resultaat van deze reactie is de splitsing van het glucosemolecuul in water en koolstofdioxide. De vrijgekomen energie wordt dan opgeslagen in ATP. Dit proces kan grofweg in drie fasen worden verdeeld:
- Het proces van het omzetten van een glucosemolecuul in een paar pyrodruivenzuurmoleculen. De reactie vindt plaats in het celcytoplasma en is een specifieke route voor de afbraak van glucose.
- Het proces van vorming van acetyl-CoA als gevolg van oxidatieve decarboxylering van pyrodruivenzuur. Deze reactie vindt plaats in cellulaire mitochondriën.
- Het proces van oxidatie van acetyl-CoA in de Krebs-cyclus. De reactie vindt plaats in cellulaire mitochondriën.
In elke fase van dit proces,gereduceerde vormen van co-enzymen die worden geoxideerd door enzymcomplexen van de ademhalingsketen. Als gevolg hiervan wordt ATP gevormd wanneer glucose wordt geoxideerd.
Vorming van co-enzymen
Co-enzymen, die worden gevormd in de tweede en derde fase van aerobe glycolyse, zullen direct in de mitochondriën van cellen worden geoxideerd. Parallel hieraan heeft NADH, dat werd gevormd in het celcytoplasma tijdens de reactie van de eerste fase van aerobe glycolyse, niet het vermogen om door de mitochondriale membranen te dringen. Waterstof wordt via shuttlecycli overgebracht van cytoplasmatisch NADH naar cellulaire mitochondriën. Van deze cycli kan de belangrijkste worden onderscheiden - malaat-aspartaat.
Dan, met behulp van cytoplasmatisch NADH, wordt oxaalacetaat gereduceerd tot malaat, dat op zijn beurt de cellulaire mitochondriën binnengaat en vervolgens wordt geoxideerd om mitochondriale NAD te verminderen. Oxaalacetaat keert terug naar het celcytoplasma als aspartaat.
Gewijzigde vormen van glycolyse
Glycolyse kan bovendien gepaard gaan met de afgifte van 1, 3 en 2, 3-bifosfoglyceraten. Tegelijkertijd kan 2,3-bifosfoglyceraat onder invloed van biologische katalysatoren terugkeren naar het glycolyseproces en vervolgens van vorm veranderen in 3-fosfoglyceraat. Deze enzymen spelen verschillende rollen. Bijvoorbeeld, 2,3-bifosfoglyceraat, gevonden in hemoglobine, bevordert de overdracht van zuurstof naar weefsels, terwijl het bijdraagt aan de dissociatie en afname van de affiniteit van zuurstof en rode bloedcellen.
Conclusie
Veel bacteriën kunnen de vorm van glycolyse in verschillende stadia veranderen. In dit geval is het mogelijk om hun totale aantal te verminderen of deze stadia te wijzigen als gevolg van de werking van verschillende enzymatische verbindingen. Sommige anaëroben hebben het vermogen om koolhydraten op andere manieren af te breken. De meeste thermofielen hebben slechts twee glycolytische enzymen, in het bijzonder enolase en pyruvaatkinase.
We hebben gekeken hoe glucose in het lichaam wordt geoxideerd.
