Глюкозо 1 6 дифосфат

Содержание
  1. Обмен веществ
  2. Термодинамика живых систем
  3. Активированные переносчики
  4. Аэробный и анаэробный гликолиз. Какова их роль в жизнедеятельности человеческого организма?
  5. Этапы окислительного  гликолиза. Фаза 1
  6. 1-я ступень.  Фосфорилирование глюкозы
  7. 2-я ступень.  Образование изомера  глюкозо-6-фосфата
  8. 3-я ступень. Фосфорилирование фруктозо-6-фосфата
  9. 4-я ступень. Распад фруктозо-1,6-дифосфата
  10. 5-я ступень.  Образование триозофосфатных  изомеров
  11. Фаза 2.  Синтез Адезинтрифосфата
  12. 6-я ступень  – окисление глицеральдегид-3-фосфата
  13. 7-я ступень. Перемещение  фосфатной группы с 1,3-дифосфоглицерата на адезиндифосфат
  14. 8-я ступень. Перенесение фосфорильной группы с 3-фосфоглицерата
  15. 9-я ступень. Выделение воды из 2-фосфоглицерата
  16. 10-я и последняя ступень. Перенос фосфатного остатка с ФЕП на АДФ
  17. Что такое анаэробный гликолиз?
  18. Бескислородное окисление глюкозы включает два этапа
  19. Гликолиз
  20. Первый этап гликолиза
  21.  Второй этап гликолиза

Обмен веществ

Глюкозо 1 6 дифосфат

Обмен веществ или метаболизм — совокупность химических реакций, происходящих в живых организмах.

Метаболизм делится на две ветви: катаболизм (диссимиляция или энергетический обмен), включающий реакции расщепления сложных органических веществ к более простым, которое сопровождается их окислением и выделением полезной энергии, и анаболизм (ассимиляция или пластический обмен) — реакции синтеза необходимых клетке веществ, в которых энергия, полученная в катаболических реакциях, используется.

Почти все метаболические реакции ускоряются ферментами — катализаторами белковой природы.

Ферменты не только делают возможным быстрое протекание в клетке большого количества реакций, других условий нуждались бы очень высоких температур и / и давления, но и позволяют регулировать их по мере необходимости.

Реакции катализируемая ферментами часто объединяются в последовательности, где продукт одной становится субстратом для следующей, такие серии реакций называются метаболическими путями. Метаболические пути, в свою очередь, объединяются между собой, образуя сложные разветвленные сети.

Важной характеристикой основных метаболических путей и их компонентов является то, что они являются общими для большинства живых организмов, свидетельствует о единстве происхождения живой природы. Однако некоторые особенности метаболизма имеет не только каждый вид, но и отдельные особи в пределах вида.

Термодинамика живых систем

Второй закон термодинамики гласит, что энтропия (мера неупорядоченности) в изолированной системе постоянно растет.

Другими словами можно сказать, что беспорядок «приводится сам», а для упорядочения системы нужно выполнить химическую, механическую и транспортную работу.

Ее постоянно вынуждены выполнять организмы, для того чтобы поддерживать жизнедеятельность, это происходит благодаря наличию метаболизма.

[attention type=yellow]

Часть энергии системы, может выполнять работу при неизменных давления и температуры называют свободной энергией Гиббса (G). Во время химической реакции изменение свободной энергии можно описать так:

[/attention] ,

где ДН — изменение энтальпии, отражающий количество образованных и разрушенных связей (отрицательная для реакций, в которых выделяется тепло), T — абсолютная температура, ΔS — изменение энтропии. При стандартных условиях и концентрации реагентов и продуктов реакции 1 моль / л изменение свободной энергии называется стандартной ΔG 0.

Системы с большим запасом свободной энергии нестабильны, в них самовольно происходят процессы, уменьшают ее. Итак спонтанно могут происходить только реакции, сопровождающиеся выделением энергии (ΔG 0 (ендергонични). В состоянии термодинамического равновесия ΔG = 0 и система не может выполнять работу. Достижение состояния равновесия для клетки означает смерть.

Если прямая реакция екзергонична, например окисления глюкозы до углекислого газа и воды (ΔG 0 = -686 ккал / моль (2879 кДж / моль)), то обратная обязательно будет ендергоничною, то есть для реакции синтеза глюкозы из углекислого газа и воды ΔG 0 = 686 ккал / моль.

Изменение свободной энергии при реакции зависит от ее конкретного типа (т.е. содержания энергии в исходных веществах и продуктах), а также от того, насколько далеко была система от термодинамического равновесия в начальный момент времени (то есть насколько концентрации веществ отличаются от равновесных). Например, для реакции:

(маленькими буквами обозначены стехиометрические коэффициенты) изменение свободной энергии можно выразить как функцию стандартной изменения свободной энергии ΔG 0:

(1),

где [A i], [B i], [C i], [D i] — концентрации веществ в момент начала реакции.

Способность реакции проходить до конца характеризует константа равновесия, для приведенной выше реакции она записываться так:

,

где [A eq], [B eq], [C eq], [D eq] — концентрации веществ в состоянии равновесия. Чем больше константа равновесия, тем больше исходных веществ превращаются в продукты в наступление состояния равновесия.

В условиях равновесия ΔG = 0, и формула (1) видоизменяется следующим образом:

В реальных условиях живой клетки большинство химических реакций никогда не достигают равновесного состояния из-за того, что продукты постоянно используются в других реакциях или выделяются в среду.

Таким образом живая система находится в динамично стабильном состоянии: в ней происходят непрерывные изменения вследствие тока вещества и энергии, но основные показатели поддерживаются на постоянном уровне.

Например глюкоза с одной стороны поглощается из крови и используется многими тканями, с другой — всасывается из кишечника и мобилизуется из мест ее запасания. В результате слияния этих двух процессов ее концентрация в крови остается достаточно стабильной.

Активированные переносчики

В клетке постоянно происходит большое количество ендергоничних реакций, это становится возможным только благодаря их сопряжению с екзергоничнимы. Таким образом, значение изменения свободной энергии обоих процессов добавляются и суммарное ΔG 0;

Для реакции гидролиза АТФ:

2) АТФ + вода → АДФ + Ф н, ΔG02

Источник: https://info-farm.ru/alphabet_index/o/obmen-veshhestv.html

Аэробный и анаэробный гликолиз. Какова их роль в жизнедеятельности человеческого организма?

Глюкозо 1 6 дифосфат

Чтобы понять, что такое гликолиз, придется обратиться к греческой терминологии, потому что данный  термин произошел от греческих слов:  гликос – сладкий и лизис – расщепление.  От слова Гликос происходит и название глюкозы.

Таким образом, под данным термином подразумевается  процесс насыщения глюкозы кислородом, в результате которого одна молекула сладкого вещества распадается на  две микрочастицы пировиноградной кислоты.  Гликолиз – это биохимическая реакция, происходящая в живых клетках, и направленная на расщепление глюкозы.

Существует три варианта разложения глюкозы, и аэробный гликолиз  – один из них.

Процесс этот состоит из целого ряда промежуточных  химических реакций, сопровождаемых выделением  энергии.  В этом и кроется основная суть гликолиза. Высвобождаемая энергия расходуется на общую  жизнедеятельность живого организма. Общая формула расщепления глюкозы выглядит так:

Глюкоза + 2НАД+ + 2АДФ + 2Pi → 2 пируват + 2НАДH + 2Н+ + 2АТФ + 2Н2O

Аэробное окисление глюкозы с последующим расщеплением ее шестиуглеродной молекулы осуществляется посредством 10 промежуточных реакций.

Первые 5 реакций,  объединяет подготовительная   фаза подготовки, а последующие реакции  направлены на образование АТФ. В ходе реакций образуются стереоскопические изомеры сахаров и их производные.

  Основное накопление энергии клетками происходит во второй фазе, связанной с образованием АТФ.

Этапы окислительного  гликолиза. Фаза 1

В аэробном гликолизе выделяются 2 фазы.

Первая фаза – подготовительная. В ней глюкоза вступает в реакцию с 2 молекулами АТФ. Эта фаза состоит из 5 последовательных  ступеней биохимических  реакций.

1-я ступень.  Фосфорилирование глюкозы

Фосфорилирование, то есть процесс переноса остатков фосфорной кислоты в первой и последующих реакциях производится за счет молекул адезинтрифосфорной кислоты.

В первой ступени остатки фосфорной кислоты из молекул адезинтрифосфата  переносятся в молекулярную структуру глюкозы. В ходе процесса получается глюкозо-6-фосфат.  В качестве катализатора в процессе выступает гексокиназа, ускоряющая процесс с помощью ионов магния, выступающих в качестве кофактора.  Ионы магния задействованы и в других реакциях гликолиза.

2-я ступень.  Образование изомера  глюкозо-6-фосфата

На 2-й ступени происходит изомеризация глюкозо-6-фосфата  во фруктозу-6-фосфат.

Изомеризация – образование веществ, имеющих одинаковый вес, состав химических элементов, но обладающих разными свойствами вследствие различного расположения атомов в молекуле. Изомеризация веществ осуществляется под  действием внешних условий: давления, температур, катализаторов.

В данном случае процесс осуществляется  под действием катализатора  фосфоглюкозоизомеразы при  участии ионов Mg+.

3-я ступень. Фосфорилирование фруктозо-6-фосфата

На данной ступени   происходит  присоединение фосфорильной группы за счет АТФ. Процесс осуществляется при участии фермента  фосфофруктокиназа-1. Этот фермент и предназначен только для участия в гидролизе. В результате реакции  получаются  фруктозо-1,6-бисфосфат и  нуклеотид адезинтрифосфат.

АТФ – адезинтрифосфат, уникальный источник энергии в живом организме.

  Представляет собой довольно сложную и громоздкую молекулу, состоящую из углеводородных, гидроксильных групп, азота и групп фосфорной кислоты с одной свободной связью, собранных в нескольких циклических и линейных структурах.

[attention type=red]

Высвобождение энергии происходит в результате взаимодействия остатков фосфорной кислоты с водой. Гидролиз АТФ сопровождается образованием фосфорной кислоты и выделением 40-60 Дж энергии, которую организм затрачивает  на свою жизнедеятельность.

[/attention]

Но прежде должно произойти  фосфорилирование глюкозы за счет молекулы Адезинтрифосфата, то есть перенос  остатка фосфорной кислоты в глюкозу.

4-я ступень. Распад фруктозо-1,6-дифосфата

В четвертой реакции   фруктозо-1,6-дифосфат распадается на два новых вещества.

  • Диоксиацетонфосфат,
  • Глицеральд альдегид-3-фосфат.

В данном химическом процессе в качестве катализатора выступает альдолаза, фермент, участвующий в энергетическом обмене, и необходимый при диагностировании ряда заболеваний.

5-я ступень.  Образование триозофосфатных  изомеров

И, наконец, последний процесс  –  изомеризация триозофосфатов.

Глицеральд-3-фосфат  продолжит участвовать в процессе аэробного гидролиза. А второй компонент – диоксиацетон фосфат при участии фермента  триозофосфатизомеразы  преобразуется в глицеральдегид-3-фосфат.  Но трансформация эта –  обратимая.

Фаза 2.  Синтез Адезинтрифосфата

В данной фазе гликолиза  будет аккумулироваться  в виде АТФ биохимическая энергия.  Адезинтрифосфат образуется из адезиндифосфата за счет фосфорилирования. А также образуется НАДН.

Аббревиатура НАДН имеет очень сложную и труднозапоминаемую для неспециалиста расшифровку – Никотинамидадениндинуклеотид. НАДН – это кофермент, небелковое соединение, участвующее в  химических процессах живой клетки.  Он существует в двух формах:

  1. окисленной (NAD+, NADox);
  2. восстановленной (NADH, NADred).

В обмене веществ  NAD принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях транспортируя электроны из одного химического процесса  в другой. Отдавая, или принимая электрон, молекула преобразуется из NAD+ в NADH, и наоборот.  В живом организме НАД  вырабатывается из триптофана или аспартата аминокислот.

Две микрочастицы  глицеральдегид-3-фосфата подвергаются реакциям, в ходе которых образуется пируват,  и 4 молекулы АТФ.  Но конечный выход адезинтрифосфата составит 2 молекулы, поскольку  две затрачены в подготовительной фазе.  Процесс продолжается.

6-я ступень  – окисление глицеральдегид-3-фосфата

В данной реакции происходит окисление и фосфорилирование  глицеральдегид-3-фосфата.  В итоге получается 1,3-дифосфоглицериновая кислота. В ускорении реакции участвует глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа

Реакция происходит при участии энергии, полученной извне, поэтому она называется  эндергонической.  Такие реакции  протекают параллельно с  экзергоническими, то есть выделяющими, отдающими энергию. В данном случае такой реакцией служит следующий процесс.

7-я ступень. Перемещение  фосфатной группы с 1,3-дифосфоглицерата на адезиндифосфат

В этой промежуточной реакции  фосфорильная группа переносится фосфоглицераткиназой  с  1,3-дифосфоглицерата на адезиндифосфат.  В итоге получаются 3-фосфоглицерат и АТФ.

Фермент фосфоглицераткиназа приобрел свое название за способность катализировать реакции в обоих направлениях.  Этот фермент также транспортирует фосфатный остаток  с адезинтрифосфата  на  3-фосфоглицерат.

6-я и 7-я реакции  часто рассматриваются как единый процесс . 1,3-дифосфоглицерат в нем рассматривается как  промежуточный продукт.   Вместе 6-я и 7-я реакции выглядят так:

Глицеральдегид-3-фосфат+ADP+Pi +NAD+⇌3 -фосфоглицерат+ATP+NADH+Н+,ΔG′о = −12,2 кДж/моль.

И суммарно эти 2  процесса освобождают часть энергии.

8-я ступень. Перенесение фосфорильной группы с 3-фосфоглицерата

Получение 2-фосфоглицерата – процесс обратимый, происходит под каталитическим действием фермент фосфоглицератмутазы. Фосфорильная группа переносится с двухвалентного атома углерода 3-фосфоглицерата на трехвалентный атом  2-фосфоглицерата, в итоге образуется    2-фосфоглицериновая кислота.  Реакция проходит при участи положительно заряженных ионов магния.

9-я ступень. Выделение воды из 2-фосфоглицерата

Эта реакция в своей сути является второй реакцией расщепления глюкозы (первой была реакция 6-й ступени). В ней фермент  фосфопируватгидратаза  стимулирует  отщепление воды от атома С, то есть процесс элиминирования из молекулы 2-фосфоглицерата и образование фосфоенолпирувата (фосфоенолпировиноградной кислоты).

10-я и последняя ступень. Перенос фосфатного остатка с ФЕП на АДФ

В заключительной реакции гликолиза задействованы коферменты – калий, магний и марганец, в качестве катализатора выступает фермент пируваткиназа.

Преобразование енольной формы пировиноградной кислоты  в кето-форму является обратимым процессом, и в клетках присутствуют оба изомера. Процесс перехода изометрических веществ из одного в другой называется таутомеризацией.

Что такое анаэробный гликолиз?

Наряду с аэробным гликолизом, то есть расщеплением глюкозы при участии О2 , существует и так называемый анаэробный распад глюкозы, в котором кислород не участвует.

Он также  состоит из десяти последовательных реакций.

Но где протекает анаэробный этап гликолиза, связан ли он с процессами кислородного расщепления глюкозы,  или это самостоятельный биохимический процесс, попробуем в этом разобраться.

Анаэробный гликолиз – это распад глюкозы при отсутствии кислорода с образованием лактата.  Но в процессе образования молочной кислоты НАДН в клетке не накапливается.

[attention type=green]

Этот процесс осуществляется  в тех тканях и клетках, которые функционируют в условиях кислородного голодания – гипоксии. К таким тканям в первую очередь относятся скелетные мышцы.

[/attention]

В эритроцитах, несмотря на наличие кислорода,   тоже в процессе гликолиза образуется лактат, потому что в кровяных клетках отсутствуют митохондрии.

Анаэробный гидролиз протекает в цитозоле  (жидкой части цитоплазмы) клеток и является  единственным актом,  продуцирующим и поставляющим АТФ, поскольку  в данном случае  окислительное фосфорилирование  не работает.  Для окислительных процессов нужен кислород, а его в анаэробном гликолизе нет.

И пировиноградная, и молочная кислоты  служат источниками энергии, для выполнения мышцами определенных задач. Излишки кислот поступают в печень, где под действием ферментов снова превращаются в гликоген и глюкозу.

 И процесс начинается снова. Недостаток глюкозы восполняется питанием – употреблением сахара, сладких фруктов, и иных сладостей.  Так что нельзя в угоду фигуре совсем отказываться от сладкого.

Сахарозы нужны организму, но в меру.

Источник: https://RunnerClub.ru/health/aerobnyj-i-anaerobnyj-glikoliz.html

Бескислородное окисление глюкозы включает два этапа

Глюкозо 1 6 дифосфат

В анаэробном процессе пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты (лактата), поэтому в микробиологии анаэробный гликолиз называют молочнокислым брожением. Лактат далее ни во что не превращается, единственная возможность утилизовать лактат – это окислить его обратно в пируват.

Многие клетки организма способны к анаэробному окислению глюкозы. Для эритроцитов он является единственным источником энергии.

Клетки скелетной мускулатуры за счет бескислородного расщепления глюкозы способны выполнять мощную, быструю, интенсивную работу, как, например, бег на короткие дистанции, напряжение в силовых видах спорта.

Вне физических нагрузок бескислородное окисление глюкозы в клетках усиливается при гипоксии – при различного рода анемиях, при нарушении кровообращения в тканях независимо от причины.

Гликолиз

Анаэробное превращение глюкозы локализуется в цитозоле и включает два этапа из 11 ферментативных реакций.

Первый этап гликолиза

Первый этап гликолиза – подготовительный, здесь происходит затрата энергии АТФ, активация глюкозы и образование из нее триозофосфатов.

Первая реакция гликолиза сводится к превращению глюкозы в реакционно-способное соединение за счет фосфорилирования 6-го, не включенного в кольцо, атома углерода. Эта реакция является первой в любом превращении глюкозы, катализируется гексокиназой.

Вторая реакция необходима для выведения еще одного атома углерода из кольца для его последующего фосфорилирования (фермент глюкозофосфат-изомераза). В результате образуется фруктозо-6-фосфат.

Третья реакция – фермент фосфофруктокиназа фосфорилирует фруктозо-6-фосфат с образованием почти симметричной молекулы фруктозо-1,6-дифосфата. Эта реакция является главной в регуляции скорости гликолиза.

В четвертой реакции фруктозо-1,6-дифосфат разрезается пополам фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазой с образованием двух фосфорилированных триоз-изомеров – альдозы глицеральдегида (ГАФ) и кетозы диоксиацетона (ДАФ).

Пятая реакция подготовительного этапа – переход глицеральдегидфосфата и диоксиацетонфосфата друг в друга при участии триозофосфатизомеразы. Равновесие реакции сдвинуто в пользу диоксиацетонфосфата, его доля составляет 97%, доля глицеральдегидфосфата – 3%. Эта реакция, при всей ее простоте, определяет дальнейшую судьбу глюкозы:

  • при нехватке энергии в клетке и активации окисления глюкозы диоксиацетонфосфат превращается в глицеральдегидфосфат, который далее окисляется на втором этапе гликолиза,
  • при достаточном количестве АТФ, наоборот, глицеральдегидфосфат изомеризуется в диоксиацетонфосфат, и последний отправляется на синтез жиров.

 Второй этап гликолиза

Второй этап гликолиза – это освобождение энергии, содержащейся в глицеральдегидфосфате, и запасание ее в форме АТФ.

Шестая реакция гликолиза (фермент глицеральдегидфосфат-дегидрогеназа) – окисление глицеральдегидфосфата и присоединение к нему фосфорной кислоты приводит к образованию макроэргического соединения 1,3-дифосфоглицериновой кислоты и НАДН.

В седьмой реакции (фермент фосфоглицераткиназа) энергия фосфоэфирной связи, заключенная в 1,3-дифосфоглицерате тратится на образование АТФ.

Реакция получила дополнительное название – реакция субстратного фосфорилирования, что уточняет источник энергии для получения макроэргической связи в АТФ (от субстрата реакции) в отличие от окислительного фосфорилирования (использование энергии электрохимического градиента ионов водорода на мембране митохондрий).

Восьмая реакция – синтезированный в предыдущей реакции 3-фосфоглицерат под влиянием фосфоглицератмутазы изомеризуется в 2-фосфоглицерат.

Девятая реакция – фермент енолаза отрывает молекулу воды от 2-фосфоглицериновой кислоты и приводит к образованию макроэргической фосфоэфирной связи в составе фосфоенолпирувата.

Десятая реакция гликолиза – еще одна реакция субстратного фосфорилирования – заключается в переносе пируваткиназой макроэргического фосфата с фосфоенолпирувата на АДФ и образовании пировиноградной кислоты.

Последняя реакция бескислородного окисления глюкозы, одиннадцатая – образование молочной кислоты из пирувата под действием лактатдегидрогеназы. Важно то, что эта реакция осуществляется только в анаэробных условиях. Эта реакция необходима клетке, так как НАДН, образующийся в 6-й реакции, в отсутствие кислорода не может окисляться в митохондриях.

У плода и детей первых месяцев жизни преобладает анаэробный распад глюкозы, в связи с чем концентрация молочной кислоты в крови у них выше чем у взрослых. 
При наличии кислорода пировиноградная кислота переходит в митохондрию и превращается в ацетил-S-КоА. 

Источник: https://biokhimija.ru/uglevody/glikoliz.html

Будь здоров
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: