გლუკოზის სრული დაჟანგვა. გლუკოზის დაჟანგვის რეაქცია

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 05:32

ამ სტატიაში განვიხილავთ როგორ იჟანგება გლუკოზა. ნახშირწყლები არის პოლიჰიდროქსიკარბონილის ტიპის ნაერთები, ისევე როგორც მათი წარმოებულები. დამახასიათებელი ნიშნებია ალდეჰიდის ან კეტონის ჯგუფების და სულ მცირე ორი ჰიდროქსილის ჯგუფის არსებობა.

მათი სტრუქტურის მიხედვით ნახშირწყლები იყოფა მონოსაქარიდებად, პოლისაქარიდებად, ოლიგოსაქარიდებად.

მონოსაქარიდები

მონოსაქარიდები ყველაზე მარტივი ნახშირწყლებია, რომელთა ჰიდროლიზება შეუძლებელია. იმის მიხედვით, თუ რომელი ჯგუფია შემადგენლობაში - ალდეჰიდი თუ კეტონი, იზოლირებულია ალდოზები (მათ შორისაა გალაქტოზა, გლუკოზა, რიბოზა) და კეტოზები (რიბულოზა, ფრუქტოზა).

ოლიგოსაქარიდები

ოლიგოსაქარიდები არის ნახშირწყლები, რომლებსაც აქვთ მონოსაქარიდური წარმოშობის ორიდან ათამდე ნარჩენი, რომლებიც დაკავშირებულია გლიკოზიდური ბმებით. მონოსაქარიდების ნარჩენების რაოდენობის მიხედვით განასხვავებენ დისაქარიდებს, ტრისაქარიდებს და ა.შ. რა წარმოიქმნება გლუკოზის დაჟანგვის დროს? ამაზე მოგვიანებით იქნება განხილული.

პოლისაქარიდები

პოლისაქარიდებიარის ნახშირწყლები, რომლებიც შეიცავს ათზე მეტ მონოსაქარიდის ნარჩენებს, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული გლიკოზიდური ბმებით. თუ პოლისაქარიდის შემადგენლობა შეიცავს იგივე მონოსაქარიდის ნარჩენებს, მაშინ მას ჰომოპოლისაქარიდს უწოდებენ (მაგალითად, სახამებელს). თუ ასეთი ნარჩენები განსხვავებულია, მაშინ ჰეტეროპოლისაქარიდით (მაგალითად, ჰეპარინი).

რა მნიშვნელობა აქვს გლუკოზის დაჟანგვას?

ნახშირწყლების ფუნქციები ადამიანის ორგანიზმში

ნახშირწყლები ასრულებს შემდეგ ძირითად ფუნქციებს:

1. ენერგია. ნახშირწყლების ყველაზე მნიშვნელოვანი ფუნქციაა, რადგან ისინი ემსახურებიან როგორც ენერგიის ძირითად წყაროს ორგანიზმში. მათი დაჟანგვის შედეგად ადამიანის ენერგეტიკული მოთხოვნილების ნახევარზე მეტი დაკმაყოფილებულია. ერთი გრამი ნახშირწყლების დაჟანგვის შედეგად გამოიყოფა 16,9 კჯ.
2. დაჯავშნა. გლიკოგენი და სახამებელი საკვები ნივთიერებების შენახვის ფორმაა.
3. სტრუქტურული. ცელულოზა და ზოგიერთი სხვა პოლისაქარიდის ნაერთები ქმნიან ძლიერ ჩარჩოს მცენარეებში. ასევე, ისინი ლიპიდებთან და ცილებთან ერთად წარმოადგენს ყველა უჯრედის ბიომემბრანის კომპონენტს.
4. დამცავი. მჟავა ჰეტეროპოლისაქარიდები ბიოლოგიური ლუბრიკანტის როლს ასრულებენ. ისინი ხაზს უსვამენ სახსრების ზედაპირებს, რომლებიც ერთმანეთს ეხებიან და ეხებიან, ცხვირის ლორწოვან გარსს, საჭმლის მომნელებელ ტრაქტს.
5. ანტიკოაგულანტი. ნახშირწყლებს, როგორიცაა ჰეპარინი, აქვს მნიშვნელოვანი ბიოლოგიური თვისება, კერძოდ, ის ხელს უშლის სისხლის შედედებას.
6. ნახშირწყლები არის ნახშირბადის წყარო, რომელიც აუცილებელია ცილების, ლიპიდების და ნუკლეინის მჟავების სინთეზისთვის.

ორგანიზმისთვის ნახშირწყლების ძირითადი წყაროა დიეტური ნახშირწყლები - საქაროზა, სახამებელი, გლუკოზა, ლაქტოზა). გლუკოზა შეიძლება სინთეზირდეს თავად ორგანიზმში ამინომჟავების, გლიცეროლის, ლაქტატის და პირუვატისგან (გლუკონეოგენეზი).

გლიკოლიზი

გლიკოლიზი არის გლუკოზის დაჟანგვის პროცესის სამი შესაძლო ფორმადან ერთ-ერთი. ამ პროცესში გამოიყოფა ენერგია, რომელიც შემდგომში ინახება ATP და NADH-ში. მისი ერთ-ერთი მოლეკულა პირუვატის ორ მოლეკულად იშლება.

გლიკოლიზის პროცესი მიმდინარეობს სხვადასხვა ფერმენტული ნივთიერების, ანუ ბიოლოგიური ხასიათის კატალიზატორების მოქმედებით. ყველაზე მნიშვნელოვანი ჟანგვის აგენტია ჟანგბადი, მაგრამ აღსანიშნავია, რომ გლიკოლიზის პროცესი შეიძლება განხორციელდეს ჟანგბადის არარსებობის შემთხვევაში. ამ ტიპის გლიკოლიზს ანაერობული ეწოდება.

ანაერობული ტიპის გლიკოლიზი არის გლუკოზის დაჟანგვის ეტაპობრივი პროცესი. ამ გლიკოლიზის დროს გლუკოზის დაჟანგვა მთლიანად არ ხდება. ამრიგად, გლუკოზის დაჟანგვის დროს წარმოიქმნება პირუვატის მხოლოდ ერთი მოლეკულა. ენერგეტიკული სარგებელის თვალსაზრისით, ანაერობული გლიკოლიზი ნაკლებად სასარგებლოა, ვიდრე აერობული. თუმცა, თუ ჟანგბადი შედის უჯრედში, მაშინ ანაერობული გლიკოლიზი შეიძლება გარდაიქმნას აერობულად, რაც წარმოადგენს გლუკოზის სრულ დაჟანგვას.

გლიკოლიზის მექანიზმი

გლიკოლიზი არღვევს ექვსნახშირბადიან გლუკოზას სამნახშირბადის პირუვატის ორ მოლეკულად. მთელი პროცესი დაყოფილია ხუთ მოსამზადებელ ეტაპად და კიდევ ხუთად, რომლის დროსაც ATP ინახებაენერგია.

ამგვარად, გლიკოლიზი მიმდინარეობს ორ ეტაპად, რომელთაგან თითოეული იყოფა ხუთ ეტაპად.

გლუკოზის დაჟანგვის რეაქციის 1 ეტაპი

• პირველი ეტაპი. პირველი ნაბიჯი არის გლუკოზის ფოსფორილირება. საქარიდის გააქტიურება ხდება ნახშირბადის მეექვსე ატომში ფოსფორილირების გზით.
• მეორე ეტაპი. მიმდინარეობს გლუკოზა-6-ფოსფატის იზომერიზაციის პროცესი. ამ ეტაპზე გლუკოზა გარდაიქმნება ფრუქტოზა-6-ფოსფატად კატალიზური ფოსფოგლუკოიზომერაზას მეშვეობით.
• მესამე ეტაპი. ფრუქტოზა-6-ფოსფატის ფოსფორილირება. ამ ეტაპზე ფრუქტოზა-1,6-დიფოსფატის (ასევე უწოდებენ ალდოლაზას) წარმოქმნა ხდება ფოსფოფრუქტოკინაზა-1-ის გავლენის ქვეშ. ის ჩართულია ფოსფორილის ჯგუფის თანხლებით ადენოზინტრიფოსფორის მჟავიდან ფრუქტოზის მოლეკულამდე.
• მეოთხე ეტაპი. ამ ეტაპზე ხდება ალდოლაზას დაშლა. შედეგად წარმოიქმნება ორი ტრიოზა ფოსფატის მოლეკულა, კერძოდ კეტოზები და ელდოზები.
• მეხუთე ეტაპი. ტრიოზ ფოსფატების იზომერიზაცია. ამ ეტაპზე გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატი იგზავნება გლუკოზის დაშლის შემდეგ ეტაპებზე. ამ შემთხვევაში ხდება დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატის გადასვლა გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატის ფორმაზე. ეს გადასვლა ხორციელდება ფერმენტების მოქმედებით.
• მეექვსე ეტაპი. გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატის დაჟანგვის პროცესი. ამ ეტაპზე მოლეკულა იჟანგება და შემდეგ ფოსფორილირდება დიფოსფოგლიცერატ-1, 3.
• მეშვიდე ეტაპი. ეს ნაბიჯი გულისხმობს ფოსფატის ჯგუფის გადატანას 1,3-დიფოსფოგლიცერატიდან ADP-ზე. ამ ეტაპის საბოლოო შედეგია 3-ფოსფოგლიცერატიდა ATP.

სტადია 2 - გლუკოზის სრული დაჟანგვა

• მერვე ეტაპი. ამ ეტაპზე ხდება 3-ფოსფოგლიცერატზე გადასვლა 2-ფოსფოგლიცერატზე. გარდამავალი პროცესი ხორციელდება ისეთი ფერმენტის მოქმედებით, როგორიცაა ფოსფოგლიცერატ მუტაზა. გლუკოზის დაჟანგვის ეს ქიმიური რეაქცია მიმდინარეობს მაგნიუმის (მგ) სავალდებულო არსებობით.
• მეცხრე ეტაპი. ამ ეტაპზე ხდება 2-ფოსფოგლიცერატის დეჰიდრატაცია.
• მეათე ეტაპი. ხდება წინა საფეხურების შედეგად მიღებული ფოსფატების გადატანა PEP-სა და ADP-ში. ფოსფოენულპიროვატი გადადის ADP-ში. ასეთი ქიმიური რეაქცია შესაძლებელია მაგნიუმის (Mg) და კალიუმის (K) იონების თანდასწრებით.

აერობულ პირობებში, მთელი პროცესი მოდის CO₂ და H₂O. გლუკოზის დაჟანგვის განტოლება ასე გამოიყურება:

S₆N₁₂O₆+ 6O₂ → 6CO₂+ 6H₂O + 2880 კჯ/მოლი.

ამგვარად, არ არის უჯრედში NADH-ის დაგროვება გლუკოზისგან ლაქტატის წარმოქმნის დროს. ეს ნიშნავს, რომ ასეთი პროცესი ანაერობულია და ის შეიძლება გაგრძელდეს ჟანგბადის არარსებობის შემთხვევაში. ეს არის ჟანგბადი, რომელიც არის ელექტრონის საბოლოო მიმღები, რომელიც გადადის NADH-ით სასუნთქ ჯაჭვში.

გლიკოლიზური რეაქციის ენერგეტიკული ბალანსის გამოთვლის პროცესში გასათვალისწინებელია, რომ მეორე ეტაპის ყოველი ნაბიჯი ორჯერ მეორდება. აქედან შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ატფ-ის ორი მოლეკულა იხარჯება პირველ ეტაპზე, ხოლო 4 ატფ-ის მოლეკულა წარმოიქმნება მეორე ეტაპზე ფოსფორილირებით.სუბსტრატის ტიპი. ეს ნიშნავს, რომ გლუკოზის თითოეული მოლეკულის დაჟანგვის შედეგად უჯრედი აგროვებს ორ ATP მოლეკულას.

ჩვენ შევხედეთ გლუკოზის დაჟანგვას ჟანგბადით.

ანაერობული გლუკოზის დაჟანგვის გზა

აერობული დაჟანგვა არის დაჟანგვის პროცესი, რომლის დროსაც ენერგია გამოიყოფა და მიმდინარეობს ჟანგბადის თანდასწრებით, რომელიც მოქმედებს როგორც წყალბადის საბოლოო მიმღები რესპირატორულ ჯაჭვში. წყალბადის მოლეკულების დონორი არის კოფერმენტების შემცირებული ფორმა (FADH2, NADH, NADPH), რომლებიც წარმოიქმნება სუბსტრატის დაჟანგვის შუალედური რეაქციის დროს.

აერობული დიქოტომიური ტიპის გლუკოზის დაჟანგვის პროცესი ადამიანის ორგანიზმში გლუკოზის კატაბოლიზმის მთავარი გზაა. ამ ტიპის გლიკოლიზი შეიძლება განხორციელდეს ადამიანის სხეულის ყველა ქსოვილსა და ორგანოში. ამ რეაქციის შედეგია გლუკოზის მოლეკულის გაყოფა წყალში და ნახშირორჟანგად. გამოთავისუფლებული ენერგია შემდეგ შეინახება ATP-ში. ეს პროცესი უხეშად შეიძლება დაიყოს სამ ეტაპად:

1. გლუკოზის მოლეკულის პირუვინის მჟავას წყვილ მოლეკულად გარდაქმნის პროცესი. რეაქცია ხდება უჯრედის ციტოპლაზმაში და წარმოადგენს გლუკოზის დაშლის სპეციფიკურ გზას.
2. აცეტილ-CoA-ს წარმოქმნის პროცესი პირუვიკ მჟავას ოქსიდაციური დეკარბოქსილირების შედეგად. ეს რეაქცია ხდება უჯრედულ მიტოქონდრიებში.
3. აცეტილ-CoA-ს დაჟანგვის პროცესი კრებსის ციკლში. რეაქცია მიმდინარეობს უჯრედულ მიტოქონდრიაში.

ამ პროცესის თითოეულ ეტაპზე,სასუნთქი ჯაჭვის ფერმენტული კომპლექსებით დაჟანგული კოენზიმების შემცირებული ფორმები. შედეგად, ATP წარმოიქმნება გლუკოზის დაჟანგვის დროს.

კოფერმენტების წარმოქმნა

კოენზიმები, რომლებიც წარმოიქმნება აერობული გლიკოლიზის მეორე და მესამე სტადიაზე, იჟანგება უშუალოდ უჯრედების მიტოქონდრიაში. ამის პარალელურად, NADH-ს, რომელიც წარმოიქმნა უჯრედის ციტოპლაზმაში აერობული გლიკოლიზის პირველი ეტაპის რეაქციის დროს, არ გააჩნია მიტოქონდრიული მემბრანების მეშვეობით შეღწევის უნარი. წყალბადი ციტოპლაზმური NADH-დან უჯრედულ მიტოქონდრიაში გადადის შატლის ციკლების მეშვეობით. ამ ციკლებს შორის შეიძლება გამოირჩეოდეს მთავარი - მალატ-ასპარტატი.

შემდეგ, ციტოპლაზმური NADH-ის დახმარებით, ოქსალოაცეტატი იშლება მალატად, რომელიც, თავის მხრივ, შედის უჯრედულ მიტოქონდრიაში და შემდეგ იჟანგება მიტოქონდრიული NAD-ის შესამცირებლად. ოქსალოაცეტატი ბრუნდება უჯრედის ციტოპლაზმაში ასპარტატის სახით.

გლიკოლიზის შეცვლილი ფორმები

გლიკოლიზს დამატებით შეიძლება ახლდეს 1, 3 და 2, 3-ბიფოსფოგლიცერატების გამოყოფა. ამავდროულად, 2,3-ბიფოსფოგლიცერატს ბიოლოგიური კატალიზატორების გავლენით შეუძლია დაუბრუნდეს გლიკოლიზის პროცესს, შემდეგ კი შეცვალოს მისი ფორმა 3-ფოსფოგლიცერატში. ეს ფერმენტები სხვადასხვა როლს ასრულებენ. მაგალითად, 2, 3-ბიფოსფოგლიცერატი, რომელიც გვხვდება ჰემოგლობინში, ხელს უწყობს ჟანგბადის გადატანას ქსოვილებში, ამავდროულად ხელს უწყობს ჟანგბადის და სისხლის წითელი უჯრედების აფინურობის დაშლას და შემცირებას.

დასკვნა

ბევრ ბაქტერიას შეუძლია შეცვალოს გლიკოლიზის ფორმა მის სხვადასხვა ეტაპზე. ამ შემთხვევაში შესაძლებელია მათი საერთო რაოდენობის შემცირება ან ამ ეტაპების მოდიფიცირება სხვადასხვა ფერმენტული ნაერთების მოქმედების შედეგად. ზოგიერთ ანაერობს აქვს ნახშირწყლების სხვა გზით დაშლის უნარი. თერმოფილების უმეტესობას აქვს მხოლოდ ორი გლიკოლიზური ფერმენტი, კერძოდ ენოლაზა და პირუვატკინაზა.

ჩვენ შევხედეთ როგორ იჟანგება გლუკოზა ორგანიზმში.