რას სწავლობს ბიოქიმია? გლიკოლიზი არის გლუკოზის დაშლის სერიოზული ფერმენტული პროცესი, რომელიც ხდება ცხოველთა და ადამიანის ქსოვილებში ჟანგბადის გამოყენების გარეშე. სწორედ მას განიხილავენ ბიოქიმიკოსები, როგორც რძემჟავას და ატფ-ის მოლეკულების მიღების საშუალება.
განმარტება
რა არის აერობული გლიკოლიზი? ბიოქიმია ამ პროცესს განიხილავს, როგორც ცოცხალი ორგანიზმებისთვის დამახასიათებელ ერთადერთ პროცესს, რომელიც ამარაგებს ენერგიას.
ასეთი პროცესის დახმარებით ახერხებს ცხოველებისა და ადამიანების ორგანიზმი გარკვეული პერიოდის განმავლობაში შეასრულოს გარკვეული ფიზიოლოგიური ფუნქციები არასაკმარისი ჟანგბადის პირობებში.
თუ გლუკოზის დაშლის პროცესი მიმდინარეობს ჟანგბადის მონაწილეობით, ხდება აერობული გლიკოლიზი.
რა არის მისი ბიოქიმია? გლიკოლიზი ითვლება პირველ საფეხურად გლუკოზის წყალში და ნახშირორჟანგად დაჟანგვის პროცესში.
ისტორიის გვერდები
ტერმინი "გლიკოლიზი" გამოიყენა ლეპინმა მეცხრამეტე საუკუნის ბოლოს სისხლში გლუკოზის შემცირების პროცესისთვის, რომელიც ამოღებულია სისხლის მიმოქცევის სისტემიდან. ზოგიერთ მიკროორგანიზმს აქვს დუღილის პროცესები, რომლებიც გლიკოლიზის მსგავსია. ასეთებისთვისტრანსფორმაციაში გამოიყენება თერთმეტი ფერმენტი, რომელთა უმეტესობა იზოლირებულია ერთგვაროვანი, ძლიერ გაწმენდილი ან კრისტალური ფორმით, მათი თვისებები კარგად არის შესწავლილი. ეს პროცესი ხდება უჯრედის ჰიალოპლაზმაში.
პროცესის სპეციფიკა
როგორ მიმდინარეობს გლიკოლიზი? ბიოქიმია არის მეცნიერება, რომელშიც ეს პროცესი განიხილება, როგორც მრავალსაფეხურიანი რეაქცია.
გლიკოლიზის პირველი ფერმენტული რეაქცია, ფოსფორილირება, დაკავშირებულია ორთოფოსფატის გლუკოზაში ATP მოლეკულებით გადაცემასთან. ფერმენტი ჰექსოკინაზა მოქმედებს როგორც კატალიზატორი ამ პროცესში.
გლუკოზა-6-ფოსფატის გამომუშავება ამ პროცესში აიხსნება სისტემის მნიშვნელოვანი რაოდენობის ენერგიის გამოყოფით, ანუ მიმდინარეობს შეუქცევადი ქიმიური პროცესი.
ისეთი ფერმენტი, როგორიცაა ჰექსოკინაზა, მოქმედებს როგორც კატალიზატორი არა მხოლოდ თავად D-გლუკოზის, არამედ D-მანოზის, D-ფრუქტოზის ფოსფორილირების პროცესისთვის. ჰექსოკინაზას გარდა ღვიძლში არის კიდევ ერთი ფერმენტი - გლუკოკინაზა, რომელიც ახორციელებს ერთი D-გლუკოზის ფოსფორილირების პროცესს.
მეორე ეტაპი
როგორ ხსნის თანამედროვე ბიოქიმია ამ პროცესის მეორე ეტაპს? გლიკოლიზი ამ ეტაპზე არის გლუკოზა-6-ფოსფატის გადასვლა ჰექსოზაფოსფატ იზომერაზას გავლენით ახალ ნივთიერებაში - ფრუქტოზა-6-ფოსფატში.
პროცესი მიმდინარეობს ორი ერთმანეთის საპირისპირო მიმართულებით, არ საჭიროებს კოფაქტორებს.
მესამე ეტაპი
ეს დაკავშირებულია მიღებული ფრუქტოზა-6-ფოსფატის ფოსფორილირებასთან ATP მოლეკულების დახმარებით. ამ პროცესის დამაჩქარებელი ფერმენტი ფოსფოფრუქტოკინაზაა. რეაქციაითვლება შეუქცევადად, ეს ხდება მაგნიუმის კათიონების თანდასწრებით, ითვლება ამ ურთიერთქმედების ნელა მიმდინარე ეტაპად. სწორედ ის არის გლიკოლიზის სიჩქარის განსაზღვრის საფუძველი.
ფოსფოფრუქტოკინაზა ალოსტერული ფერმენტების ერთ-ერთი წარმომადგენელია. ის ინჰიბირებულია ATP მოლეკულებით, სტიმულირებულია AMP-ით და ADP-ით. შაქრიანი დიაბეტის დროს, მარხვის დროს, ისევე როგორც ბევრ სხვა პირობებში, როდესაც ცხიმებს დიდი რაოდენობით მოიხმარენ, ქსოვილის უჯრედებში ციტრატის შემცველობა რამდენჯერმე იზრდება. ასეთ პირობებში ხდება ფოსფოფრუქტოკინაზას სრულფასოვანი აქტივობის მნიშვნელოვანი ინჰიბიცია ციტრატით.
თუ ATP-სა და ADP-ის თანაფარდობა მნიშვნელოვან მნიშვნელობებს მიაღწევს, ფოსფოფრუქტოკინაზა ინჰიბირდება, რაც ხელს უწყობს გლიკოლიზის შენელებას.
როგორ შეგიძლიათ გაზარდოთ გლიკოლიზი? ბიოქიმია გვთავაზობს ამისთვის ინტენსივობის ფაქტორის შემცირებას. მაგალითად, არაფუნქციონირებულ კუნთში ფოსფოფრუქტოკინაზას აქტივობა დაბალია, მაგრამ ატფ-ის კონცენტრაცია იზრდება.
როდესაც კუნთი მუშაობს, მნიშვნელოვანი ხდება ATP-ის გამოყენება, რაც იწვევს ფერმენტის დონის მატებას, რაც იწვევს გლიკოლიზის პროცესის დაჩქარებას.
მეოთხე ეტაპი
ფერმენტი ალდოლაზა არის გლიკოლიზის ამ ნაწილის კატალიზატორი. მისი წყალობით ხდება ნივთიერების შექცევადი გაყოფა ორ ფოსფოტრიოზად. ტემპერატურის მნიშვნელობიდან გამომდინარე, წონასწორობა მყარდება სხვადასხვა დონეზე.
როგორ ხსნის ბიოქიმია რა ხდება? გლიკოლიზი ტემპერატურის მატებასთან ერთად მიმდინარეობს პირდაპირი რეაქციის, პროდუქტის მიმართულებითრომელიც არის გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატი და დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატი.
სხვა ეტაპები
მეხუთე ეტაპი არის ტრიოზ ფოსფატების იზომერიზაციის პროცესი. პროცესის კატალიზატორია ფერმენტი ტრიოზაფოსფატ იზომერაზა.
შემაჯამებელი სახით მეექვსე რეაქცია აღწერს 1,3-დიფოსფორგლიცერინის მჟავას წარმოებას NAD ფოსფატის თანდასწრებით, როგორც წყალბადის მიმღები. ეს არის ეს არაორგანული აგენტი, რომელიც შლის წყალბადს გლიცერალდეჰიდიდან. შედეგად მიღებული ბმა არის მყიფე, მაგრამ ის მდიდარია ენერგიით, და გაყოფისას მიიღება 1, 3-დიფოსფოგლიცერინის მჟავა.
მეშვიდე საფეხური, რომელიც კატალიზირებულია ფოსფოგლიცერატკინაზას მიერ, მოიცავს ენერგიის გადაცემას ფოსფატის ნარჩენებიდან ADP-ზე 3-ფოსფოგლიცერინის მჟავისა და ატფ-ის წარმოქმნით.
მერვე რეაქციაში ხდება ფოსფატის ჯგუფის ინტრამოლეკულური გადატანა, ხოლო შეინიშნება 3-ფოსფოგლიცერინის მჟავას ტრანსფორმაცია 2-ფოსფოგლიცერატად. პროცესი შექცევადია, ამიტომ მის განსახორციელებლად გამოიყენება მაგნიუმის კათიონები.
2,3-დიფოსფოგლიცერინის მჟავა მოქმედებს როგორც კოფაქტორი ფერმენტისთვის ამ ეტაპზე.
მეცხრე რეაქცია მოიცავს 2-ფოსფოგლიცერინის მჟავას ფოსფოენოლპირუვატზე გადასვლას. ენოლაზას ფერმენტი, რომელიც გააქტიურებულია მაგნიუმის კათიონებით, მოქმედებს როგორც ამ პროცესის დამაჩქარებელი, ხოლო ფტორი ამ შემთხვევაში ინჰიბიტორის როლს ასრულებს.
მეათე რეაქცია მიმდინარეობს ბმის გაწყვეტით და ფოსფატის ნარჩენის ენერგიის გადაცემით ADP-ზე ფოსფოენოლპირუვინის მჟავიდან.
მეთერთმეტე სტადია დაკავშირებულია პირუვინის მჟავის შემცირებასთან, რძემჟავას მიღებასთან.ეს გარდაქმნა მოითხოვს ფერმენტ ლაქტატდეჰიდროგენაზას მონაწილეობას.
როგორ შეგიძლიათ ჩამოწეროთ გლიკოლიზი ზოგადად? რეაქციები, რომელთა ბიოქიმია ზემოთ იყო განხილული, მცირდება გლიკოლიზურ ოქსიდორედუქციამდე, რასაც თან ახლავს ATP მოლეკულების წარმოქმნა.
პროცესის მნიშვნელობა
ჩვენ შევხედეთ, როგორ აღწერს ბიოქიმია გლიკოლიზს (რეაქციებს). ამ პროცესის ბიოლოგიური მნიშვნელობა არის ფოსფატის ნაერთების მიღება დიდი ენერგიის რეზერვით. თუ პირველ ეტაპზე ორი ATP მოლეკულა იხარჯება, მაშინ ეს ეტაპი ასოცირდება ამ ნაერთის ოთხი მოლეკულის წარმოქმნასთან.
რა არის მისი ბიოქიმია? გლიკოლიზი და გლუკონეოგენეზი ენერგოეფექტურია: 2 ATP მოლეკულა შეადგენს 1 გლუკოზის მოლეკულას. გლუკოზისგან ორი მჟავის მოლეკულის წარმოქმნის დროს ენერგიის ცვლილება არის 210 კჯ/მოლი. 126 კჯ ტოვებს სითბოს სახით, 84 კჯ გროვდება ატფ-ის ფოსფატურ ბმებში. ტერმინალური კავშირის ენერგეტიკული ღირებულებაა 42 კჯ/მოლი. ბიოქიმია ეხება მსგავს გამოთვლებს. აერობული და ანაერობული გლიკოლიზის ეფექტურობაა 0,4.
საინტერესო ფაქტები
ბევრი ექსპერიმენტის შედეგად შესაძლებელი გახდა გლიკოლიზის თითოეული რეაქციის ზუსტი მნიშვნელობების დადგენა, რომელიც ხდება ხელუხლებელი ადამიანის ერითროციტებში. გლიკოლიზის რვა რეაქცია ახლოსაა თერმოდინამიკურ წონასწორობასთან, სამი პროცესი დაკავშირებულია თავისუფალი ენერგიის რაოდენობის მნიშვნელოვან შემცირებასთან და ითვლება შეუქცევად.
რა არის გლუკონეოგენეზი? პროცესის ბიოქიმია შედგება ნახშირწყლების დაშლაში, რომელიც ხდებარამდენიმე ეტაპი. თითოეული ნაბიჯი აკონტროლებს ფერმენტებს. მაგალითად, ქსოვილებში, რომლებსაც ახასიათებს აერობული მეტაბოლიზმი (გულის, თირკმელების ქსოვილები), ის რეგულირდება იზოფერმენტებით LDH1 და LDH2. მათ თრგუნავს მცირე რაოდენობით პირუვატი, რის შედეგადაც დაუშვებელია რძემჟავას სინთეზი და მიიღწევა აცეტილ-CoA-ს სრული დაჟანგვა ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში.
კიდევ რა ახასიათებს ანაერობულ გლიკოლიზს? ბიოქიმია, მაგალითად, მოიცავს პროცესში სხვა ნახშირწყლების ჩართვას.
ლაბორატორიული კვლევების შედეგად დადგინდა, რომ ადამიანის ორგანიზმში საკვებით შემავალი ფრუქტოზის დაახლოებით 80% მეტაბოლიზდება ღვიძლში. აქ ხდება მისი ფოსფორილირების პროცესი ფრუქტოზა-6-ფოსფატამდე, ფერმენტი ჰექსოკინაზა მოქმედებს როგორც კატალიზატორი ამ პროცესისთვის.
ამ პროცესს გლუკოზა თრგუნავს. შედეგად მიღებული ნაერთი გარდაიქმნება გლუკოზად რამდენიმე ეტაპად, რასაც თან ახლავს ფოსფორის მჟავას ელიმინაცია. გარდა ამისა, შესაძლებელია მისი შემდგომი გარდაქმნა სხვა ფოსფორის შემცველ ორგანულ ნაერთებად.
ATP და ფოსფოფრუქტოკინაზას გავლენით ფრუქტოზა-6-ფოსფატი გარდაიქმნება ფრუქტოზა-1,6-დიფოსფატად.
შემდეგ ეს ნივთიერება მეტაბოლიზდება გლიკოლიზის დამახასიათებელი ეტაპებით. კუნთებსა და ღვიძლს აქვს კეტოჰექსოკინაზა, რომელსაც შეუძლია დააჩქაროს ფრუქტოზის ფოსფორილირების პროცესი მის ფოსფორის შემცველ ნაერთში. პროცესი არ ბლოკავს გლუკოზას და შედეგად მიღებული ფრუქტოზა-1-ფოსფატი იშლება კეტოზა-1-ფოსფატ ალდოლაზას გავლენით გლიცერალდეჰიდად და დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატად. D-გლიცერალდეჰიდი ქვეშტრიოზოკინაზას გავლენით იგი შედის ფოსფორილირებაში, საბოლოოდ გამოიყოფა ATP მოლეკულები და მიიღება დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატი.
თანდაყოლილი ანომალიები
ბიოქიმიკოსებმა შეძლეს ფრუქტოზის მეტაბოლიზმთან დაკავშირებული ზოგიერთი თანდაყოლილი ანომალიის იდენტიფიცირება. ეს ფენომენი (არსებითი ფრუქტოზურია) ასოცირდება ორგანიზმში ფერმენტ კეტოჰექსოკინაზას შემცველობის ბიოლოგიურ დეფიციტთან, შესაბამისად, ამ ნახშირწყლების დაშლის ყველა პროცესი თრგუნავს გლუკოზას. ამ დარღვევის შედეგია სისხლში ფრუქტოზის დაგროვება. ფრუქტოზასთვის, თირკმლის ბარიერი დაბალია, ამიტომ ფრუქტოზურია შეიძლება გამოვლინდეს სისხლში ნახშირწყლების კონცენტრაციით დაახლოებით 0,73 მმოლ/ლ.
მონაწილეობა გალაქტოზის ბიოსინთეზში
გალაქტოზა ორგანიზმში შედის საკვებით, რომელიც საჭმლის მომნელებელ ტრაქტში იშლება გლუკოზასა და გალაქტოზამდე. პირველ რიგში, ეს ნახშირწყალი გარდაიქმნება გალაქტოზა-1-ფოსფატად, პროცესი კატალიზებულია გალაქტოკინაზას მიერ. შემდეგ, ფოსფორის შემცველი ნაერთი გარდაიქმნება გლუკოზა-1-ფოსფატად. ამ ეტაპზე ასევე წარმოიქმნება ურიდინ დიფოსფოგალაქტოზა და UDP-გლუკოზა. პროცესის შემდგომი ეტაპები მიმდინარეობს გლუკოზის დაშლის მსგავსი სქემის მიხედვით.
გალაქტოზის მეტაბოლიზმის ამ გზის გარდა, შესაძლებელია მეორე სქემაც. პირველი, ასევე წარმოიქმნება გალაქტოზა-1-ფოსფატი, მაგრამ შემდგომი საფეხურები დაკავშირებულია UTP მოლეკულების და გლუკოზა-1-ფოსფატის წარმოქმნასთან.
ნახშირწყლების ცვლასთან დაკავშირებულ მრავალრიცხოვან პათოლოგიურ მდგომარეობას შორის განსაკუთრებული ადგილი უჭირავს გალაქტოზემიას. ეს ფენომენი ასოცირდება რეცესიულად მემკვიდრეობით დაავადებასთან, თანრომელშიც გალაქტოზის გამო სისხლში შაქრის დონე მატულობს და 16,6 მმოლ/ლ აღწევს. ამავდროულად, სისხლში გლუკოზის შემცველობა პრაქტიკულად არ იცვლება. გალაქტოზის გარდა ასეთ შემთხვევებში სისხლში გროვდება გალაქტოზა-1-ფოსფატიც. გალაქტოზემიის დიაგნოზის მქონე ბავშვებს აქვთ გონებრივი ჩამორჩენილობა და ასევე აქვთ კატარაქტი.
ნახშირწყლების მეტაბოლიზმის დარღვევების ზრდასთან ერთად, მიზეზი მეორე გზაზე გალაქტოზის დაშლაა. იმის წყალობით, რომ ბიოქიმიკოსებმა შეძლეს გაერკვია მიმდინარე პროცესის არსი, შესაძლებელი გახდა ორგანიზმში გლუკოზის არასრულად დაშლასთან დაკავშირებულ პრობლემებთან გამკლავება.
