Vollständige Oxidation von Glukose. Glucose-Oxidationsreaktion

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 05:21

In diesem Artikel werden wir uns ansehen, wie Glukose oxidiert wird. Kohlenhydrate sind Verbindungen vom Polyhydroxycarbonyl-Typ sowie deren Derivate. Charakteristische Merkmale sind das Vorhandensein von Aldehyd- oder Ketongruppen und mindestens zwei Hydroxylgruppen.

Kohlenhydrate werden nach ihrer Struktur in Monosaccharide, Polysaccharide, Oligosaccharide unterteilt.

Monosaccharide

Monosaccharide sind die einfachsten Kohlenhydrate, die nicht hydrolysiert werden können. Je nachdem, welche Gruppe in der Zusammensetzung vorhanden ist - Aldehyd oder Keton, werden Aldosen (dazu zählen Galactose, Glucose, Ribose) und Ketosen (Ribulose, Fructose) isoliert.

Oligosaccharide

Oligosaccharide sind Kohlenhydrate, die in ihrer Zusammensetzung zwei bis zehn Monosaccharid-Reste enth alten, die durch glykosidische Bindungen verbunden sind. Je nach Anzahl der Monosaccharidreste werden Disaccharide, Trisaccharide usw. unterschieden. Was entsteht, wenn Glukose oxidiert wird? Dies wird später besprochen.

Polysaccharide

Polysaccharidesind Kohlenhydrate, die mehr als zehn Monosaccharidreste enth alten, die durch glykosidische Bindungen miteinander verbunden sind. Wenn die Zusammensetzung des Polysaccharids die gleichen Monosaccharidreste enthält, wird es als Homopolysaccharid bezeichnet (z. B. Stärke). Wenn solche Reste unterschiedlich sind, dann mit einem Heteropolysaccharid (z. B. Heparin).

Welche Bedeutung hat die Glukoseoxidation?

Funktionen von Kohlenhydraten im menschlichen Körper

Kohlenhydrate erfüllen die folgenden Hauptfunktionen:

1. Energie. Die wichtigste Funktion von Kohlenhydraten, da sie als Hauptenergiequelle im Körper dienen. Durch ihre Oxidation wird mehr als die Hälfte des Energiebedarfs eines Menschen gedeckt. Bei der Oxidation von einem Gramm Kohlenhydrate werden 16,9 kJ freigesetzt.
2. Reservieren. Glykogen und Stärke sind eine Form der Nährstoffspeicherung.
3. Strukturell. Zellulose und einige andere Polysaccharidverbindungen bilden in Pflanzen ein starkes Gerüst. Außerdem sind sie in Kombination mit Lipiden und Proteinen Bestandteil aller Zellbiomembranen.
4. Schützend. Saure Heteropolysaccharide spielen die Rolle eines biologischen Schmiermittels. Sie kleiden die Oberflächen der Gelenke aus, die sich berühren und aneinander reiben, die Schleimhäute der Nase, den Verdauungstrakt.
5. Antikoagulans. Ein Kohlenhydrat wie Heparin hat eine wichtige biologische Eigenschaft, nämlich es verhindert die Blutgerinnung.
6. Kohlenhydrate sind eine Kohlenstoffquelle, die für die Synthese von Proteinen, Lipiden und Nukleinsäuren notwendig ist.

Für den Körper sind Kohlenhydrate aus der Nahrung die Hauptquelle für Kohlenhydrate (Saccharose, Stärke, Glukose, Laktose). Glukose kann im Körper selbst aus Aminosäuren, Glycerin, Laktat und Pyruvat synthetisiert werden (Glukoneogenese).

Glykolyse

Glykolyse ist eine von drei möglichen Formen des Glukoseoxidationsprozesses. Dabei wird Energie freigesetzt, die anschließend in ATP und NADH gespeichert wird. Eines seiner Moleküle zerfällt in zwei Moleküle Pyruvat.

Der Prozess der Glykolyse erfolgt unter der Wirkung einer Vielzahl von enzymatischen Substanzen, dh Katalysatoren biologischer Natur. Das wichtigste Oxidationsmittel ist Sauerstoff, aber es ist erwähnenswert, dass der Prozess der Glykolyse in Abwesenheit von Sauerstoff durchgeführt werden kann. Diese Art der Glykolyse wird als anaerob bezeichnet.

Anaerobe Glykolyse ist ein schrittweiser Prozess der Glukoseoxidation. Bei dieser Glykolyse findet die Glukoseoxidation nicht vollständig statt. Bei der Oxidation von Glucose wird also nur ein Molekül Pyruvat gebildet. In Bezug auf die Energievorteile ist die anaerobe Glykolyse weniger vorteilhaft als die aerobe. Wenn jedoch Sauerstoff in die Zelle eindringt, kann die anaerobe Glykolyse in aerobe umgewandelt werden, was die vollständige Oxidation von Glukose ist.

Mechanismus der Glykolyse

Glykolyse zerlegt Glucose mit sechs Kohlenstoffatomen in zwei Moleküle Pyruvat mit drei Kohlenstoffatomen. Der gesamte Prozess ist in fünf vorbereitende Phasen und fünf weitere unterteilt, in denen ATP gespeichert wirdEnergie.

Die Glykolyse verläuft also in zwei Stufen, die jeweils in fünf Stufen unterteilt sind.

Stufe 1 der Glukoseoxidationsreaktion

• Die erste Stufe. Der erste Schritt ist die Glukosephosphorylierung. Die Saccharidaktivierung erfolgt durch Phosphorylierung am sechsten Kohlenstoffatom.
• Zweite Phase. Es gibt einen Prozess der Isomerisierung von Glucose-6-Phosphat. In diesem Stadium wird Glucose durch katalytische Phosphoglucoisomerase in Fructose-6-Phosphat umgewandelt.
• Dritte Stufe. Phosphorylierung von Fructose-6-phosphat. In diesem Stadium erfolgt unter dem Einfluss von Phosphofructokinase-1 die Bildung von Fructose-1,6-diphosphat (auch Aldolase genannt). Es ist an der Begleitung der Phosphorylgruppe von Adenosintriphosphorsäure zum Fruktosemolekül beteiligt.
• Die vierte Stufe. In diesem Stadium erfolgt die Sp altung der Aldolase. Dadurch entstehen zwei Triosephosphatmoleküle, insbesondere Ketosen und Eldosen.
• Die fünfte Phase. Isomerisierung von Triosephosphaten. In diesem Stadium wird Glycerinaldehyd-3-Phosphat zu den nächsten Stufen des Glukoseabbaus geschickt. Dabei erfolgt die Umwandlung von Dihydroxyacetonphosphat in die Form von Glycerinaldehyd-3-phosphat. Dieser Übergang erfolgt unter Einwirkung von Enzymen.
• Die sechste Stufe. Der Prozess der Oxidation von Glycerinaldehyd-3-phosphat. In diesem Stadium wird das Molekül oxidiert und dann zu Diphosphoglycerat-1, 3 phosphoryliert.
• Siebte Stufe. Dieser Schritt beinh altet die Übertragung der Phosphatgruppe von 1,3-Diphosphoglycerat auf ADP. Das Endergebnis dieses Schrittes ist 3-Phosphoglyceratund ATP.

Stufe 2 - vollständige Oxidation von Glukose

• Die achte Stufe. In diesem Stadium erfolgt der Übergang von 3-Phosphoglycerat zu 2-Phosphoglycerat. Der Übergangsprozess wird unter der Wirkung eines Enzyms wie Phosphoglyceratmutase durchgeführt. Diese chemische Reaktion der Glukoseoxidation läuft mit der obligatorischen Anwesenheit von Magnesium (Mg) ab.
• Die neunte Stufe. In diesem Stadium kommt es zur Dehydrierung von 2-Phosphoglycerat.
• Die zehnte Stufe. Es findet eine Überführung von Phosphaten, die als Ergebnis der vorherigen Schritte erh alten wurden, in PEP und ADP statt. Phosphoenulpyrovat wird auf ADP übertragen. Eine solche chemische Reaktion ist in Gegenwart von Magnesium- (Mg) und Kaliumionen (K) möglich.

Unter aeroben Bedingungen läuft der gesamte Vorgang zu CO₂ und H₂O ab. Die Gleichung für die Glukoseoxidation sieht so aus:

S₆N₁₂O₆+ 6O₂ → 6CO₂+ 6H₂O + 2880 kJ/mol.

Bei der Bildung von Laktat aus Glukose findet also keine Akkumulation von NADH in der Zelle statt. Dies bedeutet, dass ein solcher Prozess anaerob ist und in Abwesenheit von Sauerstoff ablaufen kann. Sauerstoff ist der letzte Elektronenakzeptor, der von NADH an die Atmungskette übertragen wird.

Bei der Berechnung der Energiebilanz der glykolytischen Reaktion muss berücksichtigt werden, dass jeder Schritt der zweiten Stufe zweimal wiederholt wird. Daraus können wir schließen, dass in der ersten Stufe zwei ATP-Moleküle verbraucht werden und in der zweiten Stufe durch Phosphorylierung 4 ATP-Moleküle gebildet werden. Substrattyp. Das bedeutet, dass die Zelle durch die Oxidation jedes Glukosemoleküls zwei ATP-Moleküle ansammelt.

Wir haben uns die Oxidation von Glukose durch Sauerstoff angesehen.

Anaerober Glukoseoxidationsweg

Die aerobe Oxidation ist ein Oxidationsprozess, bei dem Energie freigesetzt wird und der in Gegenwart von Sauerstoff abläuft, der als letzter Akzeptor von Wasserstoff in der Atmungskette fungiert. Der Donor von Wasserstoffmolekülen ist die reduzierte Form von Coenzymen (FADH2, NADH, NADPH), die bei der Zwischenreaktion der Substratoxidation gebildet werden.

Der aerobe dichotome Glukoseoxidationsprozess ist der Hauptweg des Glukoseabbaus im menschlichen Körper. Diese Art der Glykolyse kann in allen Geweben und Organen des menschlichen Körpers durchgeführt werden. Das Ergebnis dieser Reaktion ist die Sp altung des Glucosemoleküls in Wasser und Kohlendioxid. Die freigesetzte Energie wird dann in ATP gespeichert. Dieser Prozess lässt sich grob in drei Phasen unterteilen:

1. Der Prozess der Umwandlung eines Glukosemoleküls in ein Paar Brenztraubensäuremoleküle. Die Reaktion findet im Zytoplasma der Zelle statt und ist ein spezifischer Weg für den Glukoseabbau.
2. Der Prozess der Bildung von Acetyl-CoA als Ergebnis der oxidativen Decarboxylierung von Brenztraubensäure. Diese Reaktion findet in zellulären Mitochondrien statt.
3. Der Prozess der Oxidation von Acetyl-CoA im Krebszyklus. Die Reaktion findet in zellulären Mitochondrien statt.

In jeder Phase dieses Prozesses,reduzierte Formen von Coenzymen, die durch Enzymkomplexe der Atmungskette oxidiert werden. Als Ergebnis wird ATP gebildet, wenn Glukose oxidiert wird.

Bildung von Coenzymen

Coenzyme, die in der zweiten und dritten Stufe der aeroben Glykolyse gebildet werden, werden direkt in den Mitochondrien der Zellen oxidiert. Parallel dazu hat NADH, das im Zellzytoplasma während der Reaktion der ersten Stufe der aeroben Glykolyse gebildet wurde, nicht die Fähigkeit, die Mitochondrienmembranen zu durchdringen. Wasserstoff wird über Shuttle-Zyklen vom zytoplasmatischen NADH zu den zellulären Mitochondrien übertragen. Unter diesen Zyklen kann der wichtigste unterschieden werden - Malat-Aspartat.

Dann wird Oxalacetat mit Hilfe von zytoplasmatischem NADH zu Malat reduziert, das wiederum in die zellulären Mitochondrien gelangt und dann oxidiert wird, um mitochondriale NAD zu reduzieren. Oxalacetat kehrt als Aspartat in das Zytoplasma der Zelle zurück.

Modifizierte Formen der Glykolyse

Glykolyse kann zusätzlich von der Freisetzung von 1,3- und 2,3-Biphosphoglyceraten begleitet sein. Gleichzeitig kann 2,3-Biphosphoglycerat unter dem Einfluss biologischer Katalysatoren in den Glykolyseprozess zurückkehren und dann seine Form in 3-Phosphoglycerat ändern. Diese Enzyme spielen eine Vielzahl von Rollen. Beispielsweise fördert 2,3-Biphosphoglycerat, das in Hämoglobin enth alten ist, die Übertragung von Sauerstoff in das Gewebe und trägt gleichzeitig zur Dissoziation und Verringerung der Affinität von Sauerstoff und roten Blutkörperchen bei.

Schlussfolgerung

Viele Bakterien können die Form der Glykolyse in ihren verschiedenen Stadien verändern. In diesem Fall ist es möglich, ihre Gesamtzahl zu verringern oder diese Stufen durch die Wirkung verschiedener enzymatischer Verbindungen zu modifizieren. Einige der Anaerobier haben die Fähigkeit, Kohlenhydrate auf andere Weise zu zersetzen. Die meisten Thermophilen haben nur zwei glykolytische Enzyme, insbesondere Enolase und Pyruvatkinase.

Wir haben uns angesehen, wie Glukose im Körper oxidiert wird.