Energie. Die anaerobe Oxidation ist eine ATP-Quelle für biosynthetische Prozesse (die eine Energieabsorption beinhalten), für die Prozesse der Muskelkontraktion und des aktiven Transports. In Erythrozyten, die keine Mitochondrien und daher keine Enzyme des TCA-Zyklus haben, wird der Bedarf an ATP nur durch den anaeroben Abbau von Kohlenhydraten gedeckt. Glykolyse gibt 2 ATP-Moleküle (Tabelle 1) und - Glykogenolyse 3 ATP
pro 1 Molekül Glucose.
Tabelle 1
Energiebilanz der Glykolyse Die Energiebilanz der Glykogenolyse beträgt 3 ATP-Moleküle
pro 1 Molekül Glucose (+ 4 ATP auf der Ebene der Substratphosphorylierung in den gleichen Reaktionen wie bei der Glykolyse und – 1 ATP in der Phosphofructokinase-Reaktion: P-6-P → P-1,6-P).
- Die Energieeffizienz der Glykolyse und Glykogenolyse beträgt 35–40 %, die restlichen 60–65 % werden als Wärme abgegeben. Aus energetischer Sicht ist die anaerobe Oxidation von Kohlenhydraten zwar wirkungslos, ihre physiologische Bedeutung ist jedoch groß, da der Körper seine Funktionen auch bei unzureichender Sauerstoffversorgung erfüllen kann; anabol
- (Zwischenprodukte werden für biosynthetische Prozesse verwendet, zum Beispiel DAP – zur Bildung von Lipiden, Pyruvat – zur Synthese bestimmter Aminosäuren); regulatorisch
(1,3-DPG wird im Körper in 2,3-DPG umgewandelt, das die Affinität von Hämoglobin zu Sauerstoff reguliert. Je höher der 2,3-DPG-Spiegel, desto geringer die Affinität und umgekehrt).
Aerobe Oxidation von Kohlenhydraten Aerobe Glykolyse durchläuft die gleichen Phasen wie anaerob, bevor sich Pyruvat bildet. Unter aeroben Bedingungen unterliegt Pyruvat in den Mitochondrien einer oxidativen Decarboxylierung unter der Wirkung eines Multienzyms
Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex:
CoA-SH, NAD + O
C = O NADH(H +) + CO 2 + CH 3 – C // S -CoA
E 1 -TPF, E 2 -LK, E 3 -FAD
E 1 – Pyruvatdehydrogenase (assoziiert mit Thiaminpyrophosphat)
E 2 – Dihydrolipoyltransacetylase (kombiniert mit Liponsäure)
E 3 – Dihydrolipoyldehydrogenase (Coenzym – Flavinadenindinukleotid) Aktivität
NADH(H+) gelangt in die Atmungskette, wo sein Wasserstoff zu Wasser oxidiert wird, Acetyl-CoA gelangt in den TCA-Zyklus, in dem es zu CO2 und den reduzierten Coenzymen NADH(H+) und FADH2 oxidiert wird, deren Wasserstoff oxidiert wird die Atmungskette zu Wasser und dieser Prozess ist mit der ATP-Synthese verbunden.
Das Endprodukt der aeroben Oxidation von Kohlenhydraten ist also CO 2 , N 2 O und ATP. Die ATP-Ausbeute bei der Glucoseoxidation unter aeroben Bedingungen beträgt 38 Moleküle ATP (Tabelle 2).
Im ersten Schritt wird Glukose in zwei Triosen gespalten:
Somit werden in der ersten Stufe der Glykolyse 2 Moleküle ATP für die Aktivierung von Glucose aufgewendet und 2 Moleküle 3-Phosphoglycerinaldehyd gebildet.
Im zweiten Schritt werden 2 Moleküle 3-Phosphoglycerinaldehyd zu zwei Molekülen Milchsäure oxidiert.
Die Bedeutung der Laktatdehydrogenase-Reaktion (LDH) besteht darin, NADH 2 unter sauerstofffreien Bedingungen zu NAD zu oxidieren und die Glycerophosphat-Dehydrogenase-Reaktion ablaufen zu lassen.
Die Gesamtgleichung der Glykolyse: Glucose + 2ADP + 2H 3 PO 4 → 2 Lactat + 2ATP + 2H 2 O
Die Glykolyse findet im Zytosol statt. Seine Regulierung erfolgt durch Schlüsselenzyme – Hexokinase, Phosphofructokinase Und Pyruvatkinase. Diese Enzyme werden durch ADP und NAD aktiviert und durch ATP und NADH 2 gehemmt.
Die Energieeffizienz der anaeroben Glykolyse hängt von der Differenz zwischen der Anzahl der verbrauchten ATP-Moleküle und der Anzahl der produzierten ATP-Moleküle ab. Bei der Hexokinase-Reaktion und der Phosphofructokinase-Reaktion werden pro Glucosemolekül 2 ATP-Moleküle verbraucht. Bei der Glycerokinase-Reaktion und der Pyruvatkinase-Reaktion werden pro Molekül Triose (1/2 Glucose) 2 Moleküle ATP gebildet. Für ein Molekül Glucose (2 Triosen) werden jeweils 4 Moleküle ATP gebildet. Gesamtsaldo: 4 ATP – 2 ATP = 2 ATP. 2 ATP-Moleküle akkumulieren ≈ 20 kcal, was etwa 3 % der Energie der vollständigen Oxidation von Glucose (686 kcal) entspricht.
Trotz der relativ geringen Energieeffizienz der anaeroben Glykolyse ist sie wichtig biologische Bedeutung, bestehend aus der Tatsache, dass es ist der Einzige eine Methode zur Energieerzeugung unter sauerstofffreien Bedingungen. Bei Sauerstoffmangel sorgt es für eine intensive Versorgung Muskelarbeit und der Beginn der Muskelarbeit.
Bei Kindern Die anaerobe Glykolyse ist im fetalen Gewebe bei Sauerstoffmangel sehr aktiv. Es bleibt während der Neugeborenenperiode aktiv und weicht allmählich der aeroben Oxidation.
Weitere Umwandlung von Milchsäure.
- Bei intensiver Sauerstoffzufuhr unter aeroben Bedingungen wird Milchsäure in PVA umgewandelt und über Acetyl-CoA in den Krebszyklus einbezogen, der Energie liefert.
- Milchsäure wird von den Muskeln zur Leber transportiert, wo sie für die Glukosesynthese verwendet wird – den Cori-Zyklus.
Masernzyklus
- Bei hohen Milchsäurekonzentrationen im Gewebe kann diese über die Nieren ausgeschieden werden, um einer Azidose vorzubeugen.
BELARUSISCHE STAATLICHE UNIVERSITÄT FÜR INFORMATIK UND FUNKELEKTRONIK
Abteilung für ETT
« Aerobe Oxidation von Kohlenhydraten. Biologische Oxidation und Reduktion“
MINSK, 2008
Aerobe Oxidation von Kohlenhydraten- die wichtigste Art der Energieerzeugung für den Körper. Indirekt – dichotom und direkt – apotomisch.
Der direkte Weg des Glukoseabbaus ist Pentosezyklus– führt zur Bildung von Pentosen und zur Anreicherung von NADPH2. Der Pentosezyklus ist durch die sequenzielle Eliminierung jedes seiner 6 Kohlenstoffatome aus Glucosemolekülen unter Bildung von 1 Molekül Kohlendioxid und Wasser während eines Zyklus gekennzeichnet. Der Abbau des gesamten Glukosemoleküls erfolgt über 6 sich wiederholende Zyklen.
Die Bedeutung des Pentosephosphatzyklus der Kohlenhydratoxidation im Stoffwechsel ist groß:
1. Es liefert reduziertes NADP, das für die Biosynthese von Fettsäuren, Cholesterin usw. notwendig ist. Durch den Pentosezyklus werden 50 % des körpereigenen Bedarfs an NADPH2 gedeckt.
2. Bereitstellung von Pentosephosphaten für die Synthese von Nukleinsäuren und vielen Coenzymen.
Die Reaktionen des Pentosezyklus finden im Zytoplasma der Zelle statt.
Für eine Reihe pathologischer Zustände spezifisches Gewicht Der Pentoseweg der Glukoseoxidation nimmt zu.
Indirekter Weg– Abbau von Glukose zu Kohlendioxid und Wasser unter Bildung von 36 ATP-Molekülen.
1. Abbau von Glukose oder Glykogen zu Brenztraubensäure
2. Umwandlung von Brenztraubensäure in Acetyl-CoA
Oxidation von Acetyl-CoA im Krebszyklus zu Kohlendioxid und Wasser
C6 H12 O6 + 6 O2 ® 6 CO2 + 6 H2 O + 686 kcal
Bei der aeroben Umwandlung wird Brenztraubensäure oxidativ zu Acetyl-CoA decarboxyliert, das dann zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert wird.
Die Oxidation von Pyruvat zu Acetyl-CoA wird durch das Pyruvat-Dehydrogenase-System katalysiert und erfolgt in mehreren Stufen. Gesamtreaktion:
Die Reaktion Pyruvat + NADH + NS-CoA ® Acetyl-CoA + NADH2 + CO2 ist nahezu irreversibel
Die vollständige Oxidation von Acetyl-CoA erfolgt im Tricarbonsäurezyklus oder Krebszyklus. Dieser Prozess findet in Mitochondrien statt.
Der Zyklus besteht aus 8 aufeinanderfolgenden Reaktionen:
In diesem Zyklus reagiert ein Molekül mit 2 Kohlenstoffatomen (Essigsäure in Form von Acetyl-CoA) mit einem Molekül Oxalessigsäure, wodurch eine Verbindung mit 6 Kohlenstoffatomen entsteht – Zitronensäure. Während des Prozesses der Dehydrierung, Decarboxylierung und vorbereitenden Reaktion wird Zitronensäure wieder in Oxalessigsäure umgewandelt, die sich leicht mit einem anderen Acetyl-CoA-Molekül verbindet.
1) Acetyl-CoA + Oxalacetat (SCHUK) ®Zitronensäure
Citrat-Synthase
2) Zitronensäure® Isozitronensäure
Aconitat-Hydratase
3) Isozitronensäure + NAD®a-Ketoglutarsäure + NADH2 + CO2
Isocitrat-Dehydrogenase
4) a-Ketoglutarsäure + NS-CoA + NAD®succinylSCoA + NADH2 + CO2
5) Succinyl-CoA+GDP+Fn®Bernsteinsäure+GTP+HS-CoA
Succinyl-CoA-Synthetase
6) Bernsteinsäure+FAD®Fumarsäure+FADH2
Succinat-Dehydrogenase
7) Fumarsäure + H2 O® L Apfelsäure
Fumarathydratase
8) Malat + NAD®Oxalacetat + NADH2
Malatdehydrogenase
Insgesamt werden beim Abbau eines Glukosemoleküls im Gewebe 36 ATP-Moleküle synthetisiert. Zweifellos ist dies ein energetisch effizienterer Prozess als die Glykolyse.
Der Krebszyklus ist der gemeinsame Endweg, über den der Stoffwechsel von Kohlenhydraten, Fettsäuren und Aminosäuren abgeschlossen wird. Alle diese Substanzen sind zu dem einen oder anderen Zeitpunkt im Krebszyklus enthalten. Als nächstes kommt es zu biologischer Oxidation oder Gewebeatmung. Hauptmerkmal Das heißt, dass es schrittweise über zahlreiche enzymatische Stufen erfolgt. Dieser Prozess findet in Mitochondrien statt, Zellorganellen, in denen eine große Anzahl von Enzymen konzentriert ist. Der Prozess umfasst Pyridin-abhängige Dehydrogenasen, Flavin-abhängige Dehydrogenasen, Cytochrome, Coenzym Q – Ubiquinon und Proteine, die Nicht-Häm-Eisen enthalten.
Die Atmungsfrequenz wird durch das ATP/ADP-Verhältnis gesteuert. Je niedriger dieses Verhältnis ist, desto intensiver wird geatmet und die Produktion von ATP sichergestellt.
Außerdem ist der Zitronensäurezyklus die Hauptquelle von Kohlendioxid in der Zelle für Carboxylierungsreaktionen, die die Synthese von Fettsäuren und die Gluconeogenese in Gang setzen. Das gleiche Kohlendioxid liefert Kohlenstoff für Harnstoff und einige Einheiten der Purin- und Pyrimidinringe.
Der Zusammenhang zwischen den Prozessen des Kohlenhydrat- und Stickstoffstoffwechsels wird auch durch Zwischenprodukte des Zitronensäurezyklus erreicht.
Es gibt mehrere Wege, über die Zwischenprodukte des Zitronensäurezyklus in den Prozess der Lipogenese einbezogen werden. Der Abbau von Citrat führt zur Bildung von Acetyl-CoA, das die Rolle eines Vorläufers bei der Biosynthese von Fettsäuren spielt.
Isocitrat und Malat sorgen für die Bildung von NADP, das in den nachfolgenden reduktiven Stufen der Fettsynthese verbraucht wird.
Die Rolle des Schlüsselfaktors für die Umwandlung von NADH spielt der Zustand der Adeninnukleotide. Hohes ADP und niedriges ATP weisen auf geringe Energiereserven hin. In diesem Fall ist NADH an den Reaktionen der Atmungskette beteiligt und verstärkt die mit der Energiespeicherung verbundenen Prozesse der oxidativen Phosphorylierung. Das gegenteilige Phänomen wird bei niedrigem ADP-Gehalt und hohem ATP-Gehalt beobachtet. Indem sie das Elektronentransportsystem einschränken, fördern sie die Verwendung von NADH in anderen reduzierenden Reaktionen wie der Glutamatsynthese und der Gluconeogenese.
Biologische Oxidation und Reduktion.
Zellatmung ist die Gesamtheit der in jeder Zelle ablaufenden enzymatischen Prozesse, bei denen Moleküle aus Kohlenhydraten, Fettsäuren und Aminosäuren letztendlich in Kohlendioxid und Wasser zerlegt werden und die freigesetzte biologisch nützliche Energie von der Zelle gespeichert und anschließend gespeichert wird gebraucht. Viele Enzyme, die diese Reaktionen katalysieren, befinden sich in den Wänden und Kristallen der Mitochondrien.
Es ist bekannt, dass eine Zelle für alle Erscheinungsformen des Lebens – Wachstum, Bewegung, Reizbarkeit, Selbstreproduktion – Energie aufwenden muss. Alle lebenden Zellen gewinnen biologisch nutzbare Energie durch enzymatische Reaktionen, bei denen Elektronen von einem Energieniveau auf ein anderes übertragen werden. Für die meisten Organismen ist Sauerstoff der letzte Elektronenakzeptor, der mit Elektronen und Wasserstoffionen unter Bildung eines Wassermoleküls reagiert. Die Übertragung von Elektronen auf Sauerstoff erfolgt unter Beteiligung eines in Mitochondrien befindlichen Enzymsystems – des Elektronenübertragungssystems. ATP dient als „Energiewährung“ der Zelle und wird bei allen Stoffwechselreaktionen verwendet, die Energie benötigen. Energiereiche Moleküle bewegen sich nicht frei von einer Zelle zur anderen, sondern werden dort gebildet. wo sie eingesetzt werden sollen. Zum Beispiel hochenergetische ATP-Bindungen, die als Energiequelle für damit verbundene Reaktionen dienen Muskelkontraktion werden in den Muskelzellen selbst gebildet.
Der Prozess, bei dem Atome oder Moleküle Elektronen (e-) verlieren, wird Oxidation genannt, und der umgekehrte Prozess – die Anlagerung (Anlagerung) von Elektronen an ein Atom oder Molekül – wird Reduktion genannt.
Ein einfaches Beispiel Oxidation und Reduktion erfolgt durch eine reversible Reaktion - Fe2+ ®Fe3+ + e-
Nach rechts verlaufende Reaktion - Oxidation, Entfernung eines Elektrons
Nach links - Reduktion (Anfügung eines Elektrons)
Alle Oxidationsreaktionen (bei denen ein Elektron entfernt wird) müssen von einer Reduktion begleitet sein – einer Reaktion, bei der Elektronen von einem anderen Molekül eingefangen werden, weil sie existieren nicht in einem freien Staat.
Die Übertragung von Elektronen durch das Elektronentransportsystem erfolgt durch eine Reihe aufeinanderfolgender Oxidations-Reduktions-Reaktionen, die zusammen als biologische Oxidation bezeichnet werden. Wenn sich die Energie des Elektronenflusses in Form hochenergetischer Phosphatbindungen (~P) ansammelt, spricht man von oxidativer Phosphorylierung. Bestimmte Verbindungen, die ein Elektronentransportsystem bilden und abwechselnd oxidiert und reduziert werden, werden Cytochrome genannt. Jedes der Cytochrome ist ein Proteinmolekül, an das eine chemische Gruppe namens Häm gebunden ist. Im Zentrum des Häms befindet sich ein Eisenatom, das abwechselnd oxidiert und reduziert wird und dabei ein Elektron abgibt oder aufnimmt.
Alle biologischen Oxidationsreaktionen laufen unter Beteiligung von Enzymen ab, und jedes Enzym ist streng spezifisch und katalysiert entweder die Oxidation oder die Reduktion ganz spezifisch chemische Verbindungen.
Eine weitere Komponente des Elektronentransfersystems, Ubichinon oder Coenzym Q, ist in der Lage, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben.
Mitochondrien sind im Zytoplasma der Zelle enthalten und sind mikroskopisch kleine stäbchenförmige oder anders geformte Gebilde, deren Anzahl in einer Zelle Hunderte oder Tausende beträgt.
Was sind Mitochondrien, wie ist ihre Struktur? Der Innenraum der Mitochondrien ist von zwei durchgehenden Membranen umgeben, wobei die äußere Membran glatt ist und die innere zahlreiche Falten oder Cristae bildet. Der von der Innenmembran begrenzte intramitochondriale Raum ist mit der sogenannten Matrix gefüllt, die zu etwa 50 % aus Protein besteht und eine sehr feine Struktur aufweist. Mitochondrien enthalten eine große Anzahl an Enzymen. Die äußere Membran der Mitochondrien enthält keine Komponenten der Atmungskatalysatorkette. Aufgrund der Enzymzusammensetzung der Außenmembran ist es immer noch schwierig, die Frage zu beantworten, wozu sie dient. Möglicherweise spielt es die Rolle einer Trennwand, die den inneren, arbeitenden Teil der Mitochondrien vom Rest der Zelle trennt. Enzyme der Atmungskette sind mit der inneren Membran verbunden. Die Matrix enthält eine Reihe von Enzymen des Krebszyklus.
Bei Oxidationsprozessen im Krebszyklus freigesetzter Wasserstoff gelangt in die biologische Oxidationskette, wo er durch molekularen Sauerstoff oxidiert und Energie freigesetzt und Wasser gebildet wird. Hierbei handelt es sich um eine Kette aufeinanderfolgender Redoxreaktionen, die durch bestimmte Enzyme katalysiert werden. Der Wasserstofftransfer erfolgt mithilfe der Coenzyme NAD, FAD, CoQ und einer Gruppe von Cytochromen.
Aus energetischer Sicht ist die Bildung von Wasser durch die Freisetzung gekennzeichnet große Menge Energie. Es ist bekannt, dass bei der direkten Oxidation von Wasserstoff mit Sauerstoff Knallgas entsteht und gleichzeitig 57 kcal/mol Energie freigesetzt werden (Explosion). Dies geschieht im Körper nicht, da Wasserstoff in der biologischen Oxidationskette beim Übergang von einem Träger zum anderen nach und nach die darin enthaltene Energie freisetzt. Es kommt zu einem allmählichen Übergang der Wasserstoffelektronen von einem höheren zu einem niedrigeren Energieniveau, wodurch die Elektronen energiearm in den Sauerstoff übergehen. Die dabei freigesetzte Energie wird teilweise in Form von Wärme verbraucht und teilweise in energiereichen Verbindungen akkumuliert, von denen der Körper hauptsächlich ATP ist.
Ein erheblicher Teil der biologischen Energie in Form von ATP wird von Enzymsystemen erzeugt, die sich in der inneren Membran der Mitochondrien befinden. Der größte Teil der in der Zelle verbrauchten Energie wird jedoch für Prozesse außerhalb der Mitochondrien benötigt: ATP wird bei der Synthese von Proteinen verwendet , Fette, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren und andere Verbindungen, beim Stofftransport durch die Plasmamembran, bei der Weiterleitung von Nervenimpulsen und der Kontraktion von Muskelfasern. Aufgrund der in der Zelle ablaufenden Stoffwechselreaktionen ist nur etwa die Hälfte der in den Molekülen enthaltenen Energie enthalten Nährstoffe, wird in Form von ATP gespeichert. Ein Teil der Energie wird als Wärme abgegeben.
Somit ist die biologische Oxidation eine Reihe von Oxidationsreaktionen, die in allen lebenden Zellen ablaufen. Die Hauptfunktion dieses Prozesses besteht darin, dem Körper Energie in nutzbarer Form (ATP) zur Verfügung zu stellen. Das grundlegende Merkmal der biologischen Oxidation oder Gewebeatmung besteht darin, dass sie schrittweise über zahlreiche enzymatische Stufen abläuft, d. h. Es kommt zu einer wiederholten Übertragung von Protonen und Elektronen von einem Donor auf einen anderen – einen Akzeptor. In Aerobiern ist Sauerstoff der letzte Akzeptor für Elektronen und Protonen.
An der Übertragung von Elektronen von Substraten auf molekularen Sauerstoff sind beteiligt:
1) Pyridin-abhängige Dehydrogenasen, deren Coenzyme entweder NAD oder NADP sind.
2) Flavin-abhängige Dehydrogenasen, die Rolle der prosthetischen Gruppe spielen Flavinadenindinukleotid und Flavinadeninmononukleotid (FAD, FMN).
3) Cytochrome, die ein Eisen-Porphyrin-Ringsystem als prothetische Gruppe enthalten.
4) Coenzym Q – Ubichinon
Pyridin-abhängige Dehydrogenasen umfassen über 150 Enzyme, die die Reduktion von NAD und NADP durch verschiedene organische Substrate katalysieren.
Diese Reaktionen können wie folgt dargestellt werden:
Substrat-H2 +NAD(NADP)®Substrat (oxidiert)+NADH2 (NADPH2)
Oxidierte und reduzierte Pyridinnukleotide haben charakteristische Absorptionsspektren im ultravioletten Bereich; sie werden bei 260 nm oxidiert und bei 340 nm reduziert. Diese Eigenschaft dieser Coenzyme ermöglicht den Einsatz spektrophotometrischer Analysemethoden zur schnellen quantitativen Bestimmung einer Reihe von Substraten.
Das Coenzym NAD befindet sich in Mitochondrien, NADP im Zytoplasma.
Die reduzierten Pyridinnukleotide NADH und NADPH können nicht mit Sauerstoff reagieren; ihre Elektronen müssen Zwischenakzeptoren des Elektronentransportsystems (Cytochrome) passieren, bevor sie auf Sauerstoff übertragen werden können. Das Enzym, das ein Elektron direkt auf Sauerstoff überträgt, ist eine Oxidase, und das Enzym, das an der Entfernung eines Elektrons vom Substrat und der Übertragung auf einen Akzeptor beteiligt ist, ist eine Dehydrogenase.
Der nächste Akzeptor von Wasserstoffatomen ist eine Gruppe von Flavinenzymen, die Wasserstoffe (Protonen und Elektronen) aus reduziertem NAD und NADP übertragen.
NADH2 + Flavinenzym (FAD)®NAD+FADH2
Oxidierte Formen haben charakteristische Absorptionsspektren. FMN und FAD haben einen Absorptionspeak bei 450 nm. Bei der Wiederherstellung verschwindet die Bande im Spektrum.
Die weitere Übertragung von Elektronen von Coenzym Q oder der reduzierten Form des Flavin-Enzyms auf Sauerstoff erfolgt durch das Cytochrom-System. Dieses System besteht aus einer Reihe von Häm-haltigen Proteinen (Hämoproteinen). Bei der Gewebeatmung spielen die Cytochrome B, C1, C, AA3 die wichtigste Rolle. Sie alle verfügen über eine prothetische Hämgruppe, die dem Häm des Hämoglobins ähnelt. Cytochrome, Häm-haltige Proteine, unterscheiden sich nicht nur in ihren prosthetischen Gruppen, sondern auch in ihren Proteinbestandteilen. Während des katalytischen Prozesses ändert sich die Wertigkeit des in Cytochromen enthaltenen Eisens reversibel Fe2+ ®Fe3+
Die Cytochrome B, C1, C erfüllen Funktionen. intermediäre Elektronenträger und AA3 – Cytochromoxidase – ein terminales Atmungsenzym, das direkt mit Sauerstoff interagiert.
Alle Cytochrome, insbesondere in reduzierter Form, weisen charakteristische Absorptionsspektren auf. Auch die Werte des Redoxpotentials für verschiedene Cytochrome sind unterschiedlich.
Ubiquinon, Coenzym Q, kann wie NAD und FAD die Rolle eines Zwischenträgers von Wasserstoffatomen (Protonen und Elektronen) spielen.
Die Atmungsfrequenz wird durch das ATP/ADP-Verhältnis gesteuert. Je niedriger dieses Verhältnis ist, desto intensiver ist die Atmung und sorgt so für die Produktion von ATP – Atemkontrolle (Änderung der ADP-Konzentration).
Der Prozess der Kopplung von Gewebeatmung und Phosphorylierung wird als oxidative Phosphorylierung bezeichnet.
Komponenten der Atmungskette (sowie Moleküle, die an der Kopplung dieses Prozesses beteiligt sind). ATP-Bildung) befinden sich in Form hochgeordneter Ensembles auf der inneren Mitochondrienmembran. Nicotinamid-Dinukleotid-Coenzyme und einige Enzyme des Tricarbonsäurezyklus sind in die Proteinschicht der Membran eingebettet. Metalloflavoproteine, Ubichinon und Cytochrome sind mit seinen Lipidstrukturen verbunden.
Pathologie des Kohlenhydratstoffwechsels.
Die Prozesse des Kohlenhydratstoffwechsels im Körper werden durch eine große Gruppe von Faktoren gesteuert. Um sie zu charakterisieren, verwendet die Klinik häufig die Bestimmung des Blutzuckerspiegels, der ein empfindlicher Indikator für den Zustand des Kohlenhydratstoffwechsels im Körper ist. Es ist stabil und reagiert subtil auf Veränderungen im Kohlenhydratstoffwechsel.
Das Zentralnervensystem spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Kohlenhydratstoffwechsels. Die humorale Regulierung erfolgt durch eine Reihe von Hormonen:
Insulin ist ein Pankreashormon, das den Blutzuckerspiegel senkt. Adrenalin, ein Hormon des Nebennierenmarks, erhöht den Blutzuckerspiegel.
Eine Reihe von Krankheiten gehen mit einer Hyperglykämie einher – dabei handelt es sich um einen Anstieg des Zuckerspiegels (Glukose) im Blut – ein Symptom verschiedener Krankheiten, die mit einer Schädigung des endokrinen Systems einhergehen ( Diabetes mellitus, Infektionskrankheiten, Hirntumoren).
Hyperglykämie physiologischen Ursprungs sind nur von kurzer Dauer und verschwinden nach 2-3 Stunden. Wenn das Hormon Insulin nicht ausreicht, entsteht Diabetes mellitus. Insulin steuert Prozesse auf genetischer Ebene.
Glukosurie– Dies ist das Auftreten von Glukose im Urin. Normalerweise ist im Urin kein Zucker enthalten. Dieser Test charakterisiert die Glukoseschwelle der Niere. Das Auftreten von Glukose im Urin ist das Ergebnis einer Störung des Kohlenhydratstoffwechsels bei akuter Pankreatitis Infektionskrankheiten, Epilepsieanfälle, Gehirnerschütterung, Vergiftung mit Morphin, Strychnin, Chloroform, Nervenerkrankungen.
Hypoglykämie- Senkung des Blutzuckerspiegels.
Hypoglykämie beobachtet bei überschüssigem Insulin, Hypothyreose, Morbus Addison.
Galaktosämie – ein Zustand, der im Körper auftritt, wenn ein Enzym fehlt, das Galaktose in Glukose umwandelt (Galaktose hat eine toxische Wirkung).
Glykogenosen– Bedingungen, unter denen ein Glykogenabbau auftritt. In diesem Fall kommt es im Gehirn zu einem Mangel an Glukose und Energie.
Laktose- und Saccharoseintoleranz- eine Erbkrankheit, die auftritt, wenn Enzyme fehlen, die diese Zucker abbauen, was zu ihrer Anreicherung im Darm und zu einer ernsten Erkrankung führt.
Die Diagnose der oben genannten Erkrankungen basiert auf der Bestimmung des Glukosegehalts im Blut und Urin.
LITERATUR
1. Metzler D. Biochemie. T. 1, 2, 3. „Welt“ 2000
2. Leninger D. Grundlagen der Biochemie. T.1, 2, 3. „Welt“ 2002
3. Frimel G. Immunologische Methoden. M. „Medizin“ 2007
4. Medizinische elektronische Geräte für das Gesundheitswesen. M2001
5. Reznikov A.G. Methoden zur Bestimmung von Hormonen. Kiew „Naukova Dumka“ 2000
6. Bredikis Yu.Yu. Essays zur klinischen Elektronik. M. „Medizin“ 1999
Unter aeroben Bedingungen wird Glucose zu CO 2 und H 2 O oxidiert. Die Gesamtgleichung lautet:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + 2880 kJ/mol.
Dieser Prozess umfasst mehrere Phasen:
1. Aerobe Glykolyse . Darin wird 1 Glucose zu 2 PVC oxidiert, unter Bildung von 2 ATP (zuerst werden 2 ATP verbraucht, dann werden 4 gebildet) und 2 NADH 2;
2. Umwandlung von 2 PVK in 2 Acetyl-CoA unter Freisetzung von 2 CO 2 und Bildung von 2 NADH 2;
3. CTK. Es oxidiert 2 Acetyl-CoA unter Freisetzung von 4 CO 2 und bildet 2 GTP (ergibt 2 ATP), 6 NADH 2 und 2 FADH 2;
4. Oxidative Phosphorylierungskette. Darin werden 10 (8) NADH 2, 2 (4) FADH 2 unter Beteiligung von 6 O 2 oxidiert, dabei 6 H 2 O freigesetzt und 34 (32) ATP synthetisiert.
Durch die aerobe Oxidation von Glucose werden 38 (36) ATP gebildet, davon: 4 ATP bei Reaktionen der Substratphosphorylierung, 34 (32) ATP bei Reaktionen der oxidativen Phosphorylierung. Der Wirkungsgrad der aeroben Oxidation beträgt 65 %.
Anaerobe Oxidation von Glukose
Der Glukoseabbau ohne O2 erfolgt bei anaerober Glykolyse und PFS (PFP).
· Während anaerobe Glykolyse 1 Glucose wird unter Bildung von 2 ATP zu 2 Molekülen Milchsäure oxidiert (zuerst werden 2 ATP verbraucht, dann werden 4 gebildet). Unter anaeroben Bedingungen ist die Glykolyse die einzige Energiequelle. Die Gesamtgleichung lautet: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP → 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O.
· Während PFP Aus Glucose werden Pentosen und NADPH 2 gebildet. Während PFS Aus Glucose wird nur NADPH 2 gebildet.
Die meisten Organismen in der Biosphäre befinden sich in aeroben Bedingungen. In Gegenwart von Sauerstoff im Körper kommt es zu einer vollständigen „Verbrennung“ von Kohlenhydraten und anderen „Zellbrennstoff“-Molekülen zu den Endprodukten C0 2 und H 2 0.
Reis. 19.1. Schema der vollständigen Oxidation von Glucose zu sechs CO2-Molekülen und der Energieeffizienz dieses Prozesses (ATP-Bilanz); ATP-Bildungswege:
SF – Substratphosphorylierung; OP – oxidative Phosphorylierung
Der Gesamtprozess der vollständigen Oxidation von Glucose unter aeroben Bedingungen wird durch die stöchiometrische Gleichung beschrieben
Bei diesem komplexen, mehrstufigen Prozess der Glucoseoxidation lassen sich drei Stufen unterscheiden (Abb. 19.1).
- Im ersten Stadium kommt es zu aeroben Glykolysereaktionen, bei denen Glukose in zwei Pyruvatmoleküle zerlegt wird. Diese Phase stellt die Anfangsphase des Kohlenhydratabbaus dar; sie wird „vorbereitend“ genannt.
- Im zweiten Stadium kommt es zu einer Reaktionskette der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat, die zur Bildung eines der zentralen Metaboliten der Zelle, Acetyl-S-CoA, und zur Oxidation eines Kohlenstoffatoms von Pyruvat zu CO 2 führt. Da pro Glucosemolekül zwei Moleküle Pyruvat gebildet werden, findet in diesem Stadium bereits die Oxidation von zwei Kohlenstoffatomen der Glucose zu CO 2 statt.
- Die dritte Stufe ist eine äußerst wichtige Reihe von Reaktionen der vollständigen Oxidation des Acetylrests, die als Tricarbonsäurezyklus (TCA-Zyklus) bezeichnet werden.
Der Prozess der aeroben Oxidation von Kohlenhydraten geht mit der Freisetzung einer großen Energiemenge (2880 kJ/mol Glucose) einher. Wenn wir die gesamte ATP-Ausbeute in diesem Prozess addieren, sind es 38 Moleküle (siehe Abb. 19.1). Wie bereits erwähnt (Kapitel 15), die Synthese einer hochenergetischen ATP-Bindung
31 kJ werden benötigt und 1178 kJ werden für die Synthese von 38 ATP-Molekülen aufgewendet, also mehr als 40 % freie Energie Die vollständige Oxidation von Glukose wird in ATP-Molekülen gespeichert. Dies weist auf die hohe Effizienz oxidativer Prozesse hin, die unter aeroben Bedingungen im Vergleich zu anaeroben Bedingungen ablaufen. Im Prozess der aeroben Oxidation wird metabolisch verfügbare Energie in reduzierten NADH- und FADH 2-Molekülen akkumuliert, die dann in einem sauerstoffabhängigen Prozess oxidiert werden oxidative Phosphorylierung, dessen Ergebnis die Bildung von 34 ATP-Molekülen ist, und nur 4 ATP-Moleküle werden durch Substratphosphorylierung gebildet: 2ATP in der Glykolyse (Stufe I) und 2ATP im TCA-Zyklus (2 Runden, Stufe III).
Es ist zu beachten, dass, wenn die erste Stufe der aeroben Oxidation von Kohlenhydraten – die Glykolyse – ein spezifischer Prozess des Glukosekatabolismus ist, die nächsten beiden – die oxidative Decarboxylierung von Pyruvat und der TCA-Zyklus – zu den allgemeinen Stoffwechselwegen (GCP) gehören. Nach der Bildung von Pyruvat (C 3 -Fragment) und Acetyl-CoA (C 2 -Fragment), die beim Abbau nicht nur von Glukose, sondern auch von Lipiden und Aminosäuren entstehen, finden in diesen die Oxidationswege dieser Stoffe zu den Endprodukten statt Weise entsprechend dem Mechanismus von OPC-Reaktionen.
