enerji. Anaerobik oksidasyon, kas kasılması ve aktif taşıma işlemleri için biyosentetik işlemler (enerji emilimini içeren) için bir ATP kaynağıdır. Mitokondri ve dolayısıyla TCA döngüsü enzimleri bulunmayan eritrositlerde, ATP ihtiyacı ancak karbonhidratların anaerobik parçalanmasıyla karşılanır. Glikoliz verir 2 ATP molekülü (Tablo 1) ve - glikojenoliz 3 ATP
1 molekül glikoz başına.
Tablo 1
Glikolizin enerji dengesi Glikojenolizin enerji dengesi 3'tür ATP molekülleri
1 molekül glikoz başına (glikolizdeki ile aynı reaksiyonlarda substrat fosforilasyonu seviyesinde + 4 ATP ve fosfofruktokinaz reaksiyonunda – 1 ATP: P-6-P → P-1,6-P).
- Glikoliz ve glikojenolizin enerji verimliliği %35-40'tır, geri kalan %60-65'i ısı olarak dağıtılır. Bu nedenle, enerji açısından bakıldığında, karbonhidratların anaerobik oksidasyonu etkisizdir, ancak fizyolojik önemi büyüktür, çünkü vücut, yetersiz oksijen kaynağı koşullarında işlevlerini yerine getirebilir; anabolik
- (ara ürünler biyosentetik işlemler için kullanılır, örneğin DAP - lipitlerin oluşumu için, piruvat - belirli amino asitlerin sentezi için); düzenleyici
(1,3-DPG vücutta hemoglobinin oksijene afinitesini düzenleyen 2,3-DPG'ye dönüştürülür. 2,3-DPG seviyesi ne kadar yüksek olursa afinite o kadar düşük olur ve bunun tersi de geçerlidir).
Karbonhidratların aerobik oksidasyonu Aerobik glikoliz piruvat oluşumundan önce anaerobik ile aynı aşamalardan geçer. Aerobik koşullar altında mitokondrideki piruvat, bir çoklu enzimin etkisi altında oksidatif dekarboksilasyona uğrar.
piruvat dehidrojenaz kompleksi:
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 - piruvat dehidrojenaz (tiamin pirofosfat ile ilişkili)
E 2 - dihidrolipoiltransasetilaz (lipoik asit ile birleştirilmiş)
E 3 – dihidrolipoil dehidrojenaz (koenzim – flavin adenin dinükleotid) Etkinlik
NADH(H+), hidrojeninin suya oksitlendiği solunum zincirine girer, asetil-CoA, CO2 oluşturmak üzere oksitlendiği TCA döngüsüne girer ve hidrojeni oksitlenen indirgenmiş koenzimler NADH(H+) ve FADH2'dir. suya solunum zinciri ve bu süreç ATP sentezi ile ilişkilidir.
Böylece karbonhidratların aerobik oksidasyonunun son ürünleri CO'dur. 2 , N 2 O ve ATP. Aerobik koşullar altında glikoz oksidasyonu sırasında ATP verimi 38 ATP molekülüdür (Tablo 2).
İlk aşamada glikoz 2 trioza ayrılır:
Böylece, glikolizin ilk aşamasında, glikozun aktive edilmesi için 2 molekül ATP harcanır ve 2 molekül 3-fosfogliseraldehit oluşur.
İkinci aşamada, 2 molekül 3-fosfogliseraldehit, iki molekül laktik asite oksitlenir.
Laktat dehidrojenaz reaksiyonunun (LDH) önemi, oksijensiz koşullar altında NADH2'yi NAD'ye oksitlemek ve gliserofosfat dehidrojenaz reaksiyonunun oluşmasına izin vermektir.
Glikolizin genel denklemi: glukoz + 2ADP + 2H3PO4 → 2 laktat + 2ATP + 2H2O
Glikoliz sitozolde meydana gelir. Düzenlenmesi anahtar enzimler tarafından gerçekleştirilir - heksokinaz, fosfofruktokinaz Ve piruvat kinaz. Bu enzimler ADP ve NAD tarafından aktive edilir ve ATP ve NADH2 tarafından inhibe edilir.
Anaerobik glikolizin enerji verimliliği, tüketilen ATP moleküllerinin sayısı ile üretilen ATP moleküllerinin sayısı arasındaki farka bağlıdır. Hekzokinaz reaksiyonunda ve fosfofruktokinaz reaksiyonunda glikoz molekülü başına 2 ATP molekülü tüketilir. Gliserokinaz reaksiyonunda ve piruvat kinaz reaksiyonunda trioz molekülü (1/2 glikoz) başına 2 molekül ATP oluşur. Bir glikoz molekülü (2 trioz) için sırasıyla 4 molekül ATP oluşur. Toplam bakiye: 4 ATP – 2 ATP = 2 ATP. 2 ATP molekülü ≈ 20 kcal biriktirir; bu, glikozun tam oksidasyonunun enerjisinin (686 kcal) yaklaşık% 3'ü kadardır.
Anaerobik glikolizin nispeten düşük enerji verimliliğine rağmen, önemli bir özelliği vardır. biyolojik önem, olduğu gerçeğinden oluşur tek kişi Oksijensiz koşullarda enerji üretme yöntemi. Oksijen eksikliği koşullarında yoğun bakım sağlar. kas çalışması ve kas çalışmasının başlangıcı.
Çocuklarda Anaerobik glikoliz, oksijen eksikliği koşullarında fetal dokularda çok aktiftir. Yenidoğan döneminde aktif kalır ve yavaş yavaş yerini aerobik oksidasyona bırakır.
Laktik asidin daha fazla dönüşümü.
- Aerobik koşullar altında yoğun oksijen desteğiyle laktik asit PVA'ya dönüştürülür ve asetil CoA aracılığıyla Krebs döngüsüne dahil edilerek enerji sağlanır.
- Laktik asit kaslardan karaciğere taşınır ve burada glukoz sentezi için kullanılır - Cori döngüsü.
Kızamık döngüsü
- Dokulardaki yüksek laktik asit konsantrasyonlarında asidozu önlemek için böbrekler yoluyla atılabilir.
BELARUSYA DEVLET BİLİŞİM VE RADYO ELEKTRONİK ÜNİVERSİTESİ
ETT Departmanı
« Karbonhidratların aerobik oksidasyonu. Biyolojik oksidasyon ve indirgeme"
MİNSK, 2008
Karbonhidratların aerobik oksidasyonu- vücut için enerji üretiminin ana yolu. Dolaylı - ikili ve doğrudan - aotomik.
Glikozun parçalanmasının doğrudan yolu pentoz döngüsü– pentoz oluşumuna ve NADPH2 birikimine yol açar. Pentoz döngüsü, bir döngü sırasında 1 molekül karbondioksit ve suyun oluşmasıyla 6 karbon atomunun her birinin glikoz moleküllerinden sırayla elimine edilmesiyle karakterize edilir. Glikoz molekülünün tamamının parçalanması 6 tekrarlanan döngüden oluşur.
Karbonhidrat oksidasyonunun pentoz fosfat döngüsünün metabolizmadaki önemi büyüktür:
1. Yağ asitleri, kolesterol vb. biyosentezi için gerekli olan azaltılmış NADP'yi sağlar. Pentoz döngüsü nedeniyle vücudun NADPH2 ihtiyacının %50'si karşılanır.
2. Nükleik asitlerin ve birçok koenzimin sentezi için pentoz fosfatların sağlanması.
Pentoz döngüsünün reaksiyonları hücrenin sitoplazmasında meydana gelir.
Bir dizi patolojik durum için özgül ağırlık Glikoz oksidasyonunun pentoz yolu artar.
Dolaylı yol- 36 molekül ATP'nin oluşmasıyla glikozun karbondioksit ve suya parçalanması.
1. Glikoz veya glikojenin pirüvik asite parçalanması
2. Pirüvik asidin asetil-CoA'ya dönüşümü
Krebs döngüsünde asetil-CoA'nın karbondioksit ve suya oksidasyonu
C6 H12 O6 + 6 O2 ® 6 CO2 + 6 H2 O + 686 kcal
Aerobik dönüşüm durumunda piruvik asit, asetil-CoA'yı oluşturmak için oksidatif dekarboksilasyona uğrar ve bu daha sonra karbondioksit ve suya oksitlenir.
Piruvatın asetil-CoA'ya oksidasyonu piruvat dehidrojenaz sistemi tarafından katalize edilir ve birkaç aşamada meydana gelir. Toplam reaksiyon:
Piruvat + NADH + NS-CoA ® asetil-CoA + NADH2 + CO2 reaksiyonu neredeyse geri döndürülemez
Asetil-CoA'nın tam oksidasyonu trikarboksilik asit döngüsünde veya Krebs döngüsünde meydana gelir. Bu süreç mitokondride gerçekleşir.
Döngü birbirini takip eden 8 reaksiyondan oluşur:
Bu döngüde, 2 karbon atomu içeren bir molekül (asetil-CoA formundaki asetik asit), bir oksaloasetik asit molekülü ile reaksiyona girer ve bunun sonucunda 6 karbon atomlu bir bileşik - sitrik asit oluşur. Hidrojen giderme, dekarboksilasyon ve hazırlık reaksiyonu sırasında sitrik asit, başka bir asetil-CoA molekülü ile kolayca birleşen oksaloasetik asite dönüştürülür.
1) asetil-CoA + oksaloasetat (SCHUK) ®sitrik asit
sitrat sentaz
2) sitrik asit® izositrik asit
akonitate hidrataz
3) izositrik asit + NAD®a-ketoglutarik asit + NADH2 + CO2
izositrat dehidrojenaz
4) a-ketoglutarik asit + NS-CoA + NAD®süksinilSCoA + NADH2 + CO2
5) süksinil-CoA+GDP+Fn®süksinik asit+GTP+HS-CoA
süksinil CoA sentetaz
6) süksinik asit+FAD®fumarik asit+FADH2
süksinat dehidrojenaz
7) fumarik asit + H2 O® L malik asit
fumarat hidrataz
8) malat + NAD®oksaloasetat + NADH2
malat dehidrojenaz
Toplamda dokularda bir glikoz molekülü parçalandığında 36 ATP molekülü sentezlenir. Kuşkusuz bu, enerji açısından glikolizden daha verimli bir süreçtir.
Krebs döngüsü, karbonhidratların, yağ asitlerinin ve amino asitlerin metabolizmasının tamamlandığı ortak son yoldur. Tüm bu maddeler Krebs döngüsüne bir aşamada dahil edilir. Daha sonra biyolojik oksidasyon veya doku solunumu meydana gelir. ana özellik yani, çok sayıda enzimatik aşamadan geçerek yavaş yavaş meydana gelir. Bu süreç, çok sayıda enzimin yoğunlaştığı hücresel organeller olan mitokondride meydana gelir. İşlem, piridin bağımlı dehidrojenazları, flavin bağımlı dehidrojenazları, sitokromları, koenzim Q - ubikinonu, hem olmayan demir içeren proteinleri içerir.
Solunum hızı ATP/ADP oranı tarafından kontrol edilir. Bu oran ne kadar düşük olursa, o kadar yoğun solunum gerçekleşir ve ATP üretimi sağlanır.
Ayrıca sitrik asit döngüsü, yağ asitlerinin ve glukoneojenezin sentezini başlatan karboksilasyon reaksiyonları için hücredeki ana karbondioksit kaynağıdır. Aynı karbondioksit, üre ve pürin ve pirimidin halkalarının bazı birimleri için karbon sağlar.
Karbonhidrat ve nitrojen metabolizması süreçleri arasındaki ilişki aynı zamanda sitrik asit döngüsünün ara ürünleri aracılığıyla da sağlanır.
Sitrik asit döngüsü ara maddelerinin lipogenez sürecine dahil edildiği çeşitli yollar vardır. Sitratın parçalanması, yağ asitlerinin biyosentezinde öncü rol oynayan asetil-CoA'nın oluşumuna yol açar.
İzositrat ve malat, yağ sentezinin sonraki indirgeyici aşamalarında tüketilen NADP oluşumunu sağlar.
NADH'nin dönüşümünü belirleyen anahtar faktörün rolü, adenin nükleotidlerinin durumu tarafından oynanır. Yüksek ADP ve düşük ATP, düşük enerji rezervlerini gösterir. Bu durumda NADH, enerji depolamayla ilişkili oksidatif fosforilasyon süreçlerini geliştirerek solunum zincirinin reaksiyonlarına dahil olur. Düşük ADP içeriğinde ve yüksek ATP içeriğinde ise tam tersi bir durum gözlenir. Elektron taşıma sistemini sınırlayarak, NADH'nin glutamat sentezi ve glukoneogenez gibi diğer indirgeyici reaksiyonlarda kullanımını teşvik ederler.
Biyolojik oksidasyon ve redüksiyon.
Hücresel solunum, her hücrede meydana gelen enzimatik süreçlerin toplamıdır; bunun sonucunda karbonhidrat, yağ asitleri ve amino asit molekülleri sonuçta karbondioksit ve suya ayrılır ve salınan biyolojik olarak faydalı enerji hücre tarafından depolanır ve daha sonra kullanılmış. Bu reaksiyonları katalize eden birçok enzim, mitokondrinin duvarlarında ve kristalarında bulunur.
Yaşamın tüm tezahürleri için (büyüme, hareket, sinirlilik, kendini üreme) bir hücrenin enerji harcaması gerektiği bilinmektedir. Tüm canlı hücreler, elektronların bir enerji seviyesinden diğerine aktarıldığı enzimatik reaksiyonlar yoluyla biyolojik olarak faydalı enerji elde eder. Çoğu organizma için son elektron alıcısı, elektronlar ve hidrojen iyonlarıyla reaksiyona girerek bir su molekülü oluşturan oksijendir. Elektronların oksijene transferi, mitokondride bulunan enzim sisteminin - elektron transfer sistemi - katılımıyla gerçekleşir. ATP, hücrenin "enerji para birimi" görevi görür ve enerji gerektiren tüm metabolik reaksiyonlarda kullanılır. Enerji açısından zengin moleküller bir hücreden diğerine serbestçe hareket etmezler, orada oluşurlar. nerede kullanılmaları gerektiği. Örneğin, ilişkili reaksiyonlar için enerji kaynağı görevi gören yüksek enerjili ATP bağları. kas kasılması, kas hücrelerinin kendisinde oluşur.
Atomların veya moleküllerin elektron (e-) kaybettiği sürece oksidasyon denir ve bunun tersi olan işleme (elektronların bir atom veya moleküle eklenmesi (bağlanması)) indirgeme denir.
Basit bir örnek oksidasyon ve redüksiyon geri dönüşümlü bir reaksiyonla gerçekleştirilir - Fe2+ ®Fe3+ + e-
Sağa doğru giden reaksiyon - oksidasyon, bir elektronun çıkarılması
Solda - redüksiyon (bir elektronun eklenmesi)
Tüm oksidasyon reaksiyonlarına (bir elektronun uzaklaştırıldığı) redüksiyon eşlik etmelidir; elektronların başka bir molekül tarafından yakalandığı bir reaksiyon, çünkü özgür bir durumda mevcut değillerdir.
Elektronların elektron taşıma sistemi yoluyla transferi, bir dizi ardışık oksidasyon-indirgeme reaksiyonu yoluyla gerçekleşir ve bunlara birlikte biyolojik oksidasyon denir. Elektron akışının enerjisi yüksek enerjili fosfat bağları (~P) şeklinde birikirse bu işleme oksidatif fosforilasyon adı verilir. Bir elektron taşıma sistemi oluşturan ve dönüşümlü olarak oksitlenen ve indirgenen spesifik bileşiklere sitokromlar denir. Sitokromların her biri, heme adı verilen bir kimyasal grubun bağlı olduğu bir protein molekülüdür; hemin merkezinde, dönüşümlü olarak oksitlenen ve indirgenen, bir elektron veren veya kabul eden bir demir atomu bulunur.
Tüm biyolojik oksidasyon reaksiyonları enzimlerin katılımıyla meydana gelir ve her enzim kesinlikle spesifiktir ve çok spesifik olanların oksidasyonunu veya indirgenmesini katalize eder. kimyasal bileşikler.
Elektron transfer sisteminin başka bir bileşeni olan ubikinon veya koenzim Q, elektron alma veya verme yeteneğine sahiptir.
Mitokondri, hücrenin sitoplazmasında bulunur ve mikroskobik çubuk şeklinde veya başka şekilli oluşumlardır; bir hücrede sayıları yüzlerce veya binlercedir.
Mitokondri nedir, yapısı nedir? Mitokondrinin iç alanı iki sürekli zarla çevrilidir; dış zar pürüzsüzdür ve iç zar çok sayıda kıvrım veya krista oluşturur. İç zarla sınırlanan intramitokondriyal boşluk, yaklaşık %50'si proteinden oluşan ve çok ince bir yapıya sahip olan matris adı verilen madde ile doludur. Mitokondri çok sayıda enzim içerir. Mitokondrinin dış zarı, solunum katalizör zincirinin hiçbir bileşenini içermez. Dış zarın enzim bileşimine dayanarak amacının ne olduğu sorusuna cevap vermek hala zordur. Belki de mitokondrinin iç, çalışan kısmını hücrenin geri kalanından ayıran bir bölme görevi görüyor. Solunum zincirinin enzimleri iç zarla ilişkilidir. Matris bir dizi Krebs döngüsü enzimi içerir.
Krebs döngüsündeki oksidasyon işlemleri sırasında açığa çıkan hidrojen, biyolojik oksidasyon zincirine girer, burada moleküler oksijen tarafından oksitlenir ve enerji açığa çıkar ve su oluşur. Bu, spesifik enzimler tarafından katalize edilen ardışık redoks reaksiyonları zinciridir. Hidrojen transferi, NAD, FAD, CoQ koenzimleri ve bir grup sitokrom kullanılarak gerçekleştirilir.
Enerji açısından bakıldığında, suyun oluşumu salınımla karakterize edilir. büyük miktar enerji. Hidrojenin oksijenle doğrudan oksidasyonu sırasında patlayıcı gaz oluştuğu ve aynı anda 57 kcal/mol enerji açığa çıktığı (patlama) bilinmektedir. Bu vücutta gerçekleşmez çünkü biyolojik oksidasyon zincirindeki hidrojen, bir taşıyıcıdan diğerine hareket ederek içindeki enerjiyi yavaş yavaş serbest bırakır. Hidrojen elektronlarının daha yüksek bir enerji seviyesinden daha düşük bir enerji seviyesine kademeli bir geçişi vardır ve bunun sonucunda elektronlar, enerjisi tükenmiş oksijen seviyesine geçer. Bu durumda açığa çıkan enerji kısmen ısı şeklinde tüketilir ve kısmen vücutta esas olarak ATP olan yüksek enerjili bileşiklerde birikir.
ATP formundaki biyolojik enerjinin önemli bir kısmı, mitokondrinin iç zarında bulunan enzim sistemleri tarafından üretilir, ancak hücrede kullanılan enerjinin büyük bir kısmı, mitokondri dışında meydana gelen işlemler için gereklidir: ATP, proteinlerin sentezinde kullanılır. , yağlar, karbonhidratlar, nükleik asitler ve diğer bileşikler, maddelerin plazma zarı boyunca taşınması sırasında, sinir uyarılarının iletimi ve kas liflerinin kasılması sırasında. Hücrede meydana gelen metabolik reaksiyonlar sonucunda moleküllerin içerdiği enerjinin ancak yarısı kadarı besinler, ATP şeklinde depolanır. Enerjinin bir kısmı ısı olarak dağılır.
Dolayısıyla biyolojik oksidasyon, tüm canlı hücrelerde meydana gelen bir dizi oksidasyon reaksiyonudur. Bu sürecin ana işlevi vücuda kullanılabilir formda (ATP) enerji sağlamaktır. Biyolojik oksidasyonun veya doku solunumunun temel özelliği, bunun çok sayıda enzimatik aşamadan geçerek yavaş yavaş gerçekleşmesidir; Bir donörden diğerine, yani bir alıcıya çoklu proton ve elektron transferi gerçekleşir. Aeroblarda elektron ve protonların son alıcısı oksijendir.
Elektronların substratlardan moleküler oksijene transferinde aşağıdakiler rol alır:
1) piridin bağımlı dehidrojenazlar; bunların koenzimleri NAD veya NADP'dir.
2) flavin bağımlı dehidrojenazlar, protez grubunun rolü flavin adenin dinükleotid ve flavin adenin mononükleotid (FAD, FMN) tarafından oynanır.
3) protez grubu olarak demir porfirin halka sistemi içeren sitokromlar.
4) koenzim Q - ubikinon
Piridin bağımlı dehidrojenazlar, çeşitli organik substratlar tarafından NAD ve NADP'nin indirgenmesini katalize eden 150'den fazla enzimi içerir.
Bu reaksiyonlar aşağıdaki gibi temsil edilebilir:
substrat-H2 +NAD(NADP)®substrat (oksitlenmiş)+NADH2 (NADPH2)
Oksitlenmiş ve indirgenmiş piridin nükleotidleri, ultraviyole bölgede karakteristik absorpsiyon spektrumlarına sahiptir; 260 nm'de oksitlenir ve 340 nm'de indirgenir. Bu koenzimlerin bu özelliği, bir dizi substratın hızlı kantitatif tespiti için spektrofotometrik analiz yöntemlerinin kullanılmasına olanak tanır.
Koenzim NAD mitokondride, NADP ise sitoplazmada bulunur.
İndirgenmiş piridin nükleotidleri NADH ve NADPH, oksijenle reaksiyona giremez; elektronlarının, oksijene aktarılmadan önce elektron taşıma sisteminin ara alıcılarından (sitokromlar) geçmesi gerekir. Bir elektronu doğrudan oksijene aktaran enzim bir oksidazdır ve bir elektronun substrattan çıkarılmasına ve bir alıcıya aktarılmasına katılan enzim bir dehidrojenazdır.
Hidrojen atomlarının bir sonraki alıcısı, indirgenmiş NAD ve NADP'den hidrojenleri (protonlar ve elektronlar) aktaran bir grup flavin enzimidir.
NADH2 + flavin enzimi (FAD)®NAD+FADH2
Oksitlenmiş formların karakteristik absorpsiyon spektrumları vardır. FMN ve FAD'ın 450 nm'de bir emilim zirvesi vardır. Geri yüklendiğinde spektrumdaki bant kaybolur.
Elektronların koenzim Q'dan veya flavin enziminin indirgenmiş formundan oksijene daha fazla transferi sitokrom sistemi tarafından gerçekleştirilir. Bu sistem hem içeren proteinlerden (hemoproteinler) oluşur. Doku solunumu sürecinde en önemli rol sitokromlar B, C1, C, AA3 tarafından oynanır. Hepsinde hemoglobinin hemine yakın bir protez hem grubu bulunur. Hem içeren proteinler olan sitokromlar, yalnızca protez grupları açısından değil, aynı zamanda protein bileşenleri açısından da birbirlerinden farklılık gösterir. Katalitik işlem sırasında sitokromlarda bulunan demirin değeri tersine çevrilebilir şekilde Fe2+ ®Fe3+ olarak değişir.
Sitokromlar B, C1, C işlevleri yerine getirir. ara elektron taşıyıcıları ve AA3 - sitokrom oksidaz - oksijenle doğrudan etkileşime giren bir terminal solunum enzimi.
Tüm sitokromlar, özellikle indirgenmiş formda, karakteristik absorpsiyon spektrumlarına sahiptir. Farklı sitokromlar için redoks potansiyelinin değerleri de farklıdır.
Ubikinon, koenzim Q - NAD ve FAD gibi, hidrojen atomlarının (protonlar ve elektronlar) bir ara taşıyıcısı rolünü oynayabilir.
Solunum hızı ATP/ADP oranı tarafından kontrol edilir. Bu oran ne kadar düşük olursa, nefes alma o kadar yoğun olur ve ATP üretimi - solunum kontrolü (ADP konsantrasyonundaki değişiklik) sağlanır.
Doku solunumu ile fosforilasyonun birleştirilmesi işlemine oksidatif fosforilasyon denir.
Solunum zincirinin bileşenleri (aynı zamanda bu sürecin solunumla birleştirilmesinde rol oynayan moleküller) ATP oluşumu) iç mitokondriyal membran üzerinde oldukça düzenli topluluklar şeklinde bulunur. Nikotinamid dinükleotid koenzimleri ve bazı trikarboksilik asit döngüsü enzimleri, zarın protein tabakasına gömülüdür. Metaloflavoproteinler, ubikinon ve sitokromlar lipid yapılarıyla ilişkilidir.
Karbonhidrat metabolizmasının patolojisi.
Vücuttaki karbonhidrat metabolizması süreçleri geniş bir grup faktör tarafından kontrol edilir. Bunları karakterize etmek için klinik, vücuttaki karbonhidrat metabolizmasının durumunun hassas bir göstergesi olan kan şekeri seviyelerinin belirlenmesini yaygın olarak kullanıyor. Stabildir ve karbonhidrat metabolizmasındaki herhangi bir değişikliğe incelikli bir şekilde yanıt verir.
Merkezi sinir sistemi karbonhidrat metabolizmasının düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Humoral düzenleme bir dizi hormon tarafından gerçekleştirilir:
İnsülin, kandaki glikoz seviyesini düşüren bir pankreas hormonudur. Adrenal medullanın bir hormonu olan adrenalin, kan şekeri düzeylerini artırır.
Bir dizi hastalığa hiperglisemi eşlik eder - bu, kandaki şeker (glikoz) seviyesindeki bir artıştır - endokrin sisteme verilen hasarla ilişkili çeşitli hastalıkların bir belirtisidir ( şeker hastalığı, bulaşıcı hastalıklar, beyin tümörleri).
Hiperglisemi fizyolojik kökenleri kısa ömürlüdür ve 2-3 saat sonra kaybolur. İnsülin hormonu yetersiz olduğunda şeker hastalığı gelişir. İnsülin genetik düzeyde süreçleri kontrol eder.
Glukozüri– bu idrarda glikoz görülmesidir; normalde idrarda şeker yoktur. Bu test böbreğin glikoz eşiğini karakterize eder. İdrarda glikozun ortaya çıkması, akut pankreatit sırasında karbonhidrat metabolizması bozukluğunun bir sonucudur. bulaşıcı hastalıklar, epilepsi atakları, beyin sarsıntısı, morfin, striknin, kloroform ile zehirlenme, sinir hastalıkları.
Hipoglisemi- kan şekeri seviyelerinin düşürülmesi.
Hipoglisemi aşırı insülin, hipotiroidizm, Addison hastalığı ile gözlenir.
Galaktozemi – vücutta galaktozu glikoza dönüştüren bir enzimin yokluğunda ortaya çıkan bir durumdur (galaktozun toksik etkisi vardır).
glikojenozlar– glikojen parçalanmasının meydana geldiği koşullar. Bu durumda beyinde glikoz ve enerji eksikliği yaşanır.
Laktoz ve sükroz intoleransı– bu şekerleri parçalayan enzimlerin yokluğunda ortaya çıkan, bağırsaklarda birikmesine ve ciddi bir duruma yol açan kalıtsal bir hastalıktır.
Yukarıdaki hastalıkların tanısı kan ve idrardaki glikoz içeriğinin belirlenmesine dayanmaktadır.
EDEBİYAT
1. Metzler D. Biyokimya. T. 1, 2, 3. “Dünya” 2000
2. Leninger D. Biyokimyanın temelleri. T.1, 2, 3. “Dünya” 2002
3. Frimel G. İmmünolojik yöntemler. M. “Tıp” 2007
4. Sağlık hizmetlerine yönelik tıbbi elektronik ekipmanlar. M2001
5. Reznikov A.G. Hormonları belirleme yöntemleri. Kiev “Naukova Dumka” 2000
6. Bredikis Yu.Yu. Klinik Elektronik Üzerine Denemeler. M. “Tıp” 1999
Aerobik koşullar altında glikoz CO2 ve H2O'ya oksitlenir. Genel denklem şu şekildedir:
C 6 H12 O 6 + 6O 2 → 6CO2 + 6H2 O + 2880 kJ/mol.
Bu süreç birkaç aşamayı içerir:
1. Aerobik glikoliz . İçinde 1 glikoz, 2 ATP (önce 2 ATP tüketilir, sonra 4 oluşur) ve 2 NADH2 oluşumuyla 2 PVC'ye oksitlenir;
2. 2 C02 salınımı ve 2 NADH2 oluşumu ile 2 PVK'nin 2 asetil-CoA'ya dönüştürülmesi;
3. CTK. 2 asetil-CoA'yı 4 CO2 açığa çıkararak, 2 GTP (2 ATP verir), 6 NADH2 ve 2 FADH2 oluşumuyla oksitler;
4. Oksidatif fosforilasyon zinciri. İçinde 10 (8) NADH2, 2 (4) FADH2, 6 O2'nin katılımıyla oksitlenirken, 6 H2O salınır ve 34 (32) ATP sentezlenir.
Glikozun aerobik oksidasyonunun bir sonucu olarak 38 (36) ATP oluşur, bunlardan: substrat fosforilasyon reaksiyonlarında 4 ATP, oksidatif fosforilasyon reaksiyonlarında 34 (32) ATP. Aerobik oksidasyonun verimliliği %65 olacaktır.
Glikozun anaerobik oksidasyonu
O2 olmadan glikoz katabolizması anaerobik glikolizde ve PFS'de (PFP) meydana gelir.
· Sırasında anaerobik glikoliz 1 glikoz, 2 ATP oluşumuyla 2 molekül laktik asite oksitlenir (önce 2 ATP tüketilir, ardından 4 ATP oluşur). Anaerobik koşullar altında glikoliz tek enerji kaynağıdır. Genel denklem şu şekildedir: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP → 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O.
· Sırasında PFP Pentozlar ve NADPH2 glikozdan oluşur. Sırasında PFS Glikozdan yalnızca NADPH 2 oluşur.
Biyosferdeki organizmaların çoğu aerobik koşullardadır. Vücutta oksijen varlığında, karbonhidratların ve diğer "hücresel yakıt" moleküllerinin tamamen "yanması", nihai ürünlere - C0 2 ve H 2 0 - dönüşür.
Pirinç. 19.1. Glikozun altı CO2 molekülüne tamamen oksidasyonunun şeması ve bu sürecin enerji verimliliği (ATP dengesi); ATP oluşum yolları:
SF - substrat fosforilasyonu; OP - oksidatif fosforilasyon
Aerobik koşullar altında glikozun tamamen oksidasyonunun genel süreci stokiyometrik denklem ile tanımlanır.
Bu karmaşık, çok aşamalı glikoz oksidasyon sürecinde üç aşama ayırt edilebilir (Şekil 19.1).
- İlk aşamada, glikozun iki piruvat molekülüne bölündüğü aerobik glikoliz reaksiyonları meydana gelir. Bu aşama karbonhidratların parçalanmasının başlangıç aşamasını oluşturur; buna “hazırlık” adı verilir.
- İkinci aşamada, piruvatın oksidatif dekarboksilasyonunun bir reaksiyon zinciri meydana gelir, bu da hücrenin merkezi metabolitlerinden biri olan asetil-S-CoA'nın oluşmasına ve piruvatın bir karbon atomunun C02'ye oksidasyonuna neden olur. Bir glikoz molekülü başına iki molekül piruvat oluştuğundan, bu aşamada glikozun iki karbon atomunun C02'ye oksidasyonu zaten meydana gelir.
- Üçüncü aşama, trikarboksilik asit döngüsü (TCA döngüsü) adı verilen, asetil kalıntısının tamamen oksidasyonuna ilişkin son derece önemli bir dizi reaksiyondur.
Karbonhidratların aerobik oksidasyon işlemine büyük miktarda enerjinin (2880 kJ/mol glikoz) salınması eşlik eder. Bu süreçte toplam ATP verimini toplarsak 38 molekül olacaktır (bkz. Şekil 19.1). Daha önce belirtildiği gibi (Bölüm 15), bir yüksek enerjili ATP bağının sentezi
31 kJ gereklidir ve 38 ATP molekülünün sentezi için 1178 kJ harcanır, yani %40'tan fazlası serbest enerji Glikozun tamamen oksidasyonu ATP moleküllerinde depolanır. Bu, anaerobik koşullarla karşılaştırıldığında aerobik koşullar altında meydana gelen oksidatif süreçlerin yüksek verimliliğini gösterir. Aerobik oksidasyon sırasında metabolik olarak mevcut enerji, indirgenmiş NADH ve FADH2 moleküllerinde birikir ve bunlar daha sonra oksijene bağımlı bir süreçte oksitlenir. oksidatif fosforilasyon bunun sonucu 34 ATP molekülünün oluşmasıdır ve substrat fosforilasyonuyla yalnızca 4 ATP molekülü oluşturulur: glikolizde 2ATP (aşama I) ve TCA döngüsünde 2ATP (2 dönüş, aşama III).
Karbonhidratların aerobik oksidasyonunun ilk aşaması - glikoliz - spesifik bir glikoz katabolizması süreci ise, sonraki iki - piruvatın oksidatif dekarboksilasyonu ve TCA döngüsünün genel katabolizma yollarına (GCP) ait olduğu belirtilmelidir. Sadece glikozun değil aynı zamanda lipitlerin ve amino asitlerin parçalanması sırasında oluşan piruvat (C3 fragmanı) ve asetil-CoA (C2 fragmanı) oluşumundan sonra, bu maddelerin nihai ürünlere oksidasyon yolları aynı şekilde meydana gelir. OPC reaksiyonlarının mekanizmasına göre.
