เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลูโคสอย่างสมบูรณ์ ปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลูโคส

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

ในบทความนี้ เราจะมาดูว่ากลูโคสถูกออกซิไดซ์อย่างไร คาร์โบไฮเดรตเป็นสารประกอบของประเภทพอลิไฮดรอกซีคาร์บอนิล เช่นเดียวกับอนุพันธ์ของพวกมัน ลักษณะเฉพาะคือการมีอยู่ของกลุ่มอัลดีไฮด์หรือคีโตนและกลุ่มไฮดรอกซิลอย่างน้อยสองกลุ่ม

ตามโครงสร้าง คาร์โบไฮเดรตแบ่งออกเป็นโมโนแซ็กคาไรด์ โพลีแซ็กคาไรด์ โอลิโกแซ็กคาไรด์

โมโนแซ็กคาไรด์

โมโนแซ็กคาไรด์เป็นคาร์โบไฮเดรตที่ง่ายที่สุดที่ไม่สามารถไฮโดรไลซ์ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับกลุ่มที่มีอยู่ในองค์ประกอบ - อัลดีไฮด์หรือคีโตน อัลโดซิสจะถูกแยกออก (เหล่านี้รวมถึงกาแลคโตส กลูโคส ไรโบส) และคีโตส (ไรบูโลส ฟรุกโตส)

โอลิโกแซ็กคาไรด์

โอลิโกแซ็กคาไรด์เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีสารตกค้างจากแหล่งกำเนิดโมโนแซ็กคาไรด์ 2-10 ชนิด เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ขึ้นอยู่กับจำนวนของโมโนแซ็กคาไรด์ตกค้าง ไดแซ็กคาไรด์ ไตรแซ็กคาไรด์ และอื่น ๆ มีความแตกต่างกัน เกิดอะไรขึ้นเมื่อกลูโคสถูกออกซิไดซ์? นี้จะมีการหารือในภายหลัง

โพลีแซคคาไรด์

โพลีแซคคาไรด์คือ คาร์โบไฮเดรดที่มีมอนอแซ็กคาไรด์ตกค้างมากกว่า 10 ชนิด เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก หากองค์ประกอบของพอลิแซ็กคาไรด์มีโมโนแซ็กคาไรด์ตกค้างเหมือนกัน จะเรียกว่าโฮโมโพลีแซ็กคาไรด์ (เช่น แป้ง) หากสารตกค้างดังกล่าวแตกต่างกัน ให้ใช้เฮเทอโรโพลีแซ็กคาไรด์ (เช่น เฮปาริน)

กลูโคสออกซิเดชันมีความสำคัญอย่างไร

หน้าที่ของคาร์โบไฮเดรตในร่างกายมนุษย์

คาร์โบไฮเดรตทำหน้าที่หลักดังต่อไปนี้:

1. พลังงาน. หน้าที่ที่สำคัญที่สุดของคาร์โบไฮเดรตเนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานหลักในร่างกาย เป็นผลมาจากการออกซิเดชันของพวกเขา มากกว่าครึ่งหนึ่งของความต้องการพลังงานของบุคคลมีความพึงพอใจ อันเป็นผลมาจากการออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตหนึ่งกรัม 16.9 kJ จะถูกปล่อยออกมา
2. จอง. ไกลโคเจนและแป้งเป็นรูปแบบหนึ่งของการจัดเก็บสารอาหาร
3. โครงสร้าง. เซลลูโลสและสารประกอบพอลิแซ็กคาไรด์อื่นๆ บางชนิดเป็นโครงสร้างที่แข็งแรงในพืช นอกจากนี้ พวกมันเมื่อรวมกับไขมันและโปรตีน ยังเป็นส่วนประกอบของไบโอแมมเบรนของเซลล์ทั้งหมด
4. ป้องกัน. กรดเฮเทอโรโพลีแซคคาไรด์มีบทบาทเป็นสารหล่อลื่นทางชีวภาพ พวกเขาเรียงตามพื้นผิวของข้อต่อที่สัมผัสและถูกัน เยื่อเมือกของจมูก ทางเดินอาหาร
5. สารกันเลือดแข็ง. คาร์โบไฮเดรต เช่น เฮปาริน มีคุณสมบัติทางชีวภาพที่สำคัญ กล่าวคือ ป้องกันการแข็งตัวของเลือด
6. คาร์โบไฮเดรตเป็นแหล่งคาร์บอนที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ลิปิด และกรดนิวคลีอิก

สำหรับร่างกาย แหล่งคาร์โบไฮเดรตหลักคือคาร์โบไฮเดรตในอาหาร - ซูโครส แป้ง กลูโคส แลคโตส) กลูโคสสามารถสังเคราะห์ในร่างกายได้จากกรดอะมิโน กลีเซอรอล แลคเตท และไพรูเวต (gluconeogenesis)

ไกลโคไลซิส

ไกลโคไลซิสเป็นหนึ่งในสามรูปแบบที่เป็นไปได้ของกระบวนการออกซิเดชันของกลูโคส ในกระบวนการนี้ พลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมา ซึ่งจะเก็บสะสมไว้ใน ATP และ NADH ในเวลาต่อมา หนึ่งในโมเลกุลของมันแตกตัวเป็นไพรูเวตสองโมเลกุล

กระบวนการไกลโคไลซิสเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของสารเอนไซม์หลายชนิด นั่นคือ ตัวเร่งปฏิกิริยาในธรรมชาติ ตัวออกซิไดซ์ที่สำคัญที่สุดคือออกซิเจน แต่ก็เป็นที่น่าสังเกตว่ากระบวนการของไกลโคไลซิสสามารถทำได้ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน ไกลโคไลซิสประเภทนี้เรียกว่าไม่ใช้ออกซิเจน

ไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นกระบวนการแบบขั้นตอนของการเกิดออกซิเดชันของกลูโคส ด้วยไกลโคไลซิสนี้ การเกิดออกซิเดชันของกลูโคสจะไม่เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นในระหว่างการออกซิเดชันของกลูโคสจะเกิดไพรูเวทเพียงโมเลกุลเดียว ในแง่ของประโยชน์ด้านพลังงาน แอนแอโรบิกไกลโคไลซิสมีประโยชน์น้อยกว่าแอโรบิก อย่างไรก็ตาม หากออกซิเจนเข้าสู่เซลล์ ไกลโคไลซิสแบบไม่ใช้ออกซิเจนก็สามารถเปลี่ยนเป็นแอโรบิกได้ ซึ่งเป็นการออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของกลูโคส

กลไกของไกลโคไลซิส

Glycolysis แบ่งน้ำตาลกลูโคสหกคาร์บอนออกเป็นสองโมเลกุลของไพรูเวตคาร์บอนสามโมเลกุล กระบวนการทั้งหมดแบ่งออกเป็นห้าขั้นตอนการเตรียมการและอีกห้าขั้นตอน ซึ่งในระหว่างนั้น ATP จะถูกเก็บไว้พลังงาน

ดังนั้น ไกลโคไลซิสดำเนินไปในสองระยะ แต่ละระยะแบ่งออกเป็นห้าระยะ

ขั้นที่ 1 ของปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลูโคส

• สเตจแรก. ขั้นตอนแรกคือกลูโคสฟอสโฟรีเลชั่น การกระตุ้นด้วยแซ็กคาไรด์เกิดขึ้นจากฟอสโฟรีเลชันที่อะตอมของคาร์บอนที่หก
• รอบสอง. มีกระบวนการไอโซเมอไรเซชันของกลูโคส-6-ฟอสเฟต ในขั้นตอนนี้ กลูโคสจะถูกแปลงเป็นฟรุกโตส-6-ฟอสเฟตโดยตัวเร่งปฏิกิริยาฟอสโฟกลูโคไอโซเมอเรส
• สเตจที่สาม. ฟอสฟอรีเลชันของฟรุกโตส-6-ฟอสเฟต ในขั้นตอนนี้ การก่อตัวของฟรุกโตส-1,6-ไดฟอสเฟต (เรียกอีกอย่างว่าอัลโดเลส) เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของฟอสโฟฟรุกโตไคเนส-1 เกี่ยวข้องกับกลุ่มฟอสโฟริลตั้งแต่กรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริกไปจนถึงโมเลกุลฟรุกโตส
• สเตจที่สี่. ในขั้นตอนนี้ จะเกิดความแตกแยกของอัลโดเลส เป็นผลให้เกิดโมเลกุลฟอสเฟตไตรโอสสองโมเลกุล โดยเฉพาะคีโตสและเอลโดส
• สเตจที่ห้า. ไอโซเมอไรเซชันของไตรโอสฟอสเฟต ในขั้นตอนนี้ glyceraldehyde-3-phosphate จะถูกส่งไปยังขั้นตอนต่อไปของการสลายกลูโคส ในกรณีนี้จะเกิดการเปลี่ยนแปลงของไดไฮดรอกซีอะซีโตนฟอสเฟตไปเป็นกลีซาลดีไฮด์-3-ฟอสเฟต การเปลี่ยนแปลงนี้ดำเนินการภายใต้การทำงานของเอนไซม์
• ขั้นที่หก. กระบวนการออกซิเดชันของกลีซาลดีไฮด์-3-ฟอสเฟต ในขั้นตอนนี้ โมเลกุลจะถูกออกซิไดซ์และต่อด้วยฟอสโฟรีเลตเป็นไดฟอสโฟกลีเซอเรต-1, 3.
• สเตจที่เจ็ด. ขั้นตอนนี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนหมู่ฟอสเฟตจาก 1,3-diphosphoglycerate ไปยัง ADP ผลลัพธ์สุดท้ายของขั้นตอนนี้คือ 3-phosphoglycerateและเอทีพี

ระยะ 2 - การเกิดออกซิเดชันของกลูโคสอย่างสมบูรณ์

• สเตจที่แปด. ในขั้นตอนนี้จะทำการเปลี่ยน 3-phosphoglycerate เป็น 2-phosphoglycerate กระบวนการเปลี่ยนผ่านจะดำเนินการภายใต้การกระทำของเอนไซม์ เช่น ฟอสโฟกลีเซอเรต มิวเตส ปฏิกิริยาเคมีของการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสเกิดขึ้นโดยมีแมกนีเซียมบังคับ (Mg)
• สเตจที่เก้า. ในขั้นตอนนี้ จะเกิดการคายน้ำของ 2-phosphoglycerate
• สเตจที่สิบ. มีการถ่ายโอนฟอสเฟตที่ได้รับจากขั้นตอนก่อนหน้าไปยัง PEP และ ADP Phosphoenulpyrovate ถูกถ่ายโอนไปยัง ADP ปฏิกิริยาเคมีดังกล่าวเป็นไปได้เมื่อมีแมกนีเซียม (Mg) และโพแทสเซียม (K) ไอออน

ภายใต้เงื่อนไขแอโรบิก กระบวนการทั้งหมดมาถึง CO₂ และ H₂O สมการของการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสมีลักษณะดังนี้:

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

ดังนั้นจึงไม่มีการสะสมของ NADH ในเซลล์ระหว่างการสร้างแลคเตทจากกลูโคส ซึ่งหมายความว่ากระบวนการดังกล่าวเป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจนและสามารถดำเนินต่อไปได้หากไม่มีออกซิเจน มันคือออกซิเจนที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้ายที่ NADH ถ่ายโอนไปยังทางเดินหายใจ

ในกระบวนการคำนวณสมดุลพลังงานของปฏิกิริยาไกลโคไลติก จะต้องคำนึงว่าแต่ละขั้นตอนของขั้นตอนที่สองจะทำซ้ำสองครั้ง จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่ามีการใช้โมเลกุล ATP สองโมเลกุลในระยะแรกและ 4 โมเลกุล ATP จะเกิดขึ้นในระหว่างขั้นตอนที่สองโดย phosphorylationประเภทของพื้นผิว ซึ่งหมายความว่าเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันของโมเลกุลกลูโคสแต่ละโมเลกุล เซลล์จะสะสมโมเลกุล ATP สองตัว

เราดูการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสด้วยออกซิเจน

วิถีออกซิเดชันกลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจน

แอโรบิกออกซิเดชันเป็นกระบวนการออกซิเดชันที่พลังงานถูกปล่อยออกมาและดำเนินไปในที่ที่มีออกซิเจน ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรับไฮโดรเจนขั้นสุดท้ายในระบบทางเดินหายใจ ผู้บริจาคโมเลกุลไฮโดรเจนเป็นรูปแบบรีดิวซ์ของโคเอ็นไซม์ (FADH2, NADH, NADPH) ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาขั้นกลางของการเกิดออกซิเดชันของซับสเตรต

กระบวนการออกซิเดชันกลูโคสออกซิเดชันแบบแอโรบิกแบบ dichotomous เป็นเส้นทางหลักของแคแทบอลิซึมของกลูโคสในร่างกายมนุษย์ glycolysis ประเภทนี้สามารถทำได้ในเนื้อเยื่อและอวัยวะทั้งหมดของร่างกายมนุษย์ ผลของปฏิกิริยานี้คือการแยกโมเลกุลกลูโคสออกเป็นน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ พลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกเก็บไว้ใน ATP กระบวนการนี้สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นสามขั้นตอน:

1. กระบวนการเปลี่ยนโมเลกุลกลูโคสให้เป็นคู่ของโมเลกุลกรดไพรูวิก ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์และเป็นเส้นทางเฉพาะสำหรับการสลายกลูโคส
2. กระบวนการสร้างอะเซทิล-CoA อันเป็นผลมาจากการออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชันของกรดไพรูวิก ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียของเซลล์
3. กระบวนการออกซิเดชันของ acetyl-CoA ในวงจร Krebs ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียของเซลล์

ในแต่ละขั้นตอนของกระบวนการนี้รูปแบบที่ลดลงของโคเอ็นไซม์ออกซิไดซ์โดยเอ็นไซม์เชิงซ้อนของห่วงโซ่ทางเดินหายใจ เป็นผลให้ ATP เกิดขึ้นเมื่อกลูโคสถูกออกซิไดซ์

การก่อตัวของโคเอ็นไซม์

โคเอ็นไซม์ที่เกิดขึ้นในขั้นตอนที่สองและสามของแอโรบิกไกลโคไลซิสจะถูกออกซิไดซ์โดยตรงในไมโตคอนเดรียของเซลล์ ควบคู่ไปกับสิ่งนี้ NADH ซึ่งก่อตัวในไซโตพลาสซึมของเซลล์ระหว่างปฏิกิริยาของระยะแรกของไกลโคไลซิสแบบแอโรบิก ไม่มีความสามารถในการเจาะผ่านเยื่อหุ้มยล ไฮโดรเจนถูกถ่ายโอนจาก NADH ของไซโตพลาสซึมไปยังไมโตคอนเดรียของเซลล์ผ่านวงจรกระสวย ในบรรดาวัฏจักรเหล่านี้ วงจรหลักสามารถแยกแยะได้ - malate-aspartate

จากนั้น ด้วยความช่วยเหลือของ NADH ของไซโตพลาสซึม ออกซาโลอะซีเตตจะลดลงเป็นมาเลต ซึ่งในทางกลับกัน จะเข้าสู่ไมโตคอนเดรียของเซลล์ และถูกออกซิไดซ์เพื่อลด NAD ของไมโตคอนเดรีย Oxaloacetate กลับสู่ไซโตพลาสซึมของเซลล์ในฐานะแอสพาเทต

ดัดแปลงรูปแบบไกลโคไลซิส

Glycolysis อาจมาพร้อมกับการปล่อย 1, 3 และ 2, 3-biphosphoglycerates ในเวลาเดียวกัน 2,3-biphosphoglycerate ภายใต้อิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพสามารถกลับสู่กระบวนการไกลโคไลซิสแล้วเปลี่ยนรูปแบบเป็น 3-phosphoglycerate เอนไซม์เหล่านี้มีบทบาทที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น 2, 3-biphosphoglycerate ที่พบในเฮโมโกลบิน ส่งเสริมการถ่ายโอนออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อ ในขณะที่มีส่วนทำให้เกิดการแยกตัวและการลดลงของความสัมพันธ์ของออกซิเจนและเซลล์เม็ดเลือดแดง

สรุป

แบคทีเรียหลายชนิดสามารถเปลี่ยนรูปแบบของไกลโคไลซิสได้ในระยะต่างๆ ในกรณีนี้ เป็นไปได้ที่จะลดจำนวนรวมของพวกมันหรือปรับเปลี่ยนระยะเหล่านี้อันเป็นผลมาจากการกระทำของสารประกอบเอนไซม์ต่างๆ แอนาโรบบางชนิดมีความสามารถในการย่อยสลายคาร์โบไฮเดรตด้วยวิธีอื่น เทอร์โมฟิลส่วนใหญ่มีเอ็นไซม์ไกลโคไลติกเพียง 2 เอ็นไซม์ โดยเฉพาะอีโนเลสและไพรูเวตไคเนส

เรามาดูว่ากลูโคสถูกออกซิไดซ์ในร่างกายอย่างไร