Co studuje biochemie? Glykolýza je závažný enzymatický proces štěpení glukózy, ke kterému dochází ve zvířecích a lidských tkáních bez použití kyslíku. Právě on je biochemiky považován za způsob, jak získat kyselinu mléčnou a molekuly ATP.
Definice
Co je aerobní glykolýza? Biochemie považuje tento proces za jediný proces charakteristický pro živé organismy, který dodává energii.
Pomocí takového procesu je organismus zvířat a lidí schopen v podmínkách nedostatku kyslíku po určitou dobu vykonávat určité fyziologické funkce.
Pokud proces odbourávání glukózy probíhá za účasti kyslíku, dochází k aerobní glykolýze.
Jaká je jeho biochemie? Glykolýza je považována za první krok v procesu oxidace glukózy na vodu a oxid uhličitý.
Stránky s historií
Pojem „glykolýza“použil Lépin na konci devatenáctého století pro proces snižování krevní glukózy, která byla odstraněna z oběhového systému. Některé mikroorganismy mají fermentační procesy, které jsou podobné glykolýze. Pro takovétransformace využívá jedenáct enzymů, z nichž většina je izolována v homogenní, vysoce purifikované nebo krystalické formě, jejich vlastnosti jsou dobře studovány. Tento proces probíhá v hyaloplazmě buňky.
Specifika procesu
Jak glykolýza probíhá? Biochemie je věda, ve které je tento proces považován za vícestupňovou reakci.
První enzymatická reakce glykolýzy, fosforylace, je spojena s přenosem ortofosfátu na glukózu molekulami ATP. Enzym hexokináza působí v tomto procesu jako katalyzátor.
Produkce glukóza-6-fosfátu v tomto procesu se vysvětluje uvolněním značného množství energie systému, to znamená, že probíhá nevratný chemický proces.
Enzym jako hexokináza působí jako katalyzátor procesu fosforylace nejen samotné D-glukózy, ale také D-manózy, D-fruktózy. Kromě hexokinázy se v játrech nachází další enzym – glukokináza, která katalyzuje proces fosforylace jedné D-glukózy.
Druhá fáze
Jak moderní biochemie vysvětluje druhou fázi tohoto procesu? Glykolýza v této fázi je přechod glukóza-6-fosfátu pod vlivem hexózafosfátizomerázy na novou látku - fruktóza-6-fosfát.
Proces probíhá ve dvou vzájemně opačných směrech, nevyžaduje kofaktory.
Třetí fáze
Je spojena s fosforylací výsledného fruktóza-6-fosfátu pomocí molekul ATP. Akcelerátorem tohoto procesu je enzym fosfofruktokináza. Reakceje považována za ireverzibilní, vyskytuje se v přítomnosti kationtů hořčíku, je považována za pomalu postupující fázi této interakce. Je to ona, kdo je základem pro stanovení rychlosti glykolýzy.
Fosfofruktokináza je jedním ze zástupců alosterických enzymů. Je inhibován molekulami ATP, stimulován AMP a ADP. V případě cukrovky, během půstu, stejně jako v mnoha dalších stavech, kdy jsou tuky konzumovány ve velkém množství, se obsah citrátu v tkáňových buňkách několikanásobně zvyšuje. Za takových podmínek dochází k významné inhibici plnohodnotné aktivity fosfofruktokinázy citrátem.
Pokud poměr ATP k ADP dosáhne významných hodnot, fosfofruktokináza je inhibována, což pomáhá zpomalit glykolýzu.
Jak můžete zvýšit glykolýzu? Biochemie k tomu navrhuje snížit faktor intenzity. Například v nefunkčním svalu je aktivita fosfofruktokinázy nízká, ale koncentrace ATP se zvyšuje.
Když svaly pracují, dochází k významnému využití ATP, což způsobuje zvýšení hladiny enzymu, což způsobuje zrychlení procesu glykolýzy.
Čtvrtá fáze
Enzym aldoláza je katalyzátorem této části glykolýzy. Díky němu dochází k reverzibilnímu štěpení látky na dvě fosfotriózy. V závislosti na hodnotě teploty se rovnováha ustavuje na různých úrovních.
Jak biochemie vysvětluje, co se děje? Glykolýza s rostoucí teplotou probíhá ve směru přímé reakce, produktucož je glyceraldehyd-3-fosfát a dihydroxyacetonfosfát.
Další fáze
Pátou fází je proces izomerizace triózofosfátů. Katalyzátorem procesu je enzym triosafosfát izomeráza.
Šestá reakce v souhrnné podobě popisuje produkci kyseliny 1,3-difosforglycerové v přítomnosti fosforečnanu NAD jako akceptoru vodíku. Právě toto anorganické činidlo odstraňuje vodík z glyceraldehydu. Výsledná vazba je křehká, ale je bohatá na energii a při štěpení se získá kyselina 1,3-difosfoglycerová.
Sedmý krok, katalyzovaný fosfoglycerátkinázou, zahrnuje přenos energie z fosfátového zbytku do ADP za vzniku kyseliny 3-fosfoglycerové a ATP.
V osmé reakci dochází k intramolekulárnímu přenosu fosfátové skupiny, přičemž je pozorována přeměna kyseliny 3-fosfoglycerové na 2-fosfoglycerát. Proces je reverzibilní, proto jsou k jeho realizaci použity kationty hořčíku.
2,3-difosfoglycerová kyselina v této fázi působí jako kofaktor pro enzym.
Devátá reakce zahrnuje přechod kyseliny 2-fosfoglycerové na fosfoenolpyruvát. Enolasový enzym, který je aktivován kationty hořčíku, působí jako urychlovač tohoto procesu a fluorid v tomto případě působí jako inhibitor.
Desátá reakce probíhá rozbitím vazby a přenosem energie fosfátového zbytku na ADP z kyseliny fosfoenolpyrohroznové.
Jedenáctá fáze je spojena s redukcí kyseliny pyrohroznové, získáním kyseliny mléčné. Tato konverze vyžaduje účast enzymu laktátdehydrogenázy.
Jak můžete zapsat glykolýzu obecně? Reakce, jejichž biochemie byla diskutována výše, jsou redukovány na glykolytickou oxidoredukci, doprovázenou tvorbou molekul ATP.
Hodnota procesu
Podívali jsme se na to, jak biochemie popisuje glykolýzu (reakce). Biologický význam tohoto procesu spočívá v získání fosfátových sloučenin s velkou energetickou rezervou. Pokud se v první fázi spotřebují dvě molekuly ATP, pak je fáze spojena s tvorbou čtyř molekul této sloučeniny.
Jaká je jeho biochemie? Glykolýza a glukoneogeneze jsou energeticky účinné: 2 molekuly ATP připadají na 1 molekulu glukózy. Změna energie při vzniku dvou molekul kyseliny z glukózy je 210 kJ/mol. 126 kJ odejde ve formě tepla, 84 kJ se akumuluje ve fosfátových vazbách ATP. Koncová vazba má energetickou hodnotu 42 kJ/mol. Podobnými výpočty se zabývá biochemie. Aerobní a anaerobní glykolýza mají účinnost 0,4.
Zajímavá fakta
Výsledkem četných experimentů bylo možné stanovit přesné hodnoty každé glykolýzní reakce probíhající v intaktních lidských erytrocytech. Osm reakcí glykolýzy se blíží termodynamické rovnováze, tři procesy jsou spojeny s významným poklesem množství volné energie a jsou považovány za nevratné.
Co je glukoneogeneze? Biochemie procesu spočívá v rozkladu sacharidů, který probíhá vněkolik fází. Každý krok je řízen enzymy. Například ve tkáních, které se vyznačují aerobním metabolismem (tkáně srdce, ledviny), je regulován izoenzymy LDH1 a LDH2. Jsou inhibovány malým množstvím pyruvátu, v důsledku čehož není umožněna syntéza kyseliny mléčné a je dosaženo úplné oxidace acetyl-CoA v cyklu trikarboxylových kyselin.
Co dalšího charakterizuje anaerobní glykolýzu? Biochemie například zahrnuje zahrnutí dalších sacharidů do procesu.
Jako výsledek laboratorních studií bylo zjištěno, že asi 80 % fruktózy, která vstupuje do lidského těla s jídlem, je metabolizováno v játrech. Zde probíhá proces její fosforylace na fruktóza-6-fosfát, jako katalyzátor tohoto procesu působí enzym hexokináza.
Tento proces je inhibován glukózou. Výsledná sloučenina se v několika stupních přemění na glukózu doprovázenou eliminací kyseliny fosforečné. Navíc jsou možné jeho následné přeměny na jiné organické sloučeniny obsahující fosfor.
Pod vlivem ATP a fosfofruktokinázy se fruktóza-6-fosfát přemění na fruktózu-1,6-difosfát.
Pak je tato látka metabolizována ve fázích charakteristických pro glykolýzu. Svaly a játra mají ketohexokinázu, která může urychlit proces fosforylace fruktózy na její sloučeninu obsahující fosfor. Proces není blokován glukózou a vzniklý fruktóza-1-fosfát se vlivem ketóza-1-fosfátaldolázy rozkládá na glyceraldehyd a dihydroxyacetonfosfát. D-glyceraldehyd podpod vlivem triozokinázy vstupuje do fosforylace, nakonec se uvolní molekuly ATP a získá se dihydroxyacetonfosfát.
Vrozené anomálie
Biochemici byli schopni identifikovat některé vrozené anomálie spojené s metabolismem fruktózy. Tento jev (esenciální fruktosurie) je spojen s biologickým nedostatkem obsahu enzymu ketohexokinázy v těle, proto jsou všechny procesy štěpení tohoto sacharidu inhibovány glukózou. Důsledkem tohoto porušení je hromadění fruktózy v krvi. U fruktózy je práh ledvin nízký, takže fruktosurii lze detekovat při koncentracích sacharidů v krvi kolem 0,73 mmol/l.
Účast na biosyntéze galaktózy
Galaktóza se do těla dostává s potravou, která se v trávicím traktu rozkládá na glukózu a galaktózu. Nejprve se tento sacharid přemění na galaktóza-1-fosfát, proces je katalyzován galaktokinázou. Dále se sloučenina obsahující fosfor převede na glukóza-1-fosfát. V této fázi se také tvoří uridindifosfogalaktóza a UDP-glukóza. Následující fáze procesu probíhají podle schématu podobného rozkladu glukózy.
Kromě této cesty metabolismu galaktózy je možné i druhé schéma. Nejprve se také vytvoří galaktóza-1-fosfát, ale následné kroky jsou spojeny s tvorbou molekul UTP a glukóza-1-fosfátu.
Mezi četnými patologickými stavy spojenými s metabolismem sacharidů zaujímá zvláštní místo galaktosémie. Tento jev je spojen s recesivně dědičným onemocněním, spři kterém hladina cukru v krvi stoupá vlivem galaktózy a dosahuje 16,6 mmol/l. Obsah glukózy v krvi se přitom prakticky nemění. Kromě galaktózy se v takových případech hromadí v krvi také galaktóza-1-fosfát. Děti s diagnózou galaktosémie mají mentální retardaci a také šedý zákal.
S poklesem růstu poruch metabolismu sacharidů je důvodem odbourávání galaktózy druhou cestou. Díky tomu, že se biochemikům podařilo zjistit podstatu probíhajícího procesu, bylo možné řešit problémy související s neúplným odbouráváním glukózy v těle.
