En aquest article, veurem com s'oxida la glucosa. Els hidrats de carboni són compostos del tipus polihidroxicarbonil, així com els seus derivats. Els trets característics són la presència de grups aldehid o cetona i almenys dos grups hidroxil.
Segons la seva estructura, els hidrats de carboni es divideixen en monosacàrids, polisacàrids i oligosacàrids.
Monosacàrids
Monosacàrids són els hidrats de carboni més simples que no es poden hidrolitzar. Depenent del grup que hi hagi a la composició: aldehid o cetona, s'aïllen les aldoses (inclouen galactosa, glucosa, ribosa) i cetoses (ribulosa, fructosa).
Oligosacàrids
Els oligosacàrids són hidrats de carboni que tenen en la seva composició de dos a deu residus d'origen monosacàrid, connectats per enllaços glicosídics. Segons el nombre de residus de monosacàrids, es distingeixen disacàrids, trisacàrids, etc. Què es forma quan s'oxida la glucosa? Això es parlarà més endavant.
Polisacàrids
Polisacàridssón hidrats de carboni que contenen més de deu residus de monosacàrids interconnectats per enllaços glicosídics. Si la composició del polisacàrid conté els mateixos residus de monosacàrids, s'anomena homopolisacàrid (per exemple, midó). Si aquests residus són diferents, llavors amb un heteropolisacàrid (per exemple, heparina).
Quina importància té l'oxidació de la glucosa?
Funcions dels hidrats de carboni al cos humà
Els hidrats de carboni fan les següents funcions principals:
- Energia. La funció més important dels hidrats de carboni, ja que serveixen com a font principal d'energia en el cos. Com a conseqüència de la seva oxidació, més de la meitat de les necessitats energètiques d'una persona estan satisfetes. Com a resultat de l'oxidació d'un gram d'hidrats de carboni, s'alliberen 16,9 kJ.
- Reserva. El glicogen i el midó són una forma d'emmagatzematge de nutrients.
- Estructural. La cel·lulosa i alguns altres compostos polisacàrids formen un marc fort a les plantes. A més, en combinació amb lípids i proteïnes, són un component de totes les biomembranes cel·lulars.
- Protector. Els heteropolisacàrids àcids tenen el paper de lubricant biològic. Alineen les superfícies de les articulacions que es toquen i es freguen, les mucoses del nas, el tub digestiu.
- Anticoagulant. Un hidrat de carboni com l'heparina té una propietat biològica important, és a dir, prevé la coagulació de la sang.
- Els hidrats de carboni són una font de carboni necessària per a la síntesi de proteïnes, lípids i àcids nucleics.
Per al cos, la principal font d'hidrats de carboni són els hidrats de carboni de la dieta: sacarosa, midó, glucosa, lactosa). La glucosa es pot sintetitzar al propi cos a partir d'aminoàcids, glicerol, lactat i piruvat (gluconeogènesi).
Glucòlisi
La glucòlisi és una de les tres possibles formes del procés d'oxidació de la glucosa. En aquest procés, s'allibera energia, que posteriorment s'emmagatzema en ATP i NADH. Una de les seves molècules es descompon en dues molècules de piruvat.
El procés de glucòlisi es produeix sota l'acció de diverses substàncies enzimàtiques, és a dir, catalitzadors de naturalesa biològica. L'agent oxidant més important és l'oxigen, però val la pena assenyalar que el procés de glucòlisi es pot dur a terme en absència d'oxigen. Aquest tipus de glucòlisi s'anomena anaeròbica.
La glucòlisi de tipus anaeròbic és un procés gradual d'oxidació de la glucosa. Amb aquesta glucòlisi, l'oxidació de la glucosa no es produeix completament. Així, durant l'oxidació de la glucosa, només es forma una molècula de piruvat. Pel que fa als beneficis energètics, la glucòlisi anaeròbica és menys beneficiosa que l'aeròbica. Tanmateix, si l'oxigen entra a la cèl·lula, la glucòlisi anaeròbica es pot convertir en aeròbica, que és l'oxidació completa de la glucosa.
Mecanisme de la glucòlisi
La glucòlisi descompone la glucosa de sis carbonis en dues molècules de piruvat de tres carbonis. Tot el procés es divideix en cinc etapes preparatòries i cinc més, durant les quals s'emmagatzema ATPenergia.
Així, la glucòlisi es desenvolupa en dues etapes, cadascuna de les quals es divideix en cinc etapes.
Fase 1 de la reacció d'oxidació de la glucosa
- La primera etapa. El primer pas és la fosforilació de la glucosa. L'activació dels sacàrids es produeix per fosforilació al sisè àtom de carboni.
- Segona etapa. Hi ha un procés d'isomerització de la glucosa-6-fosfat. En aquesta etapa, la glucosa es converteix en fructosa-6-fosfat per la fosfoglucoisomerasa catalítica.
- Tercera etapa. Fosforilació de fructosa-6-fosfat. En aquesta etapa, la formació de fructosa-1,6-difosfat (també anomenada aldolasa) es produeix sota la influència de la fosfofructocinasa-1. Intervé en l'acompanyament del grup fosforil des de l'àcid adenosina trifosfòric fins a la molècula de fructosa.
- La quarta etapa. En aquesta etapa, es produeix la divisió de l'aldolasa. Com a resultat, es formen dues molècules de triosa fosfat, en particular cetoses i eldoses.
- La cinquena etapa. Isomerització de triosa fosfats. En aquesta etapa, el gliceraldehid-3-fosfat s'envia a les següents etapes de degradació de la glucosa. En aquest cas, es produeix la transició del fosfat de dihidroxiacetona a la forma de gliceraldehid-3-fosfat. Aquesta transició es realitza sota l'acció dels enzims.
- La sisena etapa. El procés d'oxidació del gliceraldehid-3-fosfat. En aquesta etapa, la molècula s'oxida i després es fosforila a difosfoglicerat-1, 3.
- Setena etapa. Aquest pas implica la transferència del grup fosfat de l'1,3-difosfoglicerat a l'ADP. El resultat final d'aquest pas és 3-fosfoglicerati ATP.
Fase 2: oxidació completa de la glucosa
- La vuitena etapa. En aquesta etapa, es realitza la transició del 3-fosfoglicerat al 2-fosfoglicerat. El procés de transició es realitza sota l'acció d'un enzim com la fosfoglicerat mutasa. Aquesta reacció química d'oxidació de la glucosa es produeix amb la presència obligatòria de magnesi (Mg).
- La novena etapa. En aquesta etapa, es produeix la deshidratació del 2-fosfoglicerat.
- La desena etapa. Hi ha una transferència de fosfats obtinguts com a resultat dels passos anteriors a PEP i ADP. El fosfenulpirovat es transfereix a l'ADP. Aquesta reacció química és possible en presència d'ions magnesi (Mg) i potassi (K).
En condicions aeròbiques, tot el procés arriba a CO2 i H2O. L'equació per a l'oxidació de la glucosa té aquest aspecte:
S6N12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O + 2880 kJ/mol.
Així, no hi ha acumulació de NADH a la cèl·lula durant la formació de lactat a partir de la glucosa. Això vol dir que aquest procés és anaeròbic i pot continuar en absència d'oxigen. L'oxigen és l'acceptador final d'electrons que el NADH transfereix a la cadena respiratòria.
En el procés de càlcul del balanç energètic de la reacció glicolítica, cal tenir en compte que cada pas de la segona etapa es repeteix dues vegades. D'això podem concloure que dues molècules d'ATP es gasten en la primera etapa, i 4 molècules d'ATP es formen durant la segona etapa per fosforilació.tipus de substrat. Això vol dir que com a resultat de l'oxidació de cada molècula de glucosa, la cèl·lula acumula dues molècules d'ATP.
Vam analitzar l'oxidació de la glucosa per l'oxigen.
Via anaeròbica d'oxidació de la glucosa
L'oxidació aeròbica és un procés d'oxidació en què s'allibera energia i que es desenvolupa en presència d'oxigen, que actua com a acceptor final d'hidrogen a la cadena respiratòria. El donant de molècules d'hidrogen és la forma reduïda de coenzims (FADH2, NADH, NADPH), que es formen durant la reacció intermèdia d'oxidació del substrat.
El procés d'oxidació de la glucosa de tipus dicotòmic aeròbic és la via principal del catabolisme de la glucosa al cos humà. Aquest tipus de glucòlisi es pot dur a terme en tots els teixits i òrgans del cos humà. El resultat d'aquesta reacció és la divisió de la molècula de glucosa en aigua i diòxid de carboni. L'energia alliberada s'emmagatzemarà en ATP. Aquest procés es pot dividir aproximadament en tres etapes:
- El procés de convertir una molècula de glucosa en un parell de molècules d'àcid pirúvic. La reacció es produeix al citoplasma cel·lular i és una via específica per a la degradació de la glucosa.
- El procés de formació d'acetil-CoA com a resultat de la descarboxilació oxidativa de l'àcid pirúvic. Aquesta reacció té lloc als mitocondris cel·lulars.
- El procés d'oxidació de l'acetil-CoA en el cicle de Krebs. La reacció té lloc als mitocondris cel·lulars.
A cada etapa d'aquest procés,formes reduïdes de coenzims oxidats per complexos enzimàtics de la cadena respiratòria. Com a resultat, l'ATP es forma quan s'oxida la glucosa.
Formació de coenzims
Els coenzims, que es formen en la segona i la tercera fase de la glucòlisi aeròbica, s'oxidaran directament als mitocondris de les cèl·lules. Paral·lelament a això, el NADH, que es va formar al citoplasma cel·lular durant la reacció de la primera etapa de la glucòlisi aeròbica, no té la capacitat de penetrar a través de les membranes mitocondrials. L'hidrogen es transfereix del NADH citoplasmàtic als mitocondris cel·lulars mitjançant cicles llançadora. Entre aquests cicles, es pot distingir el principal: malat-aspartat.
A continuació, amb l'ajuda del NADH citoplasmàtic, l'oxaloacetat es redueix a malat, que, al seu torn, entra als mitocondris cel·lulars i després s'oxida per reduir el NAD mitocondrial. L'oxaloacetat torna al citoplasma cel·lular com a aspartat.
Formes modificades de glucòlisi
La glucòlisi també pot anar acompanyada de l'alliberament d'1, 3 i 2, 3-bifosfoglicerats. Al mateix temps, el 2,3-bifosfoglicerat sota la influència dels catalitzadors biològics pot tornar al procés de glucòlisi i després canviar la seva forma a 3-fosfoglicerat. Aquests enzims tenen diferents funcions. Per exemple, el 2,3-bifosfoglicerat, que es troba a l'hemoglobina, afavoreix la transferència d'oxigen als teixits, alhora que contribueix a la dissociació i disminució de l'afinitat de l'oxigen i dels glòbuls vermells.
Conclusió
Molts bacteris poden canviar la forma de la glucòlisi en les seves diferents etapes. En aquest cas, és possible reduir-ne el nombre total o modificar aquestes etapes com a conseqüència de l'acció de diversos compostos enzimàtics. Alguns dels anaerobis tenen la capacitat de descompondre els hidrats de carboni d' altres maneres. La majoria dels termòfils només tenen dos enzims glicolítics, en particular l'enolasa i la piruvat cinasa.
Vam observar com s'oxida la glucosa al cos.
