Аеробне окислення вуглеводів

Аеробне окислення вуглеводів - основний шлях утворення енергії для організму. Непрямий - дихотомический і прямий - апотоміческій.

Прямий шлях розпаду глюкози - пентозний цикл - призводить до утворення пентоз і накопичення НАДФН2. Пентозний цикл характеризується послідовним відщепленням від молекул глюкози кожного з її 6 атомів вуглецю з утворенням протягом одного циклу по 1 молекулі вуглекислого газу і води. Розпад всієї молекули глюкози відбувається протягом 6 повторюваних циклів.

Значення пентозофосфатного циклу окислення вуглеводів в обміні речовин велике:

1. Він поставляє відновлений НАДФ, необхідний для біосинтезу жирних кислот, холестерину і т.д. За рахунок пентозного циклу на 50% покривається потреба організму в НАДФН2.

2. Поставка пентозофосфатов для синтезу нуклеїнових кислот і багатьох коферментів.

Реакції пентозного циклу протікають в цитоплазмі клітини.

При ряді патологічних станів питома вага пентозного шляху окислення глюкози зростає.

Непрямий шлях - розпад глюкози до вуглекислого газу і води з утворенням 36 молекул АТФ.

1. Розпад глюкози або глікогену до піровиноградної кислоти

2. Перетворення піровиноградної кислоти в ацетил КоА

Окислення ацетил-КоА в циклі Кребса до вуглекислого газу і води

С6Н12О6 + 6 О2 ® 6 СО2 + 6 Н2О + 686 ккал

У разі аеробного перетворення піровиноградна кислота піддається окислювальному декарбоксилюванню з утворенням ацетил КоА, який потім окислюється до вуглекислого газу і води.

Окислення пірувату до ацетил-КоА, каталізується піруватдегідрогеназного системою і протікає в кілька стадій. Сумарно реакція:

Піруват + НАДН + НS-КоА ® ацетил КоА + НАДН2 + СО2 реакція практично необоротна

Повне окислення ацетил-КоА відбувається в циклі трикарбонових кислот або циклі Кребса. Цей процес протікає в мітохондріях.

Цикл складається з 8 послідовних реакцій:

У цьому циклі, молекула, яка містить 2 атома вуглецю (оцтова кислота у формі ацетил-КоА) реагує з молекулою щавелевоуксусной кислоти, в результаті чого утворюється з'єднання з 6 атомами вуглецю - лимонна кислота. В процесі дегідрування, декарбоксилювання і підготовчої реакції лимонна кислота знову перетворюється в щавлевооцтову кислоту, яка легко з'єднується з іншою молекулою ацетил КоА.

1) ацетил-КоА + оксалоацетат (ЩУК) ®лімонная кислота

2) лимонна кіслота® ізолімонная кислота

3) ізолімонная к-та + НАД®a-кетоглутарова к-та + НАДН2 + СО2

4) a-кетоглутарова к-та + НS-КоА + НАД®сукцінілSКоА + НАДН2 + СО2

5) сукцинил-КоА + ГДФ + Фн®янтарная кислота + ГТФ + НS-КоА

сукцинил КоА синтетаза

6) бурштинова кислота + ФАД®фумаровая кислота + ФАДН2

7) фумарова кислота + Н2О® L яблучна кислота

8) малат + НАД®оксалоацетат + НАДН2

Разом при розщепленні в тканинах молекули глюкози синтезується 36 молекул АТФ. Безсумнівно, це в енергетичному відношенні більш ефективний процес ніж гліколіз.

Цикл Кребса - загальний кінцевий шлях, яким завершується обмін вуглеводів, жирних кислот і амінокислот. Всі ці речовини включаються в цикл Кребса на тому чи іншому етапі. Далі відбувається біологічне окислення або тканинне дихання, головною особливістю якого є те, що воно протікає поступово, через численні ферментативні стадії. Цей процес відбувається в мітохондріях, клітинних органелах, в яких зосереджена велика кількість ферментів. У процесі беруть участь пірідінзавісімие дегідрогенази, флавінзавісімие дегідрогенази, цитохроми, коензим Q - убіхінон, білки, що містять негеміновое залізо.

Інтенсивність дихання управляється співвідношенням АТФ / АДФ. Чим менше це відношення, тим інтенсивніше йде дихання, забезпечуючи вироблення АТФ.

Також цикл лимонної кислоти є в клітці головним джерелом двоокису вуглецю для реакцій карбоксилювання, з яких починається синтез жирних кислот і глюконеогенез. Та ж двоокис вуглецю поставляє вуглець для сечовини і деяких ланок пуринових і піримідинових кілець.

Взаємозв'язок між процесами вуглеводного і азотистого обміну також досягаються за допомогою проміжних продуктів циклу лимонної кислоти.

Існує кілька шляхів, за якими проміжні продукти циклу лимонної кислоти включаються в процес липогенеза. Розщеплення цитрату призводить до утворення ацетил-КоА, що грає роль попередника в біосинтезі жирних кислот.

Ізоцитрат і малат забезпечують освіту НАДФ, який витрачається в наступних відновлювальних етапах синтезу жирів.

Біологічне окислення і відновлення.

Клітинним диханням називають сукупність протікають в кожній клітині ферментативних процесів, в результаті яких молекули вуглеводів, жирних кислот і амінокислот розщеплюються в кінцевому рахунку до вуглекислоти і води, а звільняється біологічно корисна енергія запасається клітиною і потім використовується. Багато ферменти, що каталізують ці реакції, знаходяться в стінках і Кріста мітохондрій.

Відомо, що на всі прояви життя - зростання, рух, подразливість, самовідтворення - клітина повинна витрачати енергію. Всі живі клітини отримують біологічно корисну енергію за рахунок ферментативних реакцій, в ході яких електрони переходять з одного енергетичного рівня на інший. Для більшості організмів кінцевим акцептором електронів служить кисень, який реагуючи з електронами і іонами іонами водню утворює молекулу води. Передача електронів кисню відбувається за участю укладеної в мітохондріях ферментної системи - системи перенесення електронів. АТФ служить "енергетичної валютою" клітини і використовується у всіх реакціях обміну, що вимагають витрати енергії. Багаті енергією молекули не переміщаються вільно з однієї клітини в іншу, а утворюються в тому місці. де вони повинні бути використані. Наприклад, макроергічні зв'язку АТФ, що служать джерелом енергії для реакцій, пов'язаних з м'язовим скороченням, утворюються в самих м'язових клітинах.

Процес, в якому атоми або молекули втрачають електрони (е-) називають окисленням, а зворотний процес - додавання (приєднання) електронів до атома або молекули - відновленням.

Простим прикладом окислення і відновлення служить оборотна реакція - Fe2 + ®Fe3 + + e-

Реакція йде вправо - окислення, відібрання електрона

Вліво - відновлення (приєднання електрона)