Бұл мақалада глюкозаның қалай тотығатынын қарастырамыз. Көмірсулар – полигидроксикарбонил типті қосылыстар, сондай-ақ олардың туындылары. Сипаттамалары - альдегид немесе кетон топтарының және кемінде екі гидроксил тобының болуы.
Құрылысы бойынша көмірсулар моносахаридтер, полисахаридтер, олигосахаридтер болып бөлінеді.
Моносахаридтер
Моносахаридтер гидролизденбейтін ең қарапайым көмірсулар. Құрамында қай топ – альдегид немесе кетон болатынына байланысты альдозалар (оларға галактоза, глюкоза, рибоза жатады) және кетоздар (рибулоза, фруктоза) бөлінеді.
Олигосахаридтер
Олигосахаридтер – құрамында гликозидтік байланыс арқылы байланысқан моносахарид тектес екіден онға дейінгі қалдық бар көмірсулар. Моносахаридтердің қалдықтарының санына қарай дисахаридтер, трисахаридтер және т.б. Глюкоза тотыққанда не түзіледі? Бұл кейінірек талқыланады.
Полисахаридтер
Полисахаридтергликозидтік байланыстармен өзара байланысқан оннан астам моносахаридтердің қалдықтары бар көмірсулар. Полисахаридтің құрамында бірдей моносахарид қалдықтары болса, оны гомополисахарид деп атайды (мысалы, крахмал). Егер мұндай қалдықтар әртүрлі болса, онда гетерополисахаридпен (мысалы, гепаринмен).
Глюкозаның тотығуының маңызы қандай?
Көмірсулардың адам ағзасындағы қызметі
Көмірсулар келесі негізгі функцияларды орындайды:
- Энергия. Көмірсулардың ең маңызды қызметі, өйткені олар денеде энергияның негізгі көзі ретінде қызмет етеді. Олардың тотығуы нәтижесінде адамның энергия қажеттілігінің жартысынан көбі қанағаттандырылады. Бір грамм көмірсулардың тотығуы нәтижесінде 16,9 кДж бөлінеді.
- Резерв. Гликоген мен крахмал қоректік заттарды сақтаудың бір түрі болып табылады.
- Құрылымдық. Целлюлоза және кейбір басқа полисахарид қосылыстары өсімдіктерде күшті негіз құрайды. Сондай-ақ, олар липидтермен және белоктармен үйлеседі, барлық жасуша биомембрандарының құрамдас бөлігі болып табылады.
- Қорғаныс. Қышқыл гетерополисахаридтер биологиялық майлаушы рөлін атқарады. Олар буындардың бір-біріне жанасып, үйкеліс беттерін, мұрынның шырышты қабығын, ас қорыту жолдарын сызады.
- Антикоагулянт. Гепарин сияқты көмірсулардың маңызды биологиялық қасиеті бар, атап айтқанда, қанның ұюын болдырмайды.
- Көмірсулар белоктардың, липидтердің және нуклеин қышқылдарының синтезіне қажетті көміртегінің көзі болып табылады.
Ағза үшін көмірсулардың негізгі көзі тағамдық көмірсулар болып табылады – сахароза, крахмал, глюкоза, лактоза). Глюкозаны организмнің өзінде аминқышқылдарынан, глицериннен, лактат пен пируваттан (глюконеогенез) синтездеуге болады.
Гликолиз
Гликолиз глюкозаның тотығу процесінің үш ықтимал формасының бірі болып табылады. Бұл процесте энергия бөлінеді, ол кейіннен ATP және NADH-де сақталады. Оның бір молекуласы пируваттың екі молекуласына ыдырайды.
Гликолиз процесі әртүрлі ферментативті заттардың, яғни биологиялық сипаттағы катализаторлардың әсерінен жүреді. Ең маңызды тотықтырғыш - оттегі, бірақ гликолиз процесі оттегі болмаған жағдайда да жүргізілуі мүмкін екенін атап өткен жөн. Гликолиздің бұл түрі анаэробты деп аталады.
Анаэробты түрдегі гликолиз глюкозаның тотығуының сатылы процесі болып табылады. Бұл гликолизбен глюкозаның тотығуы толығымен болмайды. Осылайша, глюкозаның тотығуы кезінде пируваттың бір ғана молекуласы түзіледі. Энергетикалық артықшылықтар тұрғысынан анаэробты гликолиз аэробтыға қарағанда пайдалы емес. Алайда, егер оттегі жасушаға енсе, онда анаэробты гликолиз глюкозаның толық тотығуы болып табылатын аэробты гликолизге айналуы мүмкін.
Гликолиз механизмі
Гликолиз алты көміртекті глюкозаны үш көміртекті пируваттың екі молекуласына ыдыратады. Бүкіл процесс бес дайындық кезеңіне және тағы беске бөлінеді, оның барысында АТФ сақталадыэнергия.
Осылайша, гликолиз екі сатыда жүреді, олардың әрқайсысы бес кезеңге бөлінеді.
Глюкозаның тотығу реакциясының №1 сатысы
- Бірінші кезең. Бірінші қадам - глюкозаның фосфорлануы. Сахаридтердің активтенуі алтыншы көміртегі атомында фосфорлану арқылы жүреді.
- Екінші кезең. Глюкоза-6-фосфаттың изомерлену процесі жүреді. Бұл кезеңде глюкоза каталитикалық фосфоглюкоизомераза арқылы фруктоза-6-фосфатқа айналады.
- Үшінші кезең. Фруктоза-6-фосфаттың фосфорлануы. Бұл кезеңде фосфофруктокиназа-1 әсерінен фруктоза-1,6-дифосфаттың (альдолаза деп те аталады) түзілуі жүреді. Ол аденозин үшфосфор қышқылынан фруктоза молекуласына дейін фосфорил тобымен бірге жүруге қатысады.
- Төртінші кезең. Бұл кезеңде альдолазаның ыдырауы жүреді. Нәтижесінде екі триозафосфат молекуласы түзіледі, атап айтқанда кетоздар мен элдозалар.
- Бесінші кезең. Триозафосфаттардың изомерленуі. Бұл кезеңде глицеральдегид-3-фосфат глюкоза ыдырауының келесі сатыларына жіберіледі. Бұл жағдайда дигидроксиацетонфосфаттың глицеральдегид-3-фосфат түріне ауысуы жүреді. Бұл ауысу ферменттердің әсерінен жүзеге асады.
- Алтыншы кезең. Глицеральдегид-3-фосфаттың тотығу процесі. Бұл кезеңде молекула тотығады, содан кейін дифосфоглицерат-1, 3-ке дейін фосфорланады.
- Жетінші кезең. Бұл қадам фосфат тобын 1,3-дифосфоглицераттан АДФ-ге ауыстыруды қамтиды. Бұл қадамның соңғы нәтижесі 3-фосфоглицерат болып табыладыжәне ATP.
2-кезең – глюкозаның толық тотығуы
- Сегізінші кезең. Бұл кезеңде 3-фосфоглицераттың 2-фосфоглицератқа ауысуы жүзеге асады. Өтпелі процесс фосфоглицерат мутазы сияқты ферменттің әсерінен жүзеге асады. Глюкозаның тотығуының бұл химиялық реакциясы магнийдің (Mg) міндетті түрде қатысуымен жүреді.
- Тоғызыншы кезең. Бұл кезеңде 2-фосфоглицераттың сусыздануы орын алады.
- Оныншы кезең. Алдыңғы қадамдар нәтижесінде алынған фосфаттардың PEP және ADP-ге ауысуы бар. Фосфоэнулпироват АДФ-ға ауысады. Мұндай химиялық реакция магний (Mg) және калий (K) иондарының қатысуымен мүмкін.
Аэробты жағдайда бүкіл процесс CO2 және H2O күйіне келеді. Глюкозаның тотығу теңдеуі келесідей:
S6N12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O + 2880 кДж/моль.
Осылайша глюкозадан лактат түзілу кезінде жасушада NADH жиналмайды. Бұл мұндай процестің анаэробты екенін білдіреді және ол оттегінің болмауында жүруі мүмкін. Бұл NADH арқылы тыныс алу тізбегіне тасымалданатын соңғы электрон акцепторы болып табылатын оттегі.
Гликолитикалық реакцияның энергетикалық балансын есептеу барысында екінші кезеңнің әрбір қадамы екі рет қайталанатынын ескеру қажет. Бұдан бірінші кезеңде екі АТФ молекуласы жұмсалады, ал екінші кезеңде фосфорлану арқылы 4 АТФ молекуласы түзіледі деген қорытынды жасауға болады.субстрат түрі. Бұл глюкозаның әрбір молекуласының тотығуы нәтижесінде жасушада екі ATP молекуласы жинақталатынын білдіреді.
Глюкозаның оттегімен тотығуын қарастырдық.
Глюкозаның анаэробты тотығу жолы
Аэробты тотығу – энергия бөлінетін және тыныс алу тізбегіндегі сутегінің соңғы акцепторы ретінде әрекет ететін оттегінің қатысуымен жүретін тотығу процесі. Сутегі молекулаларының доноры субстрат тотығуының аралық реакциясы кезінде түзілетін коферменттердің (FADH2, NADH, NADPH) қалпына келтірілген түрі болып табылады.
Аэробты дихотомиялық типті глюкозаның тотығу процесі адам ағзасындағы глюкоза катаболизмінің негізгі жолы болып табылады. Гликолиздің бұл түрі адам ағзасының барлық тіндері мен мүшелерінде жүргізілуі мүмкін. Бұл реакцияның нәтижесі глюкоза молекуласының су мен көмірқышқыл газына ыдырауы болып табылады. Содан кейін бөлінген энергия АТФ-да сақталады. Бұл процесті шамамен үш кезеңге бөлуге болады:
- Глюкоза молекуласын пирожүзім қышқылының жұп молекуласына айналдыру процесі. Реакция жасуша цитоплазмасында жүреді және глюкозаның ыдырауының ерекше жолы болып табылады.
- Пирув қышқылының тотығу декарбоксилденуінің нәтижесінде ацетил-КоА түзілу процесі. Бұл реакция жасушалық митохондрияларда жүреді.
- Кребс цикліндегі ацетил-КоА тотығу процесі. Реакция жасушалық митохондрияларда жүреді.
Бұл процестің әр кезеңінде,тыныс алу тізбегінің ферменттік кешендері арқылы тотыққан коферменттердің тотықсызданған формалары. Нәтижесінде глюкоза тотыққанда АТФ түзіледі.
Коферменттердің түзілуі
Аэробты гликолиздің екінші және үшінші сатыларында түзілетін коферменттер жасушалардың митохондрияларында тікелей тотығады. Осымен қатар аэробты гликолиздің бірінші сатысының реакциясы кезінде жасуша цитоплазмасында түзілген NADH митохондриялық мембраналар арқылы өту қабілетіне ие емес. Сутегі цитоплазмалық NADH-дан жасушалық митохондрияларға шаттл циклдары арқылы тасымалданады. Осы циклдердің ішінде негізгісін ажыратуға болады – малат-аспартат.
Содан кейін цитоплазмалық NADH көмегімен оксалоацетат малатқа дейін тотықсызданады, ол өз кезегінде жасушалық митохондрияларға түседі, содан кейін митохондриялық NAD-ны азайту үшін тотығады. Оксалоацетат аспартат түрінде жасуша цитоплазмасына қайтады.
Гликолиздің модификацияланған түрлері
Гликолиз қосымша 1, 3 және 2, 3-бифосфоглицераттардың бөлінуімен қатар жүруі мүмкін. Бұл кезде 2,3-бифосфоглицерат биологиялық катализаторлардың әсерінен гликолиз процесіне қайта оралып, содан кейін оның түрін 3-фосфоглицератқа өзгерте алады. Бұл ферменттер әртүрлі рөл атқарады. Мысалы, гемоглобиннің құрамындағы 2, 3-бифосфоглицерат оттегі мен эритроциттердің диссоциациялануына және жақындығының төмендеуіне ықпал ете отырып, тіндерге оттегінің берілуіне ықпал етеді.
Қорытынды
Көптеген бактериялар гликолиз формасын оның әртүрлі кезеңдерінде өзгерте алады. Бұл жағдайда олардың жалпы санын азайтуға немесе әртүрлі ферменттік қосылыстардың әрекеті нәтижесінде бұл кезеңдерді өзгертуге болады. Кейбір анаэробтар көмірсуларды басқа жолмен ыдыратуға қабілетті. Термофилдердің көпшілігінде екі ғана гликолитикалық фермент бар, атап айтқанда энолаза мен пируваткиназа.
Біз глюкозаның ағзада қалай тотығатынын қарастырдық.
