Enerģijas apmaiņa

Bioloģiskā oksidācija cilvēka organismā ķīmiskā procesā ir līdzīga kurināmā sadedzināšanai (ogles, kūdra, koks). Kādas vielas tiek oksidētas cilvēka organismā un kādi ir kopīgi produkti ar degšanu šo procesu rezultātā?

Cilvēkiem oksidējas glikoze (ogļhidrāti), aminoskābes (olbaltumvielas), taukskābes (tauki). Tas rada oglekļa dioksīdu un ūdeni.

Paskaidrojiet, kādas ir organisko vielu bioloģiskās oksidācijas šūnā līdzības un to nedzīvā dabā sadedzināšanas procesa līdzības un atšķirības.

Līdzība: sarežģītas vielas sadala uz vienkāršākām vielām, atbrīvojot enerģiju. Atšķirības: bioloģiskā oksidācija notiek fermentu darbības rezultātā, tā notiek lēni (pakāpeniski), daļa enerģijas tiek uzglabāta ATP formā.

Kādi procesi notiek enerģijas metabolisma stadijās?

1) Enerģijas vielmaiņas sagatavošanas posms: kompleksās organiskās vielas (olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti) sadalās līdz vienkāršām organiskām vielām (aminoskābēm, taukskābēm, monosaharīdiem). Šajā procesā izdalītā enerģija tiek izkliedēta siltuma formā (netiek veidots ATP).
2) Glikolīze notiek citoplazmā. Glikoze oksidējas uz divām piruvīnskābes (PVC) molekulām, veidojot 4 ūdeņraža atomus un 2 ATP enerģiju. Anoksiskajos apstākļos no PVH un ūdeņraža veidojas pienskābe (pienskābes fermentācija) vai alkohols un oglekļa dioksīds (spirta fermentācija).
3) Skābekļa klātbūtnē glikolīzes produkti (PVC un H) mitohondrijās oksidējas ar oglekļa dioksīdu un ūdeni, veidojot enerģiju 36 ATP.

Ir zināms, ka vielmaiņas reakcijas paātrina fermenti. Kādas ir sekas, ko rada, samazinot fermentu aktivitāti, kas iesaistīti dzīvnieku enerģijas metabolisma skābekļa stadijā?

1) Skābekļa elpošanas reakciju ātrums palēnināsies.
2) ķermenis paātrinās beksilorodnogo elpošanas procesus.
3) Iestādēm, kas nespēj elpot bez skābekļa, trūkst enerģijas.

Kāda ir oksidatīvās fosforilācijas bioloģiskā nozīme?

Ūdeņraža atomi, kas iegūti iepriekšējos enerģijas metabolisma posmos, oksidējas ar skābekli, bet tiek atbrīvota enerģija, kas tiek novirzīta ATP (ADP fosforilēšana) sintēzei.

Ogļhidrātu vielmaiņas traucējumi

Vispārīga informācija

Ogļhidrātu vielmaiņa ir atbildīga par ogļhidrātu asimilācijas procesu organismā, to sadalīšanos starpproduktu un galaproduktu veidošanā, kā arī savienojumu neoplazmu, kas nav ogļhidrāti, vai vienkāršu ogļhidrātu pārveidošanu par sarežģītākiem. Ogļhidrātu galveno lomu nosaka to enerģijas funkcija.

Glikozes līmenis asinīs ir tiešs enerģijas avots organismā. Tās sadalīšanās un oksidēšanās ātrums, kā arī spēja ātri izņemt no noliktavas nodrošina ārkārtas energoresursu mobilizāciju ar strauji augošām enerģijas izmaksām emocionālas uzbudinājuma gadījumos ar intensīvu muskuļu slodzi.

Ar glikozes līmeņa pazemināšanos asinīs attīstās:

veģetatīvās reakcijas (pastiprināta svīšana, ādas asinsvadu lūmena izmaiņas).

Šo stāvokli sauc par "hipoglikēmisku komu". Glikozes ievadīšana asinīs ātri novērš šos traucējumus.

Ogļhidrātu metabolisms cilvēka organismā sastāv no šādiem procesiem:

Gremošana gremošanas traktā no pārtikas produktiem nonākušiem polia un disaharīdiem, monosaharīdu turpmāka uzsūkšanās no zarnām asinīs.

Glikogēna sintēze un sadalīšanās audos (glikogeneze un glikogenolīze).

Glikolīze (glikozes sadalījums).

Glikozes oksidēšanas anaerobais veids (pentozes cikls).

Piruvāta anaerobais metabolisms.

Gluconeogenesis ir ogļhidrātu veidošanās no pārtikas produktiem, kas nav ogļhidrāti.

Ogļhidrātu vielmaiņas traucējumi

Ogļhidrātu uzsūkšanos traucē kuņģa-zarnu trakta amilolītisko enzīmu trūkums (aizkuņģa dziedzera sulas amilāze). Tajā pašā laikā ogļhidrāti, kas nāk no pārtikas, netiek sadalīti monosaharīdos un netiek absorbēti. Tā rezultātā pacientam rodas ogļhidrātu bada.

Ogļhidrātu absorbcija arī cieš, ja zarnu sienā tiek traucēta glikozes fosforilācija, kas notiek zarnu iekaisuma laikā, un saindēšanās ar indēm, kas bloķē heksokināzes (phloridzin, monoiodoacetate) fermentu. Zarnu sienā nav glikozes fosforilācijas, un tas nenonāk asinīs.

Ogļhidrātu absorbcija ir īpaši viegli traucēta zīdaiņiem, kuri vēl nav pilnībā izveidojuši gremošanas fermentus un fermentus, kas nodrošina fosforilāciju un defosforilēšanu.

Ogļhidrātu metabolisma cēloņi ogļhidrātu hidrolīzes un absorbcijas pārkāpumu dēļ:

aknu disfunkcija - glikogēna veidošanās no pienskābes - acidoze (hiperlēmija).


Glikogēna sintēzes un šķelšanās pārkāpums


Glikogēna sintēze var atšķirties patoloģiskā pieauguma vai samazinājuma virzienā. Palielinās glikogēna sadalīšanās, kad centrālā nervu sistēma ir satraukta. Impulsi pa simpātiskiem ceļiem dodas uz glikogēna depo (aknas, muskuļi) un aktivizē glikogenolīzi un glikogēna mobilizāciju. Turklāt centrālās nervu sistēmas ierosmes rezultātā palielinās hipofīzes darbība, virsnieru dziedzeru smadzeņu slānis un vairogdziedzera darbība, kuras hormoni stimulē glikogēna sadalīšanos.

Smaga muskuļu darba laikā palielinās glikogēna sadalījums, vienlaikus palielinot muskuļu glikozes patēriņu. Glikogēna sintēzes samazināšanās notiek iekaisuma procesos aknās: hepatīts, kura laikā tiek traucēta glikogēna izglītošanās funkcija.

Glikogēna trūkuma dēļ audu enerģija pāriet uz tauku un olbaltumvielu apmaiņu. Enerģijas veidošanās tauku oksidācijas dēļ prasa daudz skābekļa; pretējā gadījumā notiek ketona struktūras, kas uzkrājas pārpilnībā un intoksikācija. Enerģijas veidošanās olbaltumvielu dēļ izraisa plastmasas materiāla zudumu. Glikogenoze ir glikogēna metabolisma pārkāpums, ko papildina glikogēna patoloģiskā uzkrāšanās orgānos.

Girke slimības glikogenoze, ko izraisa glikozes-6-fosfatāzes iedzimts trūkums, kas ir aknu un nieru šūnu enzīms.

Glikogenoze α-glikozidāzes iedzimtajā trūkumā. Šis enzīms sašķeļ glikozes atlikumus no glikogēna molekulām un sadala maltozi. Tas atrodas lizosomās un ir atdalīts no citoplazmas fosforilāzes.

Ja nav α-glikozidāzes, glikogēns uzkrājas lizosomās, kas nospiež citoplazmu atpakaļ, aizpilda visu šūnu un iznīcina to. Glikozes līmenis asinīs ir normāls. Glikogēns uzkrājas aknās, nierēs, sirdī. Tiek traucēta miokarda metabolisms, sirds aug. Slimi bērni mirst no sirds mazspējas.

Ogļhidrātu vidējā metabolisma traucējumi


Ogļhidrātu vidējā metabolisma pārkāpums var izraisīt:

Hipoksiski stāvokļi (piemēram, elpošanas vai asinsrites nepietiekamības gadījumā anēmijas gadījumā) ogļhidrātu transformācijas anaerobais posms dominē pār aerobo fāzi. Piena un piruvīnskābes audos un asinīs ir pārmērīga uzkrāšanās. Pienskābes saturs asinīs palielinās vairākas reizes. Acidoze notiek. Traucēti enzīmu procesi. ATP veidošanās ir samazināta.

Aknu darbības traucējumi, kuros parasti pienskābes daļa tiek pārvērsta par glikozi un glikogēnu. Ar aknu bojājumiem šī sintēze tiek traucēta. Attīstās hiperakidēmija un acidoze.

Hipovitaminoze B1. Pirovīnskābes oksidēšanās ir traucēta, jo B1 vitamīns ir daļa no šajā procesā iesaistītā koenzīma. Pirātu skābe uzkrājas pārmērīgi un daļēji pārvēršas pienskābē, kuras saturs arī palielinās. Traucējot piruvīnskābes oksidāciju, acetilholīna sintēze tiek samazināta un traucēta nervu impulsu pārnešana. Samazinās acetilsenzīma A veidošanās no piruvīnskābes, un piruvīnskābe ir nervu galu farmakoloģiska inde. Pieaugot tā koncentrācijai par 2-3 reizēm, tiek pārkāpti jutīgums, neirīts, paralīze utt.

Hipovitaminozes B1 gadījumā tiek pārtraukts arī ogļhidrātu metabolisma pentozes fosfāta ceļš, jo īpaši ribozes veidošanās.


Hiperglikēmija


Hiperglikēmija ir cukura līmeņa paaugstināšanās asinīs virs normālā. Atkarībā no etioloģiskajiem faktoriem tiek izdalīti šādi hiperglikēmijas veidi:

Uztura hiperglikēmija. Izstrādāts, lietojot lielus cukura daudzumus. Šāda veida hiperglikēmiju izmanto, lai novērtētu ogļhidrātu vielmaiņas stāvokli (ts cukura slodzi). Veselam cilvēkam pēc vienas 100-150 g cukura devas palielinās glikozes saturs asinīs, sasniedzot maksimālo 1,5-1,7 g / l (150-170 mg%) 30-45 minūšu laikā. Tad cukura līmenis asinīs sāk samazināties, un pēc 2 stundām tas nokrītas līdz normai (0,8-1,2 g / l), un pēc 3 stundām tas izrādās pat nedaudz zemāks.

Emocionālā hiperglikēmija. Tā kā kairinošā procesa smadzeņu garozā strauji dominē inhibējošais ierosinājums, tas izstarojas centrālās nervu sistēmas apakšējās daļās. Impulsu plūsma pa simpātiskiem ceļiem, virzoties uz aknām, pastiprina glikogēna sadalījumu tajā un kavē ogļhidrātu pārnešanu uz taukiem. Tajā pašā laikā uzbudinājums iedarbojas caur hipotalāmu centriem un simpātisko nervu sistēmu virsnieru dziedzeros. Liels daudzums adrenalīna, kas stimulē glikogenolīzi, nonāk asinīs.

Hormonālā hiperglikēmija. Notiek pārkāpums endokrīno dziedzeru, hormonu, kas ir iesaistīti ogļhidrātu metabolisma regulēšanā, funkcijai. Piemēram, hiperglikēmija attīstās, palielinoties glikagona ražošanai, aizkuņģa dziedzera Langerhansa saliņu hormonu α-šūnām, kas, aktivizējot aknu fosforilāzi, veicina glikogenolīzi. Adrenalīnam ir līdzīga iedarbība. Pārmērīgs glikokortikoīdu daudzums izraisa hiperglikēmiju (stimulē glikoneogenesis un inhibē heksokināzi), un hipofīzes somatotropais hormons (inhibē glikogēna sintēzi, veicina heksokināzes inhibitora veidošanos un aktivizē aknu insulīnu).

Hiperglikēmija dažos anestēzijas veidos. Ar ēterisko un morfīno anestēziju tiek simulēti centri un adrenalīns tiek atbrīvots no virsnieru dziedzeriem; hloroformas anestēzijā tam pievienojas aknu glikogēna veidošanās funkcijas pārkāpums.

Hiperglikēmija ar insulīna deficītu ir visvairāk noturīga un izteikta. To atkārto eksperimentā, noņemot aizkuņģa dziedzeri. Tomēr insulīna deficīts ir apvienots ar smagu gremošanas traucējumu. Tāpēc uzlabotā eksperimentālā insulīna deficīta modeļa problēma ir aloksāna (C4H2N2O4) ieviešana, kas bloķē SH grupas. Langerhanas aizkuņģa dziedzera saliņu β-šūnās, kur SH grupas rezerves ir nelielas, to trūkums ātri notiek un insulīns kļūst neaktīvs.

Insulīna eksperimentālo nepietiekamību var izraisīt ditizons, kas bloķē cinku Langerhanna saliņu β-šūnās, kas izraisa insulīna molekulu granulu veidošanos un tās nogulsnēšanos. Turklāt β-šūnās veidojas cinka ditizonāts, kas bojā insulīna molekulas.

Insulīna deficīts var būt aizkuņģa dziedzeris un ekstrapancreatic. Abi šie insulīna deficīta veidi var izraisīt diabētu.


Aizkuņģa dziedzera insulīna nepietiekamība


Šāda veida neveiksmes rodas, kad aizkuņģa dziedzeris tiek iznīcināts:

Šādos gadījumos tiek pārkāptas visas aizkuņģa dziedzera funkcijas, tostarp spēja ražot insulīnu. Pēc pankreatīta insulīna deficīts attīstās 16–18% gadījumu sakarā ar saistaudu pārmērīgu izplatīšanos, kas traucē skābekļa padevi šūnām.

Langerhanna salu lokālā insulīna hipoksija (ateroskleroze, asinsvadu spazmas) izraisa insulīna nepietiekamību, kad parasti ir ļoti intensīva asinsrite. Šajā gadījumā insulīna disulfīdu grupas kļūst par sulfhidrilu un tam nav hipoglikēmiskas iedarbības). Tiek uzskatīts, ka insulīna deficīta cēlonis var būt aloksāna veidošanās organismā ar purīna metabolisma pārkāpumu, kas pēc struktūras ir līdzīgs urīnskābei.

Izolētais aparāts var tikt izsmelts pēc sākotnējās funkcijas palielināšanas, piemēram, ēdot pārāk daudz sagremojamu ogļhidrātu, kas izraisa hiperglikēmiju, pārēšanās laikā. Aizkuņģa dziedzera insulīna deficīta attīstībā svarīga loma ir salu aparāta sākotnējai iedzimtajai nepilnvērtībai.

Extrapancreatic insulīna nepietiekamība


Šāda veida trūkums var attīstīties, palielinoties insulīna aktivitātei: enzīms, kas sabojā insulīnu un tiek veidots aknās pubertātes sākumā.

Hroniski iekaisuma procesi var izraisīt insulīna deficītu, kurā daudzi proteolītiskie fermenti, kas iznīcina insulīnu, nonāk asinīs.

Hidrokortizona pārpalikums, inhibējot heksokināzi, samazina insulīna iedarbību. Insulīna aktivitāte samazinās, ja asinīs ir pārpalikums nesterificētu taukskābju, kam ir tieša inhibējoša ietekme uz to.

Insulīna nepietiekamības cēlonis var būt tās pārmērīgā saikne ar pārnesošajiem proteīniem asinīs. Ar olbaltumu saistīts insulīns aknās un muskuļos nav aktīvs, bet parasti tas ietekmē taukaudus.

Dažos gadījumos ar cukura diabētu insulīna saturs asinīs ir normāls vai pat paaugstināts. Tiek pieņemts, ka diabētu izraisa insulīna antagonista klātbūtne asinīs, bet šī antagonista raksturs nav noteikts. Antivielu veidošanās pret insulīnu organismā izraisa šī hormona iznīcināšanu.

Diabēts


Ogļhidrātu vielmaiņu diabēta gadījumā raksturo šādas īpašības:

Glikokināzes sintēze krasi samazinās, kas diabēta laikā gandrīz pilnībā izzūd no aknām, kas izraisa glikozes-6-fosfāta veidošanos aknu šūnās. Šis brīdis kopā ar samazinātu glikogēna sintetāzes sintēzi izraisa glikogēna sintēzes strauju palēnināšanos. Notiek glikogēna aknu izsīkums. Tā kā trūkst glikozes-6-fosfāta, pentozes fosfāta cikls tiek kavēts;

Glikozes-6-fosfatāzes aktivitāte dramatiski palielinās, tāpēc glikozes-6-fosfāts ir defosforilēts un nonāk asinīs kā glikoze;

Glikozes pāreja uz taukiem tiek kavēta;

Glikozes caurlaidība caur šūnu membrānu samazinās, tas audos slikti uzsūcas;

Glikonogēze, glikozes veidošanās no laktāta, piruvāta, taukskābju aminoskābēm un cita bez ogļhidrātu vielmaiņa strauji paātrinās. Glikoneoģenēzes paātrinājums cukura diabēta dēļ ir saistīts ar insulīna milzīgo efektu (nomākšanu) uz fermentiem, kas nodrošina glikoneogenēzi aknu un nieru šūnās: piruvāta karboksilāzi, glikozi-6-fosfatāzi.


Tādējādi cukura diabēta laikā audos ir pārmērīga glikozes lietošana un nepietiekama glikozes lietošana, kā rezultātā rodas hiperglikēmija. Cukura saturs asinīs smagās formās var sasniegt 4-5 g / l (400-500 mg%) un augstāku. Tajā pašā laikā asiņošanas osmotiskais spiediens dramatiski palielinās, izraisot ķermeņa šūnu dehidratāciju. Dehidratācijas dēļ centrālās nervu sistēmas (hiperosmolārā koma) funkcijas ir ļoti traucētas.

Cukura līkne cukura diabēta laikā, salīdzinot ar veseliem, ievērojami pagarinājās laika gaitā. Hiperglikēmijas nozīme slimības patogenēzē ir divējāda. Tam ir adaptīva loma, jo to inhibē glikogēna sadalījums, un tā sintēze ir daļēji uzlabota. Izmantojot hiperglikēmiju, glikoze iekļūst audos labāk un viņiem nav strauja ogļhidrātu trūkuma. Hiperglikēmijai ir negatīva nozīme.

Kad tas palielina glikozes un mukoproteīnu koncentrāciju, kas viegli nokrīt saistaudos, veicinot hialīna veidošanos. Tāpēc cukura diabētu raksturo agrīna asinsvadu bojājumi ar aterosklerozi. Aterosklerotiskais process aptver sirds koronāro asinsvadu (koronāro mazspēju) un nieru asinsvadus (glomerulonefrīts). Vecumdienās cukura diabētu var kombinēt ar hipertensiju.

Glikozūrija

Parasti glikoze ir iekļauta pagaidu urīnā. Caurulēs tas reabsorbējas glikozes fosfāta formā, kas prasa heksokināzi, un pēc defosforilēšanas iekļūst asinīs. Tādējādi galīgajā urīna cukura normālos apstākļos nav.

Cukura diabēta laikā glikozes fosforilācijas un defosforilācijas procesi nieru tubulās nesaskaras ar lieko glikozi primārajā urīnā. Attīstās glikozūrija. Smagos cukura diabēta veidos cukura saturs urīnā var sasniegt 8-10%. Palielinās urīna osmotiskais spiediens; tāpēc gala urīnā nonāk daudz ūdens.

Dienas diurēze palielinās līdz 5-10 litriem vai vairāk (poliūrija). Attīstās organisma dehidratācija, attīstās slāpes (polidipsija). Ja ogļhidrātu vielmaiņa ir traucēta, sazinieties ar endokrinologu, lai saņemtu profesionālu palīdzību. Ārsts izvēlēsies nepieciešamo ārstēšanu un izstrādās individuālu uzturu.

Gennady Romat personīgais emuārs

Organisma vielmaiņa ir pastāvīgi saistīta ar enerģijas apmaiņu. Enerģijas apmaiņas reakcijas notiek pastāvīgi, pat ja mēs gulējam. Pēc sarežģītām ķīmiskajām izmaiņām barības vielas tiek pārvērstas no augstas molekulārās uz vienkāršām, kuras papildina enerģijas izdalīšanās. Tā ir visa enerģijas apmaiņa.

Ķermeņa enerģijas prasības brauciena laikā ir ļoti augstas. Piemēram, 2,5–3 stundu darba laikā patērē aptuveni 2600 kaloriju (tas ir maratona attālums), kas ievērojami pārsniedz cilvēka mazkustīgā dzīvesveida enerģijas izmaksas dienā. Brauciena laikā ķermenis enerģiju iegūst no muskuļu glikogēna un tauku krājumiem.

Muskuļu glikogēns, kas ir sarežģīta glikozes molekulu ķēde, uzkrājas aktīvajās muskuļu grupās. Aerobās glikolīzes un divu citu ķīmisku procesu rezultātā glikogēns tiek pārvērsts par adenozīna trifosfātu (ATP).

ATP molekula ir galvenais ķermeņa enerģijas avots. Enerģijas bilances un enerģijas metabolisma saglabāšana notiek šūnu līmenī. Skrējēja ātrums un izturība ir atkarīga no šūnas elpošanas. Tāpēc, lai sasniegtu visaugstākos rezultātus, ir nepieciešams nodrošināt šūnu ar skābekli visam attālumam. Šim nolūkam ir nepieciešama apmācība.

Enerģija cilvēka organismā. Enerģijas vielmaiņas posmi.

Mēs vienmēr saņemam un tērējam enerģiju. Pārtikas veidā mēs iegūstam pamata barības vielas vai gatavas organiskas vielas, tās ir olbaltumvielas, tauki un ogļhidrāti. Pirmais posms ir gremošana, šeit nav enerģijas, ko mūsu ķermenis var uzglabāt.

Gremošanas process nav paredzēts enerģijas iegūšanai, bet drīzāk lielu molekulu sadalīšanai mazās. Ideālā gadījumā viss būtu jāsadala monomēros. Ogļhidrāti ir sadalīti līdz glikozei, fruktozei un galaktozei. Tauki - glicerīnam un taukskābēm, olbaltumvielām ar aminoskābēm.

Šūnu elpošana

Papildus gremošanai ir otrā daļa vai posms. Tas ir elpa. Mēs elpojam un piespiežam gaisu plaušās, bet tā nav galvenā elpošanas daļa. Elpošana ir tad, kad mūsu šūnas, izmantojot skābekli, sadedzina ūdeni un oglekļa dioksīdu, lai iegūtu enerģiju. Šis ir pēdējais posms enerģijas iegūšanā, kas notiek katrā no mūsu šūnām.

Galvenais cilvēku uztura avots ir ogļhidrāti, kas uzkrājušies muskuļos glikogēna veidā, glikogēns parasti ir pietiekams 40-45 minūšu skriešanas laikā. Pēc šī laika ķermenim ir jāpāriet uz citu enerģijas avotu. Tie ir tauki. Tauki ir alternatīva glikogēna enerģija.

Alternatīvā enerģija - tas nozīmē, ka jāizvēlas viens no diviem enerģijas vai tauku vai glikogēna avotiem. Mūsu ķermenis var saņemt enerģiju tikai no viena avota.

Tālsatiksmes braucieni atšķiras no īsa attāluma, jo pastāvošais organisms neizbēgami pāriet uz muskuļu tauku izmantošanu kā papildu enerģijas avotu.

Taukskābes - tas nav labākais ogļhidrātu aizstājējs, jo to izvēle un izmantošana aizņem daudz vairāk enerģijas un laika. Bet, ja glikogēns ir beidzies, tad ķermenim nav citas izvēles kā izmantot taukus, lai šādā veidā iegūtu vajadzīgo enerģiju. Izrādās, ka tauki vienmēr ir rezerves variants ķermenim.

Es atzīmēju, ka tauki, kas tiek izmantoti braukšanai, ir tauki, kas atrodas muskuļu šķiedrās, nevis tauku slāņi, kas pārklāj ķermeni.

Ja sadedzina vai sadala organiskas vielas, rodas atkritumi, tas ir oglekļa dioksīds un ūdens. Mūsu organiskās vielas ir olbaltumvielas, tauki un ogļhidrāti. Oglekļa dioksīds tiek izelpots ar gaisu, un ūdeni lieto organisms vai izdalās ar sviedriem vai urīnu.

Uzturot barības vielas, mūsu ķermenis zaudē daļu enerģijas siltuma veidā. Tātad uzkarsē un zaudē enerģiju automašīnā esošajā tukšajā dzinējā, un tā braucēja muskuļi tērē milzīgu enerģiju. ķīmiskās enerģijas pārvēršana mehāniskā. Turklāt efektivitāte ir aptuveni 50%, tas ir, puse enerģijas tiek izmantota kā siltums gaisā.

Mēs varam atšķirt enerģijas metabolisma galvenos posmus:

Mēs ēdam, lai iegūtu barības vielas, mēs tos nojauktu, tad oksidējamies ar skābekli, mēs nonākam pie enerģijas. Daļa enerģijas vienmēr tiek izvadīta kā siltums, un daži mēs to uzglabājam. Enerģija tiek glabāta ķīmiskā savienojuma veidā, ko sauc par ATP.

Kas ir ATP?

ATP - adenozīna trifosfāts, kam ir liela nozīme enerģijas un vielu apmaiņā organismos. ATP ir universāls enerģijas avots visiem bioķīmiskajiem procesiem, kas notiek dzīvajās sistēmās.

Ķermenī ATP ir viena no visbiežāk atjauninātajām vielām, tāpēc cilvēkiem ATP molekula ir mazāka par vienu minūti. Dienas laikā viena ATP molekula iziet vidēji 2000–3000 sintēzes ciklus. Cilvēka ķermenis sintezē apmēram 40 kg ATP dienā, bet katrā konkrētā brīdī ir aptuveni 250 g, ti, organismā nav gandrīz ATP krājumu, un normālai dzīvei ir nepieciešams pastāvīgi sintezēt jaunas ATP molekulas.

Secinājums: Mūsu ķermenis pats var uzglabāt enerģiju ķīmiskā savienojuma formā. Tas ir ATP.

Atf sastāv no slāpekļa bāzes adenīna, ribozes un trifosfāta fosforskābes atlikumiem.

Lai izveidotu ATF, nepieciešams daudz enerģijas, bet, kad tas tiek iznīcināts, jūs varat atgriezt šo enerģiju. Mūsu ķermenis, sadalot barības vielas, rada ATP molekulu, un tad, kad tai ir nepieciešama enerģija, tā sadala ATP molekulu vai sadala molekulas saites. Vienu no fosforskābes atlikumiem var atdalīt -40 kJ. ⁄ mol

Tas vienmēr ir gadījums, jo mums nepārtraukti ir vajadzīga enerģija, it sevišķi braukšanas laikā. Enerģijas avoti ķermenī var būt dažādi (gaļa. Augļi. Dārzeņi utt.). Iekšējais enerģijas avots ir viens - tas ir ATP. Molekulas dzīves ilgums ir mazāks par vienu minūti. tādēļ ķermenis pastāvīgi sadala un atkārto ATP.

Sadalīšanas enerģija Šūnu enerģija

Dissimilācija

Mēs iegūstam lielāko daļu enerģijas no glikozes kā ATP molekulu. Tā kā mums visu laiku ir vajadzīga enerģija, šīs molekulas nonāks ķermenī, kur nepieciešams enerģiju.

ATP izdala enerģiju un tajā pašā laikā sadalās ar ADP-adenozīna difosfātu. ADP ir tā pati ATP molekula, bet bez viena fosforskābes atlikuma. Dee ir divi. Glikoze, sadalīšana, dod enerģiju, ko ADP ņem un atjauno fosfora atlikumu, pārvēršoties par ATP, kas atkal ir gatava tērēt enerģiju.

Šo procesu sauc par disimilāciju (iznīcināšana), šajā gadījumā enerģijas ražošanai ir nepieciešams iznīcināt ATP molekulu.

Asimilācija

Bet ir vēl viens process. Jūs varat veidot savas vielas ar enerģijas izdevumiem. Šo procesu sauc par asimilāciju. No mazākām, lai radītu lielākas vielas. Pašu proteīnu, nukleīnskābju, tauku un ogļhidrātu ražošana.

Piemēram, jūs ēdāt kādu gaļu, un gaļa ir olbaltumviela, kas jāsadala pēc aminoskābēm, no šīm aminoskābēm, savās olbaltumvielās tiks savākti vai sintezēti, kas kļūs par jūsu muskuļiem. Tas aizņems daļu enerģijas.

Enerģijas iegūšana. Kas ir glikolīze?

Viens no procesiem enerģijas iegūšanai visiem dzīvajiem organismiem ir glikolīze. Glikolīzi var atrast jebkuras mūsu šūnas citoplazmā. Nosaukums "glikolīze" nāk no grieķu valodas. - salds un grech. - likvidācija.

Glikolīze ir glikozes secīgas sadalīšanās šūnās, kam pievienota ATP sintēze. Tās ir 13 enzīmu reakcijas. Glikolīze aerobos apstākļos izraisa piruvīnskābes (piruvāta) veidošanos.

Glikolīze anaerobos apstākļos izraisa pienskābes (laktāta) veidošanos. Glikolīze ir galvenais glikozes katabolisms dzīvniekiem.

Glikolīze ir viens no vecākajiem vielmaiņas procesiem, kas pazīstams gandrīz visos dzīvajos organismos. Iespējams, glikolīze pirms vairāk nekā 3,5 miljardiem gadu parādījās primārajās prokariotēs. (Prokarioti ir organismi, kuros šūnas nav izveidojušās kodola. Tās funkciju veic nukleotīds (tas ir, "līdzīgs kodolam"), atšķirībā no kodola, nukleotīdam nav sava čaumala.

Anaerobā glikolīze

Anaerobā glikolīze ir veids, kā iegūt enerģiju no glikozes molekulas, neizmantojot skābekli. Glikolīzes process (sadalīšana) ir glikozes oksidēšanās process, kurā divas piruvīnskābes molekulas tiek veidotas no vienas glikozes molekulas.

Glikozes molekula tiek sasmalcināta divās pusēs, ko var saukt par piruvātu, kas ir tāds pats kā piruvīnskābe. Katra piruvāta puse var atjaunot ATP molekulu. Izrādās, ka, sadalot vienu glikozes molekulu, var atjaunot divas ATP molekulas.

Ilgstoši vai anaerobā režīmā pēc kāda laika kļūst grūti elpot, kāju muskuļi nogurst, kājas kļūst smagas, tāpat kā jūs pārtraucat iegūt pietiekami daudz skābekļa.

Tā kā enerģijas iegūšanas process muskuļos beidzas ar glikolīzi. Tāpēc muskuļi sāk sāpēt un atsakās strādāt enerģijas trūkuma dēļ. Izveidojas pienskābe vai laktāts. Izrādās, ka jo ātrāks ir sportists, jo ātrāk viņš ražo laktātu. Asins laktāta līmenis ir cieši saistīts ar vingrinājuma intensitāti.

Aerobā glikolīze

Glikolīze pati par sevi ir pilnīgi anaerobs process, tas nozīmē, ka reakcijai nav nepieciešama skābekļa klātbūtne. Bet piekrītu, ka divu ATP molekulu iegūšana glikolīzes laikā ir ļoti maza.

Tāpēc organismā ir alternatīva iespēja iegūt enerģiju no glikozes. Bet ar skābekļa līdzdalību. Tas ir elpošana ar skābekli. kas katram no mums pieder, vai aerobo glikolīzi. Aerobā glikolīze spēj ātri atjaunot muskuļu ATP veikalus.

Dinamiskajās slodzēs, piemēram, braukšanā, peldēšanā utt., Notiek aerobā glikolīze. tas ir, ja jūs vadāt un nedrīkstat, bet mierīgi runājat ar vairākiem biedriem, tad mēs varam teikt, ka jūs strādājat aerobā režīmā.

Elpošana vai aerobā glikolīze notiek mitohondrijās īpašu enzīmu ietekmē un prasa skābekļa izmaksas, un attiecīgi laiks tās piegādei.

Oksidācija notiek vairākos posmos, vispirms notiek glikolīze, bet divas piruvāta molekulas, kas veidojas reakcijas starpposmā, netiek pārvērstas pienskābes molekulās, bet iekļūst mitohondrijās, kur tās Krebsa ciklā oksidējas ar oglekļa dioksīdu CO2 un ūdeni H2O un ražo enerģiju ražošanai 36 vēl ATP molekulas.

Mitohondriji ir īpaši organoīdi, kas atrodas šūnā, tāpēc ir tāds, kā šūnu elpošana, un šāda elpošana notiek visos organismos, kam nepieciešama skābekļa, ieskaitot jūs un mani.

Glikolīze ir ārkārtīgi nozīmīgs katabolisks ceļš. Tā nodrošina enerģiju šūnu reakcijām, ieskaitot proteīnu sintēzi. Glikolīzes starpprodukti tiek izmantoti tauku sintēzē. Piruvātu var izmantot arī alanīna, aspartāta un citu savienojumu sintezēšanai. Glikolīzes dēļ mitohondriju produktivitāte un skābekļa pieejamība neierobežo muskuļu spēku īstermiņa slodzes ierobežošanas laikā. Aerobā oksidācija ir 20 reizes efektīvāka nekā anaerobā glikolīze.

Kas ir mitohondriji?

Mitohondriji (no grieķu valodas. Μίτος - diegu un χόνδρος - graudi, graudi) - divu membrānu sfērisks vai elipsoīds organoīds ar diametru, kas parasti ir aptuveni 1 mikrometrs. Galvenā funkcija ir organisko savienojumu oksidācija un enerģijas izdalīšanās, kas izdalās to sabrukšanas laikā, lai radītu elektrisko potenciālu, ATP sintēzi un termogēnu.

Mitohondriju skaits šūnā ir mainīgs. Tās ir īpaši daudzas šūnās, kurās skābekļa nepieciešamība ir liela. Atkarībā no tā, kuras šūnu daļas katrā konkrētā brīdī ir palielināts enerģijas patēriņš, šūnā esošie mitohondriji var pārvietoties pa citoplazmu uz visaugstākā enerģijas patēriņa zonām.

Mitohondriju funkcijas

Viena no galvenajām mitohondriju funkcijām ir ATP sintēze - universāla ķīmiskās enerģijas forma jebkurā dzīvā šūnā. Raugieties, pie ieejas ir divas piruvāta molekulas, un izejā ir milzīgs daudzums "daudz lietu". Šo “daudzo lietu” sauc par “Krebsa ciklu”. Starp citu, šī cikla atklāšanai Hanss Krebs saņēma Nobela prēmiju.

Var teikt, ka tas ir trikarboksilskābes cikls. Šajā ciklā daudzas vielas pastāvīgi pārvēršas viena otru. Kopumā, kā jūs saprotat, šī lieta ir ļoti svarīga un saprotama bioķīmiķiem. Citiem vārdiem sakot, tas ir visu šūnu, kas izmanto skābekli, elpošanas galvenais posms.

Rezultātā produkcija tiek iegūta - oglekļa dioksīds, ūdens un 36 ATP molekulas. Ļaujiet man jums atgādināt, ka glikolīze (bez skābekļa) deva tikai divas ATP molekulas uz vienu glikozes molekulu. Tāpēc, kad mūsu muskuļi sāk strādāt bez skābekļa, tie ievērojami zaudē savu efektivitāti. Tāpēc visu treniņu mērķis ir nodrošināt, ka muskuļi var strādāt ar skābekli pēc iespējas ilgāk.

Mitohondriju struktūra

Mitohondrijām ir divas membrānas: ārējās un iekšējās. Ārējās membrānas galvenā funkcija ir organoīda atdalīšana no šūnas citoplazmas. Tas sastāv no bilipīda slāņa un tā iekļūstošiem proteīniem, caur kuriem tiek transportētas molekulas un jonus, kas mitohondrijiem ir jāstrādā.

Kamēr ārējā membrāna ir gluda, iekšējais veidojas daudzas krokās - krista, kas ievērojami palielina tās platību. Iekšējā membrāna lielākoties sastāv no olbaltumvielām, starp kurām ir elpošanas ķēdes fermenti, transporta olbaltumvielas un lieli ATP-sintetāzes kompleksi. Šajā vietā notiek ATP sintēze. Starp ārējo un iekšējo membrānu ir starpmembrānu telpa ar tās raksturīgajiem enzīmiem. Mitohondriju iekšējo telpu sauc par matricu. Šeit atrodas taukskābju un piruvāta oksidācijas, Krebsa cikla enzīmu, kā arī iedzimta mitohondriju materiāla - DNS, RNS un proteīna sintēzes aparātu - enzīmu sistēmas.

Mitohondriji ir vienīgais šūnu enerģijas avots. Atrodoties katras šūnas citoplazmā, mitohondriji ir salīdzināmi ar “baterijām”, kas ražo, uzglabā un izplata šūnai nepieciešamo enerģiju.
Cilvēka šūnās ir vidēji 1500 mitohondriju. Tie ir īpaši daudz šūnās ar intensīvu metabolismu (piemēram, muskuļos vai aknās).
Mitohondriji ir kustīgi un pārvietojas citoplazmā atkarībā no šūnas vajadzībām. Pateicoties savai DNS klātbūtnei, viņi vairojas un pašiznīcinās neatkarīgi no šūnu dalīšanās.
Šūnas nevar darboties bez mitohondrijām, dzīvība nav iespējama bez tiem.

Glikozes oksidācija cilvēkiem notiek. T

Šajā posmā tiek atbrīvota 140 kcal / mol enerģija, tās galvenā daļa (aptuveni 120 kcal / mol) uzkrājas šūnā kā 2 ATP enerģija un 2 samazinātas NAD + enerģija.

no tā izriet, ka pirmajā posmā glikozes molekula ir sadalīta divās piruvīnskābes molekulās, savukārt katras šķelto glikozes molekulu šūnas saņem 2 ATP molekulas un divas samazinātas NADH + H + molekulas.

Aerobās glikozes šķelšanās pirmā posma regulēšana tiek veikta, izmantojot termodinamiskos mehānismus un regulējošo enzīmu allosteriskos modulācijas mehānismus, kas iesaistīti šī metabolisma ceļa darbā.

Ar termodinamisko mehānismu palīdzību metabolītu plūsma tiek kontrolēta pa šo metabolisko ceļu. Aprakstītajā reakciju sistēmā ir iekļautas trīs reakcijas, kuru laikā tiek zaudēts liels enerģijas daudzums: heksokināze (G 0 =. T

- 5,0 kcal / mol), fosfofruktokināzi (G 0 = -3,4 kcal / mol) un piruvāta kināzi (G 0 = - 7,5 kcal / mol). Šīs reakcijas šūnā praktiski nav atgriezeniskas, jo īpaši piruvāta kināzes reakcija, un to neatgriezeniskuma dēļ process kļūst neatgriezenisks.

Metabolīta plūsmas intensitāte aplūkotajā vielmaiņas ceļā tiek kontrolēta šūnā, mainot allosterisko fermentu sistēmas heksokināzes, fosfofruktokināzes un piruvāta kināzes aktivitātes aktivitāti. Līdz ar to vielmaiņas ceļa termodinamiskās kontroles punkti vienlaicīgi ir jomas, kurās regulē metabolītu intensitāti.

Sistēmas galvenais regulējošais elements ir fosfofruktokināze. Šā enzīma aktivitāti inhibē augstas ATP koncentrācijas šūnā, fermenta ATP alosteriskās inhibīcijas pakāpe tiek pastiprināta ar augstu citrāta koncentrāciju šūnā. AMP ir fosfofruktokināzes allosterisks aktivators.

Heksokināzi inhibē allosteriskais mehānisms ar augstu Gl-6-f koncentrāciju. Šajā gadījumā mēs nodarbojamies ar saistītā regulatīvā mehānisma darbu. Pēc lielas ATP koncentrācijas fosfofrukokināzes aktivitātes inhibīcijas, Fr-6-f uzkrājas šūnā, tādēļ Gl-6-f uzkrājas, jo fosforheksoizomerāzes katalizētā reakcija ir viegli atgriezeniska. Šajā gadījumā ATP koncentrācijas palielināšanās šūnā kavē ne tikai fosfofruktokināzes, bet arī heksokināzes aktivitāti.

Trešā kināzes, piruvāta kināzes, darbības regulēšana izskatās ļoti sarežģīta. Enzīmu aktivitāti stimulē Gl-6-f, Fr-1,6-bf

un PHA par allosterisko mehānismu - tā saucamo aktivizēšanu. Savukārt ATP, NADH, citrāta, sukcinil-CoA un taukskābju augstās intracelulārās koncentrācijas inhibē enzīmu aktivitāti ar allosterisko mehānismu.

Kopumā glikozes sadalīšana uz piruvātu tiek inhibēta 3 norādītajās kināzēs, kam ir augsta ATP koncentrācija šūnā, t.i. šūnu labas drošības apstākļos ar enerģiju. Ar enerģijas trūkumu šūnā tiek panākta glikozes sadalīšanas aktivizācija, pirmkārt, novēršot allosterisko inhibīciju kināzēm ar augstu ATP un allosteeriskās aktivācijas koncentrāciju AMF fosfofruktokokināzes un, otrkārt, tāpēc, ka tās priekštecis ir allosteriska aktivācija: Gl-6-F, Fr-1, 6-bf un PHA.

Kāda nozīme ir citrāta fosfofruktokināzes un citrāta un sukcinil-CoA-piruvāta kināzes inhibīcijai? Fakts ir tāds, ka divas acetil CoA molekulas tiek veidotas no vienas glikozes molekulas, kas

Tas oksidējas Krebsa ciklā. Ja citrāts uzkrājas šūnā

un sukcinil-CoA, tas nozīmē, ka Krebsa cikls nesaskaras ar oksidāciju

jau uzkrātais acetils CoA, un ir lietderīgi to palēnināt

ķermeņa veidošanās, kas tiek panākta, inhibējot fosforu

Ructo kināze un piruvāta kināze.

Visbeidzot, glikozes oksidācijas nomākums piruvāta kināzes līmenī ar pieaugošo taukskābju koncentrāciju ir vērsts uz glikozes saglabāšanu šūnā apstākļos, kad šūna tiek apgādāta ar citu, efektīvāku enerģijas degvielas veidu.

Glikozes lietošanas shēma organismā

Ogļhidrātu vielmaiņas loma. Glikozes avoti un veidi, kā to lietot organismā.

49. Vienkāršota cietes un glikogēna hidrolīzes shēma dzīvnieku organismā.
50. Glikolīze un tās galvenie posmi. Glikolīzes vērtība.

Būtība, kopējās reakcijas un glikolīzes efektivitāte.

Ogļhidrātu vielmaiņas loma. Glikozes avoti un veidi, kā to lietot organismā.

Ogļhidrātu galveno lomu nosaka to enerģijas funkcija.

Glikoze (no senās grieķu γλυκύς saldās) (C. T6H12O6) vai vīnogu cukurs ir balta vai bezkrāsaina viela bez smaržas ar saldu garšu, šķīst ūdenī. Cukurniedru cukurs ir apmēram 25% saldāks nekā glikoze. Glikoze ir cilvēka svarīgākais ogļhidrāts. Cilvēkiem un dzīvniekiem glikoze ir galvenais un visplašākais enerģijas avots vielmaiņas procesu nodrošināšanai. Glikoze tiek novietota dzīvniekiem glikogēna veidā, augos - cietes formā.

Glikozes avoti
Normālos apstākļos ogļhidrāti ir galvenais ogļhidrātu avots cilvēkiem. Ikdienas prasība ogļhidrātiem ir aptuveni 400 g. Pārtikas asimilācijas procesā visi eksogēnie ogļhidrātu polimēri tiek sadalīti monomēros, tikai monosaharīdi un to atvasinājumi nonāk organisma iekšējā vidē.

Glikozes līmenis asinīs ir tiešs enerģijas avots organismā. Tā sadalīšanās un oksidēšanās ātrums, kā arī spēja ātri izņemt no noliktavas, nodrošina ārkārtas enerģijas resursu mobilizāciju ar strauji augošām enerģijas izmaksām emocionālas uzbudinājuma gadījumos, ar intensīvu muskuļu slodzi utt.
Glikozes līmenis asinīs ir 3,3-5,5 mmol / l (60-100 mg%) un ir vissvarīgākais organisma homeostatiskais konstante. Īpaši jutīga pret glikozes līmeņa pazemināšanos asinīs (hipoglikēmija) ir centrālā nervu sistēma. Neliela hipoglikēmija izpaužas kā vispārējs vājums un nogurums. Samazinot glikozes līmeni asinīs līdz 2,2–1,7 mmol / l (40–30 mg%), attīstās krampji, delīrijs, samaņas zudums un veģetatīvas reakcijas: pastiprināta svīšana, ādas tvertņu lūmena izmaiņas utt. nosaukums "hipoglikēmiskā koma". Glikozes ievadīšana asinīs ātri novērš šos traucējumus.

Glikozes enerģētiskā loma.

1. Šūnās glikozi izmanto kā enerģijas avotu. Galvenā glikozes daļa pēc transformāciju sērijas tiek izlietota ATP sintezēšanai oksidatīvās fosforilācijas procesā. Glikolīzes laikā vairāk nekā 90% ogļhidrātu tiek patērēti enerģijas ražošanai.

2. Papildu glikozes enerģijas izmantošanas veids - bez ATP veidošanās. Šo ceļu sauc par pentozes fosfātu. Aknās tas veido aptuveni 30% no glikozes konversijas, tauku šūnās tas ir nedaudz vairāk. Šī enerģija tiek patērēta NADP veidošanai, kas kalpo kā ūdeņraža un elektronu donors, kas nepieciešams sintētiskiem procesiem - nukleīnskābes un žultsskābes, steroīdu hormonu veidošanās.

3. Glikozes konversija uz glikogēnu vai taukiem notiek aknu un taukaudu šūnās. Kad ogļhidrātu veikali ir zemi, piemēram, stresa apstākļos, attīstās gluneogenesis - glikozes sintēze no aminoskābēm un glicerīna.

Glikozes lietošanas shēma organismā

Ogļhidrātu metabolisms cilvēka organismā sastāv no šādiem procesiem:

1. Polimēru un disaharīdu sagremošana gremošanas traktā ar monosaharīdiem, monosaharīdu absorbcija no zarnām tālāk asinīs.

2. Glikogēna sintēze un sadalīšanās audos (glikogeneze un glikogenolīze), īpaši aknās.

Glikogēns ir galvenais glikozes uzkrāšanās veids dzīvnieku šūnās. Augos tā pati funkcija tiek veikta ar cieti. Strukturāli glikogēns, tāpat kā ciete, ir sazarots glikozes polimērs. Tomēr glikogēns ir vairāk sazarots un kompakts. Filiāle nodrošina ātru atbrīvošanu, kad glikogēns sadala lielu skaitu terminālu monomēru.

-ir galvenais glikozes uzglabāšanas veids dzīvnieku šūnās

-veido enerģijas rezervi, ko var ātri mobilizēt, ja nepieciešams, lai kompensētu pēkšņu glikozes trūkumu

Glikogēna saturs audos:

-To nogulsnē granulu veidā citoplazmā daudzu veidu šūnās (galvenokārt aknās un muskuļos).

-Tikai glikogēnu, kas tiek uzglabāts aknu šūnās, var pārstrādāt glikozē, lai barotu visu ķermeni. Kopējā glikogēna masa aknās var sasniegt 100-120 gramus pieaugušajiem

-Aknu glikogēns nekad nesadalās.

-Muskuļos glikogēns tiek pārstrādāts glikozes-6-fosfātā tikai vietējam patēriņam. Glikogēna muskuļos uzkrājas ne vairāk kā 1% no kopējā muskuļu masas.

-Neliels daudzums glikogēna atrodams nierēs, un vēl mazāks ir glikozes smadzeņu šūnās un leikocītos.

Glikogēna sintēze un sadalīšanās nepārvēršas, šie procesi notiek dažādos veidos.

Glikogēna molekula satur līdz 1 miljonam glikozes atlikumu, tāpēc sintezē tiek patērēts ievērojams enerģijas daudzums. Nepieciešamība pārvērst glikozi uz glikogēnu ir saistīta ar to, ka ievērojama daudzuma glikozes uzkrāšanās šūnā palielinātu osmotisko spiedienu, jo glikoze ir ļoti šķīstoša viela. Tieši pretēji, glikogēns atrodas šūnā granulu veidā un ir nedaudz šķīstošs.

Glikogēnu sintezē gremošanas periodā (1-2 stundu laikā pēc ogļhidrātu pārtikas produktu uzņemšanas). Glikogeneze notiek īpaši intensīvi aknu un skeleta muskuļos.

Lai iekļautu 1 glikozes atlikumu glikogēna ķēdē, tiek iztērēti 1 ATP un 1 UTP.

Galvenais aktivators - hormona insulīns

Tas tiek aktivizēts intervālos starp ēdienreizēm un fiziskā darba laikā, kad glikozes līmenis asinīs samazinās (relatīvā hipoglikēmija).

Galvenie sadalīšanās aktieri:

aknās - hormons glikagons

muskuļos - hormonu adrenalīnu

Vienkāršota cietes un glikogēna hidrolīzes shēma dzīvnieku organismā.

3. Pentozes fosfāta ceļš (pentozes cikls) ir glikozes tiešās oksidācijas anaerobais ceļš.

Šajā ceļā ne vairāk kā 25-30% no glikozes nonāk šūnās

Iegūtais pentozes fosfāta ceļa vienādojums:

6 glikozes molekulas + 12 NADP → 5 glikozes molekulas + 6 СО2 + 12 NADPH2

Pentozes fosfāta ceļa bioloģiskā nozīme pieaugušajā ir divu svarīgu funkciju veikšana:

· Tas ir pentozes piegādātājs, kas nepieciešams nukleīnskābju, koenzīmu, makroekonomisko vielu sintēzes vajadzībām.

· Kalpo kā NADPH2 avots, kas savukārt tiek izmantots, lai:

1. steroīdu hormonu, taukskābju atjaunojošās sintēzes

2. aktīvi piedalās toksisko vielu neitralizēšanā aknās

4. Glikolīze - glikozes sadalījums. Sākotnēji šis termins nozīmēja tikai anaerobu fermentāciju, kas beidzas ar pienskābes (laktāta) vai etanola un oglekļa dioksīda veidošanos. Pašlaik "glikolīzes" jēdziens tiek izmantots plašāk, lai aprakstītu glikozes sadalīšanos, kas iet caur glikozes-6-fosfāta, fruktozes difosfāta un piruvāta veidošanos gan skābekļa klātbūtnē, gan klātbūtnē. Pēdējā gadījumā tiek lietots termins "aerobā glikolīze", atšķirībā no "anaerobās glikolīzes", kas beidzas ar pienskābes vai laktāta veidošanos.

Glikolīze

Neliela, neuzpildīta glikozes molekula var difūzā veidā izkliedēties caur šūnu. Lai glikoze paliktu šūnā, tā jāpārvērš uz lādēto formu (parasti glikozes-6-fosfāts). Šo reakciju sauc par bloķēšanu vai bloķēšanu.

Citi veidi, kā izmantot glikozes-6-fosfātu šūnās:

-Glikolīze un pilnīga aerobā glikozes oksidēšanās

-Pentozes fosfāta cikls (daļēja glikozes oksidēšanās līdz pentozēm)

-Glikogēna sintēze utt.

Glikolīze notiek šūnu citoplazmā. Šī posma gala produkts ir piruvīnskābe.

ANAEROBISKĀ GLĪKOLĪZE - glikozes sadalīšanas process ar galaktāta gala produkta veidošanos caur piruvātu. Tas plūst bez skābekļa lietošanas, tāpēc tas nav atkarīgs no mitohondriju elpošanas ķēdes darba.

Plūst muskuļos veicot intensīvas slodzes, pirmajās muskuļu darba minūtēs eritrocītos (kuros nav mitohondriju), kā arī dažādos orgānos ar ierobežotu skābekļa daudzumu, tostarp audzēja šūnās. Šis process kalpo kā rādītājs par pieaugošo šūnu dalīšanās ātrumu ar nepietiekamu asinsvadu sistēmas nodrošinājumu.

1. Sagatavošanas posms (turpinās ar divu ATP molekulu izmaksām)

Fermenti: glikokināze; fosfofructo izomerāze;

2. Triozes veidošanās stadija (glikozes sadalīšana divos trīs oglekļa fragmentos)

Fruktozes-1,6-difosfāts → 2 glikeroaldehīda-3-fosfāts

3. Glikolīzes oksidējošā stadija (dod 4 molus ATP uz 1 molu glikozes)

2 glikeroaldehīda-3-fosfāts + 2 NAD + → 2 PVK + 2 ATP

2 PVK + 2 NADH * H + → 2 laktāts + 2 NAD +

2NAD dod 6 ATP

Šo ATP sintēzes metodi, ko veic bez audu elpošanas un līdz ar to bez skābekļa patēriņa, ko nodrošina substrāta rezerves enerģija, sauc par anaerobs vai substrāts, fosforilēšana.

Tas ir ātrākais veids, kā iegūt ATP. Jāatzīmē, ka agrīnā stadijā divas ATP molekulas tiek patērētas, lai aktivizētu glikozi un fruktozi-6-fosfātu. Rezultātā glikozes pārvēršana piruvātā ir saistīta ar astoņu ATP molekulu sintēzi.

Vispārējais glikolīzes vienādojums ir:

Glikoze + O2 + 8ADF + 8H3PO4 → 2 piruvāts + 2H2O + 8 ATP,

Or

1. Glikolīze ir mitohondriju neatkarīgs ceļš ATP ražošanai citoplazmā (2 mol ATP uz 1 mol glukozes). Pamata fizioloģiskā nozīme - enerģijas izmantošana, kas tiek atbrīvota šajā procesā ATP sintēzes procesā. Glikolīzes metabolīti tiek izmantoti jaunu savienojumu (nukleozīdu, aminoskābju, serīna, glicīna, cisteīna) sintezēšanai.

2. Ja glikolīze notiek laktātam, tad NAD + „reģenerācija” notiek bez audu elpošanas līdzdalības.

3. Šūnās, kurās nav mitohondriju (eritrocītu, spermatozoīdu), glikolīze ir vienīgais veids, kā sintezēt ATP.

4. Kad mitohondriju saindē ar oglekļa monoksīdu un citām elpceļu indēm, glikolīze ļauj izdzīvot

1. Glikolīzes ātrums samazinās, ja šūnā neiekļūst glikoze (regulējot substrāta daudzumu), tomēr drīz sāksies glikogēna sadalīšanās un atjaunojas glikolīzes ātrums

2. AMP (zema enerģijas patēriņa signāls)

3. Glikolīzes regulēšana ar hormoniem. Glikolīzes stimulēšana: insulīns, adrenalīns (stimulē glikogēna sadalīšanos; muskuļos veidojas glikozes-6 fosfāts un substrāts aktivizē glikolīzi). Inhibitē glikolīzi: glikagons (represē piruvāta kināzes gēnu; pārvērš piruvāta kināzi par neaktīvu formu)

Anaerobās glikolīzes nozīme ir īsa

  • Intensīva muskuļu darba apstākļos hipoksijas laikā (piemēram, intensīvi darbojoties 200 m 30 sekunžu laikā) ogļhidrātu sadalījums īslaicīgi notiek anaerobos apstākļos.
  • NADH molekulas nevar ziedot savu ūdeņradi, jo mitohondriju elpošanas ķēde "nedarbojas"
  • Tad citoplazmā labs ūdeņraža akceptors ir piruvāts, pirmā posma galaprodukts.
  • Atpūtas laikā, nonākot pēc intensīva muskuļu darba, skābeklis sāk iekļūt šūnā.
  • Tas noved pie elpošanas ķēdes "palaišanas".
  • Rezultātā anaerobā glikolīze tiek automātiski inhibēta un pārslēdzas uz aerobāku, energoefektīvāku
  • Anaerobās glikolīzes inhibīciju ar skābekli, kas nonāk šūnā, sauc par PASTER EFFECT.

PASTER EFFECT. Tas sastāv no elpošanas nomākuma (O2a) anaerobā glikolīze, t.i. notiek pāreja no aerobās glikolīzes uz anaerobo oksidāciju. Ja audumi tiek piegādāti ar O2, tad 2NADN2, centrālās reakcijas gaitā veidojas oksidācija elpošanas ķēdē, tāpēc PVC nemainās par laktātu, bet acetils CoA, kas iesaistīts TCA ciklā.

Ogļhidrātu sadalīšanās pirmais posms - anaerobais glikolīze - ir gandrīz atgriezenisks. No piruvāta, kā arī no laktāta, kas rodas anaerobos apstākļos (pienskābe), var sintezēt glikozi un no tā glikogēnu.

Anaerobās un aerobās glikolīzes līdzība ir tāda, ka šie procesi norit vienādi ar to pašu fermentu piedalīšanos pirms PVC veidošanās.

COMPLETE AEROBIC GLUCOSE OXIDATION (PAOG):

Mitohondriju aktivitātes dēļ glikozi var pilnībā oksidēt uz oglekļa dioksīdu un ūdeni.

Šajā gadījumā glikolīze ir pirmais solis glikozes oksidatīvajā metabolismā.

Pirms mitohondriju iestrādes PAOG, glikolītiskais laktāts jāpārvērš PVC.

1. Glikolīze, pēc tam pārveidojot 2 molus laktāta līdz 2 moliem PVA un transportējot protonus uz mitohondrijām

2. 2 molu piruvāta oksidatīvā dekarboksilēšana mitohondrijās ar 2 molu acetilCoA veidošanos

3. acetilgrupas sadedzināšana Krebsa ciklā (Krebsa cikla 2 apgriezieni)

4. Audu elpošana un oksidatīvā fosforilācija: NBSH * H + un FADH2, kas radušies Krebsa ciklā, izmanto oksidējošo piruvāta dekarboksilēšanu un pārnes ar malāta shuttle no citoplazmas.

Katabolisma posmi, izmantojot PAOG piemēru:

-Glikolīze, protonu transportēšana uz mitohondrijām (I posms), t

- piruvāta oksidatīvā dekarboksilēšana (II posms)

-Krebsa cikls - III posms

-Audu elpošana un konjugētā oksidatīvā fosforilācija - IV posms (mitohondriju ATP sintēze)

Ii. Otrajā posmā oglekļa dioksīds un divi ūdeņraža atomi tiek atdalīti no piruvīnskābes. Atdalītie ūdeņraža atomi elpošanas ķēdē tiek pārnesti uz skābekli, vienlaikus sintezējot ATP. No piruvāta veidojas etiķskābe. Viņa pievienojas īpašai vielai - koenzīms A.

Šī viela ir skābju atlikumu nesējs. Šī procesa rezultāts ir acetils Koenzīma A vielas veidošanās. Šai vielai ir augsta ķīmiskā aktivitāte.

Otrā posma pēdējais vienādojums:

СЗН4ОЗ + 1 / 2О2 + HSKoA + 3 ADP + 3 НзРО4 - СНз- С

SKoA + CO2 + H2O + 3ATF

Piruvāta koenzīms Acetil CoA

Acetil-koenzīms A tiek tālāk oksidēts trikarboksilskābes ciklā (Krebsa cikls) un tiek pārvērsts par CO2 un H2O.

Iii. Šis ir trešais posms. Pateicoties atbrīvotajai enerģijai šajā posmā, tiek veikta arī ATP sintēze.

Trikarboksilskābes cikls (TCA) ir ne tikai ogļhidrātu, bet visu pārējo organisko savienojumu grupu katabolisma pēdējais posms. Tas ir saistīts ar to, ka ogļhidrātu, tauku un aminoskābju sadalīšanās rada kopīgu starpproduktu, etiķskābi, kas saistīta ar tā nesēju, koenzīms A acetils Koenzīma A formā.

Krebsa cikls notiek mitohondrijās ar obligāto skābekļa patēriņu un prasa audu elpošanu.

Pirmā cikla reakcija ir acetilkoenzīma A mijiedarbība ar skābeņskābi (SCHUK) ar citronskābes veidošanos.

Citronskābe satur trīs karboksilgrupas, t.i., ir trikarboksilskābe, kas izraisīja šī cikla nosaukumu.

Tāpēc šīs reakcijas sauc par citronskābes ciklu. Veidojot virkni trikarboksilskābju, citronskābe atkal tiek pārveidota par skābeņskābi un cikls atkārtojas. Šo reakciju rezultāts ir sadalītā ūdeņraža veidošanās, kas pēc elpošanas ķēdes nonākšanas veido ūdeni ar skābekli. Katra ūdeņraža atoma pāri pāriet uz skābekli kopā ar trīs ATP molekulu sintēzi. Kopumā vienas acetilacenzīma A molekulas oksidēšana sintezē 12 ATP molekulas.

Galīgā Krebsa cikla vienādojums (trešais posms):

SKoA + 2О2 + Н2О + 12АДФ + 12 Н3РО → НSKoA + 2 СО2 + Н2О + 12АТФ

Shematiski Krebs ciklu var attēlot šādi:

Visu šo reakciju rezultātā veidojas 36 ATP molekulas. Kopumā glikolīze rada 38 ATP molekulas uz vienu glikozes molekulu.

Glikoze + 6 O2 + 38 ADF + 38 H3 PO4 → 6CO2 + 6 H2O + 38 ATP

TCA bioloģiskā loma

Krebsa cikls veic integrāciju, amfibolu (ti, katabolisko un anabolisko), enerģijas un ūdeņraža donoru lomu.

1. Integrācijas loma ir tāda, ka TCA ir pēdējais kopīgais veids, kā oksidēt degvielas molekulas - ogļhidrātus, taukskābes un aminoskābes.

2. Acetil CoA tiek oksidēts TCA ciklā - tā ir kataboliska loma.

3. Cikla anaboliskā loma ir tā, ka tā nodrošina starpproduktus biosintētiskiem procesiem. Piemēram, oksalacetātu lieto aspartāta, a-ketoglutarāta sintēzes procesā glutamāta veidošanai un sukcinil-CoA hēmas sintēzi.

4. Vienā ATP molekulā CTC veidojas substrāta fosforilācijas līmenis - tā ir enerģētiskā loma.

5. Ūdeņraža donors sastāv no fakta, ka CTC ar samazinātu koenzīmu NADH (H +) un FADH2 nodrošina elpošanas ķēdi, kurā notiek šo koenzīmu ūdeņraža oksidēšanās kopā ar ATP sintēzi. Viena acetil CoA molekulas oksidēšanas laikā TCA ciklā veidojas 3 NADH (H +) un 1 FADH2.

IV posms. Audu elpošana un konjugētā oksidatīvā fosforilācija (mitohondriju ATP sintēze)

Tas ir elektronu pārnese no samazinātajiem nukleotīdiem uz skābekli (caur elpošanas ķēdi). To papildina gala produkta - ūdens molekulas - veidošanās. Šis elektronu transports ir saistīts ar ATP sintēzi oksidatīvās fosforilācijas procesā.

Organisko vielu oksidēšanu šūnās, ko papildina skābekļa patēriņš un ūdens sintēze, sauc par audu elpošanu, un elektronu pārneses ķēdi (CPE) sauc par elpošanas ķēdi.

Bioloģiskās oksidācijas īpašības:

1. plūsma ķermeņa temperatūrā;

2. H2O klātbūtnē;

3. Pakāpeniski ieplūst vairākos posmos, piedaloties fermentu nesējiem, kas samazina aktivācijas enerģiju, samazinās brīvā enerģija, kā rezultātā enerģija tiek atbrīvota porcijās. Tāpēc oksidācija nav saistīta ar temperatūras paaugstināšanos un nerada eksploziju.

Elektroni, kas ienāk CPE, kad viņi pārvietojas no viena pārvadātāja uz citu, zaudē brīvu enerģiju. Liela daļa šīs enerģijas tiek uzglabāta ATP, un daži tiek izkliedēti kā siltums.

Elektronu pārnešana no oksidētiem substrātiem uz skābekli notiek vairākos posmos. Tas ietver lielu skaitu starpproduktu pārvadātāju, no kuriem katrs var pievienot elektronus no iepriekšējā pārvadātāja un pārnest uz nākamo. Tādējādi rodas redoksreakciju ķēde, kā rezultātā samazinās O2 un H2O sintēze.

Elektronu transportēšana elpošanas ķēdē ir konjugēta (saistīta), veidojot protonu gradientu, kas nepieciešams ATP sintēzei. Šo procesu sauc par oksidatīvo fosforilāciju. Citiem vārdiem sakot, oksidatīvā fosforilācija ir process, kurā bioloģiskās oksidācijas enerģija tiek pārveidota par ATP ķīmisko enerģiju.

Elpošanas ķēdes funkcija - samazinātu respiratoro vektoru izmantošana, kas veidojas substrātu metaboliskās reakcijas reakcijās (galvenokārt trikarboksilskābes ciklā). Katru oksidējošo reakciju saskaņā ar atbrīvoto enerģijas daudzumu “apkalpo” atbilstošais elpošanas nesējs: NADF, NAD vai FAD. Elpošanas ķēdē tiek diskriminēti protoni un elektroni: kamēr protoni tiek transportēti pa membrānu, veidojot ΔpH, elektroni pārvietojas pa nesēju ķēdi no ubiquinone uz citohroma oksidāzi, ģenerējot elektrisko potenciālo starpību, kas nepieciešama, lai ATP veidotos ar protonu ATP sintēzi. Tādējādi audu elpošana „uzlādē” mitohondriju membrānu un oksidatīvo fosforilāciju “izlādē”.

AIZSARDZĪBAS KONTROLE

Elektronu pārnešana, izmantojot CPE un ATP sintēzi, ir cieši saistīti, t.i. var notikt tikai vienlaicīgi un sinhroni.

Pieaugot ATP patēriņam šūnā, palielinās ADP daudzums un tā pieplūdums mitohondrijās. Palielinot ADP (ATP sintāzes substrāta) koncentrāciju, palielinās ATP sintēzes ātrums. Tādējādi ATP sintēzes ātrums precīzi atbilst šūnas enerģijas vajadzībām. Audu elpošanas paātrinājums un oksidatīvā fosforilācija ar paaugstinātu ADP koncentrāciju tiek saukta par elpošanas kontroli.

CPE reakcijās daļa enerģijas netiek pārvērsta ATP makroekonomisko obligāciju enerģijā, bet tiek izkliedēta kā siltums.

Elektrisko potenciālu atšķirība elpošanas ķēdes radītajā mitohondriju membrānā, kas darbojas kā elektronu molekulārais vadītājs, ir ATP un citu noderīgu bioloģisko enerģijas veidu veidošanās virzītājspēks. Šo koncepciju par enerģijas pārveidošanu dzīvajās šūnās 1960. gadā izvirzīja P. Mitchels, lai izskaidrotu elektronu transportēšanas konjugācijas un ATP veidošanās elpošanas ķēdē molekulāro mehānismu un ātri ieguva starptautisku atzinību. Pētījumiem bioenerģijas jomā P. Mitchell 1978. gadā saņēma Nobela prēmiju. 1997. gadā P. Boyeram un J. Walkeram tika piešķirta Nobela prēmija par bioenerģiju, protonu ATP sintāzes, galvenā molekulas darbības mehānisma izpēti.

PAOG jaudas izejas aprēķināšana posmos:

Glikolīze - 2 ATP (substrāta fosforilācija)

Protonu pārnešana uz mitohondrijām - 2 NADH * H + = 6 ATP

2 molu PVA - 2 NADH * H + = 6 ATP oksidatīvā dekarboksilēšana

Krebsa cikls (ieskaitot TD un OF) - 12 * 2 = 24 mol ATP divu acetilgrupu degšanas laikā

KOPĀ: 38 molus ATP ar pilnu 1 mola glikozes sadegšanu

1) nodrošina saikni starp elpošanas substrātiem un Krebsa ciklu;

2) katras glikozes molekulas oksidēšanas laikā piegādā divas ATP molekulas un divas NADH molekulas (anoksijas apstākļos glikolīze ir galvenais ATP avots šūnā);

3) ražo starpproduktus sintētiskiem procesiem šūnā (piemēram, fosfololpiruvātu, kas nepieciešams fenola savienojumu un lignīna veidošanai);

4) hloroplastos nodrošina tiešu ATP sintēzes ceļu, neatkarīgi no NADPH piegādes; turklāt, izmantojot glikolīzi hloroplastos, uzglabātā ciete tiek metabolizēta uz triozi, kas pēc tam tiek eksportēta no hloroplastas.

Glikolīzes efektivitāte ir 40%.

5. Heksozu savstarpējā konversija

6. Glikonogēze - ogļhidrātu veidošanās no ne-ogļhidrātu produktiem (piruvāts, laktāts, glicerīns, aminoskābes, lipīdi, proteīni uc).