Glukose-Abbau

• Prävention

Der Abbau von Glukose ist auf zwei Arten möglich. Eine davon ist der Zerfall eines Glucosemoleküls mit sechs Kohlenstoffen in zwei Moleküle mit drei Kohlenstoffen. Dieser Weg wird als dichotomischer Abbau von Glukose bezeichnet. Wenn der zweite Weg realisiert ist, verliert das Glucosemolekül ein Kohlenstoffatom, was zur Bildung von Pentose führt. Dieser Weg wird als apotomischer Zerfall bezeichnet.

Ein dichotomischer Abbau von Glukose kann sowohl unter anaeroben (ohne Anwesenheit von Sauerstoff) als auch unter aeroben Bedingungen (in Gegenwart von Sauerstoff) auftreten. Wenn Glucose unter anaeroben Bedingungen abgebaut wird, entsteht Milchsäure als Ergebnis der Milchsäuregärung. Ansonsten wird dieser Vorgang als Glykolyse (aus dem Griechischen. Glicos-Sweet, Lyse-Auflösung) bezeichnet.

Separate Glykolysereaktionen katalysieren 11 Enzyme, die eine Kette bilden, in der das Reaktionsprodukt, beschleunigt durch das vorangehende Enzym, das Substrat für das nächste ist. Die Glykolyse kann in zwei Stufen unterteilt werden. In der ersten Stufe tritt der Energieaufwand auf, im Gegensatz dazu ist die zweite Stufe durch die Akkumulation von Energie in Form von ATP-Molekülen gekennzeichnet (Schema 1).

Die erste Glykolysereaktion ist die Glucosephosphorylierung unter Bildung von Glucose-6-phosphat. Glucose-6-phosphat wird weiter zu Fructose-6-phosphat isomerisiert, das zu Fructose-1,6-diphosphat phosphoryliert wird. Die nächste Reaktion ist die Lyasespaltung von Fructose-1,6-diphosphat zu zwei Triosen-3-phosphoglyceraldehyd und Phosphodioxyaceton. Die Bildung dieser Triosen beendet die erste Stufe der Glykolyse:

In der zweiten Stufe der Glykolyse treten 2 Moleküle 2-Phosphoglyceraldehyd ein, von denen eines direkt beim Abbau von Fructose-1,6-diphosphat und das andere während der Isomerisierung von Phosphodioxyaceton gebildet wird.

Die zweite Stufe der Glykolyse wird durch die Oxidationsreaktion von 3-Phosphoglyceraldehyd, katalysiert durch eine spezifische Dehydrogenase, geöffnet, die im aktiven Zentrum eine freie Sulfhydryl- (HS-) Gruppe und Coenzym-NAD enthält. Als Ergebnis wird 1,3-Diphosphoglycerinsäure gebildet. Als nächstes folgt die Übertragung der Phosphatgruppe auf das ADP-Molekül. Somit wird Energie in den makroergischen Bindungen des ATP-Moleküls gespeichert. Da bei der Glykolyse 2 Moleküle 1,3-Diphosphoglycerinsäure gebildet werden, entstehen 2 ATP-Moleküle. Die Isomerisierung des vorherigen Metaboliten in 2-Phosphoglycerinsäure ist für die durch die entsprechende Lyase beschleunigte Dehydratisierungsreaktion erforderlich, um eine makroergische Verbindung, Phosphoenolpyruvinsäure, zu bilden, die dann die Phosphatgruppe an das ADP-Molekül überträgt. Als Ergebnis werden 2 ATP- und Brenztraubensäuremoleküle (PVA) gebildet. Die letzte Reaktion dieses Stoffwechselweges ist Milchsäure, die entsteht, wenn die Brenztraubensäure reduziert wird:

Schema 1. Glykolyse

Der größte Teil der im Muskel gebildeten Milchsäure wird in den Blutkreislauf gespült. Das Bicarbonat-Puffersystem verhindert, dass sich der pH-Wert im Blut ändert: Sportler haben eine höhere Kapazität als ungeübte Personen, sodass sie höhere Mengen an Milchsäure ertragen können. Anschließend wird Milchsäure in die Leber und in die Nieren transportiert, wo sie fast vollständig zu Glukose und Glykogen verarbeitet wird. Ein kleiner Teil der Milchsäure wird erneut in Brenztraubensäure umgewandelt, die unter aeroben Bedingungen zu den Endprodukten des Stoffwechsels oxidiert wird.

Aerober Metabolismus von PVK Unter aeroben Bedingungen wird Brenztraubensäure oxidiert; Dieser Vorgang wird als oxidative Decarboxylierung von Brenztraubensäure bezeichnet. Dieser Prozess wird durch einen Multienzymkomplex namens Pyruvatdehydrogenasekomplex katalysiert. Die Struktur dieses Komplexes besteht aus drei Enzymen und fünf Coenzymen.

Die erste Stufe der aeroben Umwandlung von PVC ist seine durch Pyruvatdecarboxylase katalysierte Decarboxylierung (E₁), Coenzym, das Thiaminpyrophosphat ist. Dadurch wird ein Oxyethylrest gebildet, der kovalent an das Coenzym gebunden ist.

Das Enzym, das die zweite Stufe der oxidativen Decarboxylierung von PVC beschleunigt, enthält die Lipoat-Acetyltransferase zwei Coenzyme: Liponsäure und Coenzym A (KoASH). Das Hydroxyethylradikal wird zu Acetyl oxidiert, das zuerst von Liponsäure akzeptiert und dann auf KoASH übertragen wird. Das Ergebnis der zweiten Stufe ist die Bildung von Acetyl-CoA und Dehydroliponsäure:

Die Endstufe der oxidativen Decarboxylierung von PVC wird durch Dihydrolipoyldehydrogenase, von der FAD ein Coenzym ist, katalysiert. Das Coenzym spaltet zwei Wasserstoffatome von Dihydroliponsäure ab, wodurch die ursprüngliche Struktur dieses Coenzyms wiederhergestellt wird:

Der Endakzeptor von Wasserstoffatomen ist OVER:

FAD · 2H + NAD + → FAD + NADH + H +

Das zusammenfassende Schema des Prozesses kann wie folgt dargestellt werden:

Acetyl-CoA ist eine Verbindung mit einer hochenergetischen Bindung, ansonsten kann es als aktive Form von Essigsäure bezeichnet werden. Die Freisetzung von Coenzym A aus dem Acetylradikal tritt auf, wenn es in den amphibolischen Zyklus eingeschlossen wird, der als Di- und Tricarbonsäurezyklus bezeichnet wird.

Der Zyklus von Di- und Tricarbonsäuren Dieser amphibolische Zyklus wird zu Ehren von G. Krebs (Nobelpreisträger 1953), der die Reihenfolge der Reaktionen in diesem Zyklus bestimmt hat, Krebszyklus genannt.

Durch das Funktionieren des Krebs-Zyklus tritt eine vollständige aerobe Zersetzung des Acetylradikals in Kohlendioxid und Wasser auf (Schema 2). Der Krebs-Zyklus kann als Weg für den Kohlenhydratstoffwechsel angesehen werden, aber seine Rolle im Stoffwechsel ist viel breiter. Zum einen fungiert es als zentraler Stoffwechselweg des Kohlenstoffs, der zu allen Hauptklassen biologischer Moleküle gehört, und zum anderen bildet er zusammen mit dem Prozess der oxidativen Phosphorylierung die Hauptquelle für metabolische Energie in Form von ATP.

Die Enzyme des Di- und Tricarbonsäurezyklus, die einen einzigen mehrstufigen Prozess beschleunigen, sind in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert.

Schema 2. Krebszyklus

Betrachten Sie die spezifische Reaktion des Krebszyklus.

Die Umwandlungen von Acetyl-CoA beginnen mit der Kondensationsreaktion mit Oxalessigsäure, wodurch Zitronensäure gebildet wird. Diese Reaktion erfordert nicht den Verbrauch von ATP, da die Energie, die für diesen Prozess benötigt wird, durch Hydrolyse der Thioetherbindung mit Acetyl-CoA bereitgestellt wird, die, wie bereits erwähnt, makroergisch ist:

Ferner tritt eine Isomerisierung von Zitronensäure zu Isolimonsäure auf. Das Enzym dieser Umwandlung, die Aconitase, dehydriert zuerst Zitronensäure, um Cis-Aconitsäure zu bilden, fügt dann Wasser zur Doppelbindung des resultierenden Metaboliten hinzu und bildet Isocarmonsäure:

Isolimonsäure wird unter Beteiligung einer spezifischen Dehydrogenase, deren Coenzym NAD ist, oxidiert. Gleichzeitig mit der Oxidation wird Isolimonsäure decarboxyliert. Durch diese Umwandlungen entsteht α-Ketoglutarsäure.

Der nächste Schritt ist die oxidative Decarboxylierung von α-Ketoglutarsäure. Dieser Prozess wird durch den α-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex katalysiert, der in Struktur und Wirkmechanismus dem Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex ähnelt. Als Ergebnis dieses Prozesses wird Succinyl-CoA gebildet:

Succinyl-CoA wird weiter zu freier Bernsteinsäure hydrolysiert, und die während dieses Prozesses freiwerdende Energie wird durch die Bildung von Guanosintriphosphat (GTP) konserviert. Dieses Stadium ist das einzige im gesamten Zyklus, in dem die Energie des Stoffwechsels direkt freigesetzt wird:

Die Dehydratisierung von Bernsteinsäure beschleunigt die Succinatdehydrogenase, deren Coenzym FAD ist. Fumarsäure, die durch Dehydrierung von Bernsteinsäure gebildet wird, hydriert unter Bildung von Äpfelsäure; Der letzte Prozess des Krebs-Zyklus ist die durch Malatdehydrogenase katalysierte Dehydrierung von Äpfelsäure; Das Ergebnis dieser Stufe ist ein Metabolit, mit dem der Zyklus von Di- und Tricarbonsäuren begann - Oxalessigsäure:

Apotomischer Abbau durch Glukose wird auch als Pentosephosphatzyklus bezeichnet. Infolge des Durchgangs dieses Weges aus 6 Molekülen Glucose-6-phosphat allein. Der apotomische Abbau kann in zwei Phasen unterteilt werden: oxidativ und anaerob. Betrachten Sie die individuellen Reaktionen dieses Stoffwechselweges.

Die oxidative Phase des apotomischen Abbaus von Glukose. Wie bei der Glykolyse ist die erste Stufe die Phosphorylierung von Glucose unter Bildung von Glucose-6-phosphat. Als nächstes wird Glucose-6-phosphat unter Beteiligung von Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase, deren Coenzym NADPH ist, dehydratisiert. Das resultierende 6-Phosphogluconolacton wird spontan oder unter Beteiligung von Lactonase zu 6-Phosphogluconsäure hydrolysiert. Der abschließende Prozess des oxidativen Zweigs des Pentosephosphatkreislaufs ist die Oxidation von 6-Phosphogluonsäure mit der entsprechenden Dehydrogenase. Gleichzeitig mit dem Dehydrierungsprozess findet eine Decarboxylierung von 6-Phosphogluconsäure statt. Mit dem Verlust eines Kohlenstoffatoms geht Glukose in Pentose über:

Anaerobe Phase des anatomischen Glukoseabbaus. In der oxidativen Phase gebildetes Ribuloso-5-phosphat kann reversibel zu anderen Pentosephosphaten isomerisieren: Xylulose-5-phosphat und Ribose-5-phosphat. Diese Reaktionen werden durch zwei verschiedene Enzyme der Isomerase-Klasse katalysiert: Pentosephosphisomerase und Pentosephosphatepimerase. Die Bildung von zwei weiteren Pentosephosphaten aus Ribulose-5-phosphat ist für die nachfolgenden Reaktionen des Pentose-Phosphat-Zyklus notwendig, und es sind zwei Xylulose-5-phosphat-Moleküle und ein Ribose-5-phosphat-Molekül erforderlich.

Als nächstes gibt es Reaktionen, an denen Enzyme beteiligt sind, die Transferasen übertragen, die molekulare Rückstände übertragen - Transaldolase und Transketolase. Wir geben an, welche molekularen Rückstände diese Enzyme tragen.

Transketolase überträgt ein Zwei-Kohlenstoff-Fragment von 2-Ketosucara an das erste Kohlenstoffatom einer Aldose. Transaldolase überträgt ein Drei-Kohlenstoff-Fragment von 2-Ketosucara an das erste Aldose-Kohlenstoffatom. Xylulose-5-phosphat und mit ihrer Beteiligung gewonnene Metaboliten werden als 2-Ketosucare verwendet.

Betrachten Sie einige der Reaktionen, die durch Transketolase und Transaldolase katalysiert werden.

Fructose-6-phosphat und 3-Phosphoglyceraldehyd sind in der Glykolyse enthalten. Beide Kohlenhydratstoffwechsel sind eng miteinander verbunden (Schema 3).

Schema 3. Die Beziehung zwischen Glykolyse und Pentosephosphatzyklus

Der Abbau von Glukose entlang des apotomischen Weges wird weitgehend in Fettgewebe, Leber, Brustgewebe, Nebennieren, Gonaden, Knochenmark und Lymphgewebe beobachtet. Im Muskelgewebe (Herz und Skelettmuskel) wird eine geringe Aktivität festgestellt.

Der biologische Zweck des Pentose-Phosphat-Zyklus ist mit der Bildung der reduzierten Form von NADP und Ribose-5-phosphat verbunden, die in den Prozessen der Biosynthese verschiedener biologischer Moleküle verwendet werden. Darüber hinaus hat der apotomische Abbau von Glukose eine energetische Funktion, da einige seiner Produkte, hauptsächlich 3-Phosphoglycerinaldehyd, mit der Glykolyse verbunden sind.

6 Gründe, keinen Zucker zu essen und was im Körper abgebaut wird

Ich freue mich, Sie, meine treuen Abonnenten, zu begrüßen! Ich schlage vor, ein komplexes, aber sehr wichtiges Thema zu besprechen: Was bricht der Zucker im Körper zusammen? Seien wir ehrlich: Jeder liebt es, süß zu essen. Aber nur wenige denken sich die Gefahr des Zuckers an und wie der Konsum für den Organismus enden kann.

Zucker ist ein weißes Gift. Ist das wahr?

Zu Beginn ist Zucker eines der meistverkauften Nahrungsmittel der Welt. Es ist schwer, dem nicht zuzustimmen. Gib es zu, weil in der Küche jeder von euch Zucker hat?

Es ist notwendig für die Zubereitung von Gebäck, Desserts, Marmeladen, Marinaden. Wir verweigern uns nicht einen Löffel Zucker, der zu Tee oder Kaffee hinzugefügt wird. Zu sagen, dass dieses Produkt absolut gesundheitsschädlich ist, ist unmöglich. Dieses Produkt ist notwendig, damit der Körper:

• die Gehirnaktivität verbessern;
• Verhindern Sie Blutgerinnsel in den Blutgefäßen;
• Stimulierung der Funktionen der Leber und der Milz;
• Normalisierung des Blutkreislaufs im Gehirn und Rückenmark;
• gesteigerter Appetit und Stimmung.

Ein Mann ohne Zucker kann definitiv nicht gesund sein. Als Folge eines Mangels an Süßigkeiten, Gedächtnis, verschlechtert sich die Aufmerksamkeit, eine Person kann nicht schnell denken und sich auf etwas konzentrieren.

Es ist nicht umsonst, dass Schulkindern und Studenten am Morgen vor dem Studium oder der Prüfung empfohlen wird, eine Tasse süßen Tee zu trinken oder Schokolade zu essen. Unser Blut braucht besonders Zucker.

Zusätzlich zu den nützlichen Eigenschaften kann Zucker den Körper schädigen:

• Gewichtszunahme;
• erhöhte Blutzuckerwerte;
• Belastung der Bauchspeicheldrüse;
• Herzprobleme;
• Hautkrankheiten;
• Karies.

Natürlich sprechen wir nicht von reinem Zucker, sondern von Produkten mit ihrem Inhalt. Tagsüber können wir harmlosen Joghurt, Haferkekse oder einen Apfel essen.

Wussten Sie, dass die tägliche Zuckerrate für Frauen laut Weltgesundheitsorganisation 25 Gramm beträgt und für Männer 37?

Zum Beispiel enthält ein Apfel bereits 10 Gramm Zucker. Und wenn Sie ein Glas Soda getrunken haben, übersteigt dies bereits Ihren täglichen Bedarf.

Zurück zu der Frage, ob Zucker Gift ist, können Sie beantworten, was passiert, wenn es die Norm überschreitet. Süß brauchen wir, aber in vernünftigen Mengen.

Was passiert mit Zucker im Körper?

Sie haben wahrscheinlich nicht mehr als einmal einen Bluttest auf Zucker, und deshalb wissen Sie, dass der Spiegel stabil sein muss. Um zu verstehen, wie dies funktioniert, schlage ich vor zu überlegen, was Zucker im Allgemeinen ist und was mit ihm passiert, wenn er in unseren Körper gelangt.

Industriezucker, den wir zu kulinarischen Zwecken verwenden, ist eigentlich Saccharose, ein Kohlenhydrat aus Rüben oder Zuckerrohr.

Saccharose besteht aus Glucose und Fructose. Saccharose wird nicht nur im Körper, sondern bereits im Mund in Glukose und Fruktose abgebaut, sobald wir Nahrung konsumieren. Das Aufteilen erfolgt unter dem Einfluss von Speichelenzymen.

Und nur dann werden alle Substanzen ins Blut aufgenommen. Glukose liefert die Energiereserven des Körpers. Auch bei der Einnahme von Saccharose im Körper beginnt die Bildung des Hormons Insulin.

Es beeinflusst wiederum die Bildung von Glykogen aus der restlichen Glukose, die als eine bestimmte Menge an Energie dient.

Und jetzt stellen Sie sich vor, dass jemand viel Süßes isst. Ein Teil der resultierenden Glukosespaltung geht mit der notwendigen Energie verloren.

Der Rest beginnt mit Insulin behandelt zu werden. Da jedoch viel Glukose vorhanden ist, hat Insulin keine Zeit zum Arbeiten und erhöht seine Intensität.

Und das ist eine große Belastung für die Bauchspeicheldrüse. Im Laufe der Zeit sind die Drüsenzellen erschöpft und können einfach nicht genug Insulin produzieren. Dies wird als Diabetes bezeichnet.

Eine weitere Gefahr für Liebhaber von Süßem besteht darin, dass in der Leber überschüssiger Glukose in Fettsäuren und Glycerin umgewandelt wird, die sich in Fett ablagern. In einfachen Worten beginnt sich eine Person zu erholen, da der Körper keine Zeit hat, die Fettreserven aufzuwenden, und legt sie einfach beiseite.

Wie verwende ich Zucker für die Gesundheit?

Wie ich bereits gesagt habe, benötigt der Körper Saccharose, aber es ist notwendig, dieses Produkt richtig und vernünftig einzusetzen. Denn übermäßige Liebe zu Desserts und Gebäck kann zu Fettleibigkeit, Diabetes, Magen- und Herzproblemen führen.

Dies und Übergewicht, das einer Person sofort Alter verleiht und ihr Aussehen ungesund macht. Daher ist es wichtig zu lernen, wie viel süßes Essen gegessen wird.

• begrenzen und vorzugsweise Zucker in seiner reinen Form aus der Diät entfernen;
• essen Sie Saccharose in ihrer natürlichen Form: Früchte, Beeren, Honig, Trockenfrüchte, Nüsse, Gemüse;
• Reduzieren Sie beim Kochen von Dessert oder Backen die im Rezept angegebene Zuckermenge mehrmals, und verwenden Sie besser Honig, Kokosnuss oder braunen Zucker, Sirupe auf Agavenbasis, Ahorn und Stevia-Extrakt.
• aß morgens einen süßen;
• Wenn Sie Tee mit Süßigkeiten oder Keksen trinken, sollte das Getränk wohlschmeckend sein.

Darüber hinaus müssen Sie mehr bewegen und reines Wasser trinken, damit überschüssige Kohlenhydrate aus dem Körper entfernt werden. Wenn Sie wirklich ein Stück Kuchen essen möchten, essen Sie getrocknete Aprikosen oder Nüsse.

Und damit der Körper keinen Mangel an Glukose und Fruktose verspürt, trinken Sie Spirulina und Chlorella. Diese beiden Algen beseitigen bemerkenswerterweise das Verlangen nach Süßigkeiten. Was es ist, werde ich Ihnen in den folgenden Artikeln erzählen.

Achten Sie auch auf die Art des Produkts. In einer Welt, die einfach nicht als Rohstoff für Saccharose verwendet wird! Und Rüben und Schilf und Birkensaft und sogar Ahornsaft!

Wir verwenden Rübenzucker. In früheren Artikeln habe ich Ihnen bereits gesagt, wie die Raffination gefährlich ist, warum es besser ist, solche Produkte abzulehnen. Ich möchte Sie kurz daran erinnern: Raffination ist der Prozess der Reinigung eines Produkts durch Kontakt mit Chemikalien wie Benzin.

Welcher Zucker ist gesünder: Rüben oder Zuckerrohr? Auf jeden Fall unmöglich zu sagen, hängt alles von der Qualität des Produktes ab. Reed, das wir haben, ist viel teurer, aber das liegt daran, dass es aus dem Ausland importiert wird.

Ich empfehle den Kauf eines Rohprodukts (auch Zuckerrohr, Rüben). Es ist an seiner braunen oder gelben Farbe zu erkennen. Es sieht nicht sehr schön aus, aber es enthält viele nützliche Eigenschaften und wertvolle Mineralien!

Das sind alles meine lieben Abonnenten! Ich würde mich freuen, wenn dieser Artikel für Sie nützlich ist und einem gesunden Lebensstil zumindest einen Schritt näher kommt. Lesen Sie es mit Vorteil, erzählen Sie es Ihren Freunden, aber ich verabschiede mich nicht von Ihnen und werde Ihnen bald etwas Interessantes erzählen!

Anaerober Abbau von Glucose (Anaerobe Glykolyse)

Die anaerobe Glykolyse bezieht sich auf das Aufspalten von Glukose unter Bildung von Laktat als Endprodukt. Dieser Prozess läuft ohne Verwendung von Sauerstoff ab und ist daher nicht von der Arbeit der mitochondrialen Atmungskette abhängig. ATP wird durch Substratphosphorylierungsreaktionen gebildet. Gesamtprozessgleichung:

C6H1206 + 2 H 3 PO 4 + 2 ADP = 2 C 3 H 6 O 3 + 2 ATP + 2 H 2 O.
Der hauptsächliche physiologische Zweck des Glucosekatabolismus besteht in der Verwendung der in diesem Prozess freigesetzten Energie für die ATP-Synthese.

Die beim vollständigen Abbau von Glukose in CO freigesetzte Energie₂ und H₂Oh, ist 2880 kJ / mol. Wenn dieser Wert mit der Energie der Hydrolyse energiereicher Bindungen verglichen wird

- 38 Mol ATP (50 kJ pro Mol ATP) ergibt sich: 50 × 38 = 1900 kJ, also 65% der Gesamtenergie, die während des vollständigen Glukoseabbaus freigesetzt wird. Dies ist die Effizienz der Verwendung von Glukose-Zerfallsenergie für die ATP-Synthese. Es ist zu beachten, dass die tatsächliche Effizienz des Prozesses geringer sein kann. Eine genaue Bestimmung der ATP-Ausbeute ist nur während der Phosphorylierung des Substrats möglich, und das Verhältnis zwischen dem Eintritt von Wasserstoff in die Atmungskette und der ATP-Synthese ist ungefähr.
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Die anaerobe Glykolyse bezieht sich auf das Aufspalten von Glukose unter Bildung von Laktat als Endprodukt. Dieser Prozess läuft ohne Verwendung von Sauerstoff ab und ist daher nicht von der Arbeit der mitochondrialen Atmungskette abhängig. ATP wird durch Substratphosphorylierungsreaktionen gebildet. Gesamtprozessgleichung:

Anaerobe GlykolysereaktionenBei der anaeroben Glykolyse finden alle 10 Reaktionen, die mit der aeroben Glykolyse identisch sind, im Zytosol statt. Nur die 11. Reaktion, bei der die Reduktion von Pyruvat durch cytosolisches NADH eintritt, ist spezifisch für die anaerobe Glykolyse (Abbildung 7-41). Die Reduktion von Pyruvat zu Lactat wird durch Lactatdehydrogenase katalysiert (die Reaktion ist reversibel und das Enzym wird nach der Rückreaktion benannt). Diese Reaktion gewährleistet die Regeneration von NAD + aus NADH ohne Beteiligung der mitochondrialen Atmungskette in Situationen, in denen die Zellen nicht ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden. Die Rolle des Wasserstoffakzeptors von NADH (wie Sauerstoff in der Atmungskette) wird von Pyruvat übernommen. Daher liegt die Bedeutung der Pyruvat-Reduktionsreaktion nicht in der Bildung von Lactat, sondern in der Tatsache, dass diese zytosolische Reaktion die Regeneration von NAD + ermöglicht. Darüber hinaus ist Laktat nicht das Endprodukt des Stoffwechsels, das aus dem Körper entfernt wird. Diese Substanz wird im Blut ausgeschieden und verwertet, wandelt sich in der Leber in Glukose um oder wenn Sauerstoff verfügbar ist, wird sie in Pyruvat umgewandelt, das in den allgemeinen Katabolismuspfad eintritt und zu CO oxidiert.₂ und H₂O.

30. Substratphosphorylierung Eine der Nukleoquellen

Zidtriphosphat, hauptsächlich ATP, ist ein Substratphosphorylid

, während derer sie in Transportreaktionen synthetisiert werden können

Phosphorylgruppe aus dem Makro enthaltenden Phosphorsäurerest

Nukleosiddiphosphate. Diese Reaktionen umfassen

Glykolysereaktionen, wenn sie aus 1,3-Diphosphoglycerat mit hohem Energiegehalt entnommen werden

Cheskoy-Verbindung in 1 Position, das Enzym Phosphoglycerat für das Molekül

ADP wird auf den Rest der Phosphorsäure übertragen - ein ATP-Molekül wird gebildet:

Und die zweite Reaktion der Substratphosphorylierung von ADP unter Bildung von

Enolform von Pyruvat und ATP, die unter der Wirkung des Enzyms fließen

Dies ist die letzte wichtige Glykolysereaktion. Enol-Isomerisierung

Pyruvat zu Pyruvat bildet sich nicht enzymatisch. Substratphosphorylierungsreaktionen schließen auch Succinyl-katalysiertes ein

Bildung von GTP durch CoA-Synthetase (Succinylthiokinase) im Krebs-Zyklus:

Succinyl-CoA-Succinat

In den Muskeln ist der Prozess der Muskelkontraktion noch aktiv

eine Substratphosphorylierungsreaktion, die durch Kreatinphosphat katalysiert wird

Diese Reaktion ist reversibel und in den Ruhezuständen tritt Kreatinbildung auf.

Phosphat aus ATP und Kreatin, und im Verlauf der Muskelarbeit angesammelt

Kreatinphosphat spendet eine Phosphorylgruppe an ADP unter Bildung von ATP,

für Muskelkontraktionsprozesse erforderlich.

Substratphosphorylierungsreaktionen sind eine wichtige Quelle für

com ATP, insbesondere unter anaeroben Bedingungen. Für Eukaryoten

Die Hauptquelle für ATP ist die oxidative Foporylierung

Energie der Elektronen, die während der Dehydrierung des Substrats freigesetzt werden

beim Reduzieren von Sauerstoff durch Implementierung von Transmembran

Protonengradientenpotential.
31 Glukose-Biosynthese (Glukoneogenese) aus Aminosäuren, Glycerin und Milchsäure. Die Beziehung der Glykolyse in den Muskeln und der Glukoneogenese in der Leber (Corey-Zyklus).

Glukoneogenese - der Prozess der Glukosesynthese aus Nicht-Kohlenhydratsubstanzen. Seine Hauptfunktion besteht darin, den Blutzuckerspiegel während längerem Fasten und intensiver körperlicher Anstrengung aufrechtzuerhalten. Der Prozess findet hauptsächlich in der Leber und weniger intensiv in der kortikalen Substanz der Nieren sowie in der Darmschleimhaut statt. Diese Gewebe können pro Tag 80-100 Gramm Glukose produzieren. Das Gehirn während des Fastens macht den größten Teil des Körpers nach Glukose aus. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Gehirnzellen im Gegensatz zu anderen Geweben nicht in der Lage sind, den Energiebedarf aufgrund der Oxidation von Fettsäuren zu decken. Zusätzlich zum Gehirn sind Gewebe und Zellen, die einen aeroben Zerfallsweg erfordern, nicht oder nur eingeschränkt möglich, beispielsweise rote Blutkörperchen ( Mitochondrien), Zellen der Netzhaut, der Nebennierenmark usw. Die primären Substrate für die Glukoneogenese sind Laktat, Aminosäuren und Glycerin. Der Einschluss dieser Substrate in die Gluconeogenese hängt vom physiologischen Zustand des Körpers ab.

• Laktat - anaerobes Glykolyseprodukt. Es wird in jedem Zustand des Körpers in roten Blutkörperchen und Arbeitsmuskeln gebildet. Daher wird Laktat ständig in der Glukoneogenese verwendet.
• Glycerol freigesetzt bei der Hydrolyse von Fett im Fettgewebe während der Fastenzeit oder bei längerer körperlicher Anstrengung.
• Aminosäuren gebildet durch den Abbau von Muskelproteinen und sind an der Gluconeogenese mit längerem Fasten oder längerer Muskelarbeit beteiligt.

Die meisten Gluconeogenese-Reaktionen treten aufgrund reversibler Glykolysereaktionen auf und werden von denselben Enzymen katalysiert. 3 Glykolysereaktionen sind jedoch thermodynamisch irreversibel. In diesen Stadien der Reaktion der Glukoneogenese laufen andere Wege ab. Es ist zu beachten, dass die Glykolyse im Zytosol stattfindet und ein Teil der Reaktionen der Gluconeogenese in den Mitochondrien stattfindet.

1 Die Bildung von Phosphoenolpyruvat aus Pyruvat. Die Bildung von Phosphoenolpyruvat aus Pyruvat erfolgt während zweier Reaktionen, von denen die erste in Mitochondrien stattfindet. Pyruvat, das aus Laktat oder aus einigen Aminosäuren gebildet wird, wird in die Mitochondrienmatrix transportiert und dort zum Oxalacetat carboxyliert.

Pyruvatcarboxylaseund diese Reaktion katalysierend, ist ein mitochondriales Enzym, dessen Coenzym Biotin ist. Die Reaktion läuft unter Verwendung von ATP ab.

Weitere Umwandlungen von Oxaloacetat finden im Zytosol statt. In diesem Stadium sollte daher ein System für den Transport von Oxaloacetat durch die mitochondriale Membran vorhanden sein, das für diese undurchlässig ist. Oxaloacetat in der Mitochondrienmatrix wird unter Bildung von Malat unter Beteiligung von NADH (Rückreaktion des Citratzyklus) wiederhergestellt.

Das entstandene Malat passiert dann mit speziellen Trägern die Mitochondrienmembran. Außerdem kann Oxaloacetat während des Malat-Aspartat-Shuttle-Mechanismus in Form von Aspartat von den Mitochondrien zum Cytosol transportiert werden. Im Cytosol wird Malat während einer Oxidationsreaktion, an der das Coenzym NAD + beteiligt ist, wieder in Oxaloacetat umgewandelt. Beide Reaktionen: die Reduktion von Oxaloacetat und die Oxidation von Malaga katalysieren Malatdehydrogenase, im ersten Fall handelt es sich jedoch um ein mitochondriales Enzym und im zweiten Fall um ein zytosolisches Enzym. Das im Cytosol von Malat gebildete Oxalacetat wird dann während einer durch Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase, einem GTP-abhängigen Enzym, katalysierten Reaktion in Phosphoenolpyruvat umgewandelt.

2 Glukosebildung aus Laktat. Laktat, das in den intensiv arbeitenden Muskeln oder in Zellen mit der vorherrschenden anaeroben Methode des Glukosekatabolismus gebildet wird, gelangt in das Blut und dann in die Leber. In der Leber ist das NADH / NAD + -Verhältnis niedriger als in dem kontrahierenden Muskel, daher verläuft die Laktatdehydrogenase-Reaktion in entgegengesetzter Richtung, d. H. zur Bildung von Pyruvat aus Laktat. Als nächstes ist Pyruvat an der Glukoneogenese beteiligt, und die resultierende Glukose gelangt in das Blut und wird von den Skelettmuskeln aufgenommen. Diese Abfolge von Ereignissen heißt "Glukose-Laktat-Zyklus "oder" Corey-Zyklus".

Der Corey-Zyklus erfüllt zwei wesentliche Funktionen: 1 - sorgt für die Verwendung von Laktat; 2 - verhindert die Ansammlung von Laktat und folglich einen gefährlichen pH-Wertabfall (Laktatazidose). Ein Teil des aus Laktat gebildeten Pyruvats wird von der Leber zu CO oxidiert₂ und H₂A. Die Oxidationsenergie kann zur Synthese von ATP verwendet werden, das für Gluconeogenese-Reaktionen erforderlich ist.

3 Die Bildung von Glukose aus Aminosäuren. Aminosäuren, die nach Katabolisierung zu Pyruvat oder Metaboliten des Citrat-Zyklus werden, können als potenzielle Vorläufer von Glucose und Glykogen betrachtet werden und werden als glykogen bezeichnet. Beispielsweise ist Oxa-Loacetat, das aus Asparaginsäure gebildet wird, ein Zwischenprodukt sowohl des Citratzyklus als auch der Gluconeogenese. Von allen Aminosäuren, die in die Leber gelangen, besteht etwa 30% aus Alanin. Dies liegt daran, dass der Abbau von Muskelproteinen Aminosäuren produziert, von denen viele sofort in Pyruvat oder zuerst in Oxalacetat und dann in Pyruvat umgewandelt werden. Letzteres wird in Alanin umgewandelt und erhält eine Aminogruppe von anderen Aminosäuren. Alanin aus den Muskeln wird durch Blut zur Leber transportiert, wo es erneut in Pyruvat umgewandelt wird, das teilweise oxidiert und teilweise in die Glukose-Neogenese eingebaut wird. Daher gibt es die folgende Abfolge von Ereignissen (Glucose-Alanin-Zyklus): Glukose in den Muskeln → Pyruvat in den Muskeln → Alanin in den Muskeln → Alanin in der Leber → Glukose in der Leber → Glukose in den Muskeln. Der gesamte Zyklus führt nicht zu einer Erhöhung der Glukosemenge in den Muskeln, sondern löst die Probleme des Transports von Aminostickstoff von den Muskeln in die Leber und beugt Laktatazidose vor.

4 Glukosebildung aus Glycerin. Glycerin wird durch Hydrolyse von Triacylglycerinen hauptsächlich im Fettgewebe gebildet. Nur Gewebe, die das Enzym Glycerol-Kinase besitzen, z. B. Leber, Nieren, können es verwenden. Dieses ATP-abhängige Enzym katalysiert die Umwandlung von Glycerin zu α-Glycerophosphat (Glycerol-3-phosphat). Wenn Glycerin-3-phosphat in die Gluconeogenese einbezogen wird, wird es mit NAD-abhängiger Dehydrogenase dehydratisiert, um Dihydroxyacetonphosphat zu bilden, das weiter in Glucose umgewandelt wird.

32. Die aerobe Glukosezersetzung kann durch die zusammenfassende Gleichung ausgedrückt werden:

Dieser Prozess umfasst mehrere Stufen:

• Aerobe Glykolyse - der Prozess der Glucoseoxidation unter Bildung von zwei Molekülen Pyruvat;
• Der allgemeine Weg des Katabolismus, einschließlich der Umwandlung von Pyruvat zu Acetyl-CoA und seiner weiteren Oxidation im Citratzyklus;
• CPE für Sauerstoff, der mit Dehydrierungsreaktionen konjugiert ist, die bei der Glukosezersetzung auftreten.

Die aerobe Glykolyse bezieht sich auf den Prozess der Oxidation von Glukose zu Brenztraubensäure, die in Gegenwart von Sauerstoff stattfindet. Alle Enzyme, die die Reaktionen dieses Prozesses katalysieren, sind im Zytosol der Zelle lokalisiert.

Stufen der aeroben Glykolyse

Bei der aeroben Glykolyse kann in 2 Stufen eingeteilt werden.

1. Das Vorbereitungsstadium, in dem Glucose phosphoryliert wird und in zwei Moleküle Phosphotriose gespalten wird. Diese Reihe von Reaktionen läuft unter Verwendung von 2 ATP-Molekülen ab.

2. Stufe im Zusammenhang mit der ATP-Synthese. Durch diese Reaktionsreihe werden Phosphoriosen in Pyruvat umgewandelt. Die in diesem Stadium freigesetzte Energie wird zur Synthese von 10 Mol ATP verwendet.

Aerobe Glykolysereaktionen

Die Umwandlung von Glucose-6-phosphat in 2 Moleküle Glyceraldehyd-3-phosphat Das als Folge der Phosphorylierung von Glucose unter Beteiligung von ATP gebildete Glucose-6-phosphat wird bei der nächsten Reaktion in Fructose-6-phosphat umgewandelt. Diese reversible Isomerisierungsreaktion läuft unter der Wirkung des Enzyms Glucosephosphisomerase ab.

Darauf folgt eine weitere Phosphorylierungsreaktion unter Verwendung eines Phosphatrests und ATP-Energie. Während dieser Reaktion, katalysiert durch Phosphofructokinase, wird Fructose-6-phosphat in Fructose-1,6-bisphosphat umgewandelt. Diese Reaktion ist ebenso wie die Hexokinase praktisch irreversibel und außerdem die langsamste aller Glykolysereaktionen. Die durch Phosphofructokinase katalysierte Reaktion bestimmt die Geschwindigkeit der gesamten Glykolyse. Durch Regulieren der Aktivität der Phosphofructokinase können Sie die Katabolismusrate von Glucose ändern.

Fruktose-1,6-bisphosphat wird weiter in 2 Triosophosphat gespalten: Glyceraldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat. Das Enzym katalysiert die Reaktion Fructosebisphosphat Aldolase,oder einfach Aldolase.Dieses Enzym katalysiert sowohl die Reaktion der Aldolspaltung als auch die Aldolkondensation, d.h. reversible Reaktion. Die Produkte der Aldolspaltung sind Isomere. In nachfolgenden Glykolysereaktionen wird nur Glyceraldehyd-3-phosphat verwendet, daher wird Dihydroxyacetonphosphat unter Beteiligung des Enzyms Triosephosph-Isomerase in Glyceraldehyd-3-phosphat umgewandelt. In der beschriebenen Reaktionsserie erfolgt die Phosphorylierung zweimal mit ATP. Der Verbrauch von zwei ATP-Molekülen (pro Glucosemolekül) wird jedoch durch die Synthese von mehr ATP weiter kompensiert

Die Umwandlung von Glyceraldehyd-3-phosphat zu Pyruvat Dieser Teil der aeroben Glykolyse umfasst Reaktionen, die mit der ATP-Synthese verbunden sind. Die schwierigste Reaktion in dieser Reihe von Reaktionen ist die Umwandlung von Glycerinaldehyd-3-phosphat zu 1,3-Bisphosphoglycerat. Diese Umwandlung ist die erste Oxidationsreaktion während der Glykolyse. Die Reaktion katalysiert Glycerinaldehyd-3-phosphatdehydrogenase,das ist ein NAD-abhängiges Enzym. Die Bedeutung dieser Reaktion liegt nicht nur in der Bildung von reduziertem Coenzym, dessen Oxidation in der Atmungskette mit der ATP-Synthese verbunden ist, sondern auch in der Tatsache, dass die freie Energie der Oxidation in der makroergischen Bindung des Reaktionsprodukts konzentriert ist. Die Glyceraldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase enthält einen Cysteinrest im aktiven Zentrum, dessen Sulfhydrylgruppe direkt an der Katalyse beteiligt ist. Die Oxidation von Glyceraldehyd-3-phosphat führt zur Reduktion von NAD und zur Bildung von H₃Ro₄ Hochenergetische Anhydridbindung in 1,3-Bisphosphoglycerat in Position 1. In der nächsten Reaktion wird energiereiches Phosphat in ADP überführt, um ATP zu bilden. Das Enzym, das diese Umwandlung katalysiert, wird für die Umkehrreaktion, Phosphoglyceratkinase, benannt (Kinasen werden nach dem Substrat benannt, das sich in der Reaktionsgleichung auf derselben Seite wie ATP befindet).

Die Bildung von ATP durch die beschriebene Methode ist nicht mit der Atmungskette verbunden und wird als Substratphosphorylierung von ADP bezeichnet. Das gebildete 3-Phosphoglycerat enthält keine hochenergetische Bindung. In den folgenden Reaktionen kommt es zu intramolekularen Umlagerungen, deren Bedeutung darauf zurückzuführen ist, dass der niederenergetische Phosphoester in eine Verbindung übergeht, die hochenergetisches Phosphat enthält. Intramolekulare Umwandlungen bestehen in der Übertragung des Phosphatrests von Position 3 in Phosphoglycerat nach Position 2. Anschließend wird das Wassermolekül unter Beteiligung des Enzyms Enolase vom resultierenden 2-Phosphoglycerat abgespalten. Der Name des dehydratisierenden Enzyms wird durch die umgekehrte Reaktion angegeben. Durch die Reaktion wird ein substituiertes Enol-Phosphoenolpyruvat gebildet. Das gebildete Phosphoenolpyruvat ist eine makroergische Verbindung, deren Phosphatgruppe in der nächsten Reaktion unter Beteiligung von Pyruvatkinase auf ADP übertragen wird (das Enzym wird auch nach der Umkehrreaktion benannt, bei der Pyruvat phosphoryliert wird, obwohl eine solche Reaktion nicht in dieser Form stattfindet).

Die Umwandlung von Phosphoenolpyruvat in Pyruvat ist eine irreversible Reaktion. Dies ist die zweite Phosphorylierung des Substrats während der Glykolyse. Die resultierende Enolform von Pyruvat wird dann nichtenzymatisch in eine thermodynamisch stabilere Ketoform umgewandelt.

Shuttle-Mechanismen.

Glycene-Shuttle FAD-abhängige Glycerophosphat-Dehydrogenase (2) zu Dihydroxyacetonphosphat, das leicht durch die Membranen der Mitochondrien in das Cytosol der Zelle gelangt. Das resultierende FADH2 überträgt über das Flavin-abhängige Elektronentransportenzym ETF außerdem seine Elektronen und Protonen an das Coenzym Q (Ubichinon) in der mytochondrialen Elektronentransportkette, wo bei der oxidativen Phosphorylierung bis zu 1,5 Mol Elektronen eingesetzt werden Motte ATP.

Dieser Mechanismus wird insbesondere von verschiedenen Stoffen weit verbreitet

Leber und Muskelgewebe, bei intensiver Muskelarbeit.

Der Malat-Aspartat-Shuttle-Mechanismus ist komplexer,

aber auch energieeffizienter. Es wird der überschüssige Betrag verwendet

cytoplasmatisches NADH in der Reduktionsreaktion von Oxaloacetat (

Levoessigsäure) zu Malat (Äpfelsäure) unter Verwendung von NAD-

abhängiges cytoplasmatisches Enzym Malatdehydrogenase Äpfelsäure dringt leicht durch beide Mitochondrienmembranen in die Matrix ein.

wo Mitochondrien oxidiert werden, sowie NAD-abhängige Malatdehydro-

Genase (5) zu Oxaloacetat. Ferner werden die Elektronen vom NADH empfangen

fallen in die Elektronentransportkette, wo im Prozess der oxidative Phosphor

Für 2 Mol Elektronen werden bis zu 2,5 Mol ATP erzeugt. Umformen

Oxaloacetat kann die Mitochondrien nicht verlassen, es reagiert

Transaminierung mit Glutaminsäure (Glutamat) unter

die Wirkung der mitochondrialen Aspartataminotransferase (3). Als Ergebnis

Asparaginsäure (Aspartat) entsteht, die mit Hilfe von

das digitale Transportsystem bewegt sich von den Mitochondrien in das Zytoplasma,

wo unter der Wirkung von cytoplasmatischer Aspartataminotransferase (2)

gibt seine Aminogruppe an α-Ketoglutarsäure (α-Ketoglutarat) ab,

rotierend in Oxalacetat. Es sei darauf hingewiesen, dass α-Ketoglutarat und Glutamat

dringt leicht in die innere Mitochondrienmembran ein

das Enzymtransportsystem ist Glutamat-α-Ketoglutarat

Translokase (1). Die innere Mitochondrienmembran enthält eine Vielzahl von

Träger für Ionen und geladene Metaboliten: zum Beispiel Träger

Dicarbonsäuren vermitteln die erleichterte Austauschdiffusion von Malat,

Succinat, Fumarat und H2PO4

- und Tricarbonsäure-Transporter liefern

Austausch von OH– und H2PO4

-. Von den wichtigsten Translokasen, Enzymen,

Transport bestimmter Stoffe durch das Innere

Mitochondrienmembran muss die ATP-ADP-Translokase erwähnt werden.

Transport zum in Mitochondrien synthetisierten Zytoplasma

ATP gegen ADP und anorganischen Phosphor, der in die Mitochondrien gelangt

Schleierion, das zu den Mitochondrien beiträgt, zusätzliches Proton.
34. Allosterische Mechanismen, die den aeroben und anaeroben Abbau von Glukose regulieren.
35. Der Pentosephosphatweg, auch Hexomonophosphat-Shunt genannt, ist ein alternativer Weg, um Glucose-6-phosphat zu oxidieren. Der Pentosephosphatweg besteht aus 2 Phasen (Teilen) - oxidativ und nichtoxidativ.

In der oxidativen Phase oxidiert Glucose-6-phosphat irreversibel zu Pentose-Ribulose-5-phosphat, und es wird reduziertes NADPH gebildet.

In der nichtoxidativen Phase wird Ribulose-5-phosphat reversibel in Ribose-5-phosphat- und -glykolysemetabolite umgewandelt.

Der Pentosephosphatweg liefert Zellen mit Ribose für die Synthese von Purin- und Pyrimidinnukleotiden und das hydrierte Coenzym NADPH, das in regenerativen Prozessen verwendet wird.

Die Gesamtgleichung des Pentosephosphatweges wird wie folgt ausgedrückt:

3 Glucose-6-phosphat + 6 NADP + → 3 CO₂ + 6 (NADPH + H +) + 2-Fructose-6-phosphat + Glyceraldehyd-3-phosphat.

Enzyme des Pentosephosphatweges sowie Glykolyseenzyme sind im Cytosol lokalisiert.

Der aktivste Pentosephosphatweg tritt in Fettgewebe, Leber, Nebennierenrinde, Erythrozyten, Brustdrüsen während der Laktation und den Hoden auf.

Oxidationsstufe
Die Gesamtgleichung der oxidativen Stufe des Pentose-Phosphat-Wegs kann wie folgt dargestellt werden:

Glucose-6-phosphat + 2 NADP + + H₂O → Ribuloso-5-phosphat + 2 NADPH + H + + CO₂

Nicht oxidative Stufe
Das nicht-oxidative Stadium des Pentosephosphatweges umfasst eine Reihe reversibler Reaktionen, in deren Folge Ribulose-5-phosphat in Ribose-5-phosphat und Xylulose-5-phosphat umgewandelt wird, und aufgrund des Übergangs von Kohlenstofffragmenten zu Glycolysemetaboliten - Fructose-6-phosphat und Glyceraldehyd -. 3-Phosphat An diesen Umwandlungen sind Enzyme beteiligt: ​​Epimerase, Isomerase, Transketolase und Transaldolase. Transketolase verwendet Coenzymthiamin-Diphosphat. Der nichtoxidative Schritt des Pentosephosphatweges schließt die Dehydrierungsreaktion nicht ein.
Das Gesamtergebnis des Metabolismus von 3 Molekülen Ribulose-5-phosphat in der nichtoxidativen Phase des Pentosephosphatweges ist die Bildung von 2 Molekülen Fructose-6-phosphat und 1 Molekül Glyceraldehyd-3-phosphat. Weiterhin können Fructose-6-phosphat und Glyceraldehyd-3-phosphat in Glucose umgewandelt werden. Unter Berücksichtigung des stöchiometrischen Koeffizienten von 2 sind für die Bildung von 5 Glucosemolekülen (mit 30 Kohlenstoffatomen) 4 Fructose-6-phosphat-Moleküle und 2 Glyceraldehyd-3-phosphat-Moleküle (ebenfalls 30 Kohlenstoffatome enthaltend) bzw. 6 Moleküle erforderlich Ribulose-5-phosphat. Somit kann der nichtoxidative Weg als der Prozess der Rückkehr von Pentosen in den Hexosefonds dargestellt werden.
36. Pentose-Phosphat-Zyklus

Das oxidative Stadium der Pentosebildung und das nichtoxidative Stadium (der Weg der Rückkehr von Pentosen zu Hexosen) bilden zusammen einen zyklischen Prozess.

Ein solcher Prozess kann durch die allgemeine Gleichung beschrieben werden:

6 Glucose-6-phosphat + 12 NADP + + 2 N₂O → 5 Glucose-6-phosphat + 12 NADPH + 12 N + + 6 CO₂.

Dies bedeutet, dass aus 6 Glucosemolekülen 6 Moleküle Glucose-5-phosphat (Pentosen) und 6 Moleküle CO gebildet werden₂. Nicht oxidative Enzyme

Abb. 7-63. Transformationen von Ribulose-5-phosphat.

Abb. 7-64. Die Transferreaktion des Zwei-Kohlenstoff-Fragments, katalysiert durch Transketolase.

Phasen verwandeln 6 Moleküle Ribulose-5-phosphat in 5 Moleküle Glukose (Hexose). Wenn diese Reaktionen nacheinander durchgeführt werden, ist das einzige nützliche Produkt NADPH, das in der oxidativen Phase des Pentosephosphatweges gebildet wird. Ein solcher Prozess wird als Pentosephosphatzyklus bezeichnet (Abb. 7-67).

Durch den Fluss des Pentose-Phosphat-Zyklus können die Zellen NADPH herstellen, das für die Synthese von Fetten erforderlich ist, ohne dass sich Pentosen ansammeln.

Die beim Abbau von Glukose freigesetzte Energie wird in Energie eines energiereichen Wasserstoffdonors - NADPH - umgewandelt. Hydriertes NADPH dient als Wasserstoffquelle für reduktive Synthesen, und NADPH-Energie wird zum Beispiel in neu synthetisierte Substanzen umgewandelt und gespeichert

Abb. 7-65. Transaldolase-katalysierte Reaktion.

Abb. 7-66. Die Reaktion wird durch Transketolase katalysiert.

37. Der Austausch von Galactose Galaktosämie
Störungen des Galactosemetabolismus

Der Galactosemetabolismus ist besonders interessant im Zusammenhang mit einer erblichen Erkrankung - der Galactosämie. Galaktosämietritt auf, wenn der Galactosemetabolismus aufgrund eines erblichen Defekts der drei Enzyme, einschließlich Galactose, im Glukosestoffwechsel beeinträchtigt ist

Kohlenhydratstoffwechsel beim Menschen

Der Mensch bezieht Energie für sein Dasein aus Kohlenhydraten. Sie haben die sogenannte Energiefunktion bei Säugetieren. Produkte, die komplexe Kohlenhydrate enthalten, sollten mindestens 40-50% des Kaloriengehalts der täglichen Ernährung einer Person ausmachen. Glukose kann in Stresssituationen oder bei intensiver körperlicher Anstrengung leicht aus den „Reserven“ des Körpers mobilisiert werden.

Eine leichte Abnahme des Blutzuckers (Hypoglykämie) betrifft hauptsächlich das zentrale Nervensystem:

- Schwäche erscheint
- Schwindel
- in besonders vernachlässigten Fällen kann es zu Bewusstseinsverlust kommen,
- Unsinn
- Muskelkrämpfe.

Wenn man von Kohlenhydraten spricht, fällt einem der bekanntesten Vertreter dieser Klasse organischer Substanzen ein - Stärke, die eines der häufigsten Polysaccharide, d. Es besteht aus einer Vielzahl von sequenziell verbundenen Glukosemolekülen. Wenn die Stärke oxidiert wird, verwandelt sie sich in einzelne hochwertige Glucosemoleküle. Da Stärke jedoch, wie oben erwähnt, aus einer riesigen Menge an Glucosemolekülen besteht, erfolgt die vollständige Aufspaltung schrittweise: von Stärke zu kleineren Polymeren, dann zu Disacchariden (die nur aus zwei Glucosemolekülen bestehen) und erst dann in Glucose.

Stufen, die Kohlenhydrate spalten

Die Lebensmittelverarbeitung, deren Hauptbestandteil die Kohlenhydratkomponente ist, findet in verschiedenen Bereichen des Verdauungstraktes statt.

- der Beginn der Spaltung tritt in der Mundhöhle auf. Während des Kauens wird Nahrung durch das Enzym Speichel Pitalin (Amylase) verarbeitet, das von den Parotisdrüsen synthetisiert wird. Es hilft einem riesigen Stärkemolekül, sich in kleinere Polymere aufzulösen.

- Da sich das Futter für kurze Zeit im Mund befindet, muss es im Magen weiter verarbeitet werden. Sobald sie sich in der Magenhöhle befinden, werden Kohlenhydratprodukte mit Pankreassekretionen gemischt, nämlich Pankreasamylase, die wirksamer ist als Amylase der Mundhöhle, und daher bereits nach 15 bis 30 Minuten, wenn der Chymus (halbflüssiger, nicht vollständig verdauter Mageninhalt) aus dem Magen reicht Im Zwölffingerdarm sind fast alle Kohlenhydrate bereits zu sehr kleinen Polymeren und Maltose (ein Disaccharid, zwei verbundene Glucosemoleküle) oxidiert.

- Vom Zwölffingerdarm aus setzt eine Mischung aus Polysacchariden und Maltose ihren erstaunlichen Weg in den oberen Darm fort, wo die sogenannten Enzyme des Darmepithels ihre endgültige Verarbeitung durchführen. Enterozyten (Zellen, die die Mikrovilli des Dünndarms auskleiden) enthalten die Enzyme Lactase, Maltase, Sucrase und Dextrinase, die die endgültige Verarbeitung von Disacchariden und kleinen Polysacchariden zu Monosacchariden durchführen (dies ist ein Molekül, aber noch keine Glucose). Laktose zerfällt in Galaktose und Glukose, Saccharose in Fruktose und Glukose, Maltose wie andere kleine Polymere in Glukosemoleküle und gelangt sofort in den Blutkreislauf.

- Aus dem Blutstrom gelangt Glukose in die Leber und anschließend wird Glykogen daraus synthetisiert (ein Polysaccharid tierischen Ursprungs, das eine Speicherfunktion hat, ist für den Körper einfach notwendig, wenn es schnell erforderlich ist, eine große Energiemenge zu gewinnen).

Glykogendepot

Einer der Glykogenspeicher ist die Leber, aber die Leber ist nicht der einzige Ort, an dem sich Glykogen ansammelt. Es ist auch ziemlich viel in der Skelettmuskulatur, bei deren Reduktion das Enzym Phosphorylase aktiviert wird, was zu einem intensiven Abbau von Glykogen führt. Sie müssen zugeben, dass in der modernen Welt die Umstände jeder Person in unvorhergesehenen Umständen liegen können, die höchstwahrscheinlich einen enormen Energieverbrauch erfordern und je mehr Glykogen desto besser

Noch mehr kann gesagt werden - Glykogen ist so wichtig, dass es selbst aus Nichtkohlenhydratprodukten hergestellt wird, die Milchsäure, Brenztraubensäure und glykogene Aminosäuren enthalten (Aminosäuren sind die Hauptbestandteile von Proteinen, glykogene Mittel, mit denen Kohlenhydrate aus biochemischen Prozessen erhalten werden können), Glycerin und viele andere In diesem Fall wird Glykogen natürlich mit großem Energieaufwand und in geringen Mengen synthetisiert.

Wie bereits erwähnt, führt eine Abnahme der Glukosemenge im Blut zu einer ziemlich schwerwiegenden Reaktion im Körper. Deshalb reguliert die Leber gezielt die Glukosemenge im Blut und greift gegebenenfalls zur Glykogenolyse. Glykogenolyse (Mobilisierung, Abbau von Glykogen) tritt auf, wenn im Blut nicht genügend Glukose vorhanden ist, was durch Hunger, schwere körperliche Arbeit oder schweren Stress verursacht werden kann. Es beginnt damit, dass die Leber mit dem Enzym Phosphoglucomutase Glykogen zu Glucose-6-phosphaten abbaut. Als nächstes oxidiert das Enzym Glucose-6-phosphatase sie. Freie Glukose dringt leicht in die Membranen von Hepatozyten (Leberzellen) in den Blutkreislauf ein und erhöht so die Menge im Blut. Die Reaktion auf einen Anstieg des Blutzuckerspiegels ist die Freisetzung von Insulin durch die Bauchspeicheldrüse. Wenn der Glukosespiegel während der Insulinabgabe nicht sinkt, wird der Pankreas es absondern, bis dies geschieht.

Zum Schluss noch ein wenig über die Fakten über Insulin selbst (weil es unmöglich ist, über den Kohlenhydratstoffwechsel zu sprechen, ohne auf dieses Thema einzugehen):

- Insulin transportiert Glukose durch die Membranen von Zellen, den sogenannten Insulin-abhängigen Geweben (Fett-, Muskel- und Leberzellmembranen)

- Insulin stimuliert die Glykogensynthese in Leber und Muskeln, Fetten - Leber- und Fettgewebe, Eiweiß - in Muskeln und anderen Organen.

- Eine unzureichende Insulinsekretion durch Pankreas-Inselzellen kann zu Hyperglykämie, gefolgt von Glykosurie (Diabetes mellitus), führen.

- Hormone - Insulinantagonisten sind Glucagon, Adrenalin, Noradrenalin, Cortisol und andere Corticosteroide.

Abschließend

Der Kohlenhydratstoffwechsel ist für das menschliche Leben von größter Bedeutung. Eine unausgewogene Ernährung führt zu einer Störung des Verdauungstraktes. Daher hilft eine gesunde Ernährung mit einer moderaten Menge an komplexen und einfachen Kohlenhydraten, dass Sie immer gut aussehen und sich gut fühlen.

-CARBON EXCHANGE

ATP-Gleichgewicht bei der aeroben Glykolyse, Glukoseabbau zu CO₂ und H₂Oh!

ATP-Freisetzung bei der aeroben Glykolyse

Für die Bildung von Fructose-1,6-bisphosphat aus einem Glucosemolekül werden 2 ATP-Moleküle benötigt. Reaktionen, die mit der ATP-Synthese verbunden sind, treten nach dem Abbau von Glucose in 2 Phosphotriosemoleküle auf, d. in der zweiten Stufe der Glykolyse. In diesem Stadium finden 2 Reaktionen der Substratphosphorylierung statt und 2 ATP-Moleküle werden synthetisiert (Reaktionen 7 und 10). Zusätzlich wird ein Molekül Glycerinaldehyd-3-phosphat dehydriert (Reaktion 6) und NADH überträgt Wasserstoff an das mitochondriale CPE, wo 3 ATP-Moleküle durch oxidative Phosphorylierung synthetisiert werden. In diesem Fall hängt die Menge an ATP (3 oder 2) von der Art des Shuttlesystems ab. Folglich ist die Oxidation eines Moleküls Glyceraldehyd-3-phosphat zu Pyruvat mit der Synthese von 5 ATP-Molekülen verbunden. In Anbetracht der Tatsache, dass 2 Moleküle Phosphotriose aus Glukose gebildet werden, muss der resultierende Wert mit 2 multipliziert und dann 2 Moleküle ATP, die in der ersten Stufe verbraucht wurden, abgezogen werden. Somit beträgt die ATP-Ausbeute bei der aeroben Glykolyse (5 × 2) - 2 = 8 ATP.

ATP-Ausbeute bei aerober Glucose-Zersetzung zu den Endprodukten

Durch die Glykolyse wird Pyruvat gebildet, das weiter zu CO oxidiert wird.₂ und H₂O in dem in Abschnitt 6 beschriebenen OPK. Nun ist es möglich, die Energieeffizienz der Glykolyse und des OPK abzuschätzen, die zusammen den Prozess der aeroben Zersetzung von Glucose zu den Endprodukten darstellen.

So ergibt sich die ATP-Ausbeute bei der Oxidation von 1 Mol Glucose zu CO₂ und H₂O ist 38 Mol ATP.

Bei der aeroben Zersetzung von Glucose treten 6 Dehydrierungsreaktionen auf. Einer davon tritt in der Glykolyse und 5 im OPK auf. Substrate für spezifische NAD-abhängige Dehydrogenasen: Glyceraldehyd-3-phosphat, Zhiruvat, Isocitrat, α-Ketoglutarat, Malat. Eine Dehydrierungsreaktion im Citratzyklus unter der Wirkung von Succinatdehydrogenase findet unter Beteiligung von FAD-Coenzym statt. Die durch oxidative Phosphorylierung synthetisierte Gesamtmenge an ATP beträgt 17 Mol ATP pro 1 Mol Glycerinaldehydphosphat. Dazu müssen 3 Mol ATP hinzugefügt werden, das durch Substratphosphorylierung (zwei Reaktionen in der Glykolyse und eine im Citratzyklus) synthetisiert wird.

Wenn man bedenkt, dass Glukose in 2 Phosphotriosen zerfällt und der stöchiometrische Koeffizient weiterer Transformationen 2 beträgt, muss der resultierende Wert mit 2 multipliziert werden, und von dem Ergebnis werden 2 Mol ATP in der ersten Stufe der Glykolyse abgezogen.

Stufen der aeroben Zersetzung von Glukose

Stufen der aeroben Zersetzung von Glukose

Die Menge an verwendetem ATP, mol

Die Menge an synthetisiertem ATP, mol

I. Aerobe Glykolyse

Glukose → 2 Pyruvat

Ii. Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat

2 (Pyruvat → Acetyl-CoA)

Iii. Citrat-Zyklus

Die Gesamtausbeute an ATP bei der Oxidation von 1 Mol Glucose

Anaerober Abbau von Glucose (Anaerobe Glykolyse)

Die anaerobe Glykolyse bezieht sich auf das Aufspalten von Glukose unter Bildung von Laktat als Endprodukt. Dieser Prozess läuft ohne Verwendung von Sauerstoff ab und ist daher nicht von der Arbeit der mitochondrialen Atmungskette abhängig. ATP wird durch Substratphosphorylierungsreaktionen gebildet. Gesamtprozessgleichung:

Anaerobe Glykolysereaktionen

Bei der anaeroben Glykolyse (Abb. 7-40) finden alle 10 Reaktionen, die mit der aeroben Glykolyse identisch sind, im Zytosol statt. Nur die 11. Reaktion, bei der die Reduktion von Pyruvat durch cytosolisches NADH eintritt, ist spezifisch für die anaerobe Glykolyse (Abbildung 7-41). Die Reduktion von Pyruvat zu Lactat wird durch Lactatdehydrogenase katalysiert (die Reaktion ist reversibel und das Enzym wird nach der Rückreaktion benannt). Diese Reaktion gewährleistet die Regeneration von NAD + aus NADH ohne Beteiligung der mitochondrialen Atmungskette in Situationen, in denen die Zellen nicht ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden. Die Rolle des Wasserstoffakzeptors von NADH (wie Sauerstoff in der Atmungskette) wird von Pyruvat übernommen. Daher liegt die Bedeutung der Pyruvat-Reduktionsreaktion nicht in der Bildung von Lactat, sondern in der Tatsache, dass diese zytosolische Reaktion die Regeneration von NAD + ermöglicht. Darüber hinaus ist Laktat nicht das Endprodukt des Stoffwechsels, das aus dem Körper entfernt wird. Diese Substanz wird im Blut ausgeschieden und verwertet, wandelt sich in der Leber in Glukose um oder wenn Sauerstoff verfügbar ist, wird sie in Pyruvat umgewandelt, das in den allgemeinen Katabolismuspfad eintritt und zu CO oxidiert.₂ und H₂O.

Anaerobe Glykolyse.

Wiedergewinnung von Pyruvat im Laktat.

ATP-Gleichgewicht bei der anaeroben Glykolyse

Anaerobe Glykolyse ist weniger wirksam als aerob. Bei diesem Prozess wird der Katabolismus von 1 Mol Glucose ohne Beteiligung der mitochondrialen Atmungskette von der Synthese von 2 Mol ATP und 2 Mol Lactat begleitet. ATP wird durch 2 Reaktionen der Substratphosphorylierung gebildet. Da Glukose unter Berücksichtigung des stöchiometrischen Koeffizienten von 2 in 2 Phosphoriosen zerfällt, beträgt die Molzahl von synthetisiertem ATP 4. Unter Berücksichtigung der 2 Mol ATP, die in der ersten Stufe der Glykolyse verwendet werden, erhalten wir den endgültigen Energieeffekt des Prozesses, der 2 Mol ATP entspricht. So stellen 10 cytosolische Enzyme, die die Umwandlung von Glucose in Pyruvat katalysieren, zusammen mit Lactatdehydrogenase die Synthese von 2 Mol ATP (pro 1 Mol Glucose) in einer sauerstoffhaltigen Glykolyse sicher.

Der Wert des Glukosekatabolismus

Der hauptsächliche physiologische Zweck des Glucosekatabolismus besteht in der Verwendung der in diesem Prozess freigesetzten Energie für die ATP-Synthese.

Die beim vollständigen Abbau von Glukose in CO freigesetzte Energie₂ und H₂Oh, ist 2880 kJ / mol. Vergleicht man diesen Wert mit der Energie der Hydrolyse energiereicher Bindungen - 38 Mol ATP (50 kJ pro Mol ATP), ergibt sich: 50 × 38 = 1900 kJ, also 65% der während des vollständigen Glukoseabbaus freigesetzten Energie. Dies ist die Effizienz der Verwendung von Glukose-Zerfallsenergie für die ATP-Synthese. Es ist zu beachten, dass die tatsächliche Effizienz des Prozesses geringer sein kann. Eine genaue Bestimmung der ATP-Ausbeute ist nur während der Phosphorylierung des Substrats möglich, und das Verhältnis zwischen dem Eintritt von Wasserstoff in die Atmungskette und der ATP-Synthese ist ungefähr.

Der aerobe Abbau von Glukose tritt in vielen Organen und Geweben auf und dient als die wichtigste, aber nicht die einzige Energiequelle für die Vitalaktivität. Einige Gewebe sind am stärksten von der Katalyse von Glukose als Energiequelle abhängig. Beispielsweise verbrauchen Gehirnzellen bis zu 100 g Glukose pro Tag und oxidieren sie auf aerobe Weise. Daher äußert sich eine unzureichende Versorgung des Gehirns mit Glukose oder Hypoxie durch Symptome, die auf eine Beeinträchtigung der Gehirnfunktion hinweisen (Schwindel, Krämpfe, Bewusstseinsverlust).

Der anaerobe Abbau von Glukose erfolgt in den Muskeln, in den ersten Minuten der Muskelarbeit, in roten Blutkörperchen (in denen keine Mitochondrien vorhanden sind) sowie in verschiedenen Organen unter Bedingungen einer begrenzten Sauerstoffzufuhr, einschließlich in Tumorzellen. Der Stoffwechsel von Tumorzellen ist durch die Beschleunigung sowohl der aeroben als auch der anaeroben Glykolyse gekennzeichnet. Die vorherrschende anaerobe Glykolyse und eine Steigerung der Laktatsynthese sind jedoch ein Indikator für eine erhöhte Zellteilung bei unzureichender Versorgung der Zellen mit Blutgefäßen.

Neben der Energiefunktion kann der Katabolismus von Glukose anabole Funktionen erfüllen. Glykolyse-Metaboliten werden zur Synthese neuer Verbindungen verwendet. So sind Fructose-6-phosphat und Glyceraldehyd-3-phosphat an der Bildung von Ribose-5-phosphat beteiligt - einer strukturellen Komponente von Nukleotiden; 3-Phosphoglycerat kann bei der Synthese von Aminosäuren wie der Reihe Glycin, Cystein enthalten sein. Im Leber- und Fettgewebe wird aus Pyruvat gebildetes Acetyl-CoA als Substrat bei der Biosynthese von Fettsäuren, Cholesterin und Dihydroxyacetonphosphat als Substrat für die Synthese von Glycerol-3-phosphat verwendet.

Regulierung des Glukosekatabolismus

Da der Hauptwert der Glykolyse in der ATP-Synthese liegt, sollte ihre Geschwindigkeit mit den Energiekosten im Körper in Beziehung gesetzt werden.

Die meisten Glykolysereaktionen sind mit Ausnahme von drei reversibel, katalysiert durch Hexokinase (oder Glucokinase), Phosphofructokinase und Pyruvatkinase. Regulatorische Faktoren, die die Geschwindigkeit der Glykolyse und damit die Bildung von ATP verändern, zielen auf irreversible Reaktionen ab. Ein Indikator für den ATP-Verbrauch ist die Akkumulation von ADP und AMP. Letzteres wird in der Reaktion gebildet, die durch Adenylatkinase katalysiert wird: 2 ADP AMP + ATP

Bereits ein geringer ATP-Verbrauch führt zu einem spürbaren Anstieg der AMF. Das Verhältnis von ATP zu ADP und AMP charakterisiert den Energiestatus der Zelle, und ihre Bestandteile dienen als Allosterie-Geschwindigkeitsregler sowohl für den allgemeinen Weg des Katabolismus als auch für die Glykolyse.

Regulation des Glukosekatabolismus im Skelettmuskel.

Wesentlich für die Regulation der Glykolyse ist die Änderung der Aktivität der Phosphofructokinase, da dieses Enzym, wie bereits erwähnt, den langsamsten Reaktionsprozess katalysiert.

Phosphofructokinase wird durch AMP aktiviert, wird jedoch durch ATP inhibiert. Durch die Bindung an das allosterische Zentrum der Phosphofructokinase erhöht AMP die Affinität des Enzyms für Fructose-6-phosphat und erhöht die Phosphorylierungsgeschwindigkeit. Die Wirkung von ATP auf dieses Enzym ist ein Beispiel für homotropen Aschusterismus, da ATP sowohl mit dem allosterischen als auch mit dem aktiven Zentrum interagieren kann, im letzteren Fall als Substrat.

Bei physiologischen ATP-Werten ist das aktive Zentrum der Phosphofructokinase immer mit Substraten (einschließlich ATP) gesättigt. Die Erhöhung der ATP-Spiegel relativ zu ADP verringert die Reaktionsgeschwindigkeit, da ATP unter diesen Bedingungen als Inhibitor wirkt: Es bindet an das allosterische Zentrum des Enzyms, verursacht Konformationsänderungen und verringert die Affinität zu seinen Substraten.

Änderungen in der Aktivität der Phosphofructokinase tragen zur Regulierung der Glucosephosphorylierung durch Hexokinase bei. Eine Abnahme der Phosphofructokinase-Aktivität bei einem hohen ATP-Gehalt führt zur Anhäufung von sowohl Fructose-6-phosphat als auch Glucose-6-phosphat, wobei letzteres die Hexokinase hemmt. Es sei daran erinnert, dass Hexokinase in vielen Geweben (mit Ausnahme der Leber- und β-Zellen des Pankreas) durch Glucose-6-phosphat inhibiert wird.

Bei einem hohen ATP-Gehalt nimmt die Geschwindigkeit des Zitronensäurezyklus und der Atmungskette ab. Unter diesen Bedingungen verlangsamt sich auch der Prozess der Glykolyse. Es sei daran erinnert, dass die allosterische Regulation von Enzymen von OPK und der Atmungskette auch mit Konzentrationsänderungen von Schlüsselprodukten wie NADH, ATP und bestimmten Metaboliten verbunden ist. So akkumuliert NADH: Wenn es keine Zeit hat, in der Atmungskette zu oxidieren, hemmt es einige allosterische Enzyme des Citratzyklus.

Die physiologische Rolle der Glykolyse in der Leber und im Fettgewebe ist etwas anders als in anderen Geweben. Im Leber- und Fettgewebe fungiert die Glykolyse während der Verdauungsperiode hauptsächlich als Substratquelle für die Synthese von Fetten. Die Regulation der Glykolyse in der Leber hat ihre eigenen Eigenschaften und wird später betrachtet.

Im glykolytischen Weg kann eine zusätzliche Reaktion auftreten, die durch eine Bisphosphoglycerat-Mutase, die ein 1,3-Bisphosphoglycerat in 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-EFG) umwandelt, katalysiert wird, das unter Beteiligung von 2,3-Bisphosphoglyceratphosphatase in ein Metabolit umgewandelt werden kann.

Die Bildung und Umwandlung von 2,3-Bisphosphoglycerat.

In den meisten Geweben wird 2,3-BFG in geringen Mengen gebildet. In Erythrozyten wird dieser Metabolit in erheblichen Mengen gebildet und dient als adlosterischer Regulator der Hämoglobinfunktion. 2,3-BFG, das an Hämoglobin bindet, senkt seine Affinität für Sauerstoff und trägt zur Dissoziation von Sauerstoff und dessen Übergang in das Gewebe bei.

Die Bildung von 2,3-BFG impliziert den Energieverlust einer makroergischen Bindung in 1,3-Bisphosphoglycerat, der nicht auf ATP übertragen wird, sondern in Form von Wärme abgebaut wird, was eine Abnahme des Energieeffekts der Glykolyse bedeutet.

SYNTHESE VON GLUCOSE IM LEBEN (GLUCONEOGENESIS)

Einige Gewebe wie das Gehirn benötigen einen stetigen Glukosefluß. Wenn die Zufuhr von Kohlenhydraten in der Zusammensetzung der Nahrung nicht ausreicht, wird der Glucosegehalt im Blut für einige Zeit im normalen Bereich gehalten, da Glykogen in der Leber abgebaut wird. Die Glykogenspeicher in der Leber sind jedoch gering. Sie nehmen um 6–10 Stunden Fasten signifikant ab und sind nach einem täglichen Fasten fast vollständig erschöpft. In diesem Fall beginnt die Glukosesynthese von Glukose in der Leber. Die Gluconeogenese ist der Prozess der Glucosesynthese aus Nicht-Kohlenhydratsubstanzen. Seine Hauptfunktion besteht darin, den Blutzuckerspiegel während längerem Fasten und intensiver körperlicher Anstrengung aufrechtzuerhalten. Der Prozess findet hauptsächlich in der Leber und weniger intensiv in der kortikalen Substanz der Nieren sowie in der Darmschleimhaut statt. Diese Gewebe können pro Tag 80-100 Gramm Glukose produzieren. Das Gehirn während des Fastens macht den größten Teil des Körpers nach Glukose aus. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Gehirnzellen im Gegensatz zu anderen Geweben nicht in der Lage sind, aufgrund der Oxidation von Fettsäuren den Energiebedarf zu decken.

Zusätzlich zum Gehirn benötigen Gewebe und Zellen, bei denen der aerobe Zerfallsweg unmöglich oder eingeschränkt ist, wie rote Blutkörperchen, Netzhautzellen, Nebennierenmark usw., Glukose.

Die primären Substrate der Gluconeogenese sind Laktat, Aminosäuren und Glycerin. Der Einschluss dieser Substrate in die Gluconeogenese hängt vom physiologischen Zustand des Körpers ab.

Lactat ist ein Produkt der anaeroben Glykolyse. Es wird in jedem Zustand des Körpers in roten Blutkörperchen und Arbeitsmuskeln gebildet. Daher wird Laktat ständig in der Glukoneogenese verwendet.

Glycerin wird während der Hydrolyse von Fett im Fettgewebe während der Hungerperiode oder bei längerer körperlicher Anstrengung freigesetzt.

Aminosäuren werden als Folge des Abbaus von Muskelproteinen gebildet und werden bei längerem Fasten oder längerer Muskelarbeit in die Gluconeogenese einbezogen.

Die Einbeziehung von Substraten in die Gluconeogenese.

Die meisten Gluconeogenese-Reaktionen treten aufgrund reversibler Glykolysereaktionen auf und werden von denselben Enzymen katalysiert. 3 Glykolysereaktionen sind jedoch thermodynamisch irreversibel. In diesen Stadien der Reaktion der Glukoneogenese laufen andere Wege ab.

Es ist zu beachten, dass die Glykolyse im Zytosol stattfindet und ein Teil der Reaktionen der Gluconeogenese in den Mitochondrien stattfindet.

Betrachten wir genauer die Reaktionen der Glukoneogenese, die sich von den Reaktionen der Glykolyse unterscheiden und bei der Glukoneogenese unter Verwendung anderer Enzyme auftreten. Betrachten Sie den Prozess der Glukosesynthese aus Pyruvat.

Bildung von Phosphoenolpyruvat aus Pyruvat - das erste irreversible Stadium

Glykolyse und Gluconeogenese. Enzyme der reversiblen Glykolyse- und Gluconeogenese-Reaktionen: 2 - Phosphoglucoisom-Zeiten; 4 - Aldolase; 5-Triose-Phosphat-Isomerase; 6 - Glyceraldehydphosphatdehydrogenase; 7-Phosphoglyceratkinase; 8 - Phosphoglyceratmutase; 9 - Enolase. Enzyme irreversibler Gluconeogenese-Reaktionen: 11 - Pyruvatcarboxylase; 12 - Phosphoenolpyruvatcarboxykinase; 13 - Fructose-1,6-bisphosphatase; 14-Glucose-6-phosphatase. I-III - Substratzyklen.

Die Bildung von Phosphoenolpyruvat aus Pyruvat erfolgt während zweier Reaktionen, von denen die erste in Mitochondrien stattfindet. Pyruvat, das aus Laktat oder aus einigen Aminosäuren gebildet wird, wird in die Mitochondrienmatrix transportiert und dort zum Oxalacetat carboxyliert.

Bildung von Oxalacetat aus Pyruvat.

Die Pyruvatcarboxylase, die diese Reaktion katalysiert, ist ein mitochondriales Enzym, dessen Coenzym Biotin ist. Die Reaktion läuft unter Verwendung von ATP ab.

Weitere Umwandlungen von Oxaloacetat finden im Zytosol statt. In diesem Stadium sollte daher ein System für den Transport von Oxaloacetat durch die mitochondriale Membran vorhanden sein, das für diese undurchlässig ist. Oxaloacetat in der Mitochondrienmatrix wird unter Bildung von Manat unter Beteiligung von NADH (Rückreaktion des Citratzyklus) wiederhergestellt.

Die Umwandlung von Oxalacetat in Malat.

Das entstandene Malat passiert dann mit speziellen Trägern die Mitochondrienmembran. Außerdem kann Oxaloacetat während des Malat-Aspartat-Shuttle-Mechanismus in Form von Aspartat von den Mitochondrien zum Cytosol transportiert werden.

Im Cytosol wird Malat während einer Oxidationsreaktion, an der das Coenzym NAD + beteiligt ist, wieder in Oxaloacetat umgewandelt. Beide Reaktionen: die Reduktion von Oxaloacetat und die Oxidation von Malaga katalysieren Malatdehydrogenase, im ersten Fall handelt es sich jedoch um ein mitochondriales Enzym und im zweiten Fall um ein zytosolisches Enzym. Das im Cytosol aus Malatoxaloacetat gebildete Produkt wird dann während einer durch Phosphoenolpyruvatcarboxykinase, ein GTP-abhängiges Enzym, katalysierten Reaktion in Phosphoenolpyruvat umgewandelt.

Umwandlung von Oxaloacetat zu Phosphoenolpyruvat.

Die Bildung von Oxaloacetat, der Transport zum Zytosol und die Umwandlung in Phosphoenolpyruvat. 1 - Transport von Pyruvat vom Cytosol zu den Mitochondrien; 2 - die Umwandlung von Pyruvat in Oxaloacetat (OA); 3 - die Umwandlung von OA in Malat oder Aspartat; 4 - Transport von Aspartat und Malat von Mitochondrien zu Cytosol; 5 - die Umwandlung von Aspartat und Malat in OA; 6 - die Umwandlung von OA in Phosphoenolpyruvat.

Fließen im Cytosol bis zur Bildung von Fructose-1,6-bisphosphat und katalysiert durch glykolytische Enzyme.

Es ist zu beachten, dass dieser Bypass der Glukoneogenese den Verbrauch von zwei Molekülen mit Hochenergiebindungen (ATP und GTP) pro Molekül der ursprünglichen Substanz, Pyruvat, erfordert. Bei der Synthese eines Glukosemoleküls aus zwei Pyruvatmolekülen beträgt der Verbrauch 2 Mol ATP und 2 Mol GTP oder 4 Mol ATP (der Einfachheit halber wird angenommen, dass der Energieverbrauch für die Synthese von ATP und GTP gleich ist).

Hydrolyse von Fructose-1,6-bisphosphat und Glucose-6-phosphat

Die Entfernung der Phosphatgruppe aus Fructose-1,6-bisphosphat und Glucose-6-phosphat ist ebenfalls eine irreversible Reaktion der Gluconeogenese. Während der Glykolyse katalysieren diese Reaktionen spezifische Kinasen mit ATP-Energie. Bei der Gluconeogenese laufen sie ohne Beteiligung von ATP und ADP ab und werden nicht durch Kinasen, sondern durch Phosphatasen, Enzyme, die zur Klasse der Hydrolasen gehören, beschleunigt. Die Enzyme Fructose-1,6-bisphosphatase und Glucose-6-phosphatase katalysieren die Entfernung der Phosphatgruppe aus Fructose-1,6-bisphosphat und Glucose-6-phosphat. Danach verlässt die freie Glukose die Zelle in den Blutkreislauf.

In der Leber gibt es also 4 Enzyme, die nur an der Gluconeogenese beteiligt sind und Bypassreaktionen der irreversiblen Glykolysestufen katalysieren. Dies sind Pyruvatcarboxylase, Phosphoenolpyruvatcarboxykinase, Fructose-1,6-bisphosphatase und Glucose-6-phosphatase.

Energiebilanz der Gluconeogenese aus Pyruvat

Während dieses Prozesses werden 6 Mol ATP zur Synthese von 1 Mol Glucose aus 2 Mol Pyruvat verbraucht. Vier Mol ATP werden auf der Synthesestufe von Phosphoenolpyruvat aus Oxalacetat und weitere 2 Mol ATP in den Stadien der Bildung von 1,3-Bisphosphoglycerat aus 3-Phosphoglycerat verbraucht.

Das Gesamtergebnis der Pyruvatgluconeogenese wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: 2 Pyruvat + 4 ATP + 2 GTP + 2 (NADH + H +) + 4 H₂0 → Glucose + 4 ADP + 2 GDF + 6 H₃PO₄ + 2 NAD +

Synthese von Glukose aus Laktat

Bei der anaeroben Glykolyse gebildetes Lactat ist nicht das Endprodukt des Metabolismus. Die Verwendung von Laktat ist mit seiner Umwandlung in der Leber zu Pyruvat verbunden. Laktat als Pyruvatquelle ist weniger wichtig als beim normalen Fasten, als bei der normalen Körperfunktion. Seine Umwandlung in Pyruvat und seine weitere Verwendung sind eine Möglichkeit, Laktat zu verwenden.

Laktat, das in den intensiv arbeitenden Muskeln oder in Zellen mit der vorherrschenden anaeroben Methode des Glukosekatabolismus gebildet wird, gelangt in das Blut und dann in die Leber. In der Leber ist das NADH / NAD + -Verhältnis niedriger als in dem kontrahierenden Muskel, daher verläuft die Laktatdehydrogenase-Reaktion in entgegengesetzter Richtung, d. H. zur Bildung von Pyruvat aus Laktat. Als nächstes ist Pyruvat an der Glukoneogenese beteiligt, und die resultierende Glukose gelangt in das Blut und wird von den Skelettmuskeln aufgenommen. Diese Abfolge von Ereignissen wird als "Glucose-Lactat-Zyklus" oder "Cory-Zyklus" bezeichnet. Der Corey-Zyklus erfüllt zwei wesentliche Funktionen: 1 - sorgt für die Verwendung von Laktat; 2 - verhindert die Ansammlung von Laktat und folglich einen gefährlichen pH-Wertabfall (Laktatazidose).

Der Cory-Zyklus (Glukose-Laktat-Zyklus). 1 - Eintritt von Laugat aus dem kontrahierenden Muskel mit Blutfluss in die Leber; 2 - Glukosesynthese aus Laktat in der Leber; 3 - der Fluss von Glukose von der Leber mit dem Blutfluss zum arbeitenden Muskel; 4 - die Verwendung von Glukose als Energiesubstrat durch den kontrahierenden Muskel und die Bildung von Laktat.

Ein Teil des aus Laktat gebildeten Pyruvats wird von der Leber zu CO oxidiert₂ und H₂A. Die Oxidationsenergie kann zur Synthese von ATP verwendet werden, das für Gluconeogenese-Reaktionen erforderlich ist.

Laktatazidose Der Begriff "Azidose" bezieht sich auf eine Erhöhung der Azidität des Körpermediums (Abnahme des pH-Werts) auf Werte außerhalb des normalen Bereichs. Bei der Azidose nimmt entweder die Protonenproduktion zu oder ihre Ausscheidung nimmt ab (in einigen Fällen auch beide). Eine metabolische Azidose tritt mit einer Erhöhung der Konzentration der intermediären Stoffwechselprodukte (sauer) aufgrund einer Erhöhung ihrer Synthese oder einer Abnahme der Geschwindigkeit der Zersetzung oder Ausscheidung auf. Bei einer Verletzung des Säure-Base-Zustands des Körpers schalten sich die Pufferkompensationssysteme schnell ein (nach 10-15 Minuten). Die Lungenkompensation sorgt für eine Stabilisierung des Verhältnisses NSO₃ - / H₂MIT₃, was normalerweise 1:20 entspricht und mit Azidose abnimmt. Die Lungenkompensation wird erreicht, indem das Beatmungsvolumen erhöht und somit die Entfernung von CO beschleunigt wird₂ aus dem körper. Die Hauptrolle beim Ausgleich der Azidose spielen jedoch die Nierenmechanismen mit Ammoniakpuffer (siehe Abschnitt 9). Eine der Ursachen der metabolischen Azidose kann die Ansammlung von Milchsäure sein. Normalerweise wird Laktat in der Leber durch Glukoneogenese in Glukose umgewandelt oder oxidiert. Neben Leber, Niere und Herzmuskel, wo Laktat zu CO oxidiert werden kann, werden weitere Laktatkonsumenten konsumiert.₂ und H₂Oh und als Energiequelle genutzt werden, vor allem bei körperlicher Arbeit.

Der Blutlaktatspiegel ist das Ergebnis des Gleichgewichts zwischen den Entstehungs- und Nutzungsprozessen. Kurzfristig kompensierte Laktatazidose ist selbst bei gesunden Menschen mit intensiver Muskelarbeit recht häufig. Bei ungeübten Menschen entsteht Laktatazidose während körperlicher Arbeit als Folge des relativen Sauerstoffmangels in den Muskeln und entwickelt sich recht schnell. Die Kompensation erfolgt durch Hyperventilation.

Bei nicht kompensierter Laktatazidose steigt der Laktatgehalt im Blut auf 5 mmol / l (normalerweise bis zu 2 mmol / l). In diesem Fall kann der pH-Wert des Blutes 7,25 oder weniger betragen (normal 7,36-7,44).

Ein Anstieg des Blutlaktats kann auf eine Verletzung des Pyruvatstoffwechsels zurückzuführen sein.

Störungen des Pyruvatstoffwechsels bei Laktatazidose.

1 - beeinträchtigter Pyruvat-Einsatz bei der Gluconeogenese;

2 - gestörte Pyruvatoxidation.

Während einer Hypoxie, die aus einer Unterbrechung der Versorgung von Geweben mit Sauerstoff oder Blut resultiert, nimmt die Aktivität des Pyruvatdehydrogenase-Komplexes ab und die oxidative Decarboxylierung von Pyruvat nimmt ab. Unter diesen Bedingungen wird die Gleichgewichtsreaktion von Pyruvat равновес Lactat auf die Bildung von Lactat verschoben. Während der Hypoxie nimmt außerdem die ATP-Synthese ab, was zu einer Abnahme der Geschwindigkeit der Gluconeogenese führt, einem anderen Weg der Verwendung von Laktat. Eine Erhöhung der Laktatkonzentration und eine Abnahme des intrazellulären pH-Werts wirken sich nachteilig auf die Aktivität aller Enzyme aus, einschließlich der Pyruvatcarboxylase, die die anfängliche Gluconeogenese-Reaktion katalysiert.

Verletzungen der Glukoneogenese bei Leberversagen verschiedener Herkunft tragen ebenfalls zum Auftreten von Laktatazidose bei. Darüber hinaus kann die Hypovitaminose B von einer Laktatazidose begleitet sein.₁, als Derivat dieses Vitamins (Thiamin-Diphosphat) erfüllt eine Coenzym-Funktion als Bestandteil des MPC bei der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat. Ein Thiaminmangel kann beispielsweise bei Alkoholikern mit einer beeinträchtigten Ernährung auftreten.

Die Gründe für die Anhäufung von Milchsäure und die Entwicklung einer Laktatazidose können also sein:

Aktivierung der anaeroben Glykolyse aufgrund einer Gewebehypoxie unterschiedlichen Ursprungs;

Leberschäden (toxische Dystrophien, Zirrhose usw.);

Verletzung der Verwendung von Laktat aufgrund erblicher Defekte von Gluconeogeneseenzymen, Mangel an Glucose-6-phosphatase;

Verletzung des MPC aufgrund von Defekten bei Enzymen oder Hypovitaminose;

die Verwendung einer Reihe von Medikamenten wie Biguaniden (Gluconeogenese-Blocker zur Behandlung von Diabetes mellitus).