1. Uglevodlarni anaerob parchalanishi. Uglevodlarning energetik samaradorligi

Uglevodlarning anaerob va aerob parchalanishi. Hujayrada glyukozaning to ikki molekula pirouzum kislotasi yoki ikki molekula sut kislotasigacha anaerob (kislorodsiz) sharoitda parchalanishi glikoliz nomi bilan yuritiladi. (grekchaglycys – shirin, lysis- eritish, parchalanish degan ma`nosini bildiradi.Glikoliz yoki glikogenning fosforolizidan (glikogenoliz) yoki erkin glyukozaning fosforlanishidan (geksokinaza reaksiyasi) boshlanishi mumkin. Skelet muskullarida har ikkala yo’l ham bir xil darajada ishlatiladi, miokard va bosh miyada esa geksokinaza yo’li (qon glyukozasining fosforlanishi) ustunlik qiladi.Glikoliz jarayoni ko’p bosqichli bo’lib, unda oltita uglerodli modda – glyukozaning ikkita uch uglerodli moddalarga, ya'ni piruvatlarga aylanishi, va ularning o’z navbatida ikkita uglerodli moddalarga o’tishi (atsetil KoA) va karbonat angidrid ajralishi, keyin esa UKK sikliga o’tib, to’liq karbonat angidrid va suvga aylanishidan iborat. Glyukozaning piruvatga aylanishi o’nta reaksiya qatoridan iborat bo’ladi.E'tiborga olish lozimki, glyukoza avval geksokinaza fermenti orqali G-6-Fga fosforlanadi (jigarda glyukinaza fermenti ishlatilsa ham). Bu glyukozaning hujayra ichiga kirishidanoq va ATF molekulasi utilizatsiya bo’lishi bilan boshlanadi. Geksokinaza glyukokinazaga nisbatan ko’proq o’ziga xos bo’ladi. G-6-F keyin fruktoza 1,6-difosfatga aylanadi. Bu reaksiya fosfofruktokinaza fermentini ishga soladi. Fosfofruktokinaza glikoliz uchun tartibga soluvchi fermentdir, va bizlar uni faollanishi va faolsizlanishini batafsil ko’rib chiqamiz. Glikolizning keyingi fazasi fruktoza 1,6-difosfatning ikkita uglerodli moddaga –digidroksiatsetonfosfat va glitseraldegid 3-fosfatga ajralishini o’z ichiga oladi. Digidroksiatsetonfosfat keyin glitseraldegid 3 fosfatga aylanadi, va natijada bizlarda ikkita glitseraldegid 3 fosfat mavjud bo’ladi, va ular o’z navbatida 1,3-difosfoglitseratga aylanadi. Oxirgi jarayonda NADdan NADH hosil bo’ladi. Keyin 1,3-difosfoglitserat ATFni chaqiruvchi jarayonda 3-fosfoglitseratga, keyin 2-fosfoglitseratga, va so’ng gidrofosfoenolpiruvatga aylanadi. Oxirgi bosqichda piruvatning va fosfoenolpiruvatdan boshqa ATFning hosil bo’lishi kuzatiladi. Glikoliz tahlili shuni ko’rsatadiki, ikkita ATF ishlatilishida (1 va 3 reaksiya) qolgan to’rtta ATF ishlab chiqariladi (esga oling, 5 va 9 reaksiyalarda boshlang’ich glyukoza molekulasidan ikkita reaktant bo’ladi). Demak ikkita ATF toza foydasi qoladi. Qo’shimcha tarzda, ikkita NADdan ikkita NADH hosil bo’ladi, va ular mitoxondriyadagi aerob sharoitlarda (har biri uchta ATF ishlab chiqaradi), yoki pirouzum kislotaning sut kislotasiga aylanishi natijasida qayta oksidlanishi mumkin. Sut kislotasi ishlab chiqarilishi NADning NADHga aerob aylanishi imkoni bo’lmagan taqdirda ham glikolizning davom etishini bildiradi.Bu juda yuqori intensiv mashqlarni bajarishda kuzatiladi.NAD tiklanishi glikoliz davom etganida juda muhim bo’ladi. Uglevodlarning aerob oksidlanishi.Agar organizmni kislorod bilan ta'minlanishi etarli bo’lsa, sut kislotasining hosil bo’lishi sodir bo’lmaydi, 2NAD•N2 o’zining vodorodini nafas olish zanjiri orqali kislorodga uzatadi.Pirouzum kislotasi oksidlanishli dekarboksillanish jarayoniga jalb qilinadi. Bu jarayonda piruvatdegidrogenaza (PDG), tiaminpirofosfat, lipoy kislotasining amidi va Ko-A qatnashadi.Ba'zi hollarda to'qimalarni kislorod bilan ta'minlash ularning ehtiyojlarini qondirmasligi mumkin. Misol uchun, stress ostida intensiv mushaklar ishining dastlabki bosqichlarida yurak tezligi kerakli chastotaga etib bormasligi mumkin va aerob glyukoza parchalanishi uchun mushaklarning kislorodga bo'lgan talabi yuqori. Bunday hollarda kislorodsiz davom etadigan va piruvik kislotadan laktat hosil bo'lishi bilan yakunlanadigan jarayon faollashadi. Bu jarayon anaerob parchalanish yoki anaerob glikoliz deb ataladi. Glyukozaning anaerob parchalanishi energetik jihatdan samarasiz, ammo bu jarayon tasvirlangan vaziyatda mushak hujayrasi uchun yagona energiya manbai bo'lishi mumkin. Kelajakda yurakning tezlashtirilgan ritmga o'tishi natijasida mushaklarni kislorod bilan ta'minlash etarli bo'lsa, anaerob parchalanish aerobga o'tadi. Glyukoza katabolizmining yo'llari va ularning energetik ta'siri rasmda ko'rsatilgan. Aerob glikolizda 2 bosqichni ajratish mumkin.Tayyorgarlik bosqichi, bunda glyukoza fosforlanadi va ikkita fosfotrioza molekulasiga bo'linadi. Ushbu reaktsiyalar seriyasi 2 ta ATP molekulasi yordamida sodir bo'ladi.ATP sintezi bilan bog'liq bosqich. Ushbu ketma-ket reaksiyalar natijasida fosfotriozlar piruvatga aylanadi. Ushbu bosqichda chiqarilgan energiya 10 mol ATP sinteziga sarflanadi.2. Aerob glikoliz reaksiyalariGlyukoza-6-fosfatning 2 molekula glitseraldegid-3-fosfatga aylanishiGlyukozaning ATP yordamida fosforlanishi natijasida hosil bo'lgan glyukoza-6-fosfat keyingi reaksiyada fruktoza-6-fosfatga aylanadi. Bu teskari izomerlanish reaktsiyasi glyukoza fosfat izomeraza fermenti ta'sirida boradi.Shundan so'ng fosfat qoldig'i va ATP energiyasidan foydalangan holda yana bir fosforlanish reaktsiyasi sodir bo'ladi. Fosfofruktokinaz tomonidan katalizlangan bu reaksiya davomida fruktoza-6-fosfat fruktoza-1,6-bifosfatga aylanadi. Bu reaktsiya, xuddi geksokinaza kabi, amalda qaytarilmas va bundan tashqari, u barcha glikoliz reaktsiyalarining eng sekinidir. Fosfofruktokinaz tomonidan katalizlanadigan reaktsiya barcha glikoliz tezligini aniqlaydi, shuning uchun fosfofruktokinazning faolligini tartibga solish orqali glyukoza katabolizmining tezligini o'zgartirish mumkin.Fruktoza-1,6-bisfosfat yana ikkita trioz fosfatga bo'linadi: glitseraldegid-3-fosfat va dihidroksiasetonfosfat. Reaksiya ferment tomonidan katalizlanadi fruktoza bifosfat aldolaza, yoki oddiygina aldolaza. Bu ferment aldol boʻlinish va aldol kondensatsiya reaksiyalarini katalizlaydi, yaʼni. qaytariladigan reaktsiya. Aldol parchalanish reaktsiyasi mahsulotlari izomerlardir. Glikolizning keyingi reaksiyalarida faqat glitseraldegid-3-fosfat ishlatiladi, shuning uchun triozfosfat izomeraza fermenti ishtirokida dihidroksiasetonfosfat glitseraldegid-3-fosfatga aylanadi (7-35-rasm).Ta'riflangan reaktsiyalar seriyasida fosforlanish ATP yordamida ikki marta sodir bo'ladi. Shu bilan birga, ikkita ATP molekulasining (glyukoza molekulasi uchun) sarflanishi ko'proq ATP sintezi bilan qoplanadi. Glitseraldegid-3-fosfatning piruvatga aylanishiAerob glikolizning bu qismi ATP sintezi bilan bog'liq reaktsiyalarni o'z ichiga oladi. Bu reaksiyalar seriyasidagi eng murakkab reaksiya glitseraldegid-3-fosfatning 1,3-bifosfogliseratga aylanishidir. Bu transformatsiya glikoliz davridagi birinchi oksidlanish reaksiyasidir. Reaksiya katalizlanadi glitseraldegid-3-fosfat dehidrogenaza, Bu NADga bog'liq ferment. Ushbu reaksiyaning ahamiyati nafaqat nafas olish zanjirida oksidlanishi ATP sintezi bilan bog'liq bo'lgan qaytarilgan koenzim hosil bo'lishida, balki oksidlanishning erkin energiyasining makroergik tarkibida to'planganligidadir. reaksiya mahsulotining bog'lanishi. Glitseraldegid-3-fosfat dehidrogenaza faol markazda sistein qoldig'ini o'z ichiga oladi, uning sulfgidril guruhi katalizda bevosita ishtirok etadi. Glitseraldegid-3-fosfatning oksidlanishi NAD ning qisqarishiga va H3PO4 ishtirokida 1-holatda 1,3-bifosfogliseratda yuqori energiyali angidrid bog‘ hosil bo‘lishiga olib keladi.Keyingi reaksiyada yuqori energiyali fosfatga o‘tadi. ADP bilan ATP hosil bo'lishi. Ushbu transformatsiyani katalizlovchi ferment teskari reaksiya fosfogliserat kinaz (kinazlar ATP bilan reaksiya tenglamasining bir tomonida joylashgan substrat nomi bilan ataladi) nomini oldi. Ushbu reaktsiyalar seriyasi 2-rasmda ko'rsatilgan. ATP ning bu tarzda shakllanishi nafas olish zanjiri bilan bog'liq emas va u substrat ADP fosforillanishi deb ataladi. Hosil bo'lgan 3-fosfogliserat endi makroergik aloqani o'z ichiga olmaydi. Quyidagi reaksiyalarda molekula ichidagi qayta tuzilishlar sodir bo'ladi, ularning ma'nosi past energiyali fosfoesterning yuqori energiyali fosfatni o'z ichiga olgan birikmaga o'tishi bilan bog'liq. Molekulyar o'zgarishlar fosfat qoldig'ini fosfogliseratdagi 3-pozitsiyadan 2-holatga o'tkazishdan iborat. Keyin hosil bo'lgan 2-fosfogliseratdan enolaza fermenti ishtirokida suv molekulasi ajralib chiqadi. Suvsizlantiruvchi fermentning nomi teskari reaktsiyadan kelib chiqadi. Reaktsiya natijasida almashtirilgan enol - fosfoenolpiruvat hosil bo'ladi. Olingan fosfoenolpiruvat makroergik birikma bo'lib, uning fosfat guruhi keyingi reaktsiyada piruvat kinaz ishtirokida ADP ga o'tadi (ferment piruvat fosforlangan teskari reaksiya nomi bilan ham ataladi, ammo bunday reaktsiya sodir bo'lmaydi. ushbu shaklda joylashtiring).Fosfoenolpiruvatning piruvatga aylanishi qaytarilmas reaksiya hisoblanadi. Bu glikoliz jarayonida substrat fosforillanishining ikkinchi reaksiyasidir. Piruvatning hosil bo'lgan enol shakli keyinchalik fermentativ bo'lmagan holda termodinamik jihatdan barqarorroq keto shakliga aylanadi. Ta'riflangan reaktsiyalar seriyasi rasmda ko'rsatilgan. 7-37.Guruch. 7-37. 3-fosfogliseratning piruvatga aylanishi.Aerob glikoliz va piruvatning keyingi oksidlanishi jarayonida sodir bo'ladigan reaktsiyalarning 10-sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 7-33.Mitoxondrial nafas olish zanjirida sitoplazmatik NADH ning oksidlanishi. Shuttle tizimlariAerob glikolizda glitseraldegid-3-fosfat oksidlanishida hosil bo'lgan NADH vodorod atomlarini mitoxondrial nafas olish zanjiriga o'tkazish orqali oksidlanishga uchraydi. Biroq, sitozolik NADH vodorodni nafas olish zanjiriga o'tkaza olmaydi, chunki mitoxondriyal membrana uni o'tkazmaydi. Vodorodning membrana orqali o'tishi "shuttle" deb nomlangan maxsus tizimlar yordamida amalga oshiriladi. Ushbu tizimlarda vodorod mos keladigan dehidrogenazalar bilan bog'langan juft substratlar ishtirokida membrana orqali tashiladi, ya'ni. mitoxondriyal membrananing ikkala tomonida o'ziga xos dehidrogenaza mavjud. 2 ta transport tizimi ma'lum. Bu sistemalarning birinchisida vodorod sitozoldagi NADH dan dihidroksiasetonfosfatga glitserin-3-fosfatdehidrogenaza fermenti (NADga bog'liq ferment, teskari reaksiya nomi bilan ataladi) orqali o'tkaziladi. Ushbu reaksiya jarayonida hosil bo'lgan glitserin-3-fosfat ichki mitoxondriyal membrananing fermenti - glitserin-3-fosfat dehidrogenaza (FADga bog'liq ferment) tomonidan yanada oksidlanadi. Keyin FADH 2 dan protonlar va elektronlar ubiquinonga va undan keyin CPE bo'ylab o'tadi (7-38-rasm).Glitserin fosfat tizimi oq mushak hujayralari va gepatotsitlarda ishlaydi. Biroq, mitoxondrial glitserin-3-fosfat dehidrogenaza yurak mushak hujayralarida mavjud emas. Malat, sitozolik va mitoxondrial malat dehidrogenazalarni o'z ichiga olgan ikkinchi shuttle tizimi universalroqdir. Sitoplazmada NADH oksaloatsetatni malatga qaytaradi (7-39-rasm, 1-reaksiya), u tashuvchi ishtirokida mitoxondriyaga o'tadi va u erda NADga bog'liq malatdegidrogenaza ta'sirida oksaloatsetatgacha oksidlanadi (2-reaksiya). . Ushbu reaksiya davomida kamaygan NAD vodorodni mitoxondrial CPEga beradi. Ammo malatdan hosil bo'lgan oksaloatsetat o'z-o'zidan mitoxondriyadan sitozolga chiqa olmaydi, chunki mitoxondriyal membrana uni o'tkazmaydi. Shuning uchun oksaloatsetat aspartatga aylanadi, u sitozolga o'tkaziladi, u erda yana oksaloatsetatga aylanadi. Oksaloatsetatning aspartatga aylanishi va aksincha, aminokislotalarning qo'shilishi va yo'q qilinishi bilan bog'liq (transaminatsiya reaktsiyalari, 9-bo'limga qarang). Ushbu moki tizimi malat-aspartat tizimi deb ataladi (7-39-rasm). Uning ishining natijasi NADH dan sitoplazmatik NAD + ni qayta tiklashdir.Har ikkala shuttle tizimi sintezlangan ATP miqdorida sezilarli darajada farqlanadi. Birinchi tizimda P/O nisbati 2 ga teng, chunki vodorod CPE ga KoQ darajasida kiritilgan. Ikkinchi tizim energetik jihatdan samaraliroq, chunki u vodorodni mitoxondrial NAD+ orqali CPEga o'tkazadi va P/O nisbati 3 ga yaqin.4. Aerob glikoliz va glyukozaning CO2 va H2O ga parchalanishi paytida ATP muvozanatiAerob glikoliz jarayonida ATP ajralishiBir glyukoza molekulasidan fruktoza-1,6-bisfosfat hosil bo'lishi uchun 2 ta ATP molekulasi kerak bo'ladi (7-33-rasmdagi 1 va 3 reaksiyalar). ATP sintezi bilan bog'liq reaktsiyalar glyukozaning 2 molekula fosfotriozaga bo'linishidan keyin sodir bo'ladi, ya'ni. glikolizning ikkinchi bosqichida. Bu bosqichda substrat fosforlanishning 2 ta reaktsiyasi sodir bo'ladi va 2 ta ATP molekulasi sintezlanadi (reaksiyalar 7 va 10). Bundan tashqari, glitseraldegid-3-fosfatning bir molekulasi dehidrogenlanadi (reaktsiya 6) va NADH vodorodni mitoxondrial CPEga o'tkazadi, bu erda 3 ta ATP molekulasi oksidlovchi fosforlanish orqali sintezlanadi. Bunday holda, ATP miqdori (3 yoki 2) shuttle tizimining turiga bog'liq. Shuning uchun glitseraldegid-3-fosfatning bir molekulasining piruvatga oksidlanishi 5 ta ATP molekulasining sintezi bilan bog'liq. Glyukozadan 2 ta fosfotrioza molekulasi hosil bo'lishini hisobga olsak, natijada olingan qiymatni 2 ga ko'paytirish va keyin birinchi bosqichda iste'mol qilingan 2 ta ATP molekulasini olib tashlash kerak. Shunday qilib, aerob glikoliz jarayonida ATP chiqishi (5×2) - 2 = 8 ATP ni tashkil qiladi.Glyukozaning yakuniy mahsulotlarga aerob parchalanishi paytida ATP chiqishiGlikoliz natijasida piruvat hosil bo'lib, u 6-bo'limda tasvirlangan OPCda CO 2 va H 2 O ga oksidlanadi. Endi birgalikda aerobik jarayonni tashkil etuvchi glikoliz va OPC ning energiya samaradorligini baholash mumkin.