Полная характеристика глюкозы c6h12o6: 8 Дайте полную характеристику глюкозы С6Н12O6, используя пример описания СO2 (см. с. 36).

• Фотосинтез

Растения и другие фотосинтетические автотрофы производят свой собственный источник пищи (углеводы) посредством фотосинтеза. В процессе используются углекислый газ, вода, неорганические соли и световая энергия (например, солнечного света), улавливаемая светопоглощающими пигментами, такими как хлорофилл и другие вспомогательные пигменты, для производства гексозы (например, глюкозы), воды и молекул кислорода.

• Осахаривание

Процесс, в котором сложные углеводы расщепляются до более простых форм, таких как глюкоза, называется осахариванием . Это влечет за собой гидролиз. У людей и других высших животных это связано с ферментативным действием. Во рту глюкозосодержащие сложные углеводы расщепляются до более простых форм под действием амилазы слюны. В тонком кишечнике продолжается переваривание сложных углеводов. Ферменты, такие как мальтаза , лактаза и сахараза расщепляют дисахариды на составляющие моносахариды. Глюкозидазы представляют собой другую группу ферментов, которые катализируют удаление терминальной глюкозы из полисахарида, состоящего в основном из длинных цепей глюкозы.

Глюкоза из переваренных углеводов всасывается эпителиальными клетками тонкой кишки (особенно в тощей кишке). Клетки поглощают глюкозу из просвета кишечника через симпортная система ионов натрия-глюкозы (форма механизма активного транспорта, в котором используется котранспортер натрия/глюкозы 1). Глюкоза высвобождается в кровоток, позволяя ей диффундировать в капилляры за счет облегченной диффузии. Глюкоза из кровотока также проникает в клетки посредством облегченной диффузии. Транспортеры глюкозы (GluTs) представляют собой белки, облегчающие транспорт глюкозы. Находясь внутри клетки, глюкоза фосфорилируется, чтобы удерживать ее внутри клетки. В результате глюкозо-6-фосфат может использоваться в любом из следующих метаболических путей: (1) гликолиз для синтеза химической энергии, (2) гликогенез , где глюкоза доставляется в печень через воротную вену для хранится в виде клеточного гликогена или (3) пентозофосфатного пути с образованием НАДФН для синтеза липидов и пентоз для синтеза нуклеиновых кислот.

• Гликолиз

Глюкоза метаболизируется во время гликолиза. Гликолиз представляет собой серию реакций в цитозоле, которые приводят к превращению глюкозы в пируват с сопутствующим образованием относительно небольшого количества высокоэнергетической биомолекулы АТФ. НАДН, 9Также производится 0009 молекула, несущая электроны . В присутствии достаточного количества кислорода пируват от гликолиза подвергается дальнейшему метаболизму, сначала превращаясь в органическое соединение внутри митохондрии. Переносчики электронов (например, NADH и FADH ₂ ) перемещают электроны по цепи переноса электронов. Ряд окислительно-восстановительных реакций происходит по цепочке и завершается конечным акцептором электронов , то есть молекулярным кислородом. Больше АТФ вырабатывается по механизму сцепления посредством хемиосмоса во внутренней митохондриальной мембране. Этот трехэтапный процесс и есть клеточное дыхание. Только от гликолиза чистая АТФ равна двум (от фосфорилирования на уровне субстрата). При окислительном фосфорилировании чистый АТФ составляет около 34. Таким образом, общий чистый АТФ на глюкозу составляет около 36. ¹
В отсутствие достаточного количества кислорода гликолиз не переходит в окислительное фосфорилирование. Вместо этого возникает анаэробное дыхание. Вместо того, чтобы перемещать электроны в цепи переноса электронов, НАДН передает электроны пирувату, восстанавливая НАД+, который поддерживает гликолиз. ¹ При анаэробном дыхании общее количество АТФ, вырабатываемых на глюкозу, составляет всего около двух.

ПРОЧИТАЙТЕ: Клеточное дыхание – гликолиз

• Глюконеогенез

Глюконеогенез представляет собой метаболический процесс, при котором глюкоза образуется из неуглеводных предшественников, например пируват, лактат, глицерин и глюкогенные аминокислоты. (Похоже, это обратный процесс гликолиза: глюкоза превращается в пируват, тогда как при глюконеогенезе пируват превращается в глюкозу. ) Процесс глюконеогенеза начинается в митохондриях и затем заканчивается в просвете эндоплазматического ретикулума. Глюкоза, образующаяся при гидролизе глюкозо-6-фосфата ферментом глюкозо-6-фосфатазой, перемещается из эндоплазматического ретикулума в цитоплазму. Этот процесс происходит во всех организмах, в том числе и в растениях. У людей и многих других позвоночных это происходит в основном в печени и почках и часто возникает во время голодания, низкоуглеводной диеты или интенсивных физических упражнений.

Гликогенез — это метаболический процесс производства гликогена из глюкозы для хранения. Это происходит главным образом в клетках печени и мышц в ответ на высокий уровень глюкозы в крови. В клетке печени глюкоза фосфорилируется глюкокиназой в положении 6 с образованием глюкозо-6-фосфата . Фосфорилирование глюкозы захватывает ее внутри клетки. В другие клетки глюкоза поступает пассивно, а затем фосфорилируется через гексокиназа . В результате образуется соединение, которое также не может покинуть клетку. Короткие полимеры глюкозы, особенно экзогенная глюкоза , превращаются в длинные полимеры для хранения внутри клетки. Хотя процесс обратим. Когда организму требуется метаболическая энергия, гликоген расщепляется на субъединицы глюкозы в процессе гликогенолиза.

В растениях крахмал образуется путем фосфорилирования глюкозы с образованием глюкозо-1-фосфата , а затем превращения последнего в аденозиндифосфат (АДФ)-глюкозу с помощью фермента глюкозо-1-фосфатаденилтрансфераза . АДФ-глюкоза присоединяется к растущей цепи остатков глюкозы с помощью фермента крахмалсинтазы . После связывания АДФ высвобождается и образуется амилоза. Между цепями амилозы крахмальный разветвляющий фермент катализирует образование 1,6-альфа-гликозидных связей между цепями амилозы, образуя разветвленный амилопектин.

Гликогенолиз — это процесс расщепления накопленного в печени гликогена с образованием глюкозы для использования в энергетическом обмене. Таким образом, гликогенолиз является процессом, противоположным гликогенезу. Накопленный в клетках печени гликоген расщепляется на предшественники глюкозы. Одна молекула глюкозы отрывается от гликогена и превращается в глюкозо-1-фосфат , который, в свою очередь, превращается в глюкозо-6-фосфат , способный вступать в гликолиз. В растениях процесс расщепления накопленного крахмала называется расщеплением крахмала .

Это путь метаболизма глюкозы, при котором пятиуглеродные сахара (пентозы) и НАДФН синтезируются в цитозоле. Он обеспечивает пентозы для использования в биосинтезе нуклеотидов, таких как ДНК и РНК. Он также синтезирует НАДФН, который можно использовать для восстановительных реакций при биосинтезе жирных кислот и стероидов. Пентозофосфатный путь также служит альтернативным метаболическим путем при распаде глюкозы. У животных это происходит в печени, коре надпочечников, жировой ткани, семенниках, яичниках, эритроцитах и ​​молочных железах. У растений часть пути функционирует при образовании гексоз из углекислого газа при фотосинтезе.

• Гликозилирование

Гликозилирование — это процесс добавления углеводного компонента, такого как глюкоза, к определенным белкам и липидам. Этот шаг имеет решающее значение для правильного функционирования этих соединений. Гликирование, неферментативное гликозилирование, представляет собой процесс ковалентного присоединения углеводного компонента, такого как фруктоза или глюкоза, к молекуле белка или липида без вмешательства фермента.

Гормональная регуляция

Инсулин

Инсулин играет роль в поглощении глюкозы стимулированными инсулином клетками, такими как жировая и мышечная ткани. Инсулин высвобождается в кровоток при высоком уровне глюкозы в крови. Инсулин связывается с инсулиновым рецептором на поверхности клетки. Связывание приводит к рекрутированию некоторых GluT (главным образом, Glut4), расположенных внутри цитоплазматических везикул во внутриклеточном пуле. Везикулы быстро сливаются с плазматической мембраной, где встраиваются GluT. Когда действие инсулина прекращается, эти GluT возвращаются обратно в везикулы во внутриклеточном пуле для следующей активации инсулина. ^2,3

Клетки печени и головного мозга инсулиннезависимые клетки . Эти клетки не нуждаются в инсулине для эффективного поглощения глюкозы. Глюкоза поглощается другими GluT (например, GluT2), которые не нуждаются в предварительной стимуляции инсулином. Это особенно важно для клеток головного мозга, которым всегда требуется глюкоза для энергетического обмена. Даже без инсулина глюкоза может усваиваться. Мышечные клетки и адипоциты, напротив, не могут эффективно поглощать глюкозу без инсулина, и поэтому отсутствие инсулина из-за низкого уровня глюкозы в крови будет использовать альтернативные источники энергии, такие как фруктоза и жирные кислоты . Клетки печени могут не нуждаться в инсулине для усвоения глюкозы. Однако инсулин по-прежнему оказывает влияние на печень. Инсулин активирует фермент гексокиназу , который фосфорилирует глюкозу, чтобы захватить ее внутри клетки. Он также активирует некоторые ферменты, участвующие в синтезе гликогена, напр. фосфофруктокиназа и гликогенсинтаза . Таким образом, инсулин приказывает печени преобразовать глюкозу в гликоген к гликогенез . ³

Глюкагон

Глюкагон — это еще один гормон, высвобождаемый поджелудочной железой в кровоток при снижении уровня глюкозы в крови. Этот гормон действует, увеличивая количество глюкозы в крови. Он делает это путем активации ферментов, участвующих в гликогенолизе и глюконеогенезе в печени. Он приказывает гепатоцитам деполимеризовать гликоген для высвобождения глюкозы. Он также стимулирует гепатоциты использовать негексозные субстраты для превращения их в глюкозу. Глюкагон также может вызвать липолиз из триглицеридов  в жировых тканях с получением жирных кислот, которые можно использовать в качестве альтернативного энергетического топлива для большинства клеток. ⁴

Нарушения обмена веществ, связанные с глюкозой

Неправильный метаболизм фруктозы приводит к нарушению обмена веществ. Общие метаболические нарушения, связанные с глюкозой, могут вызывать нарушение гликолиза, синтеза гликогена и деградацию гликогена. Например, дефицит глюкозо-6-фосфатизомеразы влияет на гликолиз, так как фермент глюкозо-6-фосфатизомераза используется в цитозоле для превращения глюкозо-6-фосфата в фруктозо-6-фосфат. Дефицит этого фермента может быть вызван дефектным геном GPI на хромосоме 19 у человека. Другим является дефицит пируваткиназы. Без фермента пируваткиназа недостаточна, гликолиз также нарушен, поскольку это фермент, который переносит фосфатную группу от фосфоенолпирувата к аденозиндифосфату с образованием АТФ и пирувата на последней стадии гликолиза. Дефицит пируваткиназы является наследственным нарушением обмена веществ, вызванным мутацией в PKLR ген.
Другими примерами врожденных нарушений метаболизма глюкозы являются:

• Гиперинсулинемическая гипогликемия, т. е. гипергликемия вследствие гиперинсулинизма, обусловленная дефицитом глюкокиназы (фермента, необходимого для гликолиза), вызванная дефектом гена GCK в бета-клетках поджелудочной железы
• Зрелость начальный диабет молодого типа II, то есть тип диабета, характеризующийся гипергликемией из-за гипоинсулинемии натощак из-за дефицита глюкокиназы (фермента, необходимого для гликолиза), вызванного дефектом Ген GCK в бета-клетках поджелудочной железы
• Дефицит глюкозо-6-фосфатизомеразы, т. е. гемолитическая анемия из-за дефицита глюкозофосфатизомеразы (фермента, необходимого для гликолиза), вызванная дефектом гена GPI в эритроцитах
• Гликоген болезнь накопления типа VII (или болезнь Таруи), то есть дефицит фосфофруктокиназы (фермента, необходимого для гликолиза), вызванный дефектным геном PFKL в клетке печени или геном PFKM в мышечной клетке
• Болезнь накопления гликогена XII типа, т. е. дефицит альдолазы А, вызванный дефектом гена ALDOA в мышцах, печени и эритроцитах; альдолаза А является ферментом, необходимым для гликолиза
• Дефицит триозофосфатизомеразы, т. е. дефицит триозофосфатизомеразы (фермента, необходимого для гликолиза), вызванный дефектом TPI1 гена в эритроцитах
• GSD типа X, т. е. фосфоглицератмутазы дефицит, приводящий к миопатии, вызванной дефектом ген PGAM2 в мышце; фосфоглицератмутаза является ферментом, необходимым для гликолиза
• Дефицит энолазы, т. е. аутоиммунное заболевание, связанное с отсутствием достаточного количества энолазы (фермента, необходимого для гликолиза), вызванное дефектом гена ENO1 в эритроцитах
• Дефицит пируваткиназы, т. е. дефицит пируваткиназы (фермент, необходимый для гликолиза), вызванный дефектом гена PKLR в эритроцитах и ​​печени
• Болезнь Бейкера-Винграда, т. Ген FBP1 в печени

Биологическое значение/функции

Глюкоза является одним из продуктов фотосинтеза растений и других фотосинтезирующих организмов. В растениях молекулы глюкозы хранятся в виде повторяющихся единиц сахара (например, крахмала). Он также является важным компонентом амилопектина и целлюлозы. Таким образом, он содержится в изобилии во фруктах, растительных соках и многих других органах растений.

Глюкоза также служит важным метаболическим промежуточным продуктом клеточного дыхания. Это основной источник энергии посредством аэробного дыхания, анаэробного дыхания или ферментации. У животных он циркулирует в крови и поэтому называется сахар крови . Молекулы глюкозы транспортируются в различные части тела. В клетках печени и мышц избыточные молекулы глюкозы откладываются в виде гликогена. Мозг усваивает глюкозу, поскольку в качестве источника энергии он предпочитает глюкозу другим веществам. Без достаточного количества глюкозы мозг не может нормально функционировать, а такие процессы, как принятие решений и самоконтроль, нарушаются. Глюкоза является основным источником энергии не только для мозга, но и для других частей тела. Он обеспечивает около 4 калорий на грамм. Таким образом, диетическая порция глюкозы, например, 100 граммов, будет составлять около 400 калорий. Однако слишком много глюкозы связано с некоторыми заболеваниями, такими как 9.0009 сахарный диабет и при таких состояниях, как гипергликемия , глюкозурия, и ожирение .

Глюкоза также является важным компонентом ряда других биологических соединений, таких как структурные углеводы: целлюлоза и хитин. Он также является жизненно важным компонентом важных дисахаридов, таких как лактоза (молочный сахар), мальтоза (солодовый сахар) и сахароза (столовый сахар). Глюкоза также может расщепляться и затем превращаться в липиды. Он также служит предшественником для синтеза аскорбиновой кислоты. Он также используется через пентозофосфатный путь для получения пентоз для использования в биосинтезе ДНК и РНК.

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о глюкозе.

Викторина

Выберите лучший ответ.

1. Glucose is a …

nucleic acid

carbohydrate

protein

2. Naturally-occurring form of glucose

Dextroglucose

Levoglucose

Maltose

3. Which of these is NOT a полимер глюкозы?

Целлюлоза

Гликоген

Мальтоза

4. Процесс синтезирования глюкозы с использованием углекислого газа, воды и света

Клеточный дыхание

Фотосинтез

Saccharication

5. Процесс деградации GlyCogeneS для получения GluCose

5. Процесс деградрирования Glycogeneze для получения GluCose

.

Гликогенез

Гликозилирование

Отправьте результаты (необязательно)

Ваше имя

По электронной почте

Следующий

Сахаров

Глюкоза представляет собой углевод и самый важный простой сахар в метаболизме человека. Глюкозу называют простым сахаром или моносахаридом, потому что это одна из самых маленьких единиц, которая обладает характеристиками этого класса углеводов. Глюкозу также иногда называют декстрозой. Кукурузный сироп — это прежде всего глюкоза. Глюкоза является одной из основных молекул, которые служат источником энергии для растений и животных. Он содержится в соке растений и в кровотоке человека, где его называют «сахаром в крови». Нормальная концентрация глюкозы в крови составляет около 0,1%, но у лиц, страдающих сахарным диабетом, она становится значительно выше. При окислении в организме в процессе, называемом метаболизмом, глюкоза образует углекислый газ, воду и некоторые соединения азота и в процессе дает энергию, которая может использоваться клетками. Выход энергии составляет около 686 килокалорий (2870 килоджоулей) на моль, который можно использовать для выполнения работы или для поддержания тепла тела. Этот показатель энергии представляет собой изменение свободной энергии Гиббса ΔG в реакции, меру максимального количества работы, получаемой в результате реакции. Как основной источник энергии в организме, он не требует переваривания и часто вводится внутривенно людям в больницах в качестве питательного вещества. Энергия из глюкозы получается в результате реакции окисления C 6 H 12 O 6 + 6O 2 —> 6CO 2 + 6H 2 O , где моль глюкозы (около 180 граммов) реагирует с шестью молями O 2 с выходом энергии ΔG = 2870 кДж. Шесть молей кислорода при STP заняли бы 6 x 22,4 л = 134 литра. Выход энергии из глюкозы часто указывается как выход на литр кислорода, что составляет 5,1 ккал на литр или 21,4 кДж на литр. Этот выход энергии можно измерить, фактически сжигая глюкозу и измеряя высвобожденную энергию в калориметре. Но в живых организмах окисление глюкозы способствует ряду сложных биохимических реакций, которые обеспечивают энергию, необходимую клеткам. Первым этапом расщепления глюкозы во всех клетках является гликолиз с образованием пирувата, который является отправной точкой для всех других процессов клеточного дыхания. В клетках, где присутствует кислород (аэробное дыхание), эти процессы были смоделированы в ТСА или цикле Кребса. Основная часть использования энергии от окисления глюкозы — это преобразование АДФ в АТФ, при этом богатая энергией молекула АТФ впоследствии используется в качестве энергетической валюты клетки. Глюкоза вырабатывается растениями с помощью солнечной энергии в процессе, называемом фотосинтезом. Этот синтез осуществляется в небольших энергетических фабриках, называемых хлоропластами в листьях растений. Хлоропласты улавливают энергию света и производят молекулы глюкозы из углекислого газа из воздуха и воды из почвы. Глюкозу также можно найти в линейной форме. Правый конец этой молекулы показывает форму альдегида. Сравнение глюкозы и фруктозы

Index Biochemical concepts Chemistry concepts References Shipman, Wilson and Todd Ch 15 Tillery, Enger and Ross Ch 14 Tuszynski and Dixon Ch 15

HyperPhysics** ***Химия Р Ступица

Назад