En este artículo, veremos cómo se oxida la glucosa. Los carbohidratos son compuestos del tipo polihidroxicarbonilo, así como sus derivados. Los rasgos característicos son la presencia de grupos aldehído o cetona y al menos dos grupos hidroxilo.
Según su estructura, los carbohidratos se dividen en monosacáridos, polisacáridos y oligosacáridos.
Monosacáridos
Los monosacáridos son los carbohidratos más simples que no se pueden hidrolizar. Según el grupo que esté presente en la composición: aldehído o cetona, se aíslan las aldosas (que incluyen galactosa, glucosa, ribosa) y las cetosas (ribulosa, fructosa).
Oligosacáridos
Los oligosacáridos son carbohidratos que tienen en su composición de dos a diez residuos de origen monosacárido, conectados por enlaces glucosídicos. Según el número de residuos de monosacáridos, se distinguen disacáridos, trisacáridos, etc. ¿Qué se forma cuando se oxida la glucosa? Esto se discutirá más adelante.
Polisacáridos
Polisacáridosson carbohidratos que contienen más de diez residuos de monosacáridos interconectados por enlaces glucosídicos. Si la composición del polisacárido contiene los mismos residuos de monosacárido, se denomina homopolisacárido (por ejemplo, almidón). Si dichos residuos son diferentes, entonces con un heteropolisacárido (por ejemplo, heparina).
¿Cuál es la importancia de la oxidación de la glucosa?
Funciones de los carbohidratos en el cuerpo humano
Los carbohidratos cumplen las siguientes funciones principales:
- Energía. La función más importante de los carbohidratos, ya que sirven como la principal fuente de energía en el cuerpo. Como resultado de su oxidación, se satisfacen más de la mitad de las necesidades energéticas de una persona. Como resultado de la oxidación de un gramo de carbohidratos, se liberan 16,9 kJ.
- Reservar. El glucógeno y el almidón son una forma de almacenamiento de nutrientes.
- Estructurales. La celulosa y algunos otros compuestos de polisacáridos forman un marco fuerte en las plantas. Además, en combinación con lípidos y proteínas, son un componente de todas las biomembranas celulares.
- Protección. Los heteropolisacáridos ácidos juegan el papel de un lubricante biológico. Recubren las superficies de las articulaciones que se tocan y rozan entre sí, las membranas mucosas de la nariz, el tracto digestivo.
- Anticoagulante. Un carbohidrato como la heparina tiene una importante propiedad biológica, es decir, previene la coagulación de la sangre.
- Los carbohidratos son una fuente de carbono necesaria para la síntesis de proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.
Para el cuerpo, la principal fuente de carbohidratos son los carbohidratos dietéticos (sacarosa, almidón, glucosa, lactosa). La glucosa se puede sintetizar en el propio organismo a partir de aminoácidos, glicerol, lactato y piruvato (gluconeogénesis).
Glucólisis
La glucólisis es una de las tres posibles formas del proceso de oxidación de la glucosa. En este proceso se libera energía, que posteriormente se almacena en ATP y NADH. Una de sus moléculas se descompone en dos moléculas de piruvato.
El proceso de glucólisis ocurre bajo la acción de una variedad de sustancias enzimáticas, es decir, catalizadores de naturaleza biológica. El agente oxidante más importante es el oxígeno, pero vale la pena señalar que el proceso de glucólisis se puede llevar a cabo en ausencia de oxígeno. Este tipo de glucólisis se denomina anaeróbica.
La glucólisis de tipo anaeróbico es un proceso gradual de oxidación de la glucosa. Con esta glucólisis, la oxidación de la glucosa no se produce por completo. Así, durante la oxidación de la glucosa, solo se forma una molécula de piruvato. En términos de beneficios energéticos, la glucólisis anaeróbica es menos beneficiosa que la aeróbica. Sin embargo, si el oxígeno ingresa a la célula, entonces la glucólisis anaeróbica se puede convertir en aeróbica, que es la oxidación completa de la glucosa.
Mecanismo de la glucólisis
La glucólisis descompone la glucosa de seis carbonos en dos moléculas de piruvato de tres carbonos. Todo el proceso se divide en cinco etapas preparatorias y cinco más, durante las cuales se almacena ATP.energía.
Así, la glucólisis procede en dos etapas, cada una de las cuales se divide en cinco etapas.
Etapa 1 de la reacción de oxidación de la glucosa
- La primera etapa. El primer paso es la fosforilación de la glucosa. La activación del sacárido ocurre por fosforilación en el sexto átomo de carbono.
- Segunda etapa. Hay un proceso de isomerización de la glucosa-6-fosfato. En esta etapa, la fosfoglucoisomerasa catalítica convierte la glucosa en fructosa-6-fosfato.
- Tercera etapa. Fosforilación de fructosa-6-fosfato. En esta etapa, la formación de fructosa-1,6-difosfato (también llamada aldolasa) ocurre bajo la influencia de la fosfofructoquinasa-1. Participa en el acompañamiento del grupo fosforilo del ácido trifosfórico de adenosina a la molécula de fructosa.
- La cuarta etapa. En esta etapa, se produce la escisión de la aldolasa. Como resultado, se forman dos moléculas de triosa fosfato, en particular cetosas y eldosas.
- La quinta etapa. Isomerización de triosas fosfatos. En esta etapa, el gliceraldehído-3-fosfato se envía a las siguientes etapas de descomposición de la glucosa. En este caso, se produce la transición de dihidroxiacetona fosfato a la forma de gliceraldehído-3-fosfato. Esta transición se lleva a cabo bajo la acción de enzimas.
- La sexta etapa. El proceso de oxidación del gliceraldehído-3-fosfato. En esta etapa, la molécula se oxida y luego se fosforila a difosfoglicerato-1, 3.
- Séptima etapa. Este paso implica la transferencia del grupo fosfato del 1,3-difosfoglicerato al ADP. El resultado final de este paso es 3-fosfogliceratoy ATP.
Etapa 2 - oxidación completa de la glucosa
- La octava etapa. En esta etapa se lleva a cabo la transición de 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato. El proceso de transición se lleva a cabo bajo la acción de una enzima como la fosfoglicerato mutasa. Esta reacción química de oxidación de glucosa procede con la presencia obligatoria de magnesio (Mg).
- La novena etapa. En esta etapa, se produce la deshidratación del 2-fosfoglicerato.
- La décima etapa. Hay una transferencia de fosfatos obtenidos como resultado de los pasos anteriores hacia PEP y ADP. El fosfoenulpirovato se transfiere a ADP. Tal reacción química es posible en presencia de iones de magnesio (Mg) y potasio (K).
Bajo condiciones aeróbicas, todo el proceso llega a CO2 y H2O. La ecuación para la oxidación de la glucosa se ve así:
S6N12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O + 2880 kJ/mol.
Por lo tanto, no hay acumulación de NADH en la célula durante la formación de lactato a partir de la glucosa. Esto significa que dicho proceso es anaeróbico y puede continuar en ausencia de oxígeno. El oxígeno es el aceptor final de electrones que el NADH transfiere a la cadena respiratoria.
En el proceso de cálculo del balance energético de la reacción glucolítica, se debe tener en cuenta que cada paso de la segunda etapa se repite dos veces. De esto podemos concluir que se gastan dos moléculas de ATP en la primera etapa y se forman 4 moléculas de ATP durante la segunda etapa por fosforilación.tipo de sustrato. Esto quiere decir que como resultado de la oxidación de cada molécula de glucosa, la célula acumula dos moléculas de ATP.
Examinamos la oxidación de la glucosa por el oxígeno.
Vía de oxidación de la glucosa anaeróbica
La oxidación aeróbica es un proceso de oxidación en el que se libera energía y que procede en presencia de oxígeno, que actúa como aceptor final de hidrógeno en la cadena respiratoria. El donante de moléculas de hidrógeno es la forma reducida de coenzimas (FADH2, NADH, NADPH), que se forman durante la reacción intermedia de oxidación del sustrato.
El proceso de oxidación de la glucosa de tipo dicotómico aeróbico es la vía principal del catabolismo de la glucosa en el cuerpo humano. Este tipo de glucólisis se puede llevar a cabo en todos los tejidos y órganos del cuerpo humano. El resultado de esta reacción es la división de la molécula de glucosa en agua y dióxido de carbono. La energía liberada luego se almacenará en ATP. Este proceso se puede dividir aproximadamente en tres etapas:
- El proceso de convertir una molécula de glucosa en un par de moléculas de ácido pirúvico. La reacción ocurre en el citoplasma celular y es una vía específica para la descomposición de la glucosa.
- El proceso de formación de acetil-CoA como resultado de la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico. Esta reacción tiene lugar en las mitocondrias celulares.
- El proceso de oxidación de la acetil-CoA en el ciclo de Krebs. La reacción tiene lugar en las mitocondrias celulares.
En cada etapa de este proceso,formas reducidas de coenzimas oxidadas por complejos enzimáticos de la cadena respiratoria. Como resultado, se forma ATP cuando se oxida la glucosa.
Formación de coenzimas
Las coenzimas, que se forman en la segunda y tercera etapa de la glucólisis aeróbica, se oxidarán directamente en las mitocondrias de las células. Paralelamente a esto, el NADH, que se formó en el citoplasma celular durante la reacción de la primera etapa de la glucólisis aeróbica, no tiene la capacidad de penetrar a través de las membranas mitocondriales. El hidrógeno se transfiere del NADH citoplasmático a las mitocondrias celulares a través de ciclos de lanzadera. Entre estos ciclos, se puede distinguir el principal: malato-aspartato.
Luego, con la ayuda del NADH citoplasmático, el oxaloacetato se reduce a malato, que, a su vez, ingresa a las mitocondrias celulares y luego se oxida para reducir el NAD mitocondrial. El oxaloacetato regresa al citoplasma celular como aspartato.
Formas modificadas de glucólisis
La glucólisis puede ir acompañada además de la liberación de 1, 3 y 2, 3-bifosfogliceratos. Al mismo tiempo, el 2,3-bifosfoglicerato bajo la influencia de catalizadores biológicos puede volver al proceso de glucólisis y luego cambiar su forma a 3-fosfoglicerato. Estas enzimas desempeñan una variedad de funciones. Por ejemplo, el 2,3-bifosfoglicerato, que se encuentra en la hemoglobina, promueve la transferencia de oxígeno a los tejidos, mientras contribuye a la disociación y disminución de la afinidad del oxígeno y los glóbulos rojos.
Conclusión
Muchas bacterias pueden cambiar la forma de la glucólisis en sus diversas etapas. En este caso, es posible reducir su número total o modificar estas etapas como resultado de la acción de varios compuestos enzimáticos. Algunos de los anaerobios tienen la capacidad de descomponer los carbohidratos de otras formas. La mayoría de los termófilos tienen solo dos enzimas glucolíticas, en particular, la enolasa y la piruvato quinasa.
Observamos cómo se oxida la glucosa en el cuerpo.
