Intermediair metabolisme van koolhydraten omvat de volgende reacties
Het intermediaire metabolisme van koolhydraten omvat de volgende reacties of routes:
Het grootste deel van de energie die nodig is om verschillende activiteiten uit te voeren door levende cellen, is afgeleid van het koolhydraatmetabolisme.
1. Glycogenese
2. Glycogenolyse
3. Glycolyse- of Embden-Meyerhof-weg
4. Pentose fosfaatcyclus
5. Gluconeogenese.
glycogenese:
De omzetting van suiker in glycogeen wordt glycogenese genoemd. Dit gebeurt in de levercellen door een reeks chemische reacties. De glucose wordt eerst gefosforyleerd tot glucose-6-fosfaat (G6P) onder invloed van een enzym hexokinase. De benodigde energie voor dit proces wordt geleverd door ATP.
Als eenmaal glucose-6-fosfaat is gevormd, kan hierop worden ingewerkt door vier verschillende enzymen, dat wil zeggen er zijn vier wegen naar het metabolisme ervan;
(i) om de toevoer van glucose in het bloed aan te vullen,
(ii) om leverglycogeen op te bouwen als een opslagplaats voor bloed- en spiercelglucose,
(iii) om te voorzien in tussenproducten voor de synthese van eiwitten, vetten en nucleïnezuren, en
(iv) om energie te leveren.
Voor opbouw van leverglycogeen wordt het glucose-6-fosfaat (G6P) eerst omgezet in glucose-1- fosfaat (G1P) en deze reactie wordt gekatalyseerd door een enzym, fosfoglucomutase. Vervolgens zet het enzym fosforylase veel glucose-l-fosfaatmoleculen om in glycogeen en fosforzuur. Deze reeksen van reacties worden hieronder getoond:
glycogenolyse:
Wanneer het niveau van bloedglucose wordt verlaagd, wordt glycogeen omgezet in glucose. In dit proces zijn de reacties van glycogenese omgekeerd. Het glycogeen wordt eerst omgezet, in de aanwezigheid van H3 P04 en fosforylase, in glucose-l-fosfaat (GIP), dat onmiddellijk wordt omgezet in glucose-6-fosfaat (G6P) door fosfoglucomutase. Vervolgens wordt glucose-6-fosfaat gehydrolyseerd tot glucose en fosforzuur door het leverfosfatase.
gluconeogenesis:
De vorming van glucose of glycogeen uit niet-koolhydraatbronnen wordt gluconeogenese genoemd. Ongeveer 90% van het proces vindt plaats in de lever en de rest in de nieren. De belangrijkste stoffen voor gluconeogenese zijn glucogene aminozuren, lactaat en glycerol.
Langere termijn behoeften van glucose tijdens verhongering wordt voldaan door een beroep te doen op andere bronnen zoals glucogene aminozuren, waaronder alanine, cysteïne, glycine en serine. Ze worden afgebroken door transaminatie tot pyrodruivenzuur, dat ofwel kan worden geoxideerd door de Krebs-cyclus of kan worden omgezet in opgeslagen glycogeen.
Echter, pyrodruivenzuur en melkzuur gevormd in de spier en doorgegeven aan de lever kunnen ook dienen als de bron van koolhydraten. Het proces van gluconeogenese hangt af van het enzym fructose 1, 6 difosfaat dat in de lever aanwezig is.
Pentosefosfaatweg:
Het wordt ook de hexose monofosfaatshunt of het "Warburg-Dickens-Lipmann-pad" genoemd. Deze route staat bekend als de "hexose monofosfaat-shunt" omdat glucose-6-fosfaat dat voornamelijk door de glycolytische route wordt gemetaboliseerd, kan worden omgeleid of gerangeerd naar andere metabolische reacties.
In de lever kan dit pad maar liefst 60 procent uitmaken van de totale koolhydraatoxidatie. In deze route wordt glucose anaëroob gemetaboliseerd in zowel plantaardige als dierlijke weefsels.
We kunnen de pentosefosfaat-route als volgt samenvatten:
2 Glucose-6-fosfaat + 12 NADP + 6H 2 O → 2 Glyceraldehyde-3-fosfaten + 12 NADPH 2 + ATP + 6CO 2 . Deze route is belangrijker als een bron van pentosesuikers voor de nucleïnezuursynthese. De productie van NADPH in het pad is ook belangrijk omdat het nodig is voor de synthese van vet, dat voornamelijk voorkomt in de lever en het vetweefsel wat de reoxidatie van de NADPH naar NADP teweegbrengt. Er bestaat dus een soort synergistische relatie waarin de hexose monofosfaat-shuntroute NADPH verschaft voor lipidesynthese, die op zijn beurt NADP + regenereert, waardoor de shuntroute kan worden voortgezet.
Metabole route van glucose:
De afbraak van glucose in de cellen, weergegeven door de formule:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2, -> 6CO 2 + 6H 2 O + Energie (668 kilocalorieën / mol) vindt plaats in twee fasen: (a) in afwezigheid van zuurstof of anaerobe luchtwegen (glycolyse genoemd in dier- en hogere planten en (b) aërobe fase of Kreb's cyclus die zuurstof vereist.
A. Glycolyse:
De cellulaire afbraak van glucose via een reeks glycolytische enzymen tot pyrodruivenzuur via verschillende reacties wordt vaak de Embden-Meyerhof-route genoemd. Pyruvinezuur tot melkzuur: onder normale omstandigheden zou pyruvaat gevormd door het bovengenoemde anaerobe ademhalingsproces in veel cellen en weefsels verder worden gemetaboliseerd via het aërobe ademhalingskanaal naar koolstofdioxide en water.
Bij afwezigheid van moleculaire zuurstof, zoals in de skeletspieren, wordt pyruvaat echter omgezet in melkzuur door een oxidatie-reductie waarbij NADH pyruvinezuur tot melkzuur verlaagt in aanwezigheid van het specifieke enzym, melkzuur dehydrogenase.
In veel micro-organismen en plantencellen (onder omstandigheden met een beperkte O 2 -toevoer, wordt pyruvaat echter omgezet in ethylalcohol en CO 2 in plaats van melkzuur door middel van de volgende twee reacties.
(a) Pyruvic acid to Acetaldehyde:
Deze reactie, die wordt gekatalyseerd door het enzym carboxylase, is in wezen een afsplitsing van een kooldioxide (decarboxylatie) van pyrodruivezuur om aceetaldehyde te vormen.
(b) Acetaldehyde tot ethylalcohol:
Acetaldehyde wordt vervolgens gereduceerd door NADH in aanwezigheid van het enzym alcohol dehydrogenase tot ethyl aclohol.
Dus de algemene resultaten van anaerobe ademhaling in de dierlijke cellen zoals spieren wanneer 02 beperkend is, is het splitsen van glucose in twee moleculen melkzuur met de afgifte van energie.
C 6 H 12 O 6 -> 2CH 3 CHOHCOOH + Energie (36 kcal / mol)
(Glucose) (melkzuur)
In micro-organismen en plantencellen, onder anaërobe omstandigheden, wordt glucose gemetaboliseerd om 2 mol ethylalcohol en 2 moleculen CO 2 te vormen met de afgifte van energie.
C 6 H 12 O 6 -> 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + Energie (50 Kcal / mol)
B. Aërobe ademhalingswegen:
Onder aërobe omstandigheden in het ademhalingsmetabolisme van de cellen wordt het pyrodruivenzuur geoxideerd door een reeks enzymatische reacties om energie, CO 2 en H 7 0 op te leveren. De metabolische route waardoor dit plaatsvindt is bekend als de Krebs-cyclus of het tricarboxylic zuur ( TCA) cyclus of de citroenzuurcyclus.
Samenvatting van Kreb's cyclusreactie:
Pyruvic Acid + 4 NAD + FAD + → 3CO 2 + 4NADH 2 + FADH 2 + ATP (GTP)
ADP (GDP) + Pi + 2H Z O
