Drei wichtige Stoffwechselwege des Glukosestoffwechsels

Der menschliche Körper besteht aus vielen chemischen Substanzen, unter denen Zucker eine essentielle organische Verbindung ist. Nachdem Zucker in den menschlichen Körper gelangt ist, nimmt er am menschlichen Stoffwechsel teil. Generell gibt es zwei Hauptstoffwechselwege von Zucker, hauptsächlich Katabolismus und Anabolismus. Es gibt drei Arten von Katabolismus und zwei Arten von Anabolismus, die beide für den menschlichen Körper wichtig sind. Heute werde ich Ihnen die drei wichtigsten Stoffwechselwege des Zuckerabbaustoffwechsels im Detail vorstellen.

Zwei Hauptkategorien des Zuckerstoffwechsels: Katabolismus und Anabolismus

Katabolismus:

1. Glykolyse (anaerobe Oxidation von Zuckern)

2. Zitronensäurezyklus (aerobe Oxidation von Zucker)

3. Pentosephosphatweg

Anabolika:

1. Glykogensynthese (Umwandlung in Leberglykogen bzw. Muskelglykogen)

2. Gluconeogenese (Umwandlung in Nichtzuckerstoffe wie Fette und nicht-essentielle Aminosäuren)

Mehrere wichtige Wege des Zuckerstoffwechsels

Anaerober Glykolyseweg von Zuckern (Glykolyseweg):

Dabei handelt es sich um den Prozess der Aufspaltung von Glukose in Milchsäure ohne Sauerstoff. Es ist der Hauptweg für den Zuckerstoffwechsel im Körper.

Der Glykolyseweg besteht aus drei Phasen: Phase 1: Einleitungsphase. Phosphorylierung und Isomerisierung von Glucose: ① Glucose wird durch Hexokinase katalysiert zu Glucose-6-phosphat phosphoryliert. Es handelt sich um eine irreversible Phosphorylierungsreaktion, einen der Schlüsselschritte im Glykolyseprozess und die Ausgangsreaktion für den Eintritt von Glucose in einen beliebigen Stoffwechselweg. Dabei wird 1 Molekül ATP verbraucht. ② Glucose-6-phosphat wird durch Phosphohexose-Isomerase katalysiert in Fructose-6-phosphat umgewandelt. ③ Fructose-6-phosphat wird phosphoryliert und durch 6-Phosphofructokinase katalysiert in 1,6-Fructosebisphosphat umgewandelt. Dabei wird 1 Molekül ATP verbraucht. Dies ist die zweite irreversible Phosphorylierungsreaktion, der zweite Schlüsselschritt im Glykolyseprozess und der wichtigste Regelpunkt im Glucoseoxidationsprozess.

Die zweite Phase: die Knackphase. 1,6-Fructosediphosphat wird in zwei Hälften in zwei Moleküle Triosephosphat (Dihydroxyacetonphosphat und 3-Phosphoglycerinaldehyd) zerlegt. Durch Aldolase katalysiert können die beiden ineinander umgewandelt werden, und letztendlich wird ein Molekül Glucose in zwei Moleküle 3-Phosphoglycerinaldehyd umgewandelt.

Die dritte Phase: die Redoxphase. Freisetzung und Speicherung von Energie: ① Die Oxidation von 3-Phosphoglycerinaldehyd und die Reduktion von NAD+ werden durch 3-Phosphoglycerinaldehyd-Dehydrogenase katalysiert, um 1,3-Diphosphoglycerat zu erzeugen, wodurch eine energiereiche Phosphatbindung entsteht und gleichzeitig NADH für die Reduktion von Pyruvat im siebten Schritt erzeugt wird. ②Oxidation von 1,3-Diphosphoglycerat und Phosphorylierung von ADP zur Produktion von 3-Phosphoglycerat und ATP. Katalysiert durch Phosphoglyceratkinase. ③3-Phosphoglycerinsäure wird in 2-Phosphoglycerinsäure umgewandelt. ④2-Phosphoglycerat wird durch Enolase dehydratisiert und erzeugt durch molekulare Umlagerung Phosphoenolpyruvat mit einer energiereichen Phosphatbindung. ⑤ Phosphoenolpyruvat überträgt die energiereiche Phosphatbindung durch Katalyse der Pyruvatkinase auf ADP, um Enolpyruvat und ATP zu erzeugen. Dies ist eine irreversible Reaktion und der dritte Schlüsselschritt im Glykolyseprozess. ⑥ Gegenseitige Umwandlung von Enolpyruvat und Ketopyruvat. ⑦ Pyruvat wird reduziert, um Milchsäure zu produzieren.

Ein Molekül Glucose kann durch anaerobe Glykolyse zwei Moleküle Adenosintriphosphat (ATP) produzieren, und dieser Prozess wird vollständig im Zytoplasma abgeschlossen.

Physiologische Bedeutung: ① Es ist eine wirksame Maßnahme für den Körper, in einem sauerstoffarmen oder anaeroben Zustand Energie zu gewinnen; ② Es ist eine wichtige Möglichkeit für den Körper, unter Stress Energie zu produzieren und die physiologischen Bedürfnisse des Körpers zu erfüllen; ③ Einige Zwischenprodukte der Glykolyse sind Vorläufer für die Synthese von Lipiden, Aminosäuren usw. und stehen mit anderen Stoffwechselwegen in Zusammenhang.

Zu den Gewebezellen, die zur Energiegewinnung auf die Glykolyse angewiesen sind, gehören: rote Blutkörperchen, Netzhaut, Hornhaut, Linse, Hoden, Nierenmark usw.

Aerober Oxidationsweg von Zuckern:

Als aerobe Oxidation bezeichnet man die vollständige Oxidation von Glucose zu Wasser und Kohlendioxid unter aeroben Bedingungen. Sie ist der Hauptweg der Zuckeroxidation. Die überwiegende Mehrheit der Zellen gewinnt Energie durch aerobe Oxidation. Die durch die Muskelglykolyse entstehende Milchsäure muss schließlich in Gegenwart von Sauerstoff vollständig zu Wasser und Kohlendioxid oxidiert werden.

Die aerobe Oxidation kann in zwei Phasen unterteilt werden: Die erste Phase: die zytosolische Reaktionsphase: Das Glykolyseprodukt NADH wird nicht zur Reduzierung von Pyruvat zur Bildung von Laktat verwendet, und beide gelangen zur Oxidation in die Mitochondrien.

Phase II: Reaktionsphase in den Mitochondrien: ① Pyruvat wird durch den Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex oxidativ zu Acetyl-CoA decarboxyliert, was eine kritische irreversible Reaktion ist. Seine Besonderheit besteht darin, dass die bei der Oxidation von Pyruvat freigesetzte Energie in Form einer energiereichen Thioesterbindung im Acetyl-CoA gespeichert wird, was den Beginn des Eintritts in den Tricarbonsäurezyklus darstellt. ②Tricarbonsäurezyklus und oxidative Phosphorylierung. Der Tricarbonsäurezyklus ist eine Reihe enzymatischer Reaktionen, die in Mitochondrien ablaufen, von der Kondensation von Acetyl-CoA und Oxalacetat zu Zitronensäure bis zur Regeneration von Oxalacetat, wodurch ein Zyklusprozess entsteht, bei dem vier Dehydrierungsoxidationen durchgeführt werden, um 2 Moleküle CO2 zu erzeugen, und die 4 entfernten Wasserstoffpaare oxidativ phosphoryliert werden, um H2O und ATP zu erzeugen. Die Merkmale des Tricarbonsäurezyklus sind: ① Die Phase von der Synthese der Zitronensäure bis zur Oxidation von α-Ketoglutarat ist eine irreversible Reaktion, daher ist der gesamte Zyklus irreversibel; ② Während des Kreislauftransports weist jede Komponente weder eine Nettozersetzung noch eine Nettosynthese auf. Wenn jedoch eine bestimmte Komponente entfernt oder hinzugefügt wird, wird die Zyklusgeschwindigkeit beeinträchtigt; ③ Die Effizienz der Acetyl-CoA-Oxidation im Tricarbonsäurezyklus hängt von der Oxalacetatkonzentration ab; ④ Das in jedem Zyklus produzierte NADH und FADH2 können über die eng verwandte Atmungskette oxidativ phosphoryliert werden, um ATP zu produzieren; ⑤ Der geschwindigkeitsbegrenzende Schritt des Zyklus ist die durch Isocitrat-Dehydrogenase katalysierte Reaktion, ein allosterisches Enzym; ADP ist sein Aktivator und ATP und NADH sind seine Inhibitoren.

Auf der inneren Membran der Mitochondrien sind zwei eng miteinander verbundene Atmungsketten verteilt, nämlich die NADH-Atmungskette und die Succinat-Atmungskette. Die Funktion der Atmungskette besteht darin, den von Metaboliten entfernten Wasserstoff zu Wasser zu oxidieren und dabei eine große Menge Energie für die ATP-Synthese zu erzeugen. Ein Molekül Glucose wird vollständig zu CO2 und H2O oxidiert, wodurch 36 oder 38 Moleküle ATP entstehen.

Glykogensyntheseweg

Glykogen ist die Speicherform von Zucker bei Tieren. Es ist ein stark verzweigtes Polymer aus Glucose, die durch α-1,4- und α-1,6-glykosidische Bindungen verbunden ist. Der größte Teil des vom Körper aufgenommenen Zuckers wird in Fett (Triglyceride) umgewandelt und im Fettgewebe gespeichert, nur ein kleiner Teil wird in Form von Glykogen gespeichert. Glykogen ist eine schnell mobilisierte Glukosereserve. Muskelglykogen kann den Bedarf der Muskelkontraktion decken und Leberglykogen ist eine wichtige Blutzuckerquelle.

Glykogensynthase ist ein Schlüsselenzym der Glykogensynthese und wird von mehreren Faktoren wie G-6-P reguliert. Die Synthese von Glykogen aus Glukose ist ein energieintensiver Prozess und die Synthese eines Moleküls Glykogen erfordert 2 ATP.

Gluconeogenese

Der Prozess der Umwandlung von Nichtzuckerstoffen in Glukose wird Gluconeogenese genannt und ist der einzige Weg zur Biosynthese von Monosacchariden im Körper. Die Leber ist das Hauptorgan der Gluconeogenese und die Gluconeogenese der Nieren wird bei langfristigem Hunger und Azidose verstärkt.

Der Weg der Gluconeogenese ist im Grunde der umgekehrte Prozess der Glykolyse, allerdings handelt es sich dabei nicht um einen reversiblen Prozess. Die von den drei Schlüsselenzymen im Glykolyseprozess katalysierten Reaktionen sind irreversibel. Daher muss Glucose unter Umgehung der drei Energiebarrieren der Glykolyse durch die vier Schlüsselenzyme der Gluconeogenese (Glucose-6-Phosphatase, Fructose-1,6-Bisphosphatase, Pyruvat-Carboxylase und Phosphoenolpyruvat-Kinase) produziert werden.

Seine physiologische Bedeutung ist: ① Es dient als wichtige Blutzuckerergänzungsquelle, um einen konstanten Blutzuckerspiegel aufrechtzuerhalten. ②Laktatazidose vorbeugen. ③Unterstützt den Aminosäurestoffwechsel.

Pentosephosphatweg

Es kommt im Zytoplasma vor und ist in Geweben wie der Leber, der Brust und den roten Blutkörperchen vorhanden. Seine physiologische Bedeutung ist: ① Bereitstellung von 5-Phosphat-Ribose für die Biosynthese von Nukleotiden und Nukleinsäuren. ② Bietet Reduktionskraft in Form von NADPH, nimmt an verschiedenen Stoffwechselreaktionen teil, hält den reduzierten Zustand von Glutathion aufrecht usw.

Uronatweg

Seine physiologische Bedeutung liegt in der Bildung von aktiver Glucuronsäure (UDP-Glucuronsäure), die ein wichtiges Bindemittel bei der Biotransformation ist und an eine Vielzahl von Metaboliten (Bilirubin, Steroide usw.), Medikamenten und Giften binden kann; es ist auch ein Spender von Glucuronsäure, die ein wichtiger Bestandteil von Proteoglykanen wie Chondroitinsulfat, Hyaluronsäure, Heparin usw. ist.