L'oxydation biologique dans le corps humain est similaire dans le processus chimique à la combustion de combustible (charbon, tourbe, bois). Quelles sont les substances oxydées dans le corps humain et quels sont les produits les plus couramment brûlés à la suite de ces processus?
Chez l’homme, le glucose (glucides), les acides aminés (protéines), les acides gras (graisses) sont oxydés. Cela produit du dioxyde de carbone et de l'eau.
Expliquez quelles sont les similitudes et les différences entre l'oxydation biologique des substances organiques dans la cellule et le processus de leur combustion dans la nature inanimée.
Similarité: les substances complexes se désintègrent en substances plus simples avec libération d'énergie. Différences: l'oxydation biologique se produit sous l'action d'enzymes, elle se produit lentement (par étapes), une partie de l'énergie est stockée sous forme d'ATP.
Quels processus se produisent aux étapes du métabolisme énergétique?
1) La phase préparatoire du métabolisme énergétique: les substances organiques complexes (protéines, lipides, glucides) se décomposent en substances organiques simples (acides aminés, acides gras, monosaccharides). L'énergie libérée au cours de ce processus est dissipée sous forme de chaleur (aucun ATP n'est formé).
2) La glycolyse se produit dans le cytoplasme. Le glucose est oxydé en deux molécules d’acide pyruvique (PVC), avec la formation de 4 atomes d’hydrogène et une énergie de 2 ATP. Dans des conditions anoxiques, de l'acide lactique (fermentation de l'acide lactique) ou de l'alcool et du dioxyde de carbone (fermentation alcoolique) sont formés à partir de PVC et d'hydrogène.
3) En présence d'oxygène, les produits de la glycolyse (PVC et H) sont oxydés dans les mitochondries en dioxyde de carbone et en eau, avec formation d'énergie pour 36 ATP.
On sait que les réactions métaboliques sont accélérées par les enzymes. Quelles sont les conséquences d'une réduction de l'activité des enzymes impliquées dans le stade de l'oxygène dans le métabolisme énergétique des animaux?
1) Le taux de réactions de respiration d'oxygène va ralentir.
2) Le corps va accélérer les processus de la respiration beksilorodnogo.
3) Les corps incapables de respirer sans oxygène manqueront d'énergie.
Quelle est la signification biologique de la phosphorylation oxydative?
Les atomes d'hydrogène, obtenus aux stades précédents du métabolisme énergétique, sont oxydés par l'oxygène, tandis que de l'énergie est libérée, ce qui entre en ligne de compte dans la synthèse de l'ATP (phosphorylation de l'ADP).
Perturbation du métabolisme des glucides
Informations générales
Le métabolisme des glucides est responsable du processus d'assimilation des glucides dans le corps, de leur dégradation avec la formation de produits intermédiaires et finaux, ainsi que d'un néoplasme de composés non glucidiques, ou de la transformation de glucides simples en des glucides plus complexes. Le rôle principal des glucides est déterminé par leur fonction énergétique.
La glycémie est une source d'énergie directe dans le corps. La rapidité de sa décomposition et de son oxydation, ainsi que sa capacité à extraire rapidement du dépôt fournissent une mobilisation d’urgence des ressources énergétiques avec des coûts énergétiques rapidement croissants en cas de réveil émotionnel, avec des charges musculaires intenses.
Avec une diminution de la glycémie, développez:
réactions végétatives (transpiration accrue, modifications de la lumière des vaisseaux cutanés).
Cette condition est appelée "coma hypoglycémique". L'introduction de glucose dans le sang élimine rapidement ces troubles.
Le métabolisme des glucides dans le corps humain comprend les processus suivants:
Digestion dans le tube digestif des poly- et disaccharides provenant des aliments en monosaccharides, absorption ultérieure des monosaccharides de l'intestin dans le sang.
Synthèse et décomposition du glycogène dans les tissus (glycogénèse et glycogénolyse).
Glycolyse (dégradation du glucose).
Méthode anaérobie d'oxydation directe du glucose (cycle pentose).
Métabolisme anaérobie du pyruvate.
La gluconéogenèse est la formation de glucides à partir d'aliments non glucidiques.
Troubles du métabolisme des glucides
L'absorption des glucides est perturbée par le manque d'enzymes amylolytiques du tractus gastro-intestinal (amylase du suc pancréatique). Dans le même temps, les glucides provenant des aliments ne sont pas divisés en monosaccharides et ne sont pas absorbés. En conséquence, le patient développe une carence en glucides.
L'absorption des glucides souffre également lorsque la phosphorylation du glucose dans la paroi intestinale est perturbée, ce qui se produit lors d'une inflammation intestinale, et l'empoisonnement par des poisons bloquant l'enzyme hexokinase (phloridzine, monoïodoacétate). Il n’ya pas de phosphorylation du glucose dans la paroi intestinale et il n’entre pas dans le sang.
L'absorption des glucides est particulièrement perturbée chez les nourrissons, qui n'ont pas encore complètement formé les enzymes digestives et les enzymes responsables de la phosphorylation et de la déphosphorylation.
Causes du métabolisme des glucides, dues aux violations de l'hydrolyse et à l'absorption des glucides:
dysfonctionnement hépatique - une violation de la formation de glycogène de l'acide lactique - acidose (hyperlaccémie).
Violation de la synthèse et clivage du glycogène
La synthèse du glycogène peut varier dans le sens d'un gain ou d'une diminution pathologique. La décomposition accrue du glycogène se produit lorsque le système nerveux central est excité. Les impulsions le long des voies sympathiques vont au dépôt de glycogène (foie, muscle) et activent la glycogénolyse et la mobilisation de glycogène. De plus, à la suite de l'excitation du système nerveux central, la fonction de l'hypophyse, de la couche cérébrale des glandes surrénales et de la thyroïde, dont les hormones stimulent la dégradation du glycogène, augmente.
Une dégradation accrue du glycogène tout en augmentant simultanément la consommation de glucose par les muscles se produit lors d'un travail musculaire intense. La diminution de la synthèse du glycogène se produit au cours des processus inflammatoires du foie: l'hépatite, au cours de laquelle sa fonction éducative sur le glycogène est altérée.
En l'absence de glycogène, l'énergie tissulaire passe aux échanges lipidiques et protéiques. La formation d'énergie due à l'oxydation des graisses nécessite beaucoup d'oxygène; sinon, les corps cétoniques s'accumulent en abondance et l'intoxication se produit. La formation d'énergie due aux protéines entraîne la perte de matière plastique. La glycogénose est une violation du métabolisme du glycogène, accompagnée d'une accumulation pathologique de glycogène dans les organes.
Glycogenose due à une déficience congénitale en glucose-6-phosphatase, une enzyme présente dans les cellules du foie et des reins.
Glycogénose dans le déficit congénital en α-glucosidase. Cette enzyme coupe les résidus de glucose des molécules de glycogène et décompose le maltose. Il est contenu dans les lysosomes et est séparé du cytoplasme phosphorylase.
En l'absence d'α-glucosidase, le glycogène s'accumule dans les lysosomes, ce qui repousse le cytoplasme en arrière, remplit la cellule entière et le détruit. La glycémie est normale. Le glycogène s'accumule dans le foie, les reins et le cœur. Le métabolisme dans le myocarde est perturbé, le cœur grossit. Les enfants malades meurent tôt d'une insuffisance cardiaque.
Anomalies du métabolisme intermédiaire des glucides
Une violation du métabolisme intermédiaire des glucides peut entraîner:
Conditions hypoxiques (par exemple, en cas d’insuffisance respiratoire ou sanguine, en cas d’anémie), la phase anaérobie de la conversion des glucides l’emporte sur la phase aérobie. Il y a une accumulation excessive dans les tissus et le sang d'acides lactiques et pyruviques. La teneur en acide lactique dans le sang augmente plusieurs fois. L'acidose se produit. Processus enzymatiques perturbés. La formation d'ATP est réduite.
Troubles de la fonction hépatique, où une partie de l’acide lactique est normalement synthétisée en glucose et en glycogène. Avec des dommages au foie, cette resynthèse est perturbée. Une hyperaccidémie et une acidose se développent.
Hypovitaminose B1. L'oxydation de l'acide pyruvique est altérée, car la vitamine B1 fait partie de la coenzyme impliquée dans ce processus. L'acide pyruvique s'accumule en excès et est partiellement converti en acide lactique, dont la teneur augmente également. En cas de perturbation de l'oxydation de l'acide pyruvique, la synthèse d'acétylcholine est réduite et la transmission de l'influx nerveux est perturbée. La formation d'acétylcoenzyme A à partir d'acide pyruvique est réduite.L'acide pyruvique est un poison pharmacologique pour les terminaisons nerveuses. Avec une augmentation de sa concentration de 2 à 3 fois, il y a des violations de sensibilité, névrite, paralysie, etc.
Dans l'hypovitaminose B1, la voie du métabolisme des glucides sous forme de phosphate de pentose est également perturbée, en particulier la formation de ribose.
L'hyperglycémie
L'hyperglycémie est une augmentation du taux de sucre dans le sang supérieur à la normale. En fonction des facteurs étiologiques, on distingue les types d'hyperglycémie suivants:
Hyperglycémie alimentaire. Développé lors de la prise de grandes quantités de sucre. Ce type d'hyperglycémie est utilisé pour évaluer l'état du métabolisme des glucides (appelé «charge en sucre»). Chez une personne en bonne santé, après une dose unique de 100 à 150 g de sucre, la teneur en glucose dans le sang augmente et atteint un maximum de 1,5 à 1,7 g / l (150 à 170 mg%) en 30 à 45 minutes. Ensuite, le taux de sucre dans le sang commence à baisser et au bout de 2 heures, il tombe à la norme (0,8-1,2 g / l). Au bout de 3 heures, il s'avère être encore un peu plus bas.
Hyperglycémie émotionnelle. Avec une prédominance marquée dans le cortex cérébral du processus irritatif sur l'excitation inhibitrice, il irradie vers les parties inférieures du système nerveux central. Le flux d’impulsions le long des voies sympathiques, en direction du foie, intensifie la dégradation du glycogène en son sein et inhibe le transfert des glucides en graisse. En même temps, l'excitation agit à travers les centres hypothalamiques et le système nerveux sympathique des glandes surrénales. De grandes quantités d'adrénaline, qui stimule la glycogénolyse, sont libérées dans le sang.
Hyperglycémie hormonale. Se produire en violation de la fonction des glandes endocrines, hormones impliquées dans la régulation du métabolisme des glucides. Par exemple, l'hyperglycémie se développe avec l'augmentation de la production de glucagon, les cellules α des hormones des îlots de Langerhans du pancréas, qui, en activant la phosphorylase hépatique, favorise la glycogénolyse. L'adrénaline a un effet similaire. Un excès de glucocorticoïdes entraîne une hyperglycémie (stimule la gluconéogenèse et inhibe l'hexokinase) et l'hormone somatotrope de l'hypophyse (inhibe la synthèse du glycogène, favorise la formation d'inhibiteur d'hexokinase et active l'insuline hépatique).
Hyperglycémie dans certains types d'anesthésie. Avec l'anesthésie éthérique et la morphine, les centres sympathiques sont excités et l'adrénaline est libérée des glandes surrénales; dans l'anesthésie au chloroforme, une violation de la fonction du foie consistant à former du glycogène se joint à celle-ci.
L'hyperglycémie avec déficit en insuline est la plus persistante et la plus prononcée. Il est reproduit dans l'expérience en retirant le pancréas. Cependant, l'insuffisance d'insuline est associée à une indigestion grave. Par conséquent, un modèle expérimental plus avancé de déficit en insuline est l’échec causé par l’introduction de l’alloxane (C4H2N2O4), qui bloque les groupes SH. Dans les cellules β des îlots pancréatiques de Langerhans, où les réserves de groupes SH sont faibles, leur carence se produit rapidement et l'insuline devient inactive.
L'insuffisance expérimentale en insuline peut être provoquée par la dithizone, qui bloque le zinc dans les cellules β des îlots de Langerhans, ce qui perturbe la formation de granules de molécules d'insuline et leur dépôt. De plus, le dithizonate de zinc est formé dans les cellules β, ce qui endommage les molécules d'insuline.
La carence en insuline peut être pancréatique et extrapancréatique. Les deux types de déficience en insuline peuvent causer le diabète.
Insuffisance d'insuline pancréatique
Ce type d'échec se développe lorsque le pancréas est détruit:
Dans ces cas, toutes les fonctions pancréatiques sont violées, y compris la capacité de produire de l'insuline. Après la pancréatite, une déficience en insuline se développe dans 16 à 18% des cas en raison de la prolifération excessive du tissu conjonctif, ce qui perturbe l'apport en oxygène des cellules.
L'hypoxie locale d'insuline des îlots de Langerhans (athérosclérose, spasme vasculaire) conduit à une insuffisance en insuline, où la circulation sanguine est normalement très intense. Dans ce cas, les groupes disulfure de l’insuline deviennent sulfhydryle et n’ont pas d’effet hypoglycémique). On pense que la déficience en insuline peut être due à la formation d'alloxane dans l'organisme en cas de violation du métabolisme de la purine, dont la structure est similaire à celle de l'acide urique.
L'appareil insulaire peut être épuisé après une augmentation préliminaire de la fonction, par exemple, lorsque vous mangez trop de glucides digestibles qui causent une hyperglycémie, lorsque vous mangez trop. Dans le développement de la déficience en insuline pancréatique, l’infériorité héréditaire initiale de l’appareil insulaire joue un rôle important.
Insuffisance d'insuline extrapancréatique
Ce type de déficit peut se développer avec une activité accrue de l'insuline: une enzyme qui décompose l'insuline et se forme dans le foie au début de la puberté.
Les processus inflammatoires chroniques peuvent conduire à une carence en insuline, dans laquelle de nombreuses enzymes protéolytiques détruisant l'insuline pénètrent dans le sang.
Un excès d'hydrocortisone, inhibant l'hexokinase, réduit l'effet de l'insuline. L'activité de l'insuline diminue lorsqu'il y a un excès d'acides gras non estérifiés dans le sang, qui ont un effet inhibiteur direct sur celui-ci.
La raison de l'insuffisance d'insuline peut être son lien excessif avec les protéines de transfert dans le sang. L'insuline liée aux protéines n'est pas active dans le foie et les muscles, mais a généralement un effet sur le tissu adipeux.
Dans certains cas, avec le diabète sucré, la teneur en insuline dans le sang est normale, voire élevée. Il est supposé que le diabète est causé par la présence d'un antagoniste de l'insuline dans le sang, mais la nature de cet antagoniste n'a pas été établie. La formation d'anticorps contre l'insuline dans l'organisme entraîne la destruction de cette hormone.
Le diabète
Le métabolisme des glucides dans le diabète est caractérisé par les caractéristiques suivantes:
La synthèse de la glucokinase est considérablement réduite, ce qui dans le diabète disparaît presque complètement du foie, ce qui entraîne une diminution de la formation de glucose-6-phosphate dans les cellules du foie. Ce moment, associé à une réduction de la synthèse de la glycogène synthétase, provoque un net ralentissement de la synthèse du glycogène. Il y a épuisement du glycogène dans le foie. En l'absence de glucose-6-phosphate, le cycle du pentose phosphate est inhibé;
L'activité de la glucose-6-phosphatase augmente considérablement, c'est pourquoi le glucose-6-phosphate est déphosphorylé et pénètre dans le sang sous forme de glucose;
La transition du glucose en graisse est inhibée;
Le passage du glucose à travers la membrane cellulaire diminue, il est mal absorbé par les tissus;
La gluconéogenèse, la formation de glucose à partir de lactate, de pyruvate, d'acides aminés d'acides gras et d'autres métabolismes non glucidiques, est fortement accélérée. L'accélération de la gluconéogenèse dans le diabète sucré est due à l'absence d'effet insupportable (suppression) de l'insuline sur les enzymes qui assurent la gluconéogenèse dans les cellules du foie et des reins: pyruvate carboxylase, glucose-6-phosphatase.
Ainsi, dans le diabète sucré, il existe une production excessive et une utilisation insuffisante du glucose par les tissus, ce qui entraîne une hyperglycémie. La teneur en sucre dans le sang dans les formes sévères peut atteindre 4-5 g / l (400-500 mg%) et plus. Dans le même temps, la pression osmotique du sang augmente considérablement, entraînant une déshydratation des cellules du corps. En raison de la déshydratation, les fonctions du système nerveux central (coma hyperosmolaire) sont profondément perturbées.
La courbe des sucres chez les diabétiques par rapport à ceux des personnes en bonne santé s'est considérablement allongée dans le temps. L'hyperglycémie joue un rôle double dans la pathogenèse de la maladie. Il joue un rôle adaptatif, car il est inhibé par la dégradation du glycogène et sa synthèse est partiellement améliorée. En cas d'hyperglycémie, le glucose pénètre mieux dans les tissus et ceux-ci ne souffrent pas d'un manque criant d'hydrates de carbone. Hyperglycémie a une signification négative.
Quand il augmente la concentration de gluco-et mucoprotéines, qui tombent facilement dans le tissu conjonctif, contribuant à la formation de hyalin. Par conséquent, le diabète sucré est caractérisé par une lésion vasculaire précoce accompagnée d'athérosclérose. Le processus athérosclérotique capture les vaisseaux coronaires du cœur (insuffisance coronarienne) et les vaisseaux des reins (glomérulonéphrite). À un âge avancé, le diabète sucré peut être associé à l’hypertension.
Glycosurie
Normalement, le glucose est contenu dans l'urine provisoire. Dans les tubules, il est réabsorbé sous forme de phosphate de glucose, pour la formation duquel l'hexokinase est nécessaire, et après la déphosphorylation dans le sang. Ainsi, dans l'urine finale, le sucre dans des conditions normales n'est pas contenu.
Dans le diabète, les processus de phosphorylation et de déphosphorylation du glucose dans les tubules des reins ne permettent pas de gérer l'excès de glucose dans l'urine primaire. La glycosurie se développe. Dans les formes sévères de diabète sucré, la teneur en sucre de l’urine peut atteindre 8 à 10%. La pression osmotique de l'urine est augmentée; par conséquent, beaucoup d'eau passe dans l'urine finale.
La diurèse quotidienne augmente à 5-10 litres ou plus (polyurie). La déshydratation de l'organisme se développe, une soif accrue (polydipsie) se développe. Si le métabolisme des glucides est altéré, contactez un endocrinologue pour obtenir de l'aide professionnelle. Le médecin choisira le traitement médicamenteux nécessaire et élaborera un régime alimentaire individuel.
Blog personnel de Gennady Romat
Le métabolisme du corps est constamment associé aux échanges d'énergie. Les réactions d'échange d'énergie se produisent constamment, même lorsque nous dormons. Après des modifications chimiques complexes, les éléments nutritifs sont convertis en éléments simples, ce qui s'accompagne d'un dégagement d'énergie. C'est tout échange d'énergie.
Les besoins énergétiques du corps pendant la course sont très élevés. Par exemple, en 2,5 à 3 heures de course, environ 2 600 calories sont consommées (il s’agit d’une distance marathon), ce qui dépasse considérablement les coûts énergétiques du mode de vie sédentaire d’une personne chaque jour. Pendant la course, le corps tire son énergie du glycogène musculaire et des réserves de graisse.
Le glycogène musculaire, qui est une chaîne complexe de molécules de glucose, s'accumule dans les groupes musculaires actifs. À la suite de la glycolyse aérobie et de deux autres processus chimiques, le glycogène est converti en adénosine triphosphate (ATP).
La molécule d'ATP est la principale source d'énergie de notre corps. Le maintien de l'équilibre énergétique et du métabolisme énergétique se produit au niveau de la cellule. La vitesse et l'endurance du coureur dépendent de la respiration de la cellule. Par conséquent, pour obtenir les meilleurs résultats, il est nécessaire d’alimenter la cellule en oxygène sur toute la distance. Pour cela et besoin de formation.
L'énergie dans le corps humain. Les étapes du métabolisme énergétique.
Nous obtenons et dépensons toujours de l'énergie. Sous forme de nourriture, nous obtenons les principaux nutriments, ou substances organiques prêtes à l'emploi, qu'il s'agisse de protéines, de graisses et de glucides. La première étape est la digestion, ici il n'y a pas de libération d'énergie que notre corps puisse stocker.
Le processus de digestion ne vise pas à obtenir de l'énergie, mais à briser les grosses molécules en petites molécules. Idéalement, tout devrait être divisé en monomères. Les glucides sont décomposés en glucose, fructose et galactose. Les graisses - à la glycérine et aux acides gras, les protéines aux acides aminés.
Respiration cellulaire
En plus de la digestion, il existe une deuxième partie ou étape. C'est du souffle. Nous respirons et forçons de l'air dans les poumons, mais ce n'est pas l'essentiel de la respiration. La respiration survient lorsque nos cellules, en utilisant de l'oxygène, brûlent des nutriments en eau et du dioxyde de carbone pour obtenir de l'énergie. C'est la dernière étape pour obtenir de l'énergie dans chacune de nos cellules.
Les glucides accumulés dans les muscles sous forme de glycogène constituent la principale source de nutrition humaine. Ce dernier suffit généralement pour 40 à 45 minutes de jogging. Passé ce délai, le corps doit passer à une autre source d'énergie. Ce sont des graisses. La graisse est une énergie alternative au glycogène.
Énergie alternative - Cela signifie qu'il faut choisir l'une des deux sources d'énergie: les graisses ou le glycogène. Notre corps ne peut recevoir de l'énergie que d'une seule source.
La course de longue distance est différente de la course de courte distance en ce que l’organisme restant utilise inévitablement l’utilisation de la graisse musculaire comme source d’énergie supplémentaire.
Acides gras - ce n’est pas le meilleur substitut des glucides, car leur sélection et leur utilisation prennent beaucoup plus de temps et d’énergie. Mais si le glycogène est terminé, le corps n'a d'autre choix que d'utiliser des graisses afin d'extraire l'énergie nécessaire de cette manière. Il s'avère que les graisses sont toujours une option de secours pour le corps.
Je remarque que les graisses utilisées pour la course à pied sont des graisses contenues dans les fibres musculaires et non des couches de graisse recouvrant le corps.
Lorsque n'importe quelle matière organique est brûlée ou décomposée, des déchets sont produits, il s'agit de dioxyde de carbone et d'eau. Nos matières organiques sont des protéines, des graisses et des glucides. Le dioxyde de carbone est exhalé avec l'air et l'eau est utilisée par le corps ou excrétée dans la sueur ou l'urine.
En digérant les nutriments, notre corps perd une partie de son énergie sous forme de chaleur. Ainsi, le moteur de vide de la voiture se réchauffe et perd de l’énergie, de sorte que les muscles du coureur dépensent une énorme quantité d’énergie. transformer l'énergie chimique en mécanique. De plus, l'efficacité est d'environ 50%, c'est-à-dire que la moitié de l'énergie est sous forme de chaleur dans l'air.
On peut distinguer les principales étapes du métabolisme énergétique:
On mange pour avoir des nutriments, on les décompose, puis on s'oxyde avec de l'oxygène, on se retrouve avec de l'énergie. Une partie de l'énergie est toujours dissipée sous forme de chaleur et une autre est stockée. L'énergie est stockée sous la forme d'un composé chimique appelé ATP.
Qu'est-ce que l'ATP?
ATP - adénosine triphosphate, qui joue un rôle important dans l'échange d'énergie et de substances dans les organismes. L'ATP est une source d'énergie universelle pour tous les processus biochimiques intervenant dans les systèmes vivants.
L'ATP est l'une des substances les plus fréquemment mises à jour dans l'organisme. Par conséquent, la durée de vie d'une molécule d'ATP est inférieure à une minute. Au cours de la journée, une molécule d’ATP subit en moyenne 2 000 à 3 000 cycles de resynthèse. Le corps humain synthétise environ 40 kg d'ATP par jour, mais à chaque moment, il en contient environ 250 g, ce qui signifie qu'il n'y a presque pas de stock d'ATP dans le corps et que, pour une vie normale, il est nécessaire de synthétiser en permanence de nouvelles molécules d'ATP.
Conclusion: notre corps peut lui-même stocker de l'énergie sous la forme d'un composé chimique. Ceci est l'ATP.
Atf est constitué d'une base azotée adénine, ribose et résidus d'acide triphosphate-phosphorique.
Créer un ATF nécessite beaucoup d'énergie, mais lorsqu'il est détruit, vous pouvez le restituer. Notre corps, qui divise les nutriments, crée une molécule d’ATP, puis, quand il a besoin d’énergie, il divise la molécule d’ATP ou divise les liaisons de la molécule. Le clivage d'un des résidus d'acide phosphorique peut être obtenu de l'ordre de -40 kJ. ⁄ mol
C'est toujours le cas, car nous avons constamment besoin d'énergie, surtout lorsque nous courons. Les sources d'énergie dans le corps peuvent être différentes (viande, fruits, légumes, etc.). La source d'énergie interne en est une - c'est l'ATP. La durée de vie d'une molécule est inférieure à une minute. par conséquent, le corps se scinde et reproduit constamment l'ATP.
Division de l'énergie Énergie cellulaire
Dissimilation
Nous tirons l'essentiel de notre énergie du glucose en tant que molécule d'ATP. Puisque nous avons besoin d’énergie tout le temps, ces molécules vont pénétrer dans le corps où il est nécessaire de donner de l’énergie.
L'ATP dégage de l'énergie tout en se divisant en ADP - adénosine diphosphate. L'ADP est la même molécule d'ATP, mais sans un résidu d'acide phosphorique. Dee signifie deux. Le glucose, qui se fend, dégage de l'énergie, que l'ADP prend et restaure ses résidus phosphoriques, se transformant en ATP, qui est à nouveau prêt à dépenser de l'énergie, ce qui se produit tout le temps.
Ce processus est appelé dissimilation (destruction). Dans ce cas, pour la production d'énergie, il est nécessaire de détruire la molécule d'ATP.
L'assimilation
Mais il y a un autre processus. Vous pouvez construire vos propres substances avec la dépense d'énergie. Ce processus s'appelle assimilation. De plus petit pour créer de plus grandes substances. Production de ses propres protéines, acides nucléiques, lipides et glucides.
Par exemple, vous avez mangé un morceau de viande. La viande est une protéine qui doit être décomposée en acides aminés. À partir de ces acides aminés, vos propres protéines seront collectées ou synthétisées et deviendront vos muscles. Cela demandera de l'énergie.
Obtenir de l'énergie. Qu'est-ce que la glycolyse?
La glycolyse est l’un des processus permettant d’obtenir de l’énergie pour tous les organismes vivants. La glycolyse peut être trouvée dans le cytoplasme de n'importe laquelle de nos cellules. Le nom "glycolyse" vient du grec. - doux et grech. - dissolution.
La glycolyse est un processus enzymatique de la dégradation séquentielle du glucose dans les cellules, accompagné de la synthèse de l'ATP. Ce sont 13 réactions enzymatiques. La glycolyse dans des conditions aérobies conduit à la formation d'acide pyruvique (pyruvate).
La glycolyse dans des conditions anaérobies conduit à la formation d'acide lactique (lactate). La glycolyse est le principal moyen de catabolisme du glucose chez les animaux.
La glycolyse est l'un des processus métaboliques les plus anciens connus dans presque tous les organismes vivants. La glycolyse est probablement apparue il y a plus de 3,5 milliards d'années chez les procaryotes primaires. (Les procaryotes sont des organismes dans lesquels les cellules ne forment pas de noyau. Sa fonction est assurée par un nucléotide (c'est-à-dire «semblable au noyau»); contrairement au noyau, le nucléotide n'a pas sa propre coquille).
Glycolyse anaérobie
La glycolyse anaérobie est un moyen d’obtenir de l’énergie d’une molécule de glucose sans utiliser d’oxygène. Le processus de glycolyse (division) est le processus d'oxydation du glucose, dans lequel deux molécules d'acide pyruvique sont formées à partir d'une seule molécule de glucose.
La molécule de glucose est divisée en deux moitiés qui peuvent être appelées pyruvate, qui est identique à l'acide pyruvique. Chaque moitié de pyruvate peut régénérer la molécule d’ATP. Il s'avère que la division d'une molécule de glucose peut restaurer deux molécules d'ATP.
Après une longue course ou en mode anaérobie, au bout d'un moment, il devient difficile de respirer, les muscles de vos jambes se fatiguent, vos jambes deviennent lourdes, comme si vous ne buviez pas assez d'oxygène.
Parce que le processus d'obtention d'énergie dans les muscles se termine par la glycolyse. Par conséquent, les muscles commencent à faire mal et refusent de travailler en raison d'un manque d'énergie. De l'acide lactique ou du lactate est formé. Il s'avère que plus un athlète court vite, plus il produit rapidement de lactate. Le taux de lactate dans le sang est étroitement lié à l'intensité de l'exercice.
Glycolyse aérobie
En soi, la glycolyse est un processus totalement anaérobie, c’est-à-dire qu’elle ne nécessite pas la présence d’oxygène pour les réactions. Mais convenez que l'obtention de deux molécules d'ATP au cours de la glycolyse est très faible.
Par conséquent, il existe dans le corps une option alternative pour obtenir de l’énergie à partir du glucose. Mais avec la participation de l'oxygène. Ceci est la respiration d'oxygène. que chacun de nous possède, ou glycolyse aérobie. La glycolyse aérobie est capable de restaurer rapidement les stocks d’ATP dans le muscle.
La glycolyse aérobie se produit lors de charges dynamiques, telles que la course, la natation, etc. c'est-à-dire que si vous courez sans vous étouffer, mais si vous parlez calmement à un certain nombre de camarades qui courent, nous pouvons alors dire que vous courez en mode aérobie.
La glycolyse aérobie ou respiratoire se produit dans les mitochondries sous l’influence d’enzymes spéciales et nécessite le coût de l’oxygène et, par conséquent, le temps nécessaire à son administration.
L'oxydation se produit en plusieurs étapes, la glycolyse en premier, mais les deux molécules de pyruvate formées au cours de l'étape intermédiaire de la réaction ne sont pas converties en molécules d'acide lactique, mais pénètrent dans les mitochondries où elles s'oxydent dans le cycle de Krebs en CO2, en eau et en H2O et produisent l'énergie nécessaire à la production. 36 molécules d'ATP supplémentaires.
Les mitochondries sont des organites spéciales qui se trouvent dans la cellule, il existe donc une respiration, une respiration qui survient chez tous les organismes qui ont besoin d'oxygène, y compris vous et moi.
La glycolyse est une voie catabolique d’une importance exceptionnelle. Il fournit de l'énergie pour les réactions cellulaires, y compris la synthèse des protéines. Les intermédiaires de glycolyse sont utilisés dans la synthèse des graisses. Le pyruvate peut également être utilisé pour synthétiser de l'alanine, de l'aspartate et d'autres composés. En raison de la glycolyse, la productivité des mitochondries et la disponibilité en oxygène ne limitent pas la puissance musculaire lors de la limitation des charges à court terme. L'oxydation aérobie est 20 fois plus efficace que la glycolyse anaérobie.
Qu'est-ce que les mitochondries?
Mitochondries (du grec Μίτος - fil et χόνδρος - grain, grain) - organoïde sphérique ou ellipsoïde à deux membranes d’un diamètre d’environ 1 micromètre.. La centrale électrique de la cellule; La fonction principale est l'oxydation des composés organiques et l'utilisation de l'énergie libérée lors de leur désintégration pour générer du potentiel électrique, la synthèse de l'ATP et la thermogenèse.
Le nombre de mitochondries dans la cellule est variable. Ils sont particulièrement nombreux dans les cellules dans lesquelles le besoin en oxygène est important. En fonction des parties de la cellule à chaque moment, la consommation d'énergie augmente, les mitochondries de la cellule sont capables de se déplacer à travers le cytoplasme vers les zones de plus forte consommation d'énergie.
Fonctions mitochondriales
L'une des fonctions principales des mitochondries est la synthèse de l'ATP - la forme universelle d'énergie chimique dans toute cellule vivante. Regardez, il y a deux molécules de pyruvate à l'entrée et une énorme quantité de "beaucoup de choses" à la sortie. Ce «beaucoup de choses» s'appelle le «cycle de Krebs». À propos, Hans Krebs a reçu le prix Nobel pour la découverte de ce cycle.
On peut dire que c'est un cycle de l'acide tricarboxylique. Au cours de ce cycle, de nombreuses substances se transforment constamment en une autre. En général, comme vous le comprenez, cette chose est très importante et compréhensible pour les biochimistes. En d'autres termes, il s'agit de l'étape clé de la respiration de toutes les cellules qui utilisent de l'oxygène.
Le résultat obtenu est le dioxyde de carbone, l’eau et 36 molécules d’ATP. Permettez-moi de vous rappeler que la glycolyse (sans oxygène) n'a donné que deux molécules d'ATP par molécule de glucose. Par conséquent, lorsque nos muscles commencent à fonctionner sans oxygène, ils perdent grandement leur efficacité. C'est pourquoi tous les entraînements visent à garantir que les muscles peuvent travailler sur l'oxygène le plus longtemps possible.
Structure de la mitochondrie
Les mitochondries ont deux membranes: externe et interne. La fonction principale de la membrane externe est la séparation de l'organoïde du cytoplasme de la cellule. Elle se compose d'une couche bilipide et de protéines qui la pénètrent, à travers laquelle les molécules et les ions sont transportés, et que les mitochondries doivent travailler.
Alors que la membrane externe est lisse, la membrane interne forme de nombreux plis, les crêtes, qui augmentent considérablement sa surface. La membrane interne est en grande partie constituée de protéines, parmi lesquelles figurent les enzymes de la chaîne respiratoire, les protéines de transport et les grands complexes ATP-synthétase. C'est à cet endroit que se produit la synthèse de l'ATP. Entre la membrane externe et interne se trouve un espace intermembranaire avec ses enzymes inhérentes. L'espace intérieur de la mitochondrie s'appelle la matrice. On y trouve les systèmes enzymatiques de l'oxydation des acides gras et du pyruvate, les enzymes du cycle de Krebs, ainsi que le matériel mitochondrial héréditaire - l'ADN, l'ARN et l'appareil de synthèse protéique.
Les mitochondries sont la seule source d’énergie des cellules. Situées dans le cytoplasme de chaque cellule, les mitochondries sont comparables aux «batteries» qui produisent, stockent et distribuent l’énergie nécessaire à la cellule.
Les cellules humaines contiennent en moyenne 1 500 mitochondries. Ils sont particulièrement nombreux dans les cellules à métabolisme intensif (par exemple, dans les muscles ou le foie).
Les mitochondries sont mobiles et se déplacent dans le cytoplasme, en fonction des besoins de la cellule. En raison de la présence de leur propre ADN, ils se multiplient et s'autodétruisent indépendamment de la division cellulaire.
Les cellules ne peuvent pas fonctionner sans mitochondries, la vie n’est pas possible sans elles.
L’oxydation du glucose chez l’homme se produit chez
Au cours de cette étape, 140 kcal / mol d’énergie sont libérés, sa partie principale (environ 120 kcal / mol) s’accumule dans la cellule sous forme de 2 ATP et de 2 NAD + réduits.
il en résulte qu'au premier stade la molécule de glucose est scindée en deux molécules d'acide pyruvique, tandis que la cellule de chaque molécule de glucose clivée reçoit 2 molécules d'ATP et deux molécules de NADH + H + réduites.
La régulation de la première étape du clivage du glucose aérobie est réalisée à l'aide de mécanismes thermodynamiques et de mécanismes de modulation allostérique d'enzymes régulatrices impliquées dans les travaux de cette voie métabolique.
À l'aide de mécanismes thermodynamiques, le flux de métabolites est contrôlé le long de cette voie métabolique. Trois réactions sont incluses dans le système de réactions décrit, au cours desquelles une grande quantité d’énergie est perdue: hexokinase (G 0 =
- 5,0 kcal / mol), phosphofructokinase (G 0 = -3,4 kcal / mol) et pyruvate kinase (G 0 = - 7,5 kcal / mol). Ces réactions dans la cellule sont pratiquement irréversibles, en particulier la réaction pyruvate kinase, et du fait de leur irréversibilité, le processus devient irréversible dans son ensemble.
L'intensité du flux de métabolites dans la voie métabolique considérée est contrôlée dans la cellule en modifiant l'activité des enzymes incluses dans le système des enzymes allostériques: hexokinase, phosphofructokinase et pyruvate kinase. Ainsi, les points de contrôle thermodynamique de la voie métabolique sont en même temps les zones où l’intensité des métabolites est régulée.
Le principal élément régulateur du système est la phosphofructokinase. L'activité de cette enzyme est inhibée par des concentrations élevées d'ATP dans la cellule, le degré d'inhibition allostérique de l'enzyme ATP est augmenté par des concentrations élevées de citrate dans la cellule. L'AMP est un activateur allostérique de phosphofructokinase.
L'hexokinase est inhibée par le mécanisme allostérique par des concentrations élevées de Gl-6-f. Dans ce cas, nous traitons du travail du mécanisme de réglementation associé. Après inhibition de l'activité de la phosphofructokinase par des concentrations élevées d'ATP, Fr-6-f s'accumule dans la cellule et donc, Gl-6-f s'accumule, car la réaction catalysée par la phosphohexoisomérase est facilement réversible. Dans ce cas, une augmentation de la concentration en ATP dans la cellule inhibe l'activité non seulement de la phosphofructokinase, mais également de l'hexokinase.
La régulation de l'activité de la troisième kinase, la pyruvate kinase, semble très difficile. L'activité enzymatique est stimulée par Gl-6-f, Fr-1,6-bf
et PHA sur le mécanisme allostérique - ce que l’on appelle l’activation est un prédécesseur. De fortes concentrations intracellulaires d'ATP, de NADH, de citrate, de succinyl-CoA et d'acides gras inhibent l'activité enzymatique par un mécanisme allostérique.
En général, la scission du glucose en pyruvate est inhibée au niveau des 3 kinases indiquées avec une concentration élevée en ATP dans la cellule, c'est-à-dire. dans les conditions de bonne sécurité d'une cellule avec de l'énergie. En cas de manque d'énergie dans la cellule, l'activation de la séparation du glucose est obtenue, d'une part, en supprimant l'inhibition allostérique des kinases à forte concentration en ATP et par l'activation allostérique de la phosphofructokokinase de l'AMF, et, d'autre part, par l'activation allostérique de la pyruvate kinase par ses prédécesseurs: Gl-6-F, Fr-1, 6 bf et PHA.
Quelle est la signification de l'inhibition par citrate phosphofructokinase et citrate et succinyl-CoA - pyruvate kinase? Le fait est que deux molécules d’acétyl-CoA sont formées à partir d’une seule molécule de glucose,
Il s'oxyde au cours du cycle de Krebs. Si le citrate s'accumule dans la cellule
et succinyl-CoA, cela signifie que le cycle de Krebs ne résiste pas à l'oxydation
acétyle CoA déjà accumulé et il est logique de le ralentir
la formation du corps, qui est obtenue par inhibition du phosphore
Ructo kinase et pyruvate kinase.
Enfin, la suppression de l'oxydation du glucose au niveau de la pyruvate kinase avec une concentration croissante en acides gras vise à économiser le glucose dans la cellule dans des conditions où la cellule est dotée d'un autre type de combustible énergétique plus efficace.
Le schéma d'utilisation du glucose dans le corps
Le rôle du métabolisme des glucides. Sources de glucose et façons de l’utiliser dans le corps.
49. Schéma simplifié de l'hydrolyse de l'amidon et du glycogène dans le corps de l'animal.
50. Glycolyse et ses principales étapes. La valeur de la glycolyse.
Essence, réactions totales et efficacité de la glycolyse.
Le rôle du métabolisme des glucides. Sources de glucose et façons de l’utiliser dans le corps.
Le rôle principal des glucides est déterminé par leur fonction énergétique.
Glucose (du grec ancien γλυκύς sweet) (C6H12O6), ou le sucre de raisin est une substance blanche ou incolore, inodore, au goût sucré, soluble dans l’eau. Le sucre de canne est environ 25% plus sucré que le glucose. Le glucose est l'hydrate de carbone le plus important pour une personne. Chez les humains et les animaux, le glucose est la source d'énergie principale et la plus universelle pour garantir les processus métaboliques. Le glucose est déposé chez les animaux sous forme de glycogène, chez les plantes - sous forme d'amidon.
Sources de glucose
Dans des conditions normales, les glucides constituent la principale source de glucides pour l'homme. Les besoins quotidiens en glucides sont d’environ 400 g. Lors de l’assimilation des aliments, tous les polymères exogènes des glucides sont scindés en monomères, seuls les monosaccharides et leurs dérivés sont libérés dans l’environnement interne du corps.
La glycémie est une source d'énergie directe dans le corps. La rapidité de sa décomposition et de son oxydation, ainsi que sa capacité à s’extraire rapidement du dépôt, permettent une mobilisation urgente des ressources énergétiques, entraînant une augmentation rapide des coûts énergétiques en cas d’excitation émotionnelle, de charges musculaires intenses, etc.
Le taux de glucose dans le sang est compris entre 3,3 et 5,5 mmol / l (60-100 mg%) et constitue la plus importante constante homéostatique de l’organisme. Le système nerveux central est particulièrement sensible à la baisse de la glycémie (hypoglycémie). L'hypoglycémie mineure se manifeste par une faiblesse générale et une fatigue. Avec une diminution de la glycémie à 2,2–1,7 mmol / l (40–30 mg%), des convulsions, un délire, une perte de conscience et des réactions végétatives se développent: transpiration accrue, modification de la lumière des vaisseaux cutanés, etc. le nom "coma hypoglycémique". L'introduction de glucose dans le sang élimine rapidement ces troubles.
Rôle énergétique du glucose.
1. Dans les cellules, le glucose est utilisé comme source d’énergie. La majeure partie du glucose, après avoir passé une série de transformations, est consacrée à la synthèse de l’ATP en cours de phosphorylation oxydative. Plus de 90% des glucides sont consommés pour la production d'énergie au cours de la glycolyse.
2. Un moyen supplémentaire d’utilisation énergétique du glucose - sans formation d’ATP. Ce chemin s'appelle le phosphate pentose. Dans le foie, il représente environ 30% de la conversion du glucose, dans les cellules adipeuses, il est légèrement plus. Cette énergie est consommée pour la formation du NADP, qui sert de donneur d'hydrogène et d'électrons nécessaires aux processus de synthèse - la formation des acides nucléiques et biliaires, des hormones stéroïdiennes.
3. La conversion du glucose en glycogène ou en graisse se produit dans les cellules du foie et du tissu adipeux. Lorsque les réserves de glucides sont faibles, par exemple en situation de stress, une gluneogenèse se développe - synthèse du glucose à partir d'acides aminés et de glycérol.
Le schéma d'utilisation du glucose dans le corps
Le métabolisme des glucides dans le corps humain comprend les processus suivants:
1. Digestion dans le tube digestif des poly- et disaccharides fournis avec les aliments en monosaccharides, absorption ultérieure des monosaccharides de l'intestin dans le sang.
2. Synthèse et décomposition du glycogène dans les tissus (glycogénèse et glycogénolyse), en particulier dans le foie.
Le glycogène est la principale forme de dépôt de glucose dans les cellules animales. Chez les plantes, la même fonction est remplie par l'amidon. Structurellement, le glycogène, comme l'amidon, est un polymère de glucose ramifié. Cependant, le glycogène est plus ramifié et compact. La ramification permet une libération rapide lorsque le glycogène décompose un grand nombre de monomères terminaux.
-est la principale forme de stockage du glucose dans les cellules animales
-forme une réserve d'énergie qui peut être rapidement mobilisée si nécessaire pour compenser le manque soudain de glucose
La teneur en glycogène dans les tissus:
-Il se dépose sous forme de granulés dans le cytoplasme dans de nombreux types de cellules (principalement le foie et les muscles)
-Seul le glycogène stocké dans les cellules du foie peut être transformé en glucose pour nourrir tout le corps. La masse totale de glycogène dans le foie peut atteindre 100 à 120 grammes chez l'adulte
-Le glycogène du foie ne se sépare jamais complètement.
-Dans les muscles, le glycogène est transformé en glucose-6-phosphate, exclusivement pour la consommation locale. Dans les muscles du glycogène, pas plus de 1% de la masse musculaire totale ne s'accumule.
-Une petite quantité de glycogène se trouve dans les reins et encore moins dans les cellules du cerveau glial et les leucocytes.
La synthèse et la décomposition du glycogène ne se transforment pas, ces processus se déroulent de différentes manières.
La molécule de glycogène contient jusqu'à 1 million de résidus de glucose; une quantité importante d'énergie est donc consommée lors de la synthèse. La nécessité de convertir le glucose en glycogène est due au fait que l'accumulation d'une quantité importante de glucose dans la cellule entraînerait une augmentation de la pression osmotique, car le glucose est une substance hautement soluble. Au contraire, le glycogène est contenu dans la cellule sous forme de granulés et est légèrement soluble.
Le glycogène est synthétisé pendant la digestion (dans les 1-2 heures suivant l’ingestion d’aliments glucidiques). La glycogénèse est particulièrement intense dans le foie et les muscles squelettiques.
Pour inclure 1 résidu de glucose dans la chaîne de glycogène, 1 ATP et 1 UTP sont utilisés.
L'activateur principal - l'insuline hormone
Il est activé dans les intervalles entre les repas et pendant le travail physique, lorsque le taux de glucose dans le sang diminue (hypoglycémie relative).
Les principaux activateurs de la carie:
dans le foie - l'hormone glucagon
dans les muscles - l'hormone adrénaline
Schéma simplifié d'hydrolyse de l'amidon et du glycogène dans le corps de l'animal.
3. La voie du pentose phosphate (cycle du pentose) est la voie anaérobie de l'oxydation directe du glucose.
Dans cette voie, pas plus de 25-30% du glucose entrant dans les cellules ne va
L'équation résultante de la voie du pentose phosphate:
6 molécules de glucose + 12 NADP → 5 molécules de glucose + 6 СО2 + 12 NADPH2
Le rôle biologique de la voie du pentose phosphate chez l'adulte consiste à remplir deux fonctions importantes:
· C’est un fournisseur de pentoses, nécessaires à la synthèse d’acides nucléiques, de coenzymes et de macro-énergies à des fins plastiques.
· Sert de source de NADPH2, qui sert à son tour à:
1. synthèses restauratrices d'hormones stéroïdes, d'acides gras
2. participe activement à la neutralisation des substances toxiques dans le foie
4. Glycolyse - la dégradation du glucose. Initialement, ce terme ne désignait que la fermentation anaérobie, qui aboutissait à la formation d'acide lactique (lactate) ou d'éthanol et de dioxyde de carbone. Actuellement, le concept de "glycolyse" est utilisé plus largement pour décrire la dégradation du glucose, en passant par la formation de glucose-6-phosphate, de fructose diphosphate et de pyruvate à la fois en l'absence et en présence d'oxygène. Dans ce dernier cas, le terme "glycolyse aérobie" est utilisé, par opposition à "glycolyse anaérobie", aboutissant à la formation d'acide lactique ou de lactate.
Glycolyse
Une petite molécule de glucose non chargée est capable de diffuser à travers une cellule par diffusion. Pour que le glucose reste dans la cellule, il doit être converti en la forme chargée (généralement le glucose-6-phosphate). Cette réaction est appelée blocage.
Autres façons d'utiliser le glucose-6-phosphate dans les cellules:
-Glycolyse et oxydation complète du glucose aérobie
-Cycle du pentose phosphate (oxydation partielle du glucose en pentoses)
-Synthèse du glycogène, etc.
La glycolyse se produit dans le cytoplasme des cellules. Le produit final de cette étape est l'acide pyruvique.
GLYCOLYSE ANAÉROBIE - processus de division du glucose avec formation du produit final de lactate par le pyruvate. Il coule sans utiliser d'oxygène et ne dépend donc pas du travail de la chaîne respiratoire mitochondriale.
Circulant dans les muscles lors de l'exécution de charges intenses, dans les premières minutes du travail musculaire, dans les érythrocytes (dans lesquels les mitochondries sont absentes), ainsi que dans différents organes dans des conditions d'apport en oxygène limité, y compris dans les cellules tumorales. Ce processus sert d'indicateur de l'augmentation du taux de division cellulaire avec une fourniture insuffisante de leur système de vaisseaux sanguins.
1. Phase préparatoire (prise en charge du coût de deux molécules d’ATP)
Enzymes: la glucokinase; phosphofructo isomérase;
2. Le stade de formation de la triose (division du glucose en deux fragments de trois carbones)
Fructose-1,6-diphosphate → 2 glycéroaldéhyde-3-phosphate
3. Stade oxydatif de la glycolyse (donne 4 moles d’ATP pour 1 mole de glucose)
2 glycéroaldéhyde-3-phosphate + 2 NAD + → 2 PVK +2 ATP
2 PVK + 2 NADH * H + → 2 lactate + 2 NAD +
2NAD donne 6 ATP
Cette méthode de synthèse d'ATP, réalisée sans la participation de la respiration des tissus et donc sans la consommation d'oxygène, fournie par l'énergie de réserve du substrat, est appelée phosphorylation anaérobie ou substrat.
C'est le moyen le plus rapide d'obtenir de l'ATP. Il convient de noter que dans les premiers stades, deux molécules d’ATP sont consommées pour activer le glucose et le fructose-6-phosphate. En conséquence, la conversion du glucose en pyruvate s'accompagne de la synthèse de huit molécules d'ATP.
L'équation générale pour la glycolyse est la suivante:
Glucose + O2 + 8ADF + 8H3PO4 → 2 Pyruvate + 2H2O + 8 ATP,
Ou
1. La glycolyse est une voie indépendante de la mitochondrie pour la production d’ATP dans le cytoplasme (2 moles d’ATP pour 1 mole de glucose). Signification physiologique de base - l'utilisation de l'énergie libérée dans ce processus pour la synthèse de l'ATP. Les métabolites de la glycolyse sont utilisés pour synthétiser de nouveaux composés (nucléosides; acides aminés: sérine, glycine, cystéine).
2. Si la glycolyse se transforme en lactate, la «régénération» de NAD + se produit sans la participation de la respiration des tissus.
3. Dans les cellules ne contenant pas de mitochondries (érythrocytes, spermatozoïdes), la glycolyse est le seul moyen de synthétiser de l'ATP
4. Lorsque la mitochondrie est empoisonnée au monoxyde de carbone et à d’autres poisons respiratoires, la glycolyse permet de survivre.
1. Le taux de glycolyse diminue si le glucose n'entre pas dans la cellule (régulation par la quantité de substrat). Cependant, la décomposition du glycogène commence rapidement et le taux de glycolyse est restauré.
2. AMP (signal basse énergie)
3. Régulation de la glycolyse avec des hormones. Stimuler la glycolyse: insuline, adrénaline (stimule la dégradation du glycogène; dans les muscles, il se forme du glucose-6-phosphate et la glycolyse est activée par le substrat). Inhibe la glycolyse: Glucagon (réprime le gène de la pyruvate kinase; traduit la pyruvate kinase en une forme inactive)
La glycolyse anaérobie est brève
- Dans des conditions de travail musculaire intense, pendant l'hypoxie (par exemple, une course intense pendant 200 m pendant 30 s), la dégradation des glucides a lieu temporairement dans des conditions anaérobies.
- Les molécules de NADH ne peuvent pas donner leur hydrogène, car la chaîne respiratoire dans les mitochondries "ne fonctionne pas"
- Ensuite, dans le cytoplasme, le pyruvate, le produit final de la 1ère étape, est un bon accepteur de l'hydrogène.
- Au repos, après un travail musculaire intense, l'oxygène commence à pénétrer dans la cellule.
- Cela conduit au "lancement" de la chaîne respiratoire.
- De ce fait, la glycolyse anaérobie est automatiquement inhibée et passe à un mode aérobie plus économe en énergie.
- L'inhibition de la glycolyse anaérobie par l'oxygène entrant dans la cellule s'appelle PASTER EFFECT.
PASSE EFFET. Elle consiste en une dépression respiratoire (O2a) glycolyse anaérobie, c'est-à-dire la glycolyse aérobie passe à l’oxydation anaérobie. Si les tissus sont fournis avec O2, puis 2NADN2, l'oxydation formée au cours de la réaction centrale s'oxyde dans la chaîne respiratoire; le PVC ne se transforme donc pas en lactate, mais en acétyl-CoA, impliqué dans le cycle du TCA.
La première étape de la décomposition des glucides - la glycolyse anaérobie - est presque réversible. À partir du pyruvate, ainsi que du lactate issu de conditions anaérobies (acide lactique), le glucose peut être synthétisé et à partir de celui-ci, le glycogène.
La similitude des glycolyse anaérobie et aérobie réside dans le fait que ces processus se déroulent de la même manière avec la participation des mêmes enzymes avant la formation de PVC.
OXYDATION COMPLETE DE GLUCOSE AEROBIE (PAOG):
En raison de l'activité des mitochondries, il est possible d'oxyder complètement le glucose en dioxyde de carbone et en eau.
Dans ce cas, la glycolyse est la première étape du métabolisme oxydatif du glucose.
Avant l'incorporation des mitochondries dans PAOG, le lactate glycolytique doit être converti en PVC.
1. Glycolyse avec conversion ultérieure de 2 moles de lactate en 2 moles de PVA et transport de protons vers les mitochondries
2. Décarboxylation oxydante de 2 moles de pyruvate dans les mitochondries avec formation de 2 moles d'acétylCoA
3. Combustion du résidu acétyle dans le cycle de Krebs (2 tours du cycle de Krebs)
4. Respiration des tissus et phosphorylation oxydative: NADH * H + et FADH2, générés dans le cycle de Krebs, décarboxylation oxydative du pyruvate et transférés via la navette de malate à partir du cytoplasme, sont utilisés
Les étapes du catabolisme sur l'exemple du PAOG:
-Glycolyse, transport de protons vers les mitochondries (stade I),
- decarboxylation oxydative du pyruvate (stade II)
-Cycle de Krebs - Etape III
-Respiration des tissus et phosphorylation oxydative conjuguée - Étape IV (synthèse de l'ATP mitochondrial)
Ii. Au cours de la seconde étape, l’acide pyruvique est séparé du dioxyde de carbone et de deux atomes d’hydrogène. Les atomes d'hydrogène scindés dans la chaîne respiratoire sont transférés en oxygène avec synthèse simultanée d'ATP. L'acide acétique est formé à partir de pyruvate. Elle rejoint une substance spéciale, la coenzyme A.
Cette substance est un vecteur de résidus acides. Le résultat de ce processus est la formation de la substance acétyl coenzyme A. Cette substance a une activité chimique élevée.
L'équation finale de la deuxième étape:
СЗН4ОЗ + 1 / 2О2 + HSKoA + 3 ADP + 3 НзРО4 - СНз- С
SKoA + CO2 + H2O + 3ATF
Pyruvate Coenzyme A Acétyl CoA
L'acétyl-coenzyme A subit une oxydation supplémentaire dans le cycle de l'acide tricarboxylique (cycle de Krebs) et est convertie en CO2 et en H2O.
Iii. C'est la troisième étape. En raison de l'énergie libérée à ce stade, la synthèse de l'ATP est également effectuée.
Le cycle de l'acide tricarboxylique (TCA) est la dernière étape du catabolisme des glucides, mais également de toutes les autres classes de composés organiques. Cela est dû au fait que la décomposition des glucides, des graisses et des acides aminés produit un produit intermédiaire commun, l'acide acétique, associé à son vecteur, le coenzyme A, sous la forme d'acétyl coenzyme A.
Le cycle de Krebs se produit dans les mitochondries avec la consommation obligatoire d'oxygène et nécessite le fonctionnement de la respiration des tissus.
La première réaction du cycle est l’interaction de l’acétyl-coenzyme A avec l’acide oxalico-acétique (SCHUK) et la formation d’acide citrique.
L’acide citrique contient trois groupes carboxyle, c’est-à-dire l’acide tricarboxylique, qui a donné son nom à ce cycle.
Par conséquent, ces réactions s'appellent le cycle de l'acide citrique. Formant une série d’acides tricarboxyliques intermédiaires, l’acide citrique est à nouveau transformé en acide oxalico-acétique et le cycle se répète. Le résultat de ces réactions est la formation d'hydrogène divisé qui, après avoir traversé la chaîne respiratoire, forme de l'eau avec de l'oxygène. Le transfert de chaque paire d'atomes d'hydrogène en oxygène s'accompagne de la synthèse de trois molécules d'ATP. Au total, l’oxydation d’une molécule d’acétyl-coenzyme A synthétise 12 molécules d’ATP.
Équation finale du cycle de Krebs (troisième étape):
SKoA + 2О2 + Н2О + 12АДФ + 12 Н3РО → НSKoA + 2 СО2 + Н2О + 12АТФ
Schématiquement, le cycle de Krebs peut être représenté comme suit:
À la suite de toutes ces réactions, 36 molécules d’ATP sont formées. Au total, la glycolyse produit 38 molécules d'ATP par molécule de glucose.
Glucose + 6 O2 + 38 ADF + 38 H3 PO4 → 6CO2 + 6 H2O + 38 ATP
Le rôle biologique du TCA
Le cycle de Krebs joue un rôle d'intégration: amphibolique (catabolique et anabolique), énergétique et donneur d'hydrogène.
1. Le rôle d'intégration est que le TCA est le dernier moyen courant d'oxyder les molécules de carburant - glucides, acides gras et acides aminés.
2. L'acétyl-CoA est oxydé dans le cycle du TCA - il s'agit d'un rôle catabolique.
3. Le cycle a pour rôle anabolique de fournir des produits intermédiaires pour les processus de biosynthèse. Par exemple, l'oxaloacétate est utilisé pour la synthèse de l'aspartate, l'a-cétoglutarate pour la formation du glutamate et le succinyl-CoA pour la synthèse de l'hème.
4. Une molécule d'ATP est formée dans le CTC au niveau de la phosphorylation du substrat - il s'agit d'un rôle énergétique.
5. Le donneur d'hydrogène consiste dans le fait que le CTC fournit aux coenzymes réduites NADH (H +) et FADH2 une chaîne respiratoire dans laquelle l'oxydation de l'hydrogène de ces coenzymes en eau, couplée à la synthèse de l'ATP, se produit. Au cours de l'oxydation d'une molécule d'acétyl-CoA dans le cycle du TCA, 3 NADH (H +) et 1 FADH2 sont formés.
Étape IV. Respiration des tissus et phosphorylation oxydative conjuguée (synthèse de l'ATP mitochondrial)
Il s’agit du transfert d’électrons des nucléotides réduits vers l’oxygène (via la chaîne respiratoire). Cela s'accompagne de la formation du produit final - une molécule d'eau. Ce transport d'électrons est associé à la synthèse d'ATP dans le processus de phosphorylation oxydative.
L'oxydation de la matière organique dans les cellules, accompagnée de la consommation d'oxygène et de la synthèse de l'eau, est appelée respiration tissulaire et la chaîne de transfert d'électrons (CPE) est appelée chaîne respiratoire.
Caractéristiques de l'oxydation biologique:
1. débit à la température du corps;
2. en présence de H2O;
3. L'écoulement se fait progressivement en plusieurs étapes avec la participation de porteurs d'enzymes, qui réduisent l'énergie d'activation, entraînent une diminution de l'énergie libre, avec pour résultat que de l'énergie est libérée par portions. Par conséquent, l'oxydation ne s'accompagne pas d'une augmentation de la température et ne provoque pas d'explosion.
Les électrons qui entrent dans le CPE perdent de l’énergie libre lorsqu’ils se déplacent d’un porteur à l’autre. Une grande partie de cette énergie est stockée dans l'ATP et une partie est dissipée sous forme de chaleur.
Le transfert d'électrons des substrats oxydés vers l'oxygène se fait en plusieurs étapes. Cela implique un grand nombre de porteurs intermédiaires, chacun d'entre eux pouvant attacher des électrons d'un porteur précédent et le transférer au suivant. Ainsi, une chaîne de réactions rédox apparaît, entraînant la réduction de O2 et la synthèse de H2O.
Le transport des électrons dans la chaîne respiratoire est conjugué (lié) à la formation du gradient de proton nécessaire à la synthèse de l'ATP. Ce processus s'appelle la phosphorylation oxydative. En d’autres termes, la phosphorylation par oxydation est le processus par lequel l’énergie de l’oxydation biologique est convertie en énergie chimique de l’ATP.
Fonction de la chaîne respiratoire - utilisation de vecteurs respiratoires réduits formés lors des réactions d'oxydation métabolique de substrats (principalement dans le cycle de l'acide tricarboxylique). Chaque réaction oxydative en fonction de la quantité d'énergie libérée est «desservie» par le transporteur respiratoire correspondant: NADF, NAD ou FAD. Dans la chaîne respiratoire, les protons et les électrons sont discriminés: alors que les protons sont transportés à travers la membrane, créant un ΔpH, les électrons se déplacent le long de la chaîne porteuse de l'ubiquinone au cytochrome oxydase, générant la différence de potentiel électrique nécessaire à la formation de l'ATP par l'ATP synthase du proton. Ainsi, la respiration des tissus «charge» la membrane mitochondriale et la phosphorylation oxydative «la décharge».
CONTRÔLE RESPIRATOIRE
Le transfert d’électrons via la synthèse de CPE et d’ATP est étroitement lié, c’est-à-dire peut se produire que simultanément et de manière synchrone.
Avec une augmentation de la consommation d'ATP dans la cellule, la quantité d'ADP et son afflux dans les mitochondries augmentent. L'augmentation de la concentration en ADP (substrat de l'ATP synthase) augmente le taux de synthèse de l'ATP. Ainsi, le taux de synthèse de l'ATP correspond exactement aux besoins en énergie de la cellule. On appelle contrôle respiratoire l’accélération de la respiration des tissus et la phosphorylation oxydative avec des concentrations croissantes d’ADP.
Dans les réactions du CPE, une partie de l'énergie n'est pas convertie en énergie des liaisons macroergiques de l'ATP, mais est dissipée sous forme de chaleur.
La différence de potentiel électrique sur la membrane mitochondriale créée par la chaîne respiratoire, qui joue le rôle de conducteur moléculaire des électrons, est le moteur de la formation d'ATP et d'autres types d'énergie biologique utile. Ce concept de conversion de l'énergie dans les cellules vivantes a été présenté par P. Mitchell en 1960 pour expliquer le mécanisme moléculaire de la conjugaison du transport d'électrons et de la formation de l'ATP dans la chaîne respiratoire et a rapidement acquis une reconnaissance internationale. Pour le développement de la recherche dans le domaine de la bioénergie, P. Mitchell a reçu en 1978 le prix Nobel. En 1997, P. Boyer et J. Walker ont reçu le prix Nobel d'élucidation des mécanismes d'action moléculaires de la principale enzyme de la bioénergie, la proton ATP synthase.
Calcul de la puissance de sortie du PAOG par étapes:
Glycolyse - 2 ATP (phosphorylation du substrat)
Transfert de protons aux mitochondries - 2 NADH * H + = 6 ATP
Décarboxylation oxydante de 2 mol de PVA - 2 NADH * H + = 6 ATP
Cycle de Krebs (y compris TD et OF) - 12 * 2 = 24 moles d'ATP lors de la combustion de 2 résidus acétyle
TOTAL: 38 moles d'ATP avec combustion complète de 1 mole de glucose
1) assure la liaison entre les substrats respiratoires et le cycle de Krebs;
2) alimente deux cellules ATP et deux molécules NADH pendant l'oxydation de chaque molécule de glucose (dans des conditions d'anoxie, la glycolyse semble être la source principale d'ATP dans la cellule);
3) produit des intermédiaires pour les processus de synthèse dans la cellule (par exemple, le phosphoénolpyruvate, nécessaire à la formation de composés phénoliques et de la lignine);
4) dans les chloroplastes fournit une voie directe pour la synthèse de l'ATP, indépendamment de l'apport de NADPH; de plus, par la glycolyse dans les chloroplastes, l'amidon stocké est métabolisé en triose, qui est ensuite exporté à partir du chloroplaste.
L'efficacité de la glycolyse est de 40%.
5. Interconversion d'hexoses
6. Gluconéogenèse - la formation de glucides à partir de produits non glucidiques (pyruvate, lactate, glycérol, acides aminés, lipides, protéines, etc.).