Carbon dioxide, glucose at buhay ng carbon. Ano ang glucose? Pagkuha ng glucose at mga katangian nito
Sa paggawa ng mga karbohidrat mula sa carbon dioxide at tubig at ang kurso ng mga reaksyon sa mga halaman
Karpunin Ivan Ivanovich
Doktor ng Teknikal na Agham, Propesor, Propesor ng Kagawaran ng Belarusian National Technical University, Academician ng MIA at MAIT.
Ang pinaka-malamang na huling reaksyon para sa pagbuo ng mga hexoses mula sa carbon dioxide at tubig, tila, ay 6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2, pentose -10CO 2 + 10H 2 O \u003d 2C 5 H 10 O 4 + 11O 2 .
Ang epekto ng mga ilaw na mapagkukunan sa kurso ng mga proseso ng physiological sa vivo at sa biosynthesis ng iba't ibang mga sangkap sa mga halaman ay inilarawan sa panitikan.
Komposisyon ng karbohidrat at ang dami ng nilalaman ng carbohydrates ay natukoy gamit ang chromatography sa papel.
Ang pagsusuri ay binubuo ng dalawang bahagi: a) paghihiwalay ng monosaccharides gamit ang chromatography sa papel; b) dami ng pagpapasiya ng hiwalay na monosaccharides.
Ito ay kilala mula sa mga mapagkukunang pampanitikan na bilang isang resulta ng asimilasyon ng carbon dioxide ng mga halaman, ang d-glucose ay nabuo, at ang formaldehyde ay isang intermediate na produkto ng reaksyong ito: CO 2 + H 2 O \u003d CH 2 O + O 2, 6CH 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 (glucose). Ang pagbuo ng formaldehyde bilang isang intermediate na produkto ng photosynthesis ay napatunayan ng mga eksperimento sa asimilasyon ng carbon dioxide ng mga purple bacteria na naglalaman ng berdeng pigment na kahawig ng chlorophyll. Bilang isang resulta, ang conversion ng carbon dioxide ay ipinakita bilang isang equation: CO 2 + 2H 2 A \u003d h (CH 2 O) + H 2 O + 2A, kung saan ang H 2 A ay isang sangkap na nagbibigay ng hydrogen para sa CO 2 reaksyon ng pagbabawas.
Bukod dito, kung ang sangkap na nagbibigay ng hydrogen ay tubig, kung gayon ang oxygen ay inilabas. Gayunpaman, ayon sa iba pang mga mananaliksik na gumamit ng radioactive isotope ng carbon (C 11) upang pag-aralan ang proseso ng asimilasyon ng CO 2, ang unang yugto ay binubuo sa pagdaragdag ng carbon dioxide sa aldehydes o alkohol. Ang reaksyong ito ay humahantong sa pagbuo ng mga hydroxy acid o ketone acid at nagpapatuloy nang walang impluwensya ng liwanag (tumutukoy sa mga reaksyon sa dilim).
Ang ikalawang yugto ay ang pagbawas ng ketone o carboxyl group. Bilang resulta, ang una ay nagiging pangalawang grupo ng alkohol, at ang pangalawa ay isang aldehyde group. Sa reaksyong ito, kung saan ang hydrogen ay nagbibigay ng tubig, ang oxygen ay inilabas. Ang pangalawang reaksyong ito ay nangangailangan ng impluwensya ng liwanag upang magpatuloy.
Samakatuwid, ang formaldehyde ay maaaring hindi isang intermediate na produkto sa synthesis ng carbohydrates mula sa carbon dioxide at tubig at, sa partikular, d-glucose.
Dati, nakakuha kami ng carbohydrates mula sa carbon dioxide at tubig at nagmungkahi ng teknolohiya para sa kanilang produksyon. Kasabay nito, ang uri ng katalista na ginamit at ang halaga ng pagpapakilala nito sa pinaghalong reaksyon ay hindi ipinahiwatig, at ang intensity ng UV light irradiation ay hindi ipinahiwatig, na siyang paksa ng "kaalaman". Upang higit pang mapagbuti ang teknolohiya para sa pagkuha ng carbohydrates, isinagawa namin ang mga sumusunod:
1) ang temperatura para sa pagkuha ng carbohydrates ay nabago;
2) ang mga pag-aaral ay isinagawa nang walang paggamit ng UV light irradiation;
3) ang oras ng proseso ng pagkuha ng carbohydrates ay nabago;
4) para sa reaksyon (sa halip na mga purong nakahiwalay na chlorophyll), ang xanthophyll at carotene (sa isang tiyak na ratio) ay ginamit kasama ng chlorophyll (a at b) upang pasimplehin ang teknolohiya, dahil ang pagkuha ng purong chlorophyll ay nagpapalubha sa teknolohiya.
Bilang isang resulta, ang ani ng carbohydrates ay nadagdagan sa 9-10% na may kaugnayan sa tubig na kinuha para sa reaksyon.
Kasabay nito, upang higit pang mapabuti ang teknolohiya para sa pagkuha ng carbohydrates (upang madagdagan ang ani ng carbohydrates), kinakailangan upang higit pang mapabuti ito.
Panitikan
1. Nikitin V.M. Lignin. M.: Goslesbumizdat, 1961.-586 p.
2. Biochemistry ng mga phenolic compound. Per. mula sa Ingles. In-edit ni N.M. Emanuel. M.: Mir.-1988.- 541 p.
3. Nikitin N.I. Chemistry ng kahoy at selulusa. M.-L.- 1962.- 710 p.
4. Mga lignin (istraktura, katangian at reaksyon). Sa ilalim ng reaksyon ni Sarkanen K.V. at Ludwig K.H. Per. mula sa Ingles. M.: Lesn. prom.- 1975.- 632 p.
5. Karpunin I.I., Karpunin A.V. Sa pagkuha ng carbohydrates mula sa carbon dioxide at tubig // Journal ng mga mag-aaral na nagtapos at mga mag-aaral ng doktor. Kursk -2015, No. 3.- P.122.
6. Karpunin I.I. Sa paggawa ng carbohydrates mula sa carbon dioxide at tubig. Mensahe 2 // Journal ng mga postgraduate at doktoral na mag-aaral. Kursk -2015, No. 4.- P.132-133.
ENERHIYA NG BUHAY.
Ito ay isang medyo kumplikadong paksa. Ang mga problema ay nagsisimula sa pangalan mismo - anuman ang tawag mo dito, ito ay maiuugnay pa rin sa "bioenergy", na ngayon ay nasa malaking uso. Walang nakakaalam kung ano ito, ngunit karamihan ay kumbinsido na ito ay isang makapangyarihang puwersa na nakakaapekto sa halos lahat ng bagay, isang bagay tulad ng isang masamang espiritu o banal na pakay, ayon sa gusto mo. Samantala, tulad ng naunawaan na natin, ang mga nabubuhay na organismo ay tumatanggap, nagbabago at gumagamit ng pinakakaraniwang enerhiya. Ang paksang ito ay maganda sa sarili nitong paraan, ngunit pag-uusapan natin ang tungkol sa napaka kumplikadong mga proseso, isang malinaw na pag-unawa kung saan nangangailangan ng isang tiyak na edukasyon - ito ang pinaka biochemistry, at medyo kumplikado doon. At dahil ito ay may kinalaman sa enerhiya, ang kaalaman sa pisikal na kimika ay kinakailangan upang maunawaan ito. Gayunpaman, ito ay kinakailangan upang maging pamilyar sa iyo sa pinakamahalagang proseso, hindi bababa sa mababaw, upang magkaroon ka ng pangkalahatang ideya kung paano ito nangyayari at sa parehong oras ay madama ang dami ng paksa. Upang mapahusay ang iyong sariling interes dito, subukang madama ang katotohanan na kung ano ang malapit na nating matugunan, pati na rin ang lahat ng nakilala natin sa ngayon, ay hindi nangyayari sa ilang test tube sa ilang laboratoryo (bagama't nangyari doon na kung paano eksaktong nangyayari ito), ngunit direkta sa loob natin, sa bawat selula ng ating katawan, kabilang ang mga selula ng utak, sa tulong kung saan sinusubukan nating maunawaan ang isang bagay, anumang sandali at may napakabilis na bilis.
Sinimulan namin ang aming pagpapakilala sa biology na may kimika, pagkatapos ay lumipat kami sa cell, at pagkatapos ay sa organismo. Habang nagpapatuloy tayo sa mas malalaking istruktura, ibig sabihin, habang lumalayo tayo sa mga molekula at lumalapit sa mga bagay na pumupuno sa ating pang-araw-araw na buhay, ang pag-unawa ay magiging mas madali at mas madali. At ito ay hindi nakakagulat, dahil ang ating utak ay nilikha ng ebolusyon upang gabayan tayo sa macrocosm. Awtomatiko at kusang nagpapatuloy ang mga proseso sa micro level, nang walang pahintulot namin. Ngunit sila ay nilikha sa parehong paraan sa kurso ng ebolusyon, ito lamang ang nangyari sa mas naunang mga yugto nito.
Ang mga proseso ng biochemical sa katawan ay ang pinaka-kumplikadong paraan ng pagbabago ng mga sangkap sa isa't isa at ang kanilang transportasyon mula sa isang lugar patungo sa isa pa. Ang mga landas na ito ay maaaring ilarawan nang eskematiko, na nagreresulta sa mga diagram ng napakalaking kumplikado, kung minsan ay inilalarawan sa mga poster na napaka-nakapagtuturo. Upang maging pamilyar sa mga landas na ito, kailangan nating piliin ang hibla kung saan sisimulan ang paglalakbay sa labirint na ito, at ang punto kung saan tayo dapat makarating. Magsimula tayo sa dulo.
Bakit kailangan ng katawan ng enerhiya? Halos lahat ng mga proseso sa loob nito ay isinasagawa ng mga reaksyong enzymatic, na marami sa mga ito ay nangangailangan ng enerhiya. Tulad ng natatandaan natin, ang karamihan sa mga reaksyong enzymatic na umuubos ng enerhiya ay nangangailangan ng molekula ng ATP (adenosine triphosphate), na isang unibersal na carrier ng enerhiya sa loob ng cell, upang magpatuloy. Alalahanin natin muli ang istraktura nito:
Ang enerhiya ay nakaimbak sa mga bono sa pagitan ng tatlong phosphoric acid residues na konektado sa serye (tinatawag silang mga macroergic bond). Sa kurso ng "mahal" na mga reaksyong enzymatic, ang molekula ng ATP ay dephosphorylated at na-convert sa ADP (ang adenosine diphosphate ay halos kaparehong molekula bilang isa sa mga monomer ng RNA). Dapat itong linawin na, sa katunayan, ang pagsira ng anumang kemikal na bono ay nangangailangan ng paggasta ng ilang halaga ng enerhiya. Gayunpaman, ang hydrolysis ng isang macroergic bond ay nagbibigay ng energy gain, na humigit-kumulang 30 kJ / mol (at ang mol ay ang Avogadro number of molecules, i.e. 6 1023 piraso). Bilang karagdagan, ang reaksyon ng cleavage ng isang macroergic bond ay nangyayari lamang kung ang konsentrasyon ng ATP ay makabuluhang lumampas sa konsentrasyon ng mga produktong hydrolysis nito, kaya ang mga nabubuhay na selula ay napipilitang panatilihin ito sa isang mataas na antas.
Ang pag-urong ng kalamnan - ang unang bagay na pumapasok sa ating isipan bilang isang makapangyarihang mekanikal na aparato na may kaugnayan sa isyu ng mga gastos sa enerhiya - ay nangangailangan din ng mga molekulang ATP. Kahit na ang pagkilos ng mga contractile na protina ay hindi isang enzymatic na reaksyon, ang kakanyahan nito ay nananatiling pareho - isang tiyak na pagbabago sa conformation ng protina sa panahon ng hydrolysis ng mga phosphodiester bond sa molekula ng ATP. Para sa ilang kadahilanan, bihira nilang matandaan ang mga gastos sa enerhiya na may kaugnayan sa mas mataas na aktibidad ng nerbiyos (marahil, mas marami pa rin tayong mga atleta at mekanismo kaysa sa mga nag-iisip). At hindi sila maliit - tandaan kung paano mo gustong kumain sa proseso ng pag-aaral. At ang parehong ATP ay natupok dito.
Kaya, kailangan nating isaalang-alang kung paano synthesize ng katawan ang ATP nito. Ang molekula na ito ang magiging huling punto ng ating paglalakbay.
Saan tayo magsisimula? Magsimula tayo sa molekula ng glucose. Ang sangkap na ito ay ang tagapagdala ng enerhiya ng ating dugo. Ito ay nabuo sa panahon ng pagtunaw ng mga karbohidrat at taba ng pagkain at ang pagkonsumo ng mga reserbang taba sa ilalim ng balat at glycogen sa atay. Muli, ang glucose ay ang pinakaunang organikong sangkap na nabuo ng mga halaman bilang resulta ng photosynthesis mula sa carbon dioxide at tubig. Sa mga halaman, ang glucose at fructose ay nagsisilbi rin bilang mga carrier ng bagay at enerhiya - sila ay nabuo sa mga dahon at dinadala sa mga tangkay, ugat, bulaklak, prutas. At sa wakas, ang parehong glucose ay isang nutrient para sa karamihan ng bakterya.
Kaya't lalakbayin natin ang mga biochemical pathway mula sa glucose patungo sa ATP. Ang una ay isang unibersal na carrier ng enerhiya sa isang multicellular na organismo, at ang pangalawa ay isang unibersal (at mabibilang) na carrier ng enerhiya sa isang cell. Ang pagkakaroon ng bahagyang pagbabago sa pagkakatulad, maaari nating sabihin na isasaalang-alang natin ang mekanismo ng conversion ng pera - mula sa internasyonal hanggang sa pambansa (bagaman ang mga tao ay may iba't ibang pambansang pera, at ang mga cell ay may parehong isa).
Kapag tinanggal ang isang biochemical chain, dapat tandaan na ang lahat ng mga proseso ng pagkuha ng enerhiya ng mga buhay na organismo ay nangyayari bilang isang resulta ng mga reaksyon ng redox, kung saan ang isang electron ay inilipat mula sa isang molekula (reductant, electron donor) patungo sa isa pa (oxidizer, electron. acceptor). Sa kasong ito, ang alinman sa mga organikong molekula o oxygen ay gumaganap ng papel ng isang electron acceptor. Sa landas na ating pinili, ang dalawang landas ay magtatagpo
Kaya, magsimula tayo mula sa sandali kapag ang glucose ay pumasok sa cell at ginamit nang tumpak bilang isang mapagkukunan ng enerhiya (at hindi para sa pagbuo ng polysaccharides, halimbawa). Ang huling mga produktong kemikal ng prosesong ito ay carbon dioxide at tubig. Ang parehong bagay ay mangyayari kung sinusunog lamang natin ang glucose. Gayunpaman, hindi katulad ng pagkasunog, ang nakuhang enerhiya mula sa naturang recombination ng mga atom ay hindi napupunta sa kapaligiran sa anyo ng thermal energy, ngunit naipon sa anyo ng enerhiya ng ilang mga bono ng kemikal. Ang proseso mismo ay napaka-kumplikado at nagsasangkot ng marami organikong bagay isang tiyak na istraktura. Sa gitna ng lahat ng kumplikadong ito, nakalulugod na ang mekanismo ng prosesong ito ay pareho sa karamihan ng mga nabubuhay na nilalang.
At ang unang yugto nito, na maaaring maganap sa kawalan ng oxygen, ay pareho para sa lahat. Ito ay tinatawag na glycolysis. Ang pangkalahatang pagkakasunud-sunod ng glycolysis ay ang mga sumusunod. Dalawang residue ng phosphoric acid ang nakakabit sa molekula ng glucose. Ang phosphorus-oxygen bond sa phosphoric acid ay masiglang puspos, na nagpapahina sa molekula at nagpapadali sa paghahati nito sa dalawang phosphorylated trisaccharides. Ang dephosphorylation ng trisaccharides ay sinamahan ng pinagsamang phosphorylation ng adenosine na may pagbuo ng ATP. Ang lansihin ay ang double phosphorylation ng isang glucose molecule ay nangangailangan ng pagkonsumo ng dalawang ATP molecules, na dephosphorylated sa ADP. Gayunpaman, ang karagdagang pagbabago ng bawat isa sa mga trisaccharides ay humahantong sa pagbuo ng dalawang molekula ng ATP, at dahil ang glucose ay nasira sa dalawang trisaccharides, isang kabuuang apat na molekula ng ATP ang nabuo. Nangangahulugan ito ng pagkakaroon ng dalawang molekula ng ATP bawat molekula ng glucose. Nasasaksihan natin ang isang molecular business, kung saan ang kapital ng dalawang ATP ay nagdudulot ng 100% na tubo. Ngunit kung ang selda ay buhay, ito ay palaging may libreng kapital. (Alalahanin muli na ang ATP ay maaari lamang magsilbi bilang isang mapagkukunan ng enerhiya sa mataas na konsentrasyon.)
May isa pang nakuhang enerhiya sa proseso ng glycolysis. Mayroong ganoong sangkap - nicotinamide adenine dinucleotide (NAD). Ito ay isang coenzyme para sa ilang mga enzyme.
Ito ay talagang isang dinucleotide, isa sa mga bahagi nito ay ang kilalang adenine. Ang iba pang nucleotide ay naglalaman ng isang bagong nitrogenous base para sa amin - nicotinic acid (ito ay hindi eksaktong kapareho ng nikotina, ngunit napakalapit sa istraktura). Tulad ng karamihan sa mga coenzymes at ang kanilang mga bahagi, ang nikotinic acid ay isa sa mga bitamina - PP. Ang NAD ay umiiral sa dalawang anyo - nabawasan (NAD-H, dito sa Russian notation kailangan mong pagsamahin ang Russian abbreviation at ang Latin na simbolo para sa hydrogen atom) at oxidized (NAD +), ang huli ay nabuo sa pamamagitan ng pag-alis ng hydrogen atom at isang karagdagang elektron mula sa NAD-H at kumakatawan sa isang positibong sisingilin na ion (Larawan 5.1). Ang pinababang anyo ay isang estadong mayaman sa enerhiya, kaya ang pagbabawas ng NAD+ sa NAD-H ay nangangailangan ng enerhiya.
Ang pinababang anyo ng HAD-H ay isang malakas na ahente ng pagbabawas, iyon ay, isang electron donor. Kasabay nito, isa rin itong donor ng hydrogen atoms. Sa karagdagang makikita natin na ang NAD-H ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa synthesis ng ATP, i.e. sa mga proseso ng pagkuha ng enerhiya. Ngunit ang pakikilahok bilang isang tagapamagitan sa mga proseso ng paghahati ng organikong bagay upang makakuha ng enerhiya, ang pag-andar nito ay hindi limitado. Tulad ng makikita natin sa susunod na lektura, ang parehong molekula sa isang bahagyang binagong anyo ay ang pinakamahalagang mapagkukunan sa synthesis ng mga organiko, bilang isang donor ng hydrogen, mga electron at enerhiya. mga organiko.
Ang proseso ng glycolysis ay nagsasangkot ng pagbawas ng molekula ng NAD+ sa NAD-H. Sa anaerobic na bersyon ng glycolysis, na nangyayari sa kawalan ng oxygen, ang molekula na ito ay muling na-oxidized.
Ang Glycolysis ay isang medyo kumplikadong pagkakasunud-sunod ng mga reaksyon ng enzymatic. Narito ang kanya circuit diagram:
At narito ang kumpletong diagram ng glycolysis, kasama ang lahat ng mga intermediate.
Ang glycolysis ay nahahati sa ilang mga yugto, ang bawat isa ay na-catalyzed ng ilang mga enzyme:
1) ang conversion ng glucose sa glucose-6-phosphate sa ilalim ng pagkilos ng enzyme glucokinase - ang prosesong ito ay tumatagal ng isang molekula ng ATP;
Tingnan natin ang isang purong eskematiko na larawan ng prosesong ito, para lamang masigurado ang prinsipyo ng isang reaksyong enzymatic.
2) isomerization - ang conversion ng glucose-6-phosphate sa fructose-6-phosphate;
3) karagdagang phosphorylation ng fructose-6-phosphate - kasama rin ang halaga ng isang molekula ng ATP;
4) cleavage ng fructose-1,6-biphosphate sa dalawang phosphorylated triatomic sugars (triose phosphate): dihydroxyacetone phosphate at glyceraldehyde phosphate. Ang mga produktong ito ay nakakapagpasa sa isa't isa sa tulong ng isang espesyal na enzyme - isomerase. Ang glyceraldehyde phosphate ay pumapasok sa mga kasunod na reaksyon ng glycolysis, na kung saan ay natupok, at ito ay napunan, kabilang ang dahil sa conversion ng dihydroxyacetone phosphate dito;
5) ang glyceraldehyde-3-phosphate ay muling phosphorylated, at ang libreng phosphoric acid mula sa solusyon ay ginagamit para dito. Hindi tulad ng lahat ng mga nakaraang pagkilos ng phosphorylation, na naganap sa pagkonsumo ng isang molekula ng ATP, ang reaksyong ito ay sinamahan ng isang pagtaas ng enerhiya, na napupunta upang ibalik ang molekula ng oxidized form ng nicatinamide adenine dinucleotide (NAD +) sa pinababang anyo nito ( NAD-H). Ang pakinabang ng enerhiya na hindi pangkaraniwan para sa amin, sa halip na pagkawala ng enerhiya sa panahon ng phosphorylation, ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na kung sa ibang mga kaso ang grupo ng pospeyt ay inilipat mula sa isang molekula (ATP) patungo sa isa pa (na-cleaved na asukal), kung gayon sa kasong ito, sa panahon ng reaksyon, ang mutual neutralization ng anion ay nangyayari din ( isa sa mga oxygen ng phosphoric acid residue mula sa solusyon) at ang cation (NAD +), na nagbibigay ng kinakailangang enerhiya;
6) ang bagong nakakabit na phosphoric acid residue ay muling nahati, sumasali sa adenosine diphosphate - kasama ang pagbuo ng coveted ATP. Kung bago ang pangalawang phosphorylation ay mayroon kaming glyceraldehyde-3-phosphate, ngayon mayroon kaming glycerate-3-phosphate - ang pangkat ng aldehyde ay pinalitan ng isang acid, at ang molekula na ito ay negatibong sisingilin;
7) ang mga grupo ng pospeyt at hydroxyl ay nagbabago ng mga lugar;
8) ang isang molekula ng tubig ay nahati mula sa nagresultang glycerate-2-phosphate na may pagbuo ng isang double bond at isang enol group - nabuo ang phosphoenolpyruvate;
9) ito ay dephosphorylated sa pagbuo ng pyruvate (pyruvic acid), habang ang phosphoric acid residue muli napupunta sa pagbuo ng isang ATP molecule - ang pangalawa sa kurso ng triose conversion.
Kaya, ang resulta ng glycolysis ay pyruvate.
Karamihan sa mga reaksyon ng glycolysis ay nababaligtad, ngunit ang ilan ay halos hindi maibabalik. Samakatuwid, kung kinakailangan, sa kabaligtaran, ang katawan ay gumagamit ng iba pang mga paraan upang synthesize ang glucose mula sa pyruvate.
Kung isaalang-alang namin ang anaerobic, ibig sabihin, nagpapatuloy sa kawalan ng oxygen, glycolysis, pagkatapos ay ang pyruvate ay nabawasan sa lactate; sa mas pamilyar na mga pangalan, pyruvic acid - sa lactic acid. Sa kasong ito, dalawang hydrogen atoms ang idinagdag sa molekula at ang ketone group ay nagiging hydroxyl group. Tulad ng anumang redox na reaksyon, kung ang isang bagay ay nabawasan, ang isang bagay ay dapat, sa kabaligtaran, ay ma-oxidized. Sa kasong ito, ang NAD-H ay na-oxidize sa NAD +, kaya ibinabalik ang status quo - ang oxidized NAD + ay kasama sa reaksyon ng glycolysis, at nakuha namin ito.
Ito ay glycolysis na responsable para sa mga kilalang proseso ng pag-aasim (gatas) at pagbuburo (gulay, mushroom, isda). Ito ay lactic acid - lactate - na naipon sa sour-milk at maalat na mga produkto. Sa lebadura, ang pyruvate ay na-convert hindi sa lactate, ngunit sa ethyl alcohol. Ang reaksyong ito ay hindi nagaganap sa isang hakbang, ngunit sa dalawa, at sinamahan din ng oksihenasyon ng NAD-H. Binabawasan ng ilang bakterya ang pyruvate sa mga succinic o butyric acid.
Hindi dapat isipin ng isa na ang anaerobic glycolysis ay ang tadhana ng eksklusibong anaerobic bacteria tulad ng causative agent ng botulism. Sa matinding pag-load, ang sistema ng sirkulasyon ay walang oras upang magbigay ng oxygen sa mga gumaganang kalamnan. Kasabay nito, ang bahagi ng pyruvate ay hindi natupok, ngunit na-convert sa lactate, tulad ng sa anaerobic bacteria, dahil ang NAD-H ay dapat na oxidized, kung hindi sa oxygen (kapag ito ay hindi sapat), pagkatapos ay may pyruvate, kasama ang huli. nabawasan sa lactate. Sa karamihan ng mga modernong organismo na humihinga ng oxygen, ang pyruvate ay hindi na-convert sa lactoate, ngunit ginagamit pa. Ito ay pumapasok sa isang kaskad ng mga reaksyong enzymatic, kung saan ang oxygen ay natupok, ang carbon dioxide ay nabuo at ang ATP ay na-synthesize. Ang lahat ng mga reaksyong ito nang magkasama ay tinatawag na cellular respiration.
Sa karamihan ng mga modernong organismo na humihinga ng oxygen, ang pyruvate ay hindi na-convert sa lactate, ngunit ginagamit pa. Ito ay pumapasok sa isang kaskad ng mga reaksyong enzymatic, kung saan ang oxygen ay natupok, ang carbon dioxide ay nabuo at ang ATP ay na-synthesize. Ang lahat ng mga reaksyong ito nang magkasama ay tinatawag na cellular respiration.
Ibigay natin ang iyong pansin sa katotohanan na ang cellular respiration ay binubuo ng dalawang proseso. Sa panahon ng isa sa kanila, ang carbon ay na-oxidized sa carbon dioxide, ngunit ang molekular na oxygen ay hindi natupok - ang mga atomo ng oxygen ay kinuha mula sa mga organikong sangkap at tubig, na hindi nabuo dito, ngunit natupok. Sa kasong ito, ang labis na hydrogen ay nabuo, na ginagamit upang maibalik ang mga coenzymes. Sa pangalawang proseso, ang mga coenzyme ay na-oxidize at nag-donate ng hydrogen (na unang nahati sa mga proton at electron na may iba't ibang kapalaran), dito ito nagbubuklod sa molekular na oxygen upang bumuo ng tubig. Ang ATP ay nabuo nang nakararami sa ikalawang proseso. Ang unang proseso ay tinatawag na tricarboxylic acid cycle, o Krebs cycle, ang pangalawa ay tinatawag na oxidative phosphorylation.
Ang isang reserbasyon ay dapat gawin tungkol sa lokasyon ng kaganapan. Tandaan na ang lahat ng nabubuhay na bagay ay binubuo ng mga selula. Ang mga selula ng lahat ng multicellular na organismo at ilang uniselular na organismo ay may cell nucleus - ang mga organismong ito ay tinatawag na eukaryotes. Ang nucleus ay naglalaman ng DNA. Ang mga nilalaman ng isang cell sa labas ng nucleus ay tinatawag na cytoplasm. Sa cytoplasm mayroong iba't ibang mga organelles - ilang mga istraktura. Kabilang sa mga organelles ay ang tinatawag na mitochondria. Mukha silang mga cylindrical na katawan na napapalibutan ng isang dobleng lamad - panlabas at panloob. Ang panloob na lamad ay bumubuo ng maraming fold sa loob ng mitochondria - cristae. Marahil ay narinig mo na ang tungkol sa pagkakaroon ng mitochondria at na sila ang mga istasyon ng enerhiya ng cell.
Ang proseso ng glycolysis na tinalakay sa itaas ay nangyayari sa cytoplasm. Ang cellular respiration ay nagaganap sa mitochondria. Upang gawin ito, ang produkto ng glycolysis - pyruvate - ay dapat makapasok sa mitochondria.
Kaya tayo ay nasa mitochondria. Kaskad ng mga reaksyon cellular respiration nagsisimula sa isang reaksyon, ang isa sa mga substrate na kung saan ay pyruvate, at ang isa sa mga produkto ay acetyl coenzyme-A, o acetyl-coA. Ang acetyl-coA ay isa sa pinakamahalagang sangkap sa mga biochemical pathway. Ito ay nabuo sa panahon ng pagkasira ng mga sugars, fatty acid at ilang amino acid at ginagamit sa kanilang synthesis. Sa lahat ng mga kasong ito, ito ay isang reaktibong carrier ng acetyl group. Sa ilang mga reaksyon, ginagamit ito para sa synthesis ng mga organikong sangkap, sa iba pa - para sa kanilang "pagsunog" bilang isang gasolina. Samakatuwid, ang acetyl-coA ay ang pinakamahalagang tagapamagitan sa maraming proseso ng biochemical na nauugnay sa metabolismo at enerhiya. Tingnan natin ang kahanga-hangang bagay na ito.
Muli nating nakikita ang pamilyar na nucleotide adenosine, pagkatapos ay isang medyo mahabang hydrocarbon chain, kabilang ang mga nitrogen atom at nagtatapos sa isang sulfur atom, kung saan nakakabit ang acetyl group. (Ang isang molekula na walang acetyl group ay coenzyme A lamang.)
Ang acetyl-coA ay nabuo sa pagkonsumo ng isang molekula ng pyruvate sa panahon ng isang kumplikadong reaksyon na na-catalyzed ng isang buong complex ng tatlong enzyme at limang coenzymes na nakakabit sa mitochondrial membrane - ang pyruvate dehydrogenase complex. Kasabay nito, ang isang molekula ng carbon dioxide ay nahahati mula sa molekula ng pyruvate, at ang grupo ng acetyl na natitira mula dito ay nakakabit sa coenzyme A, na may pagbuo ng acetyl-coA. Ang reaksyon ay may nakuhang enerhiya, na napupunta sa pagbawas ng isang molekula ng NAD+ sa NAD-H. Sa reaksyong ito, nakita natin sa unang pagkakataon kung paano dumadaan ang isang carbon atom mula sa organikong bagay patungo sa carbon dioxide. Muli, tandaan namin na ito ay nangyayari nang walang paglahok ng molekular na oxygen - ang oxygen ay nagmumula din sa organikong bagay.
Mayroong ilang higit pang katulad na mga kaganapan sa unahan natin, upang sa kalaunan ang lahat ng tatlong carbon atoms na nasa pyruvate molecule ay mapupunta sa carbon dioxide. Kaya, ang lahat ng carbon na nagmula sa glucose ay napupunta muna sa pyruvate, at pagkatapos ay sa carbon dioxide. Tandaan na sa lahat ng kaso, muli, ang oxygen na naroroon sa komposisyon ng mga organikong sangkap ay gagamitin. Saan pupunta ang sobrang hydrogen atoms? Pupunta sila upang ibalik ang NAD+ sa NAD-H at ibalik ang isa pang coenzyme. Alalahanin na pagkatapos ng glycolysis, mayroon na tayong isang nabawasan na molekula ng NAD-H (na, sa pagkakaroon ng cellular respiration, ay hindi ginugugol sa conversion ng pyruvate sa lactate).
Ang Acetyl Co-A ay pumapasok sa isang cyclic biochemical na proseso na tinatawag na Krebs cycle. Pinangalanan ito sa pangalan ni Hans Krebs, na inilarawan ito noong 1937, kung saan natanggap niya pagkatapos Nobel Prize. Ang cycle ay 10 magkakasunod na kemikal na reaksyon, kung saan 10 organic acids ay sunud-sunod na na-convert sa isa't isa. Sa isang lugar, ang pamilyar na acetyl-coA ay pumapasok sa cycle na ito, na nagbibigay ng acetyl group nito sa oxaloacetate (oxaloacetic acid), na nagreresulta sa pagbuo ng citrate (citric acid). Kung ang unang molekula ay naglalaman ng apat na carbon atoms, kung gayon ang pangalawa, ayon sa pagkakabanggit, ay naglalaman na ng anim (mayroong dalawang carbon sa pangkat ng acetyl). Tatlo sa kanila ay nasa mga grupo ng carboxyl, at tatlo ang bumubuo sa gulugod ng molekula - ang mga naturang acid ay tinatawag na mga tricarboxylic acid.
Narito ang isang diagram ng Krebs cycle.
Ito ay mabuti para sa lahat maliban sa dalawang bagay. Ang Krebs cycle ay isang saradong kadena ng sunud-sunod na interconversion ng sampung magkakaibang molekula, at ang diagram na ito ay nagpapakita lamang ng walo - kung saan masyadong maraming side reaction ang ipinapakita kasama ang mga arrow - ang pagbabawas ng mga coenzymes at ang pag-aalis ng CO2, sa katunayan, dalawang reaksyon ang nangyayari sa isa pang tagapamagitan. Pangalawa, ipinakita na ang ADP ay phosphorylated sa pagbuo ng ATP, habang sa katunayan, ang GDP ay phosphorylated doon kasama ang pagbuo ng GTP. Ang kumpleto at tamang scheme ay ipinakita sa pinalawak na anyo:
Sa kurso ng sunud-sunod na pagbabagong-anyo ng lahat ng mga acid na ito, ang mga kaganapan ng ilang mga uri ay nagaganap:
– ang mga acid ay nawawalan ng dalawang carbon atoms dahil sa pagbuo ng dalawang molekula ng carbon dioxide;
- ang mga acid ay nakakabit ng dalawang molekula ng tubig;
- ang labis na hydrogen ay ginugugol sa pagbabawas ng tatlong NAD+ molecule sa NAD-H, gayundin sa pagbawas ng isa pang coenzyme - flavin adenine dinucleotide (FAD) sa FAD-H2;
- isang molekula ng guanosine triphosphate (GTP) ay nabuo mula sa GDP. Ito ay ganap na katumbas ng pagbuo ng ATP, dahil ang GTP at ATP ay nasa chemical equilibrium.
Nagsasara ang Krebs cycle kapag nakarating na tayo sa parehong oxaloacetate kasama ang apat na carbon nito, na maaaring muling ikabit sa isang acetyl group mula sa acetyl-coA.
Ang lahat ng mga sangkap ng siklo ng Krebs - parehong mga acid at enzyme na nagpapagana ng mga reaksyon - ay nasa parehong solusyon sa loob ng mitochondria (isa lamang sa mga enzyme ang hindi kumikilos sa lamad - ito ang nag-catalyze ng reaksyon sa pagbuo ng GTP), kaya ang cycle ay walang spatial na nilalaman - ito ay isang pagkakasunud-sunod lamang ng mga pagbabagong-anyo ng mga sangkap. Ito ay gumaganap ng isang sentral na papel sa metabolismo ng cell, dahil ang mga sangkap na kasangkot dito ay mga intermediate na sangkap sa maraming mga metabolic na proseso. Ang cycle na ito ay kasangkot sa breakdown at synthesis ng carbohydrates, sa breakdown at synthesis ng fatty acids, sa breakdown at synthesis ng maraming amino acids, sa synthesis ng nitrogenous bases ng nucleotides at iba pang mahahalagang substance.
Tatlo sa 10 acid na paikot na na-convert sa isa't isa sa Krebs cycle, maaaring pamilyar ka. Ito ay mga citric, succinic at malic acid. Ang mga branded formulations para sa reinforcement ng mga atleta ay naglalaman ng hindi lamang glucose, kundi pati na rin sitriko acid. Ginagawa ito upang hindi lamang magsagawa ng pagbubuhos ng enerhiya, kundi pati na rin upang pasiglahin ang buong siklo ng Krebs. Ang succinic acid ay aktibong ina-advertise ngayon bilang isang gamot na tumutulong sa halos lahat ng bagay, kabilang ang pagpapalakas ng immune system. Gayunpaman, nakita natin na ang sangkap na ito ay palaging (kahit na hangga't tayo ay humihinga) na nasa mitochondria at nasa chemical equilibrium na may citric acid.
Tulad ng nakita natin, sa panahon ng pagbuo ng acetyl-coA at ang Krebs cycle, isang molekula lamang ng nucleotide triphosphate (GTP, na kasing ganda ng ATP) ang nabuo, kahit na naubos na natin ang lahat ng tatlong carbon atoms. Ang pangunahing kalakal na nakuha mula sa kumplikadong komersyal na panloloko na ito, na dumaraan sa maraming tagapamagitan na malayang gumagala sa loob ng mitochondria bilang mga stockbroker, ay mga pinababang coenzymes. Ibenta na natin ang mga ito para sa paborito nating pera - ATP. Para magawa ito, dapat tayong makipag-ugnayan sa isang kumpanyang tinatawag na Electron Transport Chain.
Hindi tulad ng Krebs cycle, ang kumpanyang ito ay may sarili silid ng produksyon, gayunpaman, lumulutang. Ang prosesong magaganap ay isinasagawa ng tatlong aggregates ng ilang mga protina na matatagpuan sa panloob na lamad ng mitochondria. Kung sakali, ipaliwanag natin na maraming ganoong mga indibidwal na pinagsama-samang (5–20 thousand bawat mitochondria, at ang kanilang tatlong uri ay wala sa stoichiometric ratios); bawat isa sa kanila ay isang workable shop. Dahil ang lamad ay semi-likido (isasaalang-alang natin ang mga katangian nito nang mas detalyado sa ibang pagkakataon), ang mga pinagsama-samang protina ay tila lumulutang sa lamad tulad ng mga barge, kapag sila ay nagbanggaan, naglilipat sila ng isang elektron sa isa't isa kasama ang isa sa mga mobile na sangkap - sa isang kaso na may ubiquinone (isang maliit na molekula na may kasamang mabangong singsing), sa isa pa - na may cytochrome c (tungkol sa mga cytochromes - ilang sandali). Ang mismong proseso na nangyayari bilang resulta ng paglipat ng elektron ay tinatawag na oxidative phosphorylation.
Ang electron transport chain ay nagsisimula sa NAD-H molecule na nag-donate ng dalawang electron sa NAD-H oxidase enzyme, na nagiging oxidized form ng NAD+. Ang resultang wroton ay napupunta sa solusyon sa outer space ng mitochondria. Ang NAD oxidase ay ang una sa mga pinagsama-samang protina na ito. Ang dalawang electron na ito ay inililipat sa pamamagitan ng pinagsamang redox na mga reaksyon sa kahabaan ng chain ng protina. Dalawa pang coenzyme ang kasangkot sa sistemang ito: isang espesyal na nucleotide - flavin mononucleotide at ubiquinone - isang molekula na may kasamang mabangong singsing
Ang mga protina sa electron transport chain ay naglalaman ng isang iron atom, na nagbabago sa oxidation state nito mula +3 hanggang +2 at pabalik sa panahon ng electron transport. Maliban sa isa sa mga protina na ito (ferrodoxin), kung saan ang iron atom ay konektado sa sulfur, sa lahat ng iba pa ang iron atom ay matatagpuan sa heme na pamilyar sa atin mula sa molekula ng hemoglobin. Ang Heme ay isang porphyrin ring - isang openwork at halos simetriko na organikong molekula na may sistema ng conjugated double bond at apat na nitrogen atoms, na bumubuo ng isang complex na may iron atom.
Ang mga protina na naglalaman ng heme, sa kasong ito ay tinatawag na cytochromes (ang pangalan ay nagmula sa Greek na "chromos" - kulay, dahil ang heme ay may kulay). Ang huli sa mga cytochrome, sa tulong ng cytochrome oxidase enzyme (sila ay bahagi ng ikatlong pinagsama-samang protina), ay nag-donate ng mga electron sa molekula ng oxygen (natatandaan natin na ang heme ay nakakapagbigkis ng oxygen), na nagreresulta sa pagbuo ng O2 - ion. Kapag pinagsama sa mga proton, ang ion na ito ay bumubuo ng isang molekula ng tubig. (Kasabay nito, ang balanse ng hydrogen ay naibalik. Naaalala namin na ang mga proton ay nabuo sa panahon ng oksihenasyon ng NAD-H at FAD-H2, na siya namang nakatanggap ng hydrogen mula sa mga organikong sangkap sa siklo ng Krebs.))
Kaya, ito ay bilang isang resulta ng paglipat ng elektron sa proseso ng cellular respiration na ang oxygen ay natupok at ang tubig ay nabuo.
Bakit kailangan ang lahat ng ito, tanong mo? Ang kadena ng transportasyon ng elektron ay nakaayos sa isang paraan na ang paglipat ng bawat elektron kasama nito ay sinamahan ng paglipat ng mga proton sa pamamagitan ng panloob na mitochondrial lamad mula sa panloob na espasyo ng mitochondrion patungo sa kalawakan (na may kaugnayan sa panloob na mitochondrial membrane). Ang isang proton ay inilabas din sa labas, na nabuo sa panahon ng oksihenasyon ng NAD-H. Ang mga prosesong ito ay sumasalungat sa gradient ng konsentrasyon ng mga ion ng hydrogen at, nang naaayon, laban sa puwersa ng electrostatic at nangangailangan ng paggasta ng enerhiya, na, sa pagsulong nito, binibigyan ang elektron. Bilang isang resulta, ang isang pagkakaiba sa pH (i.e. konsentrasyon ng proton) ay nabuo sa loob at labas ng panloob na lamad ng mitochondria, at sa dalawang ibabaw ng lamad ay may pagkakaiba sa mga potensyal na elektrikal - ang panloob na ibabaw ng lamad ay negatibong sisingilin, at ang panlabas ay positibong sisingilin. Sa totoo lang, para dito ay kasangkot lamang ang ganitong kumplikadong biochemistry.
Ang electron transport chain ay ipinapakita sa sumusunod na figure.
Dito, ang mga compact white zone ay naglalarawan ng mga protina na kasangkot sa electron transport chain, ang FMN, FMNH2 ay ang oxidized at reduced form ng flavin mononucleotide, Q, QH ay ang oxidized at reduced form ng ubiquinone, FeS ay ferrodoxin, iba't ibang cytochromes ay tinutukoy ng lowercase na Latin. mga titik.
Para saan ang pagkakaibang ito sa acidity at mga potensyal sa magkabilang panig ng panloob na mitochondrial membrane? May isa pang kumplikado ng dalawang protina, maaaring sabihin ng isa, ang pangunahing isa sa buong sistema - ATP synthetase. Ang complex na ito ay tumatagos sa panloob na mitochondrial membrane at bumubuo ng halos 15% ng masa ng lahat ng mga protina ng lamad na ito. Dinisenyo ito sa paraang ipinapasa nito ang mga proton nang paisa-isa mula sa kalawakan patungo sa panloob na espasyo ng mitochondria. Ang paggalaw na ito ay nangyayari kasama ang isang gradient ng konsentrasyon at sa ilalim ng pagkilos ng isang electrostatic na puwersa. Ang enerhiya ng mga proton na gumagalaw sa ilalim ng pagkilos ng potensyal na pagkakaiba ng enerhiya ay ginagamit upang phosphorylate ang ADP sa pagbuo ng ATP.
(sa kanan ay isang electron micrograph ng mga vesicle na nagmula sa panloob na mitochondrial membrane, na nagpapakita ng mga bahagi ng ATP synthetase na nakausli sa loob)
Ang enerhiya na ito ay nakasalalay sa potensyal na pagkakaiba sa dalawang panig ng lamad. Karaniwang tinatanggap na karaniwang nangangailangan ng tatlong proton upang makagawa ng isang molekula ng ATP. Ang bilang ng mga proton na nabomba ng electron transport chain ay hindi rin tiyak na tinukoy at maaaring nakadepende sa maraming salik. Pinaniniwalaan na ngayon na ang oksihenasyon ng isang molekula ng NAD-H ay gumagawa ng mga 2.5 molekula ng ATP, at ang oksihenasyon ng FAD-H2 ay gumagawa ng humigit-kumulang isa at kalahating molekula ng ATP. (Ito ay kagiliw-giliw na kahit na 10 taon na ang nakaraan ay pinaniniwalaan na ang enerhiya na nakuha mula sa oksihenasyon ng mga proton carrier na ito ay 3 at 2 ATP molecule, ayon sa pagkakabanggit.) mahigpit na quantitative correspondence. Bilang karagdagan, ang enerhiya ng gradient ng proton ay ginagamit ng mitochondria para sa iba pang mga layunin, lalo na, para sa transportasyon ng "gasolina" - mga anion, lalo na ang pyruvate at phosphate, sa mitochondria. Dahil ang pH sa loob ng mitochondria ay nakataas, ang mga anion ay hindi nagkakalat doon sa kanilang sarili. Samakatuwid, ang mga ito ay dinadala sa gastos ng mga espesyal na protina ng lamad, na kumukuha ng enerhiya para dito mula sa parehong pinagmulan bilang ATP synthetase - dahil sa mga proton na "inilunsad" pabalik sa mitochondria.
Ang aerobic bacteria ay walang mitochondria at ang pagkakaiba sa pH at mga potensyal ay nilikha ng panlabas na lamad ng cell, ibig sabihin, ang cell sa kabuuan ay gumaganap ng parehong papel bilang eukaryotic mitochondria (ang glycolysis ay nangyayari sa cytoplasm, ibig sabihin, sa parehong lugar bilang ang Krebs cycle, Paano ito naiiba sa eukaryotes? At sa anaerobic bacteria, ang ATP synthetase, sa kabaligtaran, ay lumilikha ng isang proton gradient na kinakailangan para sa cell para sa iba't ibang mga biochemical na layunin, dahil sa ATP hydrolysis, iyon ay, ito ay gumagana sa kabaligtaran na direksyon.
Ang prinsipyo ng oxidative phosphorylation ay malayuan na kahawig ng isang hydroelectric power plant, kabilang ang hindi masyadong mataas na kahusayan nito - at dito at doon ang isang tiyak na carrier ng enerhiya ay dumadaan mula sa isang estado na may mas mataas na potensyal na enerhiya patungo sa isang estado na may mas mababang enerhiya at sa parehong oras ay gumagana. . Doon lamang ang gravitational potential energy ay pumasa sa mekanikal at pagkatapos ay sa elektrikal, ngunit dito lamang Enerhiya ng kuryente pumasa sa enerhiya ng mga bono ng kemikal, ngunit din sa pamamagitan ng mekanikal na enerhiya ng gumagalaw na mga proton.
Kung ang isang butas ay ginawa sa dam ng isang hydroelectric power station, kung gayon ang tubig ay dadaloy, at ang potensyal na enerhiya nito ay mako-convert sa thermal energy, nang hindi gumagawa ng anumang kapaki-pakinabang na gawain. Ang parehong ay maaaring gawin sa mitochondria. Mayroong ilang mga sangkap na natutunaw sa phospholipid membrane at kayang tumanggap at magbigay ng proton. Ang mga naturang sangkap ay maaaring magkalat pabalik-balik sa lamad at sa daan ay nagdadala ng mga proton kasama ang gradient ng konsentrasyon. Ang paggalaw na ito ay magpapapantay sa pagkakaiba sa potensyal na elektrikal at pH nang hindi gumagawa ng anumang mekanikal na gawain. Ito ay tinatawag na uncoupling of oxidation na may phosphorylation. Sa pamamagitan ng paraan, ang epekto na ito, tila, ay may isang hormone thyroid gland, ang ilang halaga ay "nagdurugo ng singaw mula sa boiler" nang walang oxidative phosphorylation. Mukhang pinag-uusapan natin ang tungkol sa ilang uri ng sabotahe na nagpapawalang-bisa sa kapaki-pakinabang na gawain ng electron transport chain. Gayunpaman, ang uncoupling ng oksihenasyon mula sa phosphorylation ay hindi nangangahulugang walang silbi. Ang enerhiya na nakaimbak sa panloob na lamad ng mitochondria ay hindi maaaring mawala nang walang bakas, kahit na hindi ito napunta sa anumang gawaing kemikal. Nagiinit siya. Ito ay sa ganitong paraan na ang thermogenesis ay natanto sa katawan - ang produksyon ng init. Bilang karagdagan sa init na inilabas sa panahon ng iba't ibang mga proseso ng kemikal na may mga pagkawala ng enerhiya, espesyal tayong pinainit ng ating mitochondria, dahil din sa enerhiya na nabuo ng electron transport chain sa panahon ng oksihenasyon ng NAD-H. Ang thermogenesis ay lalong mahalaga para sa mainit-init na dugo na mga ibon at mammal, ngunit halos lahat ng mga organismo ay mayroon nito sa ilang mga lawak. Nakakagulat na malaman na bagaman ang ating buong katawan mula sa loob ay may humigit-kumulang na pareho at medyo mataas na temperatura, ang init sa katawan ay pangunahing inilalabas ng dalawang organo - ang puso at ang atay.
Narito ang isang napaka-magaspang na diagram ng oxidative phosphorylation - paglipat ng elektron, conjugated transport ng mga proton sa pamamagitan ng lamad at ang kanilang reverse transport sa pamamagitan ng ATP synthetase na may conjugated ATP synthesis. Ito ay eskematiko na nagpapakita ng tatlong protina na kasangkot sa kadena ng transportasyon ng elektron, sa katunayan ay marami pa.
Ang ATP ay ginawa sa mitochondria ngunit kailangan ng buong cell. Gayunpaman, ang nabuong ATP ay hindi maaaring kusang tumagos mula sa mitochondria patungo sa cytoplasm. Para dito, ang mitochondrial membrane ay may espesyal na protina - translocase, na gumagawa ng reaksyon ng pagpapalit ng isang molekula ng ATP mula sa loob ng mitochondrion para sa isang molekula ng ADP sa labas ng mitochondria, at ginagawa ito nang walang bayad, iyon ay, nang walang paggasta ng enerhiya.
Ang figure ay nagpapakita ng isang diagram na sumasaklaw sa buong proseso ng glucose breakdown, kabilang ang glycolysis, ang Krebs cycle at oxidative phosphorylation:
Ihambing natin ang economic efficiency ng anaerobic at aerobic breakdown ng 1 glucose molecule.
Sa ilalim ng anaerobic na kondisyon, ang proseso ay nagtatapos sa pagbuo ng lactate at nagreresulta sa dalawang molekula ng ATP (apat na nabuo, dalawang ginugol).
Sa ilalim ng mga kondisyon ng aerobic, mayroon kaming parehong dalawang molekula ng ATP mula sa glycolysis, kasama ang dalawang molekula ng GTP na nabuo sa panahon ng siklo ng Krebs, isa para sa bawat isa sa dalawang molekula ng acetyl-co-A na nabuo mula sa isang molekula ng glucose. Mayroon din kaming 8 molecule ng pinababang NAD-H para sa bawat glucose molecule - dalawa para sa conversion ng dalawang pyruvate molecules sa dalawang molecule ng acetyl-co-A, anim sa panahon ng Krebs cycle (muli, para sa dalawang molecule ng acetyl-co-A ). Bilang karagdagan, mayroon kaming dalawang molekula ng pinababang FAD-H2. Dapat alalahanin na sa kurso ng glycolysis, na may karagdagang phosphorylation, dalawa pang NAD-H molecule ang naibalik. Magiging mabuti din na i-drag ang mga ito sa mitochondria at palitan ang mga ito para sa ATP, ngunit walang ganoong mekanismo. Sa halip, mayroong isang uri ng pagpapalitan ng pinababang estado ng molekula ng NAD-H sa labas ng mitochondria para sa pinababang estado ng molekula ng FAD-H2, na isinasagawa sa pamamagitan ng pagbawas ng dihydroxyacetone phosphate (na pamilyar sa atin mula sa glycolysis) hanggang sa gliserol. -3-phosphate sa labas ng mitochondrion at ang reverse process sa loob ng mitochondrion. Ang mga maliliit na molekula na ito ay "malaya" na tumagos sa mitochondria at likod. Gayunpaman, mayroong ilang pagkawala ng enerhiya. Ang FAD-H molecule ay "nagkakahalaga" ng 1.5 ATP molecules. (Dapat idagdag na sa puso at atay mayroong isang mekanismo ng "katumbas" na palitan, kapag ang oksihenasyon ng NAD-H sa labas ng panloob na mitochondrial membrane ay ipinagpapalit para sa pagbawas ng NAD + sa loob.)
Ang isang direktang pagkalkula ng enerhiya na natanggap ay mahirap dahil ang bilang ng mga proton na pumped sa panahon ng paggalaw ng mga electron, ang bilang ng mga proton na kinakailangan para sa synthesis ng isang ATP, ang magnitude ng proton gradient mismo ay hindi ganap na pare-pareho ang mga halaga ... depende sa konsentrasyon ng mga proton, ATP at ADP at iba pang mga sangkap; bukod dito, ang enerhiya ng proton gradient ay ginugugol sa maraming layunin. Sa pangkalahatan, lumalabas na ang aerobic breakdown ng isang molekula ng glucose ay gumagawa ng mga 30 molekula ng ATP, iyon ay, ito ay 15 beses na mas mahusay kaysa sa glycolysis. Ito ang ibig sabihin ng kapaligiran ng libreng oxygen na nilikha ng buhay para sa kahusayan ng mga biological na proseso.
Kaya, gamit ang glucose bilang isang halimbawa, tiningnan namin kung paano namin na-oxidize ang mga organikong sangkap sa carbon dioxide at tubig upang makakuha ng enerhiya. Ang pangunahing bagay dito ay ang pagbuo ng carbon dioxide mula sa organikong carbon ay nangyayari sa isang bahagi ng kumplikadong prosesong ito, at ang pagbuo ng tubig - dahil sa kumbinasyon ng inilabas na hydrogen na may libreng oxygen - sa ibang bahagi. Ang pagbuo ng ATP - ang unibersal na carrier ng enerhiya - ay nangyayari pangunahin sa ikalawang bahaging ito. Ang mga prosesong ito ay patuloy at sa mataas na bilis sa anumang selula ng ating katawan. Mayroong maraming iba pang mga kumplikadong proseso na nangyayari doon, ngunit marami sa kanila ay may isang karaniwang bahagi, bilang isang panuntunan, ito ay acetyl-coA at ang Krebs cycle.
Gayunpaman, dapat tandaan na sa kurso ng oxidative phosphorylation sa macroergic bond ng ATP, halos 40% lamang ng kinakalkula na enerhiya ang ginagamit, na dapat ilabas mula sa kumbinasyon ng hydrogen na may oxygen. Ang kahusayan ay hindi masyadong mataas, ngunit ito ay isang pagbabayad para sa katotohanan na ang enerhiya ay pumapasok sa cell sa maliliit na bahagi, na nakaimbak sa mga carrier ng enerhiya na nagagawa nitong iproseso. Sa pormang ito lamang ito, sa prinsipyo, ay magagamit ng mga nabubuhay na nilalang. Ang proseso ng oksihenasyon ng mga organikong molekula sa proseso ng cellular respiration ay nahahati sa maraming hakbang. Ang carbon chain ng glucose ay hindi nabubuwag sa carbon atoms upang agad na mag-bonding sa oxygen, gaya ng nangyayari sa panahon ng combustion. Sa halip, nakita natin kung paano patuloy na inaayos ang mga carbon atom sa mga molekula na naglalaman ng 3 hanggang 6 ng mga atom na ito, at ang carbon dioxide ay inilabas sa panahon ng ilan sa mga muling pagsasaayos na ito. Ito ay dahil sa enzymatic na kalikasan ng lahat ng nagaganap na mga reaksyon - ito ay "mas maginhawa" para sa mga enzyme na gumana sa mga organikong molekula ng ganoong laki. Alinsunod dito, para sa kumpletong oksihenasyon ng mga carbohydrates sa carbon dioxide, kinakailangan ang isang kadena ng mga intermediary na sangkap, na kailangang patuloy na muling mabuo - ito ang dahilan kung bakit umiiral ang siklo ng Krebs. Ang "imbensyon" na ito ay maginhawa rin dahil ang mga elemento nito ay maaaring lumahok sa iba't ibang mga proseso na nagaganap sa cell. Kaya, sa pamamagitan ng Krebs cycle, posible na "i-redirect ang mga mapagkukunan" sa tamang direksyon at sa gayon ay i-regulate ang buong "cell economy". Ang Krebs cycle ay hindi lamang ang cyclic biochemical na proseso.
Katulad na impormasyon.
Ang mga halaman ay sumisipsip ng carbon dioxide (CO2) mula sa kapaligiran at paggamit ng solar o iba pang enerhiya upang i-convert ito sa glucose, ang mga hayop ay kumakain ng glucose, at pagkatapos ay naglalabas ng carbon dioxide sa atmospera.
Sa Israel, ang isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa Weizmann Institute of Science ay nakahanap ng isang paraan upang "i-reprogram" ang mga nabubuhay na bakterya upang kumonsumo ng CO2 mula sa kapaligiran at makagawa ng glucose, na mahalaga para sa lahat ng mga function ng katawan.
umunlad
Naglalabas pa rin ng carbon dioxide ang bacteria
Ang kakayahang ito, na tinatawag na carbon fixation, ay maaaring makatulong sa paglutas ng mga problema sa pagkain habang lumalaki ang populasyon ng mundo at lumiliit ang mga likas na yaman.
Nagsimula ang mga siyentipiko sa pamamagitan ng pagpapagana ng metabolic pathway para sa pag-aayos ng carbon at paggawa ng glucose sa bacterium E. coli (E. coli), na karaniwang kumokonsumo ng asukal at naglalabas ng carbon dioxide. Ang unang pagtatangka ay hindi matagumpay - ang bacterium ay gumawa ng mga enzyme na kinakailangan para sa pag-aayos ng carbon, ngunit hindi ma-convert ang CO 2 sa asukal.
Pagkatapos ay nagpasya ang mga mananaliksik na gawin kung hindi man. Gumawa sila ng mga espesyal na tangke na naglalaman ng bakterya, at unti-unting nabuo ang kakayahan ng mga buhay na organismo na sumipsip ng carbon dioxide. Sa ikatlong buwan ng eksperimento, ginamit ng bakterya ang CO 2 upang lumikha ng malaking bahagi ng masa ng kanilang katawan, kabilang ang glucose na kinakailangan para sa pagbuo ng cell.
Ang mga evolved bacteria na ito ay naglalabas pa rin ng carbon dioxide, ngunit ang pangkat ng mga mananaliksik ay naniniwala na ang kanilang trabaho ay naglatag ng pundasyon para sa paglikha ng mga microorganism o kultura na may mataas na carbon fixation, na, sa pamamagitan ng pagkonsumo ng CO 2 mula sa atmospera, ay magko-convert nito sa imbakan ng enerhiya.
Mga post mula sa Journal na ito ng "science" Tag
Stephen Hawking: "Hindi na kailangan ang Diyos, at ang Diyos ay walang oras"
Stephen Hawking “Sa loob ng maraming siglo ay inakala na ang mga taong tulad ko, iyon ay, mga taong may kapansanan, ay isinumpa ng Diyos. Sa tingin ko ako ay isang tao...
Mga ama ng Israeli high-tech
Bilang ang pinakatanyag na physicist ng ika-20 siglo, nakipagtalo si Albert Einstein sa mahusay na matematiko na si John von Neumann at ang napakatalino na chemist at politiko...
Detaly.co.il: Binabago ng bagong hominin species ang paradigm ng ebolusyon ng taoIsang hindi kilalang species ng hominid ang natuklasan sa Pilipinas, isang internasyonal na pangkat ng mga siyentipiko ang nag-ulat sa journal Nature. Sila ay nanirahan sa isla ng Luzon at...
NIELS BOHR'S NUCLEAR FORCE
Ang kanyang lolo ay isang pangunahing tagabangko ng Hudyo, ang kanyang ama ay isang sikat na propesor ng pisyolohiya sa buong mundo. Sa edad na 28, siya mismo ang lumikha ng unang quantum ...
Albert Einstein at ang kanyang koneksyon sa agham ng Israel
Ang Marso 14 ay minarkahan ang ika-140 anibersaryo ng kapanganakan ng napakatalino na pisiko, ang Nobel laureate na si Albert Einstein, na ang tanyag na teorya ...
Alamat #1Mga mobile phone nilagyan ng mga semiconductor nito. Mga manlalaro, computer at barcode scanner ang kanyang mga laser. Noong isang araw sa edad na 88…
Bilang resulta ng photosynthesis, tulad ng alam mo, ang glucose C 6 H 12 O 6 ay nabuo mula sa carbon dioxide at tubig sa mga berdeng halaman. Ito ay kabilang sa isang klase ng mga organikong sangkap na tinatawag na carbohydrates.
Ang mga karbohidrat (saccharides) ay ang mga huling produkto ng photosynthesis at ang mga panimulang materyales para sa biosynthesis ng iba pang mga organikong compound.
Kapag nabuo ang mga ito, ang enerhiya ng solar ay naipon, na na-convert sa enerhiya ng kemikal at nagsisilbing isang mapagkukunan para sa mga proseso ng biosynthesis na endothermic (tandaan kung ano ang ibig sabihin nito).
Ang mga karbohidrat ay matatagpuan sa mga selula ng lahat ng nabubuhay na organismo. AT kulungan ng hayop ang nilalaman ng carbohydrates ay 1-2%, at sa gulay umabot ito sa ilang mga kaso 85-90% ng masa ng tuyong bagay ng cell.
Ang mga karbohidrat ay pinangalanan pagkatapos ng elementong komposisyon ng kanilang mga molekula. Ang mga compound na ito ay naglalaman lamang ng mga elemento ng kemikal: carbon, hydrogen at oxygen, at hydrogen at oxygen ay nasa kanila, bilang panuntunan, sa parehong ratio tulad ng sa molekula ng tubig, -2:1. Samakatuwid ang pangalan ng klase ng mga sangkap. Ang komposisyon ng karamihan sa mga carbohydrate ay tumutugma sa pangkalahatang formula C n (H 2 O) m
Maraming carbohydrates ang naglalaman ng mga prutas at gulay. Kaya, ang beet o cane sugar ay isang carbohydrate. Ang pulot ay halos ganap na binubuo ng carbohydrates. Kasama nila iba't ibang uri starch, na bahagi ng patatas at cereal (trigo, bigas, mais, rye, atbp.) (Larawan 64).
kanin. 64.
Mga halamang almirol:
1 - kamote; 2 - bigas; 3 - trigo; 4 - earthen pear (Jerusalem artichoke); 5 - mais; 6 - patatas
Ang selulusa ay isang carbohydrate na pangunahing bahagi ng kahoy. Malawakang ginagamit sa medisina, ang cotton wool at gauze ay halos ganap na binubuo ng selulusa. Ang papel ay halos purong selulusa.
Ang mga karbohidrat ay direktang ginagamit ng mga tao (Larawan 65), gayundin para sa synthesis ng isang bilang ng mga nakapagpapagaling na sangkap (gluconic acid, ascorbic acid, o bitamina C), mga pampasabog (cellulose nitrate, o pyroxylin), artipisyal na mga hibla (viscose, cellulose acetate, o acetate fiber) at iba pang kailangan sa pang-araw-araw na buhay, gamot, agrikultura at ang pamamaraan ng mga sangkap at materyales (tingnan ang Fig. 3).
kanin. 65.
Carbohydrates sa buhay ng tao:
1-3 - pagkain; 4.5 - mga hibla at tela (koton 4, linen 5); 6 - mga produktong gawa sa kahoy; 7.8 - mga produktong papel at papel
Alinsunod sa mga kakaibang katangian ng kanilang istraktura at pag-aari, ang mga carbohydrate ay nahahati sa tatlong grupo: monosaccharides, disalarides at polysaccharides (Scheme 1).
Scheme 1
Pag-uuri ng carbohydrates
Simulan natin ang ating kakilala sa mga indibidwal na grupo ng carbohydrates na may monosaccharides.
Ang pinakamahalaga ay mga pentose (ang mga molekula ng mga monosaccharides na ito ay naglalaman ng limang carbon atoms) at hexoses (naglalaman ng anim na carbon atoms).
Sa mga pentoses, kinakailangang pangalanan ang ribose C 5 H 10 O 5 at deoxyribose C 5 H 10 O 4 (ito ay isang ribose kung saan ang isang oxygen atom ay "tinatanggal" mula sa molekula). Madaling makita na ang formula para sa deoxyribose ay hindi tumutugma sa pangkalahatang formula para sa carbohydrates.
Ang ribose at deoxyribose ay may mahalagang papel sa buhay ng mga organismo. Ang mga ito, ayon sa pagkakabanggit, ay bahagi ng RNA at DNA. Ang Ribose ay bahagi din ng ATP, ang pinakamahalagang sangkap ng enerhiya ng cell, na nagsisiguro ng metabolismo at enerhiya sa loob nito. Ito ay dumadaloy ayon sa pamamaraan
Ang Glucose C 6 H 12 O 6 ay ang pinaka-sagana at sa ngayon ang pinakamahalagang monosaccharide, hexose. Ito ay matatagpuan sa katas ng ubas (kaya ang maliit na pangalan para sa glucose - asukal ng ubas), iba pang mga berry at prutas, ay isang istrukturang link ng sucrose, cellulose, starch. Ang normal na dugo ng tao ay naglalaman ng humigit-kumulang 0.1% na glucose.
Ang glucose ay isang puting mala-kristal na substansiya na may matamis na lasa, lubos na natutunaw sa tubig.
Ang glucose ay maaaring bumuo ng mga macromolecule ng starch, cellulose at iba pang polysaccharides.
Ayon sa istrukturang kemikal, ang glucose ay kabilang sa polyhydric alcohols, dahil naglalaman ito ng limang hydroxyl group -OH (tandaan ang monohydric ethyl alcohol C 2 H 5 OH at ang trihydric alcohol glycerol
Bilang karagdagan sa mga hydroxyl group, ang glucose molecule ay naglalaman din ng isang carbonyl group. Ang pormula ng istruktura ng glucose ay maaaring kondisyon na nakasulat tulad ng sumusunod:
Ang iminungkahing formula ay hindi sumasalamin sa tunay na istraktura ng molekula ng glucose. Ano ba talaga?
Dahil sa libreng pag-ikot ng carbon chain ng medyo simpleng carbon-carbon bond, in may tubig na solusyon ang pangkat ng aldehyde ay malapit sa hydroxyl sa ika-5 carbon atom. Bilang resulta ng intramolecular na karagdagan, dalawang posibleng paikot na anyo ng glucose ang nabuo. Ang mga ito ay anim na miyembro na cycle na naglalaman ng oxygen atom. Mayroong limang hydroxyl group sa cyclic forms ng glucose, ngunit ang hydroxyl sa C(1), na nabuo mula sa aldehyde group ng chain form, ay may mga espesyal na katangian.
Ang mga cyclic na anyo ng carbohydrates ay maginhawang kinakatawan ng mga promising formula ng Haworth (Larawan 66). Ang cycle ay may kondisyon na itinuturing na flat at naka-project sa sheet plane sa isang tiyak na anggulo, na ang oxygen atom ay inilalarawan sa maximum na distansya sa kanan. Ang pinakamalapit na bahagi ng singsing ay inilalarawan mula sa ibaba at kung minsan ay nakikilala sa pamamagitan ng mas makapal na linya. Ang mga atomo o grupo ng mga atomo sa mga formula ni Haworth ay matatagpuan sa itaas at ibaba ng eroplano ng cycle.
kanin. 66.
Interconversions ng cyclic at linear forms ng glucose molecules
Ang mga paikot na anyo ng glucose ay naiiba sa magkaparehong posisyon ng hydroxyl group sa una at huling mga carbon atom. Kung ang mga pangkat na ito ay nasa magkaibang panig cycle, ang naturang isomer ay tinatawag na α-D-glucose kung sa isang panig ay β-D-glucose (o simpleng α- o β-glucose).
Sa isang may tubig na solusyon ng glucose, ang lahat ng tatlong anyo ay naroroon sa ekwilibriyo: isang chain form at dalawang cyclic form. Sa solid state, maaaring umiral ang glucose sa isa sa dalawang cyclic form.
Ang glucose, tulad ng polyhydric alcohol, tulad ng alam mo, ay nakikipag-ugnayan sa isang sariwang precipitate ng tanso (II) hydroxide. Sa kasong ito, ang precipitate ay natutunaw at isang maliwanag na asul na solusyon ng tanso (II) saccharate ay nabuo.
Nagbibigay din ang glucose ng isa sa magagandang reaksyon sa kimika - ang reaksyon ng "salamin ng pilak" na may solusyon sa ammonia ng silver oxide. Tulad ng alam mo mula sa § 11, ang reaksyong ito ay husay para sa aldehydes. Ang isang pinasimple na equation para sa reaksyong ito ay maaaring isulat bilang mga sumusunod:
Ang mga sangkap na nagpapakita ng mga katangiang katangian ng dalawang magkaibang klase ng mga organikong compound ay may dalawahang pag-andar. Ang glucose ay parehong polyhydric alcohol at isang aldehyde, ibig sabihin, isang aldehyde alcohol.
Bilang isang aldehyde, ang glucose ay sumasailalim sa isang hydrogenation reaction:
Para sa glucose, ang mga reaksyon ng pagbuburo ay katangian din (ang pagbabago ng ilang mga organikong compound sa iba, na isinasagawa sa ilalim ng pagkilos ng mga enzyme na ginawa ng mga microorganism).
Ang pinakamahalagang reaksyon ay:
a) pagbuburo ng lactic acid:
(ang reaksyong ito ay nangyayari sa proseso ng sauerkraut, silage feed);
b) pagbuburo ng alkohol:
(Ang reaksyong ito ay malawakang ginagamit para sa paggawa ng ethyl alcohol at sa baking). Ang pamamaraan para sa pagkuha ng ethyl alcohol mula sa glucose batay sa hydrolysis ng starch ay ipinapakita sa Figure 67.
kanin. 67.
Scheme para sa paggawa ng alkohol mula sa almirol
Ang glucose ay ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya sa cell. Iyon ang dahilan kung bakit ito ay malawakang ginagamit para sa mga layuning panggamot (ginagamit nang pasalita o ibinibigay sa intravenously sa mga mahinang pasyente).
Ang glucose ay malawakang ginagamit. Siya ang panimulang materyal para sa pagkuha ng iba't ibang mga compound: ethyl alcohol, lactic acid, atbp. (Fig. 68).
Bigas, 68.
Paglalapat ng glucose:
1 - produksyon ng bitamina C (ascorbic acid); 2.3 - industriya ng pagkain; 4 - pagkuha ng sorbitol
AT Industriya ng Pagkain ito ay ginagamit bilang isang kapalit para sa sucrose, bagaman ito ay bahagyang mas matamis. Para sa layuning ito, karaniwang ginagamit ang molasses - isang syrupy mass na nakuha ng hindi kumpletong hydrolysis ng starch.
Kapag ang glucose ay idinagdag sa sucrose, pinipigilan nito ang pagkikristal nito at samakatuwid ay ginagamit sa industriya ng confectionery upang makagawa ng caramel, marmalade, fudge, atbp.
Bilang isang kapalit ng asukal para sa mga taong nagdurusa sa diabetes mellitus, ginagamit ang isang produkto ng pagbawi ng glucose - hexahydric alcohol sorbitol.
Ang isomer ng glucose ay isa pang monosaccharide - fructose C 6 H 12 O 6, na isa ring sangkap na may dual function, ngunit isang keto alcohol. Ang pormula nito ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod:
Ang fructose ay tinatawag na fruit sugar. Ito, kasama ng glucose, ay matatagpuan sa katas ng mga berry at prutas, at bumubuo sa karamihan ng pulot-pukyutan (Larawan 69).
kanin. 69.
Fructose sa kalikasan: pulot, prutas, berry
Mga bagong salita at konsepto
- Monosaccharides.
- Ang glucose ay isang aldehyde alcohol.
- Mga kemikal na katangian ng glucose: pakikipag-ugnayan sa tanso (II) hydroxide, reaksyon ng "salamin na pilak", hydrogenation, mga reaksyon sa pagbuburo.
- Ang paggamit ng glucose.
- Fructose.
Mga tanong at gawain
- Anong mga sangkap ang tinatawag na carbohydrates? Bakit? Paano inilalarawan ng klase ng mga organikong compound na ito ang ideya ng ugnayan sa pagitan ng mga organiko at di-organikong sangkap, ibig sabihin, ang pagkakaisa ng kemikal na organisasyon ng materyal na mundo?
- Ano ang monosaccharides? Sa anong mga pangkat sila nahahati?
- Anong mga tampok ang batayan para sa pag-uuri ng lahat ng carbohydrates at alin ang batayan para sa pag-uuri ng monosaccharides?
- Bakit inuri ang glucose bilang isang sangkap na may dalawahang pag-andar? Kumpirmahin ang thesis na ito sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa mga kemikal na katangian ng glucose.
- Anong mga katangian ng glucose ang praktikal na aplikasyon? Ilarawan ang iyong sagot gamit ang kaukulang mga equation ng reaksyon.
- Ang isang pangkat ng mga atomo na tumutukoy sa mga pinaka-katangiang katangian ng isang sangkap at ang pag-aari nito sa isang tiyak na klase ng mga organikong compound ay tinatawag na functional. Ang talata ay tumatalakay sa apat na functional na grupo. Ano?
- Bilang karagdagan sa glucose at fructose, na may dalawahang pag-andar, ang isa pang sangkap na may ganoong function ay binanggit sa talata. Ano ang tawag dito? Anong formula meron nito? Bumuo ng dual name batay sa dual function ng substance na ito.
- Isulat ang mga equation ng reaksyon na maaaring magamit upang maisagawa ang mga sumusunod na pagbabagong-anyo:
a) carbon dioxide → glucose → sorbitol;
b) glucose → gluconic acid → sodium gluconate (sodium salt ng gluconic acid);
c) glucose → ethyl alcohol → ethylene at lactic acid.
- Kalkulahin ang dami ng carbon dioxide (n.a.) na maaaring mabuo sa panahon ng alcoholic fermentation ng isang solusyon na naglalaman ng 720 g ng glucose. Kalkulahin ang masa ng 96% ethyl alcohol na maaaring makuha bilang resulta ng reaksyong ito na may ani ng produkto na katumbas ng 85% ng theoretically possible.
- Kasama sa monosaccharides ang ribose C 5 H 10 O 5 at deoxyribose C 5 H 10 O 4 . Ipaliwanag kung ang formula ng huling substance ay sumusunod sa pangkalahatang formula ng carbohydrates.
Ang glucose ay isinalin mula sa Griyego ibig sabihin ay "matamis". Sa likas na katangian, sa malalaking dami, ito ay matatagpuan sa mga juice ng mga berry at prutas, kabilang ang katas ng ubas, kung kaya't ito ay sikat na tinatawag na "asukal ng alak".
Kasaysayan ng pagtuklas
Ang glucose ay natuklasan sa simula ng ika-19 na siglo ng Ingles na manggagamot, chemist at pilosopo na si William Prout. Ang sangkap na ito ay nakakuha ng malawak na katanyagan matapos itong makuha ni Henri Braccono mula sa sawdust noong 1819.
Mga katangiang pisikal
Ang glucose ay isang walang kulay na mala-kristal na pulbos na may matamis na lasa. Ito ay lubos na natutunaw sa tubig, puro sulfuric acid, at Schweitzer's reagent.
Ang istraktura ng molekula
Tulad ng lahat ng monosaccharides, ang glucose ay isang heterofunctional compound (ang molekula ay naglalaman ng ilang hydroxyl at isang carboxyl group). Sa kaso ng glucose, ang carboxyl group ay isang aldehyde.
Ang pangkalahatang formula para sa glucose ay C6H12O6. Ang mga molekula ng sangkap na ito ay may cyclic na istraktura at dalawang spatial isomer ng alpha at beta form. Sa solid state, ang alpha form ay nangingibabaw sa halos 100%. Sa solusyon, ang beta form ay mas matatag (sinasakop nito ang humigit-kumulang 60%). Ang glucose ay ang huling produkto ng hydrolysis ng lahat ng poly- at disaccharides, iyon ay, ang produksyon ng glucose ay nangyayari sa karamihan ng mga kaso sa ganitong paraan.
Pagkuha ng substance
Sa kalikasan, ang glucose ay nabuo sa mga halaman bilang resulta ng photosynthesis. Isaalang-alang ang mga pamamaraan sa industriya at laboratoryo para sa pagkuha ng glucose. Sa laboratoryo, ang sangkap na ito ay resulta ng condensation ng aldol. Sa industriya, ang pinakakaraniwang paraan ay ang pagkuha ng glucose mula sa almirol.
Ang starch ay isang polysaccharide, ang mga monoparts nito ay mga molekula ng glucose. Iyon ay, upang makuha ito, kinakailangan upang mabulok ang polysaccharide sa mga monoparts. Paano isinasagawa ang prosesong ito?
Ang pagkuha ng glucose mula sa almirol ay nagsisimula sa katotohanan na ang almirol ay inilalagay sa isang lalagyan ng tubig at halo-halong (gatas ng almirol). Pakuluan ang isa pang lalagyan ng tubig. Ito ay nagkakahalaga ng pagpuna na ang tubig na kumukulo ay dapat na dalawang beses na mas marami kaysa sa starched milk. Upang makumpleto ang reaksyon upang makagawa ng glucose, kailangan ang isang katalista. Sa kasong ito, ito ay asin o Ang kinakalkula na halaga ay idinagdag sa isang lalagyan ng tubig na kumukulo. Pagkatapos ay dahan-dahang ibinuhos ang gatas ng almirol. Sa prosesong ito, napakahalaga na huwag makakuha ng isang i-paste, kung gayunpaman ito ay nabuo, ang pagkulo ay dapat ipagpatuloy hanggang sa ganap itong mawala. Sa karaniwan, ang pagkulo ay tumatagal ng isang oras at kalahati. Upang matiyak na ang almirol ay ganap na hydrolyzed, kinakailangan upang magsagawa ng isang husay na reaksyon. Ang iodine ay idinagdag sa napiling sample. Kung ang likido ay nagiging asul sa kulay, kung gayon ang hydrolysis ay hindi nakumpleto, ngunit kung ito ay nagiging kayumanggi o pula-kayumanggi, pagkatapos ay wala nang almirol sa solusyon. Ngunit ang solusyon na ito ay naglalaman ng hindi lamang glucose, ito ay nakuha sa tulong ng isang katalista, na nangangahulugan na ang acid ay mayroon ding isang lugar upang maging. Paano alisin ang acid? Ang sagot ay simple: sa pamamagitan ng pag-neutralize sa purong chalk at pinong durog na porselana.
Sinusuri ang neutralisasyon Susunod, ang resultang solusyon ay sinasala. Ang punto ay maliit: ang nagresultang walang kulay na likido ay dapat na sumingaw. Ang nabuong mga kristal ay ang aming huling resulta. Ngayon isaalang-alang ang paggawa ng glucose mula sa almirol (reaksyon).
Ang kemikal na kakanyahan ng proseso
Ang equation na ito para sa pagkuha ng glucose ay ipinakita bago ang intermediate na produkto - maltose. Ang Maltose ay isang disaccharide na binubuo ng dalawang molekula ng glucose. Malinaw na nakikita na ang mga pamamaraan para sa pagkuha ng glucose mula sa almirol at mula sa maltose ay pareho. Iyon ay, sa pagpapatuloy ng reaksyon, maaari nating ilagay ang sumusunod na equation.
Sa konklusyon, ito ay nagkakahalaga ng pagbubuod ng mga kinakailangang kondisyon para sa matagumpay na paggawa ng glucose mula sa almirol.
Mga kinakailangang kondisyon
- katalista (hydrochloric o sulfuric acid);
- temperatura (hindi bababa sa 100 degrees);
- presyon (atmospheric ay sapat na, ngunit ang pagtaas ng presyon ay nagpapabilis sa proseso).
Ang pamamaraang ito ay ang pinakasimpleng, na may malaking ani ng panghuling produkto at minimal mga gastos sa enerhiya. Pero hindi lang siya. Ang glucose ay nakukuha rin mula sa selulusa.
Paghahanda mula sa selulusa
Ang kakanyahan ng proseso ay halos ganap na tumutugma sa nakaraang reaksyon.
Ang paghahanda ng glucose (formula) mula sa selulusa ay ibinibigay. Sa katunayan, ang prosesong ito ay mas kumplikado at masinsinang enerhiya. Kaya, ang produkto ng reaksyon ay basura mula sa industriya ng pagpoproseso ng kahoy, durog sa isang bahagi, ang laki ng butil na 1.1 - 1.6 mm. Ang produktong ito ay naproseso muna gamit ang acetic acid, pagkatapos ay may hydrogen peroxide, pagkatapos ay may sulfuric acid sa temperatura na hindi bababa sa 110 degrees at isang hydromodule na 5. Ang tagal ng prosesong ito ay 3-5 na oras. Pagkatapos, sa loob ng dalawang oras, ang hydrolysis ay nagaganap sa sulfuric acid sa temperatura ng silid at hydromodulus 4-5. Sinusundan ito ng pagbabanto sa tubig at pagbabaligtad ng halos isang oras at kalahati.
Mga paraan ng pagbibilang
Ang pagkakaroon ng pagsasaalang-alang sa lahat ng mga pamamaraan para sa pagkuha ng glucose, ang mga pamamaraan para sa dami ng pagpapasiya nito ay dapat pag-aralan. May mga sitwasyon kung kailan teknolohikal na proseso isang solusyon lamang na naglalaman ng glucose ang dapat lumahok, iyon ay, ang proseso ng pagsingaw ng likido hanggang sa makuha ang mga kristal ay kalabisan. Pagkatapos ay lumitaw ang tanong, kung paano matukoy kung anong konsentrasyon ng isang naibigay na sangkap sa isang solusyon. Ang nagresultang halaga ng glucose sa solusyon ay natutukoy ng spectrophotometric, polarimetric at chromatographic na pamamaraan. Mayroon ding mas tiyak na paraan ng pagpapasiya - enzymatic (gamit ang enzyme glucosidase). Sa kasong ito, ang bilang napupunta na mga produkto ng enzyme na ito.
Paglalapat ng glucose
Sa gamot, ang glucose ay ginagamit para sa pagkalasing (maaaring ito ay parehong pagkalason sa pagkain at aktibidad ng impeksyon). Sa kasong ito, ang solusyon ng glucose ay ibinibigay sa intravenously gamit ang isang dropper. Nangangahulugan ito na sa parmasya, ang glucose ay isang unibersal na antioxidant. Ang sangkap na ito ay gumaganap din ng isang mahalagang papel sa pagtuklas at pagsusuri diabetes. Dito gumaganap ang glucose bilang isang stress test.
Sa industriya ng pagkain at pagluluto, ang glucose ay sumasakop sa isang napakahalagang lugar. Hiwalay, dapat ipahiwatig ang papel ng glucose sa paggawa ng alak, beer at moonshine. Pinag-uusapan natin ang isang paraan tulad ng pagkuha ng ethanol. Isaalang-alang natin ang prosesong ito nang detalyado.
Pagkuha ng alak
Ang teknolohiya sa paggawa ng alkohol ay may dalawang yugto: fermentation at distillation. Ang pagbuburo, sa turn, ay isinasagawa sa tulong ng bakterya. Sa biotechnology, ang mga kultura ng mga microorganism ay matagal nang pinalaki, na nagbibigay-daan sa iyo upang makuha ang maximum na ani ng alkohol na may pinakamababang dami ng oras na ginugol. Sa pang-araw-araw na buhay, ang ordinaryong lebadura ng mesa ay maaaring gamitin bilang mga katulong sa reaksyon.
Una sa lahat, ang glucose ay natunaw sa tubig. Ang mga microorganism na ginamit ay diluted sa ibang lalagyan. Dagdag pa, ang mga nagresultang likido ay pinaghalo, inalog at inilagay sa isang lalagyan na may Ang tubo na ito ay konektado sa isa pa (hugis-U). Sa gitna ng pangalawang tubo ay ibinuhos.Ang dulo ng tubo ay sarado na may rubber stopper na may guwang na glass rod na may nakaguhit na dulo.
Ang lalagyan na ito ay inilalagay sa isang termostat sa temperatura na 25-27 degrees sa loob ng apat na araw. Ang labo ay makikita sa isang tubo na may tubig na dayap, na nagpapahiwatig na ang carbon dioxide ay nag-react dito. Sa sandaling tumigil ang paglabas ng carbon dioxide, maaaring ituring na tapos na ang pagbuburo. Susunod ay ang distillation step. Sa laboratoryo para sa distillation ng alkohol, ginagamit ang mga reflux condenser - mga aparato kung saan a malamig na tubig, sa gayo'y pinapalamig ang nagreresultang gas at binabalik ito sa isang likido.
Sa yugtong ito, ang likido na nasa aming lalagyan ay dapat na pinainit sa 85-90 degrees. Kaya, ang alkohol ay sumingaw, ngunit ang tubig ay hindi dadalhin sa pigsa.
Ang mekanismo para sa pagkuha ng alkohol
Isaalang-alang ang paggawa ng alkohol mula sa glucose sa equation ng reaksyon: C6H12O6 \u003d 2C2H5OH + 2CO2.
Kaya, mapapansin na ang mekanismo para sa paggawa ng ethanol mula sa glucose ay napaka-simple. Bukod dito, ito ay kilala sa sangkatauhan sa loob ng maraming siglo, at dinala halos sa pagiging perpekto.
Ang halaga ng glucose sa buhay ng tao
Kaya, ang pagkakaroon ng isang tiyak na ideya tungkol sa sangkap na ito, ang pisikal at kemikal na mga katangian nito, gamitin sa iba't ibang lugar industriya, maaari nating tapusin kung ano ang glucose. Ang pagkuha nito mula sa polysaccharides ay nagbibigay na ng pag-unawa na, bilang pangunahing bahagi ng lahat ng asukal, ang glucose ay isang kailangang-kailangan na mapagkukunan ng enerhiya para sa mga tao. Bilang resulta ng metabolismo, ang adenosine triphosphoric acid ay nabuo mula sa sangkap na ito, na na-convert sa isang yunit ng enerhiya.
Ngunit hindi lahat ng glucose na pumapasok sa katawan ng tao ay napupunta upang muling maglagay ng enerhiya. Sa estado ng paggising, ang isang tao ay nagko-convert lamang ng 50 porsiyento ng natanggap na glucose sa ATP. Ang natitira ay na-convert sa glycogen at naka-imbak sa atay. Nasisira ang glycogen sa paglipas ng panahon, sa gayon ay kinokontrol ang mga antas ng asukal sa dugo. Sa dami, ang nilalaman ng sangkap na ito sa katawan ay isang direktang tagapagpahiwatig ng kalusugan nito. Ang hormonal functioning ng lahat ng system ay depende sa dami ng asukal sa dugo. Samakatuwid, ito ay nagkakahalaga ng pag-alala na ang labis na paggamit ng sangkap na ito ay maaaring humantong sa mga malubhang kahihinatnan.
Ang glucose sa unang sulyap ay isang simple at naiintindihan na sangkap. Kahit na mula sa punto ng view ng kimika, ang mga molekula nito ay may medyo simpleng istraktura, at Mga katangian ng kemikal naiintindihan at pamilyar sa pang-araw-araw na buhay. Gayunpaman, sa kabila nito, ang glucose pinakamahalaga kapwa para sa tao mismo at para sa lahat ng larangan ng kanyang buhay.