Sự giải phóng năng lượng từ Glucose cho cơ thể theo con đường đường phân

2022-08-02 01:32 PM

Cách quan trọng nhất để giải phóng năng lượng từ glucose là khởi động con đường đường phân, sản phẩm cuối cùng sau đó được oxy hóa để cung cấp năng lượng.

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

Vì sự oxy hóa hoàn toàn 1 mol glucose giải phóng ra 686,000 calo và chỉ cần 12,000 calo để tổng hợp nên 1 mol ATP, năng lượng có thể bị lãng phí nếu glucose bị phân hủy toàn bộ thành nước và CO2 trong khi chỉ tạo ra một phân tử ATP. May mắn là, tế bào trong cơ thể chứa những enzym đặc biệt làm cho phân tử glucose chia cắt từng phần nhỏ trong một thời điểm và qua nhiều bước liên tiếp, vì thế năng lượng được giải phóng ra thành từng phần nhỏ để tạo nên một phân tử ATP tại một thời điểm, do đó mỗi mol glucose được tế bào chuyển hóa tạo ra tổng cộng 38 mol ATP.

Đường phân (Glycolysis) - Glucose thành Pyruvic Acid

Cho đến nay cách quan trọng nhất để giải phóng năng lượng từ glucose là khởi động con đường đường phân. Sản phẩm cuối cùng của quá trình đường phân sau đó được oxy hóa để cung cấp năng lượng. Đường phân nghĩa là chia cắt một phân tử glucose để tạo thành hai phân tử pyruvic acid.

Đường phân xảy ra bởi 10 phản ứng hóa học liên tiếp. Mỗi bước được xúc tác bởi ít nhất một enzym đặc hiệu. Chú ý rằng ban đầu, glucose được chuyển thành fructose-1,6-diphosphate và sau đó chia thành hai phân tử có 3-carbon , glyceraldehyde-3-phosphate, chúng sẽ được chuyển thành pyruvic acid thông qua 5 bước nữa.

Chuỗi các phản ứng hóa học gây ra quá trình đường phân

Hình. Chuỗi các phản ứng hóa học gây ra quá trình đường phân.

Sự tạo thành ATP trong quá trình đường phân. Mặc dù có nhiều phản ứng hóa học trong quá trình đường phân, chỉ có một phần nhỏ năng lượng tự do trong phân tử glucose được giải phóng tại hầu hết các bước. Mặc dù vậy, trong giai đoạn giữa 1,3-diphosphoglyceric acid và 3-phosphoglyceric acid, và giai đoạn giữa phosphoenolpyruvic acid và pyruvic acid, một phần của năng lượng được giải phóng lớn hơn 12,000 calo mỗi mol, số lượng cần thiết để tổng hợp nên ATP, và phản ứng tổng hợp ATP được hình thành. Do đó, tổng cộng 4 mol ATP đã được tạo ra từ 1 mol fructose-1,6-diphosphate được phân chia thành pyruvic acid.

Tuy nhiên, cần 2 mol ATP để phosphoryl hóa glucose ban đầu thành fructose-1,6-diphosphate trước khi quá trình đường phân bắt đầu. Do đó, số lượng thực tế thu được của cả quá trình đường phân chỉ là 2 mol ATP cho mỗi mol glucose được sử dụng. Số lượng này tương đương 24000 calo đã được chuyển thành ATP, nhưng trong quá trình đường phân, tổng cộng có 56,000 calo đã mất từ phân tử glucose ban đầu, thành ra hiệu suất của toàn bộ quá trình tổng hợp ATP chỉ là 43%. 57% năng lượng còn lại mất đi dưới dạng nhiệt.

Chuyển hóa Pyruvic Acid thành Acetyl Coenzyme A

Giai đoạn tiếp theo trong sự thoái hóa của glucose là chuyển hóa qua hai bước của hai phân tử pyruvic acid thành hai phân tử acetyl coenzyme A (acetyl-CoA) bằng các phản ứng sau:

Pyruvic acid thành hai phân tử acetyl coenzyme A

Hai phân tử CO2 và 4 nguyên tử hydro được giải phóng từ phản ứng này, trong khi phần còn lại của hai phân tử pyruvic acid liên kết với coenzyme A, là một dẫn xuất của vitamin B5 (pantothenic acid), để tạo thành hai phân tử acetyl-CoA. Trong chuyển hóa này, không có ATP nào được tạo ra, nhưng tới 6 phân tử ATP sẽ được tạo thành khi 4 nguyên tử hydro vừa giải phóng được oxy hóa sau đó và sẽ được đề cập sau đây.

Chu trình Citric Acid (Chu trình Krebs)

Giai đoạn tiếp theo của quá trình thoái hóa glucose gọi là chu trình citric acid (còn được biết dưới cái tên chu trình tricarboxylic acid hoặc chu trình Krebs nhằm vinh danh Hans Krebs - người đã khám phá ra chu trình này). Chu trình citric acid là một chuỗi các phản ứng hóa học trong đó phần acetyl của phân tử acetyl-CoA được thoái hóa thành CO2 và nguyên tử Hydro. Tất cả những phản ứng này đều xảy ra ở trong chất nền của ty thể. Sự giải phóng nguyên tử hydro làm tăng thêm số lượng nguyên tử sẽ bị oxy hóa, giải phóng ra một năng lượng cực lớn để hình thành nên ATP.

Phản ứng hóa học của chu trình axit xitric

Hình. Phản ứng hóa học của chu trình axit xitric, cho thấy sự giải phóng khí cacbonic và một số nguyên tử hydro trong chu trình.

Các giai đoạn khác nhau của các phản ứng hóa học trong chu trình citric acid. Ở bên trái là các chất tham gia thêm vào phản ứng, còn sản phẩm của phản ứng được thể hiện ở bên phải. Chú ý rằng vị trí cao nhất trong sơ đồ là nơi chu trình bắt đầu với oxaloacetic acid, và khi chuỗi phản ứng kết thúc, oxaloacetic acid được tái tổng hợp một lần nữa. Do đó chu trình có thể được lặp lại nhiều lần.

Trong giai đoạn khởi đầu của chu trình citric acid, acetyl-CoA gắn với oxaloacetic acid tạo thành citric acid. Phần coenzyme A của acetyl-CoA được giải phóng và tái sử dụng nhiều lần để tổng hợp thêm một số lượng lớn acetyl-CoA từ pyruvic acid. Còn lại, toàn bộ phần acetyl được sử dụng để tạo nên phân tử citric acid. Trong các giai đoạn kế tiếp của chu trình citric acid, có rất nhiều phân tử nước tham gia vào quá trình, trong khi carbon dioxide và nguyên tử hydro được giải phóng ra ở các giai đoạn khác.

Kết quả cuối cùng của toàn bộ chu trình citric acid được giải thích, chứng minh rằng với mỗi phân tử glucose ban đầu sau khi được chuyển hóa ra được hai phân tử acetyl-CoA sẽ đi vào chu trình citric acid cùng với 6 phân tử nước. Những phân tử này sau đó sẽ thoái hóa thành 4 phân tử carbon dioxide, 16 nguyên tử hydro và 2 phân tử coenzyme A. Hai phân tử ATP được tạo thành theo cách thức mô tả dưới đây.

Sự hình thành ATP trong chu trình Citric Acid. Chu trình citric acid tự bản thân nó không giải phóng ra được nhiều năng lượng; chỉ một phân tử ATP được tạo thành trong duy nhất một phản ứng hóa học - trong quá trình từ α-ketoglutaric acid thành succinic acid. Do đó với mỗi phân tử glucose được chuyển hóa sẽ ra hai phân tử acetyl-CoA tham gia vào chu trình citric acid, mỗi phân tử chỉ tạo ra một phân tử ATP thành ra có tổng cộng là 2 phân tử ATP đã được hình thành.

Chức năng của enzym Dehydrogenases và coenzym Nicotinamide Adenine Dinucleotide trong việc giải phóng nguyên tử Hydro ở chu trình Citric Acid. Như đã nhấn mạnh tại một số điểm trong phần thảo luận này, nguyên tử hydro được giải phóng từ các phản ứng khác nhau trong chu trình citric acid - 4 nguyên tử hydro từ quá trình đường phân, 4 trong quá trình tổng hợp acetyl-CoA từ pyruvic acid, và 16 trong chu trình citric acid; do đó tổng cộng là 24 nguyên tử hydro được giải phóng từ phân tử glucose ban đầu. Mặc dù vậy, nguyên tử Hydro không tồn tại tự do trong dịch nội bào. Thay vào đó chúng được giải phóng ra từng đôi, và trong trường hợp này là nhờ xúc tác của một enzym đặc hiệu có tên là dehydrogenase. 20 trong tổng số 24 nguyên tử hydro ngay lập tức liên kết với nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+), một dẫn xuất của vitamin B3 (niacin), theo phản ứng:

Giải phóng hydro

Phản ứng này sẽ không xảy ra nếu không có enzym dehydrogenase hoặc không có NAD+ làm nhiệm vụ như một chất mang hydro. Cả ion H+ tự do và hydro gắn với NAD+ sau đó đều tham gia vào các phản ứng oxy hóa để tổng hợp ra một số lượng lớn ATP, như đề cập sau đây.

4 nguyên tử hydro còn lại giải phóng từ quá trình thoái hóa của glucose - chính xác là trong chu trình citric acid ở giai đoạn chuyển từ succinic thành fumaric acid - liên kết với một enzym dehydrogenase đặc hiệu nhưng sau đó không được giải phóng vào NAD+. Thay vào đó chúng đi trực tiếp từ enzym dehydrogenase vào quá trình oxy hóa.

Chức năng của enzym Decarboxylases trong việc giải phóng carbon dioxide. Nhắc lại những phản ứng hóa học trong chu trình citric acid, cũng như quá trình hình thành acetyl-CoA từ pyruvic acid, chúng ta thấy rằng có 3 giai đoạn giải phóng ra carbon dioxide. Để giải phóng carbon dioxide, có những enzyme đặc hiệu gọi là decarboxylases, làm nhiệm vụ cắt carbon dioxide ra từ cơ chất. carbon dioxide sau đó được hoàn tan vào trong dịch của cơ thể và vận chuyển đến phổi, tại đó nó được đào thải ra khỏi cơ thể.

Bài viết cùng chuyên mục

Cung lượng tim: nghiên cứu định lượng

Tăng khả năng bơm máu cùng với tăng áp suất khoang màng phổi làm cung lượng tim đạt đỉnh vì tăng hoạt động tim nhưng đường cong lại dịch sang phải vì áp suất khoang màng phổi tăng.

Lưu lượng của dòng bạch huyết của cơ thể

Bơm bạch huyết làm tăng dòng chảy bạch huyết. Van tồn tại trong tất cả các kênh bạch huyết. Van điển hình trong việc thu thập bạch huyết vào các mao mạch bạch huyết trống.

Biệt hóa tế bào cơ thể người

Trên thực tế, điện tử micrographs gợi ý rằng một số phân đoạn của vòng xoắn DNA được quấn xung quanh lõi histone trở nên rất đặc rằng họ không còn tháo dây đã cuốn để tạo thành các phân tử RNA.

Canxi và photphatase trong dịch ngoại bào và huyết tương

Những tế bào dễ bị kích thích rất nhạy cảm với sự thay đổi của nồng độ ion canxi, nếu tăng quá ngưỡng bình thường gây giảm hoạt động của hệ thần kinh; ngược lại, giảm nồng độ canxi trong máu (hạ canxi máu) làm cho các tế bào thần kinh trở nên dễ bị kích thích hơn.

Các yếu tố gây ra điện thế hoạt động

Sự khởi đầu của điện thế hoạt động cũng làm cho cổng điện thế của kênh kali mở chậm hơn một phần nhỏ của một phần nghìn giây sau khi các kênh natri mở.

Corticosteroid: Mineralocorticoid, Glucocorticoids và Androgen

Vỏ thượng thận tiết 2 loại hormon chính là mineralocorticoid và glucocorticoid, thêm vào đó nó còn tiết 1 lượng nhỏ hormon sinh dục, đặc biệt hormon androgen, tác dụng giống hormon sinh dục testosteron.

Cơ chế bài tiết cơ bản của tế bào tuyến đường tiêu hóa

Mặc dù tất cả cơ chế bài tiết cơ bản được thực hiện bởi các tế bào tuyến đến nay vẫn chưa được biết, nhưng những bằng chứng kinh nghiệm chỉ ra những nguyên lý bài tiết trình bày bên dưới.

Phân tích thông tin thị giác: Con đường vị trí nhanh và chuyển động và Con đường mầu sắc và chi tiết

Các tín hiệu được dẫn truyền trong đường vị trí-hình dạng chuyển động chủ yếu đến từ các sợi thần kinh thị giác lớn M từ các tế bào hạch võng mạc type M, dẫn truyền tín hiệu nhanh chóng.

Kiểm soát sự tiết PTH thông qua nồng độ ion canxi

Giảm nồng độ ion canxi dịch ngoại bào ức chế con đường này,và kích thích bài tiết PTH quá trình này trái ngược với nhiều mô nội tiết, trong đó tiết hormone được kích thích khi những con đường được kích hoạt.

Điều hòa gen trong cơ thể người

Ở động vật có nhiều loại tế bào, mô, cơ quan khác nhau, các điều hòa biểu hiện gen khác nhau cũng cho phép nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể thực hiện các chức năng chuyên biệt của chúng.

Trao đổi chất qua thành mạch máu: cân bằng starling

Lượng dịch lọc ra bên ngoài từ các đầu mao động mạch của mao mạch gần bằng lượng dịch lọc trở lại lưu thông bằng cách hấp thu. Chênh lệch một lượng dịch rất nhỏ đó về tim bằng con đường bạch huyết.

Vận mạch: trao đổi máu qua thành mao mạch

Máu thường không chảy liên tục trong các mao mạch mà ngắt quãng mỗi vài giây hay vài phút. Nguyên nhân do hiện tượng vận mạch, tức là sự đóng mở từng lúc của cơ thắt trước mao mạch.

Tuần hoàn máu nội tạng đường tiêu hóa

Các chất dinh dưỡng không béo, hòa tan được trong nước từ ruột (ví dụ như carbohydrate và protein) cũng được vận chuyển trong máu tĩnh mạch cửa vào xoang chứa máu.

Cảm giác thân thể: con đường dẫn truyền vào hệ thần kinh trung ương

Các thông tin cảm giác từ các phân đoạn thân thể của cơ thể đi vào tủy sống qua rễ sau của dây thần kinh sống. Từ vị trí đi vào tủy sống và sau là đến não, các tín hiệu cảm giác được dẫn truyền qua một trong 2 con đường thay thế.

Sinh lý bạch cầu máu

Toàn bộ quá trình sinh sản, và biệt hoá tạo nên các loại bạch cầu hạt, và bạch cầu mono diễn ra trong tuỷ xương.

Phân tích đồ thị bơm máu của tâm thất

Đường cong áp suất tâm thu được xác định nhờ ghi lại áp suất tâm thu đạt được khi tâm thất co tại mỗi thể tích được làm đầy.

Cuồng động nhĩ: rối loạn nhịp tim

Cuồng nhĩ gây ra nhịp dẫn truyền nhanh nhĩ thường là 200-350 nhịp/ phút. Tuy nhiên, bởi vì một phía của nhĩ co trong khi phía kia đang giãn, lượng máu nhĩ bơm rất ít.

Chức năng của tuyến tùng trong kiểm soát sinh sản theo mùa ở một số động vật

Tuyến tùng chỉ là một phần thoái hóa không có chức năng, nhưng một số phát hiện trong những năm trở lại đây cho thấy nó đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát hoạt động sinh dục và sinh sản.

Điều hòa lưu lượng máu bằng những thay đổi trong mạch máu mô

Sự tái tạo vật chất của mạch xảy ra để đáp ứng với nhu cầu của mô. Sự tái cấu trúc này xảy ra nhanh trong vòng vài ngày ở những động vật non. Nó cũng xảy ra nhanh ở những mô mới lớn như mô sẹo, mô ung thư.

Tổn thương cơ tim: dòng điện tim bất thường

Phần tim bị tổn thương mang điện âm vì đó là phần đã khử cực và phát điện âm vào dịch xung quanh, trong khi những vùng còn lại của tim trung tính hoặc dương điện.

Vận chuyển Glucose trong cơ thể qua màng tế bào

Glucose có thể được vận chuyển từ một phía của màng tế bào sang phía bên kia, sau đó được giải phóng, glucose sẽ được vận chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn là theo chiều ngược lại.

Hoạt động tình dục của phụ nữ

Tính chất của sự kích thích tại chỗ diễn ra nhiều hoặc ít hơn so với nam giới bởi vì xoa bóp và những loại kích thích khác như âm hộ, âm đạo hay một số vùng ở đáy chậu có thể tạo ra khoái cảm tình dục. Vị trí đầu âm vật là nơi rất nhạy cảm với sự kích thích.

Sự di chuyển của trứng đã thụ tinh trong ống dẫn trứng

Progesterone tăng tiết ra nhiều bởi hoàng thể buồng trứng đầu tiên thúc đẩy tăng thụ thể progesterone ở các tế bào cơ trơn ống dẫn trứng, sau đó progesterone kích thích các thụ thể, gây giãn ống cho phép trứng đi vào tử cung.

Vỏ não thị giác: sáu lớp sơ cấp phân khu

Vỏ não thị giác được tổ chức cấu trúc thành hàng triệu cột dọc của tế bào thần kinh, mỗi cột có đường kính từ 30 đến 50 micromet. Tổ chức cột dọc tương tự cũng được tìm thấy trên khắp vỏ não chi phối các giác quan khác.

Ảnh hưởng của gradients áp lực thủy tĩnh trong phổi lên khu vực lưu thông máu phổi

Động mạch phổi và nhánh động mạch của nó vận chuyển máu đến các mao mạch phế nang cho khí trao đổi, và tĩnh mạch phổi rồi máu trở về tâm nhĩ trái để được bơm bởi tâm thất trái thông qua tuần hoàn toàn thân.