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

Xác định dung tích cặn chức năng, thể tích cặn, dung tích toàn phổi

Thiết bị đo dung tích với thể tích được làm đầy bởi không khí trộn với khí Heli. Trước khi thở từ thiết bị này, mỗi người được thở ra bình thường. Kết thúc thở ra, thể tích duy trì trong phổi bằng FRC.

Sự phát triển của hệ cơ quan thai nhi

Sự phát triển các tế bào trên mỗi cơ quan thường chưa được hoàn thiện và cần 5 tháng mang thai còn lại để phát triển hoàn toàn. Ngay cả lúc sinh, những cấu trúc nhất định, đặc biệt là hệ thần kinh, thận và gan, thiếu sự phát triển hoàn toàn, như được mô tả sau.

Aldosterol kích tích vận chuyển Natri và Kali vào trong các tế bào tuyến

Aldosterol kích tích vận chuyển Natri và Kali vào trong các tế bào tuyến mồ hôi, tuyến nước bọt và tế bào biểu mô ruột.

Tăng vận chuyển ô xy đến mô: CO2 và H+ làm thay đổi phân ly oxy-hemoglobin (hiệu ứng bohr)

Khi máu đi qua các mô, CO2 khuếch tán từ tế bào ở mô vào máu, sự khuếch tán này làm tăng PCO2 máu, do đó làm tăng H2CO3 máu (axit cacbonic) và nồng độ ion H+. Hiệu ứng này sẽ làm chuyển dịch đồ thị phân ly oxy- hemoglobin sang bên phải và đi xuống.

Phân ly ô xy hemoglobin thay đổi do BPG và lao động nặng

Trong khi lao động, một số yếu tố chuyển dịch đồ thị phân ly sang phải một cách đáng kể. Do đó cung cấp thêm O2 cho hoạt động, co cơ. Các cơ co sẽ giải phóng một lượng lớn khí CO2.

Phát hiện mầu sắc bằng tương phản mầu sắc

Cơ chế của phân tích phát hiện màu sắc phụ thuộc vào sự tương phản màu sắc, gọi là “đối thủ màu sắc”, kích thích các tế bào thần kinh đặc hiệu.

Sự phát triển của buồng trứng

Khi buồng trứng phóng noãn (rụng trứng) và nếu sau đó trứng được thụ tinh, bước phân bào cuối cùng sẽ xảy ra. Một nửa số các nhiễm sắc thể chị em vẫn ở lại trong trứng thụ tinh và nửa còn lại được chuyển vào thể cực thứ hai, sau đó tiêu biến.

Bài tiết hormone tăng trưởng (GH) của vùng dưới đồi, hormone kích thích tiết GH, và somatostatin

Hầu hết sự điều khiển bài tiết hormone GH có lẽ thông qua hormone GHRH hơn là hormone somatostatin, GHRH kích thích bài tiết GH qua việc gắn với các receptor đặc hiệu trên bề mặt màng ngoài của các tế bào tiết GH ở thùy yên trước.

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.

Điện thế nhận cảm: sự chuyển đối kích thích cảm giác thành xung thần kinh

Khi điện thế nhận cảm tăng trên ngưỡng sẽ xuất hiện điện thế hoạt động trong sợi thần kinh gắn với receptor, từ đó, điện thế hoạt động sinh ra.

Dẫn truyền các tín hiệu cảm giác: con đường trước bên cho tín hiệu ít quan trọng

Đa số tín hiệu đau tận cùng ở nhân lưới cuả thân não và từ đây, chúng được chuyển tiếp đến nhận liềm trong của đồi thị, nơi các tín hiệu đau được xử lí tiếp.

Hệ tuần hoàn: đặc tính sinh lý

Chức năng của động mạch là chuyển máu dưới áp lực đến mô. Để đảm bảo chức năng này, động mạch có thành dày, và máu di chuyển với tốc độ cao trong lòng động mạch.

Chức năng của Mineralocorticoids Aldosterone

Aldosterol chiếm phần lớn hoạt tính mineralocorticoid của hormon vỏ thượng thận, nhưng corticoid là glucocorticoid chính được tiết ở vỏ thượng thận, cũng tham giá đáng kể vào hoạt tính của mineralocorticoid.

Báo động hoặc phản ứng stress của hệ thần kinh giao cảm

Hệ giao cảm cũng đặc biệt được kích hoạt mạnh mẽ trong nhiều trạng thái cảm xúc. Ví dụ, trong trạng thái giận dữ, vùng dưới đồi sẽ bị kích thích, các tín hiệu sẽ được truyền xuống qua hệ thống lưới của thân não.

Quá trình phân tích hình ảnh quan sát: trung khu thần kinh của sự kích thích

Vỏ não thị giác phát hiện không những sự hiện diện của các tia và ranh giới ở những vùng khác nhau của hình ảnh võng mạc mà còn định hướng hướng của mỗi tia và ranh giới.

Cơ chế tác động nội bào của testosterone

Testosteron kích thích tăng sản xuất protein ở hầu hết các mô trong cơ thể, đặc biệt là ở các mô cơ quan chịu trách nhiệm cho sự phát triển đặc tính sinh dục nam nguyên phát hoặc thứ phát.

Áp dụng nguyên lý khúc xạ cho các thấu kính: nguyên lý quang học nhãn khoa

Các tia sáng song song đang đi vào một thấu kính lồi. Các tia sáng đi xuyên qua đúng điểm trung tâm của thấu kính sẽ vuông góc với bề mặt kính, nên vì thế, nó xuyên qua thấu kính mà không bị đổi hướng.

Các chức năng sinh lý của gan

Gan tổng hợp acid béo từ glucid, protid và từ các sản phẩm thoái hóa của lipid, acid béo được chuyển hóa theo chu trình.

Dạng cao nguyên của điện thế hoạt động màng tế bào

Nguyên nhân của cao nguyên điện thế hoạt động màng tế bào là một sự kết hợp của nhiều yếu tố. Đầu tiên, trong cơ tim, hai loại kênh tưởng niệm đến quá trình khử cực.

Thể tích hô hấp trong một phút

Thể tích hô hấp mỗi phút trung bình 6lit/phút. Một người có thể sống với giai đoạn ngắn nhất là thể tích hô hấp mỗi phút thấp khoảng 1,5lit/phút và tốc độ hô hấp chỉ khoảng 2-4 nhịp/ phút.

Điều hòa glucose máu

Khi lượng đường trong máu tăng lên đến một nồng độ cao sau bữa ăn và insulin tiết ra cũng tăng lên, hai phần ba lượng đường hấp thu từ ruột là gần như ngay lập tức được lưu trữ dưới dạng glycogen trong gan.

Xung lực của động mạch

Áp lực bơm máu ở góc động mạch chủ đưuọc biểu diễn trên hình. Với một người lớn trẻ khỏe, huyết áp ở đầu mỗi nhịp đập sẽ gọi là huyết áp tâm thu, vào khoảng 120mmHg.

Vòng phản xạ thần kinh: với các tín hiệu đầu ra kích thích và ức chế

Các sợi đầu vào kích thích trực tiếp lên đường ra kích thích, nhưng nó kích thích một nơ-ron ức chế trung gian (nơron 2), là nơ-ron tiết ra một loại chất dẫn truyền thần kinh khác để ức chế đường ra thứ hai từ trạm thần kinh.

Ức chế thần kinh: thay đổi điện thế

Ngoài sự ức chế được tạo ra bởi synap ức chế ở màng tế bào thần kinh (được gọi là ức chế sau synap), có một loại ức chế thường xảy ra ở các cúc tận cùng trước synap trước khi tín hiệu thần kinh đến được các khớp thần kinh.

Mức độ thiếu oxy mà một trẻ sơ sinh có thể chịu đựng được

Khi phế nang mở, hô hấp có thể bị ảnh hưởng thêm với vận động hô hấp tương đối yếu. May mắn thay, hít vào của trẻ bình thường rất giàu năng lượng; Có khả năng tạo ra áp lực âm trong khoang màng phổi lên đến 60mmHg.