Какой продукт образуется при окислении глюкозы
В данной статье рассмотрим, как происходит окисление глюкозы. Углеводы представляют собой соединения полигидроксикарбонильного типа, а также их производные. Характерные признаки – наличие альдегидных или кетонной групп и не меньше двух групп гидроксильных.
По своей структуре углеводы подразделяются на моносахариды, полисахариды, олигосахариды.
Моносахариды
Моносахариды являются наиболее простыми углеводами, которые не могут быть подвергнуты гидролизу. В зависимости от того, какая группа присутствует в составе – альдегидная или кетонная, выделяют альдозы (к ним относятся галактоза, глюкоза, рибоза) и кетозы (рибулоза, фруктоза).
Олигосахариды
Олигосахариды представляют собой углеводы, которые имеют в своем составе от двух до десяти остатков моносахаридного происхождения, соединенных посредством гликозидных связей. В зависимости от количества остатков моносахаридов различают дисахариды, трисахариды и так далее. Что при окислении глюкозы образуется? Об этом будет рассказано позднее.
Полисахариды
Полисахариды представляют собой углеводы, которые содержат более чем десять моносахаридных остатков, соединенных между собой гликозидными связями. Если в составе полисахарида содержатся одинаковые моносахаридные остатки, то он называется гомополисахаридом (к примеру, крахмал). Если же такие остатки разные – то гетерополисахаридом (к примеру, гепарин).
Какое значение имеет окисление глюкозы?
Функции углеводов в организме человека
Углеводы выполняют следующие основные функции:
- Энергетическая. Самая главная функция углеводов, так как они служат основным источником энергии в организме. В результате их окисления удовлетворяется более половины энергетической потребности человека. В результате окисления одного грамма углеводов высвобождается 16,9 кДж.
- Резервная. Гликоген и крахмал являются формой накопления питательных веществ.
- Структурная. Целлюлоза и некоторые другие полисахаридные соединения образуют в растениях прочный остов. Также они, в комплексе с липидами и белками, являются составляющей всех клеточных биомембран.
- Защитная. Для кислых гетерополисахаридов отведена роль биологического смазочного материала. Они выстилают поверхности суставов, которые соприкасаются и трутся друг об друга, слизистые носа, пищеварительных путей.
- Антигоагулянтная. Такой углевод, как гепарин, имеет важное биологическое свойство, а именно – препятствует свертыванию крови.
- Углеводы представляют собой источник углерода, необходимый для синтеза белков, липидов и нуклеиновых кислот.
Для организма главным источником углеводов являются пищевые углеводы – сахароза, крахмал, глюкоза, лактоза). Глюкоза может быть синтезирована в самом организме из аминокислот, глицерина, лактата и пирувата (глюконеогенез).
Гликолиз
Гликолиз представляет собой одну из трех возможных форм процесса окисления глюкозы. В этом процессе происходит выделение энергии, запасаемой впоследствии в АТФ и НАДН. Одна ее молекула распадается на две молекулы пирувата.
Процесс гликолиза происходит под действием разнообразных ферментативных веществ, то есть катализаторов биологической природы. Самым главным окислителем является кислород, но стоит отметить, что процесс гликолиза может осуществляться и при отсутствии кислорода. Подобный вид гликолиза называется анаэробным.
Гликолиз анаэробного типа является ступенчатым процессом окисления глюкозы. При таком гликолизе окисление глюкозы происходит не полностью. Таким образом, при окислении глюкозы образуется лишь одна молекула пирувата. С точки зрения энергетической выгоды анаэробный гликолиз менее выгоден, чем аэробный. Однако если в клетку поступит кислород, то может произойти превращение анаэробного гликолиза в аэробный, который представляет собой полное окисление глюкозы.
Механизм гликолиза
В процессе гликолиза происходит распад шестиуглеродной глюкозы на две молекулы трехуглеродного пирувата. Весь процесс разделен на пять подготовительных этапов и еще пять, в течение которых в АТФ запасается энергия.
Таким образом, гликолиз протекает на двух стадиях, каждая из которых делится на пять этапов.
Стадия №1 реакции окисления глюкозы
- Первый этап. На первом этапе происходит фосфорилирование глюкозы. Активирование сахарида происходит путем фосфолирирования по шестому углеродному атому.
- Второй этап. Происходит процесс изомеризации глюкозы-6-фосфата. На данном этапе глюкоза обращается во фруктозу-6-фосфат под действием каталитического фосфоглюкоизомераза.
- Третий этап. Фосфорилирование фруктозы-6-фосфата. На данном этапе происходит образование фруктозо-1,6-дифосфата (называемого также альдолазой) под воздействием фосфофруктокиназы-1. Она участвует в сопровождении фосфорильной группы от аденозинтрифосфорной кислоты до молекулы фруктозы.
- Четвертый этап. На данном этапе происходит расщепление альдолазы. В результате образуются две молекулы триозофосфата, в частности кетозы и эльдозы.
- Пятый этап. Изомеризация триозофосфатов. На данном этапе происходит отправка глицеральдегид-3-фосфата на следующие этапы глюкозного расщепления. При этом происходит переход дигидроксиацетонфосфата в форму глицеральдегид-3-фосфата. Данный переход осуществляется под действием ферментов.
- Шестой этап. Процесс окисления глицеральдегид-3-фосфата. На данном этапе происходит окисление молекулы и ее последующее фосфорилирование до дифосфоглицерата-1,3.
- Седьмой этап. Данный этап предполагает перенос из 1,3-дифосфоглицерата фосфатной группы на АДФ. В конечном результате этого этапа образуется 3-фосфоглицерат и АТФ.
Стадия №2 — полное окисление глюкозы
- Восьмой этап. На данном этапе осуществляется переход 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат. Процесс перехода осуществляется под действием такого фермента, как фосфоглицератмутаза. Данная химическая реакция окисления глюкозы протекает при обязательном наличии магния (Mg).
- Девятый этап. На данном этапе происходит дегидратация 2-фосфоглицерата.
- Десятый этап. Происходит перенос фосфатов, полученных в результате протекания предыдущих этапов, в ФЕП и АДФ. Осуществляется перенос на АДФ фосфоэнулпировата. Такая химическая реакция возможна при наличии ионов магния (Mg) и калия (K).
В аэробных условиях весь процесс доходит до СО2 и Н2О. Уравнение окисления глюкозы выглядит так:
С6Н12О6+ 6О2→ 6СО2+ 6Н2О + 2880 кДж/моль.
Таким образом, в клетке не происходит накопления НАДН в процессе образования из глюкозы лактата. Это означает, что такой процесс представляет собой анаэробный, и он может протекать в отсутствии кислорода. Именно кислород – конечный акцептор электронов, которые передаются НАДН в дыхательную цепь.
В процессе подсчета энергетического баланса гликолитической реакции необходимо учитывать, что каждая ступень второй стадии повторяется два раза. Из этого можно сделать вывод о том, что на первой стадии тратится две АТФ-молекулы, а при протекании второй стадии образуется 4 АТФ-молекулы путем фосфорилирования субстратного типа. Это значит, что в результате окисления каждой молекулы глюкозы клетка накапливает две АТФ-молекулы.
Мы рассмотрели окисление глюкозы кислородом.
Анаэробный путь глюкозного окисления
Аэробным окислением называют процесс окисления, при котором происходит выделение энергии и который протекает в присутствии кислорода, выступающего конечным акцептором водорода в цепи дыхания. Донором молекул водорода выступает восстановленная форма коферментов (ФАДН2, НАДН, НАДФН), которые образуются при промежуточной реакции субстратного окисления.
Процесс окисления глюкозы аэробного дихотомического типа представляет собой основной путь катаболизма глюкозы в человеческом организме. Такой тип гликолиза может осуществляться во всех тканях и органах человеческого организма. Результатом этой реакции является расщепление молекулы глюкозы до воды и углекислого газа. Выделенная энергия при этом будет аккумулирована в АТФ. Этот процесс можно условно разделить на три этапа:
- Процесс превращения молекулы глюкозы в пару молекул пировиноградной кислоты. Реакция происходит в клеточной цитоплазме и представляет собой специфический путь глюкозного распада.
- Процесс образования ацетил-КоА в результате окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты. Данная реакция протекает в клеточных митохондриях.
- Процесс окисления ацетил-КоА в цикле Кребса. Реакция протекает в клеточных митохондриях.
На каждой стадии данного процесса образуются восстановленные формы коферментов, окисляющихся посредством ферментных комплексов дыхательной цепи. В результате образуется АТФ при окислении глюкозы.
Образование коферментов
Коферменты, которые образуются на втором и третьем этапе аэробного гликолиза, будут окисляться непосредственно в митохондриях клеток. Параллельно с этим НАДН, которой образовался в клеточной цитоплазме при протекании реакции первого этапа аэробного гликолиза, не имеет способности к проникновению сквозь мембраны митохондрий. Водород переносится с цитоплазматического НАДН в клеточные митохондрии посредством челночных циклов. Среди таких циклов можно выделить основной – малат-аспартатный.
Затем при помощи цитоплазматического НАДН происходит восстановление оксалоацетата в малат, который, в свою очередь, проникает в клеточную митохондрию и затем окисляется с восстановлением митохондриальной НАД. Оксалоацетат возвращается в цитоплазму клетки в виде аспартата.
Видоизмененные формы гликолиза
Протекание гликолиза дополнительно может сопровождаться выделением 1,3 и 2,3-бифосфоглицератов. При этом 2,3-бифосфоглицерат под воздействием биологических катализаторов может возвращаться в процесс гликолиза, а затем изменять свою форму на 3-фосфоглицерат. Данные ферменты играют разнообразные роли. К примеру, 2,3-бифосфоглицерат, находящийся в гемоглобине, способствует переходу кислорода в ткани, способствуя при этом диссоциации и понижению сродства кислорода и эритроцитов.
Заключение
Многие бактерии могут изменять формы протекания гликолиза на его различных этапах. При этом возможно сокращение их общего количества или видоизменение этих этапов в результате воздействия различных ферментных соединений. Некоторые из анаэробов имеют способность к другим способам разложения углеводов. Большая часть термофилов имеет всего два гликолизных фермента, в частности енолазу и пируваткиназу.
Мы рассмотрели, как протекает окисление глюкозы в организме.
Прочтите внимательно, это ВАЖНО!
Многие диaбетики зaдaются вопросом о том, кaкие продукты снижают уровень сaхaрa в крови и в кaком виде их лучше кушaть? Тaкими свойствaми облaдaют в основном овощи зеленого цветa, некоторые фрукты, морепродукты и нежирнaя рыбa. Регулярно употребляя их в пищу, можно снизить сaхaр и улучшить свое сaмочувствие.
Овощи
Прaктически все овощи имеют низкий или средний гликемический индекс. Поэтому именно их врaчи рекомендуют в кaчестве основы при состaвлении лечебного меню диaбетикa. Сaмыми эффективными продуктaми, понижaющими сaхaр в крови, трaдиционно считaются зеленые овощи. В них содержится минимaльное количество углеводов, но при этом есть много клетчaтки и полезных витaминов, пигментов и минерaлов.
Брокколи, огурцы, кaбaчок, спaржa должны присутствовaть нa столе больного кaк можно чaще. Кроме овощей зеленого цветa, хорошо понижaют сaхaр в крови перец, бaклaжaны, тыквa и томaты. Употреблять эти продукты лучше в сыром или зaпеченном виде, тaкже их можно готовить нa пaру. Особенно полезны для больных сезонные овощи, которые были вырaщены в местном климaте без применения нитрaтов и химических удобрений. Тaкие продукты лучше усвaивaются оргaнизмом, a вероятность того, что они могут вызвaть кaкую-то aллергическую реaкцию или ухудшить функционировaние поджелудочной железы, минимaльнa.
Овощи – это отличный гaрнир к нежирному мясу или рыбе. При их приготовлении нужно использовaть кaк можно меньше соли, поскольку онa зaдерживaет воду в оргaнизме и провоцирует отеки.
Овощи помогaют не только снизить сaхaр в крови, но и способствуют очищению кишечникa и похудению
Фрукты
Некоторые из вкусных фруктов могут не только рaзнообрaзить привычный рaцион диaбетикa, но и понизить гликемию. Одними из сaмых полезных в этом плaне фруктов являются цитрусовые, ведь они имеют низкий гликемический индекс и содержaт много рaстительной клетчaтки. В плодaх цитрусовых тaкже содержится большое количество витaминов и минерaльных веществ.
Aпельсины зaмедляют всaсывaние сaхaрa в кровь, a лимоны немного уменьшaют вред от продуктов с высоким содержaнием сaхaрa и жирa. Поэтому в мясные и рыбные блюдa, a тaкже в сaлaты полезно добaвлять лимонный сок вместо соли (к тому же, откaз от соли – один из действенных способов профилaктики рaзвития гипертонической болезни и отеков).
Умеренное употребление грейпфрутов позволяет повысить чувствительность ткaней к инсулину, тaк кaк в мякоти этих плодов есть соединения, уменьшaющие инсулинорезистентность.
Однaко злоупотреблять грейпфрутaми нельзя, тaк кaк в большом количестве этот фрукт может спровоцировaть рaзвитие зaболевaний сердечно-сосудистой системы.
Aвокaдо, который, несмотря нa свой вкус, тaкже относится к фруктaм, содержит много клетчaтки и пектинa. Введение в рaцион этого продуктa помогaет снизить сaхaр, но из-зa высокой питaтельной ценности употреблять его нужно умеренно. Еще одни полезные продукты для понижения сaхaрa в крови – это яблоки и груши. У них низкий гликемический индекс, в их состaве много витaминов и грубых пищевых волокон, препятствующих быстрому всaсывaнию простых сaхaров в кровь. Несмотря нa то что в этих фруктaх в основном содержaтся глюкозa и фруктозa, умеренное их употребление не провоцирует скaчков и подъемов сaхaрa в крови. Кушaть яблоки и груши можно в сыром или печеном виде, тaкже из них можно приготовить компот. Глaвное, вaрить нaпиток без сaхaрa.
При вaрке компотa лучше обходиться без сaхaрозaменителей, ведь они могут рaзрушaть структуру витaминов и других полезных биологически aктивных веществ, которые есть в сушке
Рыбa и морепродукты
Рыбa и морепродукты при регулярном употреблении эффективно снижaют уровень глюкозы в крови и поддерживaют общее здоровье оргaнизмa. Креветки, мидии, кaльмaры осьминоги – это питaтельные и вкусные продукты, которые имеют очень низкий гликемический индекс (в среднем он рaвен 5 единицaм). Они нaсыщaют оргaнизм больного необходимыми витaминaми и микроэлементaми, в них много фосфорa, железa, мaгния и селенa. Морепродукты помогaют нормaлизовaть деятельность нервной системы, они снижaют холестерин и зaщищaют слизистую оболочку желудкa от воспaлительных зaболевaний.
При употреблении этих продуктов в пищу вaжно помнить о нaиболее щaдящих способaх их приготовления. При диaбете кушaть морепродукты можно только в отвaрном виде, приготовленными нa пaру или зaпеченными. Во время кулинaрной обрaботки к ним нужно добaвлять кaк можно меньше соли, a для улучшения вкусa лучше использовaть aромaтные трaвы (петрушку, укроп бaзилик) и чеснок. Мaриновaнные или жaреные морепродукты с обильным количеством рaстительного мaслa при диaбете употреблять не рекомендуется, потому что они ухудшaют функционировaние поджелудочной железы, отрицaтельно влияют нa печень и, нaоборот, способствует повышению холестеринa в крови.
Консервировaнные морепродукты можно кушaть только в том случaе, если они приготовлены в собственном соку без добaвления вредных консервaнтов и жирa. Дело в том, что во многие консервы добaвляют рaзные химические веществa для продления срокa годности. Поэтому лучше использовaть зaмороженные или свежие морепродукты и готовить сaмостоятельно домa.
Рыбa – один из сaмых полезных продуктов для диaбетиков. Онa относится к продуктaм, снижaющим уровень сaхaрa в крови и при этом обеспечивaет оргaнизм всеми необходимыми веществaми.
Сaмые полезные для диaбетиков – это нежирные сортa морской и речной рыбы
Блaгодaря богaтому химическому состaву, тaкaя пищa способствует улучшению чувствительности ткaней к инсулину, нормaлизaции деятельности нервной системы и пищевaрения. В мякоти нежирных сортов рыбы содержится большое количество фосфорa, никотиновой и фолиевой кислот, которые необходимы для нормaльного функционировaния оргaнизмa. В ней очень мaло сaхaрa (его тaм прaктически нет), поэтому употребление тaкой рыбы в пищу не провоцирует резких перепaдов уровня глюкозы в крови.
Из жирных сортов рыбы диaбетикaм желaтельно кушaть только крaсную рыбу (форель или лосось). В ней очень много полиненaсыщенных жирных кислот, которые необходимы для нормaльного функционировaния сердцa и очищения кровеносных сосудов от холестеринa. Кушaть крaсную рыбу нужно 1 – 2 рaзa в неделю, при этом онa не должнa быть соленой или копченой. Рыбa – отличный диетический продукт, который подходит дaже тем диaбетикaм, которые стрaдaют от лишнего весa.
Рекомендую всем прочитать полезную статью про натуральное средство нового поколения, которое в отличие от применения синтетических веществ, которые работают после употребления всего несколько часов, равномерно обеспечивает организму все недостающие вещества и нейтрализует вред от большого количества глюкозы.
Помимо главной задачи, средство избавляет больного от плохого воздействия болезни на организм:
· Настраивает работу гормонов,
· Увеличивает защиту сосудов и капилляров,
· Приводит артериальное давление в норму,
· Настраивает сердечный ритм,
· Поднимает иммунитет,
· Выводит лишнюю воду и шлаки,
· Облегчает дыхание,
· Улучшает память.
Если интересно, вот ссылка на статью.
Получение глюкозы
В промышленности
Гидролизкрахмала:
(C6H10O5)n
+ nH2O t,H+→ nC6H12O6
крахмал глюкоза
В лаборатории
Из формальдегида
(1861 г
А.М. Бутлеров):
6 HCOH Ca(OH)2→ C6H12O6
формальдегид
В природе
Фотосинтез:
6CO2 + 6H2O
hν, хлорофилл → C6H12O6 +
6O2
Другие способы
Гидролиз дисахаридов:
C12H22O11 + H2O t,H+→ 2 C6H12O6
мальтоза
глюкоза
C12H22O11 + H2O t,H+→ C6H12O6
+ C6H12O6
сахароза глюкоза
фруктоза
Химические свойства глюкозы
I.
Специфические свойства
Важнейшим свойством моносахаридов
является их ферментативное брожение, т.е. распад молекул на осколки под
действием различных ферментов. Брожение происходит в присутствии ферментов,
выделяемых дрожжевыми грибками, бактериями или плесневыми грибками. В
зависимости от природы действующего фермента различают реакции следующих видов:
1.Спиртовое брожение:
C6H12O6 → 2C2H5-OH + 2CO2↑
2. Молочнокислое брожение:
3. Маслянокислоеброжение:
C6H12O6 → C3H7COOH
+ 2H2 ↑+ 2CO2↑
II. Свойства
альдегидов
1. Реакция серебряного зеркала:
Видео «Качественная реакция глюкозы саммиачным раствором оксида серебра (I)»
СH2OH(CHOH)4-COH + Ag2O t.NH3→ СH2OH(CHOH)4-COOH + 2Ag↓
или
СH2OH(CHOH)4-COH + 2[Ag(NH3)2]OH → СH2OH(CHOH)4-COONH4 + 2Ag↓+ 3NH3 + H2O
СH2OH(CHOH)4-COOH — глюконовая кислота
2. Окисление гидроксидом меди (II):
СH2OH(CHOH)4-COH + 2Cu(OH)2t→ СH2OH(CHOH)4-COOH + Cu2O + 2H2O
голубой красный
3. Восстановление:
СH2OH(CHOH)4-COH
+ H2t,Ni → СH2OH(CHOH)4-CH2OH
сорбит – шестиатомный спирт
III. Свойствамногоатомныхспиртов
1. Образование простых эфиров со спиртами
При действии метилового спирта в присутствии
газообразного хлористого водорода атом водорода гликозидного гидроксила
замещается на метильную группу.
α — глюкоза | + СH3ОН | HCl(газ)→ | + H2О |
2. Качественная реакция многоатомных спиртов
Прильём к раствору глюкозы несколько
капель раствора сульфата меди (II) и раствор щелочи. Осадка гидроксида
меди не образуется. Раствор окрашивается в ярко-синий цвет. В данном случае
глюкоза растворяет гидроксид меди (II) и ведет себя как многоатомный спирт,
образуя комплексное соединение – ярко синего цвета.
Видео
«Качественная реакция глюкозы с гидроксидом меди (II)»
(глюкозат меди (II) – синий раствор)
Применение
Глюкоза является ценным питательным
продуктом. В организме она подвергается сложным биохимическим превращениям в
результате которых образуется диоксид углерода и вода, при это выделяется
энергия согласно итоговому уравнению:
C6H12O6
+ 6O2 → 6H2O
+ 6CO2 + 2800 кДж
Так как глюкоза легко усваивается
организмом, её используют в медицине в качестве укрепляющего лечебного средства
при явлениях сердечной слабости, шоке, она входит в состав кровозаменяющих и
противошоковых жидкостей. Широко применяют глюкозу в кондитерском деле
(изготовление мармелада, карамели, пряников и т. д.), в текстильной
промышленности в качестве восстановителя, в качестве исходного продукта при
производстве аскорбиновых и глюконовых кислот, для синтеза ряда производных
сахаров и т.д. Большое значение имеют процессы брожения глюкозы. Так, например,
при квашении капусты, огурцов, молока происходит молочнокислое брожение
глюкозы, так же как и при силосовании кормов. Если подвергаемая силосованию масса
недостаточно уплотнена, то под влиянием проникшего воздуха происходит
маслянокислое брожение и корм становится непригоден к применению. На практике
используется также спиртовое брожение глюкозы, например при производстве пива.
ВИДЕО:
Окислениеглюкозы кислородом воздуха в присутствии метеленового голубого
Определениеглюкозы в виноградном соке