Главная страница
qrcode

6 классификация и структура углеводов


Скачать 413.39 Kb.
Название6 классификация и структура углеводов
Дата21.11.2020
Размер413.39 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файла111111.docx
ТипДокументы
#44104
Каталог



углеводы


6. ОБМЕН УГЛЕВОДОВ

6.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И СТРУКТУРА УГЛЕВОДОВ


Углеводы – это оксопроизводные многоатомных спиртов и продукты их конденсации. Углеводы делят на 3 основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды. Моносахариды – производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу (альдозы и кетозы). Альдозы содержат альдегидную группу НС=О, кетозы содержат кетонную группу С=О. Моносахариды в зависимости от числа углеродных атомов делят на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и др. Простейшие моносахариды, встречающиеся в организме человека из триоз это глицериновый альдегид и диоксиацетон. Тетроза эритрозо-4-фосфат является промежуточным метаболитом одного из важнейших метаболических процессов –пентозофосфатного цикла. Важнейшие пентозы –это рибоза и дезоксирибоза, а гексозы – глюкоза, фруктоза, галактоза и манноза.

Олигосахариды. Олигосахариды содержат от двух до десяти остатков моносахаридов, соединенных гликозидной связью. Наиболее распространенные, встречающиеся в свободной форме олигосахариды – дисахариды. В пище содержатся в основном мальтоза, лактоза и сахароза.

Мальтоза поступает с продуктами, содержащими частично гидролизованный крахмал (солод, пиво). Лактоза – молочный сахар содержится в молоке млекопитающих, например, в женском молоке содержится до 8% лактозы, в коровьем до 5%. Сахароза («тростниковый сахар») обычный пищевой сахар, получаемый из сахарной свеклы и сахарного тростника.

Полисахариды. Полисахариды можно разделить на гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды состоят из идентичных мономеров, гетерополисахариды состоят из различных мономеров. В пище человека в основном содержатся гомополисахариды крахмал, целлюлоза, в меньшем количестве гликоген. Гетерополисахариды подразделяются на кислые – гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, гепарин и нейтральные – сиаловые кислоты и др.


6.2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕВОДОВ
n, где n – число хиральных центров (асимметричных атомов углерода). В организмах моносахариды присутствуют преимущественно в виде D-конфигурации, которую называют природной. L-изомеры моносахаридов встречаются у бактерий и растений.

Карбонильные группы моносахаридов с длиной цепи 5 и более углеродных атомов могут вступать во взаимодействие со спиртовыми группами с образованием циклической полуацетали или полукетали, которые называют фуранозами или пиранозами. При этом в молекуле появляется ещё один хиральный центр и - и -аномеры, отличающиеся расположением гидроксильной группы при полуацетальном атоме углерода.

Из реакций, в которые вступают моносахариды, которые имеют биологическое значение, – это

Образование гликозидов происходит при взаимодействии полуацетального или полукетального гидроксила с гидроксильной группой другого соединения. Гликозидная связь – это основная связь с помощью которой образуются олиго- и полисахариды в организме. Например, так синтезируются О-гликозиды – мальтоза, лактоза и сахароза. У восстанавливающих дисахаридов (мальтоза и лактоза) связь между мономерами осуществляется за счет спиртового и полуацетального гидроксилов. Один из полуацетальных гидроксилов остается свободным и определяет все реакции, свойственные моносахаридам. Восстанавливающие свойства этой группы используются для качественного и количественного определения сахаров в лаборатории. Не восстанавливающий дисахарид – сахароза не содержит свободного полуацетального гидроксила и не проявляет характерных реакций альдегидной группы. -1,4- и -1,6-О-гликозидные связи образуются в процессе синтеза гликогена в организме человека. Важным классом гликозидов являются N-гликозиды, в которых связь осуществляется не через кислород, а через азот. Посредством такой связи рибоза и дезоксирибоза соединяются с азотистыми основаниями в нуклеотидах, ДНК, РНК, коферментах (НАД, НАДФ).

При замещении атомов водорода гидроксильных групп углеводов остатками кислот получаются сложные эфиры. Особое значение имеют моно- и дифосфорные эфиры, которые образуются за счет АТФ (глюкозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-бис-фосфат). В результате их образования резко возрастает реакционная способность моносахаридов. При замещении гидроксильной группы у одного из углеродных атомов аминогруппой образуются аминосахара – глюкозамин, галактозамин. Аминосахара и их ацильные производные входят в состав гетерополисахаридов.


6.3. ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

Энергетическая.Углеводы – основные поставщики энергии в питании человека. Зрелые эритроциты 100% энергии получают за счет глюкозы. Головной мозг и питание плода более чем на 90% обеспечиваются углеводами (глюкозой). Гипогликемия способна вызвать депрессию. Гипогликемические депрессии: предвечерняя, предменструальная, предвесенняя могут быть облегчены дополнительными углеводами в питании и дополнительным освещением. Гликоген – быстро мобилизуемая резервная форма энергии, потребность в ней особенно возрастает при физической нагрузке.
  • Синтетическая.Углеводы участвуют в синтезе нуклеотидов (рибозо5-фосфат), следовательно, и в синтезе коферментов (НАД, ФАД), нуклеиновых кислот, сложных белков (протеогликаны и гликопротеины), сложных липоидов (цереброзиды и ганглиозиды).
  • Метаболическая.Метаболиты углеводов дают начало циклу Кребса. Метаболит гликолиза – пируват при окислительном декарбоксилировании дает ацетил-КоА, при карбоксилировании оксалоацетат. ДОАФ – метаболит гликолиза используется для синтеза триглицеридов и фосфоглицеридов дает активную форму глицерина -глицерофосфат. Заменимые аминокислоты
    синтезируются из метаболитов гликолиза: аланин (из пирувата), серин через ряд реакций из 3-фосфоглицерата.
      Опорно-защитная. Хондроитинсульфаты входят в состав костей – опорная функция. Гиалуроновая кислота в составе кожи клеточных мембран выполняет защитную функцию от внешних воздействий, в том числе от бактерий.
      5.Функция узнавания.Углеводы участвуют в «узнавании» клетками молекул или других клеток. Вместе с белками они отвечают за продолжительность жизни молекул, клеток. Так, например постаревшие эритроциты узнаются клетками РЭС при отщеплении сиаловой кислоты. В этом случае они поглощаются и разрушаются. Углеводы отвечают за групповую, видовую, тканевую специфичность.

      6. Специфические. Специфические функции и большое разнообразие имеют углеводные компоненты гликопротеинов и протеогликанов. Например, гепарин природный антикоагулянт.


      6.4. УГЛЕВОДЫ В ПИТАНИИ


      Кроме головного мозга, энергетические потребности которого обеспечиваются почти исключительно глюкозой, только глюкозу могут использовать зрелые эритроциты. А любые формы гипоксии увеличивают использование глюкозы факультативными анаэробными тканями, такими как периферические нервы, мозговое вещество почки, семенники, ткани конечностей.

      Нет прямой связи между большим потреблением крахмала и ИБС, однако избыточное потребление сахарозы является фактором риска и атеросклероза, и ожирения, и кариеса. А неизбежная в этом случае гипергликемия вызывает гликозилирование белков, в результате чего изменяются свойства белков и их функции. Поэтому рекомендуется, чтобы легкоусвояемые дисахариды составляли не более 25% общего количества углеводов пищи.

      Кроме того, надо иметь в виду существование периодических депрессий, которые связаны с развитием гипогликемического синдрома (чувство голода, нервозность, тремор, потливость, тревога). Это предвечерние, предменструальные и предвесенние депрессии. Они сопровождаются избыточным потреблением сладких продуктов, что улучшает настроение и состояние, но чревато ожирением и другими ранее описанными неблагоприятными последствиями. Поэтому надо знать, что периодические депрессии ослабляются ярким освещением – как солнечным, так и электрическим. Использование на американских полярных станциях мощных ламп оказало очень полезный эффект.

      Не усваиваемые углеводы – пищевые волокна (целлюлоза,

      гемицеллюлоза, пектины, лигнин, пентозаны, -гликаны, лигнин-полифенолы, ацетилированный гликозамин) увеличивают перистальтику и дают чувство насыщения. Как следствие улучшается переваривание любой пищи, предупреждаются или смягчаются запоры, предотвращается переедание и ожирение. Пищевые волокна сорбируют желчные кислоты и холестерин, что препятствует их всасыванию и способствует их выведению. Уменьшение количества желчных кислот дерепрессирует их синтез из холестерина, в результате большая его доля переходит в желчные кислоты. Больший переход в желчные кислоты вызывает снижение концентрации холестерина в крови, что уменьшает риск атеросклероза и ИБС. Пищевые волокна полезны и при других заболеваниях – холецистите и сахарном диабете. Кроме того, они снижают риск рака толстой кишки. Пищевые волокна способствуют выведению некоторых ксенобиотиков, в частности тяжелых металлов. Таким образом, рекомендуется потреблять больше продуктов, богатых балластными веществами и крахмалом: хлебных злаков, корнеплодов, бобовых, других овощей и пищевых трав. Они, в отличие от сахарозы, обеспечивают поступление ряда витаминов и минеральных веществ.


      6.5. ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ УГЛЕВОДОВ


      При калорийности рациона 2000–3000 ккал суточное потребление углеводов составляет 300-450г. С пищей поступает крахмал, сахароза, лактоза, пищевые волокна (клетчатка и др.). Переваривание углеводов начинается в ротовой полости при участии α-амилазы слюны, которая расщепляет в крахмале α-1,4-гликозидные связи. Полное расщепление крахмала здесь не происходит, так как пребывание пищи во рту кратковременно. Из крахмала в ротовой полости образуются крупные фрагменты – декстрины. Желудочный сок не содержит ферментов, расщепляющих углеводы. Дальнейшее переваривание углеводов происходит в тонком кишечнике. Фермент поджелудочной железы α-амилаза расщепляет α-1,4-гликозидные связи крахмала и декстринов, α-1,6-гликозидные связи расщепляются ферментом кишечного сока – амило-1,6-гликозидазой. Определение активности амилазы может использоваться в энзимодиагностике. Например, при воспалении слюнных желез (инфекционный паротит) активность амилазы повышена в слюне и плазме крови. Острый панкреатит сопровождается высокой активностью амилазы в плазме крови и моче.

      При действии двух ферментов (α-амилазы и амило-1,6-гликозидазы) в кишечнике из декстринов образуется дисахарид мальтоза. Амилаза поджелудочной железы не расщепляет β-1.4-гликозидные связи, которыми соединены остатки глюкозы в молекуле целлюлозы. Мальтоза, образовавшаяся из крахмала, а также дисахариды пищи – сахароза и лактоза перевариваются ферментами тонкого кишечника – дисахаридазами. Эти ферменты работают не в просвете кишечника, а на поверхности эпителиальных клеток кишечника.

      Мальтоза расщепляется мальтазой до 2-х молекул глюкозы, лактоза – лактазой до глюкозы и галактозы, сахароза – сахаразой до глюкозы и фруктозы (рис.12). Все моносахариды всасываются, сначала путем облегченной диффузии, а затем активным транспортом в симпорте с ионами Nа+.


      Рис.12. Катаболизм дисахаридов и патогенез дисахаридозов.

      В крови воротной вены содержатся три моносахарида: глюкоза, фруктоза и галактоза. Все они попадают в печень, где происходит унификация фруктозы и галактозы, т.е. они превращаются в глюкозу – единственный моносахарид, используемый всеми клетками нашего организма.

      Дисахаридозы – нарушение переваривания дисахаридов, связанные с недостаточной активностью дисахаридаз. Недостаточная активность ферментов может быть врожденной и приобретенной. Симптомы врожденных форм проявляются достаточно рано, например, после первого кормления грудным молоком (при дефиците лактазы) или при добавлении в рацион сахара или крахмала. Приобретенные формы могут наблюдаться при заболеваниях кишечника. Дефицит лактазы у взрослых людей может быть следствием снижения экспрессии гена лактазы с возрастом. У некоторых народов частота данного нарушения достигает 97% населения. Считается, что она чаще характерна для выходцев из зон исторически не связанных с молочным скотоводством. Нерасщепленные дисахариды вызывают осмотическую диарею, сбраживаются микрофлорой кишечника с образованием углекислого газа, что приводит к метеоризму, коликам.

      Роль печени в обмене углеводов. Важнейшая роль печени в обмене веществ обусловлена её анатомическими связями с другими органами. Печень выступает как первичный регулятор содержания в крови веществ, поступающих с пищей. В печень человека более 70% крови поступает через воротную вену. Кровь воротной вены омывает всасывающую поверхность кишечника, и в результате большая часть веществ, всасывающихся в кишечнике, в частности моносахаридов, проходит через печень. В первую очередь благодаря печени поддерживается гомеостаз глюкозы крови. В печени происходят все метаболические пути обмена углеводов:
      Обмен гликогена.
    1. Унификация моносахаридов.
    2. Глюконеогенез.
    3. Образование и использование глюкуроната.
    4. Синтез гликопротеинов плазмы.
    5. Активный пентозофосфатный путь.

      6.6. ОБМЕН ГЛИКОГЕНА
      Многие ткани в качестве резервной формы глюкозы синтезируют гликоген. Он плохо растворим в воде и может накапливаться в клетках, не меняя осмотического давления. Синтез и распад гликогена обеспечивают постоянство концентрации глюкозы в крови.

      Синтез гликогена происходит в покое и сытости, как любой анаболический процесс требует энергии. Депонируется гликоген главным образом в печени и мышцах. Глюкоза, поступившая в клетку, фосфорилируется при участии гексокиназы за счет АТФ, при этом образуется глюкозо-6-фосфат, который в ходе обратимой реакции под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-1-фосфат. Затем при участии УТФ глюкозо-1-фосфат превращается в УДФ-глюкозу. Эта молекула используется как донор остатков глюкозы при синтезе гликогена.

      Так как гликоген в клетке никогда не расщепляется полностью, синтез гликогена осуществляется путем удлинения уже имеющейся молекулы полисахарида, называемой «затравка». В состав «затравки» входит белок гликогенин. При начале синтеза гликогена у плода к –ОН группе тирозина этого белка присоединяется олигосахарид. Гликогенсинтаза у взрослого удлиняет цепь примерно на 11-12 остатков глюкозы. Разветвленная структура образуется при участии «фермента ветвления» – амило-1,4-1,6глюкозилтрансферазы («фермент ветвления»). Фермент образует -1,6гликозидные связи, перенося фрагмент из 6-8 мономеров на другую ветвь. Молекула гликогена может содержать до 1 млн. глюкозных остатков (рис.13).

      Регуляторными ферментами в синтезе гликогена являются гликогенсинтаза и гексокиназа. Синтез гликогена увеличивается под влиянием инсулина, а тормозится глюкагоном, катехоламинами, глюкокортикостероидами.


      Рис.13. Обмен гликогена печени

      Распад гликогена происходит путем последовательного отщепления остатков глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата. Гликозидная связь расщепляется с присоединением неорганического фосфата, поэтому процесс называется фосфоролизом, а фермент – фосфорилазой. Образовавшийся глюкозо-1-фосфат затем изомеризуется фосфоглюкомутазой до глюкозо-6-фосфата. В печени (но не в мышцах) глюкозо-6-фосфат может гидролизоваться с образованием глюкозы, которая выделяется в кровь. Эту реакцию катализирует глюкозо-6фосфатаза. Мышечный гликоген не используется для поддержания уровня глюкозы в крови, так как в мышцах нет фермента глюкозо-6-фосфатазы и образование свободной глюкозы там невозможно, а глюкозо-6-фосфат не может проникать через мембрану клеток. Таким образом, печень запасает глюкозу в виде гликогена не столько для собственных нужд, сколько для поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови. Функция мышечного гликогена заключается в освобождении глюкозо-6-фосфата, потребляемого в самой мышце для окисления и использования энергии.

      Регуляторными ферментами распада гликогена являются фосфорилаза и глюкозо-6-фосфатаза. Процесс распада усиливают катехоламины, глюкагон, глюкокортикостероиды, вторые посредники цАМФ и Са2+; тормозит инсулин.

      -амилазу активирует адреналин.

      Патология обмена гликогена. Гликогенозы – это наследственные болезни, обусловленные недостаточностью какого-либо из ферментов мобилизации гликогена. Первичные энзимопатии, проявляются у детей. Есть несколько форм, связанных с недостаточностью разных ферментов или одного и того же фермента в разных органах. Например, это могут быть дефект фосфорилазы мышечной либо печеночной, отсутствие фермента глюкозо-6фосфатазы в печени и почках. Прекращается распад гликогена при его обычном синтезе. В результате избытка и накопления гликогена в печени развивается гепатомегалия, мышечная слабость, судороги, понижение глюкозы крови – гипогликемия, обморочные состояния. Встречается отсутствие -амилазы. В норме она находится в лизосомах, которые захватывают зернышки гликогена. Этот фермент отщепляет от гликогена по 1 остатку глюкозы с конца. В случае отсутствия -амилазы у ребенка захват гликогена лизосомами происходит, но дальнейшее расщепление не идет – лизосомы увеличиваются в размере – увеличивается печень. Продолжительность жизни снижена. Нередко смерть наступает в раннем возрасте.

      Агликогенозы. Нарушается синтез гликогена вследствие отсутствия гликогенсинтазы. Гликоген в печени отсутствует. Самый характерный симптом резкая гипогликемия натощак, особенно после ночного перерыва в кормлении. Возникают рвота, судороги, потеря сознания. Постоянное голодание мозга приводит к отставанию умственного развития. Такие дети жизнеспособны при условии частого кормления.


      6.7. УНИФИКАЦИЯ МОНОСАХАРИДОВ


      Это процесс образования глюкозы из разных моносахаридов в печени. В тканях человека используется преимущественно глюкоза – унифицированный моносахарид.

      Унификация галактозы. В печени галактоза легко превращается в глюкозу.
      Вначале происходит активация галактозы ферментом галактокиназой за счет АТФ с образованием галактозо-1-фосфата.
    6. Затем галактозо-1-фосфат с участием УТФ, или УДФ-глюкозы превращается в УДФ-галактозу. Это происходит с участием ферментов галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазы или гексозо-1-фосфат-уридилтрансферазы.
    7. Далее УДФ-галактоза с участием фермента эпимеразы превращается в УДФ-глюкозу. УДФ-глюкоза либо поставляет глюкозу на синтез гликогена, либо глюкоза освобождается и поступает в кровь.
    8. Высвобождение глюкозы из УДФ-глюкозы происходит через ряд реакций. УДФ-глюкоза с участием фермента пирофосфорилазы превращается в глюкозо-1-фосфат,
    9. затем фермент фосфоглюкомутаза переводит глюкозо-1-фосфат в глюкозо-6-фосфат.
    10. Глюкозо-6-фосфат при участии глюкозо-6-фосфатазы переходит в глюкозу.
      Реакция эпимеризации легко обратима, таким путем глюкоза может превращаться в галактозу. Галактоза необходима для образования лактозы в молочной железе, гликолипидов (цереброзидов), протеогликанов и гликопротеинов.

      Галактоземии. Нарушения метаболизма галактозы наблюдается при галактоземии, которая может быть вызвана наследственными энзимопатиями: дефицит галактокиназы, дефицит эпимеразы, дефицит галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы. Недостаточность галактокиназы приводит к активации других метаболических путей. В крови и тканях накапливаются галактоза и её необычные метаболиты: галактоновая кислота и галактитол
      Значительно чаще встречается галактоземия, обусловленная недостаточностью галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазы. При этом в тканях (печень, почки, мозг) и крови накапливаются галактозо-1-фосфат и галактоза. Нарушаются функции печени, почек, психики. Дефицит фосфата в печени уменьшает печеночную продукцию глюкозы, что приводит к гипогликемии.

      Симптомы галактоземии появляются в первые дни или недели после рождения. Ребенок отказывается от молочных продуктов, появляется рвота, диарея, замедляется физическое и умственное развитие ребенка, появляется катаракта. Диагноз устанавливают, определяя активность фермента в эритроцитах, накоплению галактозо-1-фосфата в эритроцитах и по наличию галактозы в моче. Лечение заключается в переводе на безгалактозную диету. При этом все симптомы исчезают кроме развившейся катаракты. Поэтому важна ранняя или пренатальная диагностика и отмена грудного вскармливания (смеси без лактозы). Дети нормально развиваются при наличии активной эпимеразы.

      Унификация фруктозы. Фруктоза может быть фосфорилирована с образованием фруктозо-6-фосфата ферментом гексокиназой. Гексокиназа фосфорилирует также реакции фосфорилирования глюкозы и маннозы. Этот путь усвоения фруктозы не главный, так как сродство гексокиназы к фруктозе гораздо ниже, чем к глюкозе.
      В печени происходит активация фруктозы ферментом фруктокиназой за счет АТФ с образованием фруктозо-1-фосфата. На активность этого фермента не влияют голодание или инсулин. Это позволяет понять почему у больных сахарным диабетом выведение фруктозы из крови происходит с нормальной скоростью. Фруктоза может использоваться у больных сахарным диабетом и при патологии печени.
    11. Фруктозо-1-фосфат далее ферментом альдолазой фруктозо-1-фосфата разрушается до двух триоз – глицеральдегида (ГА) и диоксиацетонфосфата (ДОАФ).
    12. Глицеральдегид далее при участии АТФ и фермента триозокиназы превращается в фосфоглицеральдгид.
    13. Фосфоглицеральдегид и ДОАФ либо включаются в гликолиз и окисление с образованием АТФ, либо в глюконеогенез с образованием глюкозы.
      Нарушения метаболизма фруктозыэссенциальная фруктозурия. Почечный порог для фруктозы очень низкий (фруктоза обнаруживается в моче уже при её концентрации в крови 0,7 ммоль/л). Клинические симптомы отсутствуют, так как фруктоза нетоксична. Наследственная непереносимость фруктозы возникает в результате дефицита фруктозо-1-фосфат-альдолазы. В результате накапливается фруктозо-1-фосфат, который ингибирует фруктозо-1,6бисфосфатальдолазу и фосфорилазу по аллостерическому механизму. Из-за этого возникает гипогликемия и поражение органов и тканей, зависимых от концентрации глюкозы крови (головной мозг, печень, почки). Заболевание обнаруживается при переходе от грудного кормления на пищу, содержащую сахарозу и фруктозу. После её приема наблюдается гипогликемия, рвота, поносы, судороги. При устранении фруктозы из питания дети развиваются нормально.


      6.8. РАСПАД ГЛЮКОЗЫ В АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ


      Катаболизм глюкозы – основной поставщик энергии для большинства клеток организма.

      Гликолиз – анаэробный распад глюкозы до лактата – молочной кислоты.

      Все реакции протекают в гиалоплазме. Участвуют 11 ферментов.

      В гликолизе можно выделить два этапа:
      Подготовительный этап, в ходе которого глюкоза фосфорилируется за счет энергии АТФ и расщепляется до двух молекул фосфотриоз.
    14. Основной этап – сопряженный с образованием АТФ. Это ряд реакций, в результате которых фосфотриозы превращаются в пируват и лактат.
      Начало процесса
      активация глюкозы гексокиназой за счет АТФ с образованием глюкозо-6-фосфата.
    15. Глюкозо-6-фосфат изомеризуется в фруктозо-6-фосфат.
    16. Далее происходит еще одна реакция фосфорилирования за счет АТФ, её катализирует фосфофруктокиназа. В результате этой реакции фруктозо-6-фосфат превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат.
    17. Затем этот метаболит расщепляется альдолазой на два триозофосфата: фосфоглицеральдегид (ФГА) и диоксиацетонфосфат (ДОАФ). В последующих реакциях гликолиза используется только ФГА, а ДОАФ с участием фермента триозоизомеразы превращается в ФГА. На этом подготовительный этап заканчивается, произошли затраты АТФ на активацию метаболитов гликолиза.
      Второй этап включает реакции, связанные с образованием АТФ.
      Вначале происходит окисление ФГА(фосфоглицеральдегид) ферментом ФГА дегидрогеназой с коферментом НАД+. НАД+ восстанавливается до НАДН + Н+ и образуется
    18. Продуктом фосфоглицераткиназной реакции будет 3фосфоглицерат.
    19. В следующей реакции происходит перенос фосфата из 3-го положения во 2-е с образованием 2-фосфоглицерата.
    20. Затем при отщеплении воды образуется первичный макроэрг – фосфоенолпируват (ФЕП).
    21. При участии пируваткиназы происходит реакция субстратного фосфорилирования – перенос макроэргического фосфата на АДФ с образованием АТФ. Продуктом реакции будет пируват.
    22. В последней реакции происходит восстановление пирувата в лактат. Реакцию катализирует лактатдегидрогеназа. Её коферментом является НАДН+Н+, восстановленный в ФГА дегидрогеназной реакции. Лактат не является конечным продуктом метаболизма, который может удаляться из организма. Лактатдегидрогеназная реакция в гликолизе это регенерация НАД+. Роль акцептора водорода от НАДН выполняет пируват (подобно кислороду в дыхательной цепи).
      Энергетический выход.
      Энергетический выход анаэробного гликолиза составляет 2 АТФ.
    23. В гликолизе имеется 2 реакции субстратного фосфорилирования, их катализируют глицераткиназа и пируваткиназа.
    24. В расчете на 1 молекулу глюкозы получается 4 АТФ. 2 АТФ расходуются в 1-й и 3-й реакциях, их катализируют гексокиназа и фосфофруктокиназа. В итоге энергетический баланс гликолиза составляет 2 АТФ на 1 молекулу глюкозы. Энергетический выход гликогенолиза в мышцах равен 3-м АТФ на 1 молекулу глюкозы, так как нет расхода АТФ на гексокиназную реакцию (гликоген→ глюкозо-1-фосфат→ глюкозо-6-фосфат).
      Регуляция гликолиза. Ключевыми ферментами гликолиза являются: гексокиназа, фосфофруктокиназа, пируваткиназа.

      Внутриклеточная регуляция:

      1) все три фермента ингибирует цАМФ;

      2) фосфофруктокиназу ингибируют АТФ и цитрат, в печени этот фермент активирует фруктозо-2,6-бис-фосфат;

      3) пируваткиназу ингибирует ацетил-КоА.

      Гормональная регуляция:

      1) Все три ключевых фермента индуцирует инсулин, а репрессируют ГКС,

      2) все три фермента ингибирует глюкагон,

      3) катехоламины в мышцах активируют.а в печени ингибируют ключевые ферменты гликолиза.

      Преимущества и недостатки гликолиза.

      1) Быстрота включения и резкое увеличение, поэтому полезны при короткой напряженной работе.

      2) Гликолиз является единственным источником энергии для эритроцитов (в них отсутствуют митохондрии).

      3) Гликолиз очень важен при дефиците кислорода (наложение жгута, снижение АД, ИБС, инсульт, коллапс, шок, кровотечения).

      Недостатки гликолиза: малый энергетический выход и накопление лактата.

      Обмен и значение лактата. Лактат – тупиковый метаболит. Он из тканей выводится в кровь и утилизируется. Лактат крови в норме составляет 0,5-2 ммоль/л плазмы. Основные источники лактата в плазме в покое – эритроциты, при кратковременной напряженной работе – скелетные мышцы.

      Избыток лактата вызывает одышку, метаболический ацидоз, усталость. Гиперлактатемия в клинике наблюдается при многих состояниях.

      1) сердечная и легочная недостаточность,

      2) шок (реакция организма на сверхсильные раздражители – токсины, боль, лекарства), коллапс (острая сосудистая недостаточность – падение АД, гипоксия мозга при инфекции, кровотечениях, отравлении), терминальное состояние (предсмертное – преагония, агония, клиническая смерть, биологическая смерть),

      3) другие формы гипоксии,

      4) злокачественные процессы,

      5) судорожные состояния,

      6) алкоголизм,

      7) В
      Недостаток тиамина часто возникает у алкоголиков с нарушенным режимом питания. При введении им глюкозы может происходить быстрое накопление пирувата и лактата, приводящее к лактатацидозу, нередко с летальным исходом. 8) патология печени, почек.

      Примерно 75% лактата используется на глюконеогенез, а примерно 25% окисляется до СО

      4ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ
    25. Синтез глюкозы из: органических кислот с количеством атомв С не менее 3 ( лактат, пируват, оксалоацетат)

      Глицерина

      Гликогенновых аминокислот

      Локализация : печень, почки, тонкий кишечник

      Ключевые ферменты катализируют необратимые реакции.
      пируваткарбоксилаза, катализирует образование оксалоацетата. Для реакции необходимы СО
    26. фосфоенолпируваткарбоксикиназа, катализирует реакцию декарбоксилирования с участием ГТФ, образуется фосфоенолпируват (ФЕП). Далее происходят последовательно 5 реакций, катализируемых ферментами гликолиза.
    27. фруктозо-1,6-бисфосфатаза отщепляет неорганический фосфат (Н
    28. глюкозо-6-фосфатаза, которая отщепляет НРегуляция глюконеогенеза.

      Внутриклеточная регуляция:

      1) АТФ и цАМФ активируют все ключевые ферменты глюконеогенеза;

      2) АДФ и АМФ ингибируют их;

      3) Ацетил-КоА активирует пируваткарбоксилазу;

      4) цитрат активирует фруктозо-1,6-бисфосфатазу;

      5) в печени фруктозо-2,6-бисфосфат ингибирует фруктозо-1,6—бисфосфатазу. Гормональная регуляция: 1) Инсулин репрессирует, а глюкокортикостероиды индуцируют все ключевые ферменты глюконеогенеза; 2) глюкагон активирует все ключевые ферменты глюконеогенеза; 3) катехоламины активируют их только в печени.

      Тканевая локализация и биологическая роль глюконеогенеза. На 90% глюконеогенез происходит в печени, это главный орган глюконеогенеза. На 10% глюконеогенез происходит в корковом веществе почки и эпителии тонкого кишечника. Важность глюконеогенеза не только в том, что он обеспечивает утилизацию лактата. Глюконеогенез обеспечивает потребности в глюкозе при голоде и дефиците углеводов («друг голодного студента»), при стрессе (холод, длительная работа). При беременности глюконеогенез необходим, так как развитие плода обеспечивается энергией более чем на 90% за счет глюкозы. При сахарном диабете глюконеогенез усилен, потому что при сахарном диабете либо не образуется инсулин, либо есть патология рецепторов и нет эффекта от инсулина (инсулин репрессирует все ключевые ферменты глюконеогенеза).

      Межорганный обмен углеводов. Глюкозо-лактатный (цикл Кори) и глюкозо-аланиновый циклы. Это физиологический цикл, который протекает в мышцах и печени. Избыток лактата в мышцах образуется при интенсивной мышечной работе. В мышцах мало ферментов для глюконеогенеза, поэтому для переработки лактата в глюкозу он должен быть кровью перенесен в печень. При поступлении больших количеств молочной кислоты в кровь её буферная емкость может быть исчерпана, что приведет к опасному снижению рН. Превращение лактата в глюкозу в печени препятствует этому, так как сопровождается поглощением протонов с использованием НАДН на восстановление 1,3-бис-фосфоглицерата.

      Глюкозо-аланиновый цикл приобретает большое значение при голодании. После исчерпания запасов гликогена печень должна снабжать глюкозой головной мозг и другие ткани. Главным источником метаболитов для глюконеогенеза являются аминокислоты, образующиеся при расщеплении мышечных белков. Многие аминокислоты в мышцах переаминируются с пируватом с образованием аланина, который транспортируется в печень. В печени аланин вновь переаминируется с образованием пирувата. Пируват включается в глюконеогенез. Глюкозо-аланиновый цикл, кроме того, является способом разделения метаболизма между мышцами и печенью и механизмом транспорта в печень аммиака. В печени происходит основной путь обезвреживания токсичного аммиака.


      6.10. АЭРОБНЫЙ ОБМЕН УГЛЕВОДОВ


      Это распад глюкозы в условиях хорошего снабжения кислородом тканей. Он зависит от работы дыхательной цепи. Первые десять реакций идентичны реакциям анаэробного гликолиза. В аэробных тканях пируват превращается в ацетил-КоА, который сгорает в цикле Кребса с участием дыхательной цепи до СО+ (НАДН + Н+) в ФГАдегидрогеназной реакции окисляются в дыхательной цепи. Сами молекулы внемитохондриального НАДН не способны проникать через мембрану внутрь митохондрий. В этом процессе участвуют специальные челночные механизмы малат-аспартатный (печень, почки, сердце) или глицеро-фосфатный (головной мозг и гладкие мышцы).

      В первом механизме вначале фермент малатдегидрогеназа переносит атомы водорода с цитозольного НАДН + Н+ на цитозольный оксалоацетат с образованием малата. Малат с помощью транспортной системы дикарбоновых кислот проходит через внутреннюю мембрану митохондрий в матрикс. Здесь малат ферментом малатдегидрогеназой окисляется в оксалоацетат, а матриксный НАД+ восстанавливается и передает свои электроны в дыхательную цепь. Это дает 5 АТФ. Образовавшийся оксалоацетат не может возвратиться через мембрану в цитозоль Он вступает в реакцию переаминирования с глутаматом с участием аспартатаминотрансферазы и образовавшиеся аспартат и -кетоглутарат способны с помощью специальных транспортных систем проходить через мембрану митохондрий. Действие такого челночного механизма возможно благодаря присутствию малатдегидрогеназы и аспартатаминотрансферазы как в цитозоле, так и в митохондриях. Таким образом образуется 32 АТФ.

      Глицеро-фосфатный челночный механизм начинается с того, что НАДН-

      зависимая цитоплазматическая -глицеро-фосфатдегидрогеназа восстанавливает ДОАФ до -глицеро-фосфата. Образовавшийся -

      глицерофосфат легко проникает через митохондриальную мембрану. Внутри митохондрий ФАД-зависимая -глицерофосфат-дегидрогеназа снова окисляет -глицерофосфат до ДОАФ. ФАДН
      Таким образом энергетический эффект аэробного пути распада глюкозы значительно выше, чем анаэробного. В присутствии кислорода клетка переключается на наиболее эффективный и экономичный путь получения энергии (эффект Пастера). В результате скорость потребления глюкозы в присутствии кислорода снижается.


      6.11. ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ ПРЕВРАЩЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ


      Функционирует в цитозоле клетки с пластической целью, то есть его главные продукты – рибозо-5-фосфат и НАДФН используются для синтезов. Пентозофосфатный путь (ПФП) может протекать в двух вариантах – окислительного и неокислительного. Выбор варианта зависит от возраста, физиологического состояния, патологии и потребностей организма либо в рибозо-5-фосфате и НАДФН примерно в равных количествах, либо больше требуется рибозо-5-фосфата, либо НАДФН.

      Окислительный вариант включает 2 реакции дегидрирования, катализируемых НАДФ-зависимыми дегидрогеназами.

      Суммарное уравнение окислительного варианта можно представить в таком виде:

      Глюкозо-6-фосфат + 2 НАДФ+ Рибозо-5-фосфат + 2 НАДФН+ 2Н+ +СО
      Продукты: 1. пентоза (C5): 1 молекула рибозо-5-фосфата.

      2. 2 молекулы НАДФН+Н+ ;

      3. 1 молекула CO2.

      Неокислительный вариант ПФП включает серию обратимых реакций, катализируемых транскетолазой и трансальдолазой, первая в качестве кофермента использует ТПФ. В качестве промежуточных соединений в этом варианте образуются углеводы, содержащие от 3 до 7 атомов углерода. В этом варианте нет реакций дегидрирования, поэтому он используется только для синтеза пентоз.

      Суммарное уравнение реакций неокислительного варианта:

      5 глюкозо-6-фосфат
      Сочетание окислительного и неокислительного путей. Продукты: 6 молекул CO2 и 12 молекул НАДФН+Н+ .

      Роль ПФП определяется его конечными продуктами: рибозо-5фосфатом и НАДФН. Рибозо-5-фосфат необходим для синтеза нуклеотидов, а затем и нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). биосинтеза белка – в печени, экзокринных железах, синтезирующих белок на экспорт, а также усиленный синтез белка происходит при гипертрофии тканей.

      При этом у взрослого человека есть ткани, которые практически не делятся, а значит, в них ПФП неактивен. Но и в этих тканях ПФП может активироваться, например, при процессах репарации.

      Другой продукт ПФП – НАДФН необходим для реакций гидроксилирования и для восстановительных биосинтезов. Он активно используется для биосинтеза жирных кислот в жировой ткани, в печени; для синтеза холестерина (печень), для синтеза стероидных гормонов в эндокринных железах, для реакций гидроксилирования эндогенных веществ и ксенобиотиков. В эритроцитах НАДФН необходим для работы антиоксидативной системы, что обеспечивает их устойчивость к гемолизу, в хрусталике глаза НАДФН обеспечивает прозрачность.

      В некоторых тканях функционирует пентозофосфатный цикл. Он включает окислительный этап синтеза пентоз и неокислительный этап в обратном направлении (этап возвращения пентоз в гексозы). Вместе это составляет пентозофофатный цикл. За один оборот цикла полностью распадается 1 молекула глюкозы до 6 СО
      Биомедицинское значение: 1. образование НАДФН+Н+  восстановительные синтезы. 2. образование пентоз (рибозо-5-фосфата)  синтез нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Локализация: гиалоплазма.


      6.12.
      Уровень глюкозы крови поддерживается на постоянном уровне за счет того, что пути поступления глюкозы в кровь и пути расходования глюкозы крови между собой сбалансированы. При этом в течение суток уровень глюкозы не является одинаковым, но у здорового человека эти колебания лежат в пределах нормы (3,3 – 5,5 ммоль/л). Источниками глюкозы крови являются: углеводы пищи, гликоген печени и органические кислоты, которые в результате глюконеогенеза превращаются в глюкозу. Расходуется глюкоза крови всеми клетками организма, при этом в одни клетки глюкоза поступает диффузно (например, головной мозг), а в другие – с помощью инсулина. Кроме того, глюкоза из крови в результате фильтрации попадает в первичную мочу, но затем в результате реабсорбции она возвращается в сосудистое русло (рис. 14).

      В регуляции уровня глюкозы крови принимают участие гормоны. Гормоны делятся на гипогликемические, т.е. снижающие уровень глюкозы крови, и гипергликемические, т.е. повышающие уровень глюкозы крови. Единственным гипогликемическим гормоном является инсулин. Гипергликемическими гормонами являются: глюкагон, катехоламины

      (адреналин и норадреналин), ГКС и соматотропный гормон (СТГ).


      Рис. 14. Гомеостаз глюкозы крови

      При гипергликемии (повышении глюкозы крови, которое может быть вызвано алиментарной причиной, сахарным диабетом, стрессом, некрозом поджелудочной железы, избытком гипергликемических гормонов) усиливается выработка инсулина, который за счет своих эффектов снижает уровень глюкозы крови. Это происходит за счет усиления потребления глюкозы тканями (в связи с увеличением проницаемости мембран для глюкозы в мышечной, жировой и соединительной тканях, усилением синтеза гликогена, гликолиза и пентозофосфатного пути), а также за счет торможения поступления глюкозы из тканей в кровь (в результате торможения распада гликогена и торможения глюконеогенеза).

      При гипогликемии (снижении уровня глюкозы крови, которое может быть вызвано алиментарной причиной, патологией печени и ЖКТ, избытком инсулина, недостатком гипергликемических гормонов, при алкоголизме и др.) усиливается выработка гормонов гипергликемических, которые повышают уровень глюкозы крови. Это обусловлено усилением глюконеогенеза и распада гликогена, торможением синтеза гликогена и гликолиза. СТГ при этом действует опосредованно, путем усиления секреции глюкагона.



      Гетерополисахариды (ГПС) принято делить на кислые

      (гликозаминогликаны) и нейтральные.

      В синтезе и кислых и нейтральных принимают участие гексозы: глюкоза, галактоза, манноза, их амины – глюкозамин, галактозамин, маннозамин.

      В состав кислых ГПС включены кислоты глюкуроновая, идуроновая, сульфат.

      В нейтральные ГПС включены фукоза, производные нейраминовой кислоты – сиаловые кислоты.

      И кислые, и нейтральные ГПС выполняют свои функции в комплексе с белками. Это протеогликаны, которые содержат 5% белка и

      95% у гликозаминогликанов. Гликопротеины содержат
  • 95% белка и

    5% нейтральных ГПС.

    Функции кислых гетерополисахардов. Гликозаминогликаны входт в состав костей, кожи, хрящей, сухожилий и т.д. Структурообразовательная функция гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфатов обеспечивает механическую прочность, эластичность, устойчивость к сжатию органов и тканей. Очень важна защитная функция этих ГПС для предупреждения распространения патогенных микроорганизмов. В медицине фермент гиалуронидазу применяют для рассасывания рубцов и спаек после ожогов, воспалений, операций. Гиалуроновая кислота связывает большое количество воды, входит в состав стекловидного тела, синовиальной жидкости и т.д. Хондроитинсульфаты являются важнейшими компонентами остеоида, связывают Са2+ и другие катионы при формировании костной ткани, способствуют её уплотнению. Гепарин, во-первых это антикоагулянт, препятствующий свертыванию крови. Во-вторых, гепарин активирует липопротеинлипазу сосудистой стенки. В результате, меняя содержание триглицеридов в составе различных классов липопротеинов плазмы, участвует в трансформации липопротеинов и в межорганном обмене холестерина. Кроме того, гепарин связывает гистамин в тучных клетках, ингибируя воспаление и аллергические реакции.

    Гликопротеины (нейтральные гетерополисахариды). Гликопротеины гидрофильны, благодаря чему выполняют различные функции в любых биологических жидкостях – плазме, пищеварительных соках, слюне, слезах, в спинномозговой и синовиальной жидкостях. Кроме того, благодаря гидрофильности они выполняют важные функции на поверхности мембран. Гликопротеины устойчивы к денатурирующим факторам и пептидазам, так как содержат на поверхности углеводы. Гликопротеины обеспечивают высокоспецифичное связывание со своими рецепторами гормонов (адреналин – адренорецепторы) вирусов (ВИЧ – CD
    Гликопротеины синтезируются всеми клетками организма: белковая часть на рибосомах, гликозилирование и сортировка происходят в комплекс Гольджи. Большое количество гликопротеинов плазмы синтезируется в печени. Гликопротеины плазмы крови включают белковые факторы свёртывания, групповые вещества, транспортные белки, иммуноглобулины, гормоны, ферменты, белки острой фазы. Белки острой фазы у здоровых людей отсутствуют или находятся в следовых количествах. Концентрация этих белков повышается в острую фазу заболевания, а при выздоровлении они исчезают.

    Диагностическое значение гипергликопротеидемии

    (гиперсиалатемии). Повышенная концентрация гликопротеинов в плазме крови наблюдается при любом воспалительном заболевании (тонзиллит, стоматит, ревматизм), любом пролиферативном процессе (беременность, опухоли. лейкозы) и сахарном диабете. В лаборатории обычно определяют Среактивный белок или сиаловые кислоты. Методы не позволяют ставить диагноз конкретного заболевания, можно установить острая или хроническая стадия заболевания, тяжесть состояния больного (при тяжелой степени воспаления уровень этих показателей очень высок, при лёгкой – повышение незначительно отклоняется от нормы). По уровню сиаловых кислот можно оценить эффективность проведенной терапии, улучшилось или нет состояние больного после лечения.



    перейти в каталог файлов


    связь с админом