ПРЕВРАЩЕНИЕ УГЛЕВОДОВ В ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОМ ТРАКТЕ
Часть 1. ОБМЕН УГЛЕВОДОВ
Следует добавить:
· Виды метаболизма глюкозы – сорбитол, глукуронат, фосфоилирование.
· Схему метаболизма г-6-Ф.
Углеводы - это полиоксикарбонильные соединения и их производные. Основными углеводами организма человека являются:
1. Моносахариды (глицеральдегид, диоксиацетон, эритроза, рибоза, дезоксирибоза, рибулоза, ксилулоза, глюкоза, галактоза, фруктоза, манноза, арабиноза, фукоза, и др.);
Фукоза – 6-дезоксигалактоза.
· α(1→3) связывание с фукозой представляет углеводный антиген IgE-зависимой аллергии.
· связанная α-1,2- гликозидной связью с галактозой образует H антиген, структуру антигенов групп крови А и В.
· При фагоцитозе бактерий или старых клеток организма хозяина происходит распознавание концевых сахаридных групп — глюкозы, галактозы, фукозы, маннозы и др., которые представлены на поверхности фагоцитируемых клеток. Распознавание осуществляется лектиноподобными рецепторами соответствующей специфичности, в первую очередь маннозосвязывающим белком и селектинами, присутствующими на поверхности фагоцитов.
· Накопление фукозы в поверхностных гликопротеидах свидетельствует о канцерогенезе и малигнизации. Нпример в составе антигенов Lewis. Например, CD 15 (3-фукозил-N-ацетиллактозамин, Lewis X) — углеводная молекула адгезии, опосредует фагоцитоз и хемотаксис нейтрофилов. Интенсивная экспрессия CD15 наблюдается при болезни Ходжкина, при некоторых хронических B-лимфобластомных лейкемиях и в большинстве случаев острой нелимфобластомной лейкемии. CD15 является маркёром плюрипотентных стволовых клеток, принимает участие в адгезии и миграции клеток в эмбрионе.
|
|
|
Сорбитол - шестиатомный спирт, обладающий сладким вкусом. Получают путём гидрирования глюкозы с заменой альдегидной группы на гидроксильную. Используется в производстве аскорбиновой кислоты. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки как E420.
Сорбит часто применяется как заменитель сахара, его можно встретить в диетических продуктах и диетических напитках (например, жевательной резинке без сахара). В естественном виде встречается в косточковых плодах, водорослях, высших растениях.
2. Олигосахариды:
· Лактоза – молочный сахар, важнейший дисахарид молока млекопитающих. В коровьем молоке – 5%, в женском – 8%. Состоит из галактозы и глюкозы, соединённых β-1,6-гликозидной связью.
· Мальтоза – дисахарид, образуется при расщеплении крахмала в кишечнике, либо поступает с продуктами имеющими частично гидролизованный крахмал (солод, пиво). Состоит из двух остатков глюкозы, соединённых α-1,4-гликозидной связью. Изомальтоза - α-1,6-гликозидной связью.
|
|
|
· Сахароза – относительно новый дисахарид в питании человека, состоит из α-D-глюкозы и β-D-фруктозы, соединённых α-1,2-гликозидной связью. Так как обе аномерные ОН-группы остатков глюкозы и фруктозы участвуют в образовании гликозидной связи – сахароза не относится к восстанавливающим сахарам. Имеет сладкий вкус. Источник – растения, особенно сахарная свекла и сахарный тростник.
3. Полисахариды. По составу входящих мономеров делятся на:
· Гомополисахариды
§ крахмал, состоит из сотен тысяч остатков глюкозы (гомогликан). Представлен в виде амилозы и амилопектина:
o амилоза – неразветвлённый полисахарид из 200-300 остатков глюкозы, соединённых α-1,4-гликозидной связью. Имеет вид спирали. Синий цвет при окраске йодом – следствие наличия этой спирали.
o Амилопектин – имеет разветвлённую структуру (α-1,6-гликозидная связь) линейные участки по 20-25 остатков глюкозы.
§ гликоген – полисахарид животных и человека. Имеет более выраженную частоту ветвлений, чем крахмал (~ через 10 мономеров). Выполняет резервную функцию поддержания строго определённого уровня глюкозы в организме. Не имеет существенного пищевого значения.
|
|
|
§ Клетчатка (целлюлоза) – основной структурный полисахарид растений. Самое распространённое органическое соединение на земле. Его доля в растениях составляет 40-50%, м.в. – до 103 kDa. Линейный полисахарид, гомогликан, построен из остатков глюкозы, соединённых β-1,4-гликозидной связью. У человека нет ферментов гидролизующих β-1,4 связи, поэтому целлюлоза неиспользуемый углевод.
§ Пектин - пекти́новые вещества́ (от др.-греч. свернувшийся, замёрзший) — полисахариды, образованные остатками главным образом галактуроновой кислоты. Присутствуют во всех высших растениях, особенно много во фруктах и в некоторых водорослях. Способствуют поддержанию в растениях тургора, повышают засухоустойчивость и устойчивость овощей и фруктов при хранении. Комплексообразующая способность основана на взаимодействии молекулы пектина с ионами тяжелых и радиоактивных металлов. Специальные препараты, включают в рацион питания лиц, находящихся в среде, загрязненной радионуклидами, и имеющих контакт с тяжелыми металлами. Специальные высокоочищенные пектины могут быть отнесены к незаменимому веществу для использования в производстве функциональных пищевых продуктов, а также продуктов здорового и специального (профилактического и лечебного) питания. Оптимальная профилактическая дозировка специального пектина составляет 5-8 г в сутки, а в условиях радиоактивного загрязнения — не менее 15-16 г.
|
|
|
· Гетерополисариды (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат, дерматансульфат, кератансульфат, гепарин).
По выполняемым функциям можно разделить на три основные группы:
· Резервные полисахариды, выполняющие энергетическую функцию;
· Структурные полисахариды, обеспечивающие клеткам и органам механическую прочность;
· Полисахариды, входящие в состав межклеточного матрикса, принимают участие в образовании тканей, пролиферации и дифференцировке клеток. Сильно гидратированы.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ УГЛЕВОДОВ:
1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ. При окислении1 г углеводов до конечных продуктов (СО2 и Н2О) выделяется 4,1-ккал энергии. На долю углеводов приходится около 60-70 % всей суточной калорийности пищи. Суточная потребность в углеводах для взрослого человека в среднем массой 60-70 кг составляет около 400-500 г.
2. Анаболическая. Являются источниками субстратов для синтеза жирных кислот и аминокислот.
3. СТРУКТУРНАЯ или пластическая. Углеводы используется как строительный материал для образования структурных компонентов клеток (гликолипиды, гликопротеины, гетерополисахариды межклеточного вещества). Входят в состав нуклеиновых кислот.
4. РЕЗЕРВНАЯ. Углеводы откладываются в клетках в виде резервного полисахарида гликогена.
5. ЗАЩИТНАЯ. Гликопротеины принимают участие в образовании антител. Гиалуроновая кислота, входя в состав соединительной ткани, препятствует проникновению чужеродных веществ. Гетерополисахариды участвуют в образовании вязких секретов покрывающей слизистые оболочки дыхательных путей, мочевыводящих путей, пищеварительного тракта, предохраняя их от повреждений.
6. Обезвреживающая. УДФ-глюкуроновая кислота в печени связывает многие токсические соединения, придавая им большую гидрофильность и способность растворяться в желчи.
5. РЕГУЛЯТОРНАЯ. Некоторые гормоны гипофиза, щитовидной железы являются гликопротеинами. Фукозилированные протеины и пептиды свидетельствуют о канцерогенезе, малигнизации и метастазировании опухолей.
6. Участвуют в процессах узнавания клеток. Важная роль при этом отводятся сиаловым кислотам и нейраминовой кислоте. Гетерополисахариды входя в состав оболочек эритроцитов, определяют группы крови. Входят в состав рецепторов гормонов и нейромедиаторов.
7. Участвуют в процессах свёртывания крови, входят в состав фибриногена и протромбина. Препятствуют свёртыванию крови, входят в состав гепарина.
ПРЕВРАЩЕНИЕ УГЛЕВОДОВ В ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОМ ТРАКТЕ
Основными углеводами пищи для организма человека являются: крахмал, гликоген, лактоза, в незначительной степени моносахариды – глюкоза, фруктоза. Для современного человека значимое место стала занимать сахароза.
Переваривание углеводов в ротовой полости. Поступивший с пищей крахмал (гликоген) в ротовой полости подвергается гидролизу под действием альфа-амилазы слюны, которая относится к эндоамилазам. Она расщепляет альфа (1,4)-гликозидные связи в структуре крахмала. рН оптимум для альфа-амилазы слюны находится в слабощелочной среде (рН = 7-8). Так как пища в ротовой полости находится недолго, то крахмал метаболизируется лишь частично. Его гидролиз завершается образованием амилодекстринов. Известны следующие виды декстринов:
· амило-декстрины, эритродекстрины, ахродекстрины и. Амилодекстрины (молекулярная масса их около 10000, количество глюкозных единиц около 60);
· эритродекстрины - молекулярная масса около 7000, количество глюкозных единиц около 40;
· ахродекстрины - молекулярная масса их около 3700, количество глюкозных единиц около 20;
· мальтодекстрины – олигосахариды, содержащие от 2 до 20 остатков глюкозы. (malt – солод, англ.)
Далее пища поступает в желудок. Слизистой оболочкой желудка гликозидазы не вырабатываются. В желудке среда резко кислая (рН=1,5-2,5), поэтому действие альфа-амилазы слюны внутри пищевого комка прекращается. Однако в более глубоких слоях действие фермента продолжается, и крахмал успевает пройти следующую стадию гидролиза, с образованием эритродекстринов.
Переваривание углеводов в кишечнике. Основным местом переваривания крахмала служит тонкий отдел кишечника. Здесь проходит наиболее важная фаза гидролиза крахмала. В переваривании крахмала принимает участие ферменты, вырабатываемые в поджелудочной железе (альфа-амилаза, амило-1,6-гликозидазаи олиго-1,6-гликозидаза ).
Выделяющийся панкреатический сок содержит бикарбонаты, которые принимают участие в нейтрализации кислого желудочного содержимого, создаётся слабощелочная среда (рН=8-9) - оптимальная для гликозидаз. Образующиеся катионы (Na+, K+) принимают участие в активации ферментов.
Три панкреатических фермента завершают гидролитический разрыв внутренних гликозидных связей в структуре крахмала. Эритродекстриныпереходят в ахродекстрины.
Альфа-амилаза завершает разрыв внутренних альфа-(1,4)-гликозидных связей, амило-1,6-гликозидаза гидролитически расщепляет внутренние альфа-1,6-гликозидные связи в точках ветвления, а олиго-1,6-гликозидаза является терминальной в этом процессе.
Таким образом, три панкреатических фермента завершают гидролиз крахмала в кишечнике с образованием мальтоз (дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы, соединённых α-1,4-гликозидной связью) и изомальтоз (дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы, соединённых α-1,6-гликозидной связью) и триозосахаридов.
В щёточной каёмке тонкого кишечника на наружной поверхности цитоплазматической мембраны энтероцитов расположены ферментные комплексы, расщепляющие гликозидные связи в дисахаридах (дисахаридазы). У человека известно о четырёх ферментно-субстратных комплекса:
o сахаразо-изомальтазный комплекс. Прикреплён к мембране микроворсинок с помощью гидрофобного домена. Гидролизует сахарозу и изомальтозу, расщепляя α-1,2- и α-1,6-гликозидные связи, мальтозу и мальтотриозу – гидролизуя α-1,4-гликозидные связи. На его долю приходится 80% всей мальтазной активности кишечника. Сахаразная субъединица – единственный фермент в кишечнике, гидролизующий сахарозу, а изомальтазная субъединица с большей скоростью гидролизует связи в изомальтозе, чем в мальтозе и мальтотриозе. Активность комплекса высокая в тощей кишке, но снижается в проксимальной и дистальных частях кишечника.
Сахаразо-изомальтазный комплекс. 1 – сахараза, 2 - изомальтаза, 3 – связывающий домен, 4 – трансмембранный домен, 5 – цитоплазматический домен.
o Гликоамилазный комплекс – катализирует гидролиз α-1,4-гликозидные связи между глюкозными остатками в олигосахарах, действуя с восстанавливающего конца – экзогликозидаза. Может действовать как мальтаза. Активность наибольшая в нижних отделах тонкого кишечника.
o β-гликозилазный комплекс (лактаза) – расщепляет β-1,4-гликозидную связь в молочном сахаре между галактозой и глюкозой. Является гликопротеином. Неравномерно распределён к кишечнике. Наиболее активен у плода в последние сроки беременности и до 5-7 летнего возраста. С возрастом – активность снижается (у взрослых составляет до 10% от детского возраста) у некоторых исчезает вовсе.
o Трегалаза – гидролизует связь между мономерами трегалозы – дисахариде грибов состоящей из двух остатков глюкозы, связанных гликозидной связью между первыми аномерными атомами углерода.
Транспорт глюкозы.
Гидролиз соответствующих дисахаридов пищи заканчивается образованием мономеров - глюкозы, галактозы, фруктозы, которые всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок с помощью специальных механизмов транспорта через мембраны этих клеток:
o путём облегчённой диффузии; Облегчённую диффузию обеспечивают белки-переносчики семейства ГЛУТ (GLUT или SLC2A). Они имеют 12 чрезмембранных спиральных доменов. Считается, что 3,5,7 и 11 трансмембранные сегменты образуют канал для глюкозы.
Глюкозные транспортёры (GLUT) обнаружены во всех тканях. Существует несколько разновидностей ГЛЮТ, они пронумерованы в соответствии с порядком их обнаружения. В настоящее время описанны 12 типов GLUT имеют сходные первичную структуру и доменную организацию.
§ ГЛЮТ-1 - широко распространён в клетках тканей плода, в эритроцитах, эндотелиоцитах гематоэнцефалического барьера. количество GLUT-1 повышается при низком уровне глюкозы.
§ ГЛЮТ-2 обнаружен в клетках канальцев почек, энтероцитах тонкого кишечника, клетках печени и β-клетках поджелудочной железы (играет роль сенсора глюкозы). Обеспечивает двунапраленное перемещение – при гликолизе – внутрь, при глюконеогенезе – наружу. Из энтероцитов в кровь ГЛУТ-2 переносит глюкозу, фруктозу и галактозу;
§ ГЛЮТ-3 – синтезируется в основном в нейронах (основная форма) и плаценты. Обладает высоким сродством к глюкозе;
§ ГЛЮТ-4 - главный переносчик глюкозы в клетки мышц (в т.ч. в кардиомиоциты) и жировой ткани. Контролируется инсулином; который стимулирует транслокацию специфичных GLUT-4 содержащих пузырьков из внутриклеточного пространства к плазматической мембране, что способствует немедленному увеличению транспорта глюкозы в 10-20 раз.
§ ГЛЮТ-5 - транспортирует только фруктозу. Встречается, главным образом, в клетках тонкого кишечника, яичках и почках.
§ ГЛЮТ-7 – при распаде гликогена в лизосомах (гликогенолизе) транспортирует глюкозу из эндоплазматической сети.
Все типы ГЛЮТ могут находиться как в плазматической мембране, так и в цитозольных везикулах. ГЛЮТ-4 (и в меньшей мере ГЛЮТ-1) почти полностью находятся в цитоплазме клеток. Влияние инсулина на такие клетки приводит к перемещению везикул, содержащих ГЛЮТ, к плазматической мембране, слиянию с ней и встраиванию транспортёров в мембрану. После чего возможен облегчённый транспорт глюкозы в эти клетки. После снижения концентрации инсулина в крови транспортёры глюкозы снова перемещаются в цитоплазму, и поступление глюкозы в клетку прекращается (рис. 7-19). Известны различные нарушения в работе транспортёров глюкозы. Наследственный дефект этих белков может лежать в основе инсулинонезависимого сахарного диабета. В то же время причиной нарушения работы транспортёра глюкозы может быть не только дефект самого белка. Нарушения функции ГЛЮТ-4 возможны на следующих этапах:
§ передача сигнала инсулина о перемещении этого транспортёра к мембране;
§ перемещение транспортёра в цитоплазме;
§ включение в состав мембраны;
§ отшнуровывание от мембраны и т.д.
После всасывания моносахариды покидают клетки слизистой оболочки кишечника через мембрану, обращённую к кровеносному капилляру, с помощью облегчённой диффузии.
Потребление глюкозы клетками из кровотока происходит так же с помощью облегчённой диффузии. Исключение составляют клетки мышц и жировой ткани, у которых облегчённая диффузия регулируется инсулином.
o путём активного транспорта (вторичный активный транспорт). Глюкоза и Na+ проходят через мембраны с люминальной стороны, связываясь с различными участками белка-переносчика (НГЛТ – натрий зависимый транспортёр глюкозы) (sodium-dependent glucose transport (SGLT; SGLT-1, -2,-3). При этом натрий поступает в клетку по градиенту концентрации, и одновременно глюкоза транспортируется против градиента концентрации (вторичный активный транспорт). Т.е чем больше градиент Na+ - тем больше поступление глюкозы в энтероциты и наоборот. Градиент концентрации Na+ - движущая сила активного симпорта, создаётся работой Na+,K+-АТФ-азой. Такой же механизм переноса и для галактозы. Активный транспорт особенно эффективен при низкой концентрации глюкозы. Если же концентрация глюкозы (фруктозы) в кишечнике велика, то она может транспортироваться в клетку путём облегчённой диффузии. Всасывание глюкозы и галактозы гораздо выше, чем других моносахаридов.
Продукты полного гидролиза - моносахариды - всасываются в кровь и на этом завершается начальный этап обмена углеводов - пищеварение.
С пищей в организм человека поступает клетчатка, которая в пищеварительном тракте не переваривается, поскольку отсутствуют бета -гликозидазы.
Однако биологическая роль клетчатки велика: она формирует пищевой комок, продвигаясь по желудочно-кишечному тракту она:
· нормализует кишечную микрофлору (место обитания ~ 3 кг микроорганизмов);
· раздражает слизистые оболочки, усиливая сокоотделение;
· клетчатка усиливает перистальтику кишечника;
· достигая отделов толстого кишечника клетчатка под действием ферментов условно-патогенной микрофлоры подвергается брожению с образованием глюкозы, лактозы и газообразных веществ.
Метаболизм глюкозы
1,
2,
3,
Анаэробный гликолиз
В зависимости от функционального состояния организма, клетки органов и тканей могут находиться как в условиях достаточного снабжения кислородом, так и испытывать его недостаток, то есть находится в условиях гипоксии. Если катаболизму подвергается глюкоза, то процесс называется ГЛИКОЛИЗОМ, если распадается глюкозный остаток гликогена –ГЛИКОГЕНОЛИЗОМ. В связи с этим катаболизм углеводов может рассматриваться с двух позиций:
1.В АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ
2.В АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ.
АНАЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ протекает в цитоплазме клеток. Окисление глюкозы всегда завершается образованием конечного продукта этого процесса - молочной кислоты.
Окисление глюкозы в тканях начинается с образования глюкозо-6-фосфата. Дальнейшее окисление углеводов в тканях, как в ана-, так и в аэробных условиях полностью совпадает до стадии образования пирувата.
Процесс анаэробного гликолиза сложный и многоступенчатый. Условно его можно разделить на 2 стадии:
-первая стадия заканчивается образованием из гексозы двух триоз: -диоксиацетонфосфата и глицеральдегид-3-фосфата.
-Вторая стадия называется стадией гликолитической оксидоредукции. Эта стадия катаболизма наиболее важная, поскольку она сопряжена с образованием АТФ, за счёт реакций субстратного фосфорилирования, окислением глицральдегид -3-фосфата, восстановлением пирувата до лактата.
В процессе окисления глюкозы было израсходовано 2 молекулы АТФ (гексокиназная и фосфофруктокиназная реакции). С этапа образования триоз идёт одновременное их окисление. В результате этих реакций образуется энергия в виде АТФ за счёт реакций субстратного фосфорилирования (глицераткиназная и пируваткиназная реакции).
На этапе гликолитической оксидоредукции идёт окисление глицеральдегид-3-фосфата в присутствии НЗРО4 и НАД-зависимой дегидрогеназы, которая при этом восстанавливается до НАДН2. Митохондрии в анаэробных условиях блокированы, поэтому выделенные в результате окисления молекулы НАДН2 находится в среде до тех пор, пока не образуется субстрат, способный принять их. Пируват, принимая НАДН2, восстанавливается до лактата, завершая тем самым внутренний-окислительно-восстановительный этап гликолиза. НАД- окисленный выделяется и может вновь участвовать в окислительном процессе, выполняя роль переносчиков водорода.
3 реакции гликолиза являются необратимыми:
1. гексокиназная.
2. фосфофруктокиназная.
3. пируваткиназная.
Энергетический эффект окисления 1 молеклы глюкозы составляет 2 АТФ.
Биологическая роль анаэробного гликолиза - энергетическая.
Анаэробный гликолиз является единственным процессом, продуцирующим энергию в форме АТФ в клетке в бескислородных условиях. В эритроцитах гликолиз является единственным процессом, продуцирующим АТФ и поддерживающим биоэнергетику, для сохранения их функции и целостности.
Аэробный гликолиз (гексозодифосфатный путь)
Это классический путь аэробного катаболизма углеводов в тканях протекает в цитоплазме до стадии образования пирувата и завершается в митохондриях с образование конечных продуктов АТФ и Н2О и выделением CO2.
Когда в клетки начинает поступать кислород - происходит подавление анаэробного гликолиза. При этом снижается потребление глюкозы, блокируется образование лактата. Эффект торможения анаэробного гликолиза дыханием получил название эффекта Пастера. Окисление углеводов до стадии образования пирувата происходит в цитоплазме клеток. Затем пируват поступает в митохондрии, где в матриксе подвергается дальнейшему окислению. В результате реакции окислительного декарбоксилирования образуется ацетил-КоА который, в дальнейшем окисляется с участием ферментов цикла Кребса и сопряженных с ним ферментов цепи переноса электронов (ЦПЭ).
Происходит образование конечных продуктов (СО2 и Н2О), выделяется энергия в форме АТФ.
Н2О образуется на этапе превращения:
1. ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД-3-ФОСФАТА
2. 2-ФОСФОГЛИЦЕРИНОВОЙ КИСЛОТЫ
3. ПИРУВАТА
4. Альфа- КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ
5. СУКЦИНАТА
4.ИЗОЦИТРАТА
7. МАЛАТА
СО2 образуется на этапе превращения:
1. ПИРУВATА
2. ОКСАЛОСУКЦИНАТА
3. Альфа - КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ.
АТФ образуется:
А. За счёт реакций СУБСТРАТНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ на этапе превращения:
1. 1,3-ДИФОСФОГЛИЦЕРИНОВОЙ К-ТЫ
2. 2-ФОСФОЕНОЛПИРУВАТА
3. СУКЦИНИЛА-КОА
В. За счёт реакций ОКИСЛИТЕЛЬНОГОФОСФОРИЛИРОВАНИЯ на этапе превращения:
1. ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД-3-ФОСФАТА
2. ПИРУВАТА
3. ИЗОЦИТРАТА
4. альфа – КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ
5. СУКЦИНАТА
6. МАЛАТА.
Энергетический эффект окисления глюкозы в аэробных условиях составляет 38 АТФ, глюкозного остатка гликогена 39 АТФ.
Гексозомонофосфатный путь
ГЕКСОЗОМОНОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ ПРЕВРАЩЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ
В ТКАНЯХ, ХИМИЗМ РЕАКЦИЙ.
Окисление глюкозы по этому пути протекает в цитоплазме клеток и представлено двумя последовательными ветвями: окислительной и неокислительной. Особенно активно этот путь протекает в тех органах и тканях, в которых активно синтезируются липиды (печень, почки, жировая и эмбриональная ткань, молочные железы).
Биологическая роль этого пути окисления глюкозы связывается прежде всего с производством двух веществ:
1.НАДФ*Н2, который в отличие от НАДН2 , не окисляется в дыхательной цепи митохондрий, а используется в клетках в реакциях синтеза и восстановления и гидроксилирования веществ.
2.РИБОЗО-5-ФОСФАТ и его производные, которые используются в клетке для синтеза важнейших биологических молекул: нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), нуклеозидтрифосфатов(НТФ) коферментов (, НАД, ФАД, Н5КОА).
Биологическая роль:1 .АНАБОЛИЧЕСКАЯ.
2.ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ. При низком энергетическом статусе клетки излишки пентоз путём обратных реакций неокислительного пути превращаются в глицеральдегид-3-фосфат и фруктозо-6-фосфат которая затем включаются в анаэробный гликолиз, поддерживая биоэнергетику клеток в кризисных ситуациях.
Гексозомонофосфатный путь катаболизма глюкозы ещё обозначают как пентозный путь.
Окислительная стадия гексозомонофосфатного пути катаболизма глюкозы отличается от классического - гексозодифосфатного пути с этапа превращения глюкозо-6-фосфата:
рис. Окислительная стадия гексозомонофосфатного пути катаболизма глюкозы
Неокислительная стадия гексозомонофосфатного пути катаболизма глюкозы представлена двумя ТРАНСКЕТОЛАЗНЫМИ реакциями и одной ТРАНСАЛЬДОЛАЗНОЙ.
В результате этих реакций образуются субстраты для ГЛИКОЛИЗА, а также вещества характерные для ПЕНТОЗНОГО пути.
1. ТРАНСКЕТОЛАЗНЫЕ реакции:
2. ТРАНСАЛЬДОЛАЗНАЯ реакция:
А) СЕДОГЕПТУЛОЗО-7-Ф + ГЛИЦЕРАЛЬД-3-Ф = ФРУКТОЗО-6-Ф + ЭРИТРОЗО-4-Ф.
Баланс окислительной и неокислительной стадий гексозомонофосфатного пути превращения глюкозы можно записать в виде суммарного уравнения реакции.
Глюконеогенез
ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ
Основными источниками глюкозы для организма человека являются:
1. углеводы пищи;
2. гликоген тканей;
3. глюконеогенез.
ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ - это биосинтез глюкозы из неуглеводных предшественников, главными из которых являются ПИРУВАТ, ЛАКТАТ, ГЛИЦЕРИН, МЕТАБОЛИТЫ ЦТК КРЕБСА, АМИНОКИСЛОТЫ.
ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ возможен не во всех тканях. Главным местом синтеза глюкозы является печень, в меньшей степени процесс идёт в почках и слизистой кишечника. Биологическая роль глюконеогенеза заключается не только в синтезе глюкозы, но и в возвращении лактата, образованного в реакциях анаэробного ГЛИКОЛИЗА, в клеточный фонд углеводов. За счет этого процесса поддерживается уровень глюкозы в тканях в кризисных ситуациях (при углеводном голодании, сахарном диабете, тканевой гипоксии).
Большинство реакций ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА представляют собой обратные реакции ГЛИКОЛИЗА, за исключением трёх термодинамически необратимых: ПИРУВАТКИНАЗНОЙ, ФОСФОФРУКТОКИНАЗНОЙ, ГЕКСОКИНАЗНОЙ. Эти реакции при ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗЕ имеют обходные пути и связаны с образованием 2-фосфоенолпирувата, фруктозо-6-фосфата и глюкозы.
Обходные реакции
Образовавшаяся в реакциях глюконеогенеза, глюкоза может вновь участвовать в клеточном метаболизме как пластический, энергетический материал, откладываться про запас в виде гликогена.
Биосинтез и распад гликогена
БИОСИНТЕЗ И РАСПАД ГЛИКОГЕНА В ТКАНЯХ.
ГЛИКОГЕНОВЫЕ БОЛЕЗНИ.
Было установлено, что гликоген может синтезироваться практически во всех органах и тканях. Однако наибольшая его концентрация обнаружена в печени (2-6%) и мышцах (0,5-2%). Поскольку мышечная масса организма человека велика, то большая часть гликогена организма содержится в мышцах. Глюкоза из крови легко проникает в клетки органов и тканей, проходя через биологические мембраны клеток. Как только глюкоза поступает в клетку, она метаболизируется в ней в результате первой химической реакции. фосфорилирование глюкозы происходит в присутствии АТФ и фермента - гексокиназы. Глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат . Этот эфир глюкозы теперь будет использоваться в анаболических и катаболических реакциях. Глюкоза из клетки может выйти только после реакции гидролиза при участии глюкозо-6-фосфатазы. Этот фермент есть в печени, почках, эпителии кишечника. В других органах, тканях его нет. Процесс биосинтеза гликогена протекает в 4 стадии:
Гликогенсинтаза – является трансферазой, которая переносит остатки глюкозы, входящие в УДФ- глюкозу, на гликозидную связь остаточного в клетке гликогена, при этом образуется альфа(1,4)-гликозидные связи.
Образование альфа(1,6)-гликозидных связей в точках ветвления гликогена катализирует специальный гликоген-ветвящий фермент.
Образовавшийся в последней реакции УДФ, превращается в УТФ, при этом при биосинтезе гликогена поглощается еще 1 молекула АТФ.
Таким образом, на каждую молекулу глюкозы, включающуюся в структуру гликогена, расходуется 2 молекулы АТФ.
Гликоген в клетках накапливается во время пищеварения и рассматривается как резервная форма глюкозы, которая используется клетками в промежутках между приёмами пищи.
РАСПАД ГЛИКОГЕНА
Существуют 2 пути распада гликогена в тканях:
1. фосфоролитический путь (основной путь)
Протекает в печени, почках, эпителии кишечника. Схематически его можно записать в виде 3 реакций:
2. амилолитический путь (неосновной).
Протекает в печени при участии 3 ферментов: альфа -амилазы, амило-1,6-гликозидазы, гамма - амилазы.
Альфа – амилаза расщепляет в структуре крахмала альфа-1,4-гликозидные связи, амило-1,6-гликозидаза-гликозидные связи в точках ветвления, гамма-амилаза гидролизует концевые гликозидные связи в боковых ветвях гликогена.
ГЛИКОГЕНОЗЫ - болезни, связанные с нарушением процессов распада гликогена, при этом в клетках печени, почек, мышц гликоген накапливается в большом количестве. Клинически эти заболевания проявляются увеличением печени, мышечной слабостью, гипоглюкоземией натощак. Больные умирают в раннем детском возрасте. Наиболее часто встречаются следующие заболевания:
1.Болезнь Герса (генетический дефект фермента - фосфорилазы печени ).
2. Болезнь Мак-Ардля (генетический дефект фермента - фосфорилазы мышц ).
3. Болезнь Помпе (генетический дефект фермента - амило- 1,4-гликозидазы ).
4. Болезнь Кори (генетический дефект фермента - амило-1.6-гликозидазы ).
5. Болезнь Гирке (генетический дефект фермента - глюкозо-
6-фосфатазы).
АГЛИКОГЕНОЗЫ- болезни связанные с нарушением процессов синтеза гликогена в тканях. Характерными проявлениями нарушения синтеза гликогена являются: резкая гипогликемия натощак, рвоты, судороги, потеря сознания. Углеводное голодание клеток мозга приводит к нарушению психо-физического развития у детей. Смерть наступает в раннем детском возрасте. Наиболее часто встречаются:
1. Болезнь Льюиса (генетический дефект фермента – гликогенсинтазы ).
2. Болезнь Андерсена ( генетический дефект фермента - гликоген-ветвящего).
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 59; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!