биохимия животных коллоквиум по углеводам. БИОХИМ 2 коллок углеводы. Биохимия коллоквиум 2 Обмен углеводов
 Скачать 341 Kb.
|
|
БИОХИМИЯ Коллоквиум 2/2. Обмен углеводов Углеводы в животном организме. Биологическое значение углеводов. ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ • Энергетическая – преимущество углеводов состоит в способности глюкозы окисляться как в аэробных, так и в анаэробных условиях; • Защитно-механическая – основное вещество трущихся поверхностей суставов, в сосудах, слизистых; • Опорная – целлюлоза в растениях, хондроитинсульфат в кости; • Структурная – в соединительной ткани, оболочке бактериальных клеток; Углеводы наряду с белками и липидами являются важнейшими биологическими соединениями. В организме животных имеются несколько десятков разных моносахаридов и много различных олиго- и полисахаридов. Функции углеводов заключаются в том, что они, прежде всего, служат источником энергии. За счет их окисления обеспечивается около половины всей потребности животного в энергии, при этом главная роль принадлежит глюкозе и гликогену. Углеводы входят в состав структурно-функциональных компонентов клеток. Из углеводов могут синтезироваться соединения других классов, в частности липиды и некоторые аминокислоты. В организме животных и человека наиболее распространенным углеводом является глюкоза. Глюкоза – постоянная составная часть крови. Несмотря на периодическое поступление и постоянное изымание клетками, уровень глюкозы в крови поддерживается на определенном постоянном, характерном для каждого вида животного уровне. Переваривание углеводов в желудочно-кишечном тракте.  Особенности переваривания углеводов у жвачных животных. Роль клетчатки. растительный корм жвачных состоит из сложной смеси гомополисахарида целлюлозы (клетчатки), пентозанов и гексозанов. Пищеварительный тракт жвачных животных приспособлен для симбиотического переваривания целлюлозы; их желудок состоит из четырех отделов: рубец, сетка, книжка и сычуг. Рубец - самый большой из отделов желудка жвачных (ПО-150л). Рубец вмещает до 90 кг корма (около 20 % массы тела). В 1 г содержимого рубца находится до Ю10 микроорганизмов. Микрофлора рубца представлена разнообразными микроорганизмами: целлюлотические, молочнокислые бактерии, стрептококки, клостридии и др., простейшие (около 100 видов инфузорий), а также низшие грибы (актиномицеты, плесени и др.). Количество бактерий и простейших зависит от состава кормов. Бактерии и простейшие рубца продуцируют ферменты, расщепляющие полисахариды кормов. Крахмал кормов гидролизуется ферментами стрептококков, инфузорий. Синтезируемые Bact.cellulasae ферменты целлюлаза (3.2.1.4) и целлобиаза (3.2.1.21) расщепляют клетчатку до глюкозы: Под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами рубца, глюкоза подвергается различным видам брожения с образованием летучих жирных кислот (ЛЖК): пропионовой, уксусной, масляной, а также молочной и пировиноградной кислот и газов (в норме метана 20-28 %, С02 60-70%, N02h 02). За сутки в рубце КРС образуется 3000-7000 г, овцы 200-500 г ЛЖК. Основная масса жирных кислот всасывается в кровь в преджелудках и других отделах пищеварительного тракта. Микроорганизмы рубца расщепляют сложные углеводы до простых сахаров, которые в дальнейшем сбраживаются до уксусной, пропионовой, масляной и других кислот. Образующиеся в рубце летучие жирные кислоты (ЛЖК) составляют у жвачных основной источник энергии (до 70% от общей потребности). Летучие жирные кислоты всасываются в рубце. Если в рационе много грубых кормов, богатых клетчаткой, то в рубце возрастает содержание уксусной кислоты Часть из них используется микроорганизмами для синтеза аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, липидов и других веществ (рис. 3.5). Перевариваясь в нижележащих участках пищеварительного тракта, микроорганизмы обеспечивают организм-хозяин биологически важными соединениями, например, витаминами. За счет всосавшихся в преджелудках жирных кислот организм КРС может на 50-70 % удовлетворять свои энергетические потребности. При высоком содержании в рационе крахмала и моносахаридов бактериальное разложение клетчатки ухудшается, т.к. микроорганизмы начинают усваивать более доступный материал (крахмал). При поедании растительных кормов, хорошо подвергающихся бродильным процессам, из-за образования большого количества углекислого газа и метана в рубце наблюдается острая тимпания, что может привести к гибели животного. Содержание сахара в крови. Гипергликемия и гипогликемия. Уровень глюкозы крови легко изменяется Концентрация глюкозы в крови и моче является одним из главнейших биохимических показателей в клинико-диагностической практике. Для цельной крови нормальным считается уровень 3,3-5,5 ммоль/л. гипо гипергликемия – самые частые. Служат показателями любых нарушений УО. Гипергл может быть алиментарной, гормональной, нейрогенной, при поражении б клеток поджелудочной. При диабете наблюдается гипергликемия и гиполактоцидемия. Гипергл сопровожд глюкозурией, ее причины – поражения поджелудочной и нарушения процессов реабсорбции в почечных канальцах. Проявл при инф болезнях, нервных расстройствах и сотрясах. Гипергл может сопровождаться при других болезнях, например гипофизарных. Гипогл краткое голодание, физ нагрузка, недостаток гликемических гормонов связана с нарушением тех эндокринных желез при повышении функций которых наблюд гипергл Гипергликемические состояния Гипергликемическим является состояние, при котором концентрация глюкозы в крови более 6 ммоль/л. По происхождению выделяют две группы таких состояний: Физиологические • алиментарные – связаны с приемом пищи и продолжаются в норме не более 2 часов после еды. • нейрогенные – нервное напряжение, стимулирующее секрецию адреналина и мобилизацию гликогена в печени, • гипергликемия беременных – связана с относительной недостаточностью инсулина при развитии временной инсулинорезистентности. Патологические • при заболеваниях гипофиза, коры и мозгового слоя надпочечников, щитовидной железы, связанных с избытком гликемических гормонов, • при органических поражениях ЦНС, • поражении β-клеток поджелудочной железы (сахарный диабет 1 типа). Гипогликемические состояния Гипогликемическим является состояние, при котором концентрация глюкозы в крови ниже 3,5 ммоль/л. Причиной гипогликемий может явиться: Физиологические • краткое или долгосрочное голодание, • длительная истощающая физическая нагрузка. Патологические • гиперинсулинизм в результате передозировки или инсулиномы (инсулинпродуцирующая опухоль) или при пониженной активности инсулиназы (синдром Мак-Куорри), • гликогенозы, • недостаток гликемических гормонов при гипопитуитаризме, аддисоновой болезни, • у недоношенных и новорожденных – охлаждение, малые запасы гликогена в печени и ее общая незрелость, • заболевания кишечника, гельминтозы, дисбактериозы. Поддержание постоянства уровня сахара в крови. Гликогенная функция печени. Глюкогенез и Глюконеогенез. В поддержании постоянства уровня сахара в крови участвуют различные биологические процессы, среди которых наибольшее значение имеют: - образование и распад гликогена в печени (глюкогеная функция печени) - глюконеогенез- синтез глюкозы из веществ неуглеводной природы. Центральным продуктом является пируват. Глюкоза может синтезироваться из различных метаболитов, но все превращаются в пируват. Имеют большое значение 2 процесса: Глюкозо-лактатный цикл и глюкозо-аланиновый цикл. Они связаны продуктами цикла Кребса Механизм образования и распада гликогена в печени. Избыточное количество глюкозы, поступающее с кровью из жкт, в клетках печени превращается в гликоген. Реакции синтеза катализируется 1,4 и 1,6 гоюокзилтрансферазами. В условиях недостаточного поступления глюкозы в кровь или снижения ее уровня, гликоген печени расщепляется путем фосфорилаза и служит источником глюкозы. Гликоген синтезируется во всех клетках организма. Много в лимофидной ткани и мышечной, где служит легко мобилизуемым источником энергии. Глюконеогенез. Глюкозо-аланиновый и глюкозо-лактатный циклы. глюконеогенез- синтез глюкозы из веществ неуглеводной природы. Центральным продуктом является пируват. Глюкоза может синтезироваться из различных метаболитов (белкового и липидного обмена), но все превращаются в пируват. Имеют большое значение 2 процесса: Глюкозо-лактатный цикл и глюкозо-аланиновый цикл. Они связаны продуктами цикла Кребса. Глюкозоаланиновый связан с альфа кетоглутаратом, а другой с оксалоацетатом Анаэробный распад углеводов. Гликолиз, гликогенолиз. Анаэробный распад углеводов может начинаться как с распада глюкозы - гликолиза, так и с распада гликогена - гликогенолиза. В основном этот путь распада характерен для мышц. Гликолиз – биохимический процесс, в ходе которого молекула глюкозы в 10 последовательный реакциях расщепляется до двух молекул ПВК (пируват) Гликолиз 2 стадии по 5 реакций в каждой. 1 подготовительная, 2 энергетическая Если гликолиз начинается с предварительного расщепления гликогена, т.е. источником глюкозы яляется гликоген, то процесс назыв гликогенолиз 1 стадия 1) фосфорилирование глюкозы, фермент гексокиназа. Расходуется АТФ, продукт реакции глюкоза 6 фосфат. 2) изомеризация глюкоза6фосфат в фруктоза6фосфат. Фермент фосфоглюкоизомераза 3)фосфорилирование фруктозы6фосфат с образованием фруктоза1,6дифосфат. Фермент фосфофруктокиназа, расход АТФ. Определяет скорость гидролиза в целом, необратима, протекает в присутствии ионов магния 4) альдозная реакция, фермет альдолаза. Фруктоза1,6дифосфат расщепляется на 2 фсфотриозы: диоксиацетонфосфат и фосфоглицериновый альдегид 5) изомеризация триозофосфатов. Катализируется триозофосфатизомеразой. В первой стадии в реакциях фосфорилирования расход 2 молекул АТФ и рбразуется триозофосфаты – 2 молекулы 3фосфоглицеральдегида, которые вовлекаются в окисление 2 стадии 2 стадия Окислит фосфорилирование глицеральдегид3фосфата. Фермент НАД содержащая дегидрогеназа, участвует неорг фосфат, продукт реакции макроэрг соединение 1,3дифосфоглицерат. Выделяется НАДН2. ЗНАЧЕНИЕ в том, что энергия при окислении запасается в макроэрг фосфатной связи Катализируется фосфоглицераткиназой, передача богатого энергией фосфатного остатка на АДФ с образованием АТФ и 3фосфоглицериновой кислоты Внутримолекулярный перенос фосфатной группы, превращение 3фосфоглицерата в 2фосфоглицерат. Фермент фосфоглюкомутаза Реакция дегидратации. 2фосфоглицерат в результате отщепления молекулы Н20 превращается ф фосфоенолПВК, а фосфатная связь в положении 2 становится высокоэргической Перенос макроэргической фосфатной группы на АДФ, фермент пируваткиназа, продукт пируват и выделение АТФ Образуются 2 молекулы пируват, выделяются 2НАДН2 и 4 АТФ СУММАРНОЕ УРАВНЕНИЕ глюкоза – 2 пируват + 2 НАДН2 + 2 АТФ Сущность анаэробного распада углеводов заключается в расщеплении активированной глюкозы (фосфоглюкозы) на 2 молекулы молочной кислоты. Образующаяся в ходе этого процесса энергия частично расходуется в виде тепла, частично накапливается (аккумулируется) в макроэргических соединениях типа АТФ. При гликолизе образуются 2, а при гликогенолизе - 3 молекулы АТФ. Гликогенолиз начинается с отщепления от гликогена под действием фермента фосфорилазы одной молекулы глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата, который превращается (изомери-зуется) в глюкозо-6-фосфат. При гликолизе глюкоза гексокиназой при участии АТФ (как источника энергии) превращается в глюкозо-6-фосфат. Различия гликолиза и гликогенолиза Существуют только на начальных стадиях, до образования глюкозо-6-фосфорно-го эфира, с которого эти два процесса идут одинаково. В дальнейшем глюкозо-6-фосфат превращается во фруктозо-1,6-ди-фосфат, который под действием фермента альдолазы расщепляется на 2 молекулы триоз (моносахаридов, состоящих из 3 углеродных атомов) - фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон Следующий этап превращения является одним из важнейших процессов анаэробного распада углеводов - это окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой образуются две молекулы 1,3-дифосфоглицериновой кислоты. Это соединение важно тем, что в ходе реакции оно накапливает энергию, которая идет на образование двух молекул АТФ. Существенным моментом реакции также является выделение 4 атомов водорода, которые участвуют в гликолизе на последнем этапе - восстанавливают пировиноградную кислоту до молочной Первый этап гликолиза. Альдолазная реакция. Особенности превращения фосфотриоз. Гликолиз – биохимический процесс, в ходе которого молекула глюкозы в 10 последовательный реакциях расщепляется до двух молекул ПВК (пируват) Гликолиз 2 стадии по 5 реакций в каждой. 1 подготовительная, 2 энергетическая 1 стадия 1) фосфорилирование глюкозы, фермент гексокиназа. Расходуется АТФ, продукт реакции глюкоза 6 фосфат. 2) изомеризация глюкоза6фосфат в фруктоза6фосфат. Фермент фосфоглюкоизомераза 3)фосфорилирование фруктозы6фосфат с образованием фруктоза1,6дифосфат. Фермент фосфофруктокиназа, расход АТФ. Определяет скорость гидролиза в целом, необратима, протекает в присутствии ионов магния 4) альдозная реакция, фермет альдолаза. Фруктоза1,6дифосфат расщепляется на 2 фосфотриозы: диоксиацетонфосфат и фосфоглицериновый альдегид 5) изомеризация триозофосфатов. Катализируется триозофосфатизомеразой. В первой стадии в реакциях фосфорилирования расход 2 молекул АТФ и образуется триозофосфаты – 2 молекулы 3фосфоглицеральдегида, которые вовлекаются в окисление 2 стадии Вторая стадия гликолиза. Особенности окисления фосфоглицеринового альдегида. Образование АТФ. 2 стадия 1) Окислит фосфорилирование глицеральдегид3фосфата. Фермент НАД содержащая дегидрогеназа, участвует неорг фосфат, продукт реакции макроэргическое соединение 1,3дифосфоглицерат. Выделяется НАДН2. ЗНАЧЕНИЕ в том, что энергия при окислении запасается в макроэрг фосфатной связи 2) Катализируется фосфоглицераткиназой, передача богатого энергией фосфатного остатка на АДФ с образованием АТФ и 3фосфоглицериновой кислоты 3) Внутримолекулярный перенос фосфатной группы, превращение 3фосфоглицерата в 2фосфоглицерат. Фермент фосфоглюкомутаза 4) Реакция дегидратации. 2фосфоглицерат в результате отщепления молекулы Н20 превращается ф фосфоенолПВК, а фосфатная связь в положении 2 становится высокоэргической 5) Перенос макроэргической фосфатной группы на АДФ, фермент пируваткиназа, продукт пируват и выделение АТФ Брожение углеводов. Виды брожения. Брожение – анаэробный распад органических молекул. В основе гликолиз. Различаются по образующимся продуктам Молчно кислое брожение – гликолиз с последующим прервщанием пирувата в лактат. В основе жизнедеятельности молочнокислых бактерий. Спиртовое брожение - у некоторых анаэробов и у дрожжей пируват превращается в этиловый спирт. Пропионовокислое маслянокислое и другие Пути превращения пирувата в клетке. 3 способами 1. Молчно кислое брожение – гликолиз с последующим прервщанием пирувата в лактат. В основе жизнедеятельности молочнокислых бактерий. Спиртовое брожение - у некоторых анаэробов и у дрожжей пируват превращается в этиловый спирт. Пропионовокислое маслянокислое и другие 2 – ац КоА. В аэр условиях ПВК подвергается окислительным декарбоксилированию в присутсвтии кофермента А и превращается в ацКоА. Дальше окисление в цикле Кребса с последующим переносом электронов в дыхательной цепи.. Аэробный путь распада углеводов (прямое окисление). Биологическое значение. Аэробное окисление – отдельный биохимический процесс, по биоэнергетике не является главным. Называют еще прямым оксилением или пентозо-фосфатный путь. Пентозо-фосфатный путь окисления выполняет в клетке специфические функции, начиная с этого способа окисления, так же можно дойти и до СО2 и Н20. Биол значение: - для образования восстановителей НАДФН - для синтеза фосфорилирования пентоз - оздает условия для взаимного превращения различных моносахаридов Восстановители НАДН необходим для окисления в цитоплазме для восстановителей синтеза ВЖК Цикл Кребса. Биологическое значение. Цикл Кребса – самый жизненноважный цикл любой живой клетки и служит для полного окисления остатков уксусной кислоты, которык поступают в виде КоА. Состоит из 8 основных реакций: АцКоа – 2СО2 + 1АТФ + 3НАДН2 + 1ФАДН2 ВАЛОВОЕ УРАВНЕНИЕ Главная значимость цикла в том, что создается после главного оборота поток атомов Н в количестве 8 шт, которые выделяются как 3 НАДН2 и 1 ФАДН2. В дальнейшем энергия протонов превращается в АТФ, для этого существуют мультиферментная система – дых цепь. Валовое уравнение цикла трикарбоновых кислот. Цикл Кребса – самый жизненноважный цикл любой живой клетки и служит для полного окисления остатков уксусной кислоты, которык поступают в виде КоА. Состоит из 8 основных реакций: АцКоа – 2СО2 + 1АТФ + 3НАДН2 + 1ФАДН2 ВАЛОВОЕ УРАВНЕНИЕ Схема полного окисления одной молекулы глюкозы. Энергетика процесса.  Первая стадия гликолиз Глюкоза – 2пируват 2НАДН2 + 2 АТФ Вторая – окислительное декарбоксилирование пирувата 2 Пируват – 2ацКоА + 2НАДН2 Третья – окисление 2 молекул ацКоА в цикле кребса с последующим переносом электронов в дых цепи 2 ацКоА = 2атф +6НАДН2 + ФАДН2 =24 АТФ Суммарный выход 38 молекул АТФ Основные пути использования глюкозы в организме. Химическое превращение глюкозы начинаетсч с ее фосфорилирования с ферментами гексо или глюкокиназ с образованием глюкоза6фофсат. Она же и используется в 3 направлениях. Синтез гликогена. Превращение глюкозы6фосфат в глюкозу1фосфат, катализируемая фосфоглюкомутазой. Аэробное окисление или пентозофосфатный путь превращения. Перваая реакция – прямое окисление 6фосфоглюкозы с образованием 6фосфоглюконат. Вовлечение глюкозы в гликолиз Патологии углеводного обмена. Причины возникновения. Нарушения углев обмена зависят от наруш процессов нейрогуморальной регуляции, эти нарушения можно увидеть на разных стадиях, как катаб так и анаб. 1)гипо гипергликемия 2)гексо гипергликемия 3)Гликогенозы и агликогенозы Причины: нарушения переваримости ивсасывания, промежуточный обмен, нейрогуморальная регуляция Основные типовые формы нарушений углеводного обмена. Нарушения углев обмена зависят от наруш процессов нейрогуморальной регуляции, эти нарушения можно увидеть на разных стадиях, как катаб так и анаб. 1)гипо гипергликемия – самые частые. Служат показателями любых нарушений УО. Гипергл может быть алиментарной, гормональной, еще какой то При диабете наблюдается гипергликемия и гиполактоцидемия. Гипергл сопровожд глюкозурией, ее причины – поражения поджелудочной и нарушения процессов реабсорбции в почечных канальцах. Проявл при инф болезнях, нервных расстройствах и сотрясах. Гипергл может сопровождаться при других болезнях, например гипофизарных. Нарушения УО могут проявляться и при гипоксии, высотной болезни 2)гексо гипергликемия 3)Гликогенозы и агликогенозы Наследованные болезни, связанные с отличием определенных ферментов, участвующих в процессах синтеза (распада гликогена) Болезнь Гирке Болезнь Андерсена Гипо- и гипергликемия. Гликогенозы. гипо гипергликемия – самые частые. Служат показателями любых нарушений УО. Гипергл может быть алиментарной, гормональной, еще какой то При диабете наблюдается гипергликемия и гиполактоцидемия. Гипергл сопровожд глюкозурией, ее причины – поражения поджелудочной и нарушения процессов реабсорбции в почечных канальцах. Проявл при инф болезнях, нервных расстройствах и сотрясах. Гипергл может сопровождаться при других болезнях, например гипофизарных. Нарушения УО могут проявляться и при гипоксии, высотной болезни Гипогл связана с голоданием, заболеваниям жкт, недостаточной выработкой гормона глюкагона Гликогенозы - наследованные болезни, связанные с отличием определенных ферментов, участвующих в процессах синтеза (распада гликогена) Болезнь Гирке Болезнь Андерсена |