Шпоры по БХ. Истмэнергии. Катаболизм, анаболизм. Осне разделы и направления в биохимии. Значение биохимии для биологии и мед
 Скачать 0.75 Mb.
|
|
трансмембранного переноса глюкозы. Примеры нарушения переваривания углеводов Углеводы входят в состав всех клеточных структур. Они делятся на 3 основные группы моносахариды (альдозы и кетозы, олигосахариды дисахариды, трисахариды и т.д.) и полисахариды (гомо и гетерополисахариды).Функции углеводов - энергетическая функция - пластическая функция - защитная функция(глюкуроновая кислота участвует в обезвреживании токсичных и чужеродных соединений, а гепарин играет важную роль в противосвертывающей системе крови) Общая формула всех углеводов C m (H 2 O) n . Моносахариды - производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу. В зависимости от положения в молекуле карбонильной группы моносахариды подразделяют на альдозы и кетозы. В пище человека (фрукты, мёд, соки) содержится в основном глюкоза и фруктоза. Глюкоза является альдогексозой. Она может существовать в линейной и циклической формах. Расположение Ни ОН-групп относительно пятого углеродного атома определяет принадлежность глюкозы кили ряду. В организме млекопитающих моносахариды находятся в конфигурации, так как к этой форме глюкозы специфичны ферменты, катализирующие её превращения. Фруктоза является кетогексозой (кетогругша находится у второго углеродного атома. Фруктоза также, как и глюкоза, существует в циклической форме, образуя α- и β-аномеры. Олигосахариды содержат несколько (от двух до десяти) остатков моносахаридов, соединённых гликозидной связью. Дисахариды - наиболее распространённые олигомерные углеводы. В пище содержатся в основном такие дисахариды, как сахароза, лактоза и мальтоза. Сахароза - дисахарид, состоящий из глюкозы и фруктозы, соединённых α,β-1,2-гликозидной связью. В сахарозе обе аномерные ОН-группы остатков глюкозы и фруктозы участвуют в образовании гликозидной связи. Лактоза - молочный сахар важнейший дисахарид молока млекопитающих. В лактозе аномерная ОН-группа первого углеродного атома остатка галактозы связана β-гликозидной связью с четвёртым углеродным атомом глюкозы (связь. Мальтоза поступает с продуктами, содержащими частично гидролизованный крахмал, например, солод, пиво. Мальтоза также образуется при расщеплении крахмала в кишечнике. Мальтоза состоит из двух остатков глюкозы, соединённых α-1,4-гликозидной связью. Полисахариды-в зависимости от строения остатков моносахаридов можно разделить на гомополисахариды (все мономеры идентичны) и гетерополисахариды (мономеры различны. В пище человека в основном содержатся полисахариды растительного происхождения - крахмал, целлюлоза. В меньшем количестве поступает полисахарид животных - гликоген. Крахмал - наиболее важный углеводный компонент пищевого рациона. Это резервный полисахарид растений, содержащийся в наибольшем количестве в зёрнах злаков (пшеница, кукуруза, рис и др, а также луковицах, стеблях и клубнях растений. Крахмал - разветвлённый полисахарид, состоящий из остатков глюкозы (гомогликан). Он находится в клетках растений в виде гранул, практически нерастворим вводе. Крахмал состоит из амилозы и амилопектина. Целлюлоза (клетчатка) - основной структурный полисахарид растений. Целлюлоза - линейный полисахарид гомогликан, построенный из остатков глюкозы, соединённых между собой β-1,4- гликозидными связями. Пищеварительная система человека не имеет ферментов, гидролизующих связи в полисахаридах. Поэтому целлюлоза - неиспользуемый углевод, но этот пищевой компонент необходим для нормального протекания переваривания. Гликоген - полисахарид животных и человека. Также, как крахмал в растениях, гликоген в клетках животных выполняет резервную функцию, но, так как в пище содержится лишь небольшое количество гликогена, он не имеет пищевого значения.Гликоген представляет собой структурный аналог крахмала, но имеет большую степень ветвления. Переваривание углеводов = это гидролиз гликозидных связей в молекулах ди, олиго и полисахаридов пищи ферментами слюны, поджелудочной железы и клеток кишечника. В слюне присутствует гидролитический фермент амилаза (α-1,4-гликозидаза), расщепляющая в крахмале α-1,4-гликозидные связи. В ротовой полости не может происходить полное расщепление крахмала, так как действие фермента на крахмал кратковременно. Кроме того, амилаза слюны не расщепляет α- 1,6-гликозидные связи (связи в местах разветвлений, поэтому крахмал переваривается лишь частично с образованием крупных фрагментов - декстринов и небольшого количества мальтозы. Следует отметить, что амилаза слюны не гидролизует гликозидные связи в дисахаридах. Желудочный сок не содержит ферментов, расщепляющих углеводы. С секретом поджелудочной железы в кишечник поступает панкреатическая амилаза. Этот фермент гидролизует α-1,4- гликозидные связи в крахмале и декстринах. Ферменты, расщепляющие гликозидные связи в дисахаридах (дисахаридазы), образуют ферментативные комплексы, локализованные на наружной поверхности цитоплазматической мембраны энтероцитов. Моносахариды, образовавшиеся в результате переваривания, всасываются эпителиальными клетками кишечника с помощью специальных механизмов транспорта через мембраны этих клеток. Транспорт моносахаридов в клетки слизистой оболочки кишечника может осуществляться разными способами путём облегчённой диффузии по градиенту концентрации и активного транспорта по механизму симпорта за счет градиента концентрации ионов Na + . поступает в клетку по градиенту концентрации, и одновременно глюкоза транспортируется против градиента концентрации (вторично-активный транспорт. Следовательно, чем больше градиент Na + , тем больше поступление глюкозы в энтероциты. Перенос в клетки слизистой оболочки кишечника по механизму вторично-активного транспорта характерен также для галактозы. После всасывания моносахариды (главным образом, глюкоза) покидают клетки слизистой оболочки кишечника через мембрану с помощью облегчённой диффузии в кровеносную систему. В основе патологии переваривания и всасывания углеводов могут быть причины двух типов:дефекты ферментов, участвующих в гидролизе углеводов в кишечнике и нарушение всасывания продуктов переваривания углеводов в клетки слизистой оболочки кишечника. В обоих случаях возникают нерасщеплённые дисахариды или моносахариды. Эти невостребованные углеводы поступают в дистальные отделы кишечника, изменяя осмотическое давление содержимого кишечника. Кроме того, оставшиеся в просвете кишечника углеводы частично подвергаются ферментативному расщеплению микроорганизмами с образованием органических кислот и газов. Всё вместе приводит к притоку воды в кишечник, увеличению объёма кишечного содержимого, усилению перистальтики, спазмами болям, а также метеоризму. Метаболизм глюкозы в клетках. После всасывания в кишечнике моносахариды поступают в воротную вену и далее преимущественно в печень. Поскольку в составе основных углеводов пищи преобладает глюкоза, её можно считать основным продуктом переваривания углеводов. Часть глюкозы в печени депонируется в виде гликогена, а другая часть через общий кровоток доставляется и используется разными тканями и органами. Метаболизм глюкозы в клетках всех тканей начинается с реакции фосфорилирования и превращения в глюкозо-6-фосфат (с использованием АТФ. Существуют два фермента, катализирующих фосфорилирование глюкозы в печении поджелудочной железе - фермент глюкокиназа, во всех других тканях – гексокиназа. Плазматическая мембрана клеток непроницаема для фосфорилированной глюкозы (нет соответствующих транспортных белков) и, следовательно, она уже не может из них выйти. Кроме того, фосфорилирование уменьшает концентрацию свободной глюкозы в цитоплазме. В результате создаются благоприятные условия для облегчённой диффузии глюкозы в клетки из крови. Хотя инсулин и не влияет на транспорт глюкозы, он усиливает приток глюкозы в гепатоциты в период пищеварения косвенным путём, индуцируя синтез глюкокиназы и ускоряя тем самым фосфорилирование глюкозы. Дефосфорилирование глюкозо-6- фосфатаПревращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу возможно в печени, почках и клетках эпителия кишечника. В клетках этих органов имеется фермент глюкозо-6-фосфатаза, катализирующая отщепление фосфатной группы гидролитическим путём: Глюкозо-6-фосфат +НО → Глюкоза + Н 3 РО 4 Образовавшаяся свободная глюкоза способно диффундирует из этих органов в кровь. В зависимости от физиологического состояния организма и типа ткани глюкозо-6-фосфат может использоваться в клетке в различных превращениях, основными из которых являются синтез гликогена, катаболизм с образованием СО и НО, синтез пентоз. Распад глюкозы до конечных продуктов служит источником энергии для организма. Вместе стем в процессе метаболизма глюкозо-6-фосфата образуются промежуточные продукты, используемые в дальнейшем для синтеза аминокислот, нуклеотидов, глицерина и жирных кислот. Таким образом, глюкозо-6-фосфат - не только субстрат для окисления, но и строительный материал для синтеза новых соединений. Биосинтез и мобилизация гликогена. Активная и неактивная формы гликогенфосфорилазы и гликогенсинтетазы ,мех-м их взаимодействия, физиологическое значение резервирования и мобилизации гликогена. Гликогенозы и агликогенозы. Многие ткани синтезируют в качестве резервной формы глюкозы гликоген. Резервная роль гликогена обусловлена двумя важными свойствами он осмотически неактивен и сильно ветвится, благодаря чему глюкоза быстро присоединяется к полимеру при биосинтезе и отщепляется при мобилизации. Синтез и распад гликогена обеспечивают постоянство концентрации глюкозы в крови и создают депо для её использования тканями по мере необходимости. Гликоген - разветвлённый полисахарид, в котором остатки глюкозы соединены в линейных участках α-1,4-гликозидной связью. В точках ветвления мономеры соединены α-1,6-гликозидными связями. Гликоген хранится в цитозоле клетки в форме гранул. Гликоген депонируется главным образом в печении скелетных мышцах. Распад гликогена печени служит в основном для поддержания уровня глюкозы в крови. Синтез гликогена (гликогеногенез). Гликоген синтезируется в период пищеварения (через 1-2 ч после приёма углеводной пищи. Следует отметить, что синтез гликогена из глюкозы требует затрат энергии.Глюкоза активно поступает из крови в ткани и фосфорилируется, превращаясь в глюкозо-6-фосфат. Затем глюкозо- 6-фосфат превращается фосфоглюкомутазой в глюкозо-1-фосфат, из которой под действием (УДФ)-глюкопирофосфорилазы и при участии (УТФ) образуется УДФ-глюкоза. Чтобы синтез гликогена был термодинамически необратимым, необходима дополнительная стадия образования уридиндифосфатглюкозы из УТФ и глюкозо-1- фосфата. Фермент, катализирующий эту реакцию, назван по обратной реакции УДФ-глюкопирофосфорилаза. Однако в клетке обратная реакция не протекает, потому что образовавшийся входе прямой реакции пирофосфат очень быстро расщепляется пирофосфатазой на 2 молекулы фосфата. Образованная УДФ-глюкоза далее используется как донор остатка глюкозы при синтезе гликогена. Эту реакцию катализирует фермент гликогенсинтаза (глюкозилтрансфераза). Фермент переносит остаток глюкозы на олигосахарид,представляющий собой праймер затравку, присоединяя молекулы глюкозы, α-1,4-гликозидными связями. Распад гликогена или его мобилизация происходят в ответ на повышение потребности организма в глюкозе. Гликоген печени распадается в основном в интервалах между приёмами пищи, кроме того, этот процесс в печении мышцах ускоряется вовремя физической работы. Сначала фермент гликогенфосфорилаза расщепляет только α-1,4-гликозидные связи при участии фосфорной кислоты последовательно отщепляет остатки глюкозы от нередуцирующих концов молекулы гликогена и фосфорилирует их с образованием глюкозо-1-фосфата. Это приводит к укорочению ветвей.Когда количество остатков глюкозы ветвях гликогена достигает 4, то фермент олигосахаридтрансфераза расщепляет α-1,4- гликозидную связь и переносит фрагмент, состоящий из 3 мономеров, к концу более длинной цепи. Фермент α-1,6-гликозидаза гидролизует α-1,6-гликозидную связь в точке ветвления и отщепляет молекулу глюкозы. Мобилизация гликогена в печении мышцах идет одинаково до образования глюкозо-6-фосфата. В печени под действием глюкозо-6-фосфатазы глюкозо-6-фосфат превращается в свободную глюкозу, которая поступает в кровь. Гликогеноз (гликогеновая болезнь) - группа наследственных дефектов обмена веществ (см, характеризующаяся избыточным накоплением гликогена в различных органах и тканях с нарушением процессов его распада и синтеза. Гликогенозы - заболевания, обусловленные дефектом ферментов, участвующих в распаде гликогена. Они проявляются или необычной структурой гликогена, или его избыточным накоплением в печени, сердечной или скелетных мышцах, почках, лёгких и других органах.Агликогеноз- наследственное заболевание, связанное с отсутствием фермента, ответственного за синтез гликогена, — уридин-дифосфат-глюкозо- гликогентрансферазы (гликогенсинтетазы). Аэробное окисление углеводов. Катаболизм глюкозы - основной поставщик энергии для процессов жизнедеятельности организма. Окисление глюкозы до СО и НО аэробный распад) можно выразить суммарным уравнением С 6 Н 12 О 6 + 6 О → 6 СО + НО + 2820 кДж/моль. Аэробным гликолизом называют процесс окисления глюкозы до пировиноградной кислоты, протекающий в присутствии кислорода. Все ферменты, катализирующие реакции этого процесса, локализованы в цитозоле клетки. В аэробном гликолизе можно выделить 2 этапа подготовительный этап, входе которого глюкоза фосфорилируется и расщепляется на две молекулы фосфотриоз. Эта серия реакций протекает с использованием 2 молекул АТФ. этап, сопряжённый с синтезом АТФ. В результате этой серии реакций фосфотриозы превращаются в пируват. Энергия, высвобождающаяся на этом этапе, используется для синтеза 10 моль АТФ. Реакции аэробного гликолиза на первом этапе из молекулы глюкозы образуются две триозы – глицеральдегид-3-фосфат (ГАФ) и дигидроксиацетонфосфат (ДАФ). Этот этап требует затраты энергии и включает 5 реакций фосфорилирование глюкозы гексокиназой или глюкокиназой с образованием глюкозо-6-фосфата, которое идет с затратой молекулы АТФ;2)изомеризацию глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат при участии фосфоглюкоизомеразы;3)фосфорилирование фруктозо-6-фосфат фосфофруктокиназой с использованием молекулы АТФ и с образованием фруктозо-1,6-бисфосфата;4) альдольное расщепление фруктозо-1,6-бисфосфата, катализируемое альдолазой, с образованием двух триоз - глицеральдегид-3-фосфата (ГАФ) и дигидроксиацетонфосфата (ДАФ);5) изомеризацию ДАФ и ГАФ под действием триозофосфатизомеразы. Первый этап гликолиза требует затраты 2 молекул АТФ и приводит к образованию 2 молекул ГАФ. Второй этап этого метаболического пути обеспечивает синтез АТФ. В него вступают 2 молекулы ГАФ, поэтому стехиометрический коэффициент для всех последующих реакций гликолиза равен 2. на этом этапе аэробного гликолиза происходит:1)окисление ГАФ NAD + - зависимой глицеральдегидфосфатдегидрогеназой при участии Н 3 РО 4 , которое приводит к образованию 1,3-бисфосфоглицерата, содержащего макроэргическую связь;2)превращение 1,3- бисфосфоглицерата в 3-фосфоглицерат под действием фосфоглицераткиназы, сопровождающееся субстратным фосфорилированием АДФ;3)изомеризация 3-фосфоглицерата в 2- фосфоглицерат, катализируемая фосфоглицеромутазой;4) дегидратация 2-фосфоглицерата ферментом енолазой с образованием фосфоенолпирувата, содержащего макроэргическую связь) образование пирувата из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы, сопряженное с субстратным фосфорилированием АДФ; В аэробном гликолизе есть 3 необратимые реакции, котолрые катализируют ферменты гексокиназа (глюкокиназа), фосфофруктокиназа, пируваткиназа. Анаэробное расщепление глюкозы. Гликолиз и гликогенолиз Анаэробный гликолиз позволяет синтезировать АТФ при недостатке кислорода в тканях, например, в мышцах впервые минуты мышечных сокращений, в эритроцитах.В анаэробном гликолизе при снижении поступления кислорода в митохондрии NADH, образующийся в результате дегидрирования ГАФ, не может использоваться в ЦПЭ. Он окисляется в цитоплазме в реакции, которую катализирует лактатдегидрогеназа (ЛДГ). Акцептором водорода в этой реакции является пируват, восстанавливающийся в лактат. Следовательно, последняя реакция анаэробного гликолиза, катализируемая ЛДГ, обеспечивает регенерацию NAD+, который необходим для работы глицеральдегидфосфатдегидрогеназы. АТФ при анаэробном распаде глюкозы образуется только в двух реакциях субстратного фосфорилирования. Образующийся в мышцах и эритроцитах лактат поступает в кровь и транспортируется в печень, где может превращаться в глюкозу или окисляться в пируват, который далее включается в ОПК. Лактат всегда присутствует в крови, но его концентрация может повышаться при снижении поступления кислорода в клетки. Стадии фосфорилирование глюкозы гексокиназой или глюкокиназой с образованием глюкозо-6- фосфата, которое идет с затратой молекулы АТФ;2)изомеризацию глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат при участии фосфоглюкоизомеразы;3)фосфорилирование фруктозо-6-фосфат фосфофруктокиназой с использованием молекулы АТФ и с образованием фруктозо-1,6-бисфосфата;4) альдольное расщепление фруктозо-1,6-бисфосфата, катализируемое альдолазой, с образованием двух триоз - глицеральдегид-3-фосфата (ГАФ) и дигидроксиацетонфосфата (ДАФ);5) изомеризацию ДАФ и ГАФ под действием триозофосфатизомеразы; окисление ГАФ NAD + - зависимой глицеральдегидфосфатдегидрогеназой при участии Н 3 РО 4 , которое приводит к образованию 1,3-бисфосфоглицерата, содержащего макроэргическую связь;7)превращение 1,3- бисфосфоглицерата в 3-фосфоглицерат под действием фосфоглицераткиназы, сопровождающееся субстратным фосфорилированием АДФ;8)изомеризация 3-фосфоглицерата в 2- фосфоглицерат, катализируемая фосфоглицеромутазой;9) дегидратация 2-фосфоглицерата ферментом енолазой с образованием фосфоенолпирувата, содержащего макроэргическую связь) образование пирувата из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы, сопряженное с субстратным фосфорилированием АДФ; Первые 10 реакций анаэробного и аэробного гликолиза одинаковы, нов отличие от аэробного гликолиза, в анаэробном гликолизе при снижении поступления кислорода в митохондрии NADH, образующийся в результате дегидрирования ГАФ, не может использоваться в ЦПЭ. Он окисляется в цитоплазме в реакции, которую катализирует лактатдегидрогеназа (ЛДГ). Гликолиз- ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в клетках, сопровождающийся синтезом АТФ. Гликолиз при аэробных условиях ведёт к образованию пировиноградной кислоты (пирувата), гликолиз в анаэробных условиях ведёт к образованию молочной кислоты (лактата. Гликолиз является основным путём катаболизма глюкозы в организме животных. Гликогенолиз-биохимическая реакция, протекающая главным образом в печении мышцах, вовремя которой гликоген расщепляется до глюкозы и глюкозо-6- фосфата.Гликогенолиз стимулируется гормонами глюкагоном и адреналином. |