лекция. ЛЕКЦИЯ-№-1-по-теме-«Обмен-углеводов»1. Лекция 1 по теме Обмен углеводов Введение в обмен веществ. Обмен углеводов
 Скачать 150.08 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ № 1 по теме «Обмен углеводов» Введение в обмен веществ. Обмен углеводов Пашутин В.В. «Едва ли можно, без вреда для всяких тканей тела лишить человека доставки хотя бы небольшого количества углеводов» 1902г План: Введение в обмен веществ Углеводы и их роль Переваривание и всасывание углеводов Превращение глюкозы в тканях Пути окисления глюкозы. Анаэробный гликолиз энергетический баланс Введение в обмен веществ Обмен веществ – это совокупность тесно связанных между собой противоположных процессов – ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). Обмен веществ включает 4 этапа: 1 этап – переваривание. Это механическое и ферментативное расщепление сложных веществ, которое происходит в ЖКТ под действием соответствующих гидролаз; 2 этап – всасывание – это транспорт продуктов распада из просвета кишечника во внутреннюю среду организма. Всасывание осуществляется через мембраны микроворсинок тонкого кишечника и бывает активным и пассивным (механизмы транспорта через мембраны см. микролекцию «Б/х мембран», дать ксерокс или дискету). 3 этап – промежуточный обмен – это превращение в клетках или тканях организма всосавшихся веществ; 4 этап – выделение конечных продуктов обмена. Углеводы и их роль На долю углеводов должно приходиться 50% калорийности суточного рациона. Соотношение белков, липидов и углеводов в пище должно быть (Б:Л:У) – 1:1:4, т.е. в сутки должно поступать 400-500 г углеводов, или 124 г на 1000 ккал рациона в сутки. При этом желательно, чтобы легкоусвояемые дисахариды составляли не более 25% от этого количества. Переедание легкоусвояемых угв является риском развития ожирения и атеросклероза. Углеводы могут синтезироваться в организме из промежуточных продуктов распада белков и липидов. Единственное производное углеводов, которое обязательно должно поступать с пищей и не синтезируется в организме человека – это витамин С. Различают следующие пищевые угв 1) 80% приходится на долю крахмала – резервного полисахарида растений. 2) В продуктах животного происхождения содержится гликоген – «животный крахмал». 3) пищевые волокна – целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, смолы, пектины, пентозаны. С пищей также поступают дисахариды – 4) сахароза, или тростниковый сахар, 5) лактоза, или молочный сахар, а также мсх – 6) глюкоза – виноградный сахар и 7) фруктоза – фруктовый сахар. Этих мсх также много в меде. 8) В составе НП в организм поступают пентозы. Роль углеводов пищи 1) энергетическая – 99% потребляемых угв используется на производство энергии. Окисление 1г углеводов дает 17,2кДж (4,1ккал) энергии; 2) пластическая, строительная, или структурная – ГАГи, ГП и другие белки (почти все белки организма имеют в своем составе угв, НК, липиды, НЗТ, Коf, глюкуронаты, ГЛ мембран; 3) резервная – гликоген запас глюкозы; 4) сигнальная – угв входят в состав рецепторов (их узнающей части) и в состав ряда гормонов, например, ТТГ, ФСГ. Угв обеспечивают антигенность тканей. 5) пищевые волокна способствуют задержке воды при прохождении пищи по кишечнику и формированию благодаря этому объемных мягких фекалий. Диета, богатая пищевыми волокнами (клетчаткой) снижает вероятность возникновения дивертикулеза, рака толстой кишки, сердечно-сосудистых заболеваний и сахарного диабета. Целлюлоза и лигнин хорошо действуют на функцию толстой кишки, а смолы и пектины снижают уровень ХСН в крови, возможно, благодаря связыванию ЖчК и ХСН пищи. Смолы и пектины препятствуют опорожнению желудка, замедляют и снижают подъем уровня глюкозы в крови после приема пищи и последующим уменьшением секреции инсулина. Переваривание и всасывание угв 1 этап – переваривание В ротовой полости начинается переваривание крахмала и гликогена пищи под действием альфа-амилазы слюны. В желудке нет гликозидаз, но пищевой комок подвергается распаду под действием альфа-амилазы слюны до тех пор, пока не пропитается кислым содержимым желудка. При этом альфа-амилаза слюны ингибируется, т.к. рН желудка не соответствует оптимуму рН данного фермента. В кишечнике рН 8,0-9,0 и действие альфа-амилазы слюны возобновляется. Сюда же поступает альфа-амилаза поджелудочной железы и оба фермента расщепляют крахмал и гликоген до мальтозы. В кишечнике мальтоза расщепляется до 2-х глюкоз под действием мальтазы (образуется кишечными клетками) – реакцию повторить (стр. 32, Материалы). Здесь же под влиянием лактазы кишечного сока лактоза расщепляется до галактозы и глюкозы – реакцию повторить (стр. 32, Материалы). У детей раннего возраста благодаря замедленному гидролитическому расщеплению, лактоза способствует поддержанию слабокислой среды в толстой кишке (рН – 5,0-5,5). Под действием сахаразы кишечного сока сахароза расщепляется до фруктозы и глюкозы – реакцию повторить (стр. 32, Материалы). Переваривание НК дает пентозы. Т.о., все углеводы пищи перевариваются в кишечнике до гексоз. Все процессы переваривания идут на поверхности эпителия кишечника и поэтому называются пристеночным пищеварением. 2 этап – всасывание продуктов переваривания. Мсх всасываются микроворсинками эпителия тонкого кишечника с различной скоростью. Первой всасывается галактоза, затем глюкоза, фруктоза и пентозы. Различие в скорости всасывания зависит от типа всасывания. Галактоза и глюкоза всасываются путем активного транспорта. Щеточная каемка энтероцитов содержит несколько транспортных систем, некоторые очень схожи с таковыми в почках, служащие для реабсорбции глюкозы и аминокислот. Натрий-зависимый глюкозный транспортер связывает глюкозу и натрий в разных центрах и транспортирует их через плазматическую мембрану кишечной клетки. Натрий транспортируется по градиенту концентрации, а глюкоза транспортируется против градиента концентрации. Энергия, необходимая для активного транспорта, образуется за счет гидролиза АТФ в результате работы натрий-калиевой АТФ-азы (натрий-калиевого насоса). Этот фермент обменивает натрий цитоплазмы на калий. Затем натрий удаляется из цитоплазмы кишечной клетки в межклеточное пространство с помощью натрий-калиевого насоса в обмен на калий. Таким образом, галактоза и глюкоза всасываются активно (против градиента концентрации) натрий-зависимым транспортом с помощью особого белка – натрий-зависимого глюкозного транспортера. Фруктоза всасывается пассивно путем облегченной диффузии с помощью белка-переносчика – GLUT-5. Если галактозы и глюкозы поступает много, то и эти моносахариды могут пассивно всасываться с помощью этого белка. Из кишечной клетки галактоза, глюкоза и фруктоза транспортируются в воротную вену путем облегченной диффузии с помощью белка-переносчика – GLUT-2 – см. пленку (рис по Марри). Пентозы всасываются путем простой диффузии (пассивно). Т.о., в крови воротной вены имеются различные мсх, их качество зависит от вида принимаемой пищи. Количество их также сильно варьирует – в разгар пищеварения их много, натощак мало. Мсх быстро поглощаются паренхиматозными клетками печени, где происходит превращение всех мсх в глюкозу. Т.о., глюкоза – единственный мсх, поступающий в большой круг кровообращения. В крови БКК у детей раннего возраста возможно небольшое количество других МСХ, например, фруктозы и галактозы. Это связано с незрелостью печени и глюкогенеза 3 этап ОУ – промежуточный обмен Превращение глюкозы в тканях В транспорте глюкозы между клетками и кровью играют роль белки-переносчики. Эти белки обозначаются GluT и пронумерованы по порядку их обнаружения. Они осуществляют транспорт глюкозы между клетками и кровью по градиенту концентрации (в отличие от переносчиков, транспортирующих мсх при их всасывании в кишечнике против градиента концентрации). GluT1 находится в эндотелии ГЭБ. Он служит для обеспечения глюкозой мозга. GluT2 в стенке кишечника, печени и почках – органах, осуществляющих выделение глюкозы в кровь. GluT3 находится в нейронах мозга. GluT4 – главный переносчик глюкозы в мышцах и адипоцитах. GluT5 находится в тонкой кишке, подробности его функции неизвестны. Особенно интенсивно используют глюкозу следующие клетки и ткани: 1) нервная ткань, т.к. для нее глюкоза - единственный источник энергии, 2) мышцы (для выработки энергии на сокращения), 3) стенка кишечника (процессы всасывания различных веществ требуют затраты энергии), 4) почки (образование мочи – процесс энергозависимый), 5) надпочечники (необходима энергия для синтеза гормонов); 6) эритроциты; 7) жировая ткань (глюкоза необходима для нее как источник глицерина для образования ТАГ); 8) молочная железа, особенно в период лактации (глюкоза необходима для образования лактозы). В тканях около 65% глюкозы окисляется, 30% идет на липонеогенез, 5% на гликогеногенез. Глюкостатическая функция печени обеспечивается тремя процессами: 1) гликогеногенезом, 2) гликогенолизом, 3) глюконеогенезом (синтез глюкозы из промежуточных продуктов распада белков, липидов, углеводов). При увеличении глюкозы в крови ее избыток используется на образование гликогена (гликогеногенез). При уменьшении содержания глюкозы в крови усиливается гликогенолиз (распад гликогена) и глюконеогенез. Под действием алкоголя глюконеогенез тормозится, что сопровождается падением глюкозы в крови при большом количестве выпитого алкоголя. Клетки печени, в отличие от других клеток способны пропускать глюкозу в обоих направлениях в зависимости от концентрации глюкозы в межклеточном веществе и крови. Т.о., печень выполняет глюкостатическую функцию, поддерживая постоянство содержания глюкозы в крови, которое равно 3,4-6,1 мМ/л. До 10-14 дней после рождения отмечается физиологическая гипогликемия, это связано с тем, что связь с матерью после родов прекратилась, а своих запасов гликогена мало. Гликогеногенез 5% глюкозы превращается в гликоген. Образование гликогена называется гликогеногенезом. 2/5 запасов гликогена (примерно 150 грамм) откладывается в паренхиме печени в виде глыбок (10% на сырую массу печени). Остальной гликоген откладывается в мышцах и других органах. Гликоген служит резервом УГВ для всех органов и тканей. Запас УГВ в виде гликогена обусловлен тем, что гликоген как ВМС в отличие от глюкозы не повышает осмотического давления клеток. Гликогеногенез - сложный, многоступенчатый процесс, который состоит из следующих стадий – реакции знать (только текст)см. материалы стр.35: 1 – Образование глюкозо-6-фосфата – в печени под действием глюкокиназы, а в других тканях под действием гексокиназы глюкоза фосфорилируется и превращается в глюкозо-6-фосфат (реакция необратимая). 2 – Превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозо-1-фосфат Под действием фосфоглюкомутазы из глюкозо-6-фосфата образуется глюкозо-1-фосфат (реакция обратимая). 3 – Образование УДФ-глюкозы – глюкозо-1-фосфат взаимодействует с УТФ под действием УДФГ-пирофосфорилазы и образуется УДФ-глюкоза и пирофосфат (реакция обратимая) 4 – Удлинение цепи гликогена начинается с включения в работу фермента гликогенина: УДФ-глюкоза взаимодействует с ОН группой тирозина в составе фермента гликогенина (УДФ отщепляется и в дальнейшем при перефосфорилировании вновь дает УТФ). Затем гликозилированный гликогенин взаимодействует с гликогенсинтазой, под действием которой к первому остатку глюкозы через 1-4 связь присоединяется еще до 8 молекул УДФ-глюкозы. При этом УДФ отщепляется (реакции см. стр. 123 - Биохимия в схемах и рисунках, 2изд. – Н.Р. Аблаев). 5 - Ветвление молекулы гликогена – под действием амило(14)(16)-трансглюкозидазы происходит образование альфа(16)-гликозидной связи (см. пленку, не списывать). Таким образом, 1) в образовании зрелой молекулы гликогена принимают участие гликогенсинтетаза и амилотрансглюкозидаза; 2) для синтеза гликогена требуется много энергии - для присоединения 1молекулы глюкозы к фрагменту гликогена используется 1молекула АТФ и 1 молекула УТФ; 3) для инициации процесса обязательно наличие затравки гликогена и екоторые специализированные белки-праймеры; 4) этот процесс не безграничен – избыток глюкозы превращается в липиды. Гликогенолиз Процесс распада гликогена осуществляется 2 путями: 1 путь – фосфоролиз, 2 путь – гидролиз. Фосфоролиз происходит во многих тканях (сразу пишем реакции, на откр. Только текст). При этом к крайним молекулам глюкозы присоединяются фосфорные кислоты и одновременно происходит их отщепление в виде глюкозо-1-фосфатов. Ускоряет реакцию фосфорилаза. Глюкозо-1-фосфат затем переходит в глюкозо-6-фосфат, который не проникает через клеточную мембрану и используется только там где образовался. Такой процесс возможен во всех тканях кроме печени, в которой много фермента глюкозо-6-фосфатазы, который ускоряет отщепление фосфорной кислоты и при этом образуется свободная глюкоза, которая может поступать в кровь - показать на пленке, реакции знать, см. материалы стр.36-37 (на откр. не списывать). ! Обязательно в виде текста - Фосфорилаза не действует на альфа(16)гликозидные связи. Поэтому окончательное разрушение гликогена осуществляется амило-1,6-глюкозидазой. Этот фермент проявляет 2 вида активности. Во-первых, активность трансферазы, которая переносит фрагмент из 3-х молекул глюкозы с альфа(16)положения в альфа(14)положение. Во-вторых, активность глюкозидазы, которая ускоряет отщепление свободной глюкозы на уровне альфа(16) гликозидной связи (см. пленку). Второй путь гликогенолиза – гидролиз, осуществляется преимущественно в печени под действием гамма-амилазы. При этом происходит отщепление крайней молекулы глюкозы от гликогена и свободная глюкоза может поступать в кровь реакции знать, см. материалы стр. 37, показать на пленке. Т.о., в результате гликогенолиза образуется или глюкозо-монофосфат (при фосфоролизе) или свободная глюкоза (при гидролизе), которые используется на синтетические процессы или подвергаются распаду (окислению). Пути окисления глюкозы. Анаэробный гликолиз, энергетический баланс Распад глюкозы (окисление): идет 2 путями – 2/3 глюкозы окисляется гликолитическим путем. 1/3 глюкозы окисляется пентозофосфатным путем – показать на пленке. Гликолитический путь окисления глюкозы (гликолиз). Первоначально термином «гликолиз» обозначали только анаэробное брожение, завершающееся образованием лактата или этанола и СО2. В настоящее время понятие «гликолиз» используется более широко для описания распада глюкозы, проходящего через образование глюкозо-6-фосфата, фруктозо-1,6-дифосфата и пирувата как в отсутствие, так и в присутствии кислорода. В последнем случае употребляют термин «аэробный гликолиз» в отличие от «анаэробного гликолиза», завершающегося образованием лактата. При анаэробном гликолизе из 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы лактата и 2 АТФ. При аэробном гликолизе из 1 молекулы глюкозы образуется 36 или 38 АТФ, выделяется 6 СО2 и 6 Н2О. Пентозофосфатный цикл осуществляется в анаэробных условиях, в результате этого процесса выделяется 6СО2 и 12НАДФН2. НАДФН2 необходимы для восстановительного синтеза. Анаэробный гликолиз, или фосфотриозный путь, или шунт Эмбдена-Мейерхофа включает 10 реакций. Ступенчатое окисление глюкозы создает возможность не только преодоления при обычной температуре порога энергии активации отдельных реакций, но и рационального использования энергии, освобождающейся здесь не в форме взрыва, а шаг, за шагом, отдельными порциями. На основе гликолиза возникло кислородное дыхание. Гликолиз – это древнее усилие природы использовать энергию – студенты пишут отдельно реакции формулами, а пояснение к реакциям в тексте лекции (как ЦТК). 1 реакция - глюкоза фосфорилируется под действием фермента глюкокиназы (в печени) или гексокиназы (в других тканях) 2 реакция – глюкозо-6-фосфат изомеризуется во фруктозо-6-фосфат под действием фосфогексоизомеразы; этот фермент действует на молекулу с открытой линейной конфигурацией 3 реакция - фруктозо-6-фосфат необратимо фосфорилируется во фруктозо-1,6-дифосфат под действием фосфофруктокиназы, которая также действует на молекулу с открытой конфигурацией 4 реакция – фруктозо-1,6-дифосфат под действием альдолазы расщепляется на 2 фосфотриозы – ФГА и ДОАФ, реакция обратимая ДОАФ может участвовать в синтезе ТАГ и ФЛ, восстанавливаясь до глицерофосфата, также участвует в глицерофосфатном челночном механизме, но основная его масса переходит в ФГА 5 реакция – ФГА окисляется с участием НАД и фосфорилируется. При этом энергия окисления трансформируется в макроэргическую связь 1,3 дифосфоглицерата. 6 реакция – 1,3-дифосфоглицерат реагирует с АДФ, отдает ей остаток фосфорной кислоты и выделяется АТФ. Так происходит субстратное фосфорилирование и образуется 3-фосфоглицерат, реакцию ускоряет фосфоглицераткиназа 7 реакция – под влиянием фосфоглицеромутазы остаток фосфорной кислоты переносится с С3 на С2 и образуется 2-фосфоглицерат 8 реакция – 2-фосфоглицерат дегидратируется енолазой. При этом за счет внутримолекулярной ОВР энергия аккумулируется в виде макроэргической связи в фосфоенолпирувате. Енолаза ингибируется ионами фторида; этим пользуются в тех случаях, когда необходимо остановить гликолиз, например, перед определением содержания глюкозы в крови. Енолаза нуждается в ионах магния и марганца: 9 реакция – ФЕП передает остаток фосфорной кислоты на АДФ, при этом образуется енолпируват и выделяется АТФ, вновь происходит субстратное фосфорилирование. Реакция ускоряется пируваткиназой. Енолпируват спонтанно превращается в ПВК. 10 реакция - ПВК в анаэробных условиях восстанавливается в молочную кислоту (лактат) Энергетический баланс анаэробного гликолитического окисления глюкозы Если процесс гликолиза начинается с глюкозы, то на образование фруктозо-6-фосфата и фруктозо-1,6-дифосфата затрачивается 2 молекулы АТФ. Т.к., в результате гликолиза образуется 4 АТФ, следовательно, в чистом виде запасается 2 АТФ. Если процесс гликолиза начинается с глюкозо-6-фосфата, образованного при распаде гликогена, затрачивается 1 АТФ для образования фруктозо-1,6-дифосфата, тогда выделяется 3 АТФ. Значение гликолиза У плода и в первые месяцы жизни преобладает анаэробный распад (окисление) глюкозы. Поэтому уровень лактата у новорожденных больше, чем у взрослых. В некоторых тканях анаэробный гликолиз является основным источником энергии, например, в эритроцитах, хрусталике, сетчатке, мозговом веществе почек Для большинства тканей - это аварийный путь, т.к. обеспечивает энергией в условиях гипоксии и аноксии, например в высокогорье, при интоксикации, анемии, болезнях органов дыхания, ССС, отравлении угарным газом, тяжелом физическом труде Некоторые метаболиты гликолиза используются на синтетические процессы, например, фосфотриозы, ПВК, лактат могут использоваться на образование глюкозы – глюконеогенез; липонеогенез и синтез заменимых аминокислот Литература – основная и дополнительная (список литературы общий для всей темы) Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. «Биологическая химия», 1998 – С. 169-186, 319-359. Полосухина Т.Я., Аблаев Н.Р. «Материалы к курсу биологической химии», 1977 – С.30-44. Плешкова С.М., Абитаева С.А., Ерджанова С.С., Петрова Г.И. «Практикум по биологической химии», 2003 – лаб.раб.№№ 66, 67, 74. Сеитов З.С. «Биохимия», 2000 – С. 480-506, 517-522. Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П. «Основы патохимии»2000 – С.218-245. Бышевский А.Ш., Терсенов О.А. «Биохимия для врача» 1994 – С.308-312, 222-224, 227, 75-95 Harper’s Biochemistry – R.K. Murray, D.K. Granner, P.A. Mayes, V.W. Rodwell - APPLETON&LANGE, Stamford, Connecticut, 2000 Биохимия человека – Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл – М., Мир, 1993 Шарманов Т.Ш., Плешкова С.М. – Метаболические основы питания с курсом общей биохимии - Алматы, 1998 ЛЕКЦИЯ № 2 по теме «Обмен углеводов» План: Глюконеогенез, цикл Кори Аэробное окисление глюкозы, энергетический баланс Пентозофосфатный цикл окисления глюкозы Выделение конечных продуктов обмена углеводов Глюконеогенез, цикл Кори Большая часть лактата подвергается глюконеогенезу в печени. Т.о., гликогенолиз, гликолиз и глюконеогенез составляют взаимосвязанную систему, направленную на поддержание гомеостаза и образуют цикл Кори – (пленка) Значение цикла Кори заключается в том, что богатая энергией молекула лактата не теряется, а превращается в глюкозу. Глюкозо-аланиновый цикл Глюкоза, поступая в мышцы, окисляется до ПВК и лактата. При переаминировании ПВК с глу образуется аланин, он выходит в кровь и поступает в печень, где под действием АЛТ вновь превращается в ПВК. ПВК используется в глюконеогенезе. Т.о., в кровь из печени выходит глюкоза, которая вновь поступает в мышцы и в них окисляется до ПВК, которая переаминируясь дает аланин (пленка). Глюконеогенез Наиболее интенсивно процесс протекает в печени и корковом слое почек. Этот процесс можно считать в какой-то степени противоположно направленными реакциями анаэробного гликолиза. Только три реакции анаэробного гликолиза необратимы: это реакции, катализируемые гексокиназой, фосфофруктокиназой и пируваткиназой; на этих стадиях при глюконеогенезе происходит обход необратимых реакций с помощью других ферментов. ПВК не может перейти в ФЕП, для этого существует первый обходной путь – «образование ФЕП из ПВК» - протекает в митохондриях и цитозоле. При карбоксилировании ПВК образуется ЩУК – это ключевая реакция глюконеогенеза, ускоряется пируваткарбоксилазой. Активность данного фермента регулируется уровнем АУК, при нехватке АУК, пируваткарбоксилаза почти неактивна – показать на (пленке) ЩУК декарбоксилируется и фосфорилируется за счет ГТФ и образует ФЕП – показать на пленке ФЕП включается в реакции, обратные гликолизу до образования фруктозо-1,6-дифосфата. 2 обходной путь - фруктозо-1,6-дифосфат дефосфорилируется и образует фруктозо-6-фосфат. Эта реакция ускоряется бифункциональным ферментом, который способен катализировать как распад фруктозо-1,6-дифосфата, так и его образование из фруктозо-6-фосфата. Реакция регулируется уровнем АМФ, глицерол-3-фосфатом, цАМФ. При высоком содержании АТФ и низком уровне АМФ реакция ускоряется. Фруктозо-6-монофосфат изомеризуется в глюкозо-6-монофосфат. 3 обходной путь - под влиянием глюкозо-6-фосфатазы глюкозо-6-монофосфат дефосфорилируется и образует глюкозу. Глюкозо-6-монофосфат может также переходить в глюкозо-1-монофосфат и участвовать в синтезе гликогена. Значение глюконеогенеза образование из лактата и других веществ глюкозы в тех случаях, когда УГВ мало (УГВ или полное голодание); поддержание гомеостаза (из крови извлекаются ПВК, лактат, глюкогенные АК, которые превращаются в глюкозу). При различных патологических состояниях печени и почек (жировая инфильтрация, гепатит, цирроз, нефросклероз, нефриты) глюконеогенез нарушается. При этом в крови накапливается лактат, развивается ацидоз Аэробное окисление глюкозы, энергетический баланс Окисление глюкозы в аэробных условиях можно условно разделить на 5 этапов: 1. Окисление глюкозы до ПВК – см. анаэробный гликолиз. 2 этап – это окислительное декарбоксилирование ПВК с образованием АУК – реакцию повторить. 3 этап – использование 90% АУК в ЦТК, где образуются 3 НАДН2 и ФПН2, участвующие в следующем этапе. 4 этап – БО, где образуется энергия и эндогенная вода. 5 этап – ОФ, при котором образуется АТФ. Т.о., до стадии образования ПВК глюкоза окисляется анаэробно. ПВК может быть использована в реакции карбоксилирования для получения ЩУК или использоваться в реакциях переаминирования для синтеза заменимых аминокислот – повт. Реакции. В аэробных условиях ПВК поступает в митохондрии и подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием АУК. Энергетический баланс аэробного окисления глюкозы На откр.лекции - При гликолизе, который протекает в цитозоле образуется 2 АТФ и 2 НАДН2. При аэробном окислении 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы ПВК, которые диффундируют в митохондрии и подвергаются окислительному декарбоксилированию с образованием 2 молекул АУК. При этом образуется 2 молекулы НАДН2, которые окисляются в БО, давая 6 АТФ. 2 АУК окисляются в ЦТК, давая 6 НАДН2, 2ФПН2 и 2АТФ, что в сумме даст 24АТФ. Т.о., в митохондриях получается 24+6=30АТФ. 30АТФ+2АТФ(полученные в цитозоле при гликолизе)=32АТФ. Еще 4 или 6 АТФ получается при окислении цитозольных НАДН2, образованных при гликолизе в результате глицерофосфатного (4) или малатного (6) шунтов - показать на пленке Процесс окисления цитозольных НАДН2 связан с работой челночных механизмов. Различают глицерофосфатный и малатаспартатный челночный механизмы. Чаще наблюдается первый. В результате глицерофосфатного челночного механизма происходит окисление цитозольного НАДН2 и восстановление ДОАФ в глицерофосфат. Глицерофосфат способен проходить через мембраны митохондрий. В митохондриях с участием ФП происходит окисление глицерофосфата и образуется вновь ДОАФ, который выходит из митохондрий в цитоплазму и вновь участвует в окислении цитозольных НАДН2. ФПН2 окисляются в цепи БО и дают по 2 АТФ – показать на пленке Т.к., при окислении 1 молекулы глюкозы образуется 2 цитозольных НАДН2, то при данном челночном механизме образуется 4 АТФ. Малатаспартатный шунт в основном находится в печени, почках и сердце. Этот шунт протекает с участием МДГ и АСТ. При этом цитозольные НАДН2 окисляются с участием ЩУК, которые под действием цитозольной МДГ (НАД-зависимый ПФ) восстанавливается в малат (яблочную кислоту). Малат проходит через митохондриальную мембрану в обмен на альфа-кетоглутаровую кислоту, т.е. действует дикарбонатный антипорт (альфа-кетоглутаровый траснпортер). В митохондриях малат подвергается окислению под действием митохондриальной МДГ и образуется вновь ЩУК. При этом НАД восстанавливается. В цепи БО и ОФ 1 НАДН2 дает 3 АТФ. Поскольку при окислении 1 молекулы глюкозы образуется 2 цитозольных НАДН2, всего при малатном механизме выделяется 6 АТФ. ЩУК из митохондрий выйти не может, поэтому под действием митохондриальной АСТ: ЩУК + ГЛУ↔ альфаКГ + АСП. Аспаргиновая кислота с помощью глутамат-аспартатного антипорта выходит в цитоплазму. В цитоплазме под действием цитозольной АСТ и альфа-КГ вновь образуется ЩУК и ГЛУ. ЩУК используется для челночного механизма, а ГЛУ с помощью глутамат-аспартатного антипорта входит в митохондрии – показать пленку. Т.о., энергетический баланс аэробного окисления 1 молекулы глюкозы составляет 36 АТФ (при использовании глицерофосфатного челночного механизма) или 38 АТФ (при использовании малатного челночного механизма). Эффект Пастера – это снижение скорости гликолиза в присутствии кислорода, т.е. при наличии кислорода окисление глюкозы происходит аэробно. В результате скорость потребления глюкозы в присутствии кислорода снижается. В основе эффекта лежит уменьшение количества АДФ и неорганического фосфата и увеличение АТФ (т.к. в аэробных условиях усиливается процесс ОФ), что ведет к подавлению гликолиза. Пентозофосфатный цикл окисления глюкозы Это сложный процесс, протекающий в цитоплазме с участием многочисленных ферментов. Этот процесс протекает в анаэробных условиях, в реакции вступают 6 молекул глюкозо-6-монофосфата, окисление сопровождается образованием 6 молекул СО2, 12 НАДФН2 и промежуточных продуктов, таких как фруктозо-6-фосфат, ФГА, пентозы. Различают 3 этапа пентозного цикла, каждый этап включает несколько реакций. 1 этап – окислительная фаза – осуществляется дегидрогеназно-декарбоксилазной системой. Эта фаза начинается с дегидрирования глюкозо-6-монофосфата с помощью глюкозо-6-фосфатаДГ-азы (НАДФ). При этом образуются восстановленные НАДФН2 и фосфоглюконолактон, который дегидрируется и декарбоксилируется и через ряд промежуточных реакций превращается в пентозо-5-фосфат. 2 этап – катализируется изомеразами. На этом этапе происходит изомеризация пентозофосфатов. 3 этап – участвуют ферменты структурной перестройки углеводов. Образуются УГВ с различным количеством «С», в этих реакциях участвуют транскетолазы (Коf витВ1). В качестве промежуточных продуктов ПФЦ образуются 2 молекулы ФГА и 4 молекулы фруктозо-6-монофосфата. Эти продукты могут включаться в гликолиз, а в основном 2 ФГА образуют фруктозо-6-монофосфат, и количество фруктозо-6-монофосфатов увеличивается до 5. 5 молекул фруктозо-6-монофосфатов изомеризуются до глюкозо-6-монофосфатов. Глюкозо-6-монофосфат может снова включаться в ПФЦ, для этого надо снова добавить еще одну молекулу глюкозо-6-монофосфата. Пентозный цикл см. материалы стр. 43 – показать схему на пленке Значение пентозофосфатного пути окисления глюкозы: За счет ПФЦ примерно 50% покрывается потребность организма в НАДФН2. НАДФН2, образованный в цикле, может использоваться для следующих процессов – 1. В реакциях биосинтеза СЖК, ХСН, КС и оксида азота 2. В реакциях гидроксилирования при обезвреживании ксенобиотиков и некоторых эндогенных метаболитов, 3. В реакции восстановительного амминирования для обезвреживания аммиака и образование заменимых аминокислот. 4. Для восстановления окисленного ГЛТ при участии ФАД-зависимого фермента ГЛТ-редуктазы. 5. Для работы НАДФН-оксидазной системы клеток крови; 6. У новорожденных и детей первых лет жизни высока активность пентозного пути окисления глюкозы, т.к. этот процесс является поставщиком НАДФН2, используемого для восстановительного синтеза (образования СЖК), имеющего большое значение для детского организма Пентозы, являющиеся промежуточными продуктами пентозного цикла, могут быть использованы для образования НК, Коf, НЗТ, ГАГов. ПФЦ – это путь перехода избытка пентоз в глюкозу, а затем в гликоген Сходство и различие между гликолизом и пентозным циклом. Сходство заключается в том, что оба процесса протекают в цитоплазме в анаэробных условиях и начинаются с фосфорилирования глюкозы; некоторые промежуточные продукты одинаковы – фруктозо-6-фосфат и ФГА. Различия – пишут в колонки Гликолиз образуется АТФ, которая является универсальным источником энергии для многих процессов, в том числе для биосинтеза белков и т.п. глюкоза распадается до фосфотриоз, полный распад требует кислорода и протекает в митохондриях. Промежуточными продуктами гликолиза являются фосфотриозы, которые могут быть использованы для образования липидов или окисляются до ПВК, которая, подвергаясь окислительному декарбоксилированию, дает АУК или используется на глюконеогенез. Гликолиз протекает преимущественно в мышцах Пентозный цикл образуются НАДФН2 – источники энергии для синтеза СЖК, ХСН и КС в анаэробных условиях глюкоза полностью распадается до СО2 в цитоплазме. Промежуточными продуктами цикла являются пентозы, которые используются на синтез НК, НТФ, Коf ПФЦ протекает в эритроцитах и лейкоцитах, жировой и нервной тканях, грудной и щитовидной железе, в печени и у плода. Выделение конечных продуктов обмена углеводов Конечными продуктами обмена углеводов являются Н2О и СО2. СО2 может быть использован в реакциях карбоксилирования, например, при биосинтезе СЖК. Основная масса СО2 выделяется через легкие. Н2О образуется преимущественно при БО и ОФ и используется для гидролиза, остальная часть воды выделяется через почки, потовые железы, выдыхается с воздухом, незначительное количество выделяется через толстый кишечник. Литература – основная и дополнительная (список общий для всей темы) Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. «Биологическая химия», 1998 – С. 169-186, 319-359. Полосухина Т.Я., Аблаев Н.Р. «Материалы к курсу биологической химии», 1977 – С.30-44. Плешкова С.М., Абитаева С.А., Ерджанова С.С., Петрова Г.И. «Практикум по биологической химии», 2003 – лаб.раб.№№ 66, 67, 74. Сеитов З.С. «Биохимия», 2000 – С. 480-506, 517-522. Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П. «Основы патохимии»2000 – С.218-245 Harper’s Biochemistry – R.K. Murray, D.K. Granner, P.A. Mayes, V.W. Rodwell - APPLETON&LANGE, Stamford, Connecticut, 2000 Биохимия человека – Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл – М., Мир, 1993 Шарманов Т.Ш., Плешкова С.М. – Метаболические основы питания с курсом общей биохимии - Алматы, 1998 Бышевский А.Ш., Терсенов О.А. «Биохимия для врача» 1994 – С.308-312, 222-224, 227, 75-95 |