Обмен углеводов
 Скачать 1.99 Mb.
|
|
Пируваткиназа - трансферазы, фосфотрансферазы. Катализирует последнюю реакцию аэробного гликолиза. Мышечный изотип этого фермента ингибируется АТФ,ацетил-КоАи аланином, а активируетсяфруктозо-1,6-бисфосфатоми фосфоенолпируватом. Печёночная пируваткиназа дополнительно ингибируется путем фосфорилирования под действием глюкагона. Биохимический смысл этой реакции в том, чтобы снизить потребление глюкозы печенью в период голодания, когда глюкоза нужна мышцам и нервным клеткам.   3) Основным энергетическим субстратом эритроцита является глюкоза, которая поступает из плазмы крови путём облегчённой диффузии. Около 90% используемой эритроцитом глюкозы подвергается гликолизу (анаэробному окислению) с образованием конечного продукта - молочной кислоты (лактата). Функции, которые выполняет гликолиз в зрелых эритроцитах: 1. в реакциях гликолиза образуется АТФпутём субстратного фосфорилирования. Основное направление использования АТФ в эритроцитах - обеспечение работы Na+,K+-АТФазы. 2. в реакции дегидрирования глицеральдегид-3-фосфата в гликолизе образуется НАДН, который является кофактором метгемоглобинредуктазы - фермента, катализирующего переход метгемоглобина в гемоглобин 4) При гемолитической анемии эритроциты могут разрушаться. Иммунная гемолитическая анемия возникает, когда иммунная система ошибочно воспринимает свои собственные красные кровяные клетки, как чужеродные вещества. Антитела затем начинают действовать против красных кровяных клеток. Эти антитела атакуют эритроциты и заставляют их разрушаться раньше положенного срока. 6. Хрусталик глаза является светопреломляющей средой глаза, и митохондрии в нем отсутствуют. В качестве источника энергии в хрусталике используется глюкоза. Какой путь катаболизма глюкозы обеспечивает энергией АТФ хрусталик глаза? Выполните следующие задания: 1) напишите формулами заключительную реакцию этого пути катаболизма, назовите субстрат, продукты, фермент и его кофермент-витамин, класс фермента и группу этого класса, охарактеризуйте биологическую роль данной реакции в названном пути катаболизма; 2) назовите и охарактеризуйте способ синтеза АТФ в этом катаболическом процессе, укажите его энергетический выход; 3) приведите примеры других клеток и тканей, в которых синтез АТФ происходит так же, как в хрусталике; 4) укажите, каким дальнейшим превращениям может подвергаться конечный продукт процесса и последствия, возникающие при его накоплении. 1)Хрусталик глаза обеспечивается энергией за счет анаэробного гликолиза. Анаэробным гликолизом называют процесс расщепления глюкозы с образованием в качестве конечного продукта лактата. Этот процесс протекает без использования кислорода и поэтому не зависит от работы митохондриальной дыхательной цепи. АТФ образуется за счёт реакций субстратного фосфорилирования.  *Лактатдегидрогеназа – оксидоредуктаза, оксидаза 2)Субстратное фосфорилирование - передача макроэргического фосфата или энергии макроэргической связи какого-либо вещества (субстрата) на АДФ. Энергетический выход гликолиза. При окислении одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты. При этом за счет первого и второго субстратного фосфорилирования образуются четыре молекулы АТФ. Однако две молекулы АТФ тратятся на фосфорилирование гексозы на I этапе гликолиза. Таким образом, чистый выход гликолитического субстратного фосфорилирования составляет две молекулы АТФ. Кроме того, на II этапе гликолиза на каждую из двух молекул фосфотриоз восстанавливается по одной молекуле НАДH. Окисление одной молекулы НАДH в электронтранспортной цепи митохондрий в присутствии 02 сопряжено с синтезом трех молекул АТФ, а в расчете на две триозы (т. е. на одну молекулу глюкозы) - шесть молекул АТФ. Таким образом, всего в процессе гликолиза (при условии последующего окисления НАДН) образуются 8 молекул АТФ. 3)Клеточный компартмент субстратного фосфорилирования-протекает в растворимой части цитоплазмы У человека в эритроцитах полностью отсутствует аэробное дыхание и вся энергия генерируется исключительно за счёт субстратного фосфорилирования гликолиза. При недостатке кислорода мышцы также получают энергию именно по этому пути или за счёт креатинфосфата. 4)Пациенты могут отмечать мышечную боль, боль за грудиной, диспептические явления, учащение дыхания, апатию, сонливость или бессонницу. Однако превалирующими симптомами клинической картины лактатацидоза являются проявления сердечно-сосудистой недостаточности, усугубляющиеся тяжёлым ацидозом, на фоне которого наступают изменения сократительной способности миокарда. В динамике состояние пациентов прогрессивно ухудшается: по мере нарастания ацидоза может появиться боль в животе, рвота. 7. В опыте к гомогенату мышц добавили глюкозу. Сколько молекул АТФ может синтезироваться при окислении 1 молекулы глюкозы на специфическом этапе катаболизма, если в опыте использовали гомогенат ткани с нативными митохондриями, но в присутствии барбитуратов? Ответ поясните. Т.к. аэробного гликолиза происходить в данных условиях не может (барбитураты являются ингибиторами NADH-дегидрогеназы), то происходит анаэробный гликолиз. При окислении 1 молекулы глюкоза анаэробным путем синтезируется 2 АТФà 1 моль глюкозы=2 моль АТФ Т.к. барбитураты являются ингибиторами 1 комплекса дыхательной цепи, то гликолиз будет анаэробным. Следовательно, выход АТФ – 2. 8. У больного с врожденным низким уровнем глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы обнаружена гемолитическая анемия. Ответьте на вопросы: 1) в каком метаболическом процессе обмена углеводов участвует данный фермент; 2) какую реакцию катализирует данный фермент (назовите субстрат, продукт, класс фермента и его группу, кофермент-витамин), напишите формулами реакцию фермента; 3) какую роль названный метаболический процесс играет в эритроцитах; 4) каковы причины гемолиза эритроцитов при данном наследственном заболевании. Возникновение анемии связано с недостаточностью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в эритроцитах. В результате недостаточности фермента нарушается образование NADPH+H+ в пентозофосфатном пути. 1)Входит в пентозофосфатный путь, метаболический путь, обеспечивающий образование клеточного НАДФ-H из НАДФ+ 2)  3) Главная роль NADPH+H+ в эритроцитах состоит в восстановлении дисульфидной формы глутатиона в сульфгидрильную форму. 4)Восстановленная форма глутатиона обеспечивает обезвреживание перекиси и органических перекисей. Клетки со сниженным содержанием восстановленного глутатиона обладают повышенной чувствительностью к гемолизу. Возникновение анемии связано с недостаточностью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в эритроцитах. В результате недостаточности фермента нарушается образование NADPH+H + в пентозофосфатном пути. Главная роль NADPH+H + в эритроцитах состоит в восстановлении дисульфидной формы глутатиона в сульфгидрильную форму. Г-S-S-Г + NADPH+H + + Н+ →Г-SH + NADP+ Восстановленная форма глутатиона обеспечивает обезвреживание перекиси и органических перекисей: 2 Г-SH + R-O-OH → Г-S-S-Г + Н2О + ROH Клетки со сниженным содержанием восстановленного глутатиона обладают повышенной чувствительностью к гемолизу. 9. Во время обследования у пациента выявлены анемия и наличие в эритроцитах телец Хайнца – результат агрегации протомеров гемоглобина вследствие окисления SH-групп цистеиновых остатков гемоглобина активными метаболитами кислорода и образования дисульфидных связей. Какие нарушения в метаболизме эритроцитов могут быть причиной данной клинической ситуации? Ответ поясните: 1) укажите, какая реакция предохраняет цистеиновые остатки гемоглобина от окисления активным метаболитом кислорода – пероксидом водорода, назовите фермент этой реакции, субстрат-восстановитель пероксида водорода, охарактеризуйте его строение; 2) охарактеризуйте реакцию регенерации окисленной формы субстрата-восстановителя, назовите фермент и кофермент-донор водорода; 3) назовите метаболический процесс, в котором образуется восстановленная форма этого кофермента, напишите ключевую реакцию процесса, назовите фермент (класс, группа); 4) укажите причину образования пероксида водорода в эритроцитах. Дефицит NADF приводит к накоплению метгемоглобина и увеличению образования активных форм кислорода, вызывающих окисление SH-групп в молекулах глутатиона. Молекулы метгемоглобина образуют дисульфидные связи между протомерами и агрегируют с образованием телец Хайнца 1)В эритроцитах пациента возможен недостаток или дефект глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Это приводит к тому, что NADPH+H+ не образуется, глутатион не может перейти в восстановленную форму и связать активные формы кислорода. Происходит окислительное денатурирование гемоглобина и белков мембраны эритроцитов.  2)Постоянный источник активных форм кислорода в эритроцитах - неферментативное окисление гемоглобина в метгемоглобин. В течение суток до 3% гемоглобина может окисляться в метгемоглобин. Однако постоянно метгемоглобинредуктазная сисгема восстанавливает метгемоглобин в гемоглобин. Метгемоглобинредуктазная сисгема состоит из цитохрома B5 и флавопротеина цитохром B5 редуктазы, донором водорода для которой служит NADH, образующийся в глицеральдегиддегидрогеназной реакции гликолиза 3) Цитохром B5 восстанавливает Fe3+ метгемоглобина в Fe2+ Окисленный цитохром B5 далее восстанавливается цитохром B5 редуктазой: Супероксидный анион с помощью фермента супероксиддисмутазы превращается в пероксид водорода: Пероксид водорода разрушается каталазой и содержащим селен ферментом глутатионпероксидазой. Донором водорода в этой реакции служит глутатион-трипептид глутамилцистеинилглицин (GSH) Окисленный глутатион (GSSG) восстанавливается NADPH-зависимой глутатионредуктазой. Восстановление NADP для этой реакции обеспечивают окислительные реакции пентозофосфатного пути. Супероксиддисмутаза – оксидоредуктаза, взаимодействует с супероксид-радикалами в качестве акцепторов; 4) В эритроцитах пациента возможен недостаток или дефект глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Это приводит к тому, что NADPH+H + не образуется, глутатион не может перейти в восстановленную форму и связать активные формы кислорода. Происходит окислительное денатурирование гемоглобина и белков мембраны эритроцитов. Начало формы Конец формы 10. При обследовании у ребенка обнаружены такие симптомы, как замедленный рост, расстройство мышечной деятельности, ослабление функций иммунной системы. Анализ мочи показал высокое содержание лактата. Генетический анализ обнаружил дефект синтетазы холокарбоксилазы – фермента, который обеспечивает связывание биотина с апоферментом пируваткарбоксилазы путем образования амидной связи через Ɛ-аминогруппу лизина. Объясните: 1) роль пируваткарбоксилазы в обмене углеводов и напишите формулами реакцию фермента, назовите субстраты, продукты, класс фермента; 2) роль пируваткарбоксилазы в энергетическом обмене; 3) причины возникновения указанных симптомов и высокого содержания лактата в моче на фоне данной наследственной патологии. 1) В данном случае идет речь о нарушении процесса глюконеогенеза из лактата, накапливающегося в мышечной ткани. Лактат, поступая в печень, превращается в пируват под действием лактадегидрогеназы. Далее пируват превращается под действием пируваткарбоксилазы (коферметн биотин) в оксалоацетат, однако, у ребенка дефицит фермента холокарбоксилазы – биотин не присоединяется к лизину в активном центре пируваткарбоксилазы и реакция пируват=>оксалоацетат не происходит. Попутно происходит накопление пирувата, который ингибирует активность лактадегидрогеназы, вследствие чего и происходит накопление лактата и выделение его с мочой.  2)Пируваткарбоксилаза – лигаза, образующая связи углерод-углерод. Пируваткарбоксилазная реакция идет в клетке постоянно, так как оксалоацетат является главным регулятором скорости цикла трикарбоновых кислот. 3)При дефиците синтазы холокарбоксилазы нарушается функция биотина. Биотин является коферментом карбоксилазàв моче накапливаются их метаболиты. 11. У больного в крови значительно повышено содержание пирувата, лактата и аланина. Развиваются тяжелые психические нарушения. Генетическое обследование выявило недостаточность пируваткарбоксилазы. Объясните: 1) роль фермента в обмене углеводов и энергетическом обмене, напишите формулами реакцию данного фермента, назовите субстраты, продукты, класс и подкласс фермента, кофермент-витамин; 2) причины повышения содержания в крови лактата и аланина. 1) Повышенное содержание ПВК и лактата свидетельствует о преобладании процессов анаэробного гликолиза в организме и использовании их в ходе глюконеогенеза в печени. (Анаэробным гликолизом называют процесс расщепления глюкозы с образованием в качестве конечного продукта лактата). В цитозоле пировиноградная кислота может появиться при окислении молочной кислоты и в реакции трансаминирования аланина. После этого пируват симпортом с ионами Н+, движущимися по протонному градиенту, проникает в митохондрии. В митохондриях пируваткарбоксилаза превращает пировиноградную кислоту в оксалоацетат.  2) Поскольку выявлена недостаточность пируваткарбоксилазы, нечему превращаться в оксалоацетат, т.е. аланин (который должен превращаться в лактат, который превращается в пируват, который превращается в оксалоацетат) не превращается в оксалоацетат => повышенное содержание аланина. 12. У больного генетический дефект фосфоенолпируваткарбоксикиназы. Наблюдается гипогликемия, задержка роста и развития. В крови повышено содержание пирувата, лактата, аланина и аспартата. Объясните: 1) роль данного фермента в обмене углеводов и напишите формулами его реакцию, назовите субстраты и продукты; 2) причины развития указанных симптомов и изменений в анализе крови при данной наследственной патологии. 1) Гипогликемический синдром возникает при недостатке глюкозы в крови. Повышенное содержание ПВК и лактата свидетельствует о преобладании процессов анаэробного гликолиза в организме и использовании их в ходе глюконеогенеза в печени. (Анаэробным гликолизом называют процесс расщепления глюкозы с образованием в качестве конечного продукта лактата)  2) Дефицит фосфоенолпируваткарбоксикиназы представляет собой расстройство глюконеогенеза, которое является следствием недостаточности фермента фосфоенолпируваткарбоксикиназы и включает в себя цитозольную и митохондриальную формы недостаточности фермента. Манифестация происходит сразу после рождения или через несколько месяцев. Наблюдается гипогликемия, сопровождаемая острыми эпизодами тяжелого лактацидоза, прогрессирующая неврологическая симптоматика, тяжелая печеночная недостаточность, почечно-канальцевый ацидоз и синдром Фанкони. Пациенты также демонстрируют прогрессирующие мультисистемные поражения со снижением прибавки массы тела, мышечной слабостью и гипотонией, задержкой развития, судрожными припадками, спастичностью, вялостью, микроцефалией и кардиомиопатией. 13. Недостаточность фруктозо-1,6-бисфосфатазы наследуется по аутосомно-рецессивному типу. У больных с таким дефектом наряду с другими нарушениями наблюдаются гипогликемия натощак и лактатацидоз. Ответьте на вопросы: 1) назовите метаболический путь, в котором участвует указанный фермент, охарактеризуйте его реакцию (субстрат, продукты, класс и подкласс фермента); 2) объясните понятия «гипогликемия», назовите норму глюкозы натощак и укажите причины гипогликемии при данной патологии, учитывая, что фруктозо-1,6-бисфосфат ингибирует гликогенфосфорилазу; 3) объясните понятие «лактатацидоз», назовите норму рН крови и укажите причины лактатацидоза при данной патологии, учитывая роль фермента в обмене фруктозы; 4) почему лечение данной патологии заключается в исключении продуктов, содержащих сахарозу и фруктозу, при обеспечении достаточного поступления глюкозы? 1) Глюконеогенез. Фруктозо-1,6-бисфосфатаза – гидролаза, эстераза  2)Гипогликемия - патологическое состояние, характеризующееся снижением концентрации глюкозы в крови ниже 3,5 ммоль/л. Общая норма глюкозы в крови у взрослых составляет 4,1–5,9 ммоль/л, у детей от одного месяца до 14 лет — 3,3–5,6 ммоль/л, у младенцев до месяца — 2,8–4,4 ммоль/л Фруктозо-1,6-бисфосфатаза - фермент, обеспечивающий превращение фруктозо-1,6-дифосфата в фруктозо-6-фосфат который, впоследствии, превратится в глюкозу. Следовательно, недостаток фермента - фруктоза-1,6-дифосфатазы вызовет нарушение процесса глюконеогенеза и как следствие гипогликемию в постабсорбтивный период. |