Охарактеризуйте переваривание углеводов пищи на примере крахмала
 Скачать 1.41 Mb.
|
|
Охарактеризуйте переваривание углеводов пищи на примере крахмала: охарактеризуйте структуру крахмала и назовите виды связи между мономерами назовите ферменты полного переваривания крахмала и охарактеризуйте их по плану: место синтеза, место работы, оптимальное значение рН для работы, класс, подкласс, субстрат, продукты Крахмал-КРАХМАЛ - смесь 2-х гомополисахаридов: 1. Амилоза (альфа-1,4 глюкозидная связь) и Амилопектин – альфа-1,4 глюкозидная связь. Углеводы пищи в пищеварительном тракте распадаются на мономеры при действии гликозидаз — ферментов, катализирующих гидролиз гликозидных связей. Переваривание крахмала начинается уже в ротовой полости: в слюне содержится фермент амилаза (а-1,4-гликозидаза). Поскольку пища в ротовой полости находится недолго, то крахмал здесь переваривается лишь частично. Основным местом переваривания крахмала служит тонкий кишечник, куда поступает амилаза в составе сока поджелудочной железы. α-амил аза слюны – гидролаза α1,4-гликозидных связей Место синтеза: слюнные железы.Переваривание углеводов- гидролиз в ротовой полости. рН 6,5 – 6,8-это в ротовой полости. А в кишечнике полостное переваривание идет при рН 7,5 - 8 При всасывании из кишечника в кровь моносахариды проникают через клеточные мембраны путем облегченной диффузии с участием ГЛЮТ переносчиков. Кроме того, для переноса глюкозы и галактозы существует еще и другой способ — активный транспорт по механизму симпорта за счет градиента концентрации ионов натрия, который создается Nа,К-АТФазой. Этот механизм обеспечивает перенос моносахаридов против градиента концентрации и поэтому может функционировать тогда, когда концентрация глюкозы или галактозы в кишечнике меньше их концентрации в крови. Охарактеризуйте переваривание углеводов пищи на примере лактозы и сахарозы: охарактеризуйте структуру лактозы и сахарозы и назовите виды связи между мономерами назовите ферменты переваривания данных углеводов и охарактеризуйте их по плану: место синтеза, место работы, оптимальное значение рН для работы, класс, подкласс, субстрат, продукты Лактоза - молочный сахар; важнейший дисахарид молока млекопитающих. Состоит из глюкозы +галактозы. Лактоза относится к восстанавливающим сахарам. Фермент, который расщепляет лактозу на галактозу и глюкозу в пищеварительном тракте, называетс9йффня лактаза. Лактаза – фермент, синтезируемый клетками-энтероцитами кишечника .Место работы –кишечник. оптимальное значение рН 6,5. Гидролаза(гликозидаза).Субстрат –лактоза,продукт-глюкоза+галактоза,под действием бета-галактозидазы. Сахароза - дисахарид, состоящий из -глюкозы и -фруктозы, соединённых α,β-1,2-гликозидной связью. Сахароза - растворимый дисахарид со сладким вкусом. Сахараза синтезируется поджелудочной железой и слизистой тонкого кишечника. Место работы –кишечник. Гидролаза(гликозидаза).Субстарт-сахароза, продукт- -глюкозы и -фруктозы.Фермент-сахараза Охарактеризуйте механизмы транспорта глюкозы: из полости кишечника в энтероциты и в кровь (механизм всасывания); из крови в клетки тканей; 3) отметьте особенности транспорта в мышечную и жировую ткани и поясните, почему они являются инсулинозависимыми; напишите формулами реакцию фосфорилирования глюкозы, назовите фермент, класс и подкласс фермента, продукты реакции, охарактеризуйте значение реакции и сравните особенности работы фермента в печени и мозге (субстратная специфичность изоформ, значение Км, аллостерическая регуляция продуктом реакции), назовите возможные пути дальнейшего использования продукта реакции в клетках облегченная диффузия с помощью белков-переносчиков (ГЛЮТ – транспортеры глюкозы) по градиенту концентрации Na-зависимый вторично-активный транспорт (активный симпорт) против градиента концентрации при участии Na,K-АТФазы а) Всасывание моносахаридов в кишечнике При разной концентрации глюкозы в просвете кишечника "работают" различные механизмы транспорта. Благодаря активному транспорту эпителиальные клетки кишечника могут поглощать глюкозу при её очень низкой концентрации в просвете кишечника. Если же концентрация глюкозы в просвете кишечника велика, то она может транспортироваться в клетку путём облегчённой диффузии. После всасывания моносахариды (главным образом, глюкоза) покидают клетки слизистой оболочки кишечника через мембрану, обращённую к кровеносному капилляру, с помощью облегчённой диффузии. Часть глюкозы (более половины) через капилляры кишечных ворсинок попадает в кровеносную систему и по воротной вене доставляется в печень. Остальное количество глюкозы поступает в клетки других тканей. Б) Транспорт из крови через мембраны клеток После выхода в кровь, оттекающую от кишечника, моносахариды движутся по сосудам воротной системы в печень, частично задерживаются в ней, частично выходят в большой круг кровообращения. Следующей их задачей стоит проникновение в клетки органов. Из крови внутрь клеток глюкоза попадает при помощи облегченной диффузии по градиенту концентрации с участием белков-переносчиков (глюкозных транспортеров "ГлюТ"). ГЛЮТ-1 – плацента, мозг, почки, кишечник ГЛЮТ-2 – печень, β-клетки поджел.железы ГЛЮТ-3 – многие ткани ГЛЮТ-4 – мышцы, жировая ткань (инсулинозависимые ткани) ГЛЮТ-4 находятся в цитоплазме и для перемещения на мембрану нуждаются в инсулиновом сигнале ГЛЮТ-5 – кишечник (перенос фруктозы)  Реакция фосфорилирования глюкозы за счёт АТФ. Фермент- гексокиназа. Киназа-перенос фосфорильной группы на акцептор. Кофактор магний.Продукт-гл-6 фосфат. 4 изоформы гексокиназы. Глюкокиназа в основном в печени, гексокиназа-мышцы. Гепатоциты в единицу времени захватывать глюкозы больше, чем он может сразу же утилизовать. Глюкозо-6-фосфат может использоваться в клетке в различных превращениях, основными из которых являются: синтез гликогена, катаболизм с образованием СО2 и Н2О или лактата, синтез пентоз. Распад глюкозы до конечных продуктов служит источником энергии для организма. Вместе с тем 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 Охарактеризуйте процесс анаэробного гликолиза по плану: в каких тканях, когда и с какой целью процесс идет наиболее активно; ход реакций (субстраты, ферменты / класс ферментов, продукты или характеристика основных этапов), напишите формулами заключительную реакцию процесса, объясните её биологическую роль; способы синтеза АТФ, источники энергии для синтеза АТФ и энергетический выход; аллостерическая регуляция скорости процесса (назовите аллостерические ферменты, аллостерические активаторы и ингибиторы, объясните механизм регуляции); гормональная регуляция скорости процесса (назовите гормон-активатор, ключевые ферменты и возможные способы активации ключевых ферментов при участии данного гормона). Регенерация NAD+ происходит в лактатдегидрогеназной реакции с образованием лактата (молочной кислоты) Выход АТФ Гексокиназная реакция: -АТФ Фосфофруктокиназная реакция: -АТФ Фосфоглицераткиназная реакция: +2АТФ Пируваткиназная реакция: +2АТФ Всего 2 АТФ Гормональная регуляция Инсулин активирует,Кортизол ингибирует гликолиз, снижая транспорт глюкозы в клетки Анаэробный гликолиз включает теже реакции, что и аэробный гликолиз до пирувата, но с последующим превращением пирувата в лактат. Анаэробный гликолиз является основным источником энергии для скелетных мышц в начальном периоде интенсивной работы, то есть в условиях, когда снабжение кислородом ограничено. Кроме того, зрелые эритроциты извлекают энергию за счет анаэробного окисления глюкозы, потому что не имеют митохондрий. Поддерживает энергообеспечение мышц при интенсивной работе в условиях недостатка кислорода, Сохраняет активность нервной и других тканей при недостатке кислорода, Единственный источник образования АТФ в эритроцитах.  Обратимая реакция восстановления пирувата до лактката происходит в анаэробных условиях при участии фермента лактатдегидрогеназы, коферментом которой является восстановленная форма НАДН∙Н+. 2 необратимые ключевые реакции: гексокиназная и фосфофруктокиназная (используется 2 АТФ для фосфорилирования субстратов) 1)Глюкоза в гл-6 фосфат. Первой ферментативной реакцией гликолиза является фосфорилирование, Реакция катализируется ферментом гексокиназой. 2) глюкозо-6-фосфата под действием фермента глюкозо-6-фосфатизомеразы во фруктозо-6-фосфат. Эта реакция протекает легко в обоих направлениях, и для нее не требуется каких-либо кофакторов. 3)фр-6 фосфат во фр-1,6 бисфосфат. Катализируется ферментом фосфофруктокиназой; образовавшийся фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилирется за счет второй молекулы АТФ. 4)фр-1,6- бисфосфат в диоксиацетонфосфат +глицаральдегид 3 фосфат. Катализирует фермент альдолаза. Под влиянием этого фермента фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на две фосфотриозы. Эта реакция обратима. 5)Диоксиацетон фосфат в глицеральдегид 3 фосфат. Это реакция изомеризации триозофосфатов. Катализируется ферментом триозофосфатизомеразой. Образованием глицеральдегид-3-фосфата как бы завершается первая стадия гликолиза. Вторая стадия – наиболее сложная и важная. Она включает окислительно-восстановительную реакцию (реакция гликолитической оксидоредукции), сопряженную с субстратным фосфорилированием, в процессе которого образуется АТФ. 6)глицеральдегид 3 фосфат в 1,3 бисфосфоглицерат. В результате реакции глицеральдегид-3-фосфат в присутствии фермента глицеральдегидфосфатдегидрогеназы, кофермента НАД и неорганического фосфата подвергается своеобразному окислению с образованием 1,3-бисфосфоглицериновой кислоты и восстановленной формы НАД (НАДН). 7)1,3 бисфосфоглицеарт в 3 фосфосглицерат.реакция катализируется фосфоглицераткиназой, при этом происходит передача богатого энергией фосфатного остатка (фосфатной группы в положении 1) на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфогли-цериновой кислоты (3-фосфоглицерат). 8)3 фосфоглицерат в 2 фосфосглицерат. Восьмая реакция сопровождается внутримолекулярным переносом оставшейся фосфатной группы, и 3-фосфоглицериновая кислота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту (2-фосфоглицерат).Реакция легкообратима, протекает в присутствии ионов Mg2+. Кофактором фермента является также 2,3-бисфосфоглицериновая кислота аналогично тому, как в фосфоглюкомутазной реакции роль кофактора выполняет глюкозо-1,6-бисфосфат. 9)2 фосфоглицерат в фосфсоенолпируват. Реакция катализируется ферментом енолазой, при этом 2-фосфоглицериновая кислота в результате отщепления молекулы воды переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту (фосфоенолпируват), а фосфатная связь в положении 2 становится высокоэргической. 10) фосфоенолпируват в пируват.реакция характеризуется разрывом высокоэргической связи и переносом фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ (субстратное фосфорилирование). Катализируется ферментом пируваткиназой. Для действия пируваткиназы необходимы ионы Mg2+ 11)пируват в лактат. В результате реакции происходит восстановление пировиноградной кислоты и образуется молочная кислота. Реакция протекает при участии фермента лактатдегидрогеназы и кофермента НАДН, образовавшегося в шестой реакции. Биологическое значение процесса гликолиза заключается прежде всего в образовании богатых энергией фосфорных соединений. На первых стадиях гликолиза затрачиваются 2 молекулы АТФ (гексокиназная и фосфофрук-токиназная реакции). На последующих образуются 4 молекулы АТФ (фосфоглицераткиназная и пируваткиназная реакции). Таким образом, энергетическая эффективность гликолиза в анаэробных условиях составляет 2 молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы. В аллостерической регуляции участвуют три фермента гликолиза: гексокиназа,фосфофруктокиназа ипируваткиназа.Гексокиназа аллостерически ингибируется продуктом своей же реакции —глюкозо-6-фосфатом,а активируется субстратом — глюкозой. Фосфофруктокиназа-ингибитор АТФ,активатор АМФ. Пируваткиназа ингибируется АТФ,ацетил-КоА и аланином, а активируется фруктозо-1,6-бисфосфатом и фосфоенолпируватом. Гормональная регульция: инсулин-активатор,глюкагон,адреналин и картизол-ингибитор. Охарактеризуйте процесс аэробного гликолиза по плану: в каких тканях, когда и с какой целью процесс идет наиболее активно; ход реакций (субстраты, ферменты / класс ферментов, продукты или характеристика основных этапов), формулы исходного субстрата и конечного продукта; способы синтеза АТФ, энергетический выход в случае работы малат-аспартатного челнока; аллостерическая регуляция скорости процесса (назовите аллостерические ферменты, аллостерические активаторы и ингибиторы, объясните механизм регуляции); гормональная регуляция скорости процесса (назовите гормон-активатор, ключевые ферменты и возможные способы активации ключевых ферментов при участии данного гормона). Регенерация NAD+ происходит в ЦПЭ Выход АТФ Гексокиназная реакция: -АТФ Фосфофруктокиназная реакция: -АТФ Глицеральдегидфосфатдегидрогеназная реакция +6 или 4 АТФ в зависимости от челнока Фосфоглицераткиназная реакция: +2АТФ Пируваткиназная реакция: +2АТФ Всего 8 или 6 АТФ Аэробный гликолиз происходит в митохондриях под воздействием специальных ферментов и требует затрат кислорода, а соответственно и времени на его доставку. Только всего 10 реаккций,т.е,нету самой последеней,следовательно последняя реакция гликолиза-это фосфоенолпируват в пируват. реакция характеризуется разрывом высокоэргической связи и переносом фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ (субстратное фосфорилирование). Катализируется ферментом пируваткиназой. Для действия пируваткиназы необходимы ионы Mg2+  Затрачивается: 2 АТФ (в 1-йи3-йреакциях).Образуется: 4 АТФ и 2 NADH. Так как сама молекула НАДН через мембрану не проходит, то существуют специальные системы, принимающие атомы водорода от НАДН в цитоплазме и отдающие их в матриксе митохондрий. Эти системы получили название челночные системы. Ключевыми ферментами этого челнока являются изоферменты малатдегидрогеназы. Этот механизм более сложен: постоянно идущие в цитоплазме при участии фермента аспартатаминотрансферазы (АСТ) из малата в оксалоацетат. Таким образом, атомы водорода от цитозольного НАДН перемещаются в состав митохондриального НАДН. Аллостерическая регуляция: Гликолиз стимулируется инсулином, повышающим количество молекул гексокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы. Она активируется АМФ и собственным субстратом, ингибируется – АТФ. Пируваткиназа активируется фруктозо-1,6-дифосфатом. Гексокиназа ингибируется глюкозо-6-фосфатом. Гормональная регуляция: В печени активность глюкокиназы регулируется гормонами: активацию вызывает инсулин и андрогены, подавляют ее активность глюкокортикоиды и эстрогены. Охарактеризуйте и напишите формулами окислительную реакцию гликолиза: назовите субстраты, продукты, фермент / класс фермента и его группу, кофермент-витамин; охарактеризуйте дальнейшие превращения восстановленного кофермента и объясните механизм работы малат-аспартатного челнока: назовите субстрат для передачи водорода от восстановленного кофермента, фермент и продукты реакции в цитоплазме и митохондриях; объясните последующее окисление восстановленного кофермента в матриксе митохондрий, приводящее к синтезу АТФ: назовите ферменты, коферменты и кофакторы цепи переноса электронов от восстановленного кофермента на конечный акцептор, фермент реакции синтеза АТФ, энергетический выход Мембрана митохондрий непроницаема для NADH, поэтому водород передается с использованием челночного механизма Окисление NADH в митохондриях способствует синтезу 3 АТФ 1 реакцию знать
|