реферат биохимия. Реферат по дисциплине Биохимия
 Скачать 234 Kb.
|
РЕФЕРАТ по дисциплине «Биохимия» Аэробная стадия превращений углеводов
Москва 2022 Оглавление Введение……………………………………………………………………….3 Основная часть………………………………………………………………...4 Заключение…………………………………………………………………….9 Список литературы…………………………………………………………...10 Введение Углеводы – это органические соединения, распространенные и в растительном, и в животном мире. Массовая доля углеводов в растениях может достигать 80%, а в организмах животных и доля в пределах от 1 % до 5 %. Основные функции углеводов – энергетическая и структурная. В детализированном виде функции углеводов могут быть представлены так: регуляция обмена белков и жиров; участие в синтезе жизненно важных веществ; снабжение организма витаминами и минералами; участие в реакциях иммунной защиты. Дефицит углеводов в организме истощает запасы гликогена в печени, что может привести к нарушению ее функционирования и отложению жира. Нехватка углеводов, помимо того, приводит к ухудшению общего самочувствия, апатии, низкой работоспособности и выносливости. Различают группы простых и сложных углеводов. Простые углеводы быстро усваиваются, быстро повышают уровень сахара в крови и имеют высокий гликемический индекс1: шоколад, сахар, газированные напитки. Злоупотреблением простых углеводов заниматься не стоит. Следует отметить деструктивные функции: Быстрые углеводы истощают поджелудочную железу, вызывая ее работу в ускоренном темпе; Вызывают постоянное ощущение голода за счет повышения и последующего резкого понижения глюкозы; Способствуют набору избыточной массы тела и ожирению; Повышают риск развития сахарного диабета 2 типа, онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний; повышают уровень холестерина. Превращаются в жиры при употреблении перед сном. Сложные же углеводы (медленные) имеют низкий гликемический индекс, содержат нерастворимые волокна, характеризуются постепенным повышением уровня глюкозы в крови и насыщением организма на длительный период времени. Примерами служат картофель, фасоль, перловая крупа, чечевица, рис. Основная часть Целесообразно отметить, что особенностью аэробной стадии превращений углеводов является участие в реакции кислорода (O2). Большая часть организмов в биосфере находится в аэробных условиях. Начальные этапы распада углеводов при анаэробном и аэробном дыхании одинаковы и начинаются с образования фосфорных эфиров глюкозы, именно глюкозо-1-фосфата, глюкозо-6-фосфата и фруктозо-1,6-дифосфата. Фосфорилирование глюкозы является необходимым условием как при аэробном распаде углеводов до углекислого газа и воды во время дыхания, так и при распаде углеводов в анаэробных условиях с образованием молочной кислоты и спирта. Пути аэробного и анаэробного распада углеводов расходятся на стадии образования пировиноградной кислоты в животных тканях или же уксусного альдегида в дрожжевых клетках. Пировиноградная кислота занимает центральное положение в обмене углеводов. Она образуется из глюкозы (после фосфорилирования) или из гликогена (после фосфоролиза) путем нормального гликолиза. В анаэробных условиях пировиноградная кислота либо распадается в результате прямого декарбоксилирования, как это наблюдается в дрожжах, либо восстанавливается водородом до молочной кислоты, как это происходит в мышцах. Спирт и молочная кислота являются конечными продуктами анаэробного обмена. В аэробных условиях пировиноградная кислота полностью окисляется до углекислого газа и воды. Соотношение между аэробным и анаэробным распадом углеводов определяется потребностью клеток в энергии. При низкой и средней потребности клеток в АТФ преобладает аэробное окисление, а при высокой потребности в энергии большая часть углеводов превращается в молочную кислоту , т. е. используется в гликолизе. В настоящее время в реакции выделяется больше не энергетическая, а регуляторная функция. Это связано с тем, что АМФ является мощным активатором ферментов распада углеводов - фосфорилазы и фосфофруктокиназы, участвующих как в анаэробном расщеплении гликогена и глюкозы до молочной кислоты, так и в их аэробном окислении до воды и углекислого газа. Оказалось также, что превращение АМФ в инозиновую кислоту имеет положительное значение для мышечной деятельности. Образующийся в результате дезаминирования аммиак может нейтрализовать молочную кислоту и тем самым предупреждать наступление изменений в миоцитах (мышечных клетках), связанных с ее накоплением (сдвиг pH, изменение конформации белков, снижение активности ферментов). При этом общее содержание адениловых нуклеотидов (АТФ, АДФ, АМФ) в клетках не изменяется, так как инозиновая кислота при взаимодействии с одной из аминокислот - аспарагиновой кислотой снова превращается в АМФ. При спиртовом брожении в процессе расщепления одной молекулы глюкозы образуется четыре молекулы АТФ (50 ккал, или 210 кдж). Из них две расходуются на функциональную деятельность и синтез. По расчетам некоторых авторов, при гликолизе и гликогенолизе в богатых энергией фосфорных связях аккумулируется 35—40% всей освобождающейся свободной энергии, остальные 60—65% рассеиваются в виде теплоты. Коэффициент полезного действия клеток, органов, работающих в анаэробных условиях, не превышает 0,4 (в аэробных условия КПД = 0,5). Расчеты произведены на основе на данных, полученных на мышечных экстрактах и дрожжевом соке. В условиях живого организма мышечные клетки, органы и ткани утилизируют энергию, вероятно, значительно больше. С физиологической точки зрения процесс гликогенолиза и гликолиза имеет исключительно важное значение, особенно когда жизненные процессы осуществляются в условиях недостатка кислорода. Например, при энергичной работе мышц, особенно в первой фазе деятельности, всегда наблюдается разрыв между доставкой кислорода в мышцы и его потребностью. В этом случае начальные энергетические затраты покрываются в значительной степени за счет гликогенолиза. Аналогичные явления наблюдаются при различных патологических состояниях (например, гипоксия мозга). Кислородное дыхание с энергетической точки зрения, как видно из приведенных расчетов, во много раз эффективнее, чем анаэробный распад углеводов. С давних пор известно, что распад углеводов может происходить не только в аэробных, но и в анаэробных условиях. Распад глюкозы в дрожжевых клетках не требует участия кислорода и приводит к образованию этилового спирта и углекислого газа. Бактерии молочнокислого брожения без участия кислорода вызывают расщепление углеводов с выделением молочной кислоты. Отсюда следует, что пировиноградная кислота образуется и как промежуточный продукт анаэробного распада углеводов и при аэробном окислении молочной кислоты. В первом случае она восстанавливается с образованием молочной кислоты, во втором же — подвергается дальнейшему окислению. Пировиноградная кислота занимает одно из центральных мест в обмене углеводов и других веществ. Она участвует в многочисленных реакциях, важных для процессов тканевого обмена веществ. В течение многих лет отражалось, что аэробная фаза распада углеводов начинается после анаэробного распада их с образованием молочной кислоты в тканях животных или спирта в дрожжевых клетках и в растениях. Между тем накапливались факты, указывающие на то, что глюкоза может подвергнуться аэробному окислению без предварительного расщепления. Важным стимулом к изучению возможного окисления глюкозы без ее предварительного расщепления послужили результаты исследований Варбурга2, показавшие, что в эритроцитах имеется фермент, катализирующий окисление альдегидной группы глюкозо-6-фосфорной кислоты. Последняя, как известно, образуется в клетках как промежуточный продукт гликогенолиза или же в результате реакции перенесения на глюкозу остатка фосфорной кислоты от АТФ на глюкозу. Окисление глюкозо-6-фосфорной кислоты катализируется специфической для нее аэробной дегидразой. Продуктом окисления является 6-фосфоглюкоиолактон. Между гликолизом и аэробным окислением углеводов существует тесная связь. Первые стадии гликолиза и аэробного окисления углеводов одинаковы. Расхождение путей анаэробного и аэробного распада начинается на стадии дальнейшего превращения пировиноградной кислоты, которая в отсутствие кислорода восстанавливается за счет водорода восстановленной кодегидразы с образованием молочной кислоты. В присутствии кислорода она подвергается окислительному декарбоксилированию. При аэробном окислении углеводов по пентозному циклу расхождение путей начинается на стадии образования глюкозо-6-фосфорной кислоты. На основе вышеописанного, следует отметить этапы процессов углеводных превращений: Поступление в желудочно-кишечный тракт; Расщепление углеводов до простых сахаридов, которые затем всасываются в кишечнике; Остатки глюкозы синтезируются в гликоген, который затем расщепляется до простых составляющих. Эти два сложных процесса осуществляются в тканях и печени и носят соответствующие названия – гликогенез и гликогенолиз. Анаэробный гликолиз - процесс распада глюкозы. Основные преобразования происходят в толстой кишке и представляют собой обычное брожение. Этот процесс заканчивается образованием простых соединений – лактата и этанола. Если он происходит в присутствии кислорода посредством образования глюкозо-6-фосфата, то заканчиваясь образованием пирувата и лактата, носит название аэробного расщепления глюкозы. Вспомогательное прямое окисление глюкозы - происходит без участия кислорода, носит альтернативный характер, но обязательно реализуется в организме. Носит название - пентозный цикл. Простые сахара в теле человека также подвергаются взаимотрансформации, превращаясь друг в друга. Это обязательный процесс, в котором участвуют 6-атомные углеводы. Конечный этап обмена углеводов - глюконеогенез. Представляет собой процесс формирования углеводных соединений из жиров, компонентов белков и других соединений. Заключение Все углеводы подразделяются на следующие большие классы: Моносахариды – это гетерофункциональные соединения, содержащие оксогруппу и несколько гидроксильных групп. Они не могут быть гидролизованы до более простых форм углеводов и являются структурной единицей любых углеводов, например, глюкоза, фруктоза, рибулоза, рамноза. Содержатся в таких продуктах, как: фрукты, мёд, некоторые виды вина, шоколад. Олигосахариды – это соединения, построенные из нескольких остатков моносахаридов, связанных между собой гликозидной связью. Они делятся по числу моносахаридов в молекуле на дисахариды, трисахариды и т.д. К биологически активным производным олигосахаридов относятся некоторые антибиотики, сердечные гликозиды. Дисахариды – это углеводы, которые при гидролизе дают две одинаковые или различные молекулы моносахарида и связаны между собой гликозидной связью, например, лактоза, сахароза, мальтоза. При гидролизе из дисахаридов образуется глюкоза. Полисахариды – имеют общий принцип строения с олигосахаридами, за исключением моносахаридных остатков – полисахариды могут содержать их сотни и даже тысячи. Аэробное превращение углеводов является одним из основных механизмов создания АТФ в тканях организма. Аэробный метаболизм глюкозы по накоплению АТФ в 19 раз более эффективен, чем анаэробный. Он имеет большой коэффициент полезного действия(около 45%), так как из 2880 кДж свободной энергии окисления глюкозы 1311 кДж аккумулируется в АТФ. Список литературы: Александрова Е.В. Биологическая химия. Модуль 1. Общие закономерности метаболизма. Метаболизм углеводов, липидов и его регуляция. Учебное пособие для студентов фармацевтического факультета. — Запорожье: Запорожский медицинский университет, 2017. — 190 с. 2. Биохимия : [учеб. пособие] / В. В. Емельянов, Н. Е. Максимова, Н. Н. Мочульская ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2016 – 132 с. 3.Власов, В.Н. Биохимия человека : сб. учеб.-метод. материалов / В.Н. Власов. – Тольятти : ТГУ, 2011 – 135 с. 4.Митякина, Ю.А. Биохимия: Учебное пособие / Ю.А. Митякина. - М.: Риор, 2019. - 351 c. 5. Наумович Ю.И., Тлехусеж М.А. Биохимические реакции расщепления углеводов в организме человека // Научное обозрение. Педагогические науки. – 2019. – № 4-4. – С. 80-85; URL: https://science-pedagogy.ru/ru/article/view?id=2149 6. ФБУЗ «Центр гигиенического образования населения» Роспотребнадзора [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://cgon.rospotrebnadzor.ru/ 1 Гликемический индекс - это показатель, который оценивает содержание углеводов в продуктах по шкале от 0 до 100. Определяет, с какой скоростью продукт после потребления вызывает повышение уровня сахара в крови человека. 2 Отто Генрих Варбург - немецкий биохимик, доктор и физиолог, лауреат Нобелевской премии в области физиологии и медицины 1931 года. |
