Биохимия в таблицах, схемах и графиках. С. Д. Жамсаранова Ю. А. Капустина на. Тыхеева
 Скачать 6.61 Mb.
|
|
-аспартатным челночныммеханизмом, изображенным на рисунке. МАЛАТ-АСПАРТАТНЫЙЧЕЛНОК 44 МАЛАТ-АСПАРТАТНЫЙ челнок (наиболее универсален для клеток организма. С высокой скоростью работает в миокарде, почечной ткани, печени. В этой транспортной системе водород от цитоплазматического НАД передается на митохондриальный НАД, поэтому в митохондриях образуется 3 молекулы АТФ и не происходит потери энергии при переносе водорода. Для ткани печени малат- аспартатная система особенно важна, так как из митохондрии выводится Ацетил-КоА (в виде цитрата, а водород попадает в митохондрию (в составе малата). ПУТИ КАТАБОЛИЗМА ГЛЮКОЗЫ 8 АТФ1 4 АТФ 2 (2) Ацетил-КоА 24 АТФ 1 – аэробный гликолиз 2,3 – общий путь катаболизма 4 – аэробный распад глюкозы 5 – анаэробный распад глюкозы (в рамке. (2) – стехиометрический коэффициент. ГЛИКОГЕН Гликоген - основная форма депонирования глюкозы в клетках животных. У растений эту же функцию выполняет крахмал. В структурном отношении гликоген, как и крахмал, представляет собой разветвленный полимер из глюкозы Глюкоза 5 ↓ АТФ (2) Пируват → (Лактат Цитратный цикл, ЦПЭ 45 СТРОЕНИЕГЛИКОГЕНА Однако гликоген более разветвлен и компактен. Ветвление обеспечивает быстрое освобождение при распаде гликогена большого количества концевых мономеров. Синтез и распад гликогена не являются обращением друг в друга, эти процессы происходят разными путями. Гликоген синтезируется в период пищеварения (в течение 1-2 часов после приема углеводной пищи. Гликогенез особенно интенсивно протекает в печении скелетных мышцах. БИОСИНТЕЗГЛИКОГЕНА – ГЛИКОГЕНЕЗ В начальных реакциях образуется глюкоза (реакция 3), которая является активированной формой глюкозы, непосредственно включающейся в реакцию полимеризации (реакция 4). Эта последняя реакция катализируется гликогенсинтазой, которая присоединяет глюкозу к олигосахариду или к уже имеющейся в клетке молекуле гликогена, наращивая цепь новыми мономерами. Для подготовки и включения в растущую полисахаридную цепь требуется энергия 1 моль АТР и 1 моль UTP. 46 Ветвление полисахаридной цепи происходит при участии фермента амило-α-1,4-α-1,6-гликозил-трансферазы путем разрыва одной связи и переноса олигосахаридного остатка от конца растущей цепи к ее середине с образованием в этом месте α-1,6- гликозидной связи . 47 РАСПАДГЛИКОГЕНА – ГЛИКОГЕНОЛИЗ Распад гликогена - гликогенолиз - происходит в период между приемами пищи. Освобождение глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата происходит в результате фосфоролиза, катализируемого фосфорилазой. Фермент отщепляет концевые остатки один за другим, укорачивая цепи гликогена. Однако этот фермент расщепляет только α-1,4-гликозидные связи. Связи в точке ветвления гидролизуются ферментом амило-a-1,6-глюкозидазой , который отщепляет мономер глюкозы. 48 ОСОБЕННОСТИМОБИЛИЗАЦИИГЛИКОГЕНАВПЕЧЕНИИ МЫШЦАХ Печень Мышцы 1 2 2 Схема процесса Гликоген ↓ Глюкозо-1-фосфат ↓→Н 3 РО 4 Глюкоза ↓ В кровь Гликоген ↓ Глюкозо-1-фосфат ↓ Глюкозо-6-фосфат ↓ Аэробный или анаэробный распад Особенности процессов Фосфатаза катализирует дефосфорилирование глюкозо-6-фосфата. Свободная глюкоза поступает в кровь Фосфатаза глюкозо-6- фосфата отсутствует Физиологическое значение Гликоген используется для поддержания концентрации глюкозы в крови и снабжения глюкозой других органов в период между приемами пищи Гликоген используется для энергообеспечения только самих мышц Физиологическое значение гликогенолиза в печении в мышцах различно. Мышечный гликоген является источником глюкозы для самой клетки. Гликоген печени используется главным образом для поддержания физиологической концентрации глюкозы в крови. Различия обусловлены тем, что в клетке печени присутствует фермент глюкозо-6-фосфатаза, катализирующая отщепление фосфатной группы и образование свободной глюкозы, после чего глюкоза поступает в кровоток. В клетках мышц нет этого фермента, и распад гликогена идет только до образования глюкозо- 6- фосфата, который затем используется в клетке. 49 ГЛИКОГЕНОВЫЕБОЛЕЗНИ Гликогенозы Агликогенозы НЕКОТОРЫЕФОРМЫГЛИКОГЕНОЗОВ Тип гликогеноза Дефектный фермент Локализация дефектного фермента Болезнь Гирке Болезнь Помпе Болезнь Кори Болезнь Андерсена Болезнь Херса Глюкозо-6-фосфатаза α-1,4-глюкозидаза ( лизосомная) амило- a -1,6- глюкозидаза Фермент ветвления Фосфорилаза печеночная) Печень, почки Все органы Печень, сердечная и скелетные мышцы, лейкоциты Печень, мышцы, почки Печень ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ Глюконеогенез - это синтез глюкозы из неуглеводных предшественников. Запасов гликогена в организме достаточно для удовлетворения потребностей в глюкозе в период между приемами пищи. При углеводном или полном голодании, а также в условиях длительной физической работы концентрация глюкозы в крови поддерживается за счет глюконеогенеза. В этот процесс могут быть вовлечены вещества, которые способны превратиться в пируват или любой другой метаболит глюконеогенеза. На рисунке показаны пункты включения первичных субстратов в глюконеогенез. Нарушена мобилизации гликогена. Это приводит к тому, что гликоген накапливается в клетках в больших количествах, что может привести к разрушению клеток Нарушен синтез гликогена. В клетках содержание гликогена понижено. 50 ВКЛЮЧЕНИЕСУБСТРАТОВВГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ Глюкоза Пируват → Оксалоацетат →Фосфоенолпируват → Диоксиацетонфосфат Лактат Амнокислоты Глицерин Использование первичных субстратов в глюконеогенезе происходит в различных физиологических состояниях. Так, в условиях голодания часть тканевых белков распадается до аминокислот, которые затем используются в глюконеогенезе. При распаде жиров образуется глицерин, который через диоксиацетонфосфат включается в глюконеогенез. Лактат, образующийся при интенсивной физической работе в мышцах, затем в печени превращается в глюкозу. Следовательно, физиологическая роль глюконеогенеза из лактата и из аминокислот и глицерина различна. Синтез глюкозы из пирувата протекает как и при гликолизе, нов обратном направлении. За сутки в организме человека может синтезироваться дог глюкозы. На синтез 1 моль глюкозы из пирувата расходуется 6 макроэргических связей (4 ATP и 2 GTP). СУММАРНОЕУРАВНЕНИЕГЛЮКОНЕОГЕНЕЗАИЗПИРУВАТА: 2 пируват + 4ATP + 2GTP + 2(NADH) + 4 НО → Глюкоза + 4ADP + 2GDP + 2NAD + + 6 Н 3 РО 4 51 Ферменты 1- пируваткарбоксилаза, 2- фосфоенолпируваткарбоксикиназа, 3- фосфатаза фру-1,6-дифосфата, 4- глюкозо-6-фосфатаза . Оксалоацетат образуется в митохондриях, транспортируется в цитозоль и включается в глюконеогенез. 52 ГЛЮКОЗО-ЛАКТАТНЫЙЦИКЛ (ЦИКЛКОРИ) Начинается с образования лактата в мышцах в результате анаэробного гликолиза (особенно в белых мышечных волокнах, которые бедны митохондриями по сравнению с красными. Лактат переносится кровью в печень, где в процессе глюконеогенеза превращается в глюкозу, которая затем стоком крови может возвращаться в работающую мышцу. ГЛЮКОЗОЛАКТАТНЫЙИГЛЮКОЗОАЛАНИНОВЫЙЦИКЛЫ МЫШЦЫ ПЕЧЕНЬ Глюкоза Глюкоза ↓ ↓ Аэробное Пируват Аланин Аланин → Пируват → Аэробное окисление окисление Лактат Лактат ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙПУТЬВМЕТАБОЛИЗМЕГЛЮКОЗЫ В пентозофосфатном пути превращения глюкозы можно выделить две части А - окислительный путь Б - неокислительный путь. Значениепентозофосфатногопути: а) восстановленный NADPH используется клетками в реакции восстановления и гидроксилирования; б) пентозофосфатный путь поставляет клетке пентозофосфаты, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот и коферментов (NAD, FAD, СоА). Все реакции пентозофосфатного пути проходят в цитозоле клетки. Некоторые метаболиты неокислительного пентозофосфатного пути являются также и метаболитами гликолиза. Из этого следует, что оба процесса тесно связаны ив зависимости от потребностей клетки возможны переключения с одного путина другой. ИЗМЕНЕНИЕКОНЦЕНТРАЦИИГЛЮКОЗЫВКРОВИВ ТЕЧЕНИЕСУТОК Концентраця глюкозы в артериальной крови в течение суток поддерживается на постоянном уровне 60 – 100 мг/дл (3,3 – 5,5 ммоль/л). После приема углеводной пищи уровень глюкозы в крови возрастает в течение примерно 1 часа в несколько раз (алиментарная гипергликемия, а затем возвращается к нормальному уровню. 53 Б А В Г Часы Условные обозначения А, Б - период пищеварения В, Г - постабсорбтивный период. Стрелкой указано время приема пищи, пунктиром показана нормальная концентрация глюкозы. ИСТОЧНИКИГЛЮКОЗЫВКРОВИВРАЗЛИЧНЫЕПЕРИОДЫ Условные обозначения 1 – в период пищеварения углеводы пищи являются основным источником глюкозы в крови 2 – в постабсорбтивный период печень поставляет глюкозы в кровь за счет процессов гликогенолиза и глюконеогенеза, причем в течение 8–12 ч уровень глюкозы в крови поддерживается в основном за счет распада гликогена 3 – глюконеогенез и гликоген печени участвуют в равной степени в поддержании нормальной концентрации глюкозы 4 – в течение суток гликоген печени практически полностью исчерпывается и скорость Глюкоза, мг/дл 160 – 140 – 120- 100 – 80 – 60 – 8 12 16 20 24 4 8 ↑ ↑ ↑ ↑ 54 глюконеогенеза увеличивается. Глюконеогенез – единственный процесс, поддерживающий уровень глюкозы в крови вовремя голодания 5 – при длительном голодании скорость глюконеогенеза уменьшается, но глюконеогенез остается единственным источником глюкозы в крови. СВЯЗЬПЕНТОЗОФОСФАТНОГОПУТИПРЕВРАЩЕНИЯ ГЛЮКОЗЫСГЛИКОЛИЗОМИГЛЮКОНЕОГЕНЕЗОМ При сбалансированной потребности в NADPH и пентозах в клетке происходит окислительный путь синтеза пентоз. Если потребности в пентозах превышают потребности в NADPH, то окислительный путь шунтируется за счет использования метаболитов гликолиза фруктозо-6- фосфат и глицероальдегидфосфат в реакциях неокислительного пути превращаются в пентозы. Если же NADPH необходим в большей степени, чем пентозы, то возможны два варианта при высоком энергетическом статусе клетки излишки пентоз путем обратных реакций неокислительного пути превращаются в фруктозо-6-фосфат и глицероальдегидфосфат, из которых в процессе глюконеогенеза образуется глюкоза 55 при низком энергетическом статусе клетки из пентоз также образуются глицероальдегидфосфат и фруктозо-6-фосфат, которые затем включаются в гликолиз МЕТАБОЛИЗМФРУКТОЗЫИГАЛАКТОЗЫ Метаболизм фруктозы и галактозы включает пути использования их для синтеза других веществ (гетерополисахаридов, лактозы и др) и участии в энергообеспечении организма. В последнем случае фруктоза и галактоза превращаются в печени либо в глюкозу, либо в промежуточные продукты её метаболизма. Таким образом, в результате фруктоза и галактоза наряду с глюкозой могут быть окислены до СО 2 и НО или использованы на синтез гликогена и триацилглицеролов. МЕТАБОЛИЗМФРУКТОЗЫ а б в Фруктоза АТФ Глюкоза Р¡ Глкоген АТФ 1 Фруктокиназа 4 9 10 АДФ АДФ Фруктоза-1-фосфат Глюкозо-6-фосфат Глюкозо-1-фосфат Фруктозо-1-фос- 2 фат (альдолаза) 5 Дгдроксацетон- фосфат Глицеральдегид Фруктозо-6-фосфат Р¡ АТФ 6 7 АТФ АДФ 3 Фруктозо-1,6-бисфосфат АДФ 8 Альдолаза (А) Глицерогидроальдегид- Дигидроксиацетон- Глицеральдегид-3 3- фосфат фосфат -фосфат ↓ ↓ ↓ Пруват ↓ Ацетил-КоА → Жирные ↓ кислоты Цитратный цикл 56 Значительное количество фруктозы, образующееся при расщеплении сахарозы, прежде чем поступить в систему воротной вены превращается в глюкозу уже в клетках кишечника. Другая часть фруктозы всасывается с помощью белка-переносчика, те. путём облегченной диффузии. МЕТАБОЛИЗМГАЛАКТОЗЫ 1 Галактозо-1-фосфат Гликоген Галактозо-1фосфат- уридилтрансфераза ( ГАЛТ) УДФ-глюкоза Уридилфос- фат-4-эпимераза 3 2 УДФ-галактоза Глюкозо-1-фосфат Фосфоглюкомутаза Глюкозо-6-фосфат→→→→Гликолиз Разные ткани Печень Р¡ Глюкоза Галактоза образуется в кишечнике в результате гидролиза лактозы. Чтобы превратить галактозу в глюкозу, необходимо изменить оптическую конфигурацию Ни ОН- групп С 4 атома в галактозе, те. провести реакцию эпимеризации. Эта реакция в клетке возможна только с УДФ-производным галактозы. Галактоза 57 ОБМЕНИФУНКЦИИЛИПИДОВ ЛИПИДЫ - органические вещества, характерные для живых организмов, нерастворимые вводе, но растворимые в органических растворителях и друг в друге. ФУНКЦИИОСНОВНЫХЛИПИДОВЧЕЛОВЕКА Класс липидов Функции Преимущественная локализация в организме Триацилглицерины Запасание энергетического материала. Термоизоляция механическая защитная функция Адипоциты Глицерофосфолипиды: холин этаноламин серин инозитолбисфосфат Структурные компоненты мембран фосфатидилхолин, кроме того, структурный элемент липопротеинов, компонент сурфактанта, Мембраны клеток. Монослой на поверхности липопротеинов. 58 предотвращающего слипание альвеол (в этом случае и R 2 – пальмитиновые кислоты) Альвеолы легких Сфингофосфолипиды - сфингомиелины Основные структурные компоненты мембран клеток нервной ткани Миелиновые оболочки нейронов Серое вещество мозга Гликолипиды а) цереброзиды, б) ганглиозиды Компоненты мембран клеток нервной ткани. Антигенные структуры на поверхности разных типов клеток рецепторы. Структуры, обеспечивающие взаимодействие клеток Внешний слой клеточных мембран Стероиды Компоненты мембран. Предшественник в синтезе желчных кислот и стероидных гормонов Мембраны клеток. Липопротеины крови СТРОЕНИЕОСНОВНЫХФОСФОГЛИЦЕРИДОВ R 1 C O O C H C H 2 O C O R 2 C H 2 O P O O C H 2 C H 2 N H 3 + Фосфатидилэтаноламин O – R 1 C O O C H C H 2 O C O R 2 C H 2 O P O O C H 2 C H 2 N ( C H 3 ) 3 Фосфатидилхолин + O – 59 C H C O N H 3 R 1 C O O C H C H 2 O C O R 2 C H 2 O P O O C H 2 Фосфатидилсерин + O – O – O H O H O H O H O H R 1 C O O C H C H 2 O C O R 2 C H 2 O P O O Фосфатидилинозитол O – ЖИРЫ – триацилглицерины – являются самой компактной и энергоемкой формой хранения энергии. Функции жира - ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ - ЗАЩИТНАЯ Жировая ткань а) защищает органы от механических повреждений. б) участвует в терморегуляции. Жирные кислоты, входящие в состав организма человека, имеют общие черты строения Четное число атомов углерода. Линейная (неразветвленная) углеродная цепь. 3. Полиненасыщенные жирные кислоты имеют ТОЛЬКО ИЗОЛИРОВАННЫЕ двойные связи (между соседними двойными связями не меньше двух одинарных. Двойные связи имеют только цисконфигурацию. По количеству двойных связей жирные кислоты можно разделить на НАСЫЩЕННЫЕ (нет двойных связей, МОНОНЕНАСЫЩЕННЫЕ есть одна двойная связь) и ПОЛИНЕНАСЫЩЕННЫЕ (две или более двойных связей. 60 НЕКОТОРЫЕНАСЫЩЕННЫЕИНЕНАСЫЩЕННЫЕЖИРНЫЕ КИСЛОТЫЛИПИДОВЧЕЛОВЕКА Название кислоты С ω Z,% 1 2 3 4 Насыщенные жирные кислоты Миристиновая 14:0 1,2 Пальмитиновая 16:0 30,0 Стеариновая 18:0 15,3 Арахиновая 20:0 2,3 Ненасыщенная жирная кислота Пальмитоолеиновая 16:1 (9) 1,2 Олеиновая 18:1 (9) 11,9 Линолевая 18:2 (9,12) 6 19,4 Линоленовая 18:3 (9,12,15) 3 0,3 Арахидоновая 20:4 (5, 8, 11, 14) 6 8,9 Эйкозапентаеновая 20:5 (5,8,11,14,17) 3 2,1 Примечание. С – число атомов углерода в данной жирной кислоте m – число двойных связей в радикале жирной кислоты (9) месторасположения двойной связи в радикале жирной кислоты, считая от первого, карбоксильного углерода ω – 3, ω – 6 – положение первой двойной связи, считая от метильного углерода радикала жирной кислоты Z – состав жирных кислоту человека, находящегося на обычном пищевом рационе. ЭТАПЫРАСЩЕПЛЕНИЕЛИПИДОВВЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОМ ТРАКТЕ Расщепление липидов происходит в 12-перстной кишке, куда поступают липаза с соком поджелудочной железы и конъюгированные желчные кислоты в составе желчи. 1. Эмульгированиежира- обязательное условие для переваривания, так как делает гидрофобный субстрат более доступным для действия гидролитических ферментов - липаз. Эмульгирование происходит при участии желчныхкислот, которые из-за своей амфифильности, окружают каплю жира и снижают поверхностное натяжение, что приводит к дроблению капли. 2. Гидролизжира осуществляется при участии панкреатической липазы, которая, сорбируясь на поверхности капель жира, расщепляет эфирные связи в триацилглицеринах (ТАГ). Жирные кислоты отщепляются прежде всего из α - положения. В результате образуется- диацилглицерин, затем β - моноацилглицерин, который является основным продуктом гидролиза 61 Для активного действия панкреатической липазы необходимы следующие условия - рН, близкое к нейтральной среде - желчные кислоты, эмульгирующие жиры - белок колипаза, синтезируемый в поджелудочной железе и секретируемый вместе с панкреатической липазой. 3. Образованиесмешанныхмицелливсасываниепродуктов гидролиза. Продукты гидролиза липидов – жирные кислоты с длинным углеводородным радикалом, β - моноацилглицерины, холестерол, а также соли желчных кислот образуют в просвете кишечника структуры, называемые смешанными мицеллами. Смешанные мицеллы построены таким образом, что гидрофобные части молекул обращены внутрь мицеллы, а гидрофильные – наружу, поэтому мицеллы хорошо растворяются вводной фазе содержимого тонкого кишечника. Стабильность мицелл обеспечивается в основном солями желчных кислот. Мицеллы сближаются со щеточной каймой клеток слизистой оболочки тонкого кишечника, и липидные компоненты мицелл диффундируют через мембраны внутрь клеток. Вместе с продуктами гидролиза липидов всасываются жирорастворимые витамины А, Е, К и соли желчных кислот. ЖЕЛЧНЫЕКИСЛОТЫ желчныекислотывыполняют |