Обмен углеводов
 Скачать 1.99 Mb.
|
|
Вопросы и задачи билетов для собеседования (коллоквиума) по теме «Обмен углеводов» Вопросы 1.Охарактеризуйте переваривание углеводов пищи на примере крахмала: 1)охарактеризуйте структуру крахмала и назовите виды связи между мономерами 2)назовите ферменты полного переваривания крахмала и охарактеризуйте их по плану: место синтеза, место работы, оптимальное значение рН для работы, класс, подкласс, субстрат, продукты 1) Крахмал относится к классу полисахаридов, подклассу гомополисахаридов. Это гомополимер -D-глюкозы; смесь 2-х гомополисахаридов: 1. Амилоза (15-20%) - линейный полисахарид (-1,4 глюкозидная связь) 2. Амилопектин (80-85%) - линейные цепи - 24-30 остатков глюкозы - -1,4 глюкозидная связь, в точках ветвления - -1,6 глюкозидная связь Формула: (C6H10O5)n или  Функция – резервная. 2) Расщепление углеводов начинается в ротовой полости под действием амилазы слюны. Выделяют 3 вида амилаз: -амилаза/эндоамилаза-расщепляет в полисахаридах внутренние -1,4-связи; её молекула в активных центрах содержит ионы Са2+, необходимые для ферментативной активности -амилаза/экзоамилаза-отщепляет от крахмала дисахарид мальтозу; обнаруживается у высших растений, где выполняет важную роль в мобилизации резервного(запасного) крахмала -амилаза/экзоамилаза-отщепляет один за другим глюкозные остатки от конца полигликозидной цепочки Амилаза - класс гидролаз, подкласс гликозидаз. *ПЕРЕВАРИВАНИЕ УГЛЕВОДОВ В РОТОВОЙ ПОЛОСТИ (ПОЛОСТНОЕ) В ротовой полости пище измельчается при пережёвывании и смачивается слюной (pH 6,8). Слюна содержит -амилазу/-1,4-гликозидазу, расщепляющую в крахмале внутренние -1,4-гликозидные связи с образованием декстринов, мальтозы и изомальтозы *ПЕРЕВАРИВАНИЕ УГЛЕВОДОВ В ЖЕЛУДКЕ (ПОЛОСТНОЕ) Действие амилазы слюны прекращается при кислой среде (pH<4) содержимого желудка *ПЕРЕВАРИВАНИЕ УГЛЕВОДОВ В ТОНКОМ КИШЕЧНИКЕ (ПОЛОСТНОЕ И ПРИСТЕНОЧНОЕ) В 12-перстной кишке кислое содержимое желудка нейтрализуется соком поджелудочной железы (pH 7,5-8 за счёт бикарбонатов). С соком поджелудочной железы в кишечник поступает панкреатическая -амилаза/эндогликозидаза-гидролизует внутренние -1,4-гликозидные связи крахмале и декстринах с образованием мальтозы, изомальтозы и олигосахаридов.(их дальнейшее переваривание происходит под действием специфических ферментов-экзогликозидаз, образующих ферментативные комплексы и осуществляющих пристеночное пищеварение) Переваривание углеводов заканчивается образованием моносахаридов - в основном глюкозы, меньше образуется фруктозы и галактозы, ещё меньше-маннозы, ксилозы и арабинозы. *ВСАСЫВАНИЕ Моносахариды всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок. Транспорт моносахаридов в клетки слизистой оболочки кишечника может осуществляться путём диффузии (рибоза, ксилоза, арабиноза), облегчённой диффузии с помощью белков переносчиков (фруктоза, галактоза, глюкоза), и путём активного транспорта (галактоза, глюкоза). Скорость всасывания: ГАЛАКТОЗА>ГЛЮКОЗА>ФРУКТОЗА>ДРУГИЕ МОНОСАХАРИДЫ *СУДЬБА ВСОСАВШИХСЯ МОНОСАХАРИДОВ- 90% через капилляры кишечных ворсинокпопадают в кровеносную систему и с током крови через воротную вену доставляются прежде всего в печень(здесь значительная часть глюкозы превращается в гликоген). Остальные 10% поступают по лимфатическим путям в венозную систему. 2. Охарактеризуйте переваривание углеводов пищи на примере лактозы и сахарозы: 1)охарактеризуйте структуру лактозы и сахарозы и назовите виды связи между мономерами 2)назовите ферменты переваривания данных углеводов и охарактеризуйте их по плану: место синтеза, место работы, оптимальное значение рН для работы, класс, подкласс, субстрат, продукты 1) Лактоза – дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из остатков молекул глюкозы и галактозы. Формула: С12H22O11 или  Связь: β-1,4- гликозидная связь Сахароза - дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов: α-глюкозы и β-фруктозы. Формула: С12H22O11 или  Связь: β-1,2- гликозидная связь 2) Сахароза и лактоза, несмотря на их хорошую растворимость в воде, непосредственно не всасываются в кишечнике. Они могут быть усвоены организмом лишь после расщепления на соответствующие моносахариды. Будучи же введены, минуя кишечник, непосредственно в кровь (парентерально), дисахариды тканями не используются и в основном выделяются с мочой в неизмененном виде. Расщепление дисахаридов - сахарозы, лактозы - происходит в тонком кишечнике. Сахароза и лактоза поступают в организм с пищей. Их переваривание происходит под действием специфических ферментов – экзогликозидаз, образующих ферментативные комплексы. Эти комплексы находятся на поверхности эпителиальных клеток тонкого кишечника и осуществляют ПРИСТЕНОЧНОЕ ПИЩЕВАРЕНИЕ: Сахарозо-изомальтазный комплекс состоит из 2 пептидов, имеет доменное строение. Из первого пептида образован цитоплазматический, трансмембранный (фиксирует комплекс на мембране энтероцитов) и связывающий домены и изомальтазная субъединица. Из второго - сахаразная субъединица. Сахаразная субъединица гидролизует α-1,2-гликозидные связи в сахарозе, изомальтазная субъединица - α-1,6-гликозидные связи в изомальтозе, α-1,4-гликозидные связи в мальтозе и мальтотриозе. Комплекса много в тощей кишке, меньше в проксимальнойи дистальной частях кишечника. Гликоамилазный комплекс содержит две каталитические субъединицы, имеющие небольшие различия в субстратной специфичности. Гидролизует α-1,4-гликозидные связи в олигосахаридах (с восстанавливающего конца) и в мальтозе. Наибольшая активность в нижних отделах тонкого кишечника. β-Гликозидазный комплекс (лактаза) гликопротеин, гидролизует β-1,4-гликозидные связи в лактозе. Активность лактазы зависит от возраста. У плода она особенно повышена в поздние сроки беременности и сохраняется на высоком уровне до 5-7-летнего возраста. Затем активность лактазы снижается, составляя у взрослых 10% от уровня активности, характерного для детей. Переваривание углеводов заканчивается образованием моносахаридов – в основном глюкозы, меньше образуется фруктозы и галактозы, еще меньше – маннозы, ксилозы и арабинозы. *ВСАСЫВАНИЕ Моносахариды всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок. Транспорт моносахаридов в клетки слизистой оболочки кишечника может осуществляться путём диффузии (рибоза, ксилоза, арабиноза), облегчённой диффузии с помощью белков переносчиков (фруктоза, галактоза, глюкоза), и путём активного транспорта (галактоза, глюкоза). Скорость всасывания: ГАЛАКТОЗА>ГЛЮКОЗА>ФРУКТОЗА>ДРУГИЕ МОНОСАХАРИДЫ *СУДЬБА ВСОСАВШИХСЯ МОНОСАХАРИДОВ- 90% через капилляры кишечных ворсинокпопадают в кровеносную систему и с током крови через воротную вену доставляются прежде всего в печень(здесь значительная часть глюкозы превращается в гликоген). Остальные 10% поступают по лимфатическим путям в венозную систему. 3. Охарактеризуйте механизмы транспорта глюкозы: 1) из полости кишечника в энтероциты и в кровь (механизм всасывания); 2) из крови в клетки тканей; 3) отметьте особенности транспорта в мышечную и жировую ткани и поясните, почему они являются инсулинозависимыми; 4) 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. 1) Моносахариды всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок. Транспорт моносахаридов в клетки слизистой оболочки кишечника может осуществляться путём диффузии (рибоза, ксилоза, арабиноза), облегчённой диффузии с помощью белков переносчиков (фруктоза, галактоза, глюкоза), и путем вторично-активного транспорта (галактоза, глюкоза). Вторично-активный транспорт галактозы и глюкозы из просвета кишечника в энтероцит осуществляется симпортом с Na+. Через белок-переносчик Na+ двигается по градиенту своей концентрации и переносит с собой углеводы против их градиента концентраций. Градиент концентрации Na+ создаётся Nа+/К+-АТФ-азой. При низкой концентрации глюкозы в просвете кишечника она транспортируется в энтероцит только активным транспортом, при высокой концентрации - активным транспортом и облегчённой диффузией. Скорость всасывания: галактоза > глюкоза > фруктоза > другие моносахариды. Моносахариды выходят из энтероцитов в направлении кровеносного капилляра с помощью облегченной диффузии через белки-переносчики. 2) Потребление глюкозы клетками из кровотока происходит также путём облегченной диффузии. Более 90% всосавшихся моносахаридов (главным образом глюкоза) через капилляры кишечных ворсинок попадает в кровеносную систему и с током крови через воротную вену доставляется прежде всего в печень. Остальное количество моносахаридов поступает по лимфатическим путям в венозную систему. В печени значительная часть всосавшейся глюкозы превращается в гликоген, который откладывается в печеночных клетках в форме своеобразных, видимых под микроскопом блестящих гранул. При избыточном поступлении глюкозы, часть её превращается в жир. 3) Исключение составляют клетки мышц и жировой ткани, где облегчённая диффузия регулируется инсулином (гормон поджелудочной железы). В отсутствие инсулина плазматическая мембрана этих клеток непроницаема для глюкозы, так как она не содержит белки-переносчики (транспортёры) глюкозы. Глюкозные транспортеры (ГЛЮТ) называют также рецепторами глюкозы. Транспортер имеет участок связывания глюкозы на внешней стороне мембраны. После присоединения глюкозы конформация белка изменяется, в результате чего глюкоза оказывается связанной с белком в участке, обращенном внутрь клетки. Затем глюкоза отделяется от транспортера, переходя внутрь клетки. Описаны пять типов ГЛЮТ. Они имеют сходную первичную структуру и доменную организацию, но отличаются локализацией и степенью сродства к глюкозе. ГЛЮТ-4 найден в плазматической мембране мышечных и жировых клеток. Гормон инсулин вызывает увеличение количества молекул ГЛЮТ-4 на поверхности клетки и таким образом стимулирует поступление глюкозы в эти клетки. ГЛЮТ-4 (и в меньшей мере ГЛЮТ-1) почти полностью находятся в цитоплазме клеток. Влияние инсулина на такие клетки приводит к перемещению везикул, содержащих ГЛЮТ, к плазматической мембране, слиянию с ней и встраиванию транспортёров в мембрану. После чего возможен облегчённый транспорт глюкозы в эти клетки. После снижения концентрации инсулина в крови транспортёры глюкозы снова перемещаются в цитоплазму, и поступление глюкозы в клетку прекращается 4) Реакция:  *Фермент: Гексокиназа(во многих тканях), Класс фермента:Трансферазы, подкласс: Фосфотрансферазы Отличается от глюкокиназы высоким сродством к глюкозе и низким значением Кm < 0,1 ммоль/л. Этот фермент в отличие от глюкокиназы активен при низкой концентрации глюкозы в крови, что характерно для постабсорбтивного состояния. В этот период гексокиноза обеспечивает потребление глюкозы мозгом, эритроцитами и другими тканями. *Фермент: Глюкокиназа(в печени и поджелудочной железе) Класс фермента:Трансферазы, подкласс: Фосфотрансферазы Кm = 10 ммоль/л . Активность глюкокиназы в отличие от гексокиназы не ингибируется продуктом глюкозо-6-фосфатом. Это обстоятельство обеспечивает повышение концентрации глюкозы в клетке в фосфорилированной форме, соответственно ее уровню в крови. Преимущественное потребление глюкозы гепатоцитами предотвращает чрезмерное повышение ее концентрации в крови в абсорбтивном периоде. Это, в свою очередь, снижает вероятность протекания нежелательных реакций с участием глюкозы, например гликозилирования белков. Продукт: Глюкозо-6-фосфат Следует отметить, что в разных тканях гексокиназа присутствует в разных изоформах, отличающихся величиной Км. Глюкокиназа печени и почек является изоформой IV. В клетках мышц содержится гексокиназа II, а в клетках опухолевых тканей преобладает гексокиназа III, с более выскоим, чем у гексокиназы II, сродством к глюкозе. Значение: фосфорилирование уменьшает концентрацию свободной глюкозы в цитоплазме(образование глюкозо-6-фосфата – своеобразная «ловушка» для глюкозы, так как мембрана клетки непроницаема для фосфорилированной глюкозы). В результате создаются благоприятные условия для облегчённой диффузии глюкозы в клетки из крови. Возможные пути дальнейшего использования продукта реакции в клетках: -СУБСТРАТ ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ: дефосфорилирование глюкозо-6-фосфата - превращение в глюкозу возможно в печени, почках и клетках эпителия кишечника. В клетках этих органов имеется глюкозо-6-фосфатаза, катализирующая отщепление фосфатной группы гидролитическим путём. -СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СИНТЕЗА НОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ: глюкозо-6-фосфат может использоваться в клетке в различных превращениях, основными из которых являются: синтез гликогена, катаболизм с образованием СО2 и Н2О, лактата, синтез пентоз. В процессе метаболизма глюкозо-6-фосфата образуются промежуточные продукты, используемые в дальнейшем для синтеза аминокислот, нуклеотидов, глицерина и жирных кислот. 4. Охарактеризуйте процесс анаэробного гликолиза по плану: 1) в каких тканях, когда и с какой целью процесс идет наиболее активно; 2) ход реакций (субстраты, ферменты / класс ферментов, продукты или характеристика основных этапов), напишите формулами заключительную реакцию процесса, объясните её биологическую роль; 3) способы синтеза АТФ, источники энергии для синтеза АТФ и энергетический выход; 4) аллостерическая регуляция скорости процесса (назовите аллостерические ферменты, аллостерические активаторы и ингибиторы, объясните механизм регуляции); 5) гормональная регуляция скорости процесса (назовите гормон-активатор, ключевые ферменты и возможные способы активации ключевых ферментов при участии данного гормона). *Гликолиз – последовательность ферментативных реакций, приводящих к превращению глюкозы в пируват с одновременным образованием АТФ. Анаэробный гликолиз – это сложный ферментативный процесс распада глюкозы, протекающий в тканях человека и животных без потребления кислорода. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота. 1) Гликолиз (брожение) - это катаболический путь обмена глюкозы в цитоплазме; Протекает почти во всех клетках, 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 2) 1-фосфорилирование: 2 3 (определяет скорость гликолиза)    4-расщепление на две фосфотриозы 5-изомеризация триозофосфатов 6-окисление    7 8-внутримолекулярный перенос фосфатной группы   9 10-субстратное фосфорилирование 11-восстановление ПВК    11 реакция является специфической для анаэробного гликолиза. С помощью этой реакции обеспечивается регенерация NAD+ из NADH без участия митохондриальной дыхательной цепи в ситуациях, связанных с недостаточным снабжением клеток кислородом. Роль акцептора водорода от NADH (подобно кислороду в дыхательной цепи)выполняет пируват. Таким образом, значение реакции восстановления пирувата заключается не в образовании лактата, а в том, что данная цитозольная реакция обеспечивает регенерацию NAD+ |