- •Предисловие
- •Глава 1. Введение в обмен углеводов
- •1.1 Общая характеристика обмена углеводов
- •1.2 Классификация и структура углеводов
- •Б Полисахариды
- •1.3 Переваривание углеводов пищи
- •А Переваривание углеводов в ротовой полости
- •В Пристеночное пищеварение или гидролиз олиго- и дисахаридазами
- •1.4 Всасывание и транспорт углеводов
- •А Na+-зависимые транспортеры глюкозы
- •Б Na+-независимые транспортеры глюкозы
- •1.5 Пути использования глюкозы в клетках
- •1.6 Гликолиз
- •Б Схема гликолиза
- •1.7 Реакции гликолиза
- •Г Реакция 2
- •Е Реакция 4
- •Ж Реакция 5
- •И Реакция 7
- •К Реакция 8
- •Л Реакция 9
- •М Реакция 10
- •Н Реакция 11
- •1.8 Энергетический баланс гликолиза
- •А Аэробный гликолиз
- •Б Анаэробный гликолиз
- •1.9 Регуляция гликолиза
- •Б Гормональная регуляция
- •1.10 Пути использования пирувата в клетках
- •1.11 Эффекты Пастера и Кребтри
- •Б Эффект Кребтри
- •1.12 Вовлечение других углеводов в гликолиз
- •А Фруктоза
- •Мышцы
- •Печень
- •Б Галактоза
- •В Манноза
- •Термины
- •Вопросы к семинарскому занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- • Переваривание, абсорбция и транспорт углеводов
- • Гликолиз
- • Метаболизм глюкозы в других клетках и тканях
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 2. Глюконеогенез
- •2.1 Общая характеристика глюконеогенеза
- •2.2 Субстраты глюконеогенеза
- •А Пируват и лактат
- •Б Глюкогенные аминокислоты
- •В Глицерол
- •Г Жирные кислоты
- •2.3 Реакции глюконеогенеза
- •Реакция 1
- •Реакция 2
- •Реакции 3-8
- •Реакция 9
- •Реакция 10
- •Реакция 11
- •В Общая схема глюконеогенеза
- •2.4 Энергетический баланс глюконеогенеза
- •2.5 Биохимический смысл глюконеогенеза и его регуляция
- •Б Механизмы регуляции
- •Аллостерическая регуляция
- •Гормональная регуляция
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- • Глюконеогенез
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 3. Обмен гликогена
- •3.1 Общая характеристика
- •3.2 Структура и функции гликогена
- •Б Структура гликогена
- •3.3 Синтез гликогена (гликогеногенез)
- •В Синтез УДФ-глюкозы
- •Реакция 1
- •Реакция 2
- •Реакция 3
- •Г Синтез праймера
- •Д Элонгация цепей гликогена
- •Реакция 4
- •Е Образование ветвей
- •3.4 Распад гликогена (гликогенолиз)
- •Б Уравнения реакций
- •В Укорочение цепей гликогена
- •Реакция 1а
- •Г Отщепление ветвей
- •Реакция 1б
- •Е Расщепление гликогена в лизосомах
- •3.5 Регуляция обмена гликогена
- •А Аллостерическая регуляция
- •Гликогенфосфорилаза
- •Гликогенсинтаза
- •Глюкагон и адреналин
- •Инсулин
- •Ca2+-зависимая регуляция обмена гликогена
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- • Метаболизм гликогена
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 4. Цикл трикарбоновых кислот
- •4.1 Общая характеристика
- •4.2 Окислительное декарбоксилирование пирувата
- •А Строение пируватдегидрогеназного комплекса
- •Реакция 1
- •Реакция 2
- •Реакция 3
- •Реакция 4
- •Реакция 5
- •4.3 Цикл трикарбоновых кислот
- •Б Схема цикла трикарбоновых кислот
- •Г Реакции ЦТК
- •Реакция 1
- •Реакция 2
- •Реакция 3
- •Реакция 4
- •Реакция 5
- •Реакция 6
- •Реакция 7
- •Реакция 8
- •Д Энергетический баланс ЦТК
- •4.4 Регуляция ЦТК и окислительного декарбоксилирования пирувата
- •Регуляция с помощью количества субстрата
- •Ингибирование метаболитами цикла
- •4.5 Амфиболическая роль ЦТК
- •Б Анаплеротические реакции
- •Пируваткарбоксилаза
- •Малик-фермент
- •Фосфоенолпируваткарбоксикиназа
- •Реакции катаболизма аминокислот
- •Реакции катаболизма жирных кислот
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- • Окислительное декарбоксилирование пирувата (ОДП)
- • Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК)
- • Анаплеротические пути
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 5. Пентозофосфатный путь
- •5.1 Общая характеристика
- •5.2 Реакции пентозофосфатного пути
- •А Схема пентозофосфатного пути
- •В Окислительная фаза
- •Реакция 1
- •Реакция 2
- •Реакция 3
- •Г Неокислительная фаза
- •Реакция 4
- •Реакция 5
- •Реакция 6
- •Реакция 7
- •Реакция 8
- •5.3 Сценарии и регуляция пентозофосфатного пути
- •Б Сценарии пентозофосфатного пути
- •В Ксилулозо-5-фосфат как регуляторная молекула
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- • Пентозофосфатный путь
- • Путь уроновых кислот
- •Вопросы для самопроверки
- •Рекомендуемая литература
Всасывание и транспорт углеводов 7
в просвет кишечника (люминальная сторона). Оптимум pH для них составляет около
6.
Основные олиго- и дисахаридазы кишечника:
1.Глюкоамилаза (мальтаза или экзо-1,4-α-D-глюкозидаза) катализирует гидролиз терминальных α(1→4)-гликозидных связей на нередуцирующих концах мальто-олигосахаридов или мальтозы.
2.Сахараза (сахароза-α -декстриназа или сахароза-α-D-глюкогидролаза)
катализирует гидролиз α(1→2)-гликозидных связей в молекуле саха-
розы (продукты: молекула глюкозы и фруктозы); α(1→4)-гликозидных связей в молекуле мальтозы (продукты: две молекулы глюкозы); α(1→6)-гликозидных связей в α-декстринах и изомальтозе. Этот фермент кодируется одним геном, посттрансляционно расщепляется на две полипептидные цепи: одна из них катализирует гидролиз α(1→4)- связей, а другая — α(1→6)-связей.
3. Лактаза (β -D-галактозидгалактогидролаза) катализирует гидролиз
β(1→ 4)-гликозидных связей в молекуле лактозы (или терминальных связей между остатками β -D-галактозы на нередуцирующих концах в
β-D-галактозидах). Продуктом гидролиза лактозы является молекула галактозы и глюкозы.
4.Трегалаза (α,α-трегалоза-глюкогидролаза) катализирует гидролиз трегалозы до двух молекул глюкозы.
Переваривание олигосахаридов обычно завершается в тощей кишке.
Рис. 2. Схема строения гликогена: он имеет разветвленную структуру, где редуцирующий конец всегда связан с белковым ядром — гликогенином. Нередуцирующие концы пространственно удалены от редуцирующего.
1.4Всасывание и транспорт углеводов
Молекула глюкозы является полярной и не может диффундировать через гидрофобный фосфолипидный бислой клеточной мембраны. Каждая гидроксильная группа глюкозы формирует по меньшей мере 2 водородных связи с молекулами
8 Глава 1 Введение в обмен углеводов
воды. Чтобы разорвать эти связи и преодолеть силы Ван-дер-Ваальса между гидрофобными хвостами жирных кислот в клеточной мембране потребовалась бы энергия. Поэтому глюкоза всасывается клетками кишечника с помощью Na+-независимого (облегченная диффузия) и Na+-зависимого транспорта (вторично-активный транспорт).
Таким образом, в абсорбции глюкозы участвуют белки-переносчики двух ти-
пов:
1.Na+-зависимые транспортеры глюкозы (SGLT-1).
2.Na+-независимые транспортеры глюкозы (или ГЛЮТ-белки).
Оба типа белков пронизывают клеточную мембрану насквозь, т.е. относятся к интегральным белкам.
А Na+-зависимые транспортеры глюкозы
Na+-зависимые транспортеры, расположенные на люминальной стороне (обращённой к просвету кишечника) абсорбтивных клеток кишечника, переносят глюкозу и галактозу из просвета кишечника в клетки.
Транспорт осуществляется по механизму симпорта с ионами Na+ (вторично-ак- тивный транспорт). На люминальной стороне одна молекула глюкозы и два иона Na+ связываются с белком-переносчиком. Вероятно, ионы Na+ способствуют изменению конформации белка и повышению его сродства к глюкозе. Затем молекула глюкозы и ионы Na+ переносятся внутрь клетки и отщепляются. Причем отщепление ионов Na+ вызывает снижение сроства к глюкозе и её отщепление. Внутри энтероцитов поддерживается низкая концентрация ионов Na+. В этом участвуют Na+,K+-АТФазы, использующие энергию АТФ для своей работы (первично-активный транспорт).
Na+-зависимый транспорт переносит бо́льшее количество молекул глюкозы в клетки, однако это не снижает значимость Na+-независимого транспорта.
Б Na+-независимые транспортеры глюкозы
Na+-независимые транспортеры расположены как на люминальной, так и на серозной стороне клеток кишечника (обращенной к кровеносным сосудам). Такие транспортеры называют ГЛЮТ-белками (глюкозные транспортеры). Особенность всех ГЛЮТ-белков — наличие 12 трансмембранных доменов.
ГЛЮТ-белки обнаруживаются во многих клетках нашего организма, а не только
вкишечнике. Они способны переносить как глюкозу, так и фруктозу. Перенос осуществляется по механизму облеченной диффузии (пассивный транспорт без затрат энергии). Глюкоза переносится по градиенту концентрации из места с повышенной концентрацией в место с пониженной.
Вклетки скелетной мускулатуры, миокарда и жировой ткани глюкоза попадает с помощью инсулин-зависимых транспортеров ГЛЮТ 4. При низком уровне инсулина
вкрови белки ГЛЮТ 4 находятся не в мембране клеток, а в цитозольных везикулах. Инсулин стимулирует транслокацию ГЛЮТ 4 в мембрану и захват ими глюкозы.
Всасывание и транспорт углеводов 9
Белки ГЛЮТ 2, постоянно находящиеся в мембранах гепатоцитов (инсулин-не- зависимые), имеют низкое сродство к глюкозе (ниже, чем ГЛЮТ 4), но высокую степень генетической экспрессии, поэтому уровень глюкозы в крови очень быстро уравновешиваются с внутриклеточным уровень благодаря им.
Эритроциты, клетки нервной системы и почек содержат ГЛЮТ 1 и ГЛЮТ 3 транспортеры (тоже инсулин-независимые). В отличие от ГЛЮТ 2 эти белки имеют высокое сродство к глюкозе, обеспечивая её эффективный захват при голодании (глюкоза очень важна для этих клеток, в особенности для эритроцитов).
ГЛЮТ 5 экспрессируется преимущественно в тонком кишечнике, где он переносит чаще фруктозу, а не глюкозу.
Таблица 1 |
Семейства ГЛЮТ-белков |
|
|
|
|
|
|
|
|
Транспортер |
Локализация в клетках и тканях |
Комментарии |
||
|
|
|
|
|
ГЛЮТ 1 |
Эритроциты |
Переносит глюкозу по меха- |
||
|
Гемато-энцефалический барьер |
низму унипорта. Переносит |
||
|
Гемато-ретинальный барьер |
широкий ряд альдоз, вклю- |
||
|
Плацентарный барьер |
чая пентозы и гексозы и дез- |
||
|
Гемато-тестикулярный барьер |
оксиаскорбиновую |
кислоту. |
|
|
Астроциты |
Экспрессируется в |
быстро |
|
|
Миокардиальные клетки |
пролиферирующих |
клетках |
|
|
|
эмбриона. |
Имеет |
высокое |
|
|
сродство к глюкозе. При уве- |
||
|
|
личении глюкозы в крови, |
||
|
|
количество |
ГЛЮТ 1 |
снижа- |
|
|
ется. А при снижении глю- |
||
|
|
козы в крови, их количество |
||
|
|
увеличивается. |
|
|
ГЛЮТ 2 |
Печень |
Переносчик с низким срод- |
||
|
Почки |
ством к глюкозе, способный |
||
|
Поджелудочная железа (β-клетки) |
переносить |
большое коли- |
|
|
Кишечник (на базолатеральной мем- |
чество молекул. Является |
||
|
бране клеток слизистой оболочки) |
«глюкозным сенсором» в |
||
|
|
поджелудочной железе, ги- |
||
|
|
поталамусе и стволе мозга. |
||
|
|
Кроме того, переносит глю- |
||
|
|
козу, фруктозу и галактозу из |
||
|
|
слизистой оболочки кишеч- |
||
|
|
ника в кровь. |
|
|
ГЛЮТ 3 |
Нейроны |
Основной переносчик глю- |
||
|
Плацента |
козы в центральной нервной |
||
|
Мужские половые железы |
системе; |
имеет |
высокое |
|
Скелетные мышцы |
сродство к глюкозе. Его по- |
||
|
|
верхностная экспрессия сти- |
||
|
|
мулируется |
инсулином (т.е. |
10 |
Глава 1 |
Введение в обмен углеводов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
Семейства ГЛЮТ-белков |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Транспортер |
Локализация в клетках и тканях |
Комментарии |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
он является инсулин-зависи- |
||
|
|
|
мым). |
|
|
|
ГЛЮТ 4 |
Скелетные мышцы |
Инсулин-зависимый пере- |
||
|
|
Сердечная мышца |
носчик глюкозы: при повы- |
||
|
|
Жировая ткань |
шении концентрации инсу- |
||
|
|
|
лина в крови, повышается и |
||
|
|
|
концентрация ГЛЮТ 4 в кле- |
||
|
|
|
точной мембране. Имеет вы- |
||
|
|
|
сокое сродство к глюкозе. |
|
|
|
|
|
|
||
|
ГЛЮТ 5 |
Кишечный эпителий |
Участвует в абсорбции фрук- |
||
|
|
Сперматозоиды |
тозы клетками кишечника. |
|
|
|
|
В малом количестве: |
|
|
|
|
|
Печень |
|
|
|
|
|
Адипоциты |
|
|
|
|
|
Нейроглиальные клетки |
|
|
|
|
|
Скелетные мышцы |
|
|
|
|
ГЛЮТ 6 |
Нейроны |
Связывает цитохалазин В с |
||
|
|
Селезёнка |
низким сродством. |
|
|
|
|
Периферические лимфоциты |
|
|
|
|
ГЛЮТ 7 |
Тонкая кишка |
Имеет низкое |
сродство |
к |
|
|
Толстая кишка |
глюкозе. |
|
|
|
ГЛЮТ 8 |
Нейроны |
Имеет высокое |
сродство |
к |
|
|
Мужские половые железы |
глюкозе. |
|
|
|
|
Печень |
|
|
|
|
|
Почки |
|
|
|
|
ГЛЮТ 9 |
Эпителий различных тканей |
Переносит гексозы и при |
||
|
|
|
этом способен |
переносить |
|
|
|
|
мочевую кислоту. |
|
|
|
ГЛЮТ 10 |
Сердечная мышца |
Экспрессия ГЛЮТ 10 не зави- |
||
|
|
Скелетные мышцы |
сит от уровня глюкозы или |
||
|
|
Легкие |
инсулина в крови. Перено- |
||
|
|
Нервная ткань |
сит глюкозу по |
механизму |
|
|
|
Печень |
симпорта с протонами H+. |
|
|
|
|
Поджелудочная железа |
|
|
|
|
|
Плацента |
|
|
|
|
|
Почки |
|
|
|
|
|
Жировая ткань |
|
|
|
|
ГЛЮТ 11 |
Сердечная мышца |
Активность ГЛЮТ 11 ингиби- |
||
|
|
Скелетные мышцы |
руется фруктозой. |
|
|
|
|
|
|
||
|
ГЛЮТ 12 |
Сердечная мышца и скелетные мышцы |
Экспрессия ГЛЮТ 12 не зави- |
||
|
|
Бурый жир |
сит от уровня инсулина в |
||
|
|
Предстательная железа |
крови. |
|
|