Билет №17

1. Основные пути метаболизма глюкозы и их биомедицинское назначение. Характеристика гликолиза, пируватдегидрогеназного комплекса и цикла трикарбоновых кислот.

Метаболизм представляет собой высококоординированную и целенаправленную клеточную активность. Он выполняет 4 специфические функции:

1. Снабжение химической энергией.

2. Превращение молекул пищевых веществ в строительные блоки, которые в дальнейшем используются клеткой для построения макромолекулю

3. Сборку белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов и прочих клеточных компонентов из этих строительных белков.

4. Синтез и разрушение тех биомолекул, которые необходимы для выполнения каких-либо специфических функций клетки.

Метаболизм складывается из 2х фаз – катаболизм и анаболизм.

Катаболизм – процесс расщепления сложных молекул до более простых, идущих с выделением энергии.

Анаболизм – процесс синтеза сложных веществ из более простых, идущий с затратой энергии в виде АТФ.

Глюкоза – сахар (моносахарид), который после проникновения в клетку организма осуществляет роль одного из основных источников энергии. Большинство углеводов, поступая с пищей, в конечном счете метаболизируют до глюкозы. Часть глюкозы депонируется в виде гликогена, как запасная форма энергии, и расходуется при необходимости. Основными регуляторами содержания глюкозы, поддерживающими ее концентрацию на физиологическом уровне, являются гормоны поджелудочной железы - инсулин и глюкагон, секреция которых зависит от концентрации глюкозы. Нарушение образования того или иного гормона (как переизбыток, так и недостаток) приводит к возникновению сахарного диабета.

Гликоген – главный резервный полисахарид человека. Он содержится во всех органах и тканях человека, наибольшая его концентрация отличается в печени. Глюкоза очень легко мобилизуется из гликогеновых депо и так же легко включается в энергетический обмен. Скорость включения в энергетический обмен и наибольшая полнота окисления - это преимущество глюкозы перед аминокислотами и жирными кислотами.

Сложные углеводы, которые мы потребляем с пищей, сначала расщепляются в желудочно-кишечном тракте до глюкозы, которая уже потом включается в углеводный обмен.

Глюкоза сама по себе не может проникнуть внутрь клетки без участия инсулина. Некоторые органы способны усваивать глюкозу внеинсулиновым путем. Так, например, усваивают глюкозу головной мозг печень, хрусталик глаза. Однако от инсулина зависит общий уровень глюкозы в крови. Если этот уровень слишком низок, то это сказывается и на энергообеспечении вышеуказанных органов. Мышечная ткань усваивает глюкозу исключительно инсулиновым путем. Это связано не только с особенностями энергоснабжения мышечной ткани, но и с накоплением в ней гликогена.

Другая версия ответа:

Гликолиз— ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в клетках, сопровождающийся синтезом АТФ. Гликолиз при аэробных условиях ведёт к образованию пировиноградной кислоты (пирувата), гликолиз в анаэробных условиях ведёт к образованию молочной кислоты (лактата). Гликолиз является основным путём катаболизма глюкозы в организме животных.

В клетках эукариотических организмов десять ферментов, катализирующих распад глюкозы до ПВК, находятся в цитозоле, все остальные ферменты, имеющие отношение к энергетическому обмену, — в митохондриях и хлоропластах. Поступление глюкозы в клетку осуществляется двумя путями:

• натрий-зависимый симпорт (преимущественно для энтероцитов и эпителия почечных канальцев)

• облегчённая диффузия глюкозы с помощью белков-переносчиков. Работа этих белков-транспортёров контролируется гормонами и, в первую очередь, инсулином.

При отсутствии или недостатке в клетке кислорода пировиноградная кислота подвергается восстановлению до молочной кислоты

1.Первой реакцией гликолиза является фосфорилирование молекулы глюкозы, происходящее при участии тканеспецефичного фермента гексокиназы с затратой

энергии 1 молекулы АТФ; образуется активная форма глюкозы — глюкозо-6-фосфат

2. В следующей реакции ферментом фосфоглюкоизомеразой Г-6-Ф превращается во фруктозо-6-фосфат (Ф-6-Ф). Энергия для этой реакции не требуется, и реакция является полностью обратимой. На данном этапе в процесс гликолиза может также включаться путём фосфорилирования и фруктоза.

3. Далее почти сразу друг за другом следуют две реакции: необратимое фосфорилирование фруктозо-6-фосфата (3) и обратимое альдольное расщепление образовавшегося фруктозо-1,6-бифосфата (Ф-1,6-бФ) на две триозы (4). Фосфорилирование Ф-6-Ф осуществляется фосфофруктокиназой с затратой энергии ещё одной молекулы АТФ; это вторая ключевая реакция гликолиза, её регуляция определяет интенсивность гликолиза в целом.

5. Триозофосфат-изомераза . Под действием Триозофосфат-изомеразы дигидроксиацетонфосфат может легко и обратимо превращаться в глицеральдегид-3-фосфат, необходимый для последующих реакций. Только Г3Ф способен в дальнейшем расщипляться в ходе гликолиза. В результате этой реакции 1,2,3 углеродные атомы исходной глюкозы становятся неотличимыми от соответственно 4,5 и 6.

6. Каждая молекула глицеральдегидфосфата окисляется в присутствии дегидрогеназы глицеральдегидфосфата до 1,3-дифосфоглицерата.

7. Далее с 1,3-дифосфоглицерата, содержащего макроэргическую связь в 1 положении, ферментом фосфоглицераткиназой на молекулу АДФ переносится остаток фосфорной кислоты— образуется молекула АТФ. Это первая реакция субстратного фосфорилирования. С этого момента процесс расщепления глюкозы перестаёт быть убыточным в энергетическом плане, так как энергетические затраты первого этапа оказываются компенсированными: синтезируются 2 молекулы АТФ (по одной на каждый 1,3-дифосфоглицерат) вместо двух потраченных в реакциях 1 и 3. Для протекания данной реакции требуется присутствие в цитозоле АДФ, то есть при избытке в клетке АТФ (и недостатке АДФ) её скорость снижается. Поскольку АТФ, не подвергающийся метаболизму, в клетке не депонируется а просто разрушается, то эта реакция является важным регулятором гликолиза.

8. Фосфоглицерат-мутаза. Катализирует обратимую реакцию переноса фосфатной группы 3фосфоглицерата в положение 2 с образованием 2фг – субстрата для следующей реакции.

9. Енолаза. Катализирует обратимую реакцию отщепления воды от 2-фосфоглицерата с образованием феп – высокоэнергетическое фосфорилированное соединение. Для проявления активности енолазы необходимы ионы магния, с котрыми фермент образует комплекс, прежде чем присоединить субстрат. Для енолазы характерно ингибирование фторидом в присутствии фосфата, истинным ингибитором являются при этом ионы фторфосфата, связывающие ионы магния.

10. И наконец происходит вторая реакция субстратного фосфорилирования АДФ с образованием енольной формы пирувата и АТФ

Несмотря на то, что метаболизм человека преимущественно аэробный, в интенсивно работающих скелетных мышцах наблюдается анаэробное окисление. В условиях ограниченного доступа кислорода пируват превращается в молочную кислоту, как происходит при молочнокислом брожении у многих микроорганизмов.