17. Биологические функции углеводов. Соответствие химической структуры этих соединений выполняемым функциям

Сахароза - растворимый дисахарид со сладким вкусом. Источником сахарозы служат растения, особенно сахарная свёкла, сахарный тростник. Последнее объясняет возникновение тривиального названия сахарозы - "тростниковый сахар".

Лактоза - молочный сахар; важнейший дисахарид молока млекопитающих. В коровьем молоке содержится до 5% лактозы, в женском молоке - до 8%. В лактозе аномерная ОН-группа первого углеродного атома остатка D-галактозы связана β-гликозидной связью с четвёртым углеродным атомом D-глюкозы (β-1,4-связь). Поскольку аномерный атом углерода остатка глюкозы не участвует в образовании гликозидной связи, следовательно, лактоза относится к восстанавливающим сахарам.

Мальтоза поступает с продуктами, содержащими частично гидролизованный крахмал, например, солод, пиво. Мальтоза также образуется при расщеплении крахмала в кишечнике. Мальтоза состоит из двух остатков D-глюкозы, соединённых α-1,4-гликозидной связью.

Изомальтоза - промежуточный продукт, образующийся при расщеплении крахмала в кишечнике. Состоит из двух остатков D-глюкозы, но соединены эти моносахариды α-1,6-гликозидной связью.

Крахмал - наиболее важный углеводный компонент пищевого рациона. Это резервный полисахарид растений, содержащийся в наибольшем количестве (до 45% от массы сухого вещества) в зёрнах злаков (пшеница, кукуруза, рис и др.), а также луковицах, стеблях и клубнях растений (в картофеле примерно 65%).

 

Целлюлоза (клетчатка) - основной структурный полисахарид растений. Это самое распространённое органическое соединение на земле. Доля целлюлозы в клеточных стенках растений составляет 40-50%. Целлюлоза имеет молекулярную массу порядка 10⁶ Д, длина молекулы может доходить до 6-8 мкм. линейный полисахарид гомогликан, построенный из остатков глюкозы, соединённых между собой β-1,4-гликозидными связями. Пищеварительная система человека не имеет ферментов, гидролизующих β-связи в полисахаридах. Поэтому целлюлоза - неиспользуемый углевод, но этот пищевой компонент необходим для нормального протекания переваривания.

Гликоген - полисахарид животных и человека. Так же, как крахмал в растениях, гликоген в клетках животных выполняет резервную функцию, но, так как в пище содержится лишь небольшое количество гликогена, он не имеет пищевого значения.

18. Переваривание и всасывание углеводов в желудочно-кишечном тракте человека. Ферменты, принимающие участие в этих процессах.

В ротовой полости слюна на 99% состоит из воды и обычно имеет рН 6,8 присутствует гидролитический фермент α-амилаза (α-1,4-гликозидаза)

Панкреатическая α-амилаза В двенадцатиперстной кишке рН среды желудочного содержимого нейтрализуется, так как секрет поджелудочной железы имеет рН 7,5-8,0 и содержит бикарбонаты (НСО₃^-). С секретом поджелудочной железы в кишечник поступает панкреатическая α-амилаза. Этот фермент гидролизует α-1,4-гликозидные связи в крахмале и декстринах

Сахаразо-изомальтазный комплекс гидролизует сахарозу и изомальтозу, расщепляя α-1,2- и α-1,6-гликозидные связи. Кроме того, оба ферментных домена имеют мальтазную и мальтотриазную активности, гидролизуя α-1,4-гликозидные связи в мальтозе и мальтотриозе

Гликоамилазный комплекс Этот ферментативный комплекс катализирует гидролиз α-1,4-связи между глюкозными остатками в олигосахаридах, действуя с восстанавливающего конца. По механизму действия этот фермент относят к экзогликозидазам. Комплекс расщепляет также связи в мальтозе, действуя как мальтаза. В гликоамилазный комплекс входят две разные каталитические субъединицы, имекдцие небольшие различия в субстратной специфичности. Гликоамилазная активность комплекса наибольшая в нижних отделах тонкого кишечника.

β-Гликозидазный комплекс (лактаза)Лактаза расщепляет β-1,4-гликозидные связи между галактозой и глюкозой в лактозе

Трегалаза - также гликозидазный комплекс, гидролизующий связи между мономерами в тре-галозе - дисахариде, содержащемся в грибах. Трегалоза состоит из двух глюкозных остатков, связанных гликозидной связью между первыми аномерными атомами углерода.

19. Синтез гликогена в тканях. Ферменты участвующие в этих процессах, лимитирующие стадии . Особенности строения ферментов. Регуляция процесса.

является эндергоническим, т.е. требующим затрат энергии

Синтез гликогена. 1 - глюкокиназа или гексокиназа; 2 - фосфоглюкомутаза; 3 - УДФ-глюкрпирофосфорилаза; 4 - гликогенсинтаза (глюкозилтрансфераза); 5 - фермент "ветвления" (амило-1,4 → 1,6-глюкозилтрансфераза), светлые и заштрихованные кружки - глюкозные остатки, закрашенные кружки - глюкозные остатки в точке ветвления.

гликоген в клетке никогда не расщепляется полностью, синтез гликогена осуществляется путём удлинения уже имеющейся молекулы полисахарида, называемой "затравка", или "праймер".

20. Распад гликогена в тканях. Регуляция процесса. Особенности запасания и мобилизации глюкозы в печени и скелетной мускулатуре. Сопряжённость этих процессов с питанием и физическими нагрузками.

В рамке - фрагмент гликогена с точкой ветвления. Закрашенный кружок - глюкозный остаток, связанный α-1,6-гликозидной связью; светлые и заштрихованные кружки - глюкозные остатки в линейных участках и боковых ветвях, связанные α-1,4-гликозидной связью. 1 - Гликогенфосфорилаза; 2 - олигосахаридтрансфераза; 3 - α-1,6-глюкозидаза.

Происходят в ответ на повышение потребности организма в глюкозе. Гликоген печени распадается в основном в интервалах между приёмами пищи, кроме того, этот процесс в печени и мышцах ускоряется во время физической работы.

21. Гликолиз. Химические реакции и ферменты.

22. Анаэробное окисление глюкозы. Энергетический эффект. Гликолитичекая оксидоредукция. Субстратное фосфорилирование. Возможность протекания анаэробного окисления в тканях человека. Биологическое значение процесса.

1 моль глюкозы без участия митохондриальной дыхательной цепи сопровождается синтезом 2 моль АТФ и 2 моль лактата. АТФ образуется за счёт 2 реакций субстратного фосфорилирования.

В условиях интенсивной мышечной работы бывают ситуации, когда в клетку не успевает поступать кислород. При этом распад углеводов временно протекает в анаэробных условиях.

Возникает сопряжение между двумя реакциями, которое называется гликолитическая оксидоредукция:

Реакции гликолитической оксидоредукции полностью обратимы. В отсутствие кислорода сколько НАДН2 образуется на 6-й стадии, столько же НАДН2 и отдаст свой водород на ПВК.

23. Ключевые реакции гликолиза, механизмы регуляции скорости их протекания. Основные аллостерические регуляторы.

1.Из глюкозы получают глюкозо-6-фотсфат под действием фермента гексокиназы, ингибиромом которого являемся фруктозо-6 фосфат, с затратой энергии, реакция необратима!

2.Из глюкозо-6-фосфата получают фруктозо-6 – фосфат, под действием глюкозо-6-фосфатизомеразы

3.Из фруктозо-6 – фосфата получают фруктозо-1,6-фосфат под действием фосфофруктокиназы, которая активируется АМФ, ингибируется АТФ, с затратой энергии, реакция необратима!

4.Из фруктозо-1,6-фосфат получают диоксиацетонфосфат и глицеральдегид-3-фосфат под действием альдолазы

5. Из диоксиацетонфосфата получают глицеральдегид-3-фосфат под действием триозофосфатизомеразы

6. Из глицеральдегид-3-фосфата получают 1,3-дифосфоглицерат под действием глицероальдегидофосфатдегидрогеназы, сопровождается регенерацией НАД+ до НАДН

7. Из 1,3-дифосфоглицерата получают 3-фосфоглицерат под действием фосфоглицераткиназы с затратой энергии

8. Из 3-фосфоглицерата получают 2-фосфоглицерат под действием фермента фосфоглицератмутаза, имеющем регуляторный фермент 2,3БФГ

9. Из 2-фосфоглицерата получают фософенолпируват под действием эналазы с образованием воды

10. Из фосфоенолпирувата образуется пируват под действием пируват киназы с образованием АТФ, реакция необратима!

24. Аэробный распад глюкозы. Локализация основных этапов.

Аэробным гликолизом называют процесс окисления глюкозы до пировиноградной кислоты, протекающий в присутствии кислорода. Все ферменты, катализирующие реакции этого процесса, локализованы в цитозоле клетки.

1. Этапы аэробного гликолиза

В аэробном гликолизе можно выделить 2 этапа.

1. Подготовительный этап, в ходе которого глюкоза фосфорилируется и расщепляется на две молекулы фосфотриоз. Эта серия реакций протекает с использованием 2 молекул АТФ.

2. Этап, сопряжённый с синтезом АТФ. В результате этой серии реакций фосфотриозы превращаются в пируват. Энергия, высвобождающаяся на этом этапе, используется для синтеза 10 моль АТФ.

25. Глюконеогенез, определение. Альтернативные реакции гликолиза. Биологическое значение процесса.

Некоторые ткани, например мозг, нуждаются в постоянном поступлении глюкозы. Когда поступление углеводов в составе пищи недостаточно, содержание глюкозы в крови некоторое время поддерживается в пределах нормы за счёт расщепления гликогена в печени. Однако запасы гликогена в печени невелики. Они значительно уменьшаются к 6-10 ч голодания и практически полностью исчерпываются после суточного голодания. В этом случае в печени начинается синтез глюкозы de novo - глюконеогенез. Глюконеогенез - процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы.

гликолиз протекает в цитозоле, а часть реакций глюконеогенеза происходит в митохондриях.

Суммарный результат глюконеогенеза из пирувата выражается следующим уравнением: 2 Пируват + 4 АТФ + 2 ГТФ + 2 (NADH + Н⁺)+ 4 Н₂0 → Глюкоза + 4 АДФ + 2 ГДФ + 6 H₃PO₄ + 2 NAD⁺

Суммарный результат глюконеогенеза из пирувата выражается следующим уравнением: 2 Пируват + 4 АТФ + 2 ГТФ + 2 (NADH + Н⁺)+ 4 Н₂0 → Глюкоза + 4 АДФ + 2 ГДФ + 6 H₃PO₄ + 2 NAD⁺