Полезные материалы за все 6 курсов / Учебники, методички, pdf / Биохимия

Восстановление окисленного токоферола

Витамин С (аскорбиновая кислота) также является антиоксидантом и участвует с помощью двух различных механизмов в ингибировании ПОЛ. Во-первых, витамин С восстанавливает окисленную форму витамина Е и таким образом поддерживает необходимую концентрацию этого антиоксиданта непосредственно в мембранах клеток. Во-вторых, витамин С, будучи водорастворимым витамином и сильным восстановителем, взаимодействует с водорастворимыми активными формами кислорода — O2•, Н2O2, ОН• и инактивирует их.

β-Каротин, предшественник витамина А, также обладает антиоксидантным действием и ингибирует ПОЛ. Показано, что растительная диета, обогащённая витаминами Е, С, каротиноидами, существенно уменьшает риск развития атеросклероза и заболеваний ССС, подавляет развитие катаракты — помутнения хрусталика глаза, обладает антиканцерогенным действием. Имеется много доказательств в пользу того, что положительное действие этих компонентов пищи связано с ингибированием ПОЛ и других молекул и, следовательно, с поддержанием нормальной структуры компонентов клеток.

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

Термин «углеводы», предложенный в XIX столетии, был основан на предположении, что все углеводы содержат 2 компонента - углерод и воду, и их элементарный состав можно выразить общей формулой Сm(Н20)п. Хотя из этого правила есть исключения и оно не абсолютно точно, тем не менее указанное определение позволяет наиболее просто характеризовать класс углеводов в целом. К тому же попытка, предпринятая Комиссией по химической номенклатуре, заменить термин «углеводы» на «глициды» не удалась. Новый термин не получил широкого признания. Термин «углеводы» укоренился и общепризнан.

Углеводы можно разделить на 3 основные группы в зависимости от количества составляющих их мономеров: моносахариды, олигосахариды и полисахариды:

Классификация углеводов

МОНОСАХАРИДЫ

Моносахариды - производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу. В зависимости от положения в молекуле карбонильной группы моносахариды подразделяют на альдозы и кетозы.

Альдозы содержат функциональную альдегидную группу -НС=О, тогда как кетозы содержат кетонную группу >C=0. Название моносахарида зависит от числа составляющих его углеродных атомов, например альдотриозы, кетотриозы, альдогексозы, кетогексозы и т.д.

Моносахариды по строению можно отнести к простым углеводам, так как они не гидролизуются при переваривании, в отличие от сложных, которые при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Строение основных представителей моносахаридов:

ОЛИГОСАХАРИДЫ

делятся по числу моносахаридов в молекуле: дисахариды, трисахариды и т.д.

Дисахариды – это углеводы, которые при гидролизе дают две одинаковые или различные молекулы моносахарида и связаны друг с другом гликозидной связью:

Сахароза – пищевой сахар, в которой остатки α-глюкозы и β-фруктозы связаны α1,2-гликозидной связью. Присутствует в большинстве фруктов, в ягодах и в некоторых овощах, в наибольшем количестве содержится в сахарной свекле и сахарном тростнике, в моркови, ананасах, сорго:

Строение сахарозы

Мальтоза и изомальтоза – промежуточные продукты гидролиза крахмала и гликогена, в них два остатка α-глюкозы связаны α1,4-гликозидной связью ( в

мальтозе) и α1,6-гликозидной связью (в изомальтозе), содержится в солоде, проростках злаков:

Строение мальтозы и изомальтозы

Лактоза – молочный сахар, остаток β-галактозы связан с α- или β-глюкозой β1,4- гликозидной связью. В некоторых ситуациях (например, беременность) может появляться в моче.

Целлобиоза – промежуточный продукт гидролиза целлюлозы в кишечнике, в котором остатки β-глюкозы связаны β1,4-гликозидной связью. Здоровая микрофлора кишечника способна гидролизовать часть поступающей сюда целлюлозы до свободной глюкозы, которая либо потребляется самими микроорганизмами, либо всасывается в кровь.

Строение лактозы и целлобиозы

ПОЛИСАХАРИДЫ

подразделяют на гомополисахариды, т.е. состоящие из одинаковых моносахаров, и гетерополисахариды, состоящие из различных моносахаров.

Гомополисахариды

Крахмал – гомополимер α-D-глюкозы. Находится в злаках, бобовых, картофеле и некоторых других овощах. Синтезировать крахмал способны почти все растения.

Двумя основными компонентами крахмала являются амилоза (15-20%) и амилопектин (80-85%). Амилоза представляет собой неразветвленную цепь с молекулярной массой от 5 до 500 кДа, в которой остатки глюкозы соединены

исключительно α-1,4-гликозидными связями. Амилопектин содержит α-1,4- и α- 1,6-гликозидные связи, имеет массу не менее 1 млн Да и является разветвленной молекулой, причем ветвление происходит за счет присоединения небольших глюкозных цепочек к основной цепи посредством α-1,6-гликозидных связей. Каждая ветвь имеет длину 24-30 остатков глюкозы, веточки возникают примерно через 1416 остатков глюкозы в цепочке.

Общее строение крахмала и гликогена

Гликоген – резервный полисахарид животных, находится в цитоплазме многих типов клеток, но в наибольшей мере в гепатоцитах и миоцитах. Структурно он схож с амилопектином, но, во-первых, длина веточек меньше – 11-18 остатков глюкозы, и во-вторых, он более разветвлен – через каждые 8-10 остатков. За счет этих особенностей гликоген более компактно уложен, что немаловажно для животной клетки.

Целлюлоза состоит из остатков β-глюкозы, единственной связью в ней является β- 1,4-гликозидная связь. Она является наиболее распространенным органическим соединением биосферы, около половины всего углерода Земли находится в ее составе. В отличие от предыдущих полисахаридов целлюлоза является внеклеточной молекулой, имеет волокнистую структуру и абсолютно нерастворима в воде. .

Строение целлюлозы

Гетерополисахариды

Большинство гетерополисахаридов характеризуется наличием повторяющихся дисахаридных остатков. Эти дисахариды включают в себя уроновую кислоту и аминосахар. Дублируясь, они образуют олиго- и полисахаридные цепи

– гликаны. В биохимии используются синонимы – кислые

гетерополисахариды (так как имеют много кислотных групп), гликозаминогликаны (производные глюкозы, содержат аминогруппы).

Гликозаминогликаны входят в состав протеогликанов (мукополисахаридов) – сложных белков, функцией которых является заполнение межклеточного пространства и удержание здесь воды, что обеспечивает тургор тканей и эластичность хрящей, также они выступают как смазочный и структурный компонент суставов, хрящей, кожи. В частности, гиалуроновая кислота находится в стекловидном теле глаза, в синовиальной жидкости, в межклеточном пространстве.

Основными представителями гетерополисахаридов (гликозаминогликанов)

являются гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфаты и дерматансульфаты, гепар ин.

Строение гиалуроновой и хондроитинсерной кислот

Потребность в углеводах взрослого организма составляет 350-400 г в сутки,

при этом целлюлозы и других пищевых волокон должно быть не менее 30-40 г.

С пищей в основном поступают крахмал, гликоген, целлюлоза, сахароза, лактоза, мальтоза, глюкоза и фруктоза, рибоза.

Переваривание углеводов в желудочно-кишечном тракте Ротовая полость

Со слюной сюда поступает кальций-содержащий фермент α-амилаза. Оптимум ее рН 7,1-7,2, активируется ионами Cl–. Являясь эндоамилазой, она беспорядочно расщепляет внутренние α1,4-гликозидные связи и не влияет на другие типы связей.

В ротовой полости крахмал и гликоген способны расщепляться α-амилазой до декстринов – разветвленных (с α1,4- и α1,6-связями) и неразветвленных (с α1,4- связями) олигосахаридов. Некоторая часть декстринов может расщепляться до мальтозы и изомальтозы, но эти дисахариды ничем не гидролизуются.

Желудок

В желудке действие амилазы слюны прекращается из-за низкой рН содержимого желудка, хотя некоторое время расщепление углеводов продолжается внутри

пищевого комка. Желудочный сок не содержит ферментов, расщепляющих углеводы, хотя возможен незначительный кислотный гидролиз гликозидных связей.

Кишечник

В полости тонкого кишечника работает панкреатическая α-амилаза, гидролизующая в крахмале и гликогене внутренние α1,4-связи с образованием мальтозы, мальтотриозы и декстринов.

Кроме полостного, имеется еще и пристеночное пищеварение, которое осуществляют:

-сахаразо-изомальтазный комплекс (рабочее название сахараза) – в тощей кишке гидролизует α1,2-, α1,4-, α1,6-гликозидные связи, расщепляет сахарозу, мальтозу, мальтотриозу, изомальтозу,

-β-гликозидазный комплекс (рабочее название лактаза) – гидролизует β1,4- гликозидные связи в лактозе между галактозой и глюкозой. У детей активность лактазы очень высока уже до рождения и сохраняется на высоком уровне до 5-7 лет, после чего снижается,

-гликоамилазный комплекс – находится в нижних отделах тонкого кишечника, расщепляет α1,4-гликозидные связи и отщепляет концевые остатки глюкозы в олигосахаридах с восстанавливающего конца.

Роль целлюлозы в пищеварении

Целлюлоза ферментами человека не переваривается, т.к. не образуются соответствующие ферменты. Но в толстом кишечнике под действием ферментов микрофлоры некоторая часть ее может гидролизоваться с образованием целлобиозы и глюкозы. Глюкоза частично используется самой микрофлорой и окисляется до органических кислот (масляной, молочной), которые стимулируют перистальтику кишечника. Малая часть глюкозы может всасываться в кровь.

Основная роль целлюлозы для человека:

-стимулирование перистальтики кишечника,

-формирование каловых масс,

-стимуляция желчеотделения,

-абсорбция холестерола и других веществ, что препятствует их всасыванию.

Особенности переваривания углеводов у детей

У детей первого года жизни из-за недостаточной кислотности желудка слюнная α-амилаза способна попадать в тонкую кишку и участвовать в пищеварении. Поэтому, несмотря на то, что активность α-амилазы поджелудочной железы у новорожденных довольно низкая, младенцы удовлетворительно способны переваривать полисахариды, в том числе и молочных смесей. К концу первого года

жизни активность панкреатической α-амилазы возрастает в 25 раз, к периоду половой зрелости – в 50 раз.

Интересной особенностью переваривания углеводов у младенцев является разная скорость гидролиза α-лактозы и β-лактозы.

β-Лактоза, присутствующая в женском молоке, не полностью гидролизуется в тонкой кишке и не вызывает быстрой гипергликемии. Часть ее достигает нижних отделов тонкого кишечника и толстой кишки и предопределяет, в числе других достоинств грудного вскармливания, развитие оптимальной кишечной микрофлоры.

В коровьем молоке преобладает α-лактоза, которая легко расщепляется уже в верхних отделах тонкого кишечника и полученные моносахара быстро всасываются, что приводит после еды к более высокой гипергликемии. Поэтому "искусственники" более склонны к ожирению, чем младенцы со здоровым грудным питанием.

К часто встречающимся формам нарушения переваривания дисахаридов относятся – дефект лактазы (β-гликозидазного комплекса) и сахаразы (сахаразоизомальтазного комплекса), которые называются какинтолерантность к лактозе и сахарозе или непереносимость лактозы и сахарозы.

Непереносимость лактозы и сахарозы

Приобретенная недостаточность

Приобретенные формы недостаточности переваривания углеводов возникают в результате заболеваний стенок ЖКТ: когда нарушается образование ферментов и их размещение на щеточной каемке энтероцитов. К тому же ухудшается всасывание моносахаров.

Наследственная недостаточность

При наследственной (первичной) патологии лактазы симптомы проявляются после первых кормлений. Ее недостаточность может проявляться не только у младенцев, но зачастую развивается у подростков и взрослых в результате естественного снижения синтеза фермента в онтогенезе.

Патология сахаразы у младенцев обнаруживается при введении в рацион сладкого (соки, фрукты).

Патогенез

Отсутствие гидролиза соответствующих дисахаридов приводит к осмотическому эффекту и задержке воды в просвете кишечника. Кроме этого,

сахара активно потребляются микрофлорой толстого кишечника и

метаболизируют с образованием коротких органических кислот (масляная, молочная) и газов.

В результате указанных процессов симптомами лактазной или сахаразной недостаточности являются дисбактериоз, диарея, срыгивания, метеоризм,

вспучивание живота, его спазмы и боли.

Из-за частого раздражения продуктами брожения целостность эпителия кишечника нарушается и появляется высокая вероятность развития атопического дерматита.

Диагностика

Диагноз ферментативной недостаточности ставится на основании анамнеза, симптомов заболевания и анализа кала.

Дифференциальная диагностика нарушений переваривания и всасывания заключается в контроле уровня глюкозы крови после раздельного приема дисахаридов (тест абсорбции дисахаридов) и эквивалентного количества моносахаридов. Незначительный подъем концентрации глюкозы крови в первом случае указывает на нехватку ферментов, во втором – на нарушение всасывания.

Основы лечения

При лактазной недостаточности: у младенцев – использование безлактозных молочных смесей и препаратов, содержащих

фермент лактазу. Взрослые исключают молоко из рациона или используют ферментные препараты.

При снижении активности сахаразы – удаление из рациона продуктов с добавлением сахара.

В качестве примера нарушения всасывания можно привести синдром мальабсорбции фруктозы.

Мальабсорбция фруктозы Причина

Первичная или вторичная (энтериты, целиакия) недостаточность транспортного белка ГлюТ-5 для фруктозы на апикальной мембране клеток тонкого кишечника.

Патогенез

Накопление фруктозы в просвете кишечника приводит к осмотическому эффекту и задержке воды. Кроме этого, фруктоза активно потребляется микрофлорой толстого кишечника и метаболизирует с

образованием коротких органических кислот (масляная, молочная) и газов. В результате указанных процессов симптомами являются дисбактериоз, диарея, тошнота, рвота, метеоризм, вспучивание живота, его спазмы и боли.

Лечение

Пока не разработано конкретных методов лечения, однако диета со снижением содержания фруктозы и/или с увеличенным соотношением глюкоза/фруктоза облегчают симптоматику и способствуют нормализации пищеварения.

Механизм трансмембранного переноса глюкозы и других моносахаридов в клетки

Всасывание моносахаридов в кишечнике

Образовавшиеся под воздействием дисахаридаз моносахариды всасываются через мембраны энтероцитов и поступают в кровь воротной вены. С наибольшей скоростью всасываются глюкоза и галактоза.

Возможны 2 механизма всасывания:

-при высокой концентрации глюкозы и галактозы (после приема пищи) в

просвете кишечника моносахариды всасываются путем облегченной диффузии с помощью белка – переносчика (транспортера глюкозы - ГЛЮТ-2);

-при низких концентрациях глюкозы и галактозы их всасывание протекает путем активного транспорта по механизму симпорта с ионами натрия при участии специального переносчика. Глюкоза и ионы натрия связываются с различными его участками и транспортируются через плазматическую мембрану внутрь энтероцита. Затем образовавшийся комплекс распадается и ионы натрия при участии Na+ , К + - АТФазы возвращаются обратно в просвет кишечника. При этом, с одной стороны, поддерживается постоянный градиент концентрации натрия, а с другой – транспорт глюкозы обеспечивается необходимой энергией. В результате этот механизм может функционировать даже тогда, когда концентрация глюкозы или галактозы в кишечнике относительно не велика.

Всасывание фруктозы и пентоз происходит пассивно путем диффузии.