Л9_ПФШ_14

Восстановленный НАДФН ингибирует первый фермент окислительного этапа пентозофосфатного пути - глюкозо-6-

фосфатдегидрогеназу. Превращение НАДФН в окисленное состояние

НАДФ+ приводит к ослаблению ингибирования фермента. При этом

скорость соответствующей реакции возрастает, и образуется большее количество НАДФН.

Синтез жирных кислот из углеводов в печени является основным

путём утилизации НАДФН и обеспечивает регенерацию окисленной формы

НАДФ+.

В печени глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, как и ключевые ферменты

гликолиза и биосинтеза жирных кислот, индуцируется при увеличении

соотношения инсулин/глюкагон после приёма богатой углеводами пищи.

Реакции окислительного пути протекают только в том случае, если

восстановленный кофермент НАДФН возвращается в исходное окисленное состояние НАДФ+ при участии НАДФН-зависимых дегидрогеназ (т.е. при условии использования гидрированного НАДФН в восстановительных процессах).

Если потребности клетки в НАДФН незначительны, рибозо-5-фосфат

образуется в результате обратимых реакций неокислительного этапа пентозофосфатного пути, используя в качестве исходных веществ метаболиты гликолиза - глицеральдегид-3-фосфат и фруктозо-6-фосфат.

Регуляция направленности реакций в ПФЦ осуществляется главным

образом ферментами, участвующими в этом цикле.

Избыток того или иного субстрата подавляет активность фермента,

катализирующего его синтез, или активирует фермент, катализирующий его трансформацию в другое соединение.

Относительные количества глюкозы, превращающиеся через ПФЦ,

неодинаковы в разных тканях. В мышцах скорость ПФЦ очень низка, а в

печени не менее 30% CO2 образуется при окислении глюкозы в ПФЦ.

В других тканях, где активно проходит биосинтез жирных кислот и

стероидов (семенниках, жировой ткани, лейкоцитах, коре

надпочечников, молочной железе), доля ПФЦ в окислительном

метаболизме глюкозы также очень значительна.

Интенсивность ПФЦ зависит от функционального состояния ткани и от гормонального статуса (например, в печени резко снижается при

голодании из-за инактивации дегидрогеназ ПФЦ и восстанавливается

вскоре после кормления).

Скорость ПФЦ регулируется в первую очередь концентрацией

НАДФН. Обе дегидрогеназы ПФЦ чувствительны к изменению

величины отношения НАДФ/НАДФН. При его величине 0,02 активность дегидрогеназ в печени максимальна, а при величине 0,01 снижается на 90%.

Интенсивный ПФЦ происходит в эритроцитах. Это связано с необходимостью НАДФН-зависимого восстановления глутатиона -

кофактора глутатионредуктазы эритроцитов.

Нарушения функционирования некоторых ферментов ПФК приводят к развитию тяжелых заболеваний человека. Недостаточность глюкозо-6-

фосфат-дегидрогеназы в эритроцитах служит причиной лекарственной

гемолитической анемии.

Снижение активности транскетолазы в результате нарушения ее способности связывать тиамин приводит к развитию нервно-психического расстройства - синдрома Вернике Корсакова.

Пентозофосфатный путь: клинические аспекты

окислительном фосфорилировании, протекающем в митохондриях.

Гидрированные коферменты снабжают водородом биосинтетические процессы, окислительно-восстановительные реакции, включающие защиту

клеток от активных форм кислорода.

НАДФН - это источник восстановительных эквивалентов для

цитохрома Р450, катализирующего образование гидроксильных групп при

синтезе стероидных гормонов, жёлчных кислот, при катаболизме лекарственных веществ и других чужеродных соединений.

Высокая активность фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы

обнаружена в фагоцитирующих лейкоцитах, где НАДФН-оксидаза

использует восстановленный НАДФН для образования супероксидного йона

из молекулярного кислорода.

Супероксидный йон генерирует другие активные формы кислорода,

под действием которых и повреждаются молекулы ДНК, белков, липидов

бактериальных клеток.

Дефект глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы в эритроцитах

Неферментативное окисление гемоглобина (Fe2+) в метгемоглобин

(Fe3+) приводит к одноэлектронному восстановлению кислорода и

появлению реакционно-способного анион-радикала - супероксида 02-,

который служит предшественником других активных форм кислорода:

пероксида водорода Н2О2 и гидроксильного радикала ОН-.

Активные формы кислорода являются сильнейшими окислителями и

поэтому способны вызывать серьёзные повреждения молекул ДНК, белков,

ненасыщенных липидов.

В эритроцитах, как и в большинстве клеток, присутствует

тиолсодержащий трипептид - глутатион (γ-глутамил-цистенил-глицин).

Рис. Восстановление глутатиона под действием глутатионредуктазы. А -

строение глутатиона; Б - восстановление глутатиона.

Восстановленная форма глутатиона (Г-SH) содержит SH-группу (рис.),

которая может служить донором электронов в реакциях восстановления. Под действием фермента глутатионпероксидазы восстановленный глутатион превращает молекулу пероксида водорода в молекулу воды, а сам переходит в окисленное состояние (Г-SS-Г).

гидрированный НАДФН.

Для эритроцитов единственным источником получения НАДФН служит

пентозофосфатный путь.

Для других тканей существует альтернативный способ - при участии

НАДФН-зависимой малатдегидрогеназы (малик-фермент).

Взаимодействие восстановленного глутатиона с пероксидом водорода в

эритроцитах предохраняет цистеиновые остатки в протомерах

гемоглобина от окисления.

При генетическом дефекте глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы

концентрация восстановленного кофермента НАДФН уменьшается. Резко

снижается концентрация восстановленного глутатиона. В клетке,

соответственно, увеличивается количество активных форм кислорода.

Тяжелый гемолиз может быть вызван случайным употреблением

токсичных веществ, например нафталина, который содержится в средствах

от моли.

Наконец, гемолитический криз может быть спровоцирован

метаболическим ацидозом.

Определение активности транскетолазы в крови позволяет судить о степени недостаточности тиамина.

Единственное заболевание, при котором наблюдается повышение ее

активности, - пернициозная анемия.

Самая распространенная ферментопатия в эритроцитах из группы ферментопатий пентозофосфатного пути метаболизма глюкозы -

недостаточность Г-6-ФДГ. Во всем мире этим заболеванием страдают более 200 млн человек. Возможно, недостаточность Г-6-ФДГ, подобно

гемоглобину S, частично защищает больного от малярии, поскольку в дефектных эритроцитах создаются неблагоприятные условия для развития

мерозоитов.

При наличии аномальной молекулы Г-6-ФДГ в эритроцитах

снижаются связывание кислорода, скорость восстановления метгемоглобина и устойчивость к воздействию различных потенциальных окислителей.

При аномальном варианте Г-6-ФДГ нарушается основная функция

фермента - поддержание стабильности мембран эритроцитов.

Гемолитическая несфероцитарная анемия.

Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы (Г6ФД; G6PD),

(glucose 6-phosphate dehydrogenase), (EC 1.1.1.49) в эритроцитах человека обусловливает блокирование первого этапа обмена глюкозо-6-фосфата в пентозном цикле, в результате чего уменьшается количество редуцированных нуклеотидов (НАДФН2), а также редуцированной формы

глютатиона.

Усиленный гемолиз эритроцитов происходит не только под влиянием

приема ряда лекарственных препаратов и химических веществ

(сульфаниламидов, фенацетина, примахина, хинина, аспирина,

салицилатов, витамина К), а также некоторых веществ растительного

происхождения, в частности, при вдыхании пыльцы или употребления в

пищу незрелых конских бобов Vicia fava. В связи с этим данное заболевание

называют также фавизмом.

Регуляция углеводного обмена

1. Фосфорилирование/дефосфорилирование (регуляция синтеза и распада крахмала). Реципрокно.

Фосфорилирование

ГС

Дефосфорилирование

2. Регуляция гликолиза (бифункциональный фермент)

ПАТОЛОГИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА.

При некоторых состояниях можно наблюдать повышение содержания глюкозы в крови – гипергликемию, а также понижение концентрации глюкозы – гипогликемию. Гипергликемия является довольно частым симптомом различных заболеваний, прежде всего связанных с поражением эндокринной системы.

Сахарный диабет. В регуляции гликолиза и глюконеогенеза большую роль играет инсулин. При недостаточности содержания инсулина возникает заболевание, которое носит название «сахарный диабет»: повышается концентрация глюкозы в крови (гипергликемия), появляется глюкоза в моче

(глюкозурия) и уменьшается содержание гликогена в печени. Мышечная ткань при этом утрачивает способность утилизировать глюкозу крови. В

печени при общем снижении интенсивности биосинтетических процессов: биосинтеза белков, синтеза жирных кислот из продуктов распада глюкозы – наблюдается усиленный синтез ферментов глюконеогенеза.

При введении инсулина больным диабетом происходит коррекция метаболических сдвигов: нормализуется проницаемость мембран

мышечных клеток для глюкозы, восстанавливается соотношение между

гликолизом и глюконеогенезом. Инсулин контролирует эти процессы на

генетическом уровне как индуктор синтеза ключевых ферментов гликолиза: гексокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы. Инсулин также индуцирует синтез гликогенсинтазы. Одновременно инсулин действует как репрессор синтеза ключевых ферментов глюконеогенеза.

Следует отметить, что индукторами синтеза ферментов глюконеогенеза служат глюкокортикоиды. В связи с этим при инсулярной недостаточности и сохранении или даже повышении секреции кортикостероидов (в частности,

при диабете) устранение влияния инсулина приводит к резкому повышению синтеза и концентрации ферментов глюконеогенеза, особенно

фосфоенолпируват-карбоксикиназы, определяющей возможность и скорость глюконеогенеза в печени и почках.

Развитие гипергликемии при диабете можно рассматривать также как результат возбуждения метаболических центров в ЦНС импульсами с хеморецепторов клеток, испытывающих энергетический голод в связи с недостаточным поступлением глюкозы в клетки ряда тканей.

Для сахарного диабета I типа характерно пониженное, а для II типа нормальное или повышенное содержание инсулина. Уровень

иммунореактивного инсулина повышается при акромегалии, синдроме Кушинга, инсулиноме. Двукратное превышение нормы – при ожирении.

Определение иммунореактивного инсулина проводят только у больных, которые никогда не получали экзогенный инсулин. В противном случае образовавшиеся антитела искажают результаты.

Нормальное содержание иммунореактивного инсулина в сыворотке крови натощак составляет 6-24 мМЕ/л. Разные тест-системы могут дать разные цифры.

У больных диабетом II типа (с ожирением) в ответ на глюкозу уровень инсулина в крови может повышаться через 1-2 ч до очень высоких значений и превышать норму в течение нескольких часов.

Инсулиносодержащие эритроциты связывают, депонируют и транспортируют инсулин. Он первым реагирует на гликемию.

Количество инсулиносодержащих эритроцитов у здоровых лиц уменьшается через 30 мин после нагрузки глюкозой, и увеличивается в случае нарушенной толерантности к глюкозе.

Доза устанавливается и корректируется индивидуально, но не выше 40

ЕД. Средняя доза - 0,5 - 1 ЕД/кг/сутки. Она зависит от лекарственной

формы инсулина, возраста, особенностей течения заболевания и содержания глюкозы в крови и моче, характера и режима питания и физической нагрузки, наличия инфекционных заболеваний, хирургических вмешательств, беременности, нарушений функции щитовидной железы,

болезни Аддисона, почечной или печеночной недостаточности.