34.Аэробный распад глюкозы: последовательность реакций, значение, энергетическая оценка. Эффект Пастера. Глицерофосфатаый и малатный челночные механизмы.

Аэробное окисление глюкозы включает 3 стадии:

1 стадия протекает в цитозоле, заключается в образовании пировиноградной кислоты:

Глюкоза → 2 ПВК + 2 АТФ + 2 НАДН₂;

2 cтадия протекает в митохондриях:

2 ПВК → 2 ацетил - КоА + 2 НАДН₂;

3 стадия протекает внутри митохондрий:

2 ацетил - КоА → 2 ЦТК.

В силу того, что 2 молекулы НАДН₂ на первом этапе образуются в цитозоле, а окисляться они могут только в митохондриальной дыхательной цепи, необходим перенос водорода от НАДН₂ цитозоля во внутримитохондриальные цепи переноса электронов. Митохондрии непроницаемы для НАДН₂, поэтому для переноса водорода из цитозоля в митохондрии существуют специальные челночные механизмы. Их суть отражена на схеме, где Х окисленная форма переносчика водорода, а ХН₂ – его восстановленная форма:

В зависимости от того, какие вещества участвуют в переносе водорода через митохондриальную мембрану, различают несколько челночных механизмов.

Глицерофосфатный челночный механизм, в котором происходит потеря двух молекул АТФ, т.к. вместо двух молекул НАДН₂ (потенциально 6 молекул АТФ) образуется 2 молекулы ФАДН₂ (реально 4 молекулы АТФ).

Малатный челночный механизм работает на вынос водорода из митохондриального матрикса:

Энергетическая эффективность аэробного окисления.

1. глюкоза → 2 ПВК + 2 АТФ + 2 НАДН₂ (→8 АТФ).

2. 2 ПВК→ 2 ацетил КоА + 2 НАДН₂ (→6 АТФ).

3. 2 ацетил КоА → 2 ЦТК (12*2 = 24 АТФ).

Итого возможно образование 38 молекул АТФ, из которых необходимо вычесть 2 молекулы АТФ, теряемые в глицерофосфатном челночном механизме. Таким образом, образуется 36 АТФ.

36 АТФ (около 360 ккал) составляют от 686 ккал. 50-60% - это энергетическая эффективность аэробного окисления глюкозы, что в двадцать раз выше, чем эффективность анаэробного окисления глюкозы. Поэтому в тканях при поступлении кислорода анаэробный путь блокируется, и это явление называется эффектом Пастера. У новорожденных аэробный путь начинает активироваться в первые 2-3 месяца жизни.

35. Пентозофосфатный путь превращения углеводов: последовательность реакций, распространение, значение, регуляция. Особенности пентозного пути у детей.

Пентозофосфатный путь - альтернативный аэробный способ окисления глюкозы, в котором из глюкозы образуются пентозофосфаты. Данный путь иногда называется апотомическим (верхушечным) окислением. В нём выделяют 2 этапа: окислительный (необратимый) этап и неокислительный (обратимый) этап.

Окислительная часть заключается в окислении глюкозы с последующим выделением СО₂ и переходом глюкозы в пентозы. В окислительных реакциях генерируется НАДФН₂.

Неокислительная часть заключается в обратимых ферментативных реакциях переноса фрагмента одного углевода на молекулу другого с образованием из пентоз глюкозо-6-фосфата. При этом в каждой неокислительной реакции общее число углеродных атомов в новых веществах равно числу углеродных атомов в исходных веществах.

Одна молекула рибулозо-5-фосфат переходит в ксилулозо-5-фосфат при участии изомеразы, вторая - в рибозо-5-фосфат при участии эпимеразы.

Затем двухуглеродный фрагмент под действием транскетолазы переносится с ксилулозо-5-фосфата на рибозо-5-фосфат с образованием седогептулозо-7-фосфата и 3-фосфоглицеринового альдегида. С седогептулозо-7-фосфата трёхуглеродный фрагмент под действием трансальдолазы переносится на 3-фосфоглицериновый альдегид с образованием эритрозо-4-фосфата и фруктозо-6-фосфата. Фруктозо-6-фосфат переходит в глюкозо-6-фосфат и повторно включается в пентозофосфатный цикл.

Образовавшийся в трансальдолазной реакции эритрозо-4- фосфат взаимодействует ещё с одной молекулой ксилулозо-5-фосфата при участии транскетолазы с образованием фруктозо-6-фосфата и 3-фосфоглицеринового альдегида.

Итоговое уравнение пентозофосфатного пути:

6 молекул глюкозы + 12 НАДФ → 5 молекул глюкозы + 6 СО₂ + 12 НАДФН₂

Биологическая роль первого этапа пентозофосфатного пути у взрослого человека состоит в выполнении двух важных функций:

• он является поставщиком пентоз, которые необходимы для синтеза нуклеотидов, как структурных компонентов нуклеиновых кислот, коферментов, макроэргов.

• служит источником НАДФН₂, который, в свою очередь, используется:

  1. в восстановительных синтезах стероидных гормонов, жирных кислот.

  2. активно участвует в обезвреживании токсичных веществ в печени.

  3. в эритроцитах НАДФН₂ восстанавливает трипептид глютатион, обеспечивая тем самым резистентность эритроцитов.

Одна из функций второго этапа пентозофосфатного цикла состоит в том, что он даёт возможность утилизировать излишки пентоз путём их биотрансформации в гексозы.

Пентозофосфатный путь, выполняя в основном пластическую функцию, активен в таких тканях как лактирующая молочная железа, жировая ткань, надпочечники.

В детском возрасте пентозофосфатный путь протекает активнее, чем у взрослых. На первом году жизни он выполняет не только пластическую функцию, но также и энергетическую функцию. В пентозофосфатном пути полное окисление одной молекулы глюкозы образует 12 молекул НАДФН₂ (это потенциально 36 АТФ).

Благодаря реакциям взаимопревращения углеводов возможно усвоение таких моносахаров как фруктозы и галактозы.

36. Глюконеогенез: последовательность реакций, значение, регуляция. Взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени (цикл Кори). Значение глюконеогенеза в метаболизме плода.

Глюконеогенез - это путь синтеза глюкозы в организме из неуглеводных веществ, который способен длительно поддерживать уровень глюкозы при отсутствии углеводов в пищевом рационе. Исходными веществами для него являются молочная кислота, ПВК, аминокислоты, глицерин. Наиболее активно глюконеогенез протекает в печени и почках. Этот процесс внутриклеточно локализован частично в цитозоле, частично в митохондриях. В целом глюконеогенез является процессом обратным гликолизу.

В гликолизе имеются три необратимых стадии, катализируемых ферментами:

• пируваткиназа;

• фосфофруктокиназа;

• гексокиназа.

Поэтому в глюконеогенезе вместо этих ферментов имеются специфические ферменты, которые осуществляют «обход» этих необратимых стадий:

• пируваткарбоксилаза и карбоксикиназа («обходят» пируваткиназу);

• фруктозо-1,6-дифосфатаза («обходит» фосфофруктокиназу);

• глюкозо-6-фосфатаза («обходит» гексокиназу).

Г люкозо-6-фосфат под действием глюкозо-6-фосфатазы переходит в глюкозу, которая выходит из гепатоцитов в кровь.

Ключевыми ферментами для глюконеогенеза являются пируваткарбоксилаза и фруктозо-1,6-дифосфатаза. Активатором для них являются АТФ (на синтез одной молекулы глюкозы необходимо 6 молекул АТФ).

Таким образом, высокая концентрация АТФ в клетках активирует глюконеогенез, требующий затраты энергии и в то же время ингибирует гликолиз (на стадии фосфофруктокиназы), ведущий к образованию АТФ. Данное положение иллюстрирует приведенный ниже график.

Витамин Н

В глюконеогенезе участвует витамин Н (биотин, антисеборейный витамин), который по химической природе представляет собой серосодержащий гетероцикл с остатками валериановой кислоты. Он широко распространён в животных и растительных продуктах (печень, желток). Суточная потребность в нём составляет 0,2 мг. Авитаминоз проявляется дерматитом, поражением ногтей, увеличением или уменьшением образования кожного жира (себорея). Биологическая роль витамин Н:

• участвует в реакциях карбоксилирования;

• участвует в реакциях транскарбоксилирования;

• участвует в обмене пуриновых оснований, некоторых аминокислот.

Глюконеогенез активен в последние месяцы внутриутробного развития. После рождения ребёнка активность процесса возрастает, начиная с третьего месяца жизни.

Цикл Кори

37. Регуляция концентрации глюкозы в крови. Пути поступления и пути расходования глюкозы крови. Влияние на эти процессы инсулина, адреналина, кортизола и глюкагона. Гипо- и гипергликемия, причины их возникновения. Определение толерантности к глюкозе при диагностике сахарного диабета. Гиперкортицизм.

В регуляции углеводного обмена значительную роль играют гормоны. Естественно, гипер- или гипофункция многих желез внутренней секреции может привести к патологии обмена углеводов. Как правило, эта гипер- или гипофункция связана с какой-либо другой патологией. Так, например, в результате абсолютной или относительной недостаточности инсулина возникает сахарный диабет. Различают следующие формы сахарного диабета:

Инсулинзависимый сахарный диабет (инсулинотерапия необходима, т.к. есть склонность к развитию кетоацидоза). Как правило, заболевание начинается в детстве, связано с ожирением, считают, что возникает вследствие вирусной инфекции, приводящей к разрушению β-клеток поджелудочной железы.

Инсулиннезависимый сахарный диабет (инсулин для лечения не является необходимым). Наиболее распространён. Развитие кето-ацидоза отмечается значительно реже. Заболевают чаще взрослые. Ожирения может и не быть. Возникает, как правило, вследствие наследственных аномалий.

Диабет, связанный с другими патологическими состояниями:

➢абсолютная недостаточность инсулина, обусловленная заболеваниями

поджелудочной железы (хронический панкреатит, гемохроматоз, кистозный

фиброз)

➢относительная недостаточность инсулина, обусловленная либо избыточной

секрецией соматотропина (акромегалия), либо глюкокортикоидов (синдром Кушинга), либо повышением содержания глюкокортикоидов вследствие введения стероидов.

➢ относительная недостаточность инсулина при действии некоторых других

лекарственных средств

4) Диабет беременных. Как правило, после родов проходит.

Важную роль в диагностике сахарного диабета играет определение толерантности организма к углеводам (или это называют пробой с сахарной нагрузкой, или построение сахарной кривой). Суть метода: у пациента натощак измеряют уровень глюкозы крови, затем дают глюкозную нагрузку (из расчета 1г на 1 кг веса) и через 30, 60, 90, 120 минут (т.е. в течение двух часов) определяют уровень глюкозы в крови. В первые 30 минут уровень глюкозы в крови резко повышается, т.к. происходит массивное всасывание глюкозы из кишечника. В ответ на это поджелудочная железа активно генерирует инсулин и через 90 –120 минут уровень глюкозы в крови соответствует исходному уровню и даже может быть ниже исходного (вследствие массивного выброса инсулина). Если же через 90 – 120 минут после сахарной нагрузки уровень глюкозы в крови остаётся на высоких цифрах, то это важное свидетельство в пользу сахарного диабета.

Помимо гипергликемии нарушение обмена углеводов может привести и к гипогликемии. Выделяют гипогликемию, связанную с голоданием (характерно развитие симптомов ночью или рано утром). Т.е. при этом происходит либо избыточная утилизация глюкозы, либо нарушению механизмов, сохраняющих глюкозу или прдуцирующих её. Наиболее важные причины, вызывающие гипогликемию такого рода:

1) чрезмерно высокое содержание инсулина, обусловленное опухолью или гиперплазмией клеток островков поджелудочной железы (инсулинома)

2) недостаточностью глюкокортикойдов

3) тяжёлые заболевания печени (гепатит, некроз)

4) опухоли, локализованные вне поджелудочной железы.

Выделяют гипогликомию, не связанную с голоданием. При этом в тяжёлых случаях симптомы развиваются через 5 – 6 часов после приёма пищи, и может быть отмечена зависимость развития симптомов между приёмами определённых пищевых продуктов или лекарственных средств.

Синдро́м гиперкортици́зма (синдром Ице́нко — Ку́шинга, кушинго́ид) объединяет группу заболеваний, при которых происходит длительное хроническое воздействие на организм избыточного количества гормонов коры надпочечников, независимо от причины, которая вызвала повышение количества этих гормонов в крови.Причиной синдрома Кушинга могут быть различные состояния. Чаще всего синдром гиперкортицизма (избыточное образование гормонов коры надпочечников) бывает обусловлен повышенной выработкой адренокортикотропного гормона гипофиза (болезнь Иценко — Кушинга). Этот гормон может вырабатываться микроаденомойгипофиза или эктопированной (расположенной не на обычном месте) кортикотропиномой. Эктопированная злокачественная кортикотропинома может располагаться вбронхах, яичках, яичниках.

Реже синдром Кушинга возникает при первичном поражении коры надпочечников (доброкачественные или злокачественные опухоли коры надпочечников, гиперплазия коры надпочечников)