Добавил:
krasanya
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биохимия-экзамен-1-курс-пед
.pdf
34. Переваривание углеводов пищи: основные ферменты и их субстраты. Нарушения
переваривания углеводов. Механизмы трансмембранного транспорта моносахаридов.
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
Из-за низкой рН амилаза инактивируется, хотя некоторое время расщепление углеводов
продолжается внутри пищевого комка.
Кишечник
В полости тонкого кишечника работают совместно панкреатическая α-амилаза, разрывающая
внутренние α-1,4-связи дисахаридов, изомальтаза, разрывающая α-1,6-связи изомальтозы,
олиго-1,6-глюкозидаза, действующая на точки ветвления крахмала и гликогена.
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.
Нарушения переваривания углеводов могут возникать по разным причинам:
1. Недостаток или отсутствие определенного фермента: например, недостаток лактазы
может привести к непереносимости лактозы (лактозной непереносимости), что вызывает
симптомы, такие как вздутие живота, газы и диарею после употребления молочных продуктов.
2. Генетические нарушения: Некоторые генетические заболевания могут приводить к
дефициту определенных ферментов, что препятствует правильному перевариванию углеводов.
3. Проблемы с пищеварительной системой: Различные заболевания желудочно-
кишечного тракта, такие как воспалительные процессы, синдром раздраженного кишечника и
кишечные инфекции, могут нарушить функционирование ферментов и ухудшить переваривание
углеводов.
4. Неправильное питание: Употребление большого количества сложных углеводов с
низким содержанием пищевых волокон или недостаток определенных углеводов в рационе
питания может привести к нарушениям переваривания углеводов.
Транспорт моносахаридов:
По механизму вторичного активного транспорта из просвета кишечника происходит
всасывание моносахаридов. Такой механизм означает, что затрата энергии при переносе сахаров
происходит, но тратится она не непосредственно на транспорт молекулы, а на создание
градиента концентрации другого вещества. В случае моносахаридов таким веществом
является ион натрия.
Фермент Na
+
,К
+
-АТФаза постоянно, в обмен на калий, выкачивает ионы натрия из клетки,
именно этот транспорт требует затрат энергии.
Из крови внутрь клеток глюкоза попадает при помощи облегченной диффузии по градиенту
концентрации с участием белков-переносчиков. Белки-переносчики (транспортеры глюкозы
— ГЛЮТ) обнаружены во всех тканях. Существует несколько разновидностей ГЛЮТ, которые
пронумерованы по порядку их обнаружения. Все 5 типов ГЛЮТ имеют сходную первичную
структуру.
ГЛЮТ-1 служит для обеспечения стабильного потока глюкозы в мозг. В других тканях он
поставляет глюкозу в клетки, когда они находятся в состоянии покоя.
ГЛЮТ-2 обнаружен в клетках органов, выделяющих глюкозу в кровь. Именно при участии
ГЛЮТ-2 глюкоза переходит в кровь из энтероцитов после всасывания в кишечнике.
ГЛЮТ-3 обладает большим, чем ГЛЮТ-1, сродством к глюкозе. Он также обеспечивает
постоянный приток глюкозы к клеткам нервной ткани.
ГЛЮТ-4 — главный переносчик глюкозы в скелетных мышцах, миокарде и жировой ткани
являются чувствительными к влиянию инсулина. При действии инсулина на клетку они выходят
на поверхность мембраны и переносят глюкозу внутрь.
ГЛЮТ-5 встречается в клетках энтероцитов, также представлен в зрелых сперматозоидах и в
яичках. В первую очередь он отвечает за облегченную диффузию фруктозы.
35. Глюкоза как важный метаболит углеводного обмена: общая схема источников и путей
расходования глюкозы в организме. Поддерживание постоянного уровня глюкозы крови,
количественное определение глюкозы крови.
Глюкоза — это основной источник энергии для клеток организма.
Источники глюкозы
Пища: Глюкоза поступает в организм с пищей, содержащей углеводы (крахмал, сахароза,
лактоза и т.д.).
Глюконеогенез: В печени и почках глюкоза может синтезироваться из несвязанных углеродных
фрагментов, таких как лактат, пируват и аминокислоты.
Пути расходования глюкозы
После активации (фосфорилирования) глюкоза, в зависимости от условий и вида клетки,
превращается по различным направлениям:
часть глюкозы обязательно используется в энергетическом обмене, она сгорает в
реакциях аэробного и анаэробного гликолиза для синтеза АТФ,
при достаточно большом количестве глюкоза запасается в виде гликогена, к синтезу
гликогена способны большинство тканей,
в гепатоцитах (при высокой концентрации), в миоцитах и в адипоцитах глюкоза
перенаправляется на синтез триацилглицеролов,
в печени и иных тканях глюкоза используется для синтеза холестерола,
при определенных условиях часть глюкозы идет в реакции пентозофосфатного пути, в
котором образуются рибозо-5-фосфат и НАДФН,
Поддержание постоянного уровня глюкозы в крови
Гормональная регуляция: Гормон инсулин, секретируемый поджелудочной железой, снижает
уровень глюкозы в крови, стимулируя поглощение глюкозы клетками и ее превращение в
гликоген. Гормон глюкагон, также секретируемый поджелудочной железой, повышает уровень
глюкозы в крови, стимулируя расщепление гликогена в печени до глюкозы.
Глюконеогенез: Глюконеогенез в печени и почках обеспечивает постоянный уровень глюкозы в
крови, когда запасы гликогена истощаются.
Количественное определение глюкозы крови
Глюкометры — это портативные устройства, которые можно использовать для измерения
уровня глюкозы в крови в домашних условиях. Они работают путем измерения электрического
тока, генерируемого при взаимодействии глюкозы с ферментом глюкозооксидазой.
Лабораторные анализы, такие как анализ крови натощак, могут использоваться для измерения
уровня глюкозы в крови в клинических условиях. Эти анализы обычно выполняются с
использованием автоматизированных анализаторов, которые используют различные методы,
такие как спектрофотометрия или хроматография.
36. Аэробный гликолиз. Последовательность реакций до образования пирувата (аэробный
гликолиз). Физиологическое значение аэробного гликолиза. Использование глюкозы для
синтеза жиров.
Аэробный гликолиз – процесс окисления глюкозы до пировиноградной кислоты (ПВК),
протекающий в присутствии кислорода. Все ферменты, катализирующие реакции этого
процесса, локализованы в цитозоле клетки.
В аэробном процессе пировиноградная кислота превращается в ацетил-SКоА (реакции ПВК-
дегидрогеназы) и далее сгорает в реакциях цикла трикарбоновых кислот до СО
2
(реакции ЦТК).
Общее уравнение аэробного окисления глюкозы:
C
6
H
12
O
6
+ 6 O
2
+ 32 АДФ + 32 Ф
неорг
→ 6 CO
2
+ 44 H
2
О + 32 АТФ
Первый этап гликолиза – подготовительный, здесь происходит затрата энергии АТФ,
активация глюкозы и образование из нее триозофосфатов.
Первая реакция – активация глюкозы за счет фосфорилирования
6-го атома углерода, катализируется гексокиназой.
Вторая реакция – выведение еще одного атома углерода из кольца
для его последующего фосфорилирования
(фермент глюкозофосфат-изомераза). В результате образуется
фруктозо-6-фосфат.
Третья реакция – фермент фосфофруктокиназа фосфорилирует
фруктозо-6-фосфат с образованием фруктозо-1,6-дифосфата. Эта
реакция является главной в регуляции скорости гликолиза.
В четвертой реакции фруктозо-1,6-дифосфат разрезается
пополам фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазой с образованием двух
триоз-изомеров – альдозы глицеральдегидфосфата (ГАФ) и
кетозы диоксиацетонфосфат (ДАФ).
Пятая реакция – переход глицеральдегидфосфата и
диоксиацетонфосфата друг в друга при
участии триозофосфатизомеразы.
Эта реакция определяет дальнейшую судьбу глюкозы:
при нехватке энергии в клетке и активации окисления глюкозы
диоксиацетонфосфат превращается в глицеральдегидфосфат,
который далее окисляется на втором этапе гликолиза,
При достаточном количестве АТФ, глицеральдегид-3-фосфат
изомеризуется в дигидроксиацетонфосфат, который затем
используется для синтеза глицерол-3-фосфата, необходимого для
образования фосфатидной кив конечном итоге,
триацилглицеролов.
Второй этап гликолиза
Второй этап гликолиза – это освобождение энергии, содержащейся в глицеральдегидфосфате, и
запасание ее в форме АТФ.
Шестая реакция гликолиза (фермент глицеральдегидфосфат-
дегидрогеназа) – окисление глицеральдегидфосфата приводит к
образованию макроэргического соединения 1,3-
дифосфоглицериновой кислоты и НАДН.
В седьмой реакции (фермент фосфоглицераткиназа) энергия
фосфоэфирной связи тратится на образование АТФ. Реакция
получила дополнительное название – реакция субстратного
фосфорилирования.
Восьмая реакция: под действием фосфоглицератмутазы, 3-
фосфоглицерат, образовавшийся в предыдущей реакции,
изомеризуется в 2-фосфоглицерат.
Девятая реакция – фермент енолаза отрывает молекулу воды от
2-фосфоглицерата и приводит к образованию фосфоенолпирувата.
Десятая реакция гликолиза – еще одна реакция субстратного
фосфорилирования – заключается в
переносе пируваткиназой макроэргического фосфата с
фосфоенолпирувата на АДФ с образованием пировиноградной
кислоты и АТФ.
Физиологическое значение аэробного гликолиза:
● Основное назначение катаболизма глюкозы –
использование энергии, освобождающейся при этом процессе
для синтеза АТФ
● Аэробный гликолиз происходит во многих тканях и
является основным источником энергии для жизнедеятельности
(особенно важно для мозга).
● Метаболиты гликолиза используются для синтеза других
соединений
● Использование глюкозы для синтеза жиров: ацетил-КоА,
образующийся из пирувата, используется как субстрат при
биосинтезе жирных кислот, холестерина, а
дигидроксиацетонфосфат как субстрат для синтеза глицерол-3-
фосфата
37. Анаэробный гликолиз. Распространение и физиологическое значение анаэробного
распада глюкозы. Особенности метаболизма глюкозы в эритроцитах.
В анаэробном процессе пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты
(лактата), поэтому в микробиологии анаэробный гликолиз называют молочнокислым брожением.
Лактат далее ни во что не превращается, единственная возможность утилизовать лактат – это
окислить его обратно в пируват.
Анаэробное превращение глюкозы локализуется в цитозоле и включает два этапа из 11
ферментативных реакций.
Первый этап гликолиза
Первый этап гликолиза – подготовительный, здесь происходит затрата энергии АТФ, активация
глюкозы и образование из нее триозофосфатов.
Первая реакция – активация глюкозы за счет фосфорилирования
6-го атома углерода, катализируется гексокиназой.
Вторая реакция – выведение еще одного атома углерода из кольца
для его последующего фосфорилирования
(фермент глюкозофосфат-изомераза). В результате образуется
фруктозо-6-фосфат.
Третья реакция – фермент фосфофруктокиназа фосфорилирует
фруктозо-6-фосфат с образованием фруктозо-1,6-дифосфата. Эта
реакция является главной в регуляции скорости гликолиза.
В четвертой реакции фруктозо-1,6-дифосфат разрезается
пополам фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазой с образованием двух
триоз-изомеров – альдозы глицеральдегидфосфата (ГАФ) и
кетозы диоксиацетонфосфат (ДАФ).
Пятая реакция – переход глицеральдегидфосфата и
диоксиацетонфосфата друг в друга при
участии триозофосфатизомеразы.
Эта реакция определяет дальнейшую судьбу глюкозы:
при нехватке энергии в клетке и активации окисления глюкозы
диоксиацетонфосфат превращается в глицеральдегидфосфат,
который далее окисляется на втором этапе гликолиза,
При достаточном количестве АТФ, глицеральдегид-3-фосфат
изомеризуется в дигидроксиацетонфосфат, который затем
используется для синтеза глицерол-3-фосфата, необходимого для
образования фосфатидной кив конечном итоге,
триацилглицеролов.
Второй этап гликолиза
Второй этап гликолиза – это освобождение энергии, содержащейся в глицеральдегидфосфате, и
запасание ее в форме АТФ.
Шестая реакция гликолиза (фермент глицеральдегидфосфат-
дегидрогеназа) – окисление глицеральдегидфосфата приводит к
образованию макроэргического соединения 1,3-
дифосфоглицериновой кислоты и НАДН.
В седьмой реакции (фермент фосфоглицераткиназа) энергия
фосфоэфирной связи тратится на образование АТФ. Реакция
получила дополнительное название – реакция субстратного
фосфорилирования.
Восьмая реакция: под действием фосфоглицератмутазы, 3-
фосфоглицерат, образовавшийся в предыдущей реакции,
изомеризуется в 2-фосфоглицерат.
Девятая реакция – фермент енолаза отрывает молекулу воды от
2-фосфоглицерата и приводит к образованию фосфоенолпирувата.
Десятая реакция гликолиза – еще одна реакция субстратного
фосфорилирования – заключается в
переносе пируваткиназой макроэргического фосфата с
фосфоенолпирувата на АДФ с образованием пировиноградной
кислоты и АТФ.
Последняя реакция бескислородного окисления
глюкозы, одиннадцатая – образование молочной кислоты из
пирувата под действием лактатдегидрогеназы. Важно то, что эта
реакция осуществляется только в анаэробных условиях. Эта
реакция необходима клетке, так как НАДН, образующийся в 6-й
реакции, в отсутствие кислорода не может окисляться в
митохондриях.
Распространение:
Для эритроцитов анаэроб. гликолиз – единственный источник
энергии.
Клетки скелетной мускулатуры за счет бескислородного
расщепления глюкозы выполняют мощную, быструю,
интенсивную работу в первую минуту
Вне физических нагрузок бескислородное окисление глюкозы
усиливается при гипоксии – при различного рода анемиях, при
нарушении кровообращения в тканях.
Эритроциты лишены митохондрий, поэтому в качестве энергетического материала они могут
использовать только глюкозу.
В эритроцитах катаболизм глюкозы обеспечивает сохранение структуры и функции
гемоглобина, целостность мембран и образование энергии для работы ионных насосов.
Важная особенность анаэробного гликолиза в эритроцитах по сравнению с другими клетками -
присутствие в них фермента бисфосфоглицератмутазы.
Бисфосфоглицератмутаза катализирует образование 2,3-бисфосфоглицерата из 1,3-
бисфосфоглицерата.
Образующийся только в эритроцитах 2,3- бисфосфоглицерат служит важным аллостерическим
регулятором связывания кислорода гемоглобином.
38. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез) из аминокислот, глицерина и молочной кислоты;
регуляция глюконеогенеза. Взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени
(цикл Кори).
Глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных компонентов: лактата, пирувата,
глицерола, кетокислот цикла Кребса и других кетокислот, из аминокислот. Все
аминокислоты, кроме кетогенных лейцина и лизина, способны участвовать в синтезе глюкозы.
Кроме получения глюкозы, глюконеогенез обеспечивает и уборку лактата, постоянно
образуемого в эритроцитах или при мышечной работе, и глицерола, являющегося продуктом
липолиза в жировой ткани.
Образование глюкозы из аминокислот. При расщеплении мышечных белков образуются
аминокислоты, многие из которых превращаются сразу в пируват или сначала в оксалоацетат, а
затем в пируват. Такие аминокислоты могут рассматриваться как потенциальные
предшественники глюкозы и гликогена и носят название гликогенных.
Образование глюкозы из глицерола. Глицерол образуется при гидролизе триацилглицеролов,
главным образом в жировой ткани. Использовать его могут только те ткани, в которых имеется
фермент глицеролкиназа, например печень, почки. Этот АТФ-зависимый фермент катализирует
превращение глицерола в α-глицерофосфат (глицерол-3-фосфат). При включении глицерол-3-
фосфата в глюконеогенез происходит его дегидрирование NAD-зависимой дегидрогеназой с
образованием дигидроксиацетонфосфата, который далее превращается в глюкозу.
Образование глюкозы из молочного сахара (лактата): Лактат образуется в анаэробном
гликолизе, когда пируват взаимодействует с НАДН и Н.
Т.к. пируват является начальным этапом в глюконеогенез для образования глюкозы, лактат,
превратившись в пируват, спокойно встраивается в данный цикл.
Глюконеогенез включает все обратимые реакции гликолиза. Его реакции способны идти во
всех тканях, кроме последней глюкозо-6-фосфатазной реакции, которая идет только в печени и
почках. Поэтому, строго говоря, глюконеогенез идет только в этих двух органах.
Глюконеогенез регулируется гормонами и метаболитами:
- Инсулин: Инсулин подавляет глюконеогенез.
- Глюкагон и адреналин: Глюкагон и адреналин стимулируют глюконеогенез.
- Высокий уровень глюкозы в крови: Высокий уровень глюкозы в крови подавляет
глюконеогенез путем ингибирования ключевых ферментов этого процесса.
Цикл Кори — это метаболический путь, который связывает гликолиз в мышцах с
глюконеогенезом в печени. Он играет важную роль в поддержании уровня глюкозы в крови во
время физической нагрузки. Во время физической нагрузки мышцы потребляют глюкозу в
качестве основного источника энергии. Когда запасы глюкозы в мышцах истощаются, молочная
кислота начинает накапливаться как побочный продукт анаэробного гликолиза. Молочная
кислота затем переносится в печень через кровоток. В печени молочная кислота преобразуется в
глюкозу через глюконеогенез. Глюкоза затем высвобождается в кровоток и может быть
использована другими тканями, включая мышцы, для получения энергии. Цикл Кори позволяет
мышцам продолжать получать энергию из глюкозы даже во время интенсивной физической
нагрузки, когда запасы глюкозы в мышцах ограничены.