Добавил:
krasanya
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биохимия-экзамен-1-курс-пед
.pdf
Обход десятой реакции гликолиза
Для обхода десятой реакции гликолиза в глюконеогенезе используются два ключевых фермента:
пируваткарбоксилаза (в митохондриях) и фосфоенолпируват-карбоксикиназа (в цитозоле).
Эти реакции требуют затрат энергии в виде двух макроэргов - АТФ и ГТФ.
1. В цитозоле пировиноградная кислота может появиться при окислении молочной кислоты и в
реакции трансаминирования аланина. После этого пируват симпортом с ионами Н
+
,
движущимися по протонному градиенту, проникает в митохондрии. В митохондриях
пируваткарбоксилаза превращает пировиноградную кислоту в оксалоацетат.
2. Далее оксалоацетат мог бы превратиться в фосфоенолпируват, но для этого сначала он должен
попасть в цитозоль. Поэтому происходит реакция восстановления оксалоацетата в малат при
участии малатдегидрогеназы. В результате малат накапливается, выходит в цитозоль и здесь
превращается обратно в оксалоацетат.
3. В цитоплазме фосфоенолпируват-карбоксикиназа осуществляет превращение оксалоацетата
в фосфоенолпируват, для реакции требуется энергия ГТФ. От молекулы отщепляется тот же
углерод, что и присоединяется.
Обход третьей реакции гликолиза
Второе препятствие на пути синтеза глюкозы – фосфофруктокиназная реакция – преодолевается с
помощью фермента фруктозо-1,6-дифосфатазы. Этот фермент есть в почках, печени, поперечно-
полосатых мышцах. Таким образом, эти ткани способны синтезировать фруктозо-6-фосфат и
глюкозо-6-фосфат.
Обход первой реакции гликолиза
Последняя реакция катализируется глюкозо-6-фосфатазой. Она имеется только
в печени и почках, следовательно, только эти ткани могут продуцировать свободную глюкозу.
39. Гликоген, биологическое значение. Биосинтез и мобилизация гликогена. Регуляция
синтеза и распада гликогена
Гликоген — это полимер, образованный остатками глюкозы.
Биологическое значение:
- резервный питательный материал, служащий источником для получения
низкомолекулярных углеводов.
- поддерживает процентное содержание сахара на определенном или более-менее
постоянном уровне.
- в печени используется для поддержания физиологических концентраций глюкозы в
крови, прежде всего в промежутках между приемами пищи.
Гликоген синтезируется в период пищеварения (через 1-2 часа после приема углеводный пищи).
Синтез гликогена из глюкозы, как и любой анаболический процесс, является эндергоническим,
т. е. требует затрат энергии.
Синтез гликогена включает 4 этапа
1. Фосфорилирование глюкозы до глюкозо-6-фосфата при участии гексокиназы(П) или
глюкокиназы(М).
2. Активация первого углеродного атома с образованием активной формы – УДФ –
глюкозы.
3. Образование α-1,4-гликозидных связей. В присутствии «затравки» гликогена фермент
гликогенсинтаза присоединяет остатки глюкозы из УДФ-глюкозы к С4-атому концевого остатка
глюкозы в гликогене, образуя α-1,4-гликозидную связь.
4. Амило-α1,4-α1,6-гликозилтрансфераза, "гликоген-ветвящий" фермент – переносит
фрагмент с минимальной длиной в 6 остатков глюкозы на соседнюю цепь с образованием α1,6-
гликозидной связи.
Мобилизация гликогена (гликогенолиз)
Гликоген печени расщепляется при снижении концентрации глюкозы в крови, прежде всего при
кратком голодании между приемами пищи. Через 12-18 часов голодания запасы гликогена в
печени полностью истощаются. В мышцах количество гликогена снижается обычно только во
время физической нагрузки – длительной и/или напряженной. Гликоген здесь используется для
обеспечения глюкозой самих миоцитов. Мышцы и остальные органы, используют гликоген
только для собственных нужд.
Мобилизация (распад) гликогена или гликогенолиз активируется при недостатке свободной
глюкозы в клетке и в крови (голодание, мышечная работа). При этом уровень глюкозы крови
"целенаправленно" поддерживает только печень, в которой имеется глюкозо-6-фосфатаза,
гидролизующая фосфатный эфир глюкозы. Образуемая в гепатоците свободная глюкоза
выходит через плазматическую мембрану в кровь.
В гликогенолизе непосредственно участвуют три фермента:
1. Фосфорилаза гликогена (кофермент пиридоксальфосфат) – расщепляет α-1,4-гликозидные
связи с образованием глюкозо-1-фосфата. Фермент работает до тех пор, пока до точки ветвления
(α1,6-связи) не останется 4 остатка глюкозы.
2. α(1,4)-α(1,4)-Глюкантрансфераза – фермент, переносящий фрагмент из трех остатков
глюкозы на другую цепь с образованием новой α1,4-гликозидной связи. При этом на прежнем
месте остается один остаток глюкозы и "открытая" доступная α1,6-гликозидная связь.
3. Амило-α1,6-глюкозидаза, ("деветвящий" фермент) – гидролизует α1,6-гликозидную связь с
высвобождением свободной (нефосфорилированной) глюкозы. В результате образуется цепь без
ветвлений, вновь служащая субстратом для фосфорилазы.
Активность ключевых ферментов метаболизма
гликогена гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы изменяется в зависимости наличия в
составе фермента фосфорной кислоты – они активны либо в фосфорилированной, либо
в дефосфорилированной форме.
Присоединение фосфатов к ферменту производят протеинкиназы, источником фосфата
является АТФ:
фосфорилаза гликогена активируется после присоединения фосфатной группы,
синтаза гликогена после присоединения фосфата инактивируется.
Скорость фосфорилирования указанных ферментов повышается после воздействия на
клетку адреналина, глюкагона и некоторых других гормонов. В результате адреналин и
глюкагон вызывают гликогенолиз, активируя фосфорилазу гликогена.
Например,
во время мышечной работы адреналин вызывает фосфорилирование ферментов обмена
гликогена в мышцах и в печени. В результате фосфорилаза гликогена активируется,
синтаза инактивируется. В мышце и печени происходит распад гликогена, образуется
глюкоза для обеспечения энергией мышечного сокращения.
при голодании в ответ на снижение глюкозы крови из поджелудочной железы
секретируется глюкагон. Он воздействует на гепатоциты и вызывает фосфорилирование
ферментов обмена гликогена, что приводит к гликогенолизу и повышению глюкозы в
крови.
Способы активации синтазы гликогена
Аллостерическая активация гликогенсинтазы осуществляется глюкозо-6-фосфатом.
Еще одним способом изменения ее активности является химическая (ковалентная)
модификация. При присоединении фосфата гликогенсинтаза прекращает работу, т.е. она
активна в дефосфорилированном виде. Удаление фосфата от ферментов осуществляют
протеинфосфатазы, которые активируются при действии на клетку инсулина – в результате он
повышает синтез гликогена.
Способы активации фосфорилазы гликогена
Скорость гликогенолиза лимитируется только скоростью работы фосфорилазы гликогена. Ее
активность может изменяться тремя способами:
ковалентная модификация,
кальций-зависимая активация,
аллостерическая активация с помощью АМФ.
Ковалентная модификация фосфорилазы
При действии некоторых гормонов на
клетку происходит активация фермента
через аденилатциклазный механизм.
После воздействия инсулина активируется
фермент фосфодиэстераза, которая
гидролизует цАМФ, прерывает каскад
активации ферментов и, следовательно,
снижает активность гликоген-
фосфорилазы.
Кальций-зависимая активация
Некоторые гормоны влияют на углеводный обмен посредством кальций-фосфолипидного
механизма. Активация ионами кальция заключается в активации киназы фосфорилазы не
протеинкиназой, а ионами Ca
2+
и кальмодулином. Этот путь работает при инициации кальций-
фосфолипидного механизма. Такой способ оправдывает себя, например, при мышечной
нагрузке, если гормональные влияния через аденилатциклазу недостаточны, но в цитоплазму
под влиянием нервных импульсов поступают ионы Ca
2+
.
40. Глюконеогенез, его значение в метаболизме плода. Анаэробный гликолиз и его
значение в онтогенезе. Характеристика обмена гликогена в анте- и неонатальном периодах
Глюконеогенез — это биосинтетический путь, в ходе которого глюкоза синтезируется из
неуглеводных предшественников, таких как аминокислоты, глицерин и молочная кислота. В
метаболизме плода глюконеогенез играет важную роль в обеспечении развивающегося
организма энергией и строительными блоками. Плацента не пропускает глюкозу из
материнского кровотока в кровоток плода. Поэтому плод должен синтезировать свою
собственную глюкозу для удовлетворения своих энергетических потребностей. Глюконеогенез
происходит в печени и почках плода и регулируется гормонами матери и плода.
Анаэробный гликолиз — это процесс расщепления глюкозы без использования кислорода. Он
происходит в клетках всех организмов, включая развивающиеся эмбрионы и плоды.
Анаэробный гликолиз играет важную роль в раннем онтогенезе, когда эмбрион и плод еще не
способны эффективно использовать кислород для получения энергии. Анаэробный гликолиз
также играет роль в развитии и дифференцировке клеток.
Обмен гликогена в анте- и неонатальном периодах:
Гликоген является основной формой хранения глюкозы в организме. В течение беременности
гликоген накапливается в печени и мышцах плода. Запасы гликогена особенно важны сразу
после рождения, когда новорожденный еще не способен эффективно регулировать уровень
глюкозы в крови.
В антенатальном периоде синтез гликогена в печени плода стимулируется гормонами матери,
такими как инсулин и кортизол. После рождения синтез гликогена в печени новорожденного
стимулируется собственным инсулином новорожденного.
Расщепление гликогена в печени и мышцах новорожденного стимулируется гормонами
глюкагон и адреналин. Глюкоза, высвобождаемая при распаде гликогена, используется
новорожденным для получения энергии и поддержания уровня глюкозы в крови.
Так как новорожденные имеют ограниченные запасы гликогена, важно часто кормить их в
первые дни и недели жизни, чтобы поддерживать адекватный уровень глюкозы в крови.
41. Уровень глюкозы крови как гомеостатический параметр внутренней среды организма.
Роль инсулина, глюкагона, адреналина, аденилатциклазной и инозитолфосфатной систем в
регуляции уровня глюкозы
Первичный сигнал для синтеза инсулина и глюкагона - изменение концентрации глюкозы в
крови.
Уменьшение концентрации глюкозы в крови инсулином достигается следующими путями:
переход глюкозы в клетки – активация белков-транспортеров ГлюТ 4 на
цитоплазматической мембране,
вовлечение глюкозы в гликолиз – повышение синтеза глюкокиназы – фермента,
получившего название "ловушка для глюкозы", стимуляция синтеза других ключевых
ферментов гликолиза – фосфофруктокиназы, пируваткиназы,
увеличение синтеза гликогена – активация гликогенсинтазы и стимуляция ее синтеза,
что облегчает превращение излишков глюкозы в гликоген,
активация пентозофосфатного пути – индукция синтеза глюкозо-6-фосфат-
дегидрогеназы и 6-фосфоглюконатдегидрогеназы,
усиление липогенеза – вовлечение глюкозы в синтез триацилглицеролов или
фосфолипидов.
Адреналин вызывает гипергликемию:
активируя мобилизацию гликогена – стимуляция гликогенфосфорилазы,
Глюкагон повышает содержание глюкозы крови:
увеличивая мобилизацию гликогена через активацию гликогенфосфорилазы,
стимулируя глюконеогенез – повышение работы
ферментов пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируват-карбоксикиназы, фруктозо-
1,6-дифосфатазы.
Ковалентная модификация фосфорилазы
При действии некоторых гормонов на
клетку происходит активация фермента
через аденилатциклазный механизм.
После воздействия инсулина активируется
фермент фосфодиэстераза, которая
гидролизует цАМФ, прерывает каскад
активации ферментов и, следовательно,
снижает активность гликоген-
фосфорилазы.
Протеинкиназа С фосфорилирует гликогенсинтазу, переводя еѐ в неактивное состояние.
Снижение глюкозы крови
Повышение глюкозы крови
Инсулин
Повышение ГлюТ 4-
зависимого транспорта
глюкозы в клетки
Усиление синтеза гликогена
Активация ПФП
Активация гликолиза и ЦТК
Адреналин
Активация гликогенолиза в
печени
Глюкагон
Активация гликогенолиза в
печени
Стимуляция глюконеогенеза
Глюкокортикоиды
Усиление глюконеогенеза
Уменьшение проницаемости
мембран для глюкозы
42. Пентозофосфатный путь метаболизма глюкозы. Окислительная и неокислительная
фазы пентозофосфатного пути: последовательность реакций, основные ферменты,
биологическое значение.
Этот путь окисления глюкозы не связан с образованием энергии, а обеспечивает анаболизм
клеток. В связи с этим у новорожденных и детей первых лет жизни его активность довольно
высока.
Пентозофосфатный путь обеспечивает одновременное образование рибозы и НАДФН.
Пентозофосфатный путь включает два этапа – окислительный и этап структурных
перестроек (неокислительный).
На первом, окислительном, этапе глюкозо-6-фосфат в трех
реакциях превращается в рибулозо-5-фосфат, реакции
сопровождаются восстановлением двух молекул НАДФ
до НАДФН.
На этом этапе происходит регуляция процесса: инсулин
повышает активность глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы и
фосфоглюконат-дегидрогеназы.