- •Биохимия. Методическое пособие для самостоятельной работы студентов лечебного и педиатрического факультетов.
- •2 Семестр.
- •Метаболизм углеводов лекция 1, 2, 3 Краткая характеристика углеводов
- •Общей формулой c m (h2o) n.
- •Классификация углеводов
- •1).Выделяют 3 основные группы в зависимости от количества составляющих их мономеров: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
- •Моносахариды
- •На альдозы и кетозы.
- •Альдозы
- •Гликозаминогликаны (мукополисахариды)
- •Превращения углеводов
- •Роль печени в углеводном обмене
- •Перенос глюкозы и других моносахаридов в клетки
- •Всасывание моносахаридов в кишечнике:
- •Транспорт глюкозы из крови в клетки
- •Всасывание углеводов в кишечнике.
- •Мальабсорбция
- •Взаимопревращения моносахаридов
- •Синтез гликогена
- •Мобилизация гликогена
- •Гликогенозы
- •Печеночные гликогенозы
- •Агликогенозы
- •Концентрация глюкозы в крови
- •Источники поддержания концентрации глюкозы в крови
- •Превращение глюкозы в клетках
- •1 Стадия – фосфорилирование глюкозы и ее превращение в глицеральдегид-3-фосфат с использованием 2 молекул атф (1 - 5 реакции)
- •2 Стадия – превращение глицеральдегид-3-фосфата в лактат и сопряженное образование 4х молекул атф (6 - 11 реакции).
- •Последовательность протекающих при гликолизе реакций
- •1 Стадия:
- •Регуляция гликолиза
- •Эффективность гликолиза и гликогенолиза.
- •Эффект Пастера
- •Пентозофосфатный цикл окисления глюкозы (пфц) (апотомический распад глюкозы)
- •Значение пентозофосфатного пути окисления глюкозы:
- •Особенности пентозофосфатного пути в разных клетках
- •Сходство и различие между гликолизом и пентозным циклом.
- •Нарушения пентозофосфатного шунта
- •Выделение конечных продуктов обмена углеводов
Общей формулой c m (h2o) n.
Хотя из этого правила есть исключения, указанное определение позволяет наиболее просто характеризовать класс углеводов в целом.
Классификация углеводов
Углеводы - полигидроксикарбонильные соединения и их производные.
1).Выделяют 3 основные группы в зависимости от количества составляющих их мономеров: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
2). Классификация углеводов основана на их способности гидролизоваться. Углеводы разделяются на простые и сложные.
Простые углеводы иначе называются моносахаридами, они не подвергаются гидролизу. В пище человека (фрукты, мёд, соки) содержится небольшое количество моносахаридов, в основном глюкоза и фруктоза.
Сложные подразделяют на олигосахариды и полисахариды. В состав олигосахаридов входят от двух до десяти моносахаридов. В зависимости от числа моносахаридов, входящих в структуру, олигосахариды называют ди-, три-, тетрасахаридами и т.д. К полисахаридам относятся углеводы, в состав которых входят более 10 моносахаридных остатков. Сложные углеводы при гидролизе распадаются с образованием простых.
Моносахариды
Моносахариды - производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу. В зависимости от положения в молекуле карбонильной группы моносахариды подразделяют
На альдозы и кетозы.
Моносахариды иначе называют монозами. По химическому составу монозы являются либо полигидроксиальдегидами, либо полигидроксикетонами. Моносахариды, в состав которых входит альдегидная группа (), называютальдозами, а кетонная() -кетозами.
Характерной особенностью класса углеводов является наличие не менее двух гидроксильных групп и одной карбонильной (альдегидной или кетонной) группы.
Следовательно, простейший углевод должен содержать три атома углерода. По числу атомов углерода моносахариды называют триозами, тетрозами, пентозами, гексозами и т.д. В названии моноз учитывается как число атомов углерода, так и наличие альдегидной или кетонной группы. Например, моносахариды, в состав которых входят 6 атомов углерода и альдегидная группа, называются альдогексозами, если же они содержат кетогруппу, то кетогексозами.
Альдозы
2-Кетозы
Приведенные выше линейные структурные формулы альдоз и 2-кетоз называются формулами в проекции Фишера.
Выделенные звездочкой атомы углерода являются асимметрическими. Асимметрическим называется атом углерода, соединенный с четырьмя разными заместителями (атомами или группами атомов). Вещества, в составе которых есть асимметрические атомы углерода, обладают особым видом пространственной изомерии - стереоизомерией или оптической изомерией. Стереоизомеры отличаются пространственной конфигурацией атомов водорода и гидроксильной группы при асимметрическом атоме углерода.
Число стереоизомеров равно 2n, где п - число асимметрических атомов углерода.
Например, альдогексоза общей формулы С6Н12О6 с четырьмя асимметрическими атомами может быть представлена любым из 16 возможных стереоизомеров, восемь из которых относятся к D-ряду, а восемь - к L-ряду.
Родоначальниками D- и L-ряда можно условно считать D-и L-глицериновые альдегиды. Принадлежность моносахарида к D- и L-ряду определяется положением водорода и гидроксила у наиболее удаленного от альдегидной или кетонной группы асимметрического углеродного атома (по сравнению с их положением у единственного асимметрического атома углерода D- или L-глицеринового альдегида).
1. D-глицериновый альдегид 2. L-глицериновый альдегид
Стереоизомеры отличаются физико-химическими свойствами и биологической активностью.
Глюкоза является альдогексозой. Она может существовать в линейной и циклической формах. Циклическая форма глюкозы, предпочтительная в термодинамическом отношении, обусловливает химические свойства глюкозы. Возможно образование 16 стереоизомеров, наиболее важные из которых D- и L-глюкоза.
В организме млекопитающих моносахариды находятся в D-конфигурации, так как к этой форме глюкозы специфичны ферменты, катализирующие её превращения.
В растворе при образовании циклической формы моносахарида образуются ещё 2 изомера (α- и β-изомеры), называемые аномерами, обозначающие определённую конформацию Н- и ОН-групп относительно С.
У α-D-глюкозы ОН-группа располагается ниже плоскости кольца,
а у β-D-глюкозы, наоборот, над плоскостью кольца.
α- и β-аномеры D-глюкозы:
α- и β-аномеры D-фруктозы:
Наиболее важными являются следующие моносахариды:
Альдозы
D-галактоза D-манноза D-глюкоза
2-Кетозы
Дигидроксиацетон D-ксилулоза D-рибулоза
D-фруктоза D-седогептулоза
Монозы с пятью и более углеродными атомами могут существовать не только в линейной, но и в циклической форме. Циклизация происходит за счет разрыва двойной связи в карбонильной группе, перемещения атома водорода к освободившейся валентности карбонильного кислорода и замыканию кольца углеродных атомов с образованием внутренних циклических α- или β-полуацеталей:
Штриховая линия - связь за плоскостью рисунка.
|
|
Гликопротеины составляют большую группу сложных белков, содержащих в качестве простетической части углеводы и/или их производные, ковалентно-связанные с белком. При гидролизе гликопротеинов в углеводном компоненте обнаруживаются такие моносахариды, как D-галактоза, D-манноза, D-глюкоза, N-ацетилгалактозамин, N-ацетилглюкозамин и др. Небольшие олигосахаридные группы могут присоединяться к белкам через O-гликозидную связь к гидроксилам остатков серина и треонина.
В ряде белков встречаются N-гликозидные связи с амидными группами Asn, реже Gln или NH2 группами Lys и Arg.
По соотношению белковой и углеводной частей гликопротеины подразделяются на нейтральные и кислые.
В нейтральных гликопротеинах углеводная часть может составлять от 3% до 15%, а у некоторых гликопротеинов 40%. К нейтральным гликопротеинам относятся яичный белок (овальбумин), гликопротеины плазмы крови (трансферрин, церуллоплазмин), белок щитовидной железы (тиреоглобулин). В состав кислых гликопротеинов помимо амино и моносахаров входит уроновая кислота, которая имеет большое биологическое значение, принимая участие в обезвреживании билирубина и ряда ксенобиотиков, в том числе лекарственных средств. Важнейшими кислыми гликопротеинами являются гликопротеины, содержащие в составе гиалуроновые кислоты. Повторяющейся структурной единицей гиалуроновой кислоты служит дисахарид, состоящий из ацетилглюкозамина и глюкуроновой кислоты, соединенных β(1→3)-глюкозидной связью:
Отдельные дисахаридные остатки соединяются в цепь β(1→4)-глюкозидными связями. В глюкуроновой кислоте карбоксильная группа находится в ионизированном состоянии, поэтому гиалуроновая кислота является чрезвычайно гидрофильным соединением, удерживающим большое количество воды. Её растворы обладают высокой вязкостью. Важным углеводным компонентом гликопротеинов является также хондроитинсерная кислота или хондроитинсульфат-полимер, состоящий из ацетилгалактозамина, этерифицированного серной кислотой и глюкуроновой кислоты. Ацетилгалактозамин и глюкуроновая кислота соединяются между собой β(1→3) глюкозидной связью.
Хондроитинсульфаты составляют целые семейства (А, В, С), содержащиеся в качестве компонентов соединительной ткани. Их структуры различаются по положению сульфатных остатков, соотношению глюкуроновой кислоты, N-ацетил-D-галактозамина и сульфата. В хрящевой ткани хондроитинсульфаты связываются с особым белком в виде хондромукоида; в костной ткани образуют осцемукоид. Хондроитинсульфаты относятся к мукополисахаридам с молекулярной массой в пределах от 50 до 100 кДа.
В функционировании мукоцилиарного эскалатора большое значение имеют вязкоэластические свойства гель-слоя слизи, которые зависят от ее состава и соотношения составляющих компонентов. Структурной основой гель-слоя являются кислые и нейтральные гликопротеины с большой молекулярной массой (муцины). Они имеют длинную центральную белковую часть и боковые углеводные цепи, которые связывают молекулы гликопротеинов с образованием ячеистой сети. В гликопротеиновую основу бронхиальной слизи встроены также молекулы иммуноглобулинов, что обеспечивает стабильность гель-слоя и его способность фиксировать микроорганизмы.
Муцины продуцируются бокаловидными клетками, слизистыми и серозными клетками бронхиальных желез. Слизистые клетки выделяют секрет с высокой концентрацией кислых гликопротеинов; они стимулируются агонистами бета-адренорецепторов. Серозные клетки выделяют жидкий секрет, содержащий лизоцим, лактоферрин и нейтральные глико- протеины; они стимулируются агонистами альфа-адренорецепторов.
В бронхиальной слизи здоровых детей преобладают кислые сиаломуци- ны, а содержание кислых сульфомуцинов и нейтральных муцинов невелико. Кроме муцинов и иммуноглобулинов в состав бронхиальной слизи входят сывороточные белки, фосфолипиды сурфактанта, нуклеиновые кислоты, ферменты, электролиты, остатки клеток (спущенный эпителий, альвеолярные макрофаги, полиморфно-нуклеарные лейкоциты).
Защитные свойства бронхиальной слизи обусловлены ее барьерной функцией, способностью связывать и транспортировать микроорганизмы. Кроме того, антибактериальная и антивирусная активность слизи связана с содержащимися в ней компонентами комплемента, лизоцимом, лактоферрином, так называемыми неиммунными опсонинами типа фиб- ронектина и сурфактанта.