биохим 2 часть
.pdf- II -
бой цроцвоо распада гликогена до свободной глюкою, которая поступа ет в кровоток. Назначение этого процеооа - поддерживать концентрацию глюкозы в крови на постоянном уровне. Этот цроцеоо интенсивно проте кает только в печени благодаря болыпи запасам гликогена в этом орга не» хотя в принципе он возможен и в почках, и в слизистой кипечника, но не в других тканях, так как в них нет фермента глюкозо-6-фоофата- аы, освобождающего глюкозу, между тем через плазматическую мембрану клеток проходит лишь свободная глюкоза, но не фосфорилированная.
31. Мобилизация гликогена в печени (глюкогенвз) протекает через следующие продукты: гликоген, глюкозо-1-фоофат, глюкозо-6-фоофет, глюкоза. Однако около 8 % глюкозных остатков гликогена освобождает ся сразу в виде свободной глюкозы.
32.В цроцеоое мобилизации гликогена в печени (глюкогенеза) участвуют следующие ферменты: гликогенфосфорвлаза (относится к клаосу трансфераз), амило-1,6-глюкозидаза (класс гидролаз), фоофоглюкомутаза (класс трансфераз), глжозо-6-фосфатаза (класс гидролаз).
33.Мобилизацию гликогена (глюкогенез) в печени стимулируют глюкагон и камхоламины (адреналин» норадреналин), которые активируют мембранную аденилатциклазу, что ведет к появлению цАМФ и активирова
нию протеинкиназы; протеинкиназа активирует киназу фосфорилазы (пу тем ее фосфорилирования), а она, в оваю очередь, также путем фоофорилирования активирует неактивную гликогенфосфорилаэу в . Возникает активная гликогенфосфорвлаза а, которая и катализирует фосфоролиз гликогена.
Актввирование киназы фосфорилазы возможно и ионами Са^+, моби лизуемыми в гепатоцитах при воздействии на них вазопрессина или анги отензина.
34. Действие гликогенфосфорилазы (фосфоролиз гликогена):
Линейная полисахаридная цепь гликогена
Укороченная линейная полисахаридная
Гликогенфосфорилаза относится к классу трансфераз.
-12-
35.Дейотвие шнло-I,6-глюкоавдазы (отвооятоя к классу гвдролаа):
‘сч |
+ н-ов |
|
Амило-1,б-глюкозидаза |
Участок гликогена с точкой ветвления
Полисахаридная цепь |
.Полисахаридная цепь |
36. Действие глюкозо-6-фосфатазы (относится к классу гидролаз):
н~ДИ J 3^ 4 ^ |
|
Глокозо-6-фосфатаэа |
Л и |
Глгокозо-6-фосфат |
Свободная глюкоза |
37. Гексокиназа (глюкокиназа) в клетках фосфорилирует глюкозу (за счет АТФ) с образованием глюкозо-6-фосфата. Через плазматическую мембрану проходит лишь свободная глюкоза, но не глюкозо-6-фосфат. Глюкоза, поступившая извне в клетку и фосфорилированная, уже не может покинуть ее. Поэтому гексокиназная реакция, задерживающая глюкозу в клетке и направляющая тем самым ее в различные пути метаболизма, об разно называется "ловушкой глюкозы”.
Роль глгокозо-6-фосфатазы, гидролизующей глгокозо-6-фосфат, заклю чается в том, что глюкоза при этой реакции переходит в свободное сос тояние и теперь может покинуть клетку и выйти в кровь. То есть глюко- зо-6-фосфетаза делает возможной мобилизацию для поддержания определен ной концентрации глюкозы в крови. Глюкозо-6-фосфатаза содержится лишь в клетках печени, почек и слизистой кишечника, в других тканях этого фермента нет.
38. Концентрация глюкозы в крови в норме колеблется в пределах 4,2 - 5,3 ммоль/л (70 - 90 мг/дл). Количество же "сахара'* (глюкоза
плюс редуцирующие вещества) несколько больше - 4,4 - 6t7 ммоль/л или
- 13 -
80~120мг/дл. Почечный порог для глюкозы (концентрация ее в крови, при которой глюкоза начинает выделяться с мочой) составляет 8,9- 10,0 ммоль/л (160-180 мг/дл).
39.Главный источник для поддержания концентрации глюкозы в кро ви - поступление ее из кишечника при всасывании. Чрезвычайно важными являются также мобилизация гликогена (глюкогенез) и глюконеогенез в печени и реабсорбция глюкозы в почках.
Влюконеогенез это образование глюкозы в печени из неуглеводных продуктов - из гликогенных аминокислот, пирувата, лактата, глицерина. Стимулируется глюконеогенез адреналином, глюкагоном, кортикостероида ми (кортизол, кортизон, кортикостерон).
40.Пшергликемией (гиперглюкоземией) называют увеличенное про тив нормы содержание глюкозы в крови, гипогликемия (гилоглюкоземия) - это сниженная концентрация глюкозы в крови, а глюкозурия - наделение глюкозы с мочой.
Эмоциональной гипергликемией (гиперглюкоземией) обозначают повы шение концентрации глюкозы в крови, связанное о возбуждением централь ной нервной системы. Цри этом возбувдается и симпатическая нервная си стема, что ведет к усиленной продукции катехоламинов мозговым олоем надпочечников. Вьщеляющийоя при этом в избытке адреналин стимулирует глюкогенез в печени, что и приводит к гипергликемии.
- 14 -
ХИМИЯ И ОБМЕН УГЛЕВОДОВ 3 а н я т ■ 0 2
1.Распад углеводов в клетках является основным (до 56 % лоточ ником энергии для процессов жизнедеятельности• По характеру расщеп ления молекулы глюкозы различают раопад углеводов дихотомичеокий (дробление молекулы пополам) и апотомический - с отщеплением лишь первого углеродного атома. В зависимости от доступности и учаотия (или неучастия) кислорода распад углеводов может быть аэробным и ан аэробным.
2.В организме человека протекают следующие вцды анаэробного рас пада углеводов: гликолиз (анаэробный гликолиз), гликогенолиз и броже ние. Гликолиз это распад глюкозы дихотомическим путем до пирувата.
Анаэробный гликолиз (часто называется просто гликолизом) протекает без участия кислорода и завершается превращением пирувата в молочную кислоту (лактат)• Аэробный же гликолиз происходит о использованием
кислорода, при этом пируват подвергается дальнейшему окислительному раопаду.
Гликогенолизом в широком смысле обозначают процесс раопада гли когена, каким бы путем он ни протекал. Очень часто под этим термином понимают только анаэробный раопад гликогена до лактата.
3.В гликолизе (анаэробном гликолизе) можно выделить оледующие этапы: I) активирование гексозы с образованием фруктозо-1,6-биофосфа та, 2) дихотомический распад активированной гекоозн пополам о возник новением двух фоофотриов, 3) окисление и фосфорилирование фоофотриоз, сопровождающиеся перераспределением энергии и образованием мавдюэргичеокой овязи с последующим синтезом 2 АТФ путем первого оуботратного фосфорилирования, 4) внутримолекулярное окисление фоофоглицерата (енолазная реакция), ведущее к возникновению ма!фоэргичеокой связи и второму субстратному фосфорилированию о синтезом еще 2 АТФ, 5) вос становление пирувата в лактат (конечный продукт гликолиза).
Биологическая роль гликолиза заключается в том, что интенсивно работающие мшщы в условиях недостаточного обеспечения их кислородом получают за счет этого анаэробного процесса значительное количество энергии для овоего функционирования.
4.Суммарное уравнение гликолиза (анаэробного гликолиза):
С ^ е + 2АДФ + Ж 3РО4 " 3 MS^ 2Дактат + 2АТФ + Эдаргия (тепло)
- 15 -
Энергии при этом высвобождается около 100 кДж/моль глюкозы.
КГЩ процесса распада органического субстрата (его эффективность) представляет собой ту часть освобождаемой при этой энергии (в % ), которая аккумулируется в АТФ и мажет быть использована для процесоов жизнедеятельности клеток. Расчет ведется на I моль субстрата. Для гликолиза КЦЦ составляет около 50 %, так как 2 моль АТФ могут акку мулировать около 100 кДж, а общее высвобождение энергии составляет около 200 кДж/моль глюкозы.
5. Брожением называют разложение углеводов микроорганизмами в анаэробных условиях. В зависимости от возникающего конечного продук та различают несколько видов брожения.
Суммарное уравнение опиртового брожения:
CffajPs |
+ 2АД* + ЖдГОд -=38гШф.гЭтаяод |
+ 2С02 |
+ 2АТ® + |
ь 1дГЬ |
|
+ |
Энергия (тепло) |
Биологическая роль процессов брожения состоит в том» что микро организмы, расщепляя своими ферментами углевод, получают аккумулиро ванную в АТФ энергию, которую они используют для своей жизнедеятель ности. В организме человека процессы брожения происходят в толстом кишечнике.
6. Анаэробный гликолиз протекает через следующие промежуточные продукты: глюкоза, глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1»6- бисфосфат, глицеральдегвд-3~фосфат и дигидроксиацетонфосфат, 1.3-био- ФооФоглигорат. 3-фосфоглицерат, 2-фоофоглицерат, йооФоеводпаруват. пируват, лактат.
7. Ферменты, участвующие в гликолизе: гекоокиназа, глюкозофосфатизомераза, ДюсйоФоукто^уш ^ ^ . 'Т^И030Ф00~ фатиэомераза, г л т о е м л м е г м Ф о ^ а д ё ^ о т е н а а Г & Ж ^ р а т к м а а а . &ойоглидвромутааа. дяртваткиназа■ 4йРТаТД9ШР<?геваМ•
8. Ваопад углеводов (глюкозы, гликогена) в анаэробных условиях называют внутренним окислительно-восстановительным процесосм потому, что в нем один из промежуточных метаболитов (глицеральдегид-3-фоофат) окисляется путем дегидрирования» а другой (пируват) - восстанавлива ется» акцептируя водород. №енно эти реакции окисления-восстановления, взаимно обусловливающие одна другую9 и называют гликолитической окоиДоредухщей.
9. вакцин гликолиза» включая образование фруктозо-1»6-бисфоо-
Фата:
- 16 -
И' с * ° |
АДФ |
Н^ * ° |
|
aicCH |
АДФ |
сИгО-® |
|
Н-с-ОИ |
f |
Н-С.-ЯН |
|
с «0 |
|
{ |
с =0 |
НО-с-Н |
+ АТФу ^ Н О - С ' Ч ______ * АТФУ |
> |
|
|
|||
Н-С,~ОН |
ГЭКСО- |
Н-С-ОН |
ГЛНЖОЗО- |
fri-OH |
Фосфо- |
W-C-OH |
|
м-с-он |
кииаза |
Н-с-он |
фосфат- |
I |
|
фрукто- |
#-£-о* |
» |
|
• |
изоме- |
^киназа |
^ |
||
сн^бН |
|
снл- о - ® раза |
с^ - 0 |
|
с м ^ с л Ь |
||
Глюкоза |
|
Глюкозо-6-фосфат Зруктозо-6-фосфат |
фуктозо- |
||||
|
|
|
|
|
|
-1,6-бисфосфат |
|
10. Реакции гликогенолиза. включая образование. |
. |
||||||
|
|
фруктозо-6-фосфата: |
|
|
„ К И Х Ц С З и |
||
;J<t3 |
u J < ^ 3 |
L i |
S |
u - . |
|
>но-гоУг |
J |
||
|
\ |
|
|
|
|
|
Гликоген-фоофорилаза |
||
Участок линейной полисахаридной |
|
|
|
сHgCH |
|||||
цепи гликогена |
|
|
|
|
|
слб |
|||
<*г*н |
|
|
|
|
Ф |
04* |
|
н о-1-н |
|
а Y ' |
is |
Р) |
wv/i**»»xvuu— |
пи у — |
1.Г"' |
ГЛЮКОЗОфОС— |
£нг-о-@ |
||
Ч 1 |
5н |
|
комутаза |
|
|
вн |
фатизоме- |
||
Глюкозо-1-фосфат |
Глюкозо-б-фосфат |
1)838 <1руктозо-6-фоофат |
|||||||
II. |
Часть дихотомического анаэробного распада глюкозы: |
||||||||
***« |
|
- |
— |
'► |
V |
0 |
* н « * . е 3и>4 |
Т (Г> |
|
С^О |
|
Н-С“ОН |
— |
-г- |
^ |
||||
|
|
Триозофосфат- |
‘ |
.л) |
Глицеральдегидфоофат- |
||||
|
|
изомераза |
Глицералздегид- |
дегидрогеназа |
|||||
Дигидроксиаце- |
|
|
|
||||||
тонфосфат |
л |
|
-3-фосфат |
|
|
|
|||
► |
|
|
|
|
|
В анаэробных условиях водород |
|||
|
|
^ |
|
|
|
с НАДН(Н+) акцептируется пируватом. |
|||
1,3-Бисфосфо- |
|
|
|
|
|
|
|||
глицерат
12.Часть реакций гликогенолиза:
ч u ^ |
НАДН(Н+) |
л _ |
АТФ |
|
Ч<Г |
+НАД+ ЧЙ3Р04 } |
► |
dto~Q> |
+ АДФ |
Н - О О Н ------ |
W-OH |
— ----- ^ --- >■ |
||
• |
Глицералвдегвдфос- |
ь-л-/» |
Фосфоглицерат- |
|
сн^о-цу |
фатдегидрогеназа |
|
|
киназа |
Глицеральдегид- |
|
1,3-Бисфоофо- |
|
|
-3-фоофат |
|
|
глицерат |
|
СООН
сн-он
1ч£0~®
З-Фосфоглицерат
- 17 -
Гликогенолиз протекает в ан аэробных условиях. Поэтому водо род с НАЛОГ1*) не попадает в дыха тельную цепь, а акцептируется пируватом.
13. Часть реакций спиртового брожения:
|
|
АТФ |
соон |
СООН |
?2° |
|
+ т |
J |
|||
сн-он |
сн-он Фоофоглице- |
1и-о-<Э |
|
||
Фосфоглицерат- |
Енолааа |
||||
СН^О-® |
киназа |
СН£0 <&ромутаза |
i^-OH |
||
IfЗ-Бисфоофоглицерат З-Сосфоглицерат 2-Фосфоглицерат
соон •> с-О'^Е)
СHt
Фосфоеноллируват
14. Часть реакций анаэробного распада углеводов:
О00Н |
*2° |
|
соон |
АТФ |
|
СООН |
|||
CHg-OH |
йнолаза |
|
СН, |
Лируватки- |
|
|
наза |
||
2-Фосфоглкцерат |
*осфоенолгшруват |
|||
|
, н щ н + ) |
J |
|
соон |
|
^ yo. j . H |
|||
|
Лактатдегидрогеназа |
с |
||
|
|
|
|
Лектат |
соо«
с -о н
Пируват
15. Час:ть реакций спиртового брожения: |
|||||
соон |
+ АД*> |
У |
соон |
|
соон |
с-о~® |
С-ОН |
^ |
с=0 |
||
СН» |
----- /-- >. CHi |
|
Of, |
||
Фосфоенол- ‘-аруваткяназа |
П и р у в а т |
||||
пируват |
|
|
|||
|
|
|
|
НАГ |
|
|
|
|
* Н А Я М р _ |
|
|
|
■ |
V |
|
|
|
|
|
|
|
||
СНг
Алкогольдагадюгенязо
А;;етпльдг>гид
i6. -ioocpiiTKMbiQ pot--а,;::! глика";л.за:
Пйрузатдекарбоксялаза, ТД>
СН£<>«
сн*
Этанол
J - 3 5 5
- 18 -
I. Дейотвие гексокнвазы
»чс#0 |
АДФ |
|
н-с-он |
+ат* А |
|
1 |
-Г--- --I-U |
|
Но-с-н |
Гвкооки- No-c-H |
|
Ч-с-он |
ваза |
н-с-он |
н-6-он |
|
н-с-он |
СЛ-он |
|
СН£0-® |
Глюкоза |
Ггокозо-6- |
|
|
|
-фосфет |
|
|
3. |
2 . Дейотвяе фоофофуктогасназы:
сНсОН |
|
АДФ |
С^Ч)-® |
L=o |
АТФ |
- Z |
НО-С-И |
н о -с-н |
.T.uAlTmii^ |
||
н-с-он |
Фосфодрукто- |
|
|
киназа |
н-с-он |
||
|
|
|
|
&fco-<g> |
|
|
b fO -ф |
фруктозо-б- |
Аруктозо-1,6- |
||
-фосфат |
|
|
-биаойфосфат” |
Дейотвие пируваткиназы:
соон |
... |
т |
соон |
соон |
I |
||||
с-о~ 0 - l i f f - J L » С.-ОК |
^ С*0 |
|||
^ |
Шруваткиназа |
сн* < |
<Ц |
|
Фосфоенолпируват |
|
П и р у в а т |
||
Протекание данных реакций в обратную сторону возможно лишь с помощью обходных путей.
17.В процессе гликолиза (анаэробного гликолиза) путем субстрат ного фос.рорилирования синтезируется 4 молекулы АТФ. Так как в начале процесса 2 АТФ расходуются на активирование гексозы, то накопление (чистый прирост) составляет 2 молекулы АТФ на каждую молекулу распада ющейся глакозы.
18.В процессе гликогенолиза путем субстратного £осфорилирования синтезируется 4 молекулы АТФ. В начале процесса расходуется I АТФ, поэтому накопление (чистый прирост) больше, чем при гликолизе - 3 мо лекулы АТФ на одну молекулу подвергающейся распаду глюкозы.
19.Прй спиртовом брожении, как и при анаэробном гликолизе, син тезируется путем субстратного Тос^орилирования 4 молекулы ATv. Накоп ление (чистый прирост) также составляет 2 молекулы АТФ не одну моле кулу сбраживаемой глпкозы.
20. В большом количестве лактат образуется и накапливается в г.шшцах при интенсивной .тязическо* работе. В дальнеРлгем молочная кис лота поступает в кровь, из которой ее поглодают сердечная мыпща и пе чень. Сордечнзя мышда окисляет лактат в пируват п расщепляет дальше через цикл трикврбоновых ккслот, извлекая энергию для выполнения сок ратительной работы. Печень же мо'хет но только подвергать молочную кислоту окислительному распаду, но и превраидать ве в глюкозу и гли коген (::роцесс глюконеогенеза, oopsTKbL-t дихотомическому рпспаду уг леводов) .
- 19 -
21. Процессы мобилизации гликогена в печени (глюкогенеэ) и гликогенолиза протекают идентично, начиная о фосфоролиза гликогена и включая образование глюкозо-6-фосфата. С этого момента пути их расхо дятоя: при мобилизации гликогена действует глюкозо-6-фосфатаза, воз никает свободная глюкоза, которая поступает в кровоток; при гликогенолизе же глюкозо-6-фосфат вступает на путь дихотомического распада, за вершающегося образованием лактата.
22. Суммарное уравнение аэробного дихотомического распада глюко-
ЭН: С6Н1^°б + 6 °2 + 38АДО + 3® 3 Ю 4 - ^ 6С02 + fflgO + 36АТФ + + 900 кДк тепла/моль глюкозы
Эффективность данного процесса (его.КЦЦ) ооотавляет около 65 %. Это означает, что 65 % (около 1900 кДи/моль глюкозы) всей энергии, освобождаемой при полном аэробном распаде глюкозы (всего высвобожда ется ^ 28801фк/моль глюкозы) аккумулируется в молекулах АТФ и может быть использовано работающими механизмами клетки.
23.Аэробный дихотомический распад углеводов протекает в 3 ста дии: I) гликолитическая стадия, она завершается образованием пирува та, 2) окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты (распад ее до ацетил-ХоА) и 3) цикл трикарбонозых кислот Кребса.
Конечными продуктами этого процесса являются СО2 и Н20, а выс вобождаемая энергия частично (35 % рассеивается в виде тепла, основ ная же ев масса (65 % аккумулируется в макроэргических связях АТФ.
24.Гликолитическая стадия аэробного дихотомического распада глю козы по своему химизму идентична реакциям гликолиза, включая образо вание пирувата. Отличие заключается в судьбе водорода, поступающего на НАД1,при окислении глицералъдегидфос$ата. Яри гликолизе этот водо род восстанавливает пируват с образованием лактата, при аэробном же рампаде глюкозы водород с помощью челночного механизма переносится в митохондрии, где поступает в дыхательную цепь.
25.Челночные механизмы представляют собой системы переноса ио-
дорэда (аосстнноаительнае эквиваленты) из цитоплазмы п митохондрии, их роль заключается 2 тоги, что они обеспечивают возможность поступле ние водорода цитоплаэмэтического происхождения в дыхательною цель и
исПолозования энчргии электронов водорода для образования А:•;> и гене-
рирэп'зщч тепла. Су^сст^эзэнис таких систем необходимо потому, что
кс.;ер:.*енти, переносящие водород (НАд** и НАД*Г), не проникают Ч‘-*рез
2*
|
|
- 30 - |
|
|
|
мнтаховдриальцую мембрану. |
|
|
|
||
Гдицерофосфатный челночный механизм: |
|
|
|||
СН£ОН |
+ НАДН(Н+) |
НАД* |
ФАДН*— ► в укор, ц.т.э. |
||
CHfOH + а д J |
о^ч?Н |
|
|||
• ^ л |
Глжцеролфоофат- |
Глицеролфосфет- |
^ |
л |
|
СНг-0 -® дегвд^оуеназа |
дегц^генаэа |
сн^О -® |
|||
Дигвдроксиаце- |
Глицерофосфат |
Дигидроксиаце- |
|||
тонфосфат |
|
|
тонфоофат |
|
|
Глицеролфосфатдегидрогеназа (I) действует в цитоплазме» образу ющийся глицерофосфат переходит в митохондрию, перенося в овоей моле куле два атома водорода. В митохондрии действует иной фермент - глицеролфосфатдегвдрогенааа (2) митохондриальная (флавопротеин) , водород поступает на ФДД и затем в укороченную дыхательную цепь» благодаря чему возникает лишь 2 молекулы АТФ. А вновь образовавшийся дигидроксиацетонфосфат возвращается в цитоплазму.
В организме человека глицерофосфатный челночный механизм наибо лее активен в скелетных мышцах и мозге.
26. |
О роли челночных механизмов см. # 25. |
|
|||
Малагный (малатаспартатный) челночный механизм: |
|||||
СООН |
ггж-пт/тт+\ |
НАД* |
^ л |
ЫАДЕКЁГ1") — >в полн.ц.т.э. |
|
А |
СООН |
|
|
||
С-0 |
1 |
|
£ < * |
>|Ц1Г / |
, 1 2 " |
?"• |
“иЯ |
гй Г ,‘ {* |
к |
СООН |
|
сООН |
соон |
Оксалоацетат |
Малат |
Оксалоацетат |
|
Малатдегидрогеназа (I) действует в цитоплазме, возникающий малат переходит в митохондрию, перенося в своей молекуле два атома водоро да. В митохондрии вновь действует малатдегидрогеназа (2), водород по ступает на НАД* и в полную дыхательную цепь, что обеспечивает синтез 3 молекул АТФ.
Вновь образовавшийся оксалоацетат не проходит через митохондри альную мембрану, поэтому он сначала аминируется, превращаясь в аспартат, который и возвращается в цитоплазму, где опять превращается в оксалоацетат.
Малатаспартатный челночный механизм наиболее активен в печени, почках, сердце.
27. Часть аэробного дихотомического распада глюкозы: