Обмен+углеводов.+Патохимия.+2011

2.Глицерофосфатный челночный механизм

Работает в белых скелетных мышцах, мозге, в жировой ткани, гепатоцитах.

Малат аспартатный челнок энергетически более эффективен, так как передаёт водород в дыхательную цепь через митохондриальный НАД, соотношение Р/О равно 3, синтезируется 3 АТФ.

В глицерофосфатный челнок передаёт водород в дыхательную цепь через ФАД на KoQ, соотношение Р/О равно 2, синтезируется 2 АТФ.

Пластическое значение катаболизма глюкозы

При катаболизме глюкоза может выполнять пластические функции. Метаболиты гликолиза используются для синтеза новых соединений. Так, фруктозо 6ф и 3 ФГА участвуют в образовании рибозо 5 ф (компонент нуклеотидов); 3 фосфоглицерат может включаться в синтез аминокислот, таких как серии, глицин, цистеин. В печени и жировой ткани Ацетил КоА исполь зуется при биосинтезе жирных кислот, холестерина, а ДАФ для синтеза глицерол 3ф.

Эффект Пастера – явление переключения гликолиза на аэробный путь окисления глюкозы, при этом происходит снижение скорости потребления глюкозы и накопления лактата в присутствии кислорода.

Эффекта Пастера (рис.6) объясняется наличием конкуренции за общие метаболиты аэробного и анаэробного пути окисления глюкозы. За ПВК между пируватдегидрогеназным комплексом и лактатдегидрогеназой. За НАД восстановленным между ферментами челночных механизмов (МДГ, глицеролДГ) и пируватдегидрогеназным комплексом.

51

•Без О2 митохондрии не потребляют ПВК и НАДН2, в результате их концентрация в цитоплазме повышается и они идут на образование лактата. Так как анаэробный гликолиз дает из 1 глюкозы только 2 АТФ, для образования достаточного количества АТФ необходимо много глюкозы (в 19 раз больше чем в аэробных условиях).

•В присутствии О2, митохондрии выкачивают ПВК и НАДН2 из цитоплазмы, прерывая реакцию образования лактата. При аэробном окислении из 1 глюкозы образуется 38 АТФ, соответственно для образования достаточного количества АТФ необходимо мало глюкозы (в 19 раз меньше чем в анаэробных условиях).

Лактат

Рис.6. Эффект Пастера

Метаболизм фруктозы и галактозы

Фруктоза и галактоза наряду с глюкозой используются для получения энергии или синтеза веществ: гликогена, ТГ, ГАГ, лактозы и др.

Метаболизм фруктозы

Значительное количество фруктозы, которое образуется при расщеплении сахарозы, расщепляется в клетках кишечника, часть фруктозы превращается в глюкозу. Большая часть поступает в печень.

52

Метаболизм фруктозы в гепатоците начинается с реакции фосфорилирования:

1. Фруктокиназа (АТФ: фруктоза 1 фосфотрансфераза) фосфорилирует только фруктозу, имеет к ней высокое сродство. Содержится в печени, почках, кишечнике. Инсулин не влияет на ее активность.

2. Альдолаза В (фруктозо: ГА лиаза) есть в печени, расщепляет фруктозо 1ф (фруктозо 1,6ф) до глицеринового альдегида (ГА) и диоксиацетонфосфата

(ДАФ).

CH2OH

фруктозо-1ф

3. Триозокиназа (АТФ: ГА 3 фосфотрансфераза). Много в печени.

ДАФ и ГА, полученные из фруктозы, включаются в печени главным образом в глюконеогенез. Часть ДАФ может восстанавливаться до глицерол 3 ф и участвовать в синтезе ТГ.

53

Нарушения метаболизма фруктозы

Причинами нарушения метаболизма фруктозы может быть дефект 3 ферментов: фруктокиназы, альдолазы В, триозокиназы.

Доброкачественная эссенциальная фруктозурия связана с недостаточностью фруктокиназы, клинически не проявляется. Фруктоза накапливается в крови и выделяется с мочой, где её можно обнаружить лабораторными методами. Частота 1:130 000.

Наследственная непереносимость фруктозы частая патология, возникает при генетически дефекте альдолазы В (аутосомно рецессивная форма). Она проявляется, когда в рацион добавляют фрукты, соки, сахарозу. После приёма пищи, содержащей фруктозу возникает рвота, боли в животе, диарея, гипогли кемия и даже кома и судороги. У маленьких детей и подростков развиваются хронические нарушения функций печени и почек. Болезнь сопровождается накоплением фруктозо 1 ф, который ингибирует активность фосфоглюкомутазы, поэтому происходит торможение распада гликогена и развивается гипогликемия. Как следствие, ускоряется мобилизация липидов, окисление жирных кислот и синтез кетоновых тел. Повышение кетоновых тел может привести к метаболическому ацидозу.

Результатом торможения гликогенолиза и гликолиза является снижение синтеза АТФ. Кроме того, накопление фосфорилированной фруктозы ведёт к нарушению обмена неорганического фосфата и гипофосфатемии. Для пополнения внутриклеточного фосфата ускоряется распад адениловых нуклеотидов. Продукты распада этих нуклеотидов включаются в катаболизм, проходя стадии образования гипоксантина, ксантина и, наконец, мочевой кис лоты. Повышение количества мочевой кислоты и снижение экскреции уратов в условиях метаболического ацидоза проявляются в виде гиперурикемии. Следствием гиперурикемии может быть подагра даже в молодом возрасте.

Метаболизм галактозы

Галактоза образуется в кишечнике в результате гидролиза лактозы. Превращение галактозы в глюкозу происходит в печени в реакции эпимеризации в виде УДФ производного.

Галактокиназа (АТФ: галактозо 1 фосфотрансфераза) фосфорилирует галактозу.

54

Галактозо 1ф уридилтрансфераза замещает галактозой остаток глюкозы в УДФ глюкозе с образованием УДФ галактозы.

Эпимераза (УДФ галактозо УДФ глюкозо изомераза) — НАД зависимый фермент, катализирует эпимеризацию ОН группы по С4 углеродному атому, обеспечивая взаимопревращения галактозы и глюкозы в составе УДФ.

Образованная глюкозо 1 ф может включаться в: 1) синтез гликогена; 2) превращение в свободную глюкозу; 3) катаболизм, сопряжённый с синтезом АТФ, и т.д.

Нарушения метаболизма галактозы

Галактоземия обусловленна наследственным дефектом любого из трёх ферментов, включающих галактозу в метаболизм глюкозы.

55

Галактоземия, вызванная недостаточностью галактозо 1 фосфат уридилтрансферазы (ГАЛТ) имеет несколько форм, проявляется рано, и особенно опасна для детей, так как материнское молоко, содержит лактозу. Ранние симптомы дефекта ГАЛТ: рвота, диарея, дегидратация, уменьшение массы тела, желтуха. В крови, моче и тканях повышается концентрация галактозы и галактозо 1 ф. В тканях глаза (в хрусталике) галактоза восстанавливается альдоредуктазой (НАДФ) с образованием галактитола (дульцита). Галактитол накапливается в стекловидном теле и связывает большое количество воды, чрезмерная гидратация хрусталика приводит к развитию катаракты, которая наблюдается уже через несколько дней после рождения. Галактозо 1 ф ингибирует активность ферментов углеводного обмена (фосфоглюкомутазы, глюкозо 6 фосфатдегидрогеназы).

Галактозо 1ф оказывает токсическое действие на гепатоциты: возникают гепатомегалия, жировая дистрофия. Галактитол и галактозо 1 ф вызывают почечную недостаточность. Отмечают нарушения в клетках полушарий го ловного мозга и мозжечка, в тяжёлых случаях — отёк мозга, задержку умственного развития, возможен летальный исход.

Некоторые дефекты в строении ГАЛТ приводят лишь к частичной потере активности фермента. Поскольку в норме ГАЛТ присутствует в организме в избытке, то снижение его активности до 50%, а иногда и ниже может клини чески не проявляться.

Лечение заключается в удалении галактозы из рациона.

Педиатрический факультет

Особенности катаболизма моносахаридов у новорожденных и детей

У детей активен УДФ глюкоза ↔ УДФ галактоза путь. У взрослых этот путь неактивен. У новорожденных низкая активность ПФШ. При рождении у ребенка происходит переключение катаболизма глюкозы с анаэробного на аэробный путь. Вначале преобладает использование липидов.

Состояние углеводного обмена у детей в норме определяется зрелостью эндокринных механизмов регуляции и функций других систем и органов. В поддержании гомеостаза плода важную роль играет поступление к нему глюкозы через плаценту. Количество глюкозы, поступающей через плаценту к плоду, непостоянно, т.к. ее концентрация в крови матери может неоднократно меняться в течение дня. Изменение соотношения инсулин/глюкоза у плода

56

может вызвать у него острые или длительные нарушения обмена веществ. В последнюю треть внутриутробного периода у плода значительно увеличиваются запасы гликогена в печени и мышцах, в этот период глюкогенолиз и глюконеогенез уже имеют для плода существенное значение и как источник глюкозы.

Особенностью углеводного обмена у плода и новорожденного является высокая активность процессов гликолиза, позволяющая лучше адаптироваться к условиям гипоксии. Интенсивность гликолиза у новорожденных на 30—35% выше, чем у взрослых; в первые месяцы после рождения она постепенно снижается. О высокой интенсивности гликолиза у новорожденных свидетельствуют высокое содержание лактата в крови и моче и более высокая, чем у взрослых, активность лактатдегидрогеназы в крови. Значительная часть глюкозы у плода окисляется по пентозофосфатному пути.

Родовой стресс у новорожденных, связанный с изменение температуры окружающей среды, появлением самостоятельного дыхания, возрастанием мышечной активности и усилением деятельности мозга, увеличивает расход энергии во время родов и в первые дни жизни, приводя к быстрому снижению содержания глюкозы в крови. Через 4—6 ч после рождения ее содержание снижается до минимума (2,2—3,3 ммоль/л), оставаясь на таком уровне в течение последующих 3—4 дней. Повышенное потребление глюкозы тканями у новорожденных и период голодания после родов приводят к усилению гликогенолиза и использованию резервного гликогена и жира. Запас гликогена

впечени у новорожденного в первые 6 ч жизни резко (примерно в 10 раз) сокращается, особенно при асфиксии и голодании. В кишечнике новорожденных ферментативный гидролиз лактозы (основного углевода пищи

вэтот период) несколько снижен и увеличивается в грудном возрасте. Обмен галактозы у новорожденных интенсивнее, чем у взрослых.

4.4.ВОПРОСЫ, ВХОДЯЩИЕ В РУБЕЖНЫЙ КОНТРОЛЬ

1.Катаболизм глюкозы в анаэробных и аэробных условиях: схема, сравнить энергетический баланс, указать причины различной эффективности.

2.Гликолиз реакции субстратного фосфорилирования и фосфорилиро вания субстратов: номенклатура ферментов, механизмы регуляции, биологическое значение.

3.Гликолиз: киназные реакции, номенклатура ферментов, регуляция, значение.

4.Регуляторные реакции гликолиза, ферменты, механизмы регуляции, биологическое значение.

57

5.Реакции гликолитической оксидоредукции аэробного и анаэробного гликолиза: написать, сравнить энергетическую эффективность, значение.

6.Гликолиз: реакции превращения триозофосфатов в пируват, сравнить энергетический выход в аэробных и анаэробных условиях.

7.Эффект Пастера: понятие, механизм, физиологическое значение. Сравнить энергетический баланс расщепления фруктозы в отсутствии эффекта Пастера и при его реализации.

8.Пути обмена лактата: схема, значение путей, тканевые особенности.

9.Превращение пирувата в АцКоА и оксалоацетат: реакции, ферменты, регуляция, значение.

10.Челночные механизмы транспорта водорода из цитозоля в митохондрии: схемы, биологическое значение, тканевые особенности.

11.Пентозофосфатный шунт гликолиза: схема, биологическое значение, тканевые особенности.

12.Окислительные реакции гликолиза и пентозофосфатного шунта, биологическое значение.

4.5.ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1.Из приведенного ниже перечня выберите основную функцию катаболизма глюкозы:

A.образование ПВК

B.образование АТФ

C.образование АДФ

D.образование НАДФН2

2.Из приведенного ниже перечня выберите отдел клетки, в котором протекают реакции гликолиза:

A.Митохондриях

B.ЭПР

C.Цитозоле

D.Лизосомах

58

3.Из приведенного ниже перечня выберите энергетический баланс анаэробного гликолиза:

A.2 АТФ

B.4 АТФ

C.8 АТФ

D.6 АТФ

4.Из приведенного ниже перечня выберите вещество, которое является конечным продуктом анаэробного гликолиза:

A.Лактат

B.ацетил SКоА

C.СО2

D.ПВК

5.Из приведенного ниже перечня выберите ферменты, которые катализируют образование АТФ в реакциях гликолиза: (2 ответа)

A.Фосфофруктокиназа

B.1,3 Фосфоглицераткиназа

C.ФЕПВК киназа

D.Лактатдегидрогеназа

6.Из приведенного ниже перечня выберите ферменты, которые в гликолизе катализируют реакции субстратного фосфорилирования: (2 ответа)

A.1,3 Фосфоглицераткиназа

B.фосфофруктокиназа 1

C.гексогеназа

D.ФЕПВК киназа

7.Из приведенного ниже перечня выберите положительный модулятор фосфофруктокиназы 1:

A.АТФ

B.АМФ

C.Цитрат

D.НАДН2

59

8.Из приведенного ниже перечня выберите отрицательный модулятор фосфоенолпируваткиназы (ФЕПВК киназы):

A.фруктозо 1,6 дф

B.Ацетил SКоА

C.Аланин

D.Глюкоза

9.Из приведенного ниже перечня выберите отрицательный модулятор фосфофруктокиназы 1:

A.АМФ

B.Цитрат

C.Аланин

D.фруктозо 2,6 дф

10.Из приведенного ниже перечня выберите положительный модулятор фосфоенолпируваткиназы (ФЕП киназы):

A.АМФ

B.НАДН2

C.Ацетил SКоА

D.АТФ

11.Из приведенного ниже перечня выберите, в каких системах или реакциях окисляется НАДН2 в аэробных условиях: (2 ответа)

A.малатаспартатная челночная система

B.глицеролфосфатная челночная система

C.лактатдегидрогеназная реакция

D.Гл 6 фДГ

12.Из приведенного ниже перечня выберите, в какой системе или реакции окисляется НАДН2 в анаэробных условиях:

A.малатаспартатная челночная система

B.глицеролфосфатная челночная система

C.лактатдегидрогеназная реакция

D.Гл 6 фДГ

60