Обмен+углеводов.+Патохимия.+2011
.pdf3)6 фосфоглюконат дегидрогеназа (6 фосфоглюконат: НАДФ+
оксидоредуктаза (декарбоксилирующая)). Индуктор инсулин.
|
COOH |
|
|
|
|
|
CH2OH |
||||||
H |
|
|
|
OH |
НАДФ+ НАДФН2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
CO2 |
|
|
|
|
O |
|||||
HO |
|
|
|
H |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
OH |
||
H |
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
6-фосфоглюконат ДГ |
|
|
|
|||||||
|
|
|
H |
|
|
|
OH |
||||||
H |
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OPO3H2 |
||
|
CH2OPO3H2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
рибулозо-5ф |
||||||||||
6-фосфоглюконат |
|
|
|
|
|
|
|
Неокислительная стадия начинается с эпимераз и изомераз, которые изомеризуют рибулозо 5ф. Все реакции неокислительной стадии обратимы
(рис. 8)
ГЛИКОЛИЗ |
|
|
1 глюкозо-6ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
При ПФШ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЛИПОГЕНЕЗ |
|
|||||
фруктозо-6ф |
|
|
|
6 глюкозо-6ф |
|
|
||||||||||||||||
При ПФЦ |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 НАДФН2 |
|
|
|
окислительная |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 СО2 |
|
|
|
|
|
стадия |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 рибулозо-5ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
эпимераза |
|
эпимераза |
|
неокислительная |
||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
изомераза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
2 ксилулозо-5ф |
|
2 рибозо-5ф 2 ксилулозо-5ф стадия |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
В1 |
транскетолаза |
|
При ПФП |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
2 ФГА |
|
2 седогептулозо-7ф |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
трансальдолаза |
|
|
пуриновые и |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пиримидиновые |
|||||||||||||
|
|
|
|
2 фруктозо-6ф |
|
|
2 эритрозо-4ф |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
В1 |
нуклеотиды |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
транскетолаза |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 фруктозо-6ф |
|
При ПФШ |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ФГА |
|
|
|
ГЛИКОЛИЗ |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фруктозо-6ф фруктозо-1,6дф
Рис. 8. ПФШ
Общее уравнение ПФШ
6 глюкозо 6ф + 12 НАДФ+ → 6 СО2 + 12 НАДФН2 + 5 глюкозо 6ф
71
Общее уравнение ПФЦ
3 глюкозо 6ф + 6 НАДФ+ → 3 СО2 + 6 НАДФН2 + 2 фруктозо 6ф + ФГА
Общие уравнения ПФП
1)глюкозо 6ф + 2 НАДФ+ → СО2 + 2 НАДФН2 + рибозо 5ф
2)2 фруктозо 6ф + ФГА → 3 рибозо 5ф
Роль витаминов в реакциях ПФШ
Витамин B1 (тиамин) в составе транскетолазы ТДФ участвует в пентозофосфатном пути превращения углеводов.
Структура витамина включает пиримидиновое и тиазоловое кольца, соединённые метановым мостиком.
|
|
|
|
NH2 |
H2 |
|
|
CH3 |
|
|
Cl- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
N |
C |
N |
|
H2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
H3C |
|
|
|
|
|
|
|
C |
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
N |
|
|
S |
OH |
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
H2 |
|
|
|
Активной формой B1 является тиаминпирофосфат (ТПФ), называемый также тиамин дифосфатом (ТДФ). ТПФ имеет следующее строение:
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
H2 |
+ |
|
|
|
|
|
|
АТФ |
АМФ |
|
|
|
|
|
|
|
H2 |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
N |
|
|
|
|
|
N |
|
|
CH3 |
|
|
N |
|
|
|
|
C |
|
N |
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2 |
H2 |
|
|
O |
|
|
|
O |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
2 |
CH2OH |
H C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
C |
|
O |
|
P |
|
O |
|
P |
|
OH |
|||||
H3C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
N |
|
S |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
N |
|
S |
|
|
|
|
O |
|
|
|
O |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Тиаминкиназа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Тиаминдифосфат (ТПФ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Витамин В1 (тиамин) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Источники. Витамин В1 — первый витамин, выделенный в кристаллическом виде К. Функом в 1912 г. Он широко распространён в продуктах растительного происхождения (оболочка семян хлебных злаков и риса, горох, фасоль, соя и др.). В организмах животных витамин В1, содержится преимущественно в виде дифосфорного эфира тиамина (ТДФ); он образуется в печени, почках, мозге, сердечной мышце путём фосфорилирования тиамина при участии тиаминкиназы и АТФ.
72
Суточная потребность взрослого человека в среднем составляет 2 3 мг витамина В1. Но потребность в нём в очень большой степени зависит от состава и общей калорийности пищи, интенсивности обмена веществ и интенсивности работы. Преобладание углеводов в пище повышает потребность организма в витамине; жиры, наоборот, резко уменьшают эту потребность.
Биологическая роль витамина В1, определяется тем, что в виде ТДФ он входит в состав как минимум трёх ферментов и ферментных комплексов: в составе пируват и б кетоглутаратдегидрогеназных комплексов он участвует в окислительном декарбоксилировании пирувата и б кетоглутарата; в составе транскетолазы ТДФ участвует в пентозофосфатном пути превращения углеводов.
Основной, наиболее характерный и специфический признак недостаточности витамина В1 — полиневрит, в основе которого лежат дегенеративные изменения нервов. Вначале развивается болезненность вдоль нервных стволов, затем — потеря кожной чувствительности и наступает паралич (бери бери). Второй важнейший признак заболевания — нарушение сердечной деятельности, что выражается в нарушении сердечного ритма, увеличении размеров сердца и в появлении болей в области сердца. К характерным признакам заболевания, связанного с недостаточностью витамина В1, относят также нарушения секреторной и моторной функций ЖКТ; наблюдают снижение кислотности желудочного сока, потерю аппетита, атонию кишечника.
Биологическая роль ПФШ
1. Взаимосвязь с гликолизом: |
глюкоза |
НАДФ+ |
|
|
|
НАДФН2 |
|
|
Глюкозо 6ф |
|
Пентозофо |
|
ПФШ |
||
|
сфаты |
||
|
|
|
|
|
3ФГА |
|
|
|
ПВК |
лактат |
|
|
Ацетил КоА |
|
|
73
2. Источник НАДФН2 для синтетических процессов (синтез жирных кислот, холестерина)
3.Поддержание работы |
Н2О2 |
2Н2О |
ферментативной и |
|
|
неферментативной |
Глутатионпероксидаза |
|
антиокислительной системы: |
|
|
|
2 G SH |
G S S G |
Глутатионредуктаза
НАДФ+ НАДФН2
4. Восстановление
гемоглобина из Нb(Fe2+) MetНb(Fe3+) метгемоглобина
Дегидро Аскорбат
Аскорбатредуктаза
2 G SH G S S G
Глутатионредуктаза
НАДФ+ НАДФН2
5. Участие в работе трансдегидрогеназной реакции
НАДФН2 + НАД+ ↔ НАДФ+ + НАДН2 ↔ челночные мех мы → Митохондрия → АТФ
6. Является поставщиком углеводов с числом углеродных атомов от 3 до 7 для осуществления синтетических реакций (нуклеотидов, нуклеиновых кислот).
74
Патология ПФШ
Так как в эритроцитах НАДФН2 |
образуется |
Ген. дефект |
|||||
только в реакциях ПФШ, дефект глюкозо 6ф ДГ |
|
||||||
вызывает дефицит НАДФН2 и снижение |
↓Гл 6ф ДГ |
||||||
антиоксидантной защиты. В этом |
случае под |
||||||
действием |
прооксидантов, |
|
например, |
|
|||
антималярийных |
препаратов |
происходит |
↓НАДФН2 |
||||
существенное повышение СРО. Активация СРО |
|||||||
|
|||||||
вызывает окисление цистеина в белковой части |
|
||||||
гемоглобина, в результате чего |
протомеры |
↓G SH |
|||||
гемоглобина, |
соединяясь дисульфидными |
|
|||||
мостиками, образуют тельца Хайнца. Т.к. тельца |
Активные |
||||||
Хайнца |
снижают |
пластичность |
клеточной |
||||
формы кислорода |
|||||||
мембраны эритроцитов, она при деформации в |
|||||||
|
|||||||
капиллярах |
разрушается. |
Массированный |
|
||||
гемолиз |
эритроцитов ведет |
к |
развитию |
|
|
Нарушение |
НАДФН2 является важным компонентом антиоксидантной защиты, он |
|
необходим для регенерации глутатиона, который с участием |
|
глутатионпероксидазы разрушает активные формы кислорода. |
|
гемолитической анемии. |
мембран |
|
|
|
эритроцитов |
|
гемолиз |
|
Гемолитическая |
|
анемия |
Регуляция обмена углеводов
Энергетический гомеостаз обеспечивает энергетические потребности тканей с использованием различных субстратов. Т.к. углеводы являются основным источником энергии для многих тканей и единственным для анаэробных, регуляция углеводного обмена является важной составляющей энергетического гомеостаза организма.
75
Регуляция углеводного обмена осуществляется на 3 уровнях:
1.центральный.
2.межорганный.
3.клеточный (метаболический).
1.Центральный уровень регуляции углеводного обмена
Центральный уровень регуляции осуществляется с участием нейроэндокринной системы и регулирует гомеостаз глюкозы в крови и интенсивность метаболизма углеводов в тканях. К основным гормонам, поддерживающим нормальный уровень глюкозы в крови 3,3 5,5 мМоль/л, относят инсулин и глюкагон. На уровень глюкозы влияют также гормоны адаптации – адреналин, глюкокортикоиды и другие гормоны: тиреоидные, СДГ, АКТГ и т.д.
2. Межорганный уровень регуляции углеводного обмена
Глюкозо лактатный цикл (рис.9) не требует наличие кислорода, функционирует всегда, обеспечивает: 1) утилизацию лактата, образующегося в анаэробных условиях (скелетные мышцы, эритроциты), что предотвращает лактоацидоз; 2) синтез глюкозы (печень).
Мышца |
|
|
Печень |
||||
глюкоза |
|
|
глюкоза |
||||
|
|
||||||
2АТФ |
|
|
Кровь |
|
6АТФ |
||
|
|
|
|||||
ПВК |
|
||||||
|
|||||||
ПВК |
|||||||
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лактат |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
лактат |
||||
|
|
|
Рис.9. Глюкозо лактатный цикл
Глюкозо аланиновый цикл (рис.10) функционирует в мышцах при голодании. При дефиците глюкозы, АТФ синтезируется за счет распад белков и катаболизма аминокислот в аэробных условиях, при этом глюкозо аланиновый цикл обеспечивает: 1) удаление азота из мышц в нетоксичной форме; 2) синтез глюкозы (печень).
76
Мышца |
|
|
Печень |
|
|||||
глюкоза |
|
|
глюкоза |
|
|||||
|
|
||||||||
2АТФ |
|
|
|
|
|
|
2НАДН |
||
|
|
|
|
|
|
||||
2НАДН |
|
|
|
|
|
|
6АТФ |
2 |
|
|
Кровь |
|
|||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
АКПВК |
|
|
ПВК |
|
|||||
белки КК |
|
|
|
Мочевина |
|||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
аланин |
|
|
|
|
|
|
||
СО2 Н2О |
|
|
|
аланин |
|
||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.10. Глюкозо аланиновый цикл
3. Клеточный (метаболический) уровень регуляции углеводного обмена
Метаболический уровень регуляции углеводного обмена осуществляется с участием метаболитов и поддерживает гомеостаз углеводов внутри клетки. Избыток субстратов стимулирует их использование, а продукты ингибируют свое образование. Например, избыток глюкозы стимулирует гликогенез, липогенез и синтез аминокислот, дефицит глюкозы глюконеогенез. Дефицит АТФ стимулирует катаболизм глюкозы, а избыток – наоборот ингибирует.
Особенности обмена веществ и углеводного обмена в разном возрасте
Особенности обмена веществ в детском возрасте
1.Соотношение в питании белки: липиды: углеводы равно 1: 3: 6.
2.Преобладание анаболических процессов, прирост массы тела
3.Несовершенство ферментативных систем
4.Измененная чувствительность органов к воздействию различных химических веществ, в т. ч. гормонов
5.Повышенное отложение гликогена и жиров энергетических резервов.
Особенности обмена углеводов у детей
1.Основной источник углеводов первого полугодия – лактоза молока. Определяющую роль играет мембранное пищеварение, что связано с недостаточностью секреторного аппарата.
2.Врожденные нарушения ферментов транспортеров могут приводить к заболеваниям – идиопатическим мальабсорбциям (непереносимость). Гликоген откладывается в печени, почках, лейкоцитах, матке, сердце.
77
3.Чем младше ребенок, тем интенсивнее протекают процессы гликолиза.
4.Недостаточность аэробных процессов, обусловливает повышенное содержание молочной кислоты в крови, возможно закисление крови.
5.В тканях эмбриона преобладает ЛДГ 3, новорожденных – ЛДГ 5, в дальнейшем ЛДГ 1 и ЛДГ 2, что свидетельствует об активации аэробного окисления.
6.В момент рождения (стресс) уровень сахара в крови снижается (гипогликемия новорожденных).
7.Пентозный цикл активирован.
Углеводный обмен при физиологическом старении
1.Снижается потребность и использование углеводов
2.Уменьшаются запасы гликогена в мышцах и печени
3.Повышаются контринсулярные влияния
4.Недостаточность инсулинзависимых процессов.
5.Повышается активность глюконеогенеза
6.Недостаточность лактазы в желудочно кишечном тракте, определяющая плохую переносимость молока.
5.4.ВОПРОСЫ, ВХОДЯЩИЕ В РУБЕЖНЫЙ КОНТРОЛЬ
1.Глюконеогенез: понятие, схема, субстраты, аллостерическая регуляция, тканевые особенности, биологическое значение.
2.Глюконеогенез: ключевые реакции, ферменты, регуляция, значение.
3.Механизмы образования глюкозы в печени: схемы, значение, причины и последствия возможных нарушений.
4.Гормональная регуляция механизмов поддержания уровня сахара в крови.
5.Уровни и механизм регуляции обмена углеводов, примеры.
6.Глюкозо лактатный и глюкозо аланиновый циклы – цикл Кори: схема, значение.
7.Центральный уровень регуляции обмена углеводов – адреналин, глюкагон, нервная система
78
5.5. ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ
1.Из приведенного перечня выберите основное физиологическое значение глюконеогенеза (ГНГ):
A.поддержание энергетического баланса в клетках организма
B.утилизация избыточных не углеводных соединений организма
C.поддержание уровня глюкозы в крови в период голодания
D.поддержание уровня глюкозы в крови в абсорбтивный период
2.Из приведенного ниже перечня выберите орган, в котором глюконеогенез протекает наиболее интенсивно:
A.печень
B.легкие
C.головной мозг
D.сердце
3.Из приведенного ниже перечня выберите конечный продукт глюконеогенеза:
A.глюкозо 6 фосфат
B.глюкоза
C.гликоген
D.АТФ
4.Из приведенного ниже перечня выберите первичный субстрат глюконеогенеза:
A.жирные кислоты
B.лактат
C.фруктоза
D.галактоза
5.Из приведенного ниже перечня выберите метаболический путь, который содержит общие ферменты с глюконеогенезом:
A.гликолиз
B.цикл Кребса
C.гликогенолиз
D.β окисление жирных кислот
79
6.Из приведенного перечня выберите ГТФ зависимый ключевой фермент глюконеогенеза:
A.фруктозо 1,6 фофат фосфатаза
B.ПВК карбоксилаза
C.ФЕП карбоксикиназа
D.глюкозо 6 фосфат фосфатаза
7.Из приведенного перечня выберите ключевые ферменты глюконеогенеза, которые катализируют превращение ПВК в ФЕП: (2 ответа)
A.фруктозо 1,6 фофат фосфатаза
B.ПВК карбоксилаза
C.ФЕП карбоксикиназа
D.глюкозо 6 фосфат фосфатаза
8.Из приведенного перечня выберите ключевой фермент глюконеогенеза, который катализирует превращение глюкозо 6 фосфата в глюкозу:
A.глюкозо 6 фосфат фосфатаза
B.глюкокиназа
C.ПВК карбоксилаза
D.Пируватдегидрогеназа
9.Из приведенного перечня выберите механизм регуляции активности ФЕПВК карбоксикиназы:
A.аллостерический
B.ковалентная модификация
C.индукция репрессия
D.конкурентный
10.Выберите из приведенного ниже перечня биологическую функцию пентозофосфатного шунта:
A.образование АТФ
B.образование НАДФН2
C.образование НАДН2
D.образование фруктозо 6 фосфата
80