Усвоение экзогенных углеводов
В обычных условиях основным источником углеводов для человека являются углеводы пищи. Суточная потребность в углеводах состав-ляет примерно 400 г, причем крайне желательно, чтобы легко усвояемые углеводы глюкоза, сахароза, лактоза и пр.] составляли не более 25% их общего количества в пищевом рационе. В процессе усвоения пищи все экзогенные полимеры углеводной природы расщепляются до мономеров, что лишает эти полимеры видовой специфичности, а во внутреннюю среду организма из кишечника поступают лишь моносахариды и их производные; в дальнейшем эти мономеры используются по мере необходимости для синтеза специфичных для человека олиго-или полисахаридов.
Всасывание моносахаридов происходит в тонком кишечнике, причем скорости всасывания различных моносахаридов существенно различны.
Следует отметить, что углеводы могут быть полностью исключены из пищевого рациона. В этом случае все необходимые для организма углеводы будут синтезироваться в клетках из соединений неуглеводный природы в ходе процессов, получивших название глюконеогенез.
Пул глюкозы в организме
Содержание глюкозы в крови составляет 3,3 - 5,5 мМ/л или 80 - 100 мг/дл. Пул глюкозы, т.е. общее содержание свободной глюкозы в организме, составляет величину порядка 20 г. Из них 5 - 5,5 г содержится в крови, остальная глюкоза распределена в клетках и межклеточной жидкости.
Пополнение пула глюкозы идет за счет следующих процессов:
1. поступление глюкозы из кишечника;
2. образование глюкозы из других моносахаридов, например, из галактозы или фруктозы;
3. распад резервного гликогена в печени, гликогенез;
4.синтез глюкозы из неуглеводных соединений, т.е. глюконеогенез.
Основные направления использования глюкозы из пула:
1. окислительный распад глюкозы - аэробное окисление до СО2 и Н2О, анаэробное окисление до лактата и др;
2. синтез резервного гликогена;
3. синтез липидов;
4. синтез других моносахаридов или их производных;
5. синтез заменимых аминокислот;
6. синтез других азотсодержащих соединений, необходимых клеткам.
2. Биосинтез и "мобилизация" гликогена в печени. Физиологическая роль этих процессов, их регуляция. Гликогенозы и агликогенозы.
При повышении концентрации глюкозы в крови, например, в результате ее всасывания в кишечнике при пищеварении, увеличивается поступление глюкозы в клетки и по крайней мере часть этой глюкозы может быть использована для синтеза гликогена.
Синтез гликогена
П
овышение
концентрации глюкозы в крови (например
в результате ее всасывания из кишечника
на высоте пищеварения) поступление
глюкозы в клетку может увеличиваться
и часть глюкозы может использоваться
для синтеза гликогена
Накопление
резерва углеводов в клетках в виде
гликогена имеет преимущество по сравнению
с накоплением глюкозы
Поступившая
в клетку глюкоза подвергается
фосфорилированию с участием фермента
гексокиназы или гюкокиназы. Образующаяся
глюкоза-6-фосфат с участием фермента
фосфоглюкомутаэы изомеризуется в
глюкоза-1-фосфат Далее глюкоза-1-фосфат
за счет энергии уридинтрифосфорной
кислоты с участием фермента глюкоза-I-фосфат
уридил трансфераза превращается в
уридиндифосфоглюкозу Образующийся
пирофосфат немедленно расщепляется
пирофосфотазой
необратима
- реакция термодинамического контроля
УДФ глюкоза с участием фермента
гликоген-синтетазы (этот фермент способен
образовывать а-1,4-гликозидные связи в
гликогене) включается в молекулу
гликогена Фермент гликоген-синтетаза
способен присоединять остатки к
строящейся молекуле гликогена только
путем образования а 1,4-гликозндной связи
Следовательно с участием этого фермента
может синтезироваться только линейный
полимер Гликоген полимер разветвленный
имеющий а-1,б-гликозидные связи в точках
ветвления Оказывается для образования
этих связей необходим еще один фермент
получивший название фермента ветвления
Синтез
гликогена идет во всех органах и тканях
Однако наибольшее количество содержится
в печени и мышцах Включение
одного остатка глюкозы в молекулу
гликогена сопровождается использованием
двух макроэргических эквивалентов
Необходима
одна молекула АТФ и одна молекула УДФ
Поэтому
синтез гликогена может идти
только
при достаточной энергообеспеченности
клеток, т
е при высокой концентрации АТФ.
Мобилизация гликогена
М
обилизация
(распад) гликогена или гликогенолиз
активируется
при недостатке свободной глюкозы в
клетке, а значит 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(1,6)-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.
Регуляция процессов синтеза и распада гликогена
Регуляция осуществляется на уровне двух ферментов: гликогенсинтетазы, участвующей в синтезе гликогена, и фосфорилазы, катализирующей расщепление гликогена.
Основным механизмом регуляции активности этих ферментов является их ковалентная модификация путем фосфорилирования-дефосфорилирования. Фосорилированная фосфорилаза или фосфорилаза «a» вы-сокоактивна, в то же время фосфорилированная гликогенсинтетаза или синтетаза «b» неактивна. Таким образом, если оба фермента находятся в фосфорилированной форме, в клетке идет расщепление гликогена с образованием глюкозы. В дефосфорилированном состоянии, наоборот, неактивна фосфорилаза ( в форме «b») и активна глико-генсинтетаза (в форме «a»), в этой ситуации в клетке идет синтез гликогена из глюкозы.
Гликогеновые болезни – это наследственные заболевания, обусловленные недостаточностью каких-либо ферментов, отвечающих за метаболизм гликогена. Могут быть нарушены обе стороны обмена: как синтез гликогена, так и его распад.
Агликогенозы – состояния, связанные с отсутствием гликогена. В качестве примера агликогеноза можно привести наследственный аутосомно-рецессивный дефицит гликоген-синтазы. Симптомами является резкая гипогликемия натощак, особенно утром, появляется рвота, судороги, потеря сознания. В результате гипогликемии наблюдается задержка психомоторного развития, умственная отсталость. Болезнь несмертельна при адекватном лечении (частое кормление), хотя и опасна.
3. Аэробный распад глюкозы в клетках, его основные этапы. Последовательность реакций аэробного распада до образования пировиноградной кислоты и ее превращения в ацетил-КоА. Биологическая роль аэробного распада, его регуляция.