Вектор внедряется в кишечную палочку (E.coli), клонирование гена (т.е. получение его копий).Обмен углеводов Углеводами называются альдегиды или кетоны многоатомных спиртов или их производных. Углеводы классифицируются на: 1. моносахариды – не подвергаются гидролизу: - триозы (глицеральдегид, диоксиацетон); - тетрозы (эритроза); - пентозы (рибоза, дезоксирибоза, рибулоза, ксилуоза); - гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза). 2. олигосахариды – состоят из 2–12 моносахаридов, соединенных между собой гликозидными связями (мальтоза – 2 глюкозы, лактоза – галактоза и глюкоза, сахароза – глюкоза и фруктоза); 3. полисахариды: - гомополисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка); - гетерополисахариды (сиаловая кислота, нейраминовая кислота, гиалуроновая кислота, хондроитинсерная кислота, гепарин). Углеводы входят в состав клеток животных (до 2%) и растений (до 80%). Биологическая роль: 1. энергитическая. На долю углеводов приходится около 70% всей калорийности. Суточная потребность для взрослого человека – 400-500 г. При окислении 1 г углеводов до воды и углекислого газа выделяется 4,1 ккал энергии; 2. структурная. Углеводы используются как пластический материал для образования структурно-функциональных компонентов клеток. К ним относятся пентозы нуклеиновых кислот, углеводы гликопротеинов, гетерополисахариды межклеточного вещества; 3. резервная. Могут откладываться про запас в печени, мышцах в виде гликогена; 4. защитная. Гликопротеины принимают участие в образовании антител. Гетерополисахариды участвуют в образовании вязких секретов (слизи), покрывающих слизистые оболочки ЖКТ, дыхательных и мочеполовых путей. Гиалуроновая кислота играет роль цементирующего вещества соединительной ткани, препятствующего проникновению чужеродных тел; 5. регуляторная. Некоторые гормоны – гликопротеины (гипофиза, щитовидной железы); 6. участвуют в процессах узнавания клеток (сиаловая и нейраминовая кислоты); 7. определяют группу крови, входя в состав оболочек эритроцитов; 8. участвуют в процессах свертываемости крови, входя в состав гликопротеинов крови, фибриногена и протромбина. Так же предупреждает свёртываемость крови, входя в состав гепарина.
Основным источником углеводов для организма служат углеводы пищи, главным образом крахмал, сахароза и лактоза. Крахмал – это смесь двух гомополисахаридов: линейного (амилоза от 10% до 30%) и разветвленного (амилопектин от70% до 90%) строения. Крахмал содержится в основных продуктах питания: картофель до 10%, крупы – 70-80%.
Остатки глюкозы соединяются в амилозе и линейных цепях амилопектина с помощью a-1,4-гликозидных связей, а в точках ветвления амилопектина - с помощью a-1,6-гликозидных связей. Крахмал, поступая с пищей в ротовую полость, после механической обработки будет подвергаться гидролизу с помощью a-амилазы слюны. Этот фермент является эндоамилазой, расщепляющей a-1,4-гликозидные связи. Оптимальный рН фермента находится в слабощелочной среде (рН=7-8). Поскольку пища в ротовой полости долго не находится, крахмал здесь подвергается лишь частичному гидролизу с образованием амилодекстринов. Далее пища идёт в желудок. Слизистая оболочки желудка гликозидазы (ферменты, расщепляющие углеводы) не вырабатываются. В желудке среда резко кислая (рН=1,2-2,5),поэтому действие a-амилазы слюны прекращается, но в более глубоких слоях пищевого комка, куда не сразу проникает желудочный сок, действие фермента слюны продолжается и крахмал успевает пройти стадию гидролиза - эритродекстринов. Основным местом переваривания крахмала служит тонкий кишечник. Здесь происходят наиболее важные стадии гидролиза крахмала. В двенадцатиперсной кишке, куда открывается проток поджелудочной железы, под действием ферментов ПЖЖ (a-амилазы, амило-1,6-гликозидазы и олиго-1,6-гликозидазы) будет идти гидролиз крахмала. Выделяющийся сок поджелудочной железы содержит бикарбонаты, которые участвуют в нейтрализации кислого желудочного содержимого. Образующийся при этом углекислый газ способствует перемешиванию пищевого комка, создаётся слабощелочная среда (рН=8-9). Образующиеся катионы натрия и калия способствуют активации панкреатических гидролаз (a-амилаза, амило-1,6-гликозидаза, олиго-1,6-гликозидаза). Эти ферменты завершают гидролитический разрыв внутри гликозидных связей, начатых a-амилазой слюны. Эритродекстрины превращаются в ахродекстрины. Под влиянием a-амилазы панкреатического сока завершается разрыв внутренних a-1,4-гликозидных связей в крахмале с образованием мальтозы. a-1,6-гликозидные связи в точках ветвления гидролизуются под действием амило-1,6-гликозидазы и олиго-1,6-гликозидазы, которая является терминальной (последней) в этом процессе. Т.о. три панкреатических фермента завершают гидролиз крахмала в кишечнике с образованием мальтоз. Из тех глюкозных остатков, которые в молекуле крахмала были соединены с помощью a-1,6-гликозидных связей, образовались дисахариды – изомальтозы. Слизистая оболочка тонкой кишки (энтероциты) синтезирует мальтазы (изомальтазы), лактазы и сахаразы. Образующиеся в результате гидролиза мальтоза, изомальтоза являются временным продуктом гидролиза, и в клетках кишечника они быстро гидролизуются под влиянием кишечных мальтазы, изомальтазы на две молекулы глюкозы. Т.о. в результате гидролиза крахмала в органах пищеварения образуется конечный продукт – глюкоза.
В составе пищи кроме полисахаридов поступают и дисахариды (лактоза и сахароза), которые подвергаются гидролизу только в тонком кишечнике. В энтероцитах синтезируются специфические ферменты: лактаза и сахараза, которые осуществляют гидролиз этих дисахаридов с образованием глюкоз, галактоз и фруктоз. Продукты полностью перевариваются. Углеводы - моносахариды всасываются в кровь и на этом завершается начальный этап обмена углеводов в организме человека - пищеварение.
Было установлено, что для всасывания моносахаридов (глюкозы) в кровь необходимо наличие в энтероцитах: - в цитоплазме - ионов калия, натрия, АТФ и воды. - в биомембранах - специфических белков–переносчиков и фермента - АТФ-азы. 90% образовавшейся в результате гидролиза крахмала глюкозы всасывается в кровь и через систему воротной вены поступает в печень, где депонируется в виде резервного полисахарида - гликогена. Около 10% всасывающихся в кровь моносахаридов попадает в большой круг кровообращения, разносится к органам и тканям, которые используют их в метаболических реакциях.
С пищей в организм человека поступает клетчатка – полисахарид, состоящий из остатков b-D- глюкопиранозы. В ЖКТ человека она гидролизу не подвергается, поскольку не вырабатываются b-гликозидазы, которые расщепляют её до глюкозы. Биологическая роль клетчатки: 1. формирует пищевой комок; 2. продвигаясь по ЖКТ она раздражает слизистую оболочку, усиливая секрецию пищеварительных желез; 3. усиливает перистальтику кишечника; 4. нормализует кишечную микрофлору. Достигая толстого отдела кишки, она под действием ферментов микрофлоры подвергается частичному сбраживанию с образованием глюкозы, малата, газообразных веществ. Глюкозы образуется мало, но она всасывается в кровь.
Биологический синтез гликогена Установлено, что гликоген образуется почти во всех клетках организма, однако наибольшее содержание гликогена обнаружено в печени (2-6%) и в мышцах (0,5-2%). Т.к. общая мышечная масса организма человека велика, то большая часть всего гликогена содержится в мышцах. Глюкоза из крови легко поступает в клетки организма и в ткани, легко проникая через биологические мембраны. Инсулин обеспечивает проницаемость мембран, это единственный гормон, обеспечивающий транспорт глюкозы в клетки органов и тканей. Как только глюкоза поступает в клетку, она сразу же как бы запирается в ней. В результате первой метаболической реакции, катализируемой ферментом гексакиназой в присутствии АТФ, глюкоза превращается в фосфорный эфир – глюкозо-6-фосфат, для которого клеточная мембрана не проницаема. Глюкозо-6-фосфат теперь будет использоваться клеткой в метаболических реакциях (анаболизм, катаболизм). Из клетки глюкоза может обратно выйти в кровь только после гидролиза под действием фосфатазы (глюкозо-6-фосфатазы). Этот фермент есть в печени, почках, в эпителии кишечника, в других органах и тканях его нет, следовательно, проникновение глюкозы в клетки этих органов и тканей необратимо. Процесс биосинтеза гликогена можно записать в виде 4-х стадий: глюкоза® (гексакиназа, АТФ®АДФ) глюкозо-6-фосфат® (фосфоглюкомутаза) глюкозо-1-фосфат® (глюкозо-1-фосфат-уридин трансфераза) УДФ-глюкоза® (гликоген-синтетаза, +[C6Н10О5]n) [C6Н10О5]n+1 (это наращенный гликоген) +УДФ
Затем УДФ+АТФ®(нуклеозиддифосфаткиназа) УТФ+АДФ. Т.о. на присоединение 1 молекулы глюкозы тратмтся 2 молекулы АТФ.
Гликогенсинтаза является трансферазой, которая переносит остатки глюкозы, входящие в УДФ-глюкозу на гликозидную связь остаточного в клетке гликогена. При этом образуются a-1,4- гликозидные связи. Образование a-1,6-гликозидных связей в точках ветвления гликогена катализирует специальный фермент гликогенветвящий. Гликоген в клетках печени накапливается во время пищеварения, и рассматривается как резервная форма глюкозы, которая используется в промежутках между приёмами пищи.
Распад гликогена Он может идти двумя путями: 1. Основной – фосфоролитический - протекает в печени, почках, эпителии кишечника. Схематически его можно записать в виде 3-х стадий: а) [C6Н10О5]n (это гликоген)® (фосфорилаза А, +Н3РО4) глюкозо-1-фосфат +[C6Н10О5]n-1 б) глюкозо-1-фосфат® (фосфоглюкомутаза) глюкозо-6-фосфат в) глюкозо-6-фосфат® (глюкозо-6-фосфатаза, +Н2О) глюкоза + Н3РО4 2. Не основной – амилолитический. его доля мала и незначительна. Протекает в клетках печени при участии: - a-амилазы слюны, расщепляющей a-1,4-гликозидные связи; - амило-1,6-гликозидазы, расщепляющей a-1,6-гликозидные связи в точках ветвления гликогена; - g-амилазы, которая последовательно отрывает концевые остатки глюкозы от боковых цепей гликогена.
Гликогеновые болезни Гликогеновые болезни - наследственные нарушения обмена гликогена, которые связаны с недостаточностью какого–либо фермента, участвующего в синтезе или распаде гликогена. Как правило, эта недостаточность выражена в снижении активности или полном отсутствии фермента. Различают гликогенозы – болезни, связанные с нарушением процесса распада гликогена. При этом клетки печени, мышц, почек накапливают большое количество гликогена, что ведет к разрушению клеток. У больных наблюдается увеличение печени, гипоглюкоземия натощак, мышечная слабость. Обычно такие больные умирают в раннем возрасте. Наиболее часто встречаются следующие гликогенозы: - болезнь Герса, связанная с недостаточной активностью или отсутствием фосфорилазы печени; - болезнь Мак-Ардля, -//- фосфорилазы мышц; - болезнь Помпе, -//- a-1,4-гликозидазы; - болезнь Гори, -//- амило-1,6-гликозидазы; - болезнь Гирке, -//- глюкозо-6-фосфатазы. Агликогенозы – заболевания, которые характеризуются нарушением синтеза гликогена. У больных: гипогликемия натощак, судороги, рвота, потеря сознания, постоянное углеводное голодание мозга приводит к отставанию умственного развития. Больные погибают в раннем возрасте. Наиболее часто встречаются следующие агликогенозы: - болезнь Льюиса, связанная с нарушением выработки или полным отсутствием гликогенсинтазы; - болезнь Андерсена, -//- гликогенветвящего фермента.
Пути катаболизма глюкозы В зависимости от функционального состояния клеток органов и тканей, они могут находиться в условиях достаточного снабжения кислородом или испытывать его недостаток, находиться в условиях гипоксии. Следовательно, катаболизм глюкозы в организме можно рассматривать с двух позиций: в аэробных и анаэробных условиях. Анаэробный путь распада глюкозы в тканях называется гликолизом, если в анаэробных условиях распадается глюкозный остаток гликогена, то этот процесс называется гликогенолизом. Оба эти процесса протекают в цитоплазме клеток. Конечным продуктом окисления будет являться молочная кислота. В процессе окисления будет выделяться энергия за счет реакций субстратного фосфорилирования. Основная биологическая роль – энергетическая. Окисление глюкозы и глюкозного остатка гликогена в тканях отличается только в начальных стадиях превращения, до образования глюкозо-6-фосфата. Схематически это можно представить как: глюкоза® (гексакиназа, АТФ®АДФ) глюкозо-6-фосфат; [C6Н10О5]n (это гликоген)® (фосфорилаза А, +Н3РО4) глюкозо-1-фосфат +[C6Н10О5]n-1 глюкозо-1-фосфат ® (фосфоглюкомутаза) глюкозо-6-фосфат
Основные стадии гликолиза и гликогенолиза: Процесс гликолиза сложный и многоступенчатый. Условно его можно разделить на 2 стадии. 1 стадия – завершается образованием глицеральдегид-3-фосфата. 2 стадия – называется стадией гликолитической оксидоредукцией. Она сопряжена с образованием АТФ за счет реакций субстратного фосфорилирования, окислением глицеральдегид-3-фосфата и восстановлением пирувата в лактат. 1 стадия:
гексакиназа ↓ АТФ®АДФ
глюкозо-6-фосфатизомераза ↓
фосфофруктокиназа ↓ АТФ®АДФ
альдолаза ↓
Фосфодиоксиацетон под действием изомеразы может превращаться в глицеральдегид-3-фосфат. 2 стадия. На ней перед всеми формулами ставим 2, т.к. фосфодиоксиацетон изомеризовался и получилось 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата:
дегидрогеназа, +Н3РО4 ↓ НАД®НАДН2
дифосфоглицераткиназа ↓ АДФ®АТФ
фосфоглицеромутаза ↓
енолаза ↓
фосфоенолпируваткиназа ↓ АДФ®АТФ
ЛДГ ↓ НАДН2®НАД
Т.о. анаэробные превращения глюкозы в тканях завершается образование молочной кислоты. В процессе превращения глюкозы было израсходовано 2 молекулы АТФ для фосфорилирования глюкозы и фруктоза-6–фосфата (гексакиназная реакция и фосфофруктокиназная реакция). С этапа образования триоз (альдолазная реакция) идет одновременная их окисление, в результате этих реакций образуется энергия в виде АТФ за счет реакций субстратного фосфорилирования (фосфоглицераткиназная и пируваткиназная реакции). На этапе гликолитической оксидоредукции идет окисление гицеральдегид-3-фосфата в присутствии Н3РО4 и НАД-зависимой дегидрогеназы, которая при этом восстанавливается до НАДН2. Митохондрии в анаэробных условиях блокированы, поэтому выделяемый в процессе окисления НАДН2 находиться в среде до тех пор, пока не образуется субстрат, способный принять его. ПВК принимает НАДН2 и восстанавливается с образованием лактата, завершая тем самым внутренний окислительно-восстановительный цикл гликолиза. НАД-окисленный выделяется и вновь может принимать участие в окислительном процессе, выполняя роль переносчика водорода.
Три реакции гликолиза являются необратимыми: - гексакиназная реакция; - фосфофруктокиназная реакция; - пируваткиназная реакция. Энергетический эффект гликолиза (гликогенолиза): АТФ(глюкоза)=(2*2)–2=2 АТФ(гликоген)=(2*2)–1=3
Биологическая роль гликолиза – энергетическая. Гликолиз является единственным процессом в клетке, способным поставлять энергию в форме АТФ в бескислородных условиях. В кризисных ситуациях, когда клетки органов и тканей по каким то причинам находятся в анаэробных условиях, гликолиз является единственным источником скорой энергетической помощи для сохранения жизнедеятельности клеток, а в эритроцитах, где митохондрии отсутствуют, гликолиз вообще является единственным процессом, продуцирующим АТФ и поддерживающим их функции и целостность. Гексозодифосфатный путь превращения углеводов в тканях В аэробных условиях, когда в ткани в достаточном количестве поступает кислород, происходит подавление гликолиза. При этом уменьшается потребление глюкозы, блокируется образование лактата. Эффект подавления гликолиза дыханием получил название эффекта Пастера. Глюкоза в аэробных условиях сгорает в клетках с образованием конечных продуктов - воды и углекислого газа. При окислении 1 моль глюкозы будет выделено 38 молекул АТФ, а при окислении 1 глюкозного остатка гликогена – 39 молекул. Химизм реакций превращения глюкозы такой же, как и в аэробных условиях, но только до стадии образования пирувата. Превращение глюкозы до пирувата протекает в цитоплазме, затем пируват поступает в митохондрии, где подвергается окислительному декарбоксилированию. Образовавшийся при этом АцКоА в дальнейшем окисляется в митохондриях с участием ферментов ЦТК и сопряженных с ними ферментов дыхательной цепи (ЦПЭ). Реакция окислительного декарбоксилирования ПВК осуществляется при участии ряда ферментов и кофакторов: 1. дегидрогеназ (НАД, ФАД); 2. декарбоксилаз (ТПФ); 3. ацилтрансфераз (HS-KoA); 4. липоевой кислоты (ЛК), участвующей в переносе углекислого газа. СН3-СО-СООН (это ПВК)® (пируватдегидрогеназа, НАД, ФАД, HS-KoA, ТПФ, ЛК) СО2 +НАДН2 +Н2О +3АТФ +СН3-С(О)-SKoA (это АцКоА, он поступает в ЦТК). При окислении глюкозы в аэробных условиях энергия выделяется за счет реакций: 1. субстратного фосфорилирования на этапах превращения 1,3-дифосфоглицериновой кислоты, фосфоенол-ПВК, сукцинил-КоА; 2. за счет реакций окислительного фосфорилирования на этапах превращения глицеральдегид-3-фосфата, ПВК, изоцитрата, a-кетоглутаровой кислоты, сукцината, малата. Энергетический эффект окисления: АТФ (глюкозы)=2*(3+1+1+3+12)-2=38 АТФ (гликогена)=2*(3+1+1+3+12)-1=39 Конечные продукты образуются: - углекислый газ на этапах превращения пирувата, оксалосукцината, a-кетоглутаровой; - вода образуется на этапах превращения: глицеральдегид-3-фосфата, 2-фосфоглицериновой кислоты, пирувата, изоцитрата, a-кетоглутаровой кислоты, сукцината, малата.
Т.о. в отличие от анаэробного пути, аэробный путь окисления глюкозы является энергитически более эффективным и является основным путем обеспечения клеток энергией. При этом окисление идет с образованием конечных продуктов – углекислого газа и воды.
Гексозомонофосфатный путь превращения углеводов в тканях Гексозомонофосфатный путь превращения углеводов в тканях (пентозофосфатный путь, апотолический путь) протекает в цитоплазме клеток органов и тканей и представлен двумя последовательными ветвями: окислительной и неокислительной. Активность этого пути превращения глюкозы зависит от типа ткани и ее функционального состояния. Особенно активно глюкоза окисляется по этому пути в тканях и органах, где синтезируется много липидов: печень, кора надпочечников, жировая ткань, молочные железы. Биологическая роль этого пути связана, прежде всего, с производством 2-х веществ: 1. рибозо-5-фосфата и его производных, которые используется в клетках для биосинтеза важнейших биологических молекул: АТФ, ГТФ, HSKoA, НАД, ФАД и нуклеиновых кислот (ДНК, РНК); 2. НАДФ·Н2, которые в отличие от НАД·Н2 не окисляется в дыхательной цепи митохондрии, а используется как источник протонов и электронов для синтеза веществ, включающего реакции восстановления (ВЖК, холестерина, желчных кислот, стероидных гормонов, витамина D3). НАДФН2 используется для обезвреживания ядов и токсических веществ (в реакции связывания аммиака при восстановительном аминировании a-кетокислот). Этот путь является единственным поставщиком пентоз для работающих клеток тканей и органов, и на 50% покрывает потребность в НАДФН2, следовательно основная биологическая роль этого пути – анаболическая. Окислительная стадия пентозного пути превращения глюкоза отличается от классического гексозодифосфатного пути с этапа превращения глюкозы-6-фосфата и включает 5 реакций: глюкозо-6-фосфат ®(глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, НАДФ®НАДФН2) 6-фосфоглюкозолактон ® (лактоназа, +Н2О) 6-фосфоглюконовая кислота® (дегидрогеназа 6-фосфоглюконовой кислоты, НАДФ®НАДФН2) 3-кето-6-фосфоглюконовая кислота ®(декарбоксилаза, -СО2) рибулозо-5-фосфат® (изомераза) рибозо-5-фосфат® (эпимераза) ксилуозо-5-фосфат
При определённых условиях на этом заканчивается окислительная стадия пентозного цикла. Между пентозами устанавливается подвижное равновесие: рибулозо-5-фосфат«(изомераза) рибозо-5-фосфат«(эпимераза) ксилуозо-5-фосфат Однако в ряде случаев, когда в клетках отмечается дефицит кислорода, может протекать неокислительная стадия пентозного цикла. Основными реакциями этого этапа являются 2 транскетолазные реакции и одна трансальдолазная. Все они обратимы. В результате этих реакций образуются субстраты для гликолиза (фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат), а также вещества, характерные для пентозного пути превращения глюкозы. Схематически неокислительную стадию пентозного цикла можно записать так: 1. транскетолазные реакции: а) ксилуозо-5-фосфат+рибозо-5-фосфа«(ТПФ) седогептулозо-7-фосфат+ глицеральдегид-3-фосфат; б) ксилуозо-5-фосфат+эритрозо-4-фосфат«(ТПФ) фруктозо-6-фосфат+ глицеральдегид-3-фосфат; 2. трансальдолазная реакция: судогептулозо-7-фосфат+ глицеральдегид-3-фосфат«фруктозо-6-фосфат+ эритрозо-4-фосфат
Баланс окислительной и неокислительной стадий гексозомонофосфатного пути превращения глюкозы в тканях можно записать в виде суммарного уравнения реакции: 6 глюкозо-6-фосфат+ 7Н2О+ 12НАДФ® 5 глюкозо-6-фосфат+ 6СО2 +12НАДФН2 +Фн
Глюконеогенез и другие источники глюкозы для организма человека Глюкоза является основным углеводом крови. Её концентрация в течение суток колеблется в зависимости от энергозатрат и частоты приемов пищи, содержания углеводов в пище. Для взрослого человека содержание глюкозы в крови составляет от 3,3 до 5,5 ммоль/л. Поддерживается концентрация глюкозы в крови за счет процесса биосинтеза и распада гликогена, глюконеогенеза и за счет углеводов пищи. Глюконеогенез - это процесс образования глюкозы из неуглеводных предшественников, которыми являются продукты распада белков, липидов и углеводов. Основными являются пируват, лактат. Промежуточными могут быть метаболиты ЦТК, а так же глицерин и АК. Ряд АК (АСП, ТИР, ФЕН, ТРЕ, ВАЛ, МЕТ, ИЛЕ, ГИС, ПРО, АРГ) тем или иным путем превращаются в метаболиты ЦТК – фумаровую кислоту, которая в дальнейшем превращается в ЩУК. Другие АК (ГЛИ, АЛА, ЦИС, СЕР) превращаются в пируват. Глюконеогенез возможен не во всех тканях. Главным местом синтеза глюкозы является печень, в меньшей степени почки и слизистая оболочка кишечника. Биологическая роль глюконеогенеза заключается не только в синтезе глюкозы, но и в возвращении лактата в клеточный фонд углеводов. За счет этого процесса поддерживается уровень глюкозы в крови при углеводном голодании и сахарном диабете. Этот путь является единственным, который поддерживает биоэнергетику жизненно важных тканей в кризисных ситуациях. Большинство реакций глюконеогенеза представляют собой обратимые реакции гликолиза, за исключением 3-х, которые являются термодинамически необратимыми.: 1. гексакиназной; 2. фосфофруктокиназной; 3. пируваткиназной. Эти реакции гликолиза имеют при глюконеогенезе обходные пути, которые связаны с образованием фосфоенолпирувата, фруктозо-6-фосфата и глюкозы.
Обходные реакции гликолиза: Первая обходная реакция глюконеогенеза связана с образованием фосфоенолпирувата. Она протекает в 2 стадии. Сначала в результате реакции карбоксилирования пируват превращается в ЩУК. Эта реакция протекает в митохондриях, куда ПВК поступает из цитозоля. ЩУК в митохондриях восстанавливается в малат под действием МДГ (НАДН2). Мембраны митохондрий не проницаемы для ЩУК, малат же легко выходит в цитозоль, где окисляясь снова превращается в ЩУК. ЩУК в дальнейшем принимает участие в глюконеогенезе, вступая в реакции декарбоксилирования и фосфорилирования. Донором фосфатного остатка служит ГТФ, но может быть и АТФ. а) CH3-CO-COOH (это ПВК)® (пируваткарбоксилаза (биотин), +СО2, +АТФ, +Н2О) СООН-СО-СН2-СООН (это ЩУК) +АДФ +Фн; б) СООН-СО-СН2-СООН (это ЩУК)®(фосфоеноилпируваткарбоксикиназа, +ГТФ, +Н2О) СООН-С(О~РО3Н2)=СН2+ СО2 +ГДФ.
Вторая реакция связана с образованием фруктозо-6-фосфата: фруктоза-1,6-дифосфат® (фосфатаза, +Н2О) фруктоза-6-фосфат+ Фн Третья реакция связана с образованием глюкозы: глюкозо-6-фосфат® (фосфатаза, +Н2О) глюкоза+ Фн
Образовавшаяся в процессе глюконеогенеза глюкоза может вновь поступать в клетки органов и тканей и принимать участие в метаболизме (использоваться в тканях как энергетический субстрат, откладываться про запас в виде гликогена, участвовать в анаболических реакциях). В организме взрослого человека массой 70 кг, главным образом в печени, за сутки образуется около 80 гр. глюкозы.
Патология углеводного обмена Нарушения углеводного обмена могут быть на различных этапах обмена веществ. Основными показателями нарушения является изменение концентрации глюкозы в крови (гипер-, гипоглюкоземия) и появление глюкозы в моче (глюкозурия). Концентрация глюкозы в крови взрослого здорового человека в норме составляет 3,3-5,5 ммоль/л. Появление глюкозы в моче возможно в случае превышения величины почечного порога, который для глюкозы составляет 10 ммоль/л.
Основными причинами развития нарушения углеводного обмена являются: 1. алиментарные. Употребление пищи, богатой углеводами, ведет к быстрому переполнению гликогенного резерва печени, мышц, развитию гиперглюкоземии, глюкозурии. При снижении двигательной активности происходит снижение окислительных процессов и усиление биосинтеза жиров в тканях, что ведет к развитию алиментарного ожирения; 2. при поражении слизистых оболочек ЖКТ. При этом в желудке нарушается образование HCl (гипохлоргидрия или ахлоргидрия), поступающие углеводы сбраживаются под влиянием ферментов микрофлоры с образованием лактата, а белки подвергаются гниению. Это создает благоприятные условия для развития микрофлоры и приводит к расстройству пищеварения в целом. При поражении слизистой тонкого кишечника нарушается гидролиз дисахаридов или всасывание продуктов гидролиза; 3. при поражении печени нарушается биосинтез и распад гликогена, глюконеогенез; 4. при поражении поджелудочной железы нарушается секреция ферментов (a-амилаз, олиго-1,6-гликозидаз), участвующих в гидролизе крахмала и гликогена.
Наиболее грозным заболеванием ПЖЖ является сахарный диабет. При этом поражаются В-клетки, они перестают вырабатывать гормон инсулин. Инсулин – единственный гормон, обеспечивающий транспорт глюкозы в клетки органов и тканей. В случае недостаточной его выработки или отсутствия вообще происходит нарушение биоэнергетики клеток, органов и тканей. В этом случае интенсивному окислению подвергаются белки и липиды, что сопровождается избыточной продукцией аммиака и Ац-КоА. Для связывания токсичного аммиака отвлекаются кетокислоты (ЩУК и a-кетоглутаровая) из ЦТК, их концентрация резко падает, что приводит к снижению интенсивности окислительных процессов. ЦТК не в состоянии окислить все молекулы ацетил-КоА, образование которых увеличивается с усилением окисления белков и липидов. Создаются условия для их конденсации с образованием кетоновых тел. При сахарном диабете в крови наблюдается гиперкетонемия (норма - до 0,1 г/л) и кетонурия. 2СН3-СОSKoA (это ацетил-КоА) ®(Ац-КоА-трансфераза) ацетоацетил-КоА ® (деацилаза, +Н2О, -HS-KoA) ацетоуксусная кислота. Ацетоуксусная кислота может превращаться в b-гидроксимасляную кислоту, при этом НАДН2®НАД. Также она может превращаться в ацетон с отщеплением СО2.
В норме содержание кетоновых тел в крови здорового человека до 0,1 г/л. При поражении печени нарушается процесс биосинтеза и распада гликогена, процессы глюконеогенеза. Наследственные заболевания, как правило, связаны с нарушением синтеза ферментов, участвующих в метаболизме углеводов. Например, алактазия - неусвояемость углеводов молока (лактозы). Это связано с отсутствием фермента – лактазы, поэтому поступающие с молоком дисахариды не усваиваются. У детей проявляется в виде рвоты, тошноты, поноса, вздутия живота, происходит обезвоживание организма. Лечение: исключение лактозы из пищи и замещение на мальтозу, сахарозу, глюкозу. Другая группа заболеваний может быть связана с наследственными нарушениями обмена гликогена:
|
