Лекция № 17.

Раздел 2. «обмен веществ». Тема «обмен углеводов».

1. Функции углеводов (выучить самостоятельно).

1. Переваривание и всасывание углеводов.

2. Распад гликогена.

3. Синтез гликогена.

Источник углеводов в питании человека – преимущественно пища растительного происхождения. Мучные изделия, крупы и картофель поставляют крахмал, пищевой сахар и свекла – сахарозу, злаки, в частности ячмень, − мальтозу, фрукты и мед – фруктозу и глюкозу. Из продуктов животного происхождения заметный источник углеводов (лактозы) – молоко. Лактоза содержится в кондитерских изделиях, в вареньях, куда ее добавляют как средство, предупреждающее осахаривание. Суточная потребность 400 – 500 г.

Процесс переваривания углеводов начинается в ротовой полости, так как в состав слюны входят ферменты – амилаза, расщепляющая крахмал и гликоген путем гидролиза, а также мальтаза, расщепляющая дисахарид мальтозу на два остатка глюкозы. Но основное место переваривания углеводов – это тонкий кишечник, куда поступает α-амилаза в составе сока поджелудочной железы. Эта гидролаза расщепляет 1,4-гликозидные связи с образованием декстринов и затем мальтозы. Амило-1,6-гликозидные связи (места ветвления молекулы крахмала) гидролизуют ферменты амило-1,6-гликозидазы. Образующаяся мальтоза расщепляется кишечной мальтазой на 2 молекулы глюкозы. Сахараза превращает сахарозу и фруктозу, а лактаза воздействует на лактозу, которая распадается на глюкозу и галактозу. Лактаза в кишечнике отсутствует и некоторые люди не могут «переносить» молоко и некислые молочные продукты: при их употреблении возникают боли в животе, метеоризм и понос. У грудных детей лактаза имеется, но с прекращением грудного вскармливания активность фермента снижается. Если у детей превращение кормления может вызвать непереносимость молока, можно рекомендовать кисломолочные продукты (в них под действием лактазы микроорганизмов лактоза расщепляется). Конечный продукт полного переваривания углеводов – глюкоза, галактоза и фруктоза всасываются из кишечника в кровь различными методами – либо способом облегченной диффузии с участием специальных переносчиков, либо путем активного транспорта с участием переносчика за счет функционирования Nа⁺, К⁺, АТФ-азы (т.е. с затратой энергии АТФ). Пентозы всасываются путем простой диффузии.

Из углеводов только клетчатка не гидролизуется в тонкой кишке из-за отсутствия необходимых ферментов. Она поступает в толстую кишку, где распадается под действием ферментов (целлюлаз) микроорганизмов. Содержимое разрушенных растительных клеток используется для жизнедеятельности самих микроорганизмов. Часть непереваренной клетчатки участвует в формировании кала и выводится из организма.

Поступающая из просвета кишечника глюкоза с кровью воротной вены попадает в печень, где часть ее задерживается, а часть через общий кровоток попадает в клетки других органов и тканей. Транспорт глюкозы в клетки зависит от гормона поджелудочной железы инсулина. При пищеварении концентрация глюкозы в крови повышается (алиментарная гипергликемия) и это стимулирует секрецию гормона в кровь. Инсулин увеличивает проницаемость плазматической мембраны клеток для глюкозы из крови в клетки. Поступление глюкозы в клетки зависит от инсулина практически во всех органах. Важными исключениями являются мозг и печень: скорость поступления глюкозы в клетки этих органов определяется ее концентрацией в крови.

Голодание в течение суток приводит к полному исчезновению запасов гликогена в печени, а при интенсивной физической нагрузке гликоген исчезает значительно быстрее.

Основной путь распада гликогена в клетках – фосфоролитический и происходит он в период между приемами пищи. Процесс распада гликогена – гликогенолиз. Гликогенфосфорилаза катализирует отщепление глюкозного остатка в форме глюкозо-1-фосфата (распадается 1,4–гликозидная связь). Благодаря фосфоглюкомутазе образуется глюкозо-6-фосфат. В печени и почках имеется фермент глюкозо-6-фосфатаза, способный отщеплять остаток фосфорной кислоты от глюкозо-6-фосфата (в отличие от мышц).

Нарисовать схему.

Печень – это орган, который поддерживает нормогликемию благодаря способности гепатоцитов образовывать свободную глюкозу, которая через мембрану гепатоцита может проникать в кровь (в отличие от глюкозо-6-фосфата). Мышцы такой способностью не обладают.

Образовавшийся глюкозо-6-фосфат при распаде гликогена используется мышцами для собственных нужд. Главным регуляторным ферментом гликогенолиза является гликогенфосфорилаза. Она может находится в двух формах: фосфорилазы «а» (активная, фосфорилированная) и фосфорилазы «в» (неактивная, дефосфорилированная).

Превращение фосфорилазы «в» в «а» катализируется киназой фосфорилазы «в», а киназа должна активироваться протеинкиназой зависимой от цАМФ. цАМФ является внутриклеточным посредником при действии большого числа гормонов белково-пептидной природы. цАМФ образуется из АТФ под действием аденилатциклазы, находящегося на внутренней поверхности цитоплазматической мембраны клетки.

Активация аденилатциклазы адреналином и глюкагоном приводит к образованию цАМФ, запускающего каскадный механизм фосфорилирования ключевых ферментов: гликогенсинтетазы и гликогенфосфорилазы.

В результате образуется неактивная гликогенсинтаза Д и активная фосфорилаза «а» − в этих условиях будет осуществляться распад гликогена.

Мышечный гликоген используется в качестве источника глюкозы для самой клетки. Гликоген печени необходим для поддержания физиологической концентрации глюкозы в крови.

Синтез гликогена происходит в период пищеварения (в течение 1-2 часов после приема углеводной пищи) и начинается с активации глюкозы под действием гексокиназы или глюкокиназы, ионов Мg²⁺ с образованием глюкозо-6-фосфата, который под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-1-фосфат. Глюкозо-1-фосфат с молекулой уридинтрифосфата образует активную форму глюкозы – УДФ-глюкозу. Эта реакция происходит под действием фермента УДФ-глюкозопирофосфорилазы. Под действием гликогенсинтазы УДФ-глюкоза присоединяет остаток гликогена, называемый «затравочным» гликогеном (это молекулы, которые присутствуют в клетке даже при длительном голодании организма) и линейная цепь гликогена наращивается. Под действием гликогенсинтазы образуются 1,4-гликозидные связи; точки ветвления в молекуле гликогена (1,6-гликозидные связи) образует ветвящий фермент амило-1,4 и 1,6-трансгликозидаза.

Нарисовать схему.

Ключевую роль в регуляции синтеза гликогена играет гликогенсинтаза. Если в процесс регуляции включается гормон инсулин, то под действием инсулина включается механизм дефосфорилирования ключевых ферментов и появляется гликогенсинтаза I (активная) и гликогенфосфорилаза «в» (неактивная). При этих условиях происходит синтез гликогена.

Лекция № 18.

ТЕМА «ОБМЕН УГЛЕВОДОВ».

1. Гликолиз – химизм, биологическое значение, энергетический баланс.

2. Аэробное окисление глюкозы. Энергетический баланс аэробного окисления 1 молекулы глюкозы.

3. Пентозофосфатный путь обмена углеводов.

Гликолиз – химизм, биологическое значение,

энергетический баланс.

Глюкоза играет главную роль в метаболизме, так как именно она является основным источником энергии. Глюкоза может превращаться практически во все моносахариды, однако возможно и обратное превращение. Основные пути метаболизма глюкозы:

• катаболизм глюкозы – гликолиз;

• синтез глюкозы – глюконеогенез;

• депонирование и распад гликогена;

• синтез пентоз – пентозофосфатные пути.

Гликолиз – это серия реакций, в результате которых глюкоза распадается на 2 молекулы пирувата (аэробный гликолиз) или две молекулы лактата (анаэробный гликолиз).

Все реакции гликолиза (10-11 реакций) протекают в цитозоле и характерны для всех органов и тканей.

Главным путем распада глюкозы, ведущим к освобождению энергии, является дихотомический путь. В реакциях этого пути получить из глюкозы энергию можно двумя путями:

1. Путем анаэробного распада глюкозы до молочной кислоты. Этот процесс называется гликолизом. Многоступенчатые реакции можно выразить суммарным уравнением: глюкоза → 2лактат + 134 кДж. Часть этой энергии расходуется на образование 2 молекул АТФ, остальная рассеивается в виде тепла.

2. Путем аэробного распада глюкозы до конечных продуктов – СО₂ и Н₂О. Глюкоза + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 2850 кДж. При этом 60% образующейся энергии запасается в виде АТФ. Аэробный путь экономически выгоднее, при равных количествах используемой глюкозы, этот путь дает почти в 20 раз больше АТФ. Аэробный распад глюкозы осуществляется почти всеми тканями нашего организма, исключение – эритроциты, их жизнедеятельность поддерживается путем гликолиза.

Для злокачественных клеток основной путь получения энергии – также гликолиз. Много лактата образуется в злокачественной опухоли, которая является своеобразной «ловушкой» глюкозы. Злокачественные клетки крайне низко снабжаются кислородом и усиленно потребляют глюкозу, чтобы выработать необходимое для их бурной жизнедеятельности количество энергии.

Цепь реакций гликолиза можно расчленить на два звена. В первом звене осуществляется распад глюкозы на 2 молекулы по 3 углеродных атома каждая (подготовительная стадия). В этом отрезке цепи еще нет поставки энергии, имеется отрицательный энергетический баланс в результате расходования энергии АТФ на реакции фосфорилирования. Во втором звене гликолиза (гликолитическая оксидоредукция) осуществляется окисление 3-х углеродных молекул в пируват, который будет восстанавливаться в лактат.