Метаболізм та функції вуглеводів

Неофіційний сайт студентів НМУ: www.nmu-s.net

МЕТАБОЛІЗМ ТА ФУНКЦІЇ ВУГЛЕВОДІВ

51. Моносахариди

Залежно від к-ті атомів С моносахариди називають: тріози, тетрози, пентози, гексози і т.д. Гексози: -альдогексози (D-глю. і її епімери D-гал., D-ман., В-фру.); -кетогексози (D-фруктоза). D-глю. є структурним компонентом дисахаридів і полісахаридів; окислення глю. дає 60-70% хімічної енергії. D-гал. Входить до складу молочного цукру лактози. D-маноза є компонентом полісахариду манану, що є компонентом рослинних і бактеріальних глікопротеїнів. У тварин входить до складу гліколіпідів і глікопротеїнів. Продукт відновлення занози – шестиатомний спирт манітол (маніт) використовують як діуретин і замінник сахарози для хворих на цукровий діабет. Пентози: -альдопентози (D-рибоза, дезокси-D-рибоза); -кетопентози (D-рибулоза, D-ксилулоза). D-риб. Входить до складу нуклеотидів, коферментів (НАД, НАДФ, ФАД, ФМН), глікозидів, антибіотиків. Похідні моносахаридів: D-глюкуронова к-та використовується у реакціях кон`югації у печінці (утворюються глюкуроніди); L-аскорбінова к-та – вітамін.

52. Дисахариди

Лактоза (гал.+глю.) входить до складу жіночого і коров`ячого молока. Сахароза (глю.+фру.). Мальтоза (глю.+глю.) утвор. у ШКТ при розщепленні крохмалю (гомополісахариду глюкози) β-амілазою.

53. Гомополісахариди

Крохмаль – рослинний гомополісахарид, складається з двох фракцій – амілози (15%) і амілопектину (85%). Амілоза – лінійний полісахарид (α-1,4-глікозидні зв`язки), формує спіраль по 6 молеку у витку. Амілопектин – розгалужений полісахарид (розгалуження формуються α-1,4-глікозидними зв`язками). Глікоген – тваринний розгалужений гомополісахарид глюкози. Клітковина (целюлоза) – головний структурний компонент клітинних стінок рослин. Також у їжі є харчові волокна. Які утворені геміцелюлозою, полімерами галактози, занози, але вони не перетравлюються ферментами ШКТ.

54. Гетерополісахариди

Гікозаміноглікан (мукополісахарид) – гетерополісахарид, побудований з дисахаридних залишків (глюкуронова к-та, N-ацетилпохідні гексозамінів – глюкозаміну, галактозаміну). Гіалуронова к-та – лінійний гетерополісахарид (глюкуронова к-та+глюкозамін). Міститься у пухкій сполучній тканині, синовіальній рідині суглобів, скловидному тілі. Хондроїтинсульфат – (глюкуронова к-та+ацетилгалактозаміну) структурний компонент хрящової тканини. Гепарин – глікозаміноглікан (глюкуронова к-та+ідуронова к-та), синт. тучними клітинами сполучної тканини – антикоагулянт (активує антитромбін ІІІ – протидіє внутрішньо судинному згортанню крові).

55. Глікопротеїни і протеоглікани

Протеоглікани – гібридні молекули, у яких білки (5-10%) ковалентно зв`язані з глікозаміногліканами (90-95%). Типова молекула протеоглікану складається з поліпептидного ланцюга, до якого приєднані молекули глікозаміногліканів. У міжклітинному матриксі протеогліка сполучені із гіалуроновою к-тою. Виходить «ялинка з ялинок» – утворюється желеподібна речовина.

Глікопротеїни – гібридні молекули, з поліпептидною основою яких ковалентно зв`язані олігосахаридні ланцюги. Глікопротеїнами є більшість позаклітинних білків; вони формують глікокалікс.

57. Анаеробне окислення глюкози

Ферментативні р-ції гліколізу:

1. Активація глю.: α-D-глю.+ АТФ→ г-6-ф+ АДФ; Ė гексокіназа/ глюкокіназа.

2. Р-я ізомеризації: глю-6-ф↔ фру-6-ф; Ė г-6-ф-ізомераза.

3. Фосфорилювання фру-6-ф: фру-6-ф+ АТФ→ фру-1,6-диф; Ė фосфофруктокіназа.

4. Утворення 2 мол. тріозофосфатів: фру-1,6-диф↔ діоксиацетонфосфат+ гіцеральдегід-3-ф; Ė альдолаза.

5. Взаємоперетворення тріозофосфатів: діоксиацетонфосфат↔ гіцеральдегід-3-ф; Ė тріозофосфатізомераза.

6. Дегідрування: гліцеральдегід-3-ф+ НАД⁺+ Н₃РО₄↔ 1,3-дифосфогліцерат+ НАДН₂ – вступає в 11 р-цію для відновлення ПВК, там окислюється і йде знову на 6-ту р-цію; Ė гліцеральдегід-3-ф-дегідрогеназа.

7. Субстратного фосфорилювання: 1,3-дифосфогліцерат+ АДФ↔ 3-фосфогліцерат+ АТФ; Ė фосфогліцераткіназа.

8. Перетворення: 3-фосфогліцерат↔2-фосфогліцерат; Ė фосфогліцератмутаза.

9. Дегідратація: 2-фосфогліцерат↔↑Н₂О+ фосфоенолПВК; Ė енолаза.

10. Субстрат не фосфорилювання: фосфоенолПВК+ АДФ → ПВК+ АТФ; Ė піруваткіназа; на цьому закінчується аеробний гліколіз. В анаеробних умовах:

11. Відновлення ПВК до лактату: ПВК+ НАДН₂↔ лактат+ НАД⁺; Ė лактатдегідрогеназа. В присутності О₂ лактат не утворюється – ефект Пастера.

58. Аеробне окислення глюкози: етапи

Аеробне окислення глюкози (С₆Н₁₂О₆+ 6О₂→ 6СО₂+ 6Н₂О) включає такі етапи:

1. Розщеплення глю. до ПВК (див. 57): С₆Н₁₂О₆+ 2НАД⁺+ 2АДФ+ 2Ф_н→ 2С₂Н₄О₃ (ПВК) + 2НАДН₂+ 2АТФ. НАДН₂ йде в ДЛМ і в процесі окисного фосфорилювання генерується 6АТФ (2*3).

2. Окисне декарбоксилювання ПВК: СН₃-СО-СООН+ НАД⁺+ НS-КоА→ СО₃-СО-КоА+ НАДН₂+ СО₂. Піруватдегідрогеназний комплекс – мультиферментна система, що міститіся в мембрані мітохондрій.

3. Цикл трикарбрнових кислот функціонально і біохімічно зв`язаний електронно-транспортним ланцюгом мітохондрій. СН₃-СО-S-КоА+ 3НАД⁺+ ФАД+ ГДФ+ Ф_н→ 2СО₂+ 3НАДН₂+ ГТФ+ НS-КоА. На кожну молекулу ацетил-КоА генерується 12АТФ.

59. Окислювальне декарбоксилювання ПВК

Мультиферментний комплекс мічтиться у еукаріотів у мембрані мітохондрій, а у прокаріотів – у цитозолі. Для протікання р-цій необхідні такі Ė: Ė1 – піруватдегідрогеназа, Ė2 – дегідроліпоїлацетилтрансфераза, Ė3 – дигідроліпоїлдегідрогеназа; і проферменти: ТДФ, НАД, ФАД, НS-КоА, амід ліпоєвої к-ти.

1. ПВК + Н-ТДФ(Ė1)→ НО-(СН₃-)С(-СООН)-ТДФ(Ė1)→ СО₂ + НО-(СН₃-)С(-Н)-ТДФ(Ė1).

2. НО-(СН₃-)С(-Н)-ТДФ(Ė1) + ^S_S>ЛК(Ė2)→ СН₃-(O=)С~S-(НS-)ЛК(Ė2) + Н-ТДФ(Ė1).

3. СН₃-(О=)С~S-(HS-)ЛК(Ė2) + КоА-SH→ CH₃-(O=)C~S-KoA + ^HS_HS>ЛК(Ė2).

4. ^HS_HS>ЛК(Ė2) + ФАД(Ė3)→ ^S_S>ЛК(Ė2) + ФАДН₂(Ė3).

5. ФАДН₂(Ė3) + НАД⁺→ ФАД(Ė3) + НАДН + Н⁺.

Утворений НАДН йде в електронно транспортний ланцюг мітохондрій і окислюється з генерацією 2*3=6 АТФ.

60. Човникові механізми

Суть процесу полягає в тому, що НАДН, який утворюється в цитозолі не може самостійно прникнути в мітохондрії для окислення, тому він відновлює у цтиозолі певну речовину, яка йде в мітохондрії і там окислюється (замість НАДН), відновлюючи внутрішньомітохондріальний НАД⁺, і знову повертається в цитозоль; цикл повторюється.

Малат-аспартатна човникова система. У цитозолі відновлюється оксалоацетат до малату. Малат іде в мітохондрії і там окислюється знову до оксалоацетату, відновлюючи НАД⁺.

Гліцерофосфат на човникова система. У цитозолі відновлюється діоксиацетонфосфат до гіцерол-3-ф, який іде в мітохондрії і там окислюється до діоксиацетонфосфату.

61. Біоенергетика аеробного і анаеробного окислення глюкози. Ефект Пастера

У процесі анаеробного окислення глюкози витрачається 2 молекули АТФ (при фосфорилюванні глюкози з утворенням глюкозо-6-фосфату і при перетворенні фруктозо-6-фосфату на фруктозо-1,6-дифосфат), а синтезується 4 АТФ (по дві у реакціях гліцеральдегід-3-фосфат → 3-фосфогліцерат та фосфоенолпіруват → піруват). Різниця у затраченій і утвореній кількості АТФ складає +2 молекули. Сумарне рівняння: С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Ф_н→ 2С₃Н₄О₃(С₃Н₆О₃) + 2АТФ.

При аеробному окисленні глюкози (повне окислення до СО₂ і Н₂О): генерується 2АТФ на етапі аеробного гліколізу; гліколітичний НАДН за рахунок окислення в мітохондріях дає 2_НАДН*3_АТФ= 6АТФ; окисне декарбоксилювання ПВК дає 2НАДН, які в мітохондріях окислються з утворенням 2_НАДН*3_АТФ= 6АТФ; в ЦТК 2 ацетил-КоА (із попереднього декарбоксилування ПВК) дають 2_ац-КоА*12_АТФ=24АТФ. Сумарне рівняння: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ + 38АДФ + 38Ф_н→ 6СО₂ + 6Н₂О + 38АТФ.

Ефект Пастера – не утворення лактату в присутності О₂, через те, що в умовах активного клітинного дихання пригнічується активність фосфофруктокінази і піруваткінази.

62. Розщеплення глікогену

(С₆Н₁₀О₅)_n + Н₃РО₄→ г-1-ф + (С₆Н₁₀О₅)_n-1, Ė глікогенфосфорилаза. Розщеплення розгалужених фрагментів – Ė аміло-1,6-глікозидаза; г-1-ф→ г-6-ф, Ė фосфоглюкомутаза. Утворений г-6-ф у печінці перетворюється на вільну глюкозу (Ė г-6-фосфатаза) і йде в кров, а у м`язах, де немає цього ферменту – використовується для власних потреб клітини.

Регуляція: адреналін, глюкагон→ рецептор→ G-білок→ аденілатциклаза (активується)→ синтез цАМФ із АТФ→ цАМФ-залежна протеїнкіназа (активується)→ Кіназа фосфорилази фосфорилюється за допомогою АТФ (активується)→ фосфорилаза b (глікогенфосфорилаза) фосфорилюється за допомогою АТФ (активується) – перетвор. на фосфорилазу а→ глікоген+Ф_н→г-1-ф→г-6-ф→глюкоза.

63. Біосинтез глікогену

Глюкоза→ г-6-ф, Ė гексокіназа або глюкокіназа; г-6-ф→ г-1-ф, Ė фосфоглюкомутаза. Утворюється активна форма глюкози, для синтезу глікогену: г-1-ф + УТФ↔ УДФ-1-г, Ė УДФ-глюкозопірофосфорилаза. Синтез глікогену (утворення α-1,4-глікозидних зв`язків): УДФ-1-г + термінальний залишок глюкози (С₆Н₁₀О₅)_n→ УДФ + (С₆Н₁₀О₅)_n+1; Ė глікогенсинтаза (УДФ-глікогентрансфераза). Розгалуження утворюються переносом кінцевого фрагменту полісахариду з 6-7 мономерів на кілька мономерів далі; Ė аміло(1,4-1,6)глікозилаза.

Регуляція: (див. «регуляція» 62). У той час, як глікогенфосфорилаза фосфорилюється і стає активною – глікогенсинтаза теж фосфорилюється (цАМФ-залежною протеїнкіназою), але в цьому стані – неактивна.