Синтез гликогена

Прежде всего, глюкоза подвергается фосфорилированию при участии фермента гексокиназы, в печени глюкокиназы. Далее гл6ф под влиянием ф. глюкомутазы переходит в гл1ф, который взаимодействует с УТФ с образованием УДФ - глюкоза и пирофосфата. Данная реакция катализируется ферментом гл1ф – уридинтрансферазой.

Во второй стадии глюкозный остаток УТФ - глюкоза переносится, на глюкозидную цепь, гликоген удлиняется на одну молекулу глюкозы. Образующийся УДФ затем вновь фосфорилируется в УТФ и весь цикл начинается сначала. Благодаря способности к отложению гликогена в печени и в мышцах создаются условия для накопления некоторого резерва углеводов. При повышении энергетических затрат в организм происходит распад гликогена (гликогенолиз) и образование глюкозы.

Литература:

А. Основные: 1. Биохимия. Т.Т.Берёзов, Б.Ф.Коровкин. 2010

2. Биохимия. Б.А.Строев. 1986

Б. Дополнительные:

1. Медицинская биохимия. С.М.Рапапорта. 1976

2.Биохимия. Р.Страер. 1985

3.Северин. 2003

Лекция № 16 Прямое окисление углеводов. Нарушения углеводного обмена. Сахарный диабет. Гликогенозы

План лекции:

Цель лекции:

1. Пентозофосфатный (анатомический или прямой) путь окисления глюкозы .

2. Регуляция углеводного обмена

3. Нарушение углеводного обмена

В эритроцитах ослаблены ферменты тканевого дыхания и потому в них происходит прямое окисление глюкозы. При раке идет и анаэробный и аэробный гликолиз. Когда организму не нужна энергия, глюкоза окисляется по пентозному пути окисления.

Пентозофосфатный путь окисления глюкозы или прямое окисление или апотомический путь распада связан с работами Варбурга, Липмана, Энгельгарда. Пентозным циклом он называется потому, что является источником пентоз, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот.

Пентозофосфатный путь окисления глюкозы называется т.е. усеченным, укороченным на один углеродный атом. Этот путь распада глюкозы происходит в том случае, если организму не нужна энергия и происходит в тех тканях, органа где усиленно идет процесс синтеза (печень, надпочечники, жировая ткань, молочная железа во время лакитации) и в оболочке эритроцитов, т.к. там ослаблены фермента дыхательной цепи.

В ходе реакции образуется НАДФН₂, необходимый для синтеза жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов.

В пентозофосфатном пути превращения глюкозы можно выделить две части: а)окислительный и б)неокислительный путь. На путь распада вовлекаются сразу 3 или 6 мол глюкоза 6ф. Начинается с окислительной реакции с участием фермента глюкоза-6ф-дегидрогеназы, коферментом которого является НАДФ. Образуется глюконовая кислота, которая под действием глюконатдегидрогеназы кофермента НАДФ декарбоксилируется с образованием 3 пентоз – ксилулозо5ф, рибулозо5ф и рибоза5ф, выделяется 6НАДФН₂.

На следующем этапе происходит транскетолазная реакция. В реакцию вступают две пентозы :

рибулозо 5ф и рибоза 5ф под действием фермента транскеттолазы с коферментом ТПФ(вид.В₁) образуется седогентулоза – 7ф и фосфоглицериновый альдегид.

Транскетолазная реакция в пентозном цикле встречается дважды, второй раз при образование фруктоза 6ф. Под действием трансальдолазы происходит образование фруктоза 6ф и эритрозо 4ф. Фруктоза 6ф превращается в гл 6ф, а эритрозо 4ф взаимодействует с третьей пентозой – ксилулозо5ф, образуется фруктоза 6ф и фосфоглицериновый альдегид.

Регуляция углеводного обмена происходит с участием ЦНС и желез внутренней секреции. В норме содержание глюкоза в крови 3,3 – 5,5 ммол∕л и оно постоянно. В стенке кровеносных сосудов имеются рецепторы, которые улавливают любые колебании концентрации глюкозы в крови. Так, при увеличении содержания глюкозыв крови, импульсы поступает ЦНС, оттуда в поджелудочную железу, которая вырабатывает инсулин.

Инсулин увеличивает проницаемость клеточных мембран, и оказывает действие двояким путем:

1)непосредственно на печень

2)на мышечную ткань.

В печени инсулин: 1)увеличивает активность гексокиназы 2)усиливает синтез гликогена 3)замедляет выход глюкозы из клетки 4)стимулирует переход глюкозы в жиры 5)увеличивает проницаемость клетки для глюкозы. В мышцах инсулин усиливает гликолиз, тем самым снижает уровень глюкозы в крови.

Инсулин – единственный гормон, снижающий уровень глюкозы в крови. Гормоны, увеличивающие содержание глюкозы в крови: адреналин – гормон мозгового слоя надпочечников. В печени активирует фосфорилазу и тем самым усиливает процессы гликогенолиза и увеличение глюкозы в крови.

В мышцах под действием фосфорилазы происходит гликогенолиз с образованием молочной кислоты, которая поступает в печень и там из нее образуется глюкоза(глюконеогенез).

Глюкагон – гормон поджелудочной железы. В печени активирует фосфорилазу через аденилатциклазную систему, которая способствует гликогенолизу, из гликогена образуется глюкоза 6ф, который превращается в глюкозу.

Тироксин – гормон щитовидной железы. Точкой приложения является генетический аппарат. Специфические рецепторы обеспечивают транспорт тироксина в ядро и взаимодействие со структурными генами, в результате чего увеличивается синтез фосфорилазы, которая расщепляет гликоген до глюкозы.

Глюкокортикоиды – гормоны коркового слоя надпочечников (кортикостерон, кортизол). В мышечной, лимфатической, соединительной и жировой ткани глюкокортикоиды вызывают снижение проницаемости клеточных мембран и соответственно торможение поглощения глюкозы и аминокислот.

В печени они способствуют глюконеогенезу (образованию глюкозы из неуглеводных компонентов ), влияют на активность гл 6фосфатазы, превращают гл6ф в глюкозу. Гормоны АКТГ, ТТГ, СТГ* увеличивают содержание глюкозы в крови. АКТГ и СТГ – через глюкокортикоиды и ТТГ через тироксин.

Регуляция катаболизма глюкозы.

Поскольку основное значение гликолиза состоит в синтезе АТФ, то его скорость зависит от регуляторных ферментов: гексокиназы, фосфофрукто- киназы и пируваткиназы.

Снижение активности фосфофруктокиназы при высоком уровне АТФ ведёт к накоплению как фруктозы – 6ф, так и глюкозы – 6ф, а он ингибирует гексокиназу. При высоком уровне АТФ снижается скорость ЦТК и дыхательной цепи. В этих условиях скорость гликолиза замедляется.

Нарушение углеводного обмена

Самым частым нарушением углеводного обмена является сахарный диабет, связанный с нарушением функции поджелудочной железы, которая вырабатывает недостаточное количество инсулина. Биохимическими показателями сахарного диабета являются:

1. гипергликемия

2. глюкозурия

3. гиперхолестеринемия

4. ацетонемия и ацетонурия

5. полиурия

При сахарном диабете происходит 3 стадии нарушения углеводного обмена:

1) реакция образования гл6ф

2) реакция образования 1,3 дифосфоглицериновой кислоты, на этапе реакции гликолитической оксидоредукции.

3) скорость или мощность цикла трикарбоновых кислот.

Основным этапом окисления глюкозы является образование гл6ф.

При недостатке инсулина нарушается проницаемость клеточных мембран, в результате глюкоза не может проникнуть внутрь клетки, где на внутренней поверхности находится фермент гексокиназа. В результате концентрация глюкозы в крови увеличивается, а гл6ф в тканях уменьшается. В норме инсулин ингибирует гл6ф фосфатазу – фермент, переводящий гл6ф в свободную глюкозу. При недостатке инсулина этот процесс нарушается. Нарушаются все пути окисления: гликолиз, пентозный цикл, синтез гликогена, синтез кислых мукополисахаридов.

Наиболее сильно из всех превращений глюкозы страдает пентозный цикл, вследствие этого нарушается синтез пентоз, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот. Нарушается синтез жирных кислот из-за недостатка НАДФН2, которая образуется при прямом окислении глюкозы.

При сахарном диабете нарушается образование 1,3 дифосфорной кислоты, связанное с понижением активности дегидрогеназы 3ф-глицеринового альдегида и уменьшением глютатиона. При сахарном диабете снижается мощность или скорость ЦТК, в результате нарушается образование лимонной кислоты, которая образуется при конденсации ацетил КоА и ЩУК (щавелевоуксусной или оксалацетат). Это связано с тем, что очень много образуется ацетил КоА (при распаде жирных кислот), а количество ЩУК

нехватает.

ЩУК образуется из пирувата, а пируват при гликолизе из глюкозы. При недостатке глюкозы в тканях количество пирувата уменьшается и соответственно ЩУК тоже. В результате этого происходит компенсаторный липолиз (расщепление жира), образуется много ацетил-КоА, но так как он в ЦТК не может соединиться с ЩУК (его мало), то накопившийся ацетилКоА идёт на синтез избыточного количества холестерина, который приводит к гиперхолестеринемии. Ацетил-КоА при сахарном диабете идёт на синтез ацетоновых тел:

Поэтому сахарный диабет сопровождается ацетонемией и ацетонурией. Полиурия связана с нарушением синтеза гликогена и белков, что приводит к нарушению водного обмена. Большой клинический интерес представляет изучение реактивности организма на сахарную нагрузку у здорового и больного человека. В связи с этим в клинике исследуют изменения уровня глюкозы в крови в зависимости от времени приёма per os 50г или 100г глюкозы, растворенной в тёплой воде – так называемая сахарная нагрузка.

При оценке сахарных кривых обращают внимание на время максимального подъема, высоту подъема и время возврата концентрации глюкозы к исходному уровню.

Для оценки сахарных кривых введен показатель – коэффициент Бодуэна:

В-А

100

где:

А – уровень глюкозы натощак

В – максимальное содержание глюкозы после нагрузки

глюкозой.

В норме этот коэффициент составляет 50%, выше 80%

свидетельствует о нарушении углеводного обмена.

с

¹⁰

^{8 4}

⁶

₄

_{2 ,0}

t

¹30 ¹60¹90¹120¹

Гипергликемия может возникать не только при сахарном диабете, но и при гипофизарных заболеваниях, опухолях коркового слоя надпочечников, гиперфункции щитовидной железы. Гипогликемия наблюдается при гипофизарной кахексии, аддисоновой болезни, гипотиреозе.

Врожденные нарушения углеводного обмена.

Часто патология связана с отсутствием или уменьшением количества ведущего фермента пентозного цикла – гл6фдегидрогеназы. Неферментативное окисление гемоглобина

(Fe²⁺) в метгемоглобин (Fe³⁺) приводит к одноэлектронному восстановлению кислорода и появлению реакционноспособного аниона – радикала – супероксида О₂^-, который служит предшественником других активных форм кислорода, перекиси водорода Н₂О₂ и гидроксильного радикала ОН-.

В эритроцитах присутствует глутатион, восстановленная форма которого содержит SH-группу, которая служит донором электронов в реакциях восстановления. Под действием глутатион –пероксидазы восстановленный глутатион превращает Н2О2 в Н2О. Регенерацию восстановленного глутатиона обеспечивает глутатионредуктаза, используя в качестве донора водорода НАДФН2. Для эритроцита единственным источником НАДФН2 является пентозный цикл, который происходит в оболочке эритроцитов. При генетическом дефекте гл6фДГ концентрация НАДФН2 уменьшается, в результате резко снижается концентрация восстановленного глутатиона, а в клетке увеличивается количество активных форм кислорода. Это приводит к нарушению пластичности мембран. Происходит гемолиз эритроцитов, заболевание называется гемолитическая эритроцитемия.

Гликогенные болезни или гликогенолизы.

Они возникает в связи с дефицитом ферментов, катализирующих процессы распада или синтеза гликогена и характеризуются избыточным отложением гликогена в различных органах и тканях.

Болезнь Гирке связана с отсутствием гл6ффосфатазы, что приводит к усиленному синтезу гликогена в печени и в почках. Патологические симптомы появляются на первом году жизни, наблюдается увеличение печени, почек, гипогликемия, судороги, задержка роста.

Введения адреналина не приводит к гипергликемии, т. к. нет фермента гл6фосфатаза и не происходит образование глюкозы.

Болезнь Мак- Ардля- недостаточность фермента фосфорилазы в мышцах, гликоген не расщепляется и накапливается в мышцах.

Болезнь Херса – недостаточность фосфорилазы печени, гликоген накапливается в печени. Галактоземия –нарушение метаболизма галактозы. Галактоземия возникает при нарушении обмена галактозы, при отсутствии фермента галактокиназы, галактоз-1-ф-уридилтрансферазы.

Литература:

А. Основные: 1. Биохимия. Т.Т.Берёзов, Б.Ф.Коровкин. 2010

2. Биохимия. Б.А.Строев. 1986

Б. Дополнительные:

1. Медицинская биохимия. С.М.Рапапорта. 1976

2.Биохимия. Р.Страер. 1985

3.Северин. 2003

Лекция 17

Обмен веществ. Понятие о катаболизме и анаболизме.

Химия питания и пищеварения

План лекции:

1. Пищевые источники белков, жиров , углеводов .

Роль белков, жиров, углеводов в питании.

2. Переваривание пищи:

а) процессы, протекающие в ротовой полости

б) переваривание в желудке: желудочный сок, его состав и суточный объем, механизм образования и роль соляной кислоты; ферменты желудочного сока.

в) пищеварительные функции поджелудочной железы

3. Диагностическое значение анализа желудочного сока в норме и

патологи.

Пищевыми источниками белков являются продукты животного происхождения и растительного (мясо, молоко, рыба, яйца, горох, фасоль, чечевица, мош), которые в организме выполняют следующие функции структурную, дыхательную,ферментативную, гормональную, транспортную, защитную и энергетическую.

Источниками углеводов являются овощи, фрукты, мучные изделия, которые выполняют энергетическую, структурную, защитную функции.

Липиды – бывают животного происхождения (бараний, говяжий, свиной жир ) и растительного происхождения (хлопковое, оливковое, кукурузное , подсолнечное масло) и они выполняют энергетическую и структурную функцию.

Все эти питательные вещества при распаде в организме образуют энергию в виде АТФ, поэтому мы едим, для того чтобы жить. Переваривание пищи происходит в желудочнокищечном тракте (ЖТК), который состоит из ротовой полости, пищевода, желудка, двенадцатиперстной кишки, тонкого кишечника, толстого, прямой кишки.

В ротовой полости происходит переваривание полисахаридов (крахмала) под действием амилазы слюны. Слюна на 99% состоит из воды и обычно имеет РН 6,8. В слюне присутствует гидролитический фермент α – амилаза, расщепляющая в крахмале α-1,4- гликозидные связи. В ротовой полости не может происходить полное расщеплении крахмала, а происходит частичное расщепление с образованием декстринов крахмала. Действие амилазы прекращается в кислой среде желудочного содержимого.

Переваривание в желудке. Желудочный сок продукт нескольких типов клеток. Обкладочные клетки стенок желудка образует соляную кислоту, главные клетки секретируют пепсиноген . Добавочные и другие клетки эпителия желудка выделяют муцинсодержащую слизь. Обкладочные или париетальные клетки секретируют в полость желудка также гликопротеин, который называют «внутренним фактором» (фактором Кастля).

Основная пищеварительная функция желудка заключается в том , что в нем начинается переваривание белков. Существенную роль в этом процессе играет соляная кислота.

Белки, поступающие в желудок, стимулируют выделение гистамина и группы белковых гормонов гастритов, которые, в свою очередь вызывают секрецию HCI и профермента пепсиногена.

Механизм образования HCI

Источником Н⁺ является Н₂СО₃, которая образуется в обкладочных клетках желудка из СО₂, диффундирующего из крови, и Н₂О под действием фермента карбоангидразы

Н ₂О + СО₂ Н₂СО₃ НСО₃^- + Н ⁺

Диссоциация Н₂СО₃ приводит к образованию бикарбоната, который с участием специальных белков выделяется в плазму в обмен на СI^- и ионов Н⁺, которые поступают в просвет желудка путем активного транспорта, катализируемого мембранной Н⁺/К⁺- Атфазой.

При этом концентрация протонов в просвете желудка увеличивается в 10⁶ раз. Ионы CI поступает в просвет желудка через хлоридный канал.

Концентрация НСI в желудочном соке может достигать 0,16М, за счет чего значение РН снижается до 1,0 – 2,0.

Под действием НСI происходит денатурация белков пищи, не подвергшихся термической обработке, что увеличивает доступность пептидных связей для протеаз. НСI обладает бактериоцидным действием и препятствует попаданию бактерий в кишечник. Кроме того НСI активирует пепсиноген и создает оптимум РН для действии пепсина.

У детей грудного возраста в желудке находится фермент реннин (химозин), вызывающий свертывание молока. Ренин катализирует отщепление от казеина (основного белка молока) гликопептида в результате образуется параказеин, который присоединяет ионы Са ⁺, образуя нерастворимый сгусток, чем предотвращает быстрый выход молока из желудка.

В желудке взрослых ренина нет, молоко у них створаживается под действием НСI и пепсина.

В слизистой желудка человека найдена еще одна протеаза гастриксин. Все 3 фермента (пепсин, ренин, гастриксин) сходны по первичной реакции.

При нормальных условиях через час после пробного завтрака удается извлечь 120-150мл, в сутки вырабатывается 1200- 1500мл. желудочного сока.

Если извлекается 200-300мл, то имеется или замедленное опорожнение, или повышенное сокоотделение.

Химический состав желудочного сока.

Н₂О, НСI, пепсин, гастриксин, муцин, мочевина, мочевая кислота, небелковый азот.

При анализе желудочного сока особое значение имеет определение его кислотности .Кислотность желудочного сока выражается в традиционных единицах – количество 0,1М NaOH 1 мл, затраченное на титрование 1000 мл желудочного сока по определенному индикатору.

При определении кислотности желудочного сока различают общую кислотность, связанную и свободную.

Общая кислотность – совокупность всех кислотореагирующих веществ желудочного сока, представляет секрет желудка, собираемый в течение 1 часа. Она в норме равна 40-60 м моль/л.

Связанная соляная кислота - НСI, связанная с белками и продуктами их переваривания. Она равна 20-30 м моль/л?

Свободная НСI - соляная кислота, НСI связана с компонентами желудочного сока. Она равна 20-40 ммоль/л.

Литература:

А. Основные: 1. Биохимия. Т.Т.Берёзов, Б.Ф.Коровкин. 2010

2. Биохимия. Б.А.Строев. 1986

Б. Дополнительные:

1. Медицинская биохимия. С.М.Рапапорта. 1976

2.Биохимия. Р.Страер. 1985

3.Северин. 2003