Ответы на экзамен

ГЛЮТЫ:

•ГЛЮТ-1 - преимущественно в мозге, плаценте, почках, толстом кишечнике;

•ГЛЮТ-2 - преимущественно в печени, почках, β-клетках поджелудочной железы, энтероцитах, есть в эритроцитах.

•ГЛЮТ-3 - во многих тканях, включая мозг, плаценту, почки. Обладает большим, чем ГЛЮТ-1, сродством к глюкозе;

•ГЛЮТ-4 - инсулинзависимый, в мышцах (скелетной, сердечной), жировой ткани;

•ГЛЮТ-5 - много в клетках тонкого кишечника, является переносчиком фруктозы.

20.Пути обмена галактозы в организме в норме, механизм развития галактоземии метаболические нарушения, биохимические и клинические ранние проявления в

период новорожденности.

Пути обмена галактозы в норме.

Галактоза образуется в кишечнике в результате гидролиза лактозы. Превращение галактозы в глюкозу происходит в печени.

CH 2OH

CH 2OH

O

АТФ

АДФ

O

OH

OH

OH

Mg2+

OH

Галактокиназа

OH

OPO 3H2

OH

OH

галактоза

галактозо-1ф

гликоген

эпимераза

CH2OH

CH OH

CH OH

2

O

OH

2

O

OH

O

OH

OH

OH

OH

O-УДФ

O-УДФ

OH

OH

OH

OH

УДФ-глюкоза

УДФ-галактоза

глюкоза

CH 2OH

галактозо-1ф-уридилтрансфераза

CH 2OH

CH OPO H

OH

O

O

2

3

2

OH

OH

O

OH

гликолиз

OH

OH

OPO 3H2

OPO 3H2

OH

OH

OH

OH

галактозо-1ф

глюкозо-1ф

глюкозо-6ф

31

Образованная глюкозо-1-ф может включаться в: 1) синтез гликогена; 2) превращение в свободную глюкозу; 3) катаболизм, сопряжённый с синтезом АТФ, и т.д.

Нарушения метаболизма галактозы:

Галактоземия обусловлена наследственным дефектом одного из ферентов.

Недостаточность галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы (ГАЛТ) особенно опасна для детей, так как материнское молоко, содержит лактозу. Ранние симптомы дефекта ГАЛТ: рвота, диарея, дегидратация, уменьшение массы тела, желтуха. В крови, моче и тканях повышается концентрация галактозы и галактозо-1-ф. В хрусталике глаза галактоза восстанавливается до образования галактитола. Он накапливается в стекловидном теле и связывает большое количество воды, что приводит к развитию катаракты, которая наблюдается уже через несколько дней после рождения.

Некоторые дефекты в строении ГАЛТ приводят лишь к частичной потере активности фермента. Поскольку в норме ГАЛТ присутствует в организме в избытке, то снижение его активности до 50%, а иногда и ниже может клинически не проявляться.

Лечение заключается в удалении галактозы из рациона.

21. Нормогликемия, пути превращения углеводов в клетках организма и ключевая роль глюкозо-б-фосфата.

Нормальное количество глюкозы в крови: 3,3-5,5.

Метаболизм моносахаридов в клетке:

После всасывания в кишечнике глюкоза и другие моносахариды поступают в воротную вену и далее в печень. Моносахариды в печени превращаются в глюкозу или продукты её метаболизма. Часть глюкозы в печени депонируется в виде гликогена, часть идет на синтез новых веществ, а часть через кровоток, направляется в другие органы и ткани. При этом печень поддерживает концентрацию глюкозы в крови на уровне 3,3-5,5 ммоль/л.

Роль глюкозо-6-фосфата:

Глюкозо-6-ф может использоваться клетке в различных превращениях, основными из которых являются: катаболизм с образованием АТФ, синтез гликогена, липидов, пентоз, полисахаридов и аминокислот.

32

22. Анаэробный гликолиз: понятие, этапы, общая схема, последовательность реакций, регуляция, энергетический

баланс. Регуляция гликолиза

Анаэробный гликолиз – это процесс окисления глюкозы до лактата, протекающий в отсутствии О2.

Анаэробный гликолиз отличается от аэробного только наличием последней 11 реакции, первые 10 реакций у них общие.

Этапы:

1)Подготовительный, в нем затрачивается 2 АТФ. Глюкоза фосфорилируется и расщепляется на 2 фосфотриозы;

2)2 этап сопряжён с синтезом АТФ. На этом этапе фосфотриозы превращаются в ПВК. Энергия этого этапа используется для синтеза 4 АТФ и восстановления 2НАДН2, которые в анаэробных условиях восстанавливают ПВК до лактата.

Энергетический баланс: 2АТФ = -2АТФ + 4АТФ

Общая схема:

Происходит окисление 1 глюкозы до 2 молекул молочной кислоты с образованием 2 АТФ (сначала 2 АТФ затрачиваются, затем 4 образуются). В анаэробных условиях гликолиз является единственным источником энергии. Суммарное уравнение: С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О.

Реакции:

Общие реакции аэробного и анаэробного гликолиза

1)Гексокиназа в мышцах фосфорилирует в основном глюкозу, меньше – фруктозу и галактозу. Ингибитор глюкозо-6-ф, АТФ. Активатор адреналин. Индуктор инсулин.

Глюкокиназа фосфорилирует глюкозу. Активна в печени, почках. Не ингибируется глюкозо-6-ф. Индуктор инсулин.

H

O

Mg2+

H

O

C

C

АТФ АДФ

H

C

OH

H

C

OH

HO

C

H

HO

C

H

H

C

OH

гексокиназа

H

C

OH

глюкокиназа

H

C

OH

H

C

OH

2-

CH OH

CH OPO

2

2

3

глюкоза

глюкозо-6ф

33

2)Фосфогексозоизомераза осуществляет альдо-кетоизомеризацию открытых форм гексоз.

H

O

C

CH2OH

H

C

OH

C

O

HO

C

H

HO

C

H

фосфогексозоизомераза H

H

C

OH

C

OH

H

C

OH

2-

H

C

OH

2-

CH OPO

CH OPO

2

3

2

3

глюкозо-6ф

фруктозо-6ф

3)Фосфофруктокиназа 1 осуществляет фосфорилирование фруктозы-6ф. Реакция необратима и самая медленная из всех реакций гликолиза, определяет скорость всего гликолиза. Активируется: АМФ, фруктозо- 2,6-дф, фруктозо-6-ф, Фн. Ингибируется: глюкагоном, АТФ, НАДН2, цитратом, жирными кислотами, кетоновыми телами. Индуктор реакции инсулин.

CH OH

CH OPO

2-

2

2

3

C

O

АТФ

АДФ

C

O

HO

C

H

HO

C

H

2+

Mg

H

C

OH

H

C

OH

фосфофруктокиназа 1

H

C

OH

H

C

OH

2-

2-

CH OPO

CH OPO

2

3

2

3

фруктозо-6ф

фруктозо-1,6-ф

4)Альдолаза А действует на открытые формы гексоз, образует несколько изоформ. В большинстве тканей содержится Альдолаза А. В печени и почках – Альдолаза В.

CH OPO

2-

2

3

H

O

C

O

CH2OPO 32-

C

HO

C

H

O + H

C

C

OH

Альдолаза А

H

C

OH

CH2OPO 32-

CH OH

2

H

C

OH

2-

ДАФ

3-ФГА

CH OPO

2

3

фруктозо-1,6-ф

5) Фосфотриозоизомераза.

CH OPO

2-

H

O

C

2

3

C

O

H

C

OH

CH2OH

Триозофосфат-

CH2OPO 32-

изомераза

ДАФ	3-ФГА

6)3-ФГА дегидрогеназа катализирует образование макроэргической связи в 1,3-ФГК и восстановление НАДН2.

34

H

O

2Н3РО4 2НАД

+

O

C

2НАДН2

C

OPO

2-

3

2 H

2 H

C

OH

C

OH

CH2OPO 32-

ФГА дегидрогеназа

CH2OPO 32-

3-ФГА

1,3-ФГК

7)Фосфоглицераткиназа осуществляет субстратное фосфорилирование АДФ с образованием АТФ.

O

OPO 32-

C

COOH

2 H

2АДФ

2АТФ

2 H

C

OH

C

OH

2-

2-

CH OPO

CH OPO

2

3

2

3

1,3-ФГК

фосфоглицераткиназа

3-ФГК

8)Фосфоглицератмутаза осуществляет перенос фосфатного остатка в ФГК из положения 3 положение 2.

COOH

COOH

2 H

2 H

OPO 32-

C

OH

C

2- фосфоглицератмутаза

CH OPO

3

CH OH

2

2

3-ФГК

2-ФГК

9)Енолаза отщепляет от 2-ФГК молекулу воды и образует высокоэнергетическую связь у фосфора. Ингибируется ионами F-.

2H2O

COOH

Mg2+

COOH

OPO 32-

2 H

C

2 C

OPO 32-

Енолаза

CH2OH

CH2

2-ФГК

ФЕП

10) Пируваткиназа осуществляет субстратное фосфорилирование АДФ с образованием АТФ. Активируется фруктозо-1,6-дф, глюкозой. Ингибируется АТФ, НАДН2, глюкагоном, адреналином, аланином, жирными кислотами, Ацетил-КоА. Индуктор: инсулин, фруктоза.

COOH

2АДФ

2АТФ

COOH

COOH

Mg2+

OPO 32-

2

C

2 C

OH

2 C

O

CH2

Пируваткиназа

CH

2

CH

3

ФЕП

ПВК (енол)

ПВК (кето)

Образующаяся енольная форма ПВК затем неферментативно переходит в более термодинамически стабильную кетоформу.

Реакция анаэробного гликолиза

11) Лактатдегидрогеназа. Стоит из 4 субъединиц, имеет 5 изоформ.

COOH

2НАДН2 2НАД+

COOH

2 C

O

2 H

C

OH

CH3

ЛДГ

CH3

ПВК

Лактат

35

Лактат не является конечным продуктом метаболизма, удаляемым из организма. Из анаэробной ткани лактат переноситься кровью в печень, где превращаясь в глюкозу (Цикл Кори), или в аэробные ткани (миокард), где превращается в ПВК и окисляется до СО2 и Н2О.

23. Аэробный путь окисления глюкозы, тканевые особенности, энергетический баланс. Эффект Пастера, регуляция.

Аэробное окисление глюкозы:

В аэробных условиях глюкоза окисляется до СО2 и Н2О. Суммарное уравнение: С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2+ 6Н2О + 2880 кДж/моль.

Стадии:

1.Аэробный гликолиз. Окисление 1 глюкозы до 2 ПВК, с образованием 2 АТФ (сначала 2 АТФ затрачиваются, затем 4 образуются) и 2 НАДН2;

2.Превращение 2 ПВК в 2 ацетил-КоА с выделением 2 СО2 и образованием 2 НАДН2;

3.ЦТК. В нем происходит окисление 2 ацетил-КоА с выделением 4 СО2, образованием 2 ГТФ (дают 2 АТФ), 6 НАДН2 и 2 ФАДН2;

4.Цепь окислительного фосфорилирования. В ней происходит окисления

10(8) НАДН2, 2 (4) ФАДН2 с участием 6 О2, при этом выделяется 6 Н2О и синтезируется 34 (32) АТФ.

Все эти реакции есть выше. Вроде бы.

Энергетический баланс: В результате аэробного окисления глюкозы образуется 38 (36) АТФ, из них: 4 АТФ в реакциях субстратного фосфорилирования, 34 (32) АТФ в реакциях окислительного фосфорилирования.

!Важно! В реакциях аэробного гликолиза образуется 8 АТФ.

Эффект Пастера – снижение скорости потребления глюкозы и накопления лактата в присутствии кислорода. Он объясняется наличием конкуренции между ферментами аэробного (ПВК ДГ, ПВК карбоксилаза, ферменты цепи окислительного фосфорилирования) и анаэробного (ЛДГ) пути окисления за общий метаболит ПВК и кофермент НАДН2.

Без О2 митохондрии не потребляют ПВК и НАДН2, в результате их концентрация в цитоплазме повышается и они идут на образование лактата. Так как анаэробный гликолиз дает из 1 глюкозы только 2 АТФ, для образования достаточного количества АТФ необходимо много глюкозы (в 19 раз больше чем в аэробных условиях).

36

В присутствии О2, митохондрии выкачивают ПВК и НАДН2 из цитоплазмы, прерывая реакцию образования лактата. При аэробном окислении из 1 глюкозы образуется 38 АТФ, соответственно для образования достаточного количества АТФ необходимо мало глюкозы (в 19 раз меньше чем в анаэробных условиях).

Глюкоза ПВК ПВК АцетилКоА

НАД+ НАДН2	ЩУК ЦТК
Лактат
ЛДГ	НАДН2 ДЦ НАД+
Цитозоль	О2	Н2О
	АДФ + Фн	АТФ
	Митохондрия

Регулируется количеством кислорода?

24. Катаболизм глюкозы по пентозофосфатному пути, биологическая роль. Регуляция значение пентозофосфатного пути в обеспечении метаболических процессов в организме человека

Пентозофосфатный шунт (путь, цикл) - альтернативный путь окисления глюкозы.

Ткани и органы: жировая ткань, печень, кора надпочечников, эритроциты, лейкоциты, лактирующая молочная железа, семенники.

В клетке: протекает в цитозоле без участия кислорода.

Стадии:

1)Окислительная. Восстановление НАДФН2. Она используется для регенерации глутатиона в антиоксидантной защите, для синтеза ЖК, в реакциях с участием цитохрома Р450 при обезвреживании ксенобиотиков, метаболитов, синтезе Хс, стероидных гормонов и т.д.

2)Неокислительная. Образуются различные пентозы. Рибозо-5ф может использоваться для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.

Тканевые особенности:

37

1)Цикл и шунт: продукт – НАДФН2. В жировой ткани, эритроцитах.

2)Путь: продукт - НАДФН2 и пентозы. В печени, костном мозге.

3)В мышцах идет только неокислительная стадия пути. Реакции идут от фруктозы-6ф до фосфопентоз. НАДФН2 не образуется.

Реакции:

Окислительная стадия:

1) Глюкозо-6ф дегидрогеназа. Ингибитор НАДФН2. Индуктор инсулин.

CH2OPO 3H2

+

CH OPO H

O

НАДФН2

2 3 2

НАДФ

O

OH

OH

O

Ca2+, Mg2+

OН

OH

OH

OH

глюкозо-6ф ДГ

OH

глюкозо-6ф

глюконолактон-6ф

2) Глюконолактонгидратаза.

COOH

CH2OPO 3H2

H

OH

O

O

H2O

HO

H

OH

H

OH

Глюконолактон-

OH

H

OH

гидратаза

OH

CH2OPO 3H2

глюконолактон-6ф

6-фосфоглюконат

3) 6-фосфоглюконат дегидрогеназа.Индуктор инсулин.

COOH

H

OH

CH2OH

НАДФ+ НАДФН2

CO2

O

HO

H

H

OH

H

OH

6-фосфоглюконат ДГ

H

OH

H

OH

CH2OPO 3H2

CH2OPO 3H2

рибулозо-5ф

6-фосфоглюконат

Схема:

Все реакции неокислительной стадии обратимы.

38

ГЛИКОЛИЗ

При ПФШ

1 глюкозо-6ф

ЛИПОГЕНЕЗ

5 фруктозо-6ф

6 глюкозо-6ф

При ПФЦ

12 НАДФН2

окислительная

6 СО2

стадия

6 рибулозо-5ф

эпимераза

эпимераза

неокислительная

изомераза

стадия

2 ксилулозо-5ф

2 рибозо-5ф 2 ксилулозо-5ф

В1

транскетолаза

2 ФГА

2 седогептулозо-7ф

При ПФП

пуриновые и

трансальдолаза

пиримидиновые

2 фруктозо-6ф

2 эритрозо-4ф

нуклеотиды

транскетолаза

В1

2 фруктозо-6ф

При ПФШ

2 ФГА

ГЛИКОЛИЗ

фруктозо-6ф фруктозо-1,6дф

Общее уравнение ПФЦ:

6 глюкозо-6ф + 12 НАДФ+ → 6 СО2 + 12 НАДФН2 + 5 глюкозо-6ф

Общее уравнение ПФШ:

3 глюкозо-6ф + 6 НАДФ+ → 3 СО2 + 6 НАДФН2 + 2 фруктозо-6ф + ФГА

Общие уравнения ПФП:

1)глюкозо-6ф + 2 НАДФ+ → СО2 + 2 НАДФН2 + рибозо-5ф

2)2 фруктозо-6ф + ФГА → 3 рибозо-5ф

Патология:

Дефект глюкозо-6ф ДГ вызывает дефицит НАДФН2 и снижение антиоксидантной защиты.

25. Гипогликемия: биохимические причины возникновения, механизмы восстановления нормогликемии, биохимические особенности детского возраста

Гипогликемия - снижение уровня глюкозы в крови ниже 3,3 ммоль/л.

Виды:

1)Физиологическая. Причины – голодание, длительная физическая нагрузка.

39

2)Патологическая. Причины - эндокринные нарушения при избытке инсулина или недостаточности контринсулярных гормонов, гликогенозы, агликогенозы, препятствующие гликогенолизу, печеночная недостаточность, связанная с низкой активностью глюконеогенеза, почечная недостаточность, связанная с врожденной патологией реабсорбции глюкозы.

Нарушение распада гликогена в печени и выход из нее глюкозы, вследствие дефекта фермента глюкозо-6-фосфатфосфатазы. Одновременно может увеличиться печень из-за накопления в ней гликогена.

Лечение - диета по глюкозе, частое кормление.

26. Гипергликемия: биохимические причины возникновения, механизмы восстановления нормогликемии, биохимические особенности детского возраста

Гипергликемия – повышение уровня глюкозы в крови выше 6,1 ммоль/л.

Виды:

1)Физиологическая. Причины – при употреблении легкоусвояемых углеводов, стрессорная, кратковременные физические нагрузки.

2)Патологическая. Причины - судороги при эпилепсиях, столбняке, эндокринные нарушения, гиперпродукция контринсулярных гормонов, абсолютный или относительный дефицит инсулина, черепно-мозговая травма.

Снижение скорости использования глюкозы вследствие недостатка инсулина или снижения биологического действия инсулина в тканях-мишенях.

Является симптомом сахарного диабета.

27. Контринсулярные гормоны (глюкагон, адреналин, кортизол): химическая природа, молекулярные механизмы участия в углеводном обмене.

Глюкагон:

Химическая природа: пептидный гормон

Участие в углеводном обмене: выделяется при недостаточном уровне глюкозы в крови. Стимулирует распад гликогена. Ингибирует переход

40