Регуляция и патология углеводного обмена
Метаболизм углеводов регулируется ЦНС, эндокринной системой, функционированием печени; о его состоянии судят по уровню глюкозы в крови. Механизмы сложны: воздействие на экспрессию или репрессию генов соответствующих энзимов или изменение активности последних.
Нервная регуляция углеводного обмена (чаще при стрессе) отличается быстрым и краткосрочным эффектом, причем иннервационный путь стимулирует работу гипоталамо-гипофизарного аппарата, возбуждая деятельность эндокринных желез. Общий неспецифический синдром адаптации (ответ на стресс) включает секрецию катехоламинов (КА) и кортизола. Основной представитель КА – адреналин ускоряет синтез цАМФ, инициирующий каскад реакций фосфоролиза гликогена в печени и мышцах; кроме того он способен индуцировать ГНГ. Являясь нейромедиаторами, катехоламины возбуждают нейроны, увеличивают потребление кислорода повышают мышечный тонус, усиливают сердечную деятельность, т.е. готовят организм к активным действиям.
Параллельно с этими явлениями возникает гиперкортицизм, усиливающий протеолиз, обеспечивающий интенсификацию ГНГ за счет роста величин его субстратов – освободившихся аминокислот. Кроме того, эти гормоны являются индукторами ферментов глюконеогенеза и глюкозо-6-фосфатазы, которая гидролизуя эфир глюкозы, способствует ее выходу из клетки в кровь.
Развивающаяся под влиянием глюкокортикостероидов (ГКС) и КА гипергликемия обеспечивает ткани энергией, необходимой для ответной реакции на стресс. В процессе эволюции животного мира она использовалась для выполнения усиленной мышечной нагрузки (бегство от хищника или наоборот – требовалось догнать жертву). Человеку подобные механизмы не всегда необходимы (волнение, боль и т.д.), следовательно, возникший избыток глюкозы в клетках может оказать токсический эффект. Поэтому универсальным способом, разрешающим сложившуюся ситуацию, будет усиленная физическая работа.
Кроме того гипергликемию вызывает усиленная секреция тироидных гормонов, ускоряющих гликогенолиз в печени. Их синергистом является глюкагон, правда, масштаб действия последнего простирается только на липоциты и гепатоциты.
Основным гормоном, поддерживающим динамическое равновесие глюкозы (эугликемию), служит инсулин. Он возбуждает генез ферментов гликолиза, синтеза гликогена, ПФП, одновременно подавляет ГНГ и гликогенолиз. Особенно следует отметить способность гормона повышать проницаемость мембран липо-, мио-, гепатоцитов для глюкозы крови.
Таким образом, физиологическое состояние углеводного обмена обеспечивается налаженной сочетанной системой нейрогуморальной регуляции вкупе с работой печени.
Патология метаболизма углеводов может носить наследственный и приобретенный характер. Широко распространен такой вид заболеваний, как непереносимость дисахаридов. Среди моногенных заболеваний относительно часто встречается галактоземия, обязательный скрининг, который закреплен в соответствующем указе РФ. Особую опасность для здоровья населения представляют болезни накопления сложных углеводов (гликогенозы, гликопротеинозы, гликолипидозы и др.), обычно имеющие неблагоприятный прогноз (подробнее см. «Патохимия наследственных болезней»)
С каждым годом растет число больных сахарным диабетом. Это полигенное заболевание, в основе которого лежит абсолютный или относительный дефицит инсулина. Нарушение в функционировании многих других желез внутренней секреции (щитовидной, надпочечников, поджелудочной, половых) гипоталамо-гипофизарной системы также проявляется сдвигами в обмене углеводов (См. «Биологически активные вещества»).
Тестовые задания
Выберите из предложенных один правильный или несколько правильных ответов
1. ПО ХИМИЧЕСКОМУ ОПРЕДЕЛЕНИЮ УГЛЕВОДАМИ НАЗЫВАЮТ
1) оксопроизводные многоатомных спиртов
2) молекулы из класса карбонильных соединений
3) кетокислоты
4) гидроксильные производные карбоновых кислот
2. К МОНОСАХАРИДАМ ОТНОСИТСЯ
1) сахароза
2) мальтоза
3) глюкоза
4) лактоза
3. ПРЕДСТАВИТЕЛЕМ ДИСАХАРИДОВ ЯВЛЯЕТСЯ
1) фруктоза
2) лактоза
3) гиалуроновая кислота
4) крахмал
4. К ГОМОПОЛИСАХАРИДАМ ПРИНАДЛЕЖИТ
1) целлобиоза
2) крахмал
3) хондроитинсульфат
4) гепарин
5. АЛЬДОЗОЙ ЯВЛЯЕТСЯ
1) фруктоза
2) глицериновый альдегид
3) диоксиацетон
4) рибулоза
6. ФЕРМЕНТЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ПЕРЕВАРИВАНИИ УГЛЕВОДОВ, ОТНОСЯТСЯ К КЛАССУ
1) оксидоредуктаз
2) лиаз
3) гидролаз
4) трансфераз
7. ПРИ ПИЩЕВАРЕНИИ ПРОИСХОДИТ
1) расщепление полисахаридов до моносахаридов
2) распад моносахаридов до СО2 и Н2О
3) расщепление моносахаридов до ацетил-КоА
4) распад моносахаридов до лактата
8. В РОТОВОЙ ПОЛОСТИ КРАХМАЛ ПЕРЕВАРИВАЕТСЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ФЕРМЕНТА
1) фосфорилазы
2) α-амилазы
3) лактазы
4) сахаразы
9. ФОРМОЙ ДЕПОНИРОВАНИЯ ГЛЮКОЗЫ В КЛЕТКАХ ЧЕЛОВЕКА ЯВЛЯЕТСЯ
1) гликоген
2) крахмал
3) сахароза
4) клетчатка
10. В КЛЕТКЕ ДЕПОНИРУЕТСЯ ГЛИКОГЕН, А НЕ ГЛЮКОЗА ПО СЛЕДУЮЩИМ ПРИЧИНАМ
1) гликоген плохо растворим в воде и не влияет на осмотическое давление в клетке
2) накопление свободной глюкозы повышает осмотическое давление
3) разветвленная структура гликогена создаёт большое количество концевых мономеров, которые легко отщепить
4) гликоген хорошо растворим в воде
11. ИСТОЧНИКОМ ГЛЮКОЗЫ ДЛЯ КРОВИ ЯВЛЯЕТСЯ ГЛИКОГЕН ПЕЧЕНИ, А НЕ МЫШЦ, ПОТОМУ ЧТО
1) в печени имеется глюкозо-6-фосфатаза
2) в мышцах отсутствует глюкозо-6-фосфатаза
3) в мышцах не происходит гидролиз гликогена с высвобождением глюкозы
4) гликоген в мышцах используется как источник энергии
12. ФОСФОРОЛИЗ ГЛИКОГЕНА – ЭТО ПРОЦЕСС ЕГО РАСЩЕПЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
1) фосфорной кислоты
2) АТФ
3) воды
4) ФАД
13. ГЛИКОГЕНФОСФОРИЛАЗА КАТАЛИЗИРУЕТ
1) образование глюкозо-6-фосфата
2) реакцию с участием АТФ
3) образование свободной глюкозы
4) образование глюкозо-1-фосфата
14. ФОСФОГЛЮКОМУТАЗА ОТНОСИТСЯ К КЛАССУ
1) лигаз
2) оксидоредуктаз
3) изомераз
4) трансфераз
15. ГЛИКОЛИЗ – ЭТО
1) расщепление глюкозо-6-фосфата до лактата в анаэробных условиях
2) расщепление глюкозо-6-фосфата до ацетата в анаэробных условиях
3) расщепление глюкозо-6-фосфата до СО2 и Н2О
4) расщепление глюкозо-6-фосфата до пирувата в анаэробных условиях
16. ФЕРМЕНТЫ ГЛИКОЛИЗА НАХОДЯТСЯ В
1) эндоплазматическом ретикулуме
2) цитозоле
3) митохондриях
4) лизосомах
17. СУБСТРАТНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ В ГЛИКОЛИЗЕ ПРОИСХОДИТ В РЕАКЦИИ, КАТАЛИЗИРУЕМОЙ
1) гексокиназой
2) фосфофруктокиназой
3) пируваткиназой
4) енолазой
18. ФЕРМЕНТ ГЛИКОЛИЗА АЛЬДОЛАЗА ОТНОСИТСЯ К КЛАССУ
1) оксидоредуктаз
2) лиаз
3) синтетаз
4) трансфераз
19. ОСНОВНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ГЛИКОЛИЗА
1) синтетическое
2) регуляторное
3) энергетическое
4) источник эндогенной воды
20. К ДОСТОИНСТВАМ ГЛИКОЛИЗА МОЖНО ОТНЕСТИ
1) способность служить источником глюкозы
2) зависимость от наличия кислорода
3) образование лактата
4) образование АТФ в анаэробных условиях
21. ГЛИКОЛИЗ СЛУЖИТ единственным ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ В
1) миокардиоцитах
2) эритроцитах
3) гепатоцитах
4) энтероцитах
22. АЭРОБНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ ДО СО2 И Н2О СОПРОВОЖДАЕТСЯ СИНТЕЗОМ
1) 20 молекул АТФ
2) 38 молекул АТФ
3) 44 молекул АТФ
4) 16 молекул АТФ
23. ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ – ЭТО ПРОЦЕСС
1) синтеза гликогена
2) синтеза глюкозы из жирных кислот
3) синтеза глицерина
4) синтеза глюкозы из предшественников неуглеводной природы
24. БОЛЬШИНСТВО РЕАКЦИЙ ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА ЛОКАЛИЗОВАНО
1) в цитозоле
2) в митохондриях
3) в лизосомах
4) в ядре
25. НАКОПЛЕНИЕ ЛАКТАТА ПРИВОДИТ
1) к обезвоживанию тканей
2) к метаболическому ацидозу
3) к метаболическому алкалозу
4) к повреждению мембран
26. РИБОЗО-5-ФОСФАТ ОБРАЗУЕТСЯ ГЛАВНЫМ ОБРАЗОМ
1) при расщеплении гликогена
2) в гликолизе
3) в пентозофосфатном пути
4) в глюконеогенезе
27. РЕАКЦИИ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ ПЕНТОЗОФОСФАТНОГО ПУТИ КАТАЛИЗИРУЮТ ДЕГИДРОГЕНАЗЫ, КОФЕРМЕНТОМ КОТОРЫХ ЯВЛЯЕТСЯ
1) НАД
2) ФМН
3) HS-КоА
4) НАДФ
28. УГЛЕВОДЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ ВЫПОЛНЯЮТ СЛЕДУЮЩИЕ ФУНКЦИИ
1) энергетическая
2) рецепторная
3) защитная
4) обезвреживающая
5) структурная
29. ПРИЧИНОЙ ГИПЕРГЛИКЕМИИ ЯВЛЯЕТСЯ
1) голодание
2) интенсивная мышечная работа
3) гиперсекреция инсулина
4) сахарный диабет
30. НОРМАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ СОСТАВЛЯЕТ
1) 3,3 – 5,5 ммоль/л
2) 5,5 – 7,5 ммоль/л
3) 1,5 – 3,5 ммоль/л
4) 3,3 – 5,5 мкмоль/л
ДОПОЛНИТЕЛЬНО ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПЕДИАТРИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА
31. НЕПЕРЕНОСИМОСТЬ МОЛОКА ПИЩИ СВЯЗАНА СО СНИЖЕНИЕМ АКТИВНОСТИ В ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОМ СОКЕ ФЕРМЕНТА
1) амилазы
2) мальтазы
3) лактазы
4) амило-1,6-гликозидазы
32. ГАЛАКТОЗЕМИЯ ВОЗНИКАЕТ ПРИ НЕДОСТАТКЕ ФЕРМЕНТА
1) лактазы
2) фосфофруктокиназы
3) гексокиназы
4) галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы
33. ДИСАХАРИДОЗЫ – ЭТО ЗАБОЛЕВАНИЯ, ВЫЗВАННЫЕ
1) отсутствием дисахаридаз
2) отсутствием дисахаридов
3) накоплением дисахаридов в кишечнике
4) накоплением дисахаридов в печени
34. ГЛИКОГЕНОЗ – ЭТО ЗАБОЛЕВАНИЕ, ПРИ КОТОРОМ
1) нарушен распад гликогена
2) нарушен синтез гликогена
3) нарушено переваривание гликогена
4) нарушен синтез глюкозы
35. ПРИ ГЛИКОГЕНОЗАХ РЕКОМЕНДУЕТСЯ
1) диета, бедная углеводами
2) нормальная диета
3) частое кормление малыми порциями
4) диета, богатая белками
36. ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ ГАЛАКТОЗЕМИИ НЕОБХОДИМО
1) активировать гликолиз
2) применять ингибиторы трансфераз
3) перевести ребенка на диету без молока и молочных продуктов
4) увеличить в пище количество белков
37. ПРИ НАСЛЕДСТВЕННОЙ НЕПЕРЕНОСИМОСТИ ФРУКТОЗЫ НУЖНО ИСКЛЮЧАТЬ ИЗ ПИЩИ
1) лактозу
2) сахарозу
3) мальтозу
4) крахмал
38. ОСНОВНЫМ ПРОЯВЛЕНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ГЛИКОГЕНОЗОВ БУДЕТ
1) изменение рН крови
2) гипергликемия
3) гипогликемия
4) глюкозурия
39. БЛОК ФЕРМЕНТА – ПЕЧЕНОЧНОЙ ФОСФОРИЛАЗЫ ХАРАКТЕРЕН ДЛЯ
1) болезни Мак-Ардля
2) болезни Хеуорса
3) галактоземии
4) фруктоземии
40. ДЛЯ СИНДРОМА ПФАУНДЛЕРА-ХЮРЛЕРА ХАРАКТЕРЕН
1) сцепленный с Х-хромосомой тип наследования
2) аутосомно-доминантный тип наследования
3) аутосомно-рецессивный тип наследования
4) материнский тип наследования
ГЛАВА 2. ОБМЕН ЛИПИДОВ
Строение и функции липидов
Липиды – это гетерогенный класс органических соединений, включающих высшие жирные кислоты, высшие спирты, их эфиры, а также связавшиеся с ними вещества нелипидной природы (Приложение, рис. 8).
Простые однокомпонентные липиды – высшие жирные кислоты (ВЖК), высшие спирты, в том числе сфингозин, холестерол (ХС) – не способны к гидролизу. Двукомпонентные липиды - сложные эфиры, то есть продукты взаимодействия ВЖК и различных спиртов (с глицерином – триацилглицеролы (ТАГ), с высшими ациклическими спиртами - воска, с ХС - его эфиры). Исключением служат церамиды, являющиеся амидами ВЖК и высшего ациклического аминоспирта – сфингозина.
|
В состав сложных липидов входят полярные компоненты: фосфорилированные азотистые основания в фосфолипиды (ФЛ), моно-, олигосахариды в гликолипиды, полипептиды в протеолипиды, что делает их амфифилами.
Липиды имеют огромное значение для организма (рис. 13). ТАГ являются самой компактной и энергоемкой формой хранения энергии, запасаются в адипоцитах жировой ткани, которая кроме того выполняет теплоизолирующую и механическую защитные функции.
Во всех мембранах (клеточных и органоидных) основу составляет билипидный слой, включающий различные фосфо-, гликолипиды и ХС. Последний, кроме того, в коже преобразуется в холекальциферол (витамин D3); в коре надпочечников и в половых железах из него синтезируются соответствующие гормоны; в печени – желчные кислоты (рис. 14).
Рис. 14. Пути использования эфиров холестерола в клетке
Около 50% ВЖК фосфолипидов мембран являются полиненасыщенными, что увеличивает текучесть и проницаемость. Такие ВЖК очень чувствительны к действию различных радикалов, в первую очередь, активных форм кислорода (АФК): супероксида аниона О2.- , пероксида водорода, радикала гидроксила и других, которые индуцируют свободно-радикальные процессы, в том числе перекисное окисление липидов (ПОЛ), чрезмерная активация которого сопровождает или служит причиной многих патологических состояний. В физиологических условиях эти процессы участвуют в самообновлении и репарации мембран, в синтезе биологически активных веществ (БА3).
Такие полиненасыщенные высшие жирные кислоты (ПНЖК), как арахидоновая и эйкозапентаеновая, подвергаясь реакциям пероксидации, образуют эйказоноиды (простагландины, лейкотриены, тромбоксаны), некоторые тканевые гормоны, регулирующие функции клеток. Арахидоновая, α-линоленовая, эйкозапентаеновая и докозагексаеновая кислоты не синтезируются в организме человека и относятся к незаменимым (эссенциальным), поэтому их объединяют под термином витаминF. По положению первой двойной связи от конечной Н3С-группы их делят на ω3 и ω6 ПНЖК (Приложение, рис. 9). Рыбий жир включает много первых аналогов, они обладают сосудорасширяющим действием, а для ω6 кислот характерны противовоспалительный, антиаллергический, иммунодепрессивный эффекты.
Гликолипидывыполняют рецепторные функции. Фосфатидилинозитол принимает непосредственно участие в передаче гормональных сигналов в клетку.
Переваривание липидов пищи
Катаболическая фаза для большинства липидов также складывается из трех стадий. Если молекула состоит из двух и более компонентов, то она гидролизуется; затем продукты подвергаются специфическому распаду. С пищей в организм ежедневно поступает до 80-150 г липидов. Основной вклад вносят ТАГ, наряду с глюкозой служащие главными источниками энергии. Жидкие жиры, содержащие в своем составе ПНЖК (витамин F), должны составлять не менее 1/3 ТАГ рациона.
Переваривание липидов начинается в ротовой полости, где продукты питания измельчаются и смачиваются слюной. У детей железы Эбнера, располагающиеся на дорсальной поверхности языка, секретируют лингвальную липазу, которая при нейтральных значениях рН среды слабоактивна (рНопт 4,0-4,5). Из-за кислой среды желудка гидролиз липидов у взрослых не происходит, у грудничков его рН находится в пределах 6,5-7,0, что позволяет ферменту продолжать распад субстратов. У взрослых расщепление липидов начинается в двенадцатиперстной кишке. Обязательным условием переваривания является эмульгирование. Основную роль в этом процессе играют соли жёлчных кислот, входящие в состав жёлчи. Будучи амфифильными соединениями, они окружают каплю жира и способствуют ее дроблению на множество мелких капелек. Таким способом молекулы ТАГ становятся доступными для действия панкреатических липаз. В эмульгировании пищевого жира кроме того участвуют ионы К+, Na+, бикарбонаты сока pancreas и перистальтика кишечника.
Ключевой фермент гидролиза ТАГ-липаза синтезируется в поджелудочной железе и поступает в кишечник, где под действием трипсина активируется путем частичного протеолиза. Данный энзим разрушает сложноэфирные связи преимущественно в положениях 1 и 3, поэтому основными продуктами гидролиза являются свободные жирные кислоты и 2-моноацилглицеролы (рис. 15).
 |
|
| ||||
| |||||
|
|
Рис. 15. Гидролиз пищевых жиров в тонком кишечнике
Затем специфическая изомераза переносит ацил из положения С2 в С1, после чего липаза может отщепить и этот остаток и освободить трехатомный спирт (рис. 15), но чаще к стенке тонкого кишечника подходят для всасывания продукты неполного распада: МАГ, ДАГ, а также глицерин, ВЖК. Как отмечено выше эффективность любой липазы зависит не только от рН среды, но и от присутствия эмульгаторов, дробящих крупные капли жира на мелкие, что делает молекулы доступными к действию энзима.
Глицерофосфатиды пищи гидролизуются фосфолипазами, эфиры холестерина – холестеролэстеразой. Продукты расщепления – ВЖК, МАГ, ДАГ, лизофосфатиды, холестерол образуют мицеллы с парными (глико-, таурохолевыми или хенодезоксихолевыми) кислотами. С ними же комплексируются липовитамины. Получившиеся структуры всасываются щеточной каемкой энтероцитов или мицеллярной диффузией, или эндоцитозом. В цитозоле клетки эти макромолекулы диссоциируют, высвободившиеся желчные кислоты возвращаются в печень (энтерогепатическая циркуляция), что позволяет использовать их неоднократно для обработки пищевых ТАГ и липовитаминов.
По vena portae в гепатоциты попадают также глицерин, короткоцепочечные жирные кислоты.
Большая часть всосавшихся веществ в клетках тонкого кишечника подвергаются ресинтезу. С помощью триацилглицеролсинтетазы формируются нейтральные жиры, холестерол с участием ацил-КоА реацилируется, по похожей схеме получаются фосфолипиды. Ресинтезированные ТАГ, ЭХ, ГФЛ связываются с апопротеинами энтероцитов, образуются стабильные комплексные частицы – хиломикроны (ХМ), которые выходят в лимфу и через грудной лимфатический проток попадают в систему верхней полой вены с дальнейшим достижением легких, после чего оказываются в большом круге кровообращения.
В кровотоке хиломикроны, встречаясь с ЛПВП обмениваются апопротеинами (рис. 16):
Рис. 16.Схема образования зрелых хиломикронов
Этот обмен очень важен, так как апоС2 является кофактором ЛП-липазы, которая располагается в эндотелии капилляров скелетной, сердечной мускулатуры, жировой ткани, диафрагмы, селезенки, лактирующей молочной железы и гидролизует ТАГи в молекулах ХМ.
В жировой ткани, высвобождающиеся в результате гидролиза жирные кислоты участвуют в синтезе ТАГов, а в мышечной – выступают в роли субстрата окисления – источника энергии.
По мере продвижения хиломикронов в сосудистом русле они теряют ТАГи, уменьшаются в размерах, однако в них сохраняются ФЛ и ХС. Образующиеся структуры – ремнанты (остатки) в конечном итоге утилизируются в печени, куда попадают при помощи апоЕ и апоВ48, используя рецептор-опосредованный эндоцитоз. Как и в метаболизме многих соединений, печень занимает ключевую позицию в процессах переработки, биосинтеза, иммобилизации липидов, т.е. играет роль диспетчера.
В промежутках между приемами пищи баланс липидов поддерживается их эндогенными аналогами, синтезированными гепатоцитами и адипоцитами. Из-за слабой полярности они транспортируются кровью в составе липопротеинов.