Лекция № 10. Обмен углеводов.
1. ОСНОВНЫЕ УГЛЕВОДЫ ЖИВОТНОГО ОРГАНИЗМА, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ.
2. ПРЕВРАЩЕНИЕ УГЛЕВОДОВ В ОРГАНАХ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.
3. БИОСИНТЕЗ И РАСПАД ГЛИКОГЕНА.
4. ГЛИКОГЕНОВЫЕ БОЛЕЗНИ.
ОСНОВНЫЕ УГЛЕВОДЫ ЖИВОТНОГО ОРГАНИЗМА.
Углеводы - это ПОЛИОКСИКАРБОНИЛЬНЫЕ соединения и их производные.
МОНОСАХАРИДЫ: ТРИОЗЫ (ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД, ДИОКСИАЦЕТОН), ТЕТРОЗЫ (ЭРИТРУЛОЗА), ПЕНТОЗЫ (РИБОЗА, ДЕЗОКСИРИБОЗА, КСИЛУЛОЗА), ГЕКСОЗЫ (ГЛЮКОЗА, ГАЛАКТОЗА, ФРУКТОЗА).
ОЛИГОСАХАРИДЫ (в состав молекулы входят 2-12 МОНОСАХАРИДОВ, соединённых между собой): МАЛЬТОЗА, ЛАКТОЗА, САХАРОЗА.
ПОЛИСАХАРИДЫ делятся на ГОМОПОЛИСАХАРИДЫ и ГЕТЕРОПОЛИСАХАРИДЫ. ГОМОПОЛИСАХАРИДЫ - КРАХМАЛ, ГЛИКОГЕН. ГЕТЕРОПОЛИСАХАРИДЫ ХОНРОЭТИНСЕРНАЯ К-ТА, ГИАЛУРОНОВАЯ К-ТА, НЕЙРАМИНОВАЯ К-ТА, ГЕПАРИН.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ УВ.
1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ. При окислении 1 гр. УВ до конечных продуктов (СО2 и Н2О) выделяется 4,1-ккал-60-70 % всей калорийности пищи. Суточная потребность в УВ для взрослого человека с массой 60-70 кг составляет около 400-500 гр.
2. Структурная. УВ используется как строительный материал для образования структурных компонентов клеток (ГЛИКОЛИПИДЫ, ГЛИКОПРОТЕИНЫ, ГЕТЕРОПОЛИСАХАРИДЫ межклеточного вещества).
3.Резервная. УВ в виде гликогена могут откладываться в запас.
4. Защитная. ГЛИКОПРОТЕИНЫ принимают участие в образовании антител. ГИАЛУРОНОВАЯ К-ТА препятствует проникновению чужеродных веществ. ГЕТЕРОПОЛИСАХАРИДЫ участвуют в образовании слизи слизистых оболочек дыхательных путей, ЖКТ.
5. Регуляторная. Некоторые гормоны являются ГЛИКОПРОТЕИНАМИ (ТИРИОГЛОБУЛИН)
6.Участвуют в процессах распознавания клеток (СИАЛОВАЯ и НЕЙРОЛИНОВАЯ К-ТЫ).
7 Входя в состав оболочек эритроцитов, определяют группы крови.
8. Участвуют в процессах свёртывания крови, входя в состав ФИБРИНОГЕНА и ПРОТРОМБИНА. Препятствуют свёртыванию крови, входя в состав ГЕПАРИНА.
ПРЕВРАЩЕНИЕ УГЛЕВОДОВ В ОРГАНАХ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.
Основными УВ для организма человека являются УВ пищи: крахмал, сахароза, лактоза.
Поступивший с пищей крахмал в ротовой полости будет подвергаться гидролизу под действием альфа -АМИЛАЗЫ слюны. Она расщепляет альфа (1,4)-ГЛИКОЗИДНЫЕ связи. РН оптимум в слабощелочной среде (6,8). Поскольку пища в ротовой полости задерживается недолго, то крахмал здесь переваривается лишь частично. Гидролиз крахмала завершается образованием АМИЛОДЕКСТРИНОВ (с йодом дают фиолетовое окрашивание). Далее пища поступает в желудок. Слизистой оболочкой желудка ГЛИКОЗИДАЗЫ не вырабатываются. В желудке среда резко кислая, поэтому действие альфа -АМИЛАЗЫ прекращается. Однако в более глубоких слоях действие фермента продолжается (пищевой комок полностью желудочным соком не пропитывается), крахмал проходит следующую стадию гидролиза- ЭРИТРОДЕКСТРИНОВ (с йодом дают красное окрашивание). Основным местом переваривания крахмала служит тонкий отдел кишечника. Здесь наиболее важная фаза гидролиза крахмала. В 12 п.к. открываются протоки ПЖЖ. Под действием фермента в её секрете будет идти гидролиз крахмала. Выделяющийся панкреатический сок содержит БИКАРБОНАТЫ, которые нейтрализуют желудочное кислое содержимое. Образующийся при этом Н2СОЗ распадается. СО2 «вспенивает» пищевой комок, способствуя его перемешиванию. Создаётся слабощелочная среда. Катионы натрия и калия способствуют активации панкреатических ГЛИКОЗИДАЗ: альфа -АМИЛАЗЫ, АМИЛО-1,6-ГЛИКОЗИДАЗЫ, ОЛИГО-1,6-ГЛИКОЗИДАЗЫ. Эти ферменты завершают гидролитический разрыв внутренних ГЛИКОЗИДНЫХ связей. ЭРИТРОДЕКСТРИНЫ переходят в ОХРОДЕКСТРИНЫ (с йодом жёлтое окрашивание).
Альфа -АМИЛАЗА завершает разрыв внутренних альфа(1,4)-ГЛИКОЗИДНЫХ связей с образованием ДИСАХАРИДОВ (МАЛЬТОЗ). Альфа(1,6)-ГЛИКОЗИДНЫЕ связи в точках ветвления крахмала гидролитически расщепляются под действием АМИЛО-(1,6)-ГЛИКОЗИДАЗЫ и ОЛИГО-(1,6)-ГЛИКОЗИДАЗЫ, которая является терминальной в этом процессе. Т.о. 3 панкреатических фермента завершают гидролиз крахмала в кишечнике с образованием МАЛЬТОЗ. Образованная МАЛЬТОЗА - временный продукт гидролиза, т.к. она в клетках кишечника быстро гидролизуется под действием МАЛЬТАЗ. Из тех же остатков, которые в молекулах крахмала были соединены альфа(1,6)-ГЛИКОЗИДНЫМИ связями, образуются ДИСАХАРИДЫ -ИЗОМАЛЬТОЗЫ. Они будут гидролизоваться ИЗОМАЛЬТАЗАМИ. В составе пищи в организм человека поступают и ДИСАХАРИДЫ: лактозы и сахарозы, которые подвергаются гидролизу только в тонком кишечнике. В ЭНТЕРОЦИТАХ синтезируются ЛАКТАЗЫ и САХАРАЗЫ, которые осуществляют гидролиз с образованием глюкозы, галактозы, фруктозы.
Продукты полного гидролиза - МОНОСАХАРИДЫ - всасываются в кровь. На этом завершается начальный этап пищеварения. С пищей в организм человека поступает клетчатка, которая в ЖКТ не переваривается, поскольку отсутствуют бета -ГЛИКОЗИДАЗЫ. Однако биологическая роль клетчатки велика: 1.формирование пищевого комка,
2.она раздражает слизистую оболочку ЖКТ, усиливая секрецию желёз.
3.усиливает сокращение кишечника,
4.в толстом кишечнике под действием ферментов условно-патогенной микрофлоры клетчатка подвергается брожению с образованием глюкозы, лактозы и газообразных веществ.
БИОСИНТЕЗ ГЛИКОГЕНА.
Было установлено, что гликоген может синтезироваться практически во всех органах и тканях. Однако наибольшая его концентрация обнаружена в печени (2-6%) и мышцах (0,5-2%). Т.к. мышечная масса велика, то большая часть гликогена содержится в мышцах. Глюкоза из крови легко проникает в клетки органов и тканей, проходя через биологические мембраны клеток. Как только глюкоза заходит в клетку, она запирается в ней в результате первой метаболической реакции - ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ в присутствии АТФ и фермента -ГЕКСОКИНАЗЫ. Глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат. Теперь он будет использоваться в АНАБОЛИЧЕСКИХ и КАТАБОЛИЧЕСКИХ реакциях. Глюкоза из клетки может выйти, если в реакции гидролиза при участии глюкозо-6-фосфатазы освободится от остатка фосфорной кислоты. Этот фермент находится в печени, почках, эпителии кишечника. В других органах его нет. Проникновение глюкозы в клетки этих органов и тканей необратимы. Процесс биосинтеза протекает в 4 стадии:
ГЛИКОГЕНСИНТАЗА - ТРАНСФЕРАЗА, которая переносит остатки глюкозы, входящие в УДФ- глюкозу, на ГЛИКОЗИДНУЮ связь остаточного в клетке гликогена, при этом образуется альфа(1,4)-ГЛИКОЗИДНЫЕ связи. Образование альфа(1,6)-ГЛИКОЗИДНЫХ связей в точках ветвления гликогена катализирует специальный ГЛИКОГЕН-ВЕТВЯЩИЙ фермент. Образовавшийся в последней реакции УДФ, превращается в УТФ, при этом поглощается I молекула АТФ. На каждую молекулу глюкозы, включающуюся в структуру гликогена, расходуется 2 молекулы АТФ. Гликоген в клетках накапливается во время пищеварения и рассматривается как резервная форма глюкозы, которая используется клетками в промежутках между приёмами пищи.
РАСПАД ГЛИКОГЕНА. Может идти 2 путями:
1. ОСНОВНОЙ ФОСФОРОЛИТИЧЕСКИЙ ПУТЬ
Он протекает в печени, почках, эпителии кишечника. Схематично можно записать в виде 3 реакций.
2.НЕОСНОВНОЙ АМИЛОЛИТИЧЕСКИЙ.
Его доля мала и незначительна. Протекает в печени при участии 3 ферментов: альфа -
АМИЛАЗА, АМИЛО-1,6-ГЛИКОЗИДАЗА, гамма -АМИЛАЗА.
ГЛИКОГЕНОВЫЕ БОЛЕЗНИ.
Это наследственное нарушение обмена гликогена, которое связано с недостатком какого-либо из ферментов, участвующих в синтезе или распаде гликогена. Как правило эта недостаточность выражается либо в снижении активности, либо в полном отсутствии какого либо фермента. ГЛИКОГЕНОЗЫ - болезни, связанные с нарушением процессов распада гликогена, при этом в клетках печени, почек, мышц гликоген накапливается в большом количестве. Клинически проявляются увеличением печени, мышечной слабостью, ГИПОГЛЮКОЗЭМИЕЙ натощак. В норме уровень глюкозы в крови равен 3,3 - 5,5 ммоль/л. Смерть наступает в раннем детском возрасте. Наиболее часто встречаются:
1.болезнь ФЕРСА - ФОСФОРИЛАЗА ПЕЧЕНИ.
2.Болезнь МАК-АРДЛЯ - ФОСФОРИЛАЗА МЫШЦ.
3.Болезнь ПОМПЕ- альфа- 1,4-ГЛИКОЗИДАЗА.
4.Болезнь КОРИ - АМИЛО-1.6-ГЛИКОЗИДАЗА.
5.Болезнь ГИРКЕ - ГЛЮКОЗО-6-ФОСФОТАЗА.
АГЛИКОГЕНОЗЫ характеризуются признаками нарушения синтеза. Клинически проявляются резкой ГИПОГЛЮКОЗЭМИЕЙ натощак, рвотой, судорогами, потерей сознания, углеводное голодание клеток, следовательно, отставание психо-физического развития, смерть в раннем детском возрасте. Наиболее часто встречаются:
1 . болезнь ЛЬЮИСА - ГЛИКОГЕНСИНТЕТАЗА.
2. Болезнь АНДЕРСЕНА - ГЛИКОГЕН-ВЕТВЯЩИЙ фермент.