Биосинтез гликогена. Этапы и ферменты гликогенеза. Основные пути распада гликогена. Ключевые ферменты синтеза и распада гликогена. Регуляция обмена гликогена. Нарушения обмена гликогена. Гликогенозы.

Основные пищевые углеводы. Переваривание углеводов в ЖКТ. Характеристика ферментов, расщепляющих углеводы. Всасывание моносахаридов в кишечнике. Нарушение переваривания. Врожденная непереносимость лактозы и сахарозы. Судьба всасывающих моносахаридов в клетке.

Углеводы делятся на 2 группы:

1. Усвояемые – глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, крахмал (осн. ист-к энергии 1 г = 4,1 ккал)

2. Неусвояемые – клетчатка, пектины (стимулируют перистальтику кишечника, способствуют выведению холестерола, токсинов)

Потребность 400-500 г

Ферменты, расщепляющие углеводы, относятся к гидролазам, так как осуществляют гидролиз гликозидных связей.

•   Переваривание начинается в ротовой полости. а-Амилаза слюны расщепляет а-1,4-гликозидные связи, не гидролизует связи в дисахаридах. Оптимум рН амилазы – 6,8.
Крахмал расщепляется до декстринов и небольшого количества мальтозы.
Дисахариды ничем не гидролизуются.

• Кислый желудочный сок прекращает действие амилазы, лишь в глубине желудка идёт переваривание углеводов до мальтозы.

• Для переваривания полисахаридов в полости 12пк. работает панкреатическая α-амилаза, разрывающая в ранее образованных (слюнной амилазой) декстринах, в крахмале и гликогене внут-ие α1,4-связи. (рН =7,5-8,0) амилаза завершает перева-е крахмала  и гликогена до мальтозы.

§    В кишечном соке мальтаза, сахараза, лактаза осуществляют гидролиз дисахаридов на поверхности клеток и внутри энтероцитов у взрослых.                                                          

Кроме полостного, имеется еще и пристеночное пищеварение, которое осуществляют:

1. сахаразо-изомальтазный комплекс – в тощей кишке гидролизует альфа 1,2-, альфа 1,4-, альфа 1,6-гликозидные связи, расщепляет сахарозу, мальтозу мальтотриозу, изомальтозу,

2.  Бета-гликозидазный комплекс – гидролизует альфа 1,4-гликозидные связи между галактозой и глюкозой (лактозу).

3. гликоамилазный комплекс – находится в нижних отделах тонкого кишечника и расщепляет альфа 1,4-гликозидные связи в олигосахаридах с восстанавливающего конца.

Гидролиз всех дисахаридов происходит на пов-ти кл-к киш-ка и катализируется спец-ми ферментами: сахаразой, лактазой, мальтазой и изомальтазой. Эти  гликозидазы синтезируются в клетках кишечника.

Мальтаза гидролизует  а-1,4- гликозидные связи в олигосахаридах Лактаза киш.с. гидролизует  в-1,4 –глик-д связи м\у галактозой и глюк-й в лактозе.

Глюкоза из энтероцитов перемещается во внеклеточную жидкость и далее в кровь с помощью облегченной диффузии. Поступающая из кишечника глюкоза кровью воротной вены транспортируется в печень, где часть ее задерживается, а часть через общий кровоток поступает в клетки других органов и тканей, при помощи белков-переносчиков:

1. ГЛЮТ-1 - плацента, мозг, почки, толстый к., мышцы

2. ГЛЮТ-2 – печень

3. ГЛЮТ-3 – многие ткани + мозг, почки

4. ГЛЮТ-4 – скелетной и сердечной мышце, жировая ткань

5. ГЛЮТ-5 – в тонкой кишке (переносчик фруктозы)

Нарушение переваривания

1. НАРУШЕНИЕ СИНТЕЗА и/или свойств сахаразы, мальтазы, лактазы в энтероцитах => непереносимость дисахаридов (брожение - накопление газов и молочной кислоты, вздутие живота, жидкий пенистый обесцвеченный кал, обезвоживание организма, потеря веса)

2. СЕКРЕТОРНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ (хронический панкреатит, фиброз, кисты) => нехватка -амилазы

3. ПАРАЗИТАРНЫЕ БОЛЕЗНИ (лямблиоз) => наруш. перевар-я полисахаридов и всасывания продуктов

 

Эндокринные расстройства

1. ГИПЕРИНСУЛИНИЗМ
- опухоль ПЖЖ – аденома, инсулинома, CR
- состояние после пилоропластики => быстрое попадание и всасывание глюкозы в тонком кишечнике => выброс
инсулина => гипогликемия
- прием алкоголя (выброс инсулина, угнетение глюконеогенеза => гипогликемия)

2. ПЕРЕДОЗИРОВКА инсулина или сахароснижающих препаратов, голодание после их приема (чаще при СД-I)

3. НЕДОСТАТОК КОНТРАИНСУЛЯРНЫХ ГОРМОНОВ:
-гипокортицизм (болезнь Аддисона)
-гипотиреоз (первичный, вторичный)

Заболевания печени и почек

1. ПЕЧЕНЬ (гипогликемия встречается редко):
- цирроз, жировая дистрофия печени,
- действие гепатотропных ядов, быстрая массивная деструкция клеток => нарушение синтеза и распада гликогена, невозможность поддержания нормального уровня глюкозы в крови

2. ПОЧКИ:
- канальцевый диабет (наруш реабсорбции глюкозы в кл-х почечных канальцев, потери с мочой)
- терминальная ХПН (глюконеогенеза, распада инсулина)

 

 

Печеночные

1. Гликогеноз I типа или болезнь фон Гирке обусловлен аутосомно-рецессивным дефектом глюкозо-6-фосфатазы. Из-за того, что этот фермент есть только в печени и почках, преимущественно страдают эти органы. Так как фермент необходим для дефосфорилирования глюкозо-6-фосфата с последующим выходом глюкозы в кровь, у больных отмечается гипогликемия, и, как следствие, ацетонемия, метаболический ацидоз, ацетонурия.

2. Гликогеноз III типа или болезнь Форбса-Кори или лимит-декстриноз – это аутосомно-рецессивный дефект амило-α1,6-глюкозидазы, "деветвящего" фермента, гидролизующего α1,6-гликозидную связь. Для больных характерна гепатомегалия, умеренная задержка физического развития, в подростковом возрасте возможна небольшая миопатия.

3. При гликогенозе IV типа (болезнь Андерсена, 1% всех гликогенозов), связанного с дефектом ветвящего фермента, образуется гликоген с короткими цепочками и резко уменьшается скорость гликогенолиза.

4. Гликогеноз VI типа (болезнь Херса, 25% всех гликогенозов), связан с дефицитом печеночной фосфорилазы гликогена. При этом отсутствует мобилизация гликогена, развивается гепатомегалия и гипогликемия.

Мышечные

Для этой группы гликогенозов характерны изменения ферментов мышечной ткани. Это приводит к нарушению энергообеспечения мышц при физической нагрузке, к болям в мышцах, судорогам.

-Гликогеноз V типа (болезнь Мак-Ардля, 1% всех гликогенозов) – отсутствие мышечной фосфорилазы. При тяжелой мышечной нагрузке возникают судороги, миоглобинурия, хотя легкая работа не вызывает каких-либо проблем

Смешанные

Эти заболевания касаются и печени, и мышц, и других органов.

-Гликогеноз II типа (болезнь Помпе, 10% всех гликогенозов) – поражаются все гликогенсодержащие клетки из-за отсутствия лизосомальной α1,4-глюкозидазы. Происходит накопление гликогена в лизосомах и в цитоплазме. Заболевание является наиболее злокачественным. Больные умирают в грудном возрасте из-за кардиомегалии и тяжелой сердечной недостаточности.

Регуляция гликолиза

 

Реакция	Фермент	Активатор	Ингибитор
Глю → Глю-6-ф	Гексокиназа, (глюкокиназа)	АМФ, АДФ, Mg 2+, НАД +, инсулин (глюкоза)	АТФ, НАДН+Н +, Глю-6-ф (Не гл-6-ф)
Фру-6-ф → Фру-1,6-фф	Фосфо-фрукто-киназа	АМФ, фру-2,6-биф, АДФ, Mg 2+, НАД +, инсулин	АТФ, цитрат, ацил-КоА, кетоновые тела,
НАДН+Н + ФЕП → пируват	пируват-киназа	АДФ, Фн, НАД +, Mg2+, фру-1,6-биф, инсулин	АТФ, НАДН+Н +, ацетил-КоА, жирные кислоты, аланин, Са 2+

Аэробный гликолиз как основной путь энергетического окисления глюкозы. Основные этапы окисления. Энергетическая хар-ка. Глицеролфосфатный челночный механизм транспорта цитоплазматического водорода в митохондрии.

Гликолиз  - процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты, не является мембранозависимым процессом. Он происходит в цитоплазме

Аэробный процесс гликолиза (10 реакций), уравнение (с образованием пирувата).

----- Первый этап - подготовительный, здесь происходит затрата энергии АТФ, активация глюкозы и образование из нее триозофосфатов.

Первая реакция гликолиза сводится к превращению глюкозы в реакционноспособное соединение за счет фосфорилирования 6-го, не включенного в кольцо, атома углерода. Эта реакция является первой в любом превращении глюкозы, катализируется гексокиназой.

Вторая реакция необходима для выведения еще одного атома углерода из кольца для его последующего фосфорилирования (фермент изомераза). В результате образуется фруктозо-6-фосфат.

Третья реакция – фермент фосфофруктокиназа фосфорилирует фруктозо-6-фосфат с образованием почти симметричной молекулы фруктозо-1,6-дифосфата.

В четвертой реакции фруктозо-1,6-дифосфат разрезается пополам альдолазой с образованием двух фосфорилированных триоз-изомеров – альдозы глицеральдегида (ГАФ) и кетозы диоксиацетона (ДАФ).

Пятая реакция подготовительного этапа – переход глицеральдегидфосфата и диоксиацетонфосфата друг в друга при участии триозофосфатизомеразы. Равновесие реакции сдвинуто в пользу диоксиацетонфосфата, его доля составляет 97%, доля глицеральдегидфосфата – 3%. Эта реакция, при всей ее простоте, определяет дальнейшую судьбу глюкозы:

· при нехватке энергии в клетке и активации окисления глюкозы диоксиацетонфосфат превращается в глицеральдегидфосфат, который далее окисляется на втором этапе гликолиза,

· при достаточном количестве АТФ, наоборот, глицеральдегидфосфат изомеризуется в диоксиацетонфосфат, и последний отправляется на синтез жиров

----- Второй этап гликолиза – это освобождение энергии, содержащейся в глицеральдегидфосфате, и запасание ее в форме АТФ.

Шестая реакция гликолиза (фермент глицеральдегидфосфат-дегидрогеназа) – окисление глицеральдегидфосфата и присоединение к нему фосфорной кислоты приводит к образованию макроэргического соединения 1,3-дифосфоглицериновой кислоты и НАДН.

В седьмой реакции (фермент фосфоглицераткиназа) энергия фосфоэфирной связи, заключенная в 1,3-дифосфоглицерате тратится на образование АТФ. Реакция получила дополнительное название – реакция субстратного фосфорилирования, что уточняет источник энергии для получения макроэргической связи в АТФ (субстрат) в отличие от окислительного фосфорилирования (электрохимический градиент ионов водорода на мембране митохондрий).

Восьмая реакция – синтезированный в предыдущей реакции 3-фосфоглицерат под влиянием фосфоглицератмутазы изомеризуется в 2-фосфоглицерат.

Девятая реакция – фермент енолаза отрывает молекулу воды от 2-фосфо–глицериновой кислоты и приводит к образованию макроэргической фосфоэфирной связи в составе фосфоенолпирувата.

Десятая реакция гликолиза – еще одна реакция субстратного фосфорилирования заключается в переносе пируваткиназой макроэргического фосфата с фосфоенолпирувата на АДФ и образовании пировиноградной кислоты.

См рядом.

=>АцетилКоА

Ферменты: Энергетическая ценность

1. гексокиназа (глюкокиназа)      -АТФ

2. гл-6-ф-изомераза

3. фосфо-фрукто-киназа                - АТФ

4. фруктоза-ди-фосфат-альдолаза

5. триозофосфатизомераза

6. глицер-альдегид-фосфатДГ +2НАДН+Н+ (2*3 АТФ)= +6 АТФ

7. фосфо-глицерат-киназа     + 2АТФ

8. фосфо-глицерат-мутаза

9. енолаза

10. пируват-киназа                  + 2АТФ

2(ПВК-> ацетил-КоА) +2НАДН+Н+ (2*3 АТФ)= +6 АТФ (либо 4АТФ, если ФАД-кофермент)это челночный механизм из цитоплазмы в митохондрии

ИТОГО: 8 АТФ (6 АТФ)

11. ПВК-ДГ (далее ЦТК и Дых.цепь)

Окислительное декарбоксилирование ПВК 2 НАДН+Н+ (2*3 АТФ)= +6 АТФ

ЦТК 2*(ацетил-КоА->СО2+Н2О) 2*12 АТФ=24АТФ

Челночный механизм

Молекулы НАДН, образованные в шестой реакции гликолиза, в зависимости от наличия кислорода имеют, как минимум, два пути дальнейшего использования:

· либо остаться в цитозоле и вступить в лактатдегидрогеназную реакцию (анаэробныетусловия),

· либо проникнуть в митохондрию и окислиться в дыхательной цепи (аэробные условия),

Так как сама молекула НАДН через митохондриальную мембрану не проходит, то существуют системы, принимающие от нее атомы водорода в цитоплазме и отдающие их в матриксе митохондрий. Такие системы называются челночными.

Определены две основные челночные системы – глицеролфосфатная и малат-аспартатная.

 

Ключевыми ферментами глицеролфосфатного челнока являются изоферменты глицерол-3-фосфат-дегидрогеназы – цитоплазматический и митохондриальный. Они отличаются своими коферментами: у цитоплазматической формы – НАД, у митохондриальной – ФАД.

В цитозоле метаболиты гликолиза – диоксиацетонфосфат и НАДН образуют глицерол3-фосфат, поступающий в матрикс митохондрий. Там он окисляется с образованием ФАДН2.

Далее ФАДН2 направляется в дыхательную цепь и используется для получения энергии.

Этот челнок активен в печени, в белых скелетных мышцах и в бурой жировой ткани. Однако в гепатоците в состоянии покоя и после еды часть глицерол-3 фосфата в митохондрию не пойдет, а будет использоваться в цитозоле для синтеза фосфолипидов и триацилглицеролов.

 

Образование этилового спирта из глюкозы происходит в анаэробных условиях в печени, в дрожжах и некоторых видах плесневых грибков.

Образование этилового спирта из глюкозы происходит в анаэробных условиях в печени, в дрожжах и некоторых видах плесневых грибков.

Суммарное уравнение реакции: Глюкоза + 2АДФ + 2Фн → 2CО2 + 2 Этанола + 2АТФ

Анаэробное превращение глюкозы локализуется в цитозоле и включает 2 этапа из11 ферментативных реакций.
Описание смотри выше включая десятую реакцию. Необратимые реакции:1,3,10

                                                                               

53. Глюконеогенез. Обходные пути необратимых реакций гликолиза. Ключевые ферменты. Биологическая роль. Регуляция глюконеогенеза. Схема синтеза глюкозы и гликогена из глицерина, лактата и аланина.
Глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных компонентов: лактата, пирувата, глицерола, кетокислот цикла Кребса и других кетокислот, из аминокислот. Процесс включает все обратимые реакции гликолиза, и особые обходные пути, т.е. он не полностью повторяет реакции окисления глюкозы.

Его реакции способны идти во всех тканях, кроме последней глюкозо-6-фосфатазной реакции, которая идет только в печени (80%)  и в корковом слое почек. (20%)

Биологическая роль: поддержание уровня сахара в крови в период голодания и физ.нагрузок.
Кроме получения глюкозы, глюконеогенез обеспечивает и уборку "шлаков" – лактата, постоянно образуемого в эритроцитах или при мышечной работе и глицерола, являющегося продуктом липолиза в жировой ткани.

       Как известно, в гликолизе существуют три необратимые реакции: пируваткиназная (десятая), фосфофруктокиназная (третья) и гексокиназная (первая). В этих реакциях происходит высвобождение энергии для синтеза АТФ. Поэтому в обратном процессе возникают энергетические барьеры, которые клетка обходит с помощью дополнительных реакций.

 

ПРЕВРАЩЕНИЕ ГАЛАКТОЗЫ

Галактоза сначала подвергается фосфорилированию по 1- му атому углерода. Отличием от обмена фруктозы является превращение в глюкозу не напрямую, а через синтез УДФ-галактозы, которая впоследствии изомеризуется в глюкозу

 

Механизм действия инсулина

1.Повышает проницаемость клет-х мембран для глюкозы, способствуя переходу ее из крови в ткани;

2. Ув. поступление глюкозы в инсулинзависимые ткани (мышцы, жировая ткань и др.), акт-я ГЛЮТ-4  

3. В печени усил. с-з гликогена – гликогенез: активирует гликогенсинтетазу, ингибирует фосфорилазу

4. Подавляет синтез ферментов ГНГ, препятствует избыточному катаболизму Б и Ж и переходу их в У.

5.Повышает окисление глюкозы в тканях по дихотомическому и апотомическому путям: индуцирует синтез и активирует ключевые ферменты:

-гликолиза: гексокиназу, фосфофруктокиназу, пируваткиназу.

-пентозофосфатного пути: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу, 6-фосфоглюконатдегидрогеназу, транскетолазу
-гликогенеза (синтез гликогена): гликогенсинтазу.

-ЦТК: цитратсинтазу

6. Усиливает биосинтез гликозаминогликанов

 

Основные пищевые углеводы. Переваривание углеводов в ЖКТ. Характеристика ферментов, расщепляющих углеводы. Всасывание моносахаридов в кишечнике. Нарушение переваривания. Врожденная непереносимость лактозы и сахарозы. Судьба всасывающих моносахаридов в клетке.

Углеводы делятся на 2 группы:

1. Усвояемые – глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, крахмал (осн. ист-к энергии 1 г = 4,1 ккал)

2. Неусвояемые – клетчатка, пектины (стимулируют перистальтику кишечника, способствуют выведению холестерола, токсинов)

Потребность 400-500 г

Ферменты, расщепляющие углеводы, относятся к гидролазам, так как осуществляют гидролиз гликозидных связей.

•   Переваривание начинается в ротовой полости. а-Амилаза слюны расщепляет а-1,4-гликозидные связи, не гидролизует связи в дисахаридах. Оптимум рН амилазы – 6,8.
Крахмал расщепляется до декстринов и небольшого количества мальтозы.
Дисахариды ничем не гидролизуются.

• Кислый желудочный сок прекращает действие амилазы, лишь в глубине желудка идёт переваривание углеводов до мальтозы.

• Для переваривания полисахаридов в полости 12пк. работает панкреатическая α-амилаза, разрывающая в ранее образованных (слюнной амилазой) декстринах, в крахмале и гликогене внут-ие α1,4-связи. (рН =7,5-8,0) амилаза завершает перева-е крахмала  и гликогена до мальтозы.

§    В кишечном соке мальтаза, сахараза, лактаза осуществляют гидролиз дисахаридов на поверхности клеток и внутри энтероцитов у взрослых.                                                          

Кроме полостного, имеется еще и пристеночное пищеварение, которое осуществляют:

1. сахаразо-изомальтазный комплекс – в тощей кишке гидролизует альфа 1,2-, альфа 1,4-, альфа 1,6-гликозидные связи, расщепляет сахарозу, мальтозу мальтотриозу, изомальтозу,

2.  Бета-гликозидазный комплекс – гидролизует альфа 1,4-гликозидные связи между галактозой и глюкозой (лактозу).

3. гликоамилазный комплекс – находится в нижних отделах тонкого кишечника и расщепляет альфа 1,4-гликозидные связи в олигосахаридах с восстанавливающего конца.

Гидролиз всех дисахаридов происходит на пов-ти кл-к киш-ка и катализируется спец-ми ферментами: сахаразой, лактазой, мальтазой и изомальтазой. Эти  гликозидазы синтезируются в клетках кишечника.

Мальтаза гидролизует  а-1,4- гликозидные связи в олигосахаридах Лактаза киш.с. гидролизует  в-1,4 –глик-д связи м\у галактозой и глюк-й в лактозе.

Глюкоза из энтероцитов перемещается во внеклеточную жидкость и далее в кровь с помощью облегченной диффузии. Поступающая из кишечника глюкоза кровью воротной вены транспортируется в печень, где часть ее задерживается, а часть через общий кровоток поступает в клетки других органов и тканей, при помощи белков-переносчиков:

1. ГЛЮТ-1 - плацента, мозг, почки, толстый к., мышцы

2. ГЛЮТ-2 – печень

3. ГЛЮТ-3 – многие ткани + мозг, почки

4. ГЛЮТ-4 – скелетной и сердечной мышце, жировая ткань

5. ГЛЮТ-5 – в тонкой кишке (переносчик фруктозы)

Нарушение переваривания

1. НАРУШЕНИЕ СИНТЕЗА и/или свойств сахаразы, мальтазы, лактазы в энтероцитах => непереносимость дисахаридов (брожение - накопление газов и молочной кислоты, вздутие живота, жидкий пенистый обесцвеченный кал, обезвоживание организма, потеря веса)

2. СЕКРЕТОРНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ (хронический панкреатит, фиброз, кисты) => нехватка -амилазы

3. ПАРАЗИТАРНЫЕ БОЛЕЗНИ (лямблиоз) => наруш. перевар-я полисахаридов и всасывания продуктов

 

Эндокринные расстройства

1. ГИПЕРИНСУЛИНИЗМ
- опухоль ПЖЖ – аденома, инсулинома, CR
- состояние после пилоропластики => быстрое попадание и всасывание глюкозы в тонком кишечнике => выброс
инсулина => гипогликемия
- прием алкоголя (выброс инсулина, угнетение глюконеогенеза => гипогликемия)

2. ПЕРЕДОЗИРОВКА инсулина или сахароснижающих препаратов, голодание после их приема (чаще при СД-I)

3. НЕДОСТАТОК КОНТРАИНСУЛЯРНЫХ ГОРМОНОВ:
-гипокортицизм (болезнь Аддисона)
-гипотиреоз (первичный, вторичный)

Заболевания печени и почек

1. ПЕЧЕНЬ (гипогликемия встречается редко):
- цирроз, жировая дистрофия печени,
- действие гепатотропных ядов, быстрая массивная деструкция клеток => нарушение синтеза и распада гликогена, невозможность поддержания нормального уровня глюкозы в крови

2. ПОЧКИ:
- канальцевый диабет (наруш реабсорбции глюкозы в кл-х почечных канальцев, потери с мочой)
- терминальная ХПН (глюконеогенеза, распада инсулина)

 

 

Биосинтез гликогена. Этапы и ферменты гликогенеза. Основные пути распада гликогена. Ключевые ферменты синтеза и распада гликогена. Регуляция обмена гликогена. Нарушения обмена гликогена. Гликогенозы.

Синтез гликогена начинается с образования глюкозо-6-фосфата под действием глюкокиназы в печени или других гексокиназ в остальных тканях.

Гликоген печени расщепляется при снижении концентрации глюкозы в крови, прежде всего при кратком голодании между приемами пищи. Через 12-18 часов голодания запасы гликогена в печени полностью истощаются. Также распад гликогена в печени происходит при мышечной нагрузке под влиянием адреналина и, если развивается рабочая гипогликемия, глюкагона.

Может проходить 2 путями:

1. Гидролитический – при участии амилазы с образованием декстринов и даже свободной глюкозы

2. Фосфоролитический – под действием фосфорилазы с образованием глюкозо-1-фосфата. Это осн-й путь

Ключевые ферменты синтеза гликогена:
-глюкокиназа/ гексокиназа
- Глюкозо-1-фосфат-уридилтрансфераза
-гликогенсинтаза