Баланс АТФ при аэробном гликолизе. Суммарный эффект аэробного гликолиза составляет (5х2)-2=8 АТФ. Выход АТР при аэробном распаде глюкозы до конечных продуктов - 38 моль АТФ.
Глюкоза в аэробных условиях сгорает в клетках с образованием конечных продуктов - воды и углекислого газа. При окислении 1 моль глюкозы будет выделено 38 молекул АТФ, а при окислении 1 глюкозного остатка гликогена - 39 молекул.
46. Сахароза, мальтоза, лактоза, их обмен. Наслед-ые наруш-я обмена моно- и дисахаридов. Причины, биохим-ие проявления
Сахароза -- дисахарид, состоящий из б-D-глюкозы и в-D-фруктозы, соединенных б,в-1,2 гликозидной связью. Сахароза -- растворимый дисахарид, привлекающий человека своим сладким вкусом. Источником сахарозы служат растения, особенно такие, как сахарная свекла, сахарный тростник. Последнее объясняет возникновение тривиального названия сахарозы -- тростниковый или свекловичный сахар, широко используемый людьми в пищевом рационе.
Лактоза -- молочный сахар, является важнейшим дисахаридом молока млекопитающих. В коровьем молоке содержится до 5% лактозы, в женском молоке -- до 8%. В лактозе аномерная ОН-группа первого углеродного атома остатка D-галактозы связана в-гликозидной связью с четвертым углеродным атомом D-глюкозы (в-1,4-связь).
Мальтоза поступает с продуктами, содержащими частично гидролизованный крахмал, например солод, пиво. Мальтоза также образуется при расщеплении крахмала в кишечнике. Мальтоза состоит из двух остатков D-глюкозы, соединенных б-1,4-гликозидной связью.
Нарушения переваривания и всасывания углеводов. В основе патологии переваривания и всасывания углеводов могут быть причины двух типов: 1)дефекты ферментов, участвующих в гидролизе углеводов в кишечнике; 2) нарушение всасывания продуктов переваривания углеводов в клетки слизистой оболочки кишечника. В обоих случаях возникает осмотическая диарея, которую вызывают нерасщеплённые дисахариды или невсосавшиеся моносахариды. Всё вместе приводит к притоку воды в кишечник, увеличению объёма кишечного содержимого, усилению перистальтики, спазмам и болям, а также метеоризму.
Существуют две наиболее встречающиеся формы нарушения переваривания дисахаридов в кишечнике - дефект лактазы (в-гликозидазного комплекса) и сахаразы (сахаразо-изомальтазного комплекса), которые называются непереносимость лактозы и сахарозы. Приобретенная недостаточность. Наследственная недостаточность. При наследственной (первичной) патологии лактазы симптомы проявляются после первых кормлений. Патология сахаразы обнаруживается позднее, при введении в рацион сладкого. Недостаточность лактазы может проявляться не только у младенцев, но и в подростковом и взрослом возрасте, что является физиологическим возрастным изменением. Патогенез: Отсутствие гидролиза соответствующих дисахаридов приводит к осмотическому эффекту и задержке воды в просвете кишечника. Кроме этого, сахара активно потребляются микрофлорой толстого кишечника и метаболизируют с образованием органических кислот (масляная, молочная) и газов. Из-за этого симптомами являются диарея, срыгивания, метеоризм, вспучивание живота, его спазмы и боли, атопический дерматит.
47. Свойства и распространение гликогена как резервного полисахарида. Биосинтез гликогена
Многие ткани синтезируют в качестве резервной формы глюкозы гликоген. Синтез и распад гликогена обеспечивают постоянство концентрации глюкозы в крови и создают депо для ее использования тканями по мере необходимости. Молекула гликогена малорастворима и, следовательно, не влияет на осмотическое давление в клетке. Это обстоятельство объясняет, почему в клетке депонируется гликоген, а не свободная глюкоза. Гликоген хранится в цитозоле клетки в форме гранул.
С гранулами связаны и некоторые ферменты, участвующие в метаболизме гликогена, что облегчает их взаимодействие с субстратами. Разветвленная структура гликогена обеспечивает появление большого количества концевых участков. Это способствует работе ферментов, отщепляющих или присоединяющих мономеры при распаде или синтезе гликогена, так как молекулы ферментов могут одновременно работать на нескольких ветвях полисахарида.
Гликоген депонируется главным образом в печени и скелетных мышцах. После приема пищи, богатой углеводами, запас гликогена в печени может составлять примерно 5% от ее массы. Мышцы могут запасать до 1% гликогена, но так как масса мышечной ткани значительно больше, чем в печени, то и количество гликогена мышц больше. В организме может содержаться до 450 г. гликогена.
Распад гликогена печени служит в основном для поддержания уровня глюкозы в крови в постабсорбтивном периоде.
Гликоген синтезируется в период пищеварения (1-2 часа после приема углеводной пищи). Синтез гликогена из глюкозы (рис. 8.6) как всякий анаболический процесс, является эндергоническим.
Синтез гликогена (ГЛИКОГЕНЕЗ)
Включение одной молекулы глюкозы в синтезирующуюся молекулу гликогена требует затраты энергии двух молекул АТФ.
Регуляция синтеза гликогена осуществляется через регуляцию активности гликоген-синтазы. Гликогенсинтаза в клетках присутствует в двух формах: гликогенсинтаза в (D) -- фосфорилированная неактивная форма, гликогенсинтаза а (I) -- нефосфорилированная активная форма. Глюкагон в гепатоцитах и кардиомиоцитах по аденилатциклазному механизму инактивирует гликогенсинтазу. Аналогично действует адреналин в скелетных мышцах. Гликогенсинтаза D может аллостерически активироваться высокими концентрациями глюкозо-6-фосфата. Инсулин активирует гликогенсинтазу. Итак, инсулин и глюкоза стимулируют гликогенез, адреналин и глюкагон -- тормозят.
Схема синтеза гликогена
48. Мобилизация гликогена в печени и мышцах, химизм, регуляция, биол-ое знач-е. Нарушение процессов мобилизации гликогена
Распад гликогена в мышцах происходит при мышечных сокращениях, а в печени -- при голодании и в перерывах между приёмами пищи. Основной механизм гликогенолиза -- фосфоролиз (расщепление -1,4-гликозидных связей с участием фосфорной кислоты и гликогенфосфорилазы).
Схема фосфоролиза гликогена:
Различия гликогенолиза в печени и мышцах. В гепатоцитах есть фермент глюкозо-6-фосфатаза и образуется свободная глюкоза, которая поступает в кровь. В миоцитах нет глюкозо-6-фосфатазы. Образовавшийся глюкозо-6-фосфат не может выйти из клетки в кровь (фосфорилированная глюкоза не проходит цитоплазматическую мембрану) и используется на нужды миоцитов.
Регуляция гликогенолиза. Глюкагон и адреналин стимулируют гликогенолиз, инсулин -- тормозит.
Гликогеновые болезни - это наследственные заболевания, обусловленные недостаточностью каких-либо ферментов, отвечающих за метаболизм гликогена. Могут быть нарушены обе стороны обмена: как синтез гликогена, так и его распад. В настоящее время гликогенозы делят по патогенетическому признаку на печеночные, мышечные и смешанные формы.
Печеночные гликогенозы. Самый частый гликогеноз I типа или болезнь фон Гирке обусловлен аутосомно-рецессивным дефектом глюкозо-6-фосфатазы. 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. Гликогеноз III типа или болезнь Форбса-Кори - это аутосомно-рецессивный дефект амило-б1,6-глюкозидазы, "деветвящего" фермента, гидролизующего б1,6-гликозидную связь. Гликогеноз IV типа (болезнь Андерсена), связанный с дефектом ветвящего фермента и гликогеноз VI типа (болезнь Херса), связанный с дефицитом печеночной фосфорилазы гликогена.
Мышечные гликогенозы. 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) - отсутствие мышечной фосфорилазы.
Смешанные гликогенозы. Эти заболевания касаются и печени, и мышц, и других органов. Гликогеноз II типа (болезнь Помпе) - поражаются все гликогенсодержащие клетки из-за отсутствия лизосомальной б-1,4-глюкозидазы. Происходит накопление гликогена в лизосомах и в цитоплазме. Заболевание составляет почти 10% всех гликогенозов и является наиболее злокачественным.
Агликогенозы - состояния, связанные с отсутствием гликогена. В качестве примера агликогеноза можно привести наследственный аутосомно-рецессивный дефицит гликоген-синтазы. Болезнь несмертельна при адекватном лечении (частое кормление), хотя и опасна.
49. Содержание глюкозы в крови: источники, регуляция гормонами. Гипо- и гипергликемия, причины. Регуляция глюкозы в крови
Результат регуляции метаболических путей превращения глюкозы - постоянство концентрации глюкозы в крови. У здорового человека на тощак концентрация глюкозы в артериальной крови в течение суток поддерживается на постоянном уровне 60-100 мг/дл (3,3-5,5 ммоль/л). После приёма углеводной пищи уровень глюкозы возрастает в течение примерно 1 ч до 150 мг/дл (алиментарная гипергликемия), а затем возвращается к нормальному уровню (примерно через 2 ч).
При конц-ии глюкозы в крови 9-10 ммоль/л глюкоза начинает выводиться с мочой - глюкозурия. В норме глюкоза в моче не определяется. Более половины всей глюкозы (60%), поступающей из кишечника в воротную вену, поглощается печенью. Около 2/3 этого количества откладывается в печени в форме гликогена, остальная часть превращается в жиры и окисляется, обеспечивая синтез АТФ. Ускорение этих процессов инициируется повышением инсулинглюкагонового индекса. Другая часть глюкозы, поступающей из кишечника, попадает в общий кровоток. Примерно 2/3 этого количества поглощается мышцами и жировой тканью. Это обусловлено увеличением проницаемости мембран мышечных и жировых клеток для глюкозы под влиянием высокой концентрации инсулина. Глюкоза в мышцах откладывается в форме гликогена, а в жировых клетках превращается в жиры. Остальная часть глюкозы общего кровотока поглощается другими клетками (инсулинонезависимыми).
Регуляция: Нервная регуляция концентрации глюкозы в крови выражается в положительном влиянии n.vagus на секрецию инсулина и тормозящем влиянии на этот процесс симпатической иннервации. Кроме этого, выделение адреналина в кровь подвержено симпатическим влияниям.
Основными факторами гормональной регуляции являются глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды, соматотропный гормон с одной стороны, и инсулин с другой. Все гормоны, кроме инсулина, влияя на печень, увеличивают гликемию. Инсулин является единственным гормоном орг-ма, действие которого нацелено на снижение уровня глюкозы крови. При его влиянии глюкозу усиленно поглощают мышцы и жировая ткань.
Многие ткани совершенно нечувствительны к действию инсулина, их называют инсулиннезависимыми. К ним относятся нервная ткань, стекловидное тело, хрусталик, сетчатка, клубочковые клетки почек, эндотелиоциты, семенники и эритроциты.
Глюкагон повышает содержание глюкозы крови.
Адреналин вызывает гипергликемию (активируя мобилизацию гликогена).
Глюкокортикоиды повышают глюкозу крови.
Гипергликемические состояния. Не представляют острой угрозы для жизни, но если уровень глюкозы от 16 до 22 ммоль/л сохраняется несколько дней, то глюкозы уходит из организма с мочой это влечет одновременную потерю воды и электролитов приводит к прогрессирующей дегидратации и уменьшению объёма крови, понижению кровяного давления, шоку, коме. Длительная гипергликемия - главная причина осложнений при сахарном диабете. Высокий уровень глюкозы вызывает неферментативное гликозилирование белков. В норме их 6%, при патологии в 2-3 раза больше. Гликозилированные белки изменяют свою конформацию, поверхностный заряд, в следствии этого изменяются свойства белков и их взаимодействие с лигандами (гликозилированный гемоглобин имеет высокое сродство к О2, в рез-те О2 не поступает в кл, разв-ся гипоксия). Гипергликемическим является состояние, при котором концентрация глюкозы в крови более 6 ммоль/л. По происхождению выделяют две группы таких состояний:
Физиологические 1)алиментарные - связаны с приемом пищи и продолжаются в норме не более 2 часов после еды. 2) нейрогенные - нервное напряжение, стимулирующее секрецию адреналина и мобилизацию гликогена в печени, 3) гипергликемия беременных - связана с относительной недостаточностью инсулина при увеличении массы тела и потребностью плода в глюкозе.
Патологические 1)при заболеваниях гипофиза, коры и мозгового слоя надпочечников, щитовидной железы, связанных с избытком гликемических гормонов, 2)при органических поражениях ЦНС, поражении в-клеток поджелудочной железы.
Гипогликемические состояния. Гипогликемия опасна для жизни. Если глюкоза снижается от 2,2 до 2,7 ммоль/л и остается таковой в течении 10 минут, это может привести к необратимому повреждению кл мозга., т.к. в кач-ве источника Е мозг исп-ет исключительно глюкозу (в обычных условиях) Гипогликемическим является состояние, при котором концентрация глюкозы в крови ниже 3,5 ммоль/л. Причиной гипогликемий может явиться:
Физиологические краткое или долгосрочное голодание, малоуглеводная диета.
Патологические 1)гиперинсулинизм в результате передозировки или инсулиномы (инсулинпродуцирующая опухоль) или избыточной активности инсулиназы (синдром Мак-Куорри),
2) гликогенозы, 3) недостаток гликемических гормонов при гипопитуитаризме, аддисоновой болезни,