Лекция 8. Углеводы. Обмен углеводов
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Лекция 8. Углеводы. Обмен углеводов.

Строение, свойства и функции основных моно-, олиго- и полисахаридов. Общие пути обмена глюкозы в клетке.

Синтез и распад гликогена. Механизм ветвления гликогена. Ковалентная модификация и аллостерическая регуляция гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. Механизм синхронизации мышечного сокращения и гликогенолиза. Гликогенозы.

Гликолиз: последовательность реакций. Гликолитическая оксидоредукция. Субстратное фосфорилирование.

Ключевые реакции глюконеогенеза. Аллостерическая регуляция ферментов гликолиза и глюконеогенеза. Роль фруктозо-2,6-бисфосфата.

Реакции пентозофосфатного пути превращения глюкозы. Образование восстановительных эквивалентов и рибозы.

Метаболизм фруктозы и галактозы. Регуляция уровня глюкозы в крови. Источники глюкозы крови. Цикл Кори и глюкозо-аланиновый цикл. Почечный порог для глюкозы, глюкозурия. Толерантность к глюкозе.

Краткое содержание Конспект

Синтез и распад гликогена. Механизм ветвления гликогена. Ковалентная модификация и аллостерическая регуляция гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. Механизм синхронизации мышечного сокращения и гликогенолиза. Гликогенозы

Гликоген – главная форма запасания углеводов у животных и человека. Накапливается гликоген главным образом в печени (до 6% от массы печени) и в скелетных мышцах, где его содержание редко превышает 1%. Запасы гликогена в скелетных мышцах ввиду значительно большей массы последних превышают его запасы в печени. Гликоген присутствует в цитозоле в форме гранул диаметром от 10 до 40 нм. Функции гликогена в печени и мышцах Образование УДФ-глюкозы Образованная УДФ-глюкоза далее используется как донор остатка глюкозы при синтезе гликогена. Эту реакцию катализирует фермент гликогенсинтаза (глюкозилтрансфераза). Поскольку гликоген в клетке никогда не расщепляется полностью, синтез гликогена осуществляется путём удлинения уже имеющейся молекулы полисахарида, называемой «затравкой», или «праймер». К «затравке» последовательно присоединяются молекулы глюкозы. В состав «затравки» может входить белок гликогенин, в котором к ОН-группе одного из тирозиновых остатков присоединена олигосахаридная цепочка, состоящая из 8 остатков глюкозы. Разветвлённая структура гликогена образуется при участи фермента амило-1,4→1,6-гликозилтрансферазы (фермент ветвления).   Распад гликогена (гликогенолиз) Стадией, лимитирующей скорость гликогенолиза, является реакция, катализируемая фосфорилазой: (С6)n + Pi → (С6)n-1 + Глюкозо-1-фосфат                                  Гликоген  Гликоген Фермент специфично катализирует фосфоролитическое расщепление (фосфоролиз) (1→4)-связей гликогена, продуктом является глюкозо-1-фосфат. Остатки глюкозы отщепляются от дальних концов молекулы гликогена до тех пор, пока на ветвях, идущих от точки ветвления ([1→6]-связи), не останется примерно по 4 остатка глюкозы. Другой фермент (α-[1→4] → α-[1→4]-глюкантрансфераза) переносит трисахаридный фрагмент с одной цепи на другую, экспонируя (1→6)-пункт ветвления. Гидролитическое расщепление (1→6)-связей осуществляет деветвящий (дебранчинг) фермент (амило-[1→6]-глюкозидаза); по-видимому, это второй вид активности глюкантрансферазы. После удаления ветви на цепь гликогена снова действует фосфорилаза. Совместное действие фосфорилазы и других рассмотренных выше ферментов приводит к полному распаду гликогена. Реакция, катализируемая фосфоглюкомутазой, обратима; поэтому из глюкозо-1-фосфата может образовываться глюкозо-6-фосфат. В печени и почках (но не в мышцах) имеется специфический фермент глюкозо-6-фосфатаза, отщепляющий фосфат от глюкозо-6-фосфата. Образовавшаяся глюкоза диффундирует из клеток в кровь. Это заключительная стадия гликогенолиза в печени, приводящего к повышению содержания глюкозы в крови. Ковалентная модификация и аллостерическая регуляция гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы
    Кружками обозначены молекулы фермента: активные – чёрные, неактивные – белые.     ФП – фосфатаза (ГР) – фосфопротеин-фосфатаза гранул гликогена  

 

Синтез и распад гликогена

  1 – гексокиназа или глюкокиназа (печень); 2 – УДФ-глюклпирофосфорилаза; 3 – гликогенсинтаза; 4 – амило-1,4→1,6-гликозилтрансфераза (фермент ветвления); 5 – гликогенфосфорилаза; 6 – «деветвящий» фермент; 7 – глюкозо-6-фосфатаза (печень); 8 – транспортные системы ГЛЮТ.  

 

Гликогенозы (болезни, связанные с накоплением гликогена)

Термин «гликогеноз» является общим для группы наследственных заболеваний, характеризующихся отложением в тканях либо ненормально больших количеств гликогена, либо необычных его видов.

При гликогенозе I типа (болезнь Гирке) клетки печени и извитых почечных канальцев заполнены гликогеном, однако эти запасы оказываются недоступными: об этом свидетельствует гипогликемия, а также отсутствие повышения уровня глюкозы в крови в ответ на адреналин и глюкагон. Обычно у этих больных развиваются кетоз и гиперлипемия, что вообще характерно для состояния организма при недостатке углеводов. В печени, почках и тканях кишечника активность глюкозо-6-фосфатазы либо крайне низка, либо вообще отсутствует.

Гликогеноз II типа (болезнь Помпа) ведет к фатальным последствиям и характеризуется отсутствием лизосомальной α-(1→4)- и (1→6)-глюкозидазы (кислой мальтазы), функцией которой является деградация гликогена, предотвращающая его накопление в лизосомах.

Гликогеноз III типа (лимитдекстриноз; болезнь Форбса или болезнь Кори) характеризуется отсутствием деветвящего фермента; в результате накапливается характерный разветвленный полисахарид (остаточный декстрин).

Гликогеноз IV типа (амилопектиноз; болезнь Андерсен) характеризуется отсутствием ветвящего фермента, в результате чего накапливается полисахарид, содержащий незначительное число ветвей. Обычно летальный исход наступает из-за сердечной или печеночной недостаточности в первый год жизни.

Отсутствие мышечной фосфорилазы (миофосфорилазы) является причиной гликогеноза V типа (миофсофорилазная недостаточность; синдром Мак-Ардля). У больных наблюдается пониженная выносливость к физическим нагрузкам. Хотя в их скелетных мышцах имеется аномально высокое содержание гликогена2,5-4,1%), в крови после выполнения физической работы почти или вообще не обнаруживается лактат.

Описаны гликогенозы, связанные с недостаточностью фосфорилазы в печени (гликогеноз VI типа), недостаточностью фосфофруктокиназы в мышцах и эритроцитах (гликогенез VII типа; болезнь Таруи), а также гликогеноз, обусловленный недостаточностью киназы фосфорилазы. Сообщалось также о случаях недостаточности аденилаткиназы и сАМР-зависимой протеинкиназы.

 

 

Катаболизм гликогена

    В рамке – фрагмент гликогена с точкой ветвления.     Закрашенный кружок – глюкозный остаток, связанный α-1,6-гликозидной связью.     Светлые и заштрихованные кружки – глюкозные остатки в линейных участках и боковых ветвях, связанные α-1,4-гликозидной связью.   1 – гликогенфосфорилаза;   2 – олигосахарид-трансфераза;   3 – α-1,6-глюкозидаза.

Мобилизация гликогена

Зелёные кружочки – глюкозный остаток, связанный α1,6-гликозидной связью;

Красные кружки – гликозидные остатки в линейных участках и боковых ветвях, связанные α1,4-гликозидной связью.

1 – реакции фосфоролиза – отщепление глюкозного остатка в форме глюкозо-1-фосфата. В реакции используется неорганический фосфат;

2 – перенос трёх мономеров, оставшихся неотщеплёнными до точки ветвления, на нередуцирующий конец цепи и удлинение этой цепи;

3 – отщепление глюкозного остатка в точе ветвления (гидролиз α1,6-гликозидной связи) и образование свободной глюкозы;

4 – повторяющееся действие гликогенфосфорилазы и других ферментов с образованием основного продукта – глюкозо-1-фосфата;

5 – образование глюкозо-6-фосфата и использование его в печени и мышцах.

Инозитолфосфатный механизм регуляции синтеза и распада гликогена в печени адреналином и Са2+

 

 

1 - взаимодействие адреналина с α1-рецептором передает сигнал через инозитолфосфатную систему. Это сопровождается активацией фосфолипазы С, мобилизацией Сa2+ из ЭР и активацией протеинкиназы С (ПКС).

2 - протеинкиназа С фосфорилирует гликогенсинтазу и переводит ее в неактивное состояние.

3 - комплекс 4Са2+-кальмодулин активирует киназу фосфорилазы и кальмодулинзависимые протеинкиназы.

4 - киназа фосфорилазы фосфорилирует гликогенфосфорилазу и тем самым ее активирует.

5 - гликогенфосфорилаза катализирует первую реакцию распада гликогена.

Реакции пентозофосфатного пути превращения глюкозы. Образование восстановительных эквивалентов и рибозы.

Пентозофосфатный путь Пентозофосфатный цикл (фосфоглюконатный путь) не приводит к синтезу АТР, он выполняет две главные функции: 1) образование NADPH для восстановительных синтезов, таких, как синтез жирных кислот и стероидов; 2) обеспечение рибозой синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Недостаточность ряда ферментов пентозофосфатного пути является причиной гемолиза эритроцитов. Например, одна из форм гемолитической анемии обусловлена недостаточностью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Метаболическое значение пентозофосфатного пути   Сравнение с гликолизом Пентозофосфатный путь существенно отличается от гликолиза. Окисление осуществляется на первой стадии, и в нем участвует не NAD, как в гликолизе, a NADP; одним .из продуктов пентозофосфатного пути является СО2, который в реакциях гликолиза не образуется. Наконец, пентозофосфатный путь не генерирует АТР. Образование восстановительных эквивалентов Значение метаболического пути для различных тканей можно оценить по его активности. Пентозофосфатный путь активно протекает в печени, жировой ткани, коре надпочечников, щитовидной железе, эритроцитах, семенниках и в молочных железах в период лактации; он неактивен в нелактирующей молочной железе и малоактивен в скелетных мышцах. Все ткани, в которых активность данного пути высока, используют в реакциях восстановительного синтеза NADPH, например в реакциях синтеза жирных кислот, стероидов, аминокислот (с участием глутаматдегидрогеназы) или восстановленного глутатиона в эритроцитах. Вероятно, в условиях активного липогенеза или при наличии любой системы, утилизирующей NADPH, возрастает активная деградация глюкозы по пентозофосфатному пути в связи с увеличением отношения NADP: NADPH. В условиях, которые возникают после приема пищи, может индуцироваться синтез глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы и 6-фосфоглюконатдегидрогеназы. Образование рибозы Пентозофосфатный путь поставляет рибозу для синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Источником рибозы является интермедиат рибозо-5-фосфат, который в реакции с АТР образует PRPP, используемый в биосинтезе нуклеотидов. Мышечная ткань содержит очень малые количества глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и 6-фосфоглюконатдегидрогеназы. Тем не менее скелетная мышца способна синтезировать рибозу. Вероятно, это осуществляется при обращении неокислительной фазы пентозофосфатного пути, утилизирующей фруктозо-6-фосфат. Таким образом, синтез рибозы может осуществляться в ткани, если в ней протекает часть реакций пентозофосфатного пути.     Последовательность реакций пентозофосфатного пути: PRPP – 5-фосфорибозил-1-пирофосфат.

Лекция 8. Углеводы. Обмен углеводов.

Дата: 2018-11-18, просмотров: 551.