Węglowodany tkanek i pożywienia - metabolizm i funkcje (biochemia)

Węglowodany są częścią organizmów żywych i wraz z białkami, lipidami i kwasy nukleinowe określić specyfikę ich budowy i funkcjonowania. Węglowodany biorą udział w wielu procesach metabolicznych, ale przede wszystkim są głównymi dostawcami energii. Węglowodany stanowią około 75% masy pożywienia dzienna racja i ponad 50% dziennego zapotrzebowania kalorycznego. Węglowodany można podzielić na 3 główne grupy w zależności od liczby monomerów wchodzących w ich skład: monosacharydy; oligosacharydy; polisacharydy.

Ze względu na pełnioną funkcję węglowodany można podzielić na dwie grupy:

1. Węglowodany o przeważającej funkcji energetycznej. Należą do nich glukoza, glikogen, skrobia.

2. Węglowodany o głównie funkcji strukturalnej. Należą do nich glikoproteiny, glikolipidy, glikozaminoglikany, a w roślinach – błonnik.

Węglowodany pełnią szereg funkcji ważne funkcje:

1. Energia.

2. Strukturalne – wchodzą w skład błon, w których zawarte są glikozaminoglikany tkanka łączna, pentozy są częścią kwasów nukleinowych.

3. Metaboliczne - związki innych klas - lipidy, aminokwasy itp. - można syntetyzować z węglowodanów.

4. Ochronna – część immunoglobulin.

5. Receptor – część glikoprotein, glikolipidów.

6. Specyficzne – heparyna itp.

Tabela 16.1. Węglowodany pokarmowe (300 – 500 g dziennie)

Błonnik pokarmowy (błonnik) jest składnikiem komórki roślinne, które nie są rozkładane przez enzymy zwierzęce. Głównym składnikiem błonnika pokarmowego jest celuloza. Zalecane dzienne spożycie błonnika wynosi co najmniej 25 g.

Rola biologiczna błonnik

1. Wykorzystywany przez mikroflorę jelitową i zachowuje swój prawidłowy skład.

2. Adsorbuje wodę i zatrzymuje ją w jamie jelitowej.

3. Zwiększa objętość kału.

4. Normalizuje nacisk na ściany jelit.

5. Niektóre linki substancje toksyczne, powstający w jelitach, a także adsorbuje radionuklidy.

Trawienie węglowodanów

Ślina zawiera enzym α-amylazę, który rozszczepia wiązania α-1,4-glikozydowe wewnątrz cząsteczek polisacharydu.

Trawienie większości węglowodanów następuje w dwunastnicy pod działaniem enzymów soku trzustkowego - α-amylazy, amylo-1,6-glikozydazy i oligo-1,6-glikozydazy (końcowa dekstrynaza).

Enzymy rozszczepiające wiązania glikozydowe w disacharydach (disacharydazy) tworzą kompleksy enzymatyczne zlokalizowane na zewnętrznej powierzchni błony cytoplazmatycznej enterocytów.

Kompleks sacharoza-izomaltaza - hydrolizuje sacharozę i izomaltozę, rozszczepiając wiązania α-1,2 - i α-1,6-glikozydowe. Ponadto wykazuje działanie maltazy i maltotriazy, hydrolizując wiązania α-1,4-glikozydowe w maltozie i maltotriozie (trisacharydzie powstałym ze skrobi).

Kompleks glikoamylazy - katalizuje hydrolizę wiązań α-1,4 pomiędzy resztami glukozy w olisacharydach, działając od końca redukującego. Rozbija również wiązania w maltozie, działając jak maltaza.

Kompleks β-glikozydazy (laktaza) – rozszczepia wiązania β-1,4-glikozydowe w laktozie.

Trehalaza jest także kompleksem glikozydazy, który hydrolizuje wiązania między monomerami w trehalozie, disacharydzie występującym w grzybach. Trehaloza składa się z dwóch reszt glukozy połączonych wiązaniem glikozydowym pomiędzy pierwszymi anomerycznymi atomami węgla.

Wchłanianie monosacharydów w jelicie

Wchłanianie monosacharydów z jelita następuje poprzez ułatwioną dyfuzję za pomocą specjalnych białek nośnikowych (transporterów). Ponadto glukoza i galaktoza są transportowane do enterocytów na drodze wtórnego transportu aktywnego, zależnego od gradientu stężenia jonów sodu. Białka transportowe zależne od gradientu Na+ zapewniają wchłanianie glukozy ze światła jelita do enterocytów wbrew gradientowi stężeń. Stężenie Na+ potrzebne do tego transportu zapewnia Na+, K+-ATPaza, która działa jak pompa, wypompowując Na+ z komórki w zamian za K+. W przeciwieństwie do glukozy, fruktoza jest transportowana w sposób niezależny od gradientu sodu. Przy różnym stężeniu glukozy w świetle jelita działają różne mechanizmy transportu. Dzięki aktywnemu transportowi komórki nabłonkowe jelita mogą wchłaniać glukozę w bardzo niskich stężeniach w świetle jelita. Jeżeli stężenie glukozy w świetle jelita jest wysokie, wówczas może ona zostać przetransportowana do komórki na drodze ułatwionej dyfuzji. Fruktozę można również wchłaniać w ten sam sposób. Szybkość wchłaniania glukozy i galaktozy jest znacznie większa niż innych monosacharydów.

Transport glukozy z krwi do komórek

Pobieranie glukozy przez komórki z krwiobiegu następuje również poprzez dyfuzję ułatwioną. W związku z tym szybkość przezbłonowego przepływu glukozy zależy jedynie od gradientu jej stężenia. Wyjątek stanowią komórki mięśniowe i tłuszczowe, gdzie ułatwioną dyfuzję reguluje insulina.

Transportery glukozy (GLUT) znajdują się we wszystkich tkankach. Istnieje kilka odmian GLUT, ponumerowanych zgodnie z kolejnością ich odkrywania. Opisanych 5 typów GLUT ma podobną strukturę pierwotną i organizację domenową. GLUT-1 zapewnia stabilny dopływ glukozy do mózgu. GLUT-2 występuje w komórkach narządów wydzielających glukozę do krwi (wątroba, nerki). To przy udziale GLUT-2 glukoza przechodzi do krwi z enterocytów i wątroby. GLUT-2 bierze udział w transporcie glukozy do komórek β trzustki. GLUT-3 występuje w wielu tkankach i ma większe powinowactwo do glukozy niż GLUT-1. Zapewnia także stały dopływ glukozy do komórek układu nerwowego i innych tkanek. GLUT-4 – wektor główny glukozy do komórek mięśniowych i tkanki tłuszczowej. GLUT-5 występuje głównie w komórkach jelito cienkie. Jego funkcje nie są dobrze znane.

Wszystkie typy GLUT mogą być zlokalizowane zarówno w błonie komórkowej, jak i w pęcherzykach cytozolowych. GLUT-4 (w mniejszym stopniu GLUT-1) występują prawie w całości w cytoplazmie komórki. Działanie insuliny na takie komórki prowadzi do przemieszczania się pęcherzyków zawierających GLUT do błony komórkowej, fuzji z nią i wprowadzenia do błony transporterów. Dzięki temu możliwy jest ułatwiony transport glukozy do tych komórek. Po obniżeniu stężenia insuliny we krwi transportery glukozy ponownie przemieszczają się do cytoplazmy i zatrzymuje się dopływ glukozy do komórki.

Glukoza przedostaje się do komórek wątroby przy udziale GLUT-2, niezależnie od insuliny. Chociaż insulina nie wpływa na transport glukozy, zwiększa napływ glukozy do hepatocytów podczas trawienia pośrednio, indukując syntezę glukokinazy i tym samym przyspieszając fosforylację glukozy.

Transport glukozy z moczu pierwotnego do komórek kanalików nerkowych następuje poprzez wtórny transport aktywny. Dzięki temu glukoza może przedostać się do komórek kanalików, nawet jeśli jej stężenie w moczu pierwotnym jest mniejsze niż w komórkach. Glukoza jest prawie całkowicie wchłaniana z moczu pierwotnego (99%) w końcowej części kanalików.

Znane są różne zaburzenia w funkcjonowaniu transporterów glukozy. Dziedziczny defekt tych białek może leżeć u podstaw cukrzycy insulinoniezależnej.

Zaburzenia trawienia i wchłaniania węglowodanów

Patologia trawienia i wchłaniania węglowodanów może mieć dwa rodzaje przyczyn:

1. Wady enzymów biorących udział w hydrolizie węglowodanów w jelicie.

2. Upośledzone wchłanianie produktów trawienia węglowodanów do komórek błony śluzowej jelit.

W obu przypadkach dochodzi do biegunki osmotycznej, której przyczyną są nierozszczepione disacharydy lub niewchłonięte monosacharydy. Termin „zespół złego wchłaniania” odnosi się do niewystarczającego wchłaniania strawionych produktów węglowodanowych. Ponieważ jednak objawy kliniczne niedostatecznego trawienia i wchłaniania są podobne, termin „złe wchłanianie” odnosi się do obu typów zaburzeń.

Metabolizm fruktozy

Znaczna ilość fruktozy powstająca podczas rozkładu sacharozy jest przekształcana w glukozę w komórkach jelitowych przed wejściem do układu żyły wrotnej. Pozostała część fruktozy wchłaniana jest za pomocą białka nośnikowego, tj. poprzez dyfuzję ułatwioną.

Istnieją dwa możliwe sposoby przekształcania fruktozy, z których głównym jest jej fosforylacja przy pierwszym atomie węgla przez enzym fruktokinazę z wytworzeniem fruktozo-1-fosforanu.

Drugą drogą konwersji fruktozy jest fosforylacja szóstego atomu węgla przez heksokinazę z wytworzeniem fruktozo-6-fosforanu, który następnie ulega izomeryzacji do glukozo-6-fosforanu. Jednak powinowactwo heksokinazy do glukozy jest 20 razy większe niż do fruktozy, więc proces ten zachodzi słabo.

Możliwe dziedziczne zaburzenia metabolizmu fruktozy na skutek defektów dwóch enzymów.

1. Fruktozurię niezbędną obserwuje się przy defektze fruktokinazy wątrobowej. Upośledzona jest fosforylacja fruktozy, co objawia się zwiększeniem zawartości fruktozy we krwi (fruktozemia) i jej wydalaniem z moczem (fruktozuria). Choroba przebiega bezobjawowo.

2. Dziedziczna nietolerancja fruktozy jest konsekwencją genetycznie uwarunkowanego defektu enzymu aldolazy fruktozo-1-fosforanowej. Objawia się drgawkami, wymiotami, hipoglikemią, uszkodzeniem wątroby, nerek i mózgu. Kończy się śmiercią. Hipoglikemia jest konsekwencją hamowania enzymów fosforylazy, aldolazy, fruktozo-1,6-difosforanu i fosfoglukomutazy przez fruktozo-1-fosforan, który gromadzi się we krwi i tkankach, co zakłóca zaopatrzenie komórek w energię.

Metabolizm galaktozy

Galaktoza powstaje w jelitach w wyniku hydrolizy laktozy.

Zaburzony metabolizm galaktozy występuje w chorobie dziedzicznej galaktozemii. To konsekwencja wada wrodzona enzym urydylotransferaza heksozo-1-fosforanu. Galaktozemia objawia się wkrótce po urodzeniu, gdy tylko dziecko zaczyna otrzymywać mleko, w postaci wymiotów, biegunki, odwodnienia, utraty wagi i żółtaczki. Zwiększa się stężenie galaktozy i galaktozo-1-fosforanu we krwi, moczu i tkankach. Wkrótce po urodzeniu rozwija się zaćma soczewki, powiększenie wątroby, uszkodzenie nerek i mózgu, a w ciężkich przypadkach możliwa jest śmierć.

W znacznie rzadszych przypadkach przyczyną galaktozemii mogą być dziedziczne defekty innych enzymów metabolizmu galaktozy – galaktokinazy i UDP-glukozo-4-epimerazy. Objawy kliniczne wady te są mniej wyraźne.

Metabolizm laktozy

Laktoza, disacharyd występujący wyłącznie w mleku, składa się z galaktozy i glukozy. Laktoza jest syntetyzowana wyłącznie przez komórki wydzielnicze gruczołów ssaków podczas laktacji. Występuje w mleku w ilościach od 2% do 6% w zależności od gatunku ssaka.

Synteza laktozy opiera się na glukozie i UDP-galaktozie. Ze względu na odwracalne działanie enzymu UDP-glukozo-4-epimerazy następuje wzajemna konwersja:

UDP-glukoza ↔ UDP-galaktoza.

syntetaza laktozowa

UDP-galaktoza + glukoza → laktoza + UDP.

Syntetaza laktozowa składa się z dwóch podjednostek: katalitycznej i modyfikującej. Podjednostką modyfikującą jest α-laktoalbumina.

Upośledzone trawienie laktozy w jelicie może być dziedziczne lub nabyte. Dziedziczny niedobór laktazy występuje stosunkowo rzadko. Po wypiciu mleka obserwuje się wymioty, biegunkę, skurcze i bóle brzucha oraz wzdęcia. Objawy pojawiają się natychmiast po urodzeniu. Drugim rodzajem tej patologii jest niedobór laktazy wynikający ze zmniejszenia ekspresji genu enzymu w ontogenezie. Typowe dla dorosłych i starszych dzieci. Jest to konsekwencja związanego z wiekiem spadku ilości laktazy. Objawy nietolerancji mleka są podobne forma dziedziczna niedobór laktozy. Ponadto występuje wtórny niedobór laktazy, który może być spowodowany chorobami jelit lub operacjami przewodu pokarmowego.

utleniają się zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych;

Ochronno-mechaniczne – główna substancja powierzchni trących stawów, naczyń krwionośnych, błon śluzowych;

Wspomagające – celuloza w roślinach, siarczan chondroityny w kościach;

Strukturalny - w tkance łącznej błona komórek bakteryjnych;

Hydroosmotyczne i regulujące jony - mukopolisacharydy mają wysoką zawartość

wysoka hydrofilowość, ładunek ujemny, a co za tym idzie, retencja

H2O, Ca2+, Mg2+, Na+ żyją w substancji międzykomórkowej i decydują o napięciu skóry i elastyczności tkanek;

Kofaktor – heparyna jest kofaktorem lipazy lipoproteinowej osocza krwi i enzymów krzepnięcia krwi (inaktywuje trombokinazę).

KLASYFIKACJA

MONOSACHARYDY

Monosacharydy to węglowodany, których nie można hydrolizować do większej ilości

proste formy. Z kolei są podzieleni

w zależności od liczby atomów węgla zawartych w ich cząsteczce: triozy, tetrozy, pentozy, heksozy, heptozy, oktozy:

w zależności od obecności grupy aldehydowej lub ketonowej: ketozy i aldo-

Pochodne monosacharydów

W przyrodzie istnieje ogromna liczba pochodnych

zarówno monosacharydy wymienione powyżej, jak i inne. Kwasy uronowe– pochodne heksoz posiadające 6po-

grupy karboksylowe, na przykład kwasy glukuronowy, galakturonowy, iduronowy, askorbinowy.

Cukier aminowy– zawierające pochodne monosacharydów

grupy aminowe, na przykład glukozamina lub galaktozamina. Te pochodne są koniecznie zawarte w disacharydzie

składniki polisacharydów proteoglikanów. Szereg antybiotyków

kleszcze ( erytromycyna. karbomycyna) zawierają aminocukry.

Glikozydy– związki powstałe w wyniku kondensacji

połączenie monosacharydu (wolnego lub będącego częścią polisacharydu) z grupą hydroksylową innego związku, które

może być dowolną substancją monosacharydową lub niewęglowodanową

charakter (aglikon), na przykład metanol, glicerol, sterol, fenol. Składniki zawarte w kompozycji mają ogromne znaczenie kliniczne.

naparstnice glikozydy nasercowe. Jako aglikon

DIZACHARYD

Disacharydy to węglowodany, które po hydrolizie dają dwa identyczne lub

różne cząsteczki monosacharydów.

Sacharoza– cukier stołowy, którego najwięcej znajdziemy w burakach cukrowych oraz

trzcina cukrowa, marchew, ananasy, sorgo.

Maltoza– produkt hydrolizy skrobi i glikogenu, występujący w słodzie, pro-

kiełki zbóż.

Laktoza-cukier mleczny występujący w mleku. W niektórych sytuacjach (na-

przykład. ciąża) mogą pojawić się w moczu.

Celobioza– produkt pośredni hydrolizy celulozy.Zdrowe mikro-

flora jelitowa jest zdolna do hydrolizy aż do 3/4 docierającej do niej celulozy

wolna glukoza, która jest albo zużywana przez same mikroorganizmy, albo wchłaniana do krwi.

POLISACHARYDY

Atrakcja homopolisacharydy. składające się z identycznych reszt monosacharydowych (skrobi, glikogenu, celulozy) i heteropolisacharydy(kwas hialuronowy, siarczany chondroityny), w tym różne monosacharydy.

Skrobia– homopolimer α-D-glukozy, występujący w zbożach, roślinach strączkowych, ziemniakach i niektórych innych warzywach. Prawie wszystkie rośliny są zdolne do syntezy skrobi.

Dwa główne składniki skrobi to amyloza(15-20%) i amylopektyna (80-85%). Amyloza jest nierozgałęzionym łańcuchem o masie cząsteczkowej od 5 do 500 tys. D, w którym reszty glukozy są połączone wyłącznie wiązaniami α-1-4-glikozydowymi. Amylopektyna ma masę co najmniej 1 miliona D i jest silnie rozgałęzioną cząsteczką zawierającą wiązania α-1-4- i α-1-6-glikozydowe oraz rozgałęzioną

fuzja następuje w wyniku przyłączenia małych łańcuchów glukozy do głównego

łańcuchy poprzez wiązania α-1-6-glikozydowe. Każda gałąź ma długość 24-30 reszt

kw glukoza. rozgałęzienia powstają po około 14-16 resztach glukozy w łańcuchu.

Oprócz struktury te dwa polimery różnią się od siebie właściwościami: po pierwsze. amyloza z jodem daje kolor niebieski, a amylopektyna daje kolor czerwono-fioletowy; po drugie, amyloza jest łatwiej rozpuszczalna w wodzie, np. w wodzie.

Po ugotowaniu ziemniaków do bulionu przedostaje się amyloza, która nadaje wodzie opalizujący odcień, podczas gdy amylopektyna pozostaje w samych ziemniakach.

Glikogen– rezerwowe polisacharydy tkanek zwierzęcych, w większości

przechowywana jest w wątrobie i mięśniach.Strukturalnie jest podobna do amylopektyny, ale po pierwsze długość rozgałęzień jest krótsza – 11-18 reszt glukozy, a po drugie jest bardziej rozgałęziona – cztero-

ciąć co 8-10 pozostałości. Dzięki tym cechom glikogen jest przechowywany w bardziej zwięzłej formie

żony, co jest ważne dla komórki zwierzęcej.

Celuloza jest najpowszechniejszym związkiem organicznym

biosfera. Około połowa węgla znajdującego się na Ziemi zawarta jest w jego składzie. W przeciwieństwie

W przeciwieństwie do poprzednich polisacharydów jest cząsteczką zewnątrzkomórkową, ma strukturę włóknistą i jest całkowicie nierozpuszczalny w wodzie. Jedyne połączenie w

jest to wiązanie β-1-4-glikozydowe.

Co ciekawe, wytrzymałość włókien celulozowych przewyższa wytrzymałość stali.

drut o tej samej średnicy, umożliwia to formowanie się włókien

bardzo silna struktura różnych roślin, wśród produktów spożywczych wystarczy wymienić warzywa takie jak marchew, kapusta, rzodkiewka, a wśród roślin dowolne drzewa.

Inulina– polisacharyd fruktozowy, występujący w korzeniach dalii, karczochów,

mniszek lekarski, Jest związkiem łatwo rozpuszczalnym. W praktyka lekarska jest używany do określenie zdolności oczyszczającej nerek – prześwit.

Dextrans– rezerwowy polisacharyd drożdży i bakterii.Głównym typem wiązania jest α-1-6-glikozydowy, a w miesiącu

rozgałęzienia max – wiązania α-1-4-glikozydowe, α-1-2- i

wiązania α-1-3-glikozydowe. W medycynie

rany są używane jako składnik substytut krwi na przykład w postaci lepkiej zawiesiny

roztwór z 0,9% NaCl - reopoliglucyna.

Glikozaminoglikany– cząsteczki polimeru, w których jako monomery,

stosuje się fragmenty disacharydowe zawierające kwasy uronowe i aminowe pochodne cukrów. Przykłady obejmują 4-siarczan chondroityny i 6-siarczan chondroityny, kwas hialuronowy,

siarczan keratanu, siarczan dermatanu, hepa-

rin. Cząsteczki te są częścią białka

oglikany – złożone białka, którego funkcją jest wypełnienie przestrzeni międzykomórkowej

przestrzeń i zatrzymywanie tu wody,

pełnią także funkcję smaru i składnika konstrukcyjnego stawów i innych

struktury tkankowe.

GLIKOPROTEINY

Istnieją dwie podklasy białek zawierających węglowodany: proteoglikany i glikoproteiny. Istnieją znaczne różnice między tymi podklasami:

Glikoproteiny			Proteoglikany
Udział węglowodanów 15-20%			Udział węglowodanów 80-85%
			Istnieją kwasy uronowe
Łańcuchy węglowodanowe		Łańcuchy węglowodanowe są niezwykle duże
ponad 15 linków
Węglowodany mają	nieregularny	Węglowodany są regularne
Struktura		Struktura

Więcej informacji można znaleźć w temacie „Białka złożone”.

Kwasy sialowe są acetylowymi pochodnymi neu-

kwas raminowy. Razem z aminocukrami wchodzą w skład glikoprotein.

GLIKOLIPIDY

Glikolipidy są szeroko reprezentowane w

tkanka nerwowa i mózg. Znajdują się na

zewnętrzną powierzchnię błon plazmatycznych, natomiast łańcuchy oligosacharydowe

skierowany na zewnątrz. Większość glikolipidów

Głównymi składnikami są glikosfingolipidy, w tym ceramid (związek aminoalkoholowy

sfingozyna z kwasem tłuszczowym) i jeden lub

kilka resztek cukru.

Głównym glikolipidem w tkance nerwowej jest galaktozyloceramid. Zawiera długołańcuchowe kwasy tłuszczowe.

Glukozyloceramid jest bardziej typowy dla innych tkanek.

Inną grupą glikolipidów szeroko reprezentowaną w mózgu są gangliozydy.

Tworzą się z glukozyloceramidu i dodatkowo zawierają jeden lub więcej

do cząsteczek kwas sialowy i monosacharydy.

ZEWNĘTRZNY METABOLIZM WĘGLOWODANÓW

Jama ustna

To tutaj znajduje się enzym zawierający wapń. α -amylasa. Optymalne pH

7,1-7,2, aktywowany jonami Cl. Losowo dzieli wnętrze

wiązania α-1-4-glikozydowe i nie wpływa na inne typy wiązań.

W Jama ustna węglowodany rozkładają się na dekstryny i maltozę. Disaha-

odczyty nie ulegają hydrolizie.

Żołądek

Ze względu na niskie pH amylaza ulega inaktywacji, choć przez pewien czas następuje rozkład węgla

Lewodow kontynuuje spożywanie bolusa pokarmowego.

Jelita

W ubytki jelita cienkie współpracują trzustka α -amylasa,

zrywanie wiązań α-1-4 i Oligo-1-6-glukozydaza, działając na punkty rozgałęzień skrobi i glikogenu.

Oprócz wnęki jest też ciemieniowy trawienie, które jest przeprowadzane

sukraza-izomaltaza kompleksowy – w jelicie czczym hydrolizuje α-1,2-,

wiązania α-1,4-, α-1,6-glikozydowe, rozkładają sacharozę, maltozę, malto-

risoza, izomaltoza;

glikoamylaza kompleks położony jest w dolne części jelito cienkie

ka i rozszczepia wiązania α-1,4-glikozydowe w oligosacharydach

β -kompleks glikozydazy(laktaza) – hydrolizuje wiązania β-1,4-glikozydowe pomiędzy galaktozą i glukozą (laktozą). U dzieci aktywność laktozy jest wysoka

ka już przed urodzeniem i utrzymuje się na wysokim poziomie do 5-7 lat, po czym

maleje.

Zaburzenia trawienia disacharydów

Istnieją dwie najczęstsze formy zaburzeń trawiennych

disacharydy – wada laktaza I sacharoza Z dziedziczną patologia laktaza objawy pojawiają się po pierwszym

karmienie; patologia sacharoza Odkrywa się to później, gdy do diety wprowadza się słodycze.

Awaria laktaza może wystąpić nie tylko u niemowląt.

Faktem jest, że laktaza jest enzymem adaptacyjnym, zmienia się jej aktywność

różni się w zależności od diety. A człowiek jest jedynym ssakiem na Ziemi, który w wieku dorosłym spożywa mleko. U około 10-12% ludzi rasy białej enzym przestaje być syntetyzowany

już w środku dzieciństwo i pojawia się nietolerancja mleka. Wśród narodów Azji i Afryki ten problem ma 80–95% populacji.

Patogeneza. Brak hydrolizy odpowiednich disacharydów prowadzi do efektu osmotycznego i zatrzymywania wody w świetle jelita. Ponadto cukry są aktywnie zużywane przez mikroflorę i metabolizowane do kwasów organicznych i gazów. Z tego powodu objawy niedoboru laktozy lub sacharazy obejmują biegunkę, wymioty, wzdęcia, wzdęcia, bóle brzucha i skurcze.

Formy nabyte niewydolność trawienia węglowodanów występuje w wyniku chorób ścian przewodu żołądkowo-jelitowego: zapalenia jelit, zapalenia okrężnicy, gdy tworzy się

powstawanie enzymów i ich umiejscowienie na rąbku szczoteczkowym enterocytów. Oprócz

wchłanianie monosacharydów pogarsza się.

Diagnostyka. Diagnostyka różnicowa zaburzeń trawienia i wchłaniania

zanikanie polega na monitorowaniu poziomu glukozy we krwi po oddzielnych dawkach

badanych disacharydów i równoważną ilość monosacharydów. Niewielki wzrost stężenia glukozy w pierwszym przypadku wskazuje na jej brak

enzymy, w drugim – na zaburzenia wchłaniania.

Leczenie. Wyeliminowanie z diety mleka lub pokarmów z dodatkiem cukru, w zależności od rodzaju nietolerancji węglowodanów.

Rola celulozy w trawieniu

Celuloza nie jest trawiona przez ludzkie enzymy. Ale w jelicie grubym

pod wpływem mikroflory aż 75% jej ilości ulega hydrolizie, tworząc

celobioza i glukoza. Glukoza jest częściowo wykorzystywana przez samą mikroflorę i utleniana do kwasów organicznych (masłowego, mlekowego) i może być częściowo wchłaniana przez

krew. Jednak główna rola celulozy dla ludzi jest inna:

pobudza motorykę jelit,

tworzy odchody,

pobudza wydzielanie żółci,

absorbuje cholesterol i inne substancje, co zapobiega ich wchłanianiu.

TRANSFER GLUKOZY PRZEZ BŁONY

WSsanie jelit

Wchłanianie monosacharydów zachodzi zgodnie z mechanizmem wtórny aktywny transport Oznacza to, że energia jest zużywana podczas transportu cukrów, lecz nie jest zużywana bezpośrednio na transport cukru, lecz na utworzenie gradientu

stężenie innej substancji. Korzystając z tego gradientu, cukier przenika

komórki. W przypadku glukozy substancją tą jest sód.

Specjalny enzym - K + , Na + -ATPaza - stale w zamian

do potasu, wypompowuje jony sodu z komórki, to właśnie ten transport jest wymagany

kosztuje energię. W świetle ki-

specyficzne białko, które ma

dwa miejsca wiązania: jedno dla sodu, drugie dla cukru. Niezwykłą rzeczą jest to, że cukier wiąże się z białkiem dopiero po związaniu się z nim sodu. Białko transportowe migruje swobodnie przez błonę. W kontakcie biały

Kiedy sód i cytoplazma zostaną szybko oddzielone od niego, cukier zostanie natychmiast oddzielony. Odnośnie-

W rezultacie w komórce gromadzi się cukier, a jony sodu są ponownie wypompowywane

K +, Na + -ATPaza.

TTRANSPORT PRZEZ BŁONY KOMÓRKOWE

Glukoza przedostaje się z krwi do komórek poprzez ułatwiona dyfuzja- Przez

gradient stężeń z udziałem białek transportowych (transporterów glukozy „GluT”). Istnieje 5 rodzajów transporterów glukozy: GluT 1, GluT 2, GluT 3, GluT 4,

GluT 5. Transportery glukozy znajdują się na błonach wszystkich komórek.

Na przykład na powierzchniβ -komórki wysepek Langerhansa zawierają GluT 2, dzięki czemu generowany jest sygnał do zwiększenia lub zmniejszenia

praca insuliny.

W mięśnie I tkanka tłuszczowa Znajduje się GluT 4, tylko te transportery są wrażliwe na działanie insuliny – gdy insulina działa na komórkę, to one

wydostają się na powierzchnię błony i transportują glukozę do jej wnętrza. Dane tkaniny

dostałem to imię zależny od insuliny.

REAKCJE INTERKONWERSJI CUKRU

Ponieważ wszystkie monosacharydy dostarczane z pożywieniem wchłaniają się w jelitach,

Organizm staje przed zadaniem przekształcenia ich w glukozę, ponieważ w reakcjach metabolicznych wykorzystuje się głównie glukozę. Proces ten nazywa się wzajemnym

konwersja cukrów. Jego celem jest stworzenie tylko jednego substratu dla reakcji

metabolizm, czyli α-D-glukozę, która oszczędza zasoby i nie tworzy wielu enzymów dla każdego rodzaju cukru.

Konwersja fruktozy

Reakcje przemiany fruktozy w glukozę są dość proste. Po pierwsze, fruktoza jest aktywowana przez fosfor.

forylacja szósty atom węgla, następnie izomeryzacja i,

Wreszcie. eliminacja zbędnych fosforanów.

Konwersja galaktozy

Galaktoza, podobnie jak fruktoza, najpierw ulega jednak fosforylacji pierwszy atom węgla. Jeszcze jeden

Różnica w stosunku do metabolizmu fruktozy polega na izomeryzacji do glukozy

kozie nie bezpośrednio, ale poprzez syntezę UDP-galaktozy, która faktycznie zamienia się w glukozę.

Fizjologiczne znaczenie tego dodatku najwyraźniej polega

w wykorzystaniu UDP-galaktozy w gruczole sutkowym do syntezy laktozy. niezbędne do powstania mleka.

Zaburzenia przemiany galaktozy

Zaburzenia metabolizmu galaktozy mają podłoże genetyczne

działanie kilku enzymów:

galaktokinaza, częstotliwość defektów 1:500000;

transferaza urydylowa galaktozo-1-fosforanu, częstotliwość defektów 1:40000;

epimerazy, częstotliwość występowania defektu jest mniejsza niż 1:1000000.

Choroba wynikająca z tych zaburzeń to

lo imię galaktozemia.

Diagnostyka. Ha koncentracja

laktoza we krwi wzrasta do

11,1-16,6 mol/l (normalnie

0,3-0,5 mmol/l), również we krwi

jest galaktozo-1-fosforanem. Kryteria laboratoryjne obejmują

także bilirubinemia, galaktozuria,

białkomocz, hiperaminoacyduria, nagromadzenie glikozylowanego he-

Moglobina. Dzieci odmawiają

Patogeneza. Nadmiar galaktozy

zamienia się w alkohol galaktitolowy (dulcytol), który gromadzi się w

soczewkę i przyciągają osmotycznie

nalewając tutaj wodę. Zmieni się skład soli i białka soczewki, co

prowadzi do zaćmy u młodych ludzi

wiek. Zaćma może wystąpić nawet u płodów matek z galaktozemią,

które piły mleko w czasie ciąży.

Z defektem urydylotransferazy galaktozo-1-fosforanowej, ATP jest stale zużywany na fosfo-

rylacja galaktozy i niedobór energii mają „toksyczny” wpływ na neurony, wątrobę

totocyty, nefrocyty, hamuje aktywność wielu enzymów. W rezultacie jest to możliwe

Mamy opóźniony rozwój psychomotoryczny, upośledzenie umysłowe, martwicę hepatocytów i marskość wątroby. W nerkach i jelitach nadmiar galaktozy i jej metabolitów hamuje

transportuje aminokwasy.

Leczenie: Wykluczenie z diety mleka i innych źródeł galaktozy pomaga zapobiegać rozwojowi objawów patologicznych. Jednak bezpieczeństwo informacji

inteligencję można osiągnąć tylko wcześnie, nie później niż w ciągu pierwszych 2 miesięcy

życie, diagnoza i terminowe leczenie.

Losy glukozy w komórce

Gdy glukoza dostanie się do komórki, ulega natychmiastowej fosforylacji. Fosforylacja glukozy

PS rozwiązuje kilka problemów jednocześnie:

ester glukozowo-fosforanowy nie jest w stanie opuścić komórki, ponieważ cząsteczka

naładowane ujemnie i odpychane od powierzchni fosfolipidów

membrany;

obecność naładowanej grupy zapewnia prawidłową orientację cząsteczki

leżeć w miejscu aktywnym enzymu;

Zmniejsza się stężenie wolnej (niefosforylowanej) glukozy, co sprzyja dyfuzji nowych cząsteczek z krwi.

FOSFORYLACJA GLUKOZY

Największe rezerwy glikogenu znajdują się w wątroba I mięśnie szkieletowe, ale ogólnie glikogen można syntetyzować we wszystkich tkankach. Rezerwy glikogenu w komórkach

kah są stosowane w zależności od cech funkcjonalnych komórek. Glikogen wątrobowy ulega rozkładowi, gdy spada stężenie glukozy we krwi,

głównie pomiędzy posiłkami. Po 12-18 godzinach postu zapasy glikogenu w wątrobie są całkowicie wyczerpane. W mięśniach ilość glikogenu zwykle spada dopiero po wysiłku fizycznym – długim i intensywnym. Zwiększanie zawartości

Podczas przyjmowania produktów bogatych w okresie rekonwalescencji obserwuje się wyczerpanie glikogenu w mięśniach

węglowodany z pożywienia. Glikogen gromadzi się w wątrobie po jedzeniu.

Takie różnice między wątrobą a mięśniami wynikają z obecności różnych izoenzymów heksokinaza,enzym, który

fosforyluje glukozę do glukozy-

Dla wątroba charakteryzuje się izo-

enzym, który otrzymał swój własny

Nazwa - glukokinaza. Różnice między tym enzymem a heksokinazami

inne tkaniny to:

charakteryzują się niskim powinowactwem do glukozy, co powoduje pobieranie glukozy przez wątrobę tylko wtedy, gdy jej stężenie jest wysokie

we krwi (po jedzeniu);

produkt reakcji, glukozo-6-fosforan, nie hamuje enzymu, podczas gdy w innych tkankach heksokinaza jest wrażliwa na ten efekt.

Dzięki tym różnicom hepatocyt może efektywnie pobierać glukozę

po posiłkach i metabolizować go w dowolnym kierunku.

Na przykład, gdy zapasy glikogenu zostaną przepełnione, gromadzący się glukozo-6-fosforan nie hamuje wychwytu glukokinazy i glukozy, ale po prostu przechodzi do

utlenianie do acetyluS-CoA i do cyklu pentozofosforanowego, który ogólnie wzrasta

stymuluje syntezę lipidów.

Regulacja glukokinazy: aktywacja – androgeny i insulina, supresja – glukokortykoidy i estrogeny.

METABOLIZM GLIKOGENU

MOBILIZACJA Glikogenu

Mobilizacja (rozkład) glikogenu lub glikogenoliza Normalnie zostaje ona aktywowana, gdy w komórce, a co za tym idzie i we krwi, brakuje wolnej glukozy (na czczo, praca mięśni). W tym przypadku utrzymuje się jedynie poziom glukozy we krwi wątroba I nerki, tkanki, w których występuje enzym glukozo-6-fosfataza, który hydrolizuje ester fosforanowy glukozy. Wytworzona wolna glukoza przechodzi przez błonę plazmatyczną do krwi. Pozostałe narządy wykorzystują glikogen wyłącznie na własne potrzeby.

W glikogenolizie bezpośrednio biorą udział trzy enzymy:

Fosforylaza glikogenu– rozszczepia wiązania α-1-4-glikozydowe, tworząc

redukcja glukozo-1-fosforanu. Enzym działa aż do osiągnięcia punktu rozgałęzienia

α(1-6) nie pozostaną 4 reszty glukozy.

α (1-4)– α Transferaza (1-6)-glukanu enzym przenoszący trisacharydy

fragment na inny łańcuch, tworząc nowe wiązanie α-1-4-glikozydowe. W której

jedna reszta glukozy i „otwarte” dostępne wiązanie α-1-6-glikozydowe pozostają w tym samym miejscu.

Amylo-α -1-6-glukozydaza, enzym „odgałęziający” – hydrolizuje

wiązanie α-1-6-glikozydowe z uwolnieniem wolnej glukozy. W rezultacie powstaje łańcuch bez rozgałęzień, który służy jako substrat dla fosforylazy.

AAKTYWACJA FOSFORYLAZY

Szybkość glikogenolizy ograniczona jest jedynie szybkością pracy fosforylazy glikogen. Jego aktywność może zmieniać się na trzy sposoby.

Modyfikacja kowalencyjna

Wydarzenie fosforylacja enzym podczas działania hormonów na komórkę

poprzez mechanizm cyklazy adenylanowej. Jest to tzw. regulacja kaskadowa:

Cząsteczka hormonu, oddziałując ze swoim receptorem, aktywuje enzym

cyklaza adenylanowa.;

Cyklaza adenylanowa przekształca ATP w cykliczny AMP ( obóz) - wtórny

pośrednik lub posłaniec;

cAMP allosterycznie aktywuje enzym kinaza białkowa A;

Kinaza białkowa A fosforyluje różne białka wewnątrzkomórkowe. Jednym z takich białek jest kinaza fosforylazy, który po fosforylacji kwasu

zmotywowany;

Fosforyluje kinaza fosforylazy fosforylaza " B" glikogen, ostatni-

W rezultacie przekształca się w aktywną fosforylazę "A";

Aktywny fosforylaza " A" glikogen rozszczepia wiązania α-1-4-glikozydowe w glikogenie, tworząc glukozo-1-fosforan.

Aktywacja przez jony wapnia

Drugi metodą regulacji jest aktywacja kinaza fosforylazy Nie

kinaza białkowa i jony Ok 2+ I kalmodulina. Szlak ten działa poprzez inicjowanie szlaku wapniowo-fosfolipidowego. Ta metoda usprawiedliwia się na przykład

środki podczas obciążenia mięśni, gdy wpływy hormonalne są niewystarczające, ale w ci-

toplazma pod wpływem Impulsy nerwowe Wchodzą jony Ca 2+. Również niektóre

Za pośrednictwem tego mechanizmu hormony wpływają na metabolizm węglowodanów.

Aktywacja za pomocą AMP

Trzeci metoda – aktywacja allosteryczna poprzez przywiązanie AMF cząsteczka fosforylazy " B". Metoda działa w każdej komórce – w miarę zwiększania się dysproporcji

przebieg ATP i akumulację produktów jego rozpadu.

ZINTESIS GLIKOGENU

Synteza glikogenu rozpoczyna się od jego powstania

tworzenie glukozo-6-fosforanu pod wpływem glukokinazy w wątrobie lub innych heks-

sokinaza w innych tkankach. Jak już stwierdzono

Okazało się, że glukokinaza ma niskie powinowactwo do glukozy, a w hepatocytach znajduje się glukoza

koza pozostanie tylko wtedy, gdy ty

wysokie jego stężenie w komórce. Bezpośrednia synteza glikogenu

przeprowadzane przez następujące enzymy:

Fosfoglukomutaza - przekształca glukozo-6-fosforan w glukozo-1-fosforan;

Transfer glukozy-1-fosforanu-urydylu-

raza to enzym przeprowadzający kluczową reakcję syntezy. Nieodwracalność

reakcję tę osiąga się poprzez hydrolizę

powstały difosforan;

Syntaza glikogenu – tworzy wiązania α-1-4-glikozydowe;

Amylo-α-1,4-α-1,6-glikozylotransferaza, enzym rozgałęziający glikogen –

przesyła fragment o minimalnej długości

Tworzy się 6 reszt glukozy w tym samym lub sąsiednim łańcuchu

wiązanie α-1-6-glikozydowe.

RREGULACJA METABOLIZMU Glikogenu

Enzymy metaboliczne glikogenu są aktywne w postaci fosforylowanej lub

forma defosforylowana:

fosforylaza glikogen aktywowany

po dodaniu grupy fosforanowej

(patrz wyżej),

syntaza glikogen po przyłączeniu

fosforan unieczynnić

pędzi.

Zatem,

kłamstwa odwrotność(wzajemne

myexclusive) regulacja:

w pracy komórki

i/lub hormonalne

wpływa aktywuje-

kinaza białkowa Xia i

W konsekwencji, aktywny

fosforylowane

właz glikogen i in-

glikogen jest hamowany

syntaza. Zachodzą reakcje katabolizmu glukozy.

kozy i powstaje

w trakcie wakacji lub w

Działają niektóre fosfatazy białkowe, które uwalniają enzymy z fosfo-

kwas forowy: w efekcie fosforylaza glikogenu ulega defosforylacji i staje się nieaktywna, Aktywowana jest syntaza glikogenu. Rozpoczyna się magazynowanie glukozy w postaci glikogenu.

GCHOROBY LIKOGENOWE

Są to choroby dziedziczne, spowodowane niedoborem któregoś z nich

enzymy odpowiedzialne za metabolizm glikogenu. Średnia częstotliwość występowania wynosi 1:40000.

Glikogenozy

Wcześniej glikogenozy klasyfikowano według liczb, ale w wyniku odkrycia

nowych typów tych chorób, pojawiło się wiele różnych interpretacji. Obecnie gliko-

Genozy dzielą się według cech patogenetycznych na wątrobiany, muskularny I mieszany formy Należy zauważyć, że w przypadku glikogenozy ilość glikogenu nie jest

zawsze się zmienia, zmiany mogą dotyczyć jedynie struktury jego cząsteczki.

Glikogenoza wątrobowa

Najczęstsze glikogenoza I typ Lub choroba von Gierkego spowodowane przez autosom

nierecesywny defekt glukozo-6-fosfatazy. Ze względu na fakt, że jest to enzym

tylko w wątrobie i nerkach narządy te są przeważnie dotknięte, a choroba ma inną nazwę - glikogenoza wątrobowo-nerkowa. Nawet u noworodków

obserwuje się hepatomegalię i nefromegalię, spowodowane gromadzeniem się glikogenu nie tylko w cytoplazmie, ale także w jądrach komórkowych. Ponadto synteza lipidów zostaje aktywowana wraz z wystąpieniem stłuszczenia wątroby. Ponieważ enzym jest niezbędny do defosforylacji glukozo-6-fosforanu, a następnie uwolnienia glukozy do krwi, u pacjentów występuje hipoglikemia, a w konsekwencji acetonemia, kwasica metaboliczna i acetonuria.

GlikogenozaIIItyp Lub Choroba Forbesa-Cori Lub ograniczyć dekstrynozę jest wadą autosomalną recesywną Uroczy-α -1-6-glukozydazy, enzym „odgałęziający”, który hydrolizuje wiązanie α-1-6 glikozydowe. Choroba ma łagodniejszy przebieg, a jej częstość wynosi około 25% wszystkich przypadków glikogenozy. Pacjenci charakteryzują się powiększeniem wątroby, umiarkowanym opóźnieniem rozwój fizyczny w okresie dojrzewania możliwa jest niewielka miopatia.

Dwie kolejne glikogenozy wątrobowe - glikogenoza IV typ (choroba Andersena),

związane z defektem enzymu rozgałęziającego i glikogenoza VI typ (Jej choroba), związane z niedoborem wątrobowej fosforylazy glikogenowej, są dość rzadkie.

Glikogenoza mięśni

Ta grupa glikogenoz charakteryzuje się zmianami w enzymach tkanki mięśniowej -

żaden. Prowadzi to do zakłóceń w dostawie energii do mięśni podczas wysiłku fizycznego, bólu mięśni i skurczów.

GlikogenozaVtyp (choroba McArdle'a)-brak fosforylacji mięśni-

PS Przy dużym obciążeniu mięśni pojawiają się skurcze i mioglobinuria, chociaż lekka praca nie powoduje żadnych problemów.

Mieszane glikogenozy

Choroby te atakują wątrobę, mięśnie i inne narządy.

GlikogenozaIItyp (choroba Pompego)– są zaskoczeni Wszystko zawierający glikogen

komórek z powodu braku lizosomalny α -1-4-glukozydazy. Następuje kumulacja

redukcja glikogenu w lizosomach i cytoplazmie. Choroba ta stanowi prawie 10% wszystkich przypadków glikogenozy i jest najbardziej złośliwa. Pacjenci umierają w klatce piersiowej

wiek z powodu kardiomegalii i ciężkiej niewydolności serca.

Aglikogenozy

Aglikogenoza to stan związany z niedoborem glikogenu.

Przykładem aglikogenozy jest dziedziczna autosomalna

recesywny niedobór syntazy glikogenu. Objawy obejmują ciężką hipoglikemię na czczo, szczególnie rano, wymioty, drgawki i utratę przytomności. W wyniku hipoglikemii obserwuje się opóźniony rozwój psychomotoryczny i upośledzenie umysłowe. Przy odpowiednim leczeniu (częste karmienie) choroba nie jest śmiertelna, chociaż jest niebezpieczna.

GLIKOLIZA

Droga utleniania glukozy do kwasu pirogronowego

utrata energii nazywana jest glikolizą. W zależności od przyszły los pirogron-

odróżniają Glikoliza tlenowa i beztlenowa.

aerobik proces kwas pirogronowy przekształcony w acetylo-S-CoA i

beztlenowy W procesie tym kwas pirogronowy ulega redukcji do kwasu mlekowego (mleczanu), dlatego w mikrobiologii nazywa się to glikolizą beztlenową

fermentacja kwasu mlekowego. Mleczan to ślepy zaułek metaboliczny i dalej być nie może

nie ulega konwersji, jedynym sposobem wykorzystania mleczanu jest jego utlenienie

wracając do pirogronianu.

Prawie wszystkie komórki organizmu są zdolne do beztlenowej glikolizy. Dla czerwonych krwinek

on jest jedynyŹródło energii

gi. Komórki mięśnie szkieletowe w wyniku beztlenowego rozkładu glukozy

w stanie wykonać mocny, szybki, intensywny

pracy, np. biegi na krótkich dystansach, sporty siłowe,

Glikoliza beztlenowa zlokalizowana jest w cytozolu i obejmuje 2 etapy 11 reakcji enzymatycznych.

Pierwszy etap ma charakter przygotowawczy i to właśnie tutaj

Zużycie energii ATP, aktywacja i tworzenie glukozy

z niego triozofosforany.

Pierwsza reakcja glikoliza, ściśle mówiąc, do glikolu-

nie dotyczy. To jest reakcja heksokinazy, o której

omówione wcześniej („Metabolizm glikogenu”). Jego rola sprowadza się do przemiany glukozy w substancję reaktywną

połączenie z powodu fosforylacji szóstego, nie

atom węgla zawarty w pierścieniu.

Wątroba charakteryzuje się izoenzymem heksokinazy -

glukokinaza.Niskie powinowactwo tego enzymu do glukozy

Ze zapewnia jego wychwyt przez wątrobę dopiero po posiłku, kiedy w organizmie tworzy się wysokie stężenie glukozy

krew. Przy prawidłowym stężeniu glukozy we krwi

Nie zużywa go dużo i trafia do innych tkanek. Druga reakcja– konieczna jest reakcja izomeryzacji

dim, aby usunąć z niego jeszcze jeden atom węgla

pierścienie do późniejszej fosforylacji. Wytwarza fruktozo-6-fosforan.

Trzecia reakcja–fosforylacja fruktozy-6-

fosforan, tworząc prawie symetryczną cząsteczkę fruktozo-1,6-bisfosforanu.

W czwarta reakcja fruktozo-1,6-difosforan zostaje rozdzielony

jest przecięty na pół, tworząc dwa fosforylowane izomery triozy, aldoz aldehydu glicerynowego (GAF) i

ketoza dihydroksyaceton (DAP).

Piąta reakcja etap przygotowawczy – przejście między sobą fosforanu aldehydu glicerynowego i fosforanu dioksyacetonu

przyjaciel. Równowaga reakcji zostaje przesunięta na korzyść dioksy-

fosforan acetonu, jego udział wynosi 97%, udział fosforanu aldehydu glicerynowego wynosi 3%. Reakcja ta, mimo wszystkich swoich zalet,

stote, jest arbitrem losów glukozy:

z brakiem energii w komórce i aktywacją utleniania

konwersja fosforanu dihydroksyacetonu

Na Wystarczającą ilość Natomiast ATP, fosforan aldehydu glicerynowego, izomeryzuje do fosforanu dihydroksyacetonu, a ten ostatni

wysłany do syntezy tłuszczu (patrz „Synteza triacyloglicerydów”).

Drugim etapem glikolizy jest uwalnianie

i przechowywanie go w postaci ATP.

Szósta reakcja glikoliza – utlenianie gliceryny

fosforan aldehydu i dodatek fosforu

kwas forowy prowadzi do powstania wysokoenergetycznego związku 1,3-difosfogliceryny

W siódma reakcja energia wiązania fosfoestrowego zawartego w 1,3-difosfoglicerynianie tr-

opiera się na tworzeniu ATP. Reakcja otrzymała do

nazwa dodatkowa - reakcja fosforylacji substratu, która określa źródło energii

w celu uzyskania połączenia wysokoenergetycznego w ATP (sub-

warstwa) w przeciwieństwie do fosforylacji oksydacyjnej (gradient elektrochemiczny jonów wodorowych).

tak na błonie mitochondrialnej).

W komórce zachodzą tylko trzy podobne reakcje - 1) wskazana reakcja, 2) reakcja kinazy pirogronianowej, dziesiąta reakcja glikolizy (patrz poniżej), 3) tiokinaza

reakcja cyklu kwasu trikarboksylowego.

Ósma reakcja– zsyntetyzowany w poprzednim

W poniższej reakcji izomeryzuje się 3-fosfoglicerynian

2-fosfoglicerynian.

Dziewiąta reakcja– oddzielenie cząsteczki wody od

Do powstania prowadzi kwas 2-fosfoglicerynowy

utworzenie kolejnego wysokoenergetycznego wiązania fosfoestrowego.

Inny reakcja fosforylacji substratu–dziesiąta reakcja wnioski z glikolizy

zachodzi podczas przenoszenia wysokoenergetycznego fosforanu z fosforu

fenolopirogronian na ADP.

Ostatnia reakcja jedenasty, powstawanie kwasu mlekowego z pirogronianu pod wpływem

dehydrogenaza mleczanowa. Ważne jest to, że ta reakcja

przeprowadzone tylko w warunkach beztlenowych warunki. Ta reakcja jest konieczna dla komórki, ponieważ NADH ma objętość

powstający w 6. reakcji, przy braku tlenu nie może przedostać się i utlenić w mitochondriach.

W obecności tlenu kwas pirogronowy

szczelina jest konwertowana do acetylo-S-CoA.

GREDUKCJA LIKOLITYCZNA

Proces cyklicznej redukcji i utleniania

redukcja NAD w reakcjach pół-beztlenowej glikolizy

chłodne imię utlenianie glikolityczne.

W beztlenowy warunkach powstałych w szóstej reakcji dehydrogenazy GAP, stosuje się NADH

w tej ostatniej reakcji redukcja pirogronianu do mleczanu. Powstały w ten sposób NAD powraca ponownie do szóstej reakcji.

W aerobik warunkach NADH oddaje swoje atomy wodoru systemy wahadłowe

My(patrz poniżej) w celu ich przeniesienia do mitochondrialnego łańcucha oddechowego.

miENERGETYCZNY WPŁYW UTLENIANIA GLUKOZY

Na etapie przygotowawczym

aktywować glukozę wydane

jest obliczane 2 cząsteczki ATP, z których każda okazuje się być

na triozie – aldehyd glicerynowy-

fosforan i fosforan dioksyacetonu. Następna sekunda

etap obejmuje tylko glicerynę-

dehydrofosforan, ale są już jego dwie cząsteczki, każdy z którego

utlenia się do pirogronianu o-

utworzenie 2 cząsteczek ATP

reakcje substratu fosfo-

forylacja. Tą drogą

Podsumowując, rozumiemy to

na drodze od glukozy do pirogronianu

w czystej postaci powstaje 2

Cząsteczki ATP.

Należy jednak pamiętać

i fosforan aldehydu glicerynowego

reakcja dehydrogenazy, w wyniku której uwalnia się NADH. Jeśli

warunki beztlenowy, potem on

stosowany w reakcji dehydrogenazy mleczanowej – utleniony

do tworzenia mleczanu i

nie otrzymuje ATP.

Jeśli jest tlen

– NADH jest wysyłany do mitochondrium, gdzie uczestniczy w procesach utleniania

fosforylacja organizmu i

tam jego utlenianie procentuje w postaci ATP.

miEFEKTPASTERA

Efekt Pasteura polega na zmniejszeniu zużycia glukozy i zaprzestaniu wytwarzania kwasu mlekowego przez komórkę w obecności tlenu.

Podobne zjawisko zaobserwował w produkcji wina Louis Pasteur, który zajmował się winiarstwem. Patrząc w przyszłość, zauważamy, że fermentacja alkoholowa jest bardzo podobna do glikolizy, tyle że zamiast kwasu mlekowego powstaje alkohol z pirogronianu.

Biochemiczny mechanizm efektu Pasteura jest następujący konkurs między

dehydrogenaza pirogronianowa, przekształcanie pirogronianu w acetylo-S-CoA i aldehyd mleczanowy-

Rogenaza, przekształcając pirogronian w mleczan.W przypadku braku tlenu nie zachodzą procesy oddychania wewnątrzmitochondrialnego, cykl kwasów trikarboksylowych jest hamowany

a gromadzący się acetylo-S-CoA hamuje dehydrogenazę PVK. W tej sytuacji

kwas pirogronowy nie ma innego wyjścia, jak tylko przekształcić się w kwas mlekowy. W obecności tlenu hamowanie dehydrogenazy PVK zatrzymuje się i

mając większe powinowactwo do pirogronianu, wygrywa konkurencję.

Ważne jest to, że kwas pirogronowy jest toksyczny dla komórek.

substancji i komórka musi się jej w jakikolwiek sposób pozbyć. Ponieważ nie przechodzi przez membrany, osiąga się neutralizację

konwersja pirogronianu 1) do mleczanu; 2) w acetylo-S-CoA; 3) do alaniny (patrz „aminotransferaza alaninowa”), 4) do szczawiooctanu.

Ilustracją tego, co zostało powiedziane, jest różnica między izoenzymami dehydrogenazy mleczanowej (LDH). Serdeczny

izoenzym LDH-1 ma duże powinowactwo do kwasu mlekowego i

ma na celu „podniesienie stężenia pirogronianu w celu włączenia go do cyklu TCA i uzyskania energii do działania mięśni-

karta. Duża liczba mitochondria-

rium i przedostawanie się mleczanu z innych narządów zapewnia pracę serca w warunkach tlenowych. Brak tlenu nie wpływa na właściwości LDH-1.

zmiany, to w dalszym ciągu przesunie reakcję w kierunku produkcji materiałów pirotechnicznych

kwas winogronowy. Izoenzym mięśni szkieletowych LDH-5 wykazuje duże powinowactwo do pirogronianu i przy braku tlenu w komórce szybko i skutecznie przekształca go w mleczan, który z łatwością przenika przez błony. Zatem w warunkach beztlenowych mięsień sercowy będzie bardziej cierpiał, co w rzeczywistości obserwuje się w praktyce medycznej.

HSYSTEMY DRZEWNE

Systemy wahadłowe –

mechanizm dostarczania

indukowane w glikolizie

nowy H+ (w ramach NADH)

z cytozolu do mitochondrium.

Ponieważ sama cząsteczka

NADH nie przechodzi przez błonę, stwarza to natura

był zaniepokojony

tworzyć systemy, które akceptują

wytwarzając ten wodór w cytoplazmie i uwalniając go w macierzy mitochondrialnej.

Zidentyfikowano dwa główne systemy wahadłowe: fosforan glicerolu i jabłczan.

asparaginian.

Transfer fosforanu glicerolu aktywny w wątrobie i szybkich włóknach mięśniowych. Jego kluczowymi enzymami są izoenzymy gliceryno-3-fosforanu

dehydrogenazy cytoplazmatyczne i mitochondrialne. Różnią się one swoim

koenzymy: w formie cytoplazmatycznej – NAD, w formie mitochondrialnej – FAD. Metabolity glikolizy - fosforan dihydroksyacetonu i NADH tworzą glicerol-3-

fosforan przedostaje się do macierzy mitochondrialnej, gdzie ulega utlenieniu

Transfer jabłczanowo-asparaginianowy bardziej złożone: stale występujące w cytoplazmie

Działania transaminacyjne asparaginianu dostarczają szczawiooctanu, który pod działaniem cytozolowej puli dehydrogenazy jabłczanowej ulega redukcji do kwasu jabłkowego.

szczeliny. Ten ostatni antyportuje się z α-ketoglutaranem do mitochondriów i jest

Będąc metabolitem cyklu TCA, ulega utlenieniu do szczawiooctanu z utworzeniem NADH. Ponieważ

błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla szczawiooctanu, w celu zapewnienia

kwas paraginowy, który w zamian za glutaminian jest uwalniany do cytozolu.

GLUKONEOGENEZA

Glukoneogeneza to synteza glukozy z niewęglowodanowy składniki: mleczan, pirogronian. glicerol, metabolity cyklu Krebsa, aminokwasy. Wszystkie aminokwasy

oprócz ketogennej leucyny i lizyny mogą brać udział w syntezie glukozy. Niektóre

Część z nich – glukogenna – jest w całości zawarta w cząsteczce glukozy, część – zmieszana – częściowo.

Organizm zawsze potrzebuje glukozy:

Dla czerwonych krwinek glukoza jest jedynym źródłem energii,

tkanka nerwowa zużywa dziennie 120 g glukozy, a wartość ta nie zależy od intensywności jej pracy. Tylko w sytuacjach ekstremalnych (dług

na czczo) jest w stanie pozyskać energię ze źródeł innych niż węglowodany

glukoza odgrywa znaczącą rolę w utrzymaniu wymaganych stężeń

metabolity cyklu kwasów trikarboksylowych (głównie szczawioaceta-

Zatem w określonych sytuacjach – przy niskiej zawartości węglowodanów

wady w jedzeniu, poście, długotrwała praca fizyczna - organizm musi mieć

możliwość zdobycia glukozy. Osiąga się to poprzez proces glukoneogeneza. Oprócz produkcji glukozy, glukoneogeneza zapewnia także usuwanie „odpadów” –

tata, powstający podczas pracy mięśni i w czerwonych krwinkach oraz glicerol, czyli tzw

będący produktem lipolizy w tkance tłuszczowej.

Glukoneogeneza tylko częściowo powtarza reakcje utleniania glukozy. Jak dekrety-

Jak wcześniej zauważono, istnieją trzy nieodwracalne etapy glikolizy: kinaza pirogronianowa

(dziesiąta), fosfofruktokinaza (trzecia) i heksokinaza (pierwsza). Na tych etapach istnieją bariery energetyczne, które można ominąć za pomocą specjalnych reakcji.

Ominięcie dziesiątej reakcji glikolizy

Na tym etapie glukoneogenezy działają dwa główne enzymy – w mitochondriach

riah karboksylaza pirogronianowa i w cytozolu karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa.

Karboksylaza pirogronianowa przekształca kwas pirogronowy w szczawiooctan. Niezbędny

Należy zauważyć, że reakcja ta zachodzi stale w komórce, będąc anaplerotyczną.

i przekształca się w fosfoenolopirogronian. Sprawę komplikuje jednak nieprzepuszczalność membrany dla szczawiooctanu. Jednak jabłczan, prekursor szczawiooctanu w cyklu TCA, może przejść przez błonę. Ponieważ w komórce w warunkach niedoboru glukozy aktywowana jest lipoliza i utlenianie kwasów tłuszczowych, wzrasta ilość NADH w mitochondriach. Nadmiar ten umożliwia odwrócenie reakcji dehydrogenazy jabłczanowej cyklu TCA. Jabłczan gromadzi się, przedostaje się do cytozolu i przekształca się w szczawiooctan.

W cytoplazmie fosfoenolopirogronian - karboksykinaza

przeprowadza konwersję szczawiooctanu do fosfoenolu-

pirogronian, reakcja wymaga energii z GTP. Ten sam dodany węgiel jest usuwany z cząsteczki.

Ominięcie trzeciej reakcji glikolitycznej

Drugą przeszkodą w syntezie glukozy jest fosfor.

reakcja fofruktokinazy - przezwyciężona przez

enzym fruktozo-1,6-bifosfataza. Enzym ten występuje w nerkach, wątrobie i mięśniach poprzecznie prążkowanych. Więc

Zatem tkanki te są zdolne do syntezy fruktozy-6-

fosforan i glukozo-6-fosforan.

Ominięcie pierwszej reakcji glikolizy

Ta ostatnia reakcja jest katalizowana przez glukozę-6-

fosfataza. Występuje tylko w wątrobie i nerkach, dlatego tylko te tkanki mogą wytwarzać własne

stała glukoza.

GLUKOZ- MLECZAN I GLUKOZ- CYKLE ALANINOWE

Cykl glukozowo-mleczanowy(cykl Cori) to związek pomiędzy glukoneogenezą w wątrobie a występowaniem

powstawanie mleczanu w czerwonych krwinkach lub mięśniach z glukozy. W mleku erytrocytów

powstaje kwas

w sposób ciągły, ponieważ dla nich jest to proces beztlenowy

glikoliza jest

jedyny sposób na wytwarzanie energii

gi. W mięśniach szkieletowych nagromadzenie mleczanu jest konsekwencją glikolizy przy bardzo intensywnej, maksymalnej mocy.

pracy, przy czym im praca jest intensywniejsza, tym krótszy jest jej czas trwania

po wysiłku (w czasie regeneracji) mleczan jest dość szybko usuwany z mięśnia

ściśle - w zaledwie 0,5-1,5 godziny.

Dodatek

Należy zauważyć, że jeśli będziesz kontynuować

Czas ładowania jest krótki (do 10 sekund),

wówczas ilość ATP jest uzupełniana głównie w

reakcja fosfokinazy kreatynowej. W

W tym trybie na przykład mięśnie styczne

zarówno skoczków w dal, jak i wzwyż

tu, miotacze młotów, miotacze włóczni itp.

Jeśli obciążenie nie przekracza 90 sekund, ATP jest syntetyzowany głównie w reakcjach beztlenowego metabolizmu glikemii

Lisa. W sporcie są to sprinterzy na 100–500 m, sportowcy siłowi (zapaśnicy, ciężarowcy, kulturyści). Jeśli napięcie mięśni będzie się utrzymywać

ponad dwie minuty – w reakcjach cyklu TCA dochodzi do tlenowego utleniania glukozy

i łańcuch oddechowy.

Ale chociaż mówimy o tlenowym utlenianiu glukozy, trzeba wiedzieć i pamiętać, że mleczan zawsze powstaje w mięśniach: zarówno podczas pracy beztlenowej, jak i tlenowej, ale w różnych ilościach.

Powstały mleczan można wykorzystać tylko w jeden sposób – konwersję

stopić się w kwas pirogronowy. Ale, jak już wskazano, pirogronian jest toksyczny

komórek i należy je jak najszybciej usunąć. Sam mięsień, ani podczas pracy, ani podczas odpoczynku, bierze udział w przemianie mleczanu w pirogronian dzięki obecności

specyficzny izoenzym LDH-5.

Jeśli kwas mlekowy dostanie się do miokardiocytów, szybko zamienia się w pirogronian, a następnie w acetylS-CoA i bierze udział w całkowitym utlenieniu do

WSPÓŁB2 Boraz nB2 BO.

Większość mleczanu jest wychwytywana przez hepatocyty i utleniana do kwasu pirogronowego.

kwasu solnego i wchodzi na ścieżkę glukoneogenezy.

Zamiar glukoza-alanina cykl też jest czyszczenie pirogronianem, ale poza tym

To rozwiązuje kolejny ważny problem - usunięcie nadmiaru azotu z mięśni.

Podczas pracy mięśni i w spoczynku białka w miocytach ulegają rozkładowi, a powstałe aminokwasy łączą się z α-ketoglutaranem. Powstały glutaminian wchodzi w interakcję

łączy się z pirogronianem. Powstała alanina jest formą transportową pirogronianu

i azot z mięśni do wątroby. W hepatocytach zachodzi reakcja odwrotnej transaminacji, grupa aminowa jest przenoszona do syntezy mocznika, pirogronian służy do syntezy glukozy

Glukoza powstająca w wątrobie z mleczanu lub alaniny wraca do mięśni, odbudowując zapasy glikogenu podczas odpoczynku.

Oprócz pracy mięśni, podczas postu aktywowany jest cykl glukozowo-alaninowy.

na czczo, gdy białka mięśniowe ulegają rozkładowi i zużywa się wiele aminokwasów

jako źródło energii, a ich azot musi zostać dostarczony do wątroby.

REGULACJA GLIKOLIZY I GLUKONEOGENEZY

METABOLIZM ETANOLU

ZCZĘŚCIOWA FERMENTACJA

Edukacja alkohol etylowy z glukozy występuje w drożdżach i niektórych rodzajach pleśni. Całkowity

równanie reakcji:

C 6 H 5 O 10 → 2 CO 2 + 2 C 2 H 5 OH

Przed etapem tworzenia pirogronianu następuje reakcja fermentacji alkoholowej

reakcje pokrywają się z reakcjami glikolizy, różnice są takie

jedynie w dalszej przemianie kwasu pirogronowego. Celem tych przemian jest usunięcie pirogronianu z komórki i utlenienie

NADH, który powstał w 6. reakcji.

OBEZPIECZEŃSTWO ETANOLU

Następuje metabolizm napływającego etanolu do organizmu

w wątrobie na dwa sposoby. Pierwszym sposobem jest utlenianie

alkohol do kwas octowy, który w postaci post-acetylo-S-CoA

idzie do TsTK. Tą drogą przechodzi od 70% do 90% całego etanolu. Pozostała część jest utleniana w mikrosomach przez oksydazę alkoholową. Przy regularnym spożywaniu etanolu zwiększa się udział utleniania mikrosomalnego i wzrasta liczba cząsteczek oksydazy alkoholowej.

Ponieważ podczas neutralizacji etanolu powstaje duża ilość NADH, w komórkach wątroby aktywowana jest reakcja przemiany pirogronianu w mleczan. Prowadzi to do hipoglikemia, gdyż kwas pirogronowy jest substratem glukoneogenezy. Powoduje swobodne przenikanie kwasu mlekowego do krwi lakta-

Cydemia.

Jeżeli zapasy glikogenu w wątrobie są początkowo niewielkie (z głodu, niedożywienia, astenicznej budowy ciała) lub ulegają wyczerpaniu (po pracy fizycznej), to podczas picia alkoholu na czczo hipoglikemia następuje szybciej i może

spowodować utratę przytomności. Do tego należy dodać silny środek moczopędny

chemiczne działanie etanolu, prowadzące do szybkiego odwodnienia organizmu i zmniejszenia dopływu krwi do mózgu ze wszystkimi tego konsekwencjami.

Etanol jest związkiem cennym energetycznie: podczas metabolizmu 125 g etanolu ilość powstającego NADH jest taka sama, jak podczas utleniania 500 g glukozy

PS Na dobre odżywianie i częste spożywanie alkoholu etylowego, np. w postaci piwa, „etanolu” acetylo-S-CoA jest w cyklu TCA nie tyle spalany, ile zużywany

służy do syntezy cholesterolu i tłuszczów obojętnych, to znaczy następuje przejście

energię etanolu w formę rezerwową, co prowadzi do otyłości piwnej i zwiększa ryzyko miażdżycy.

PENTOZOFOSFORAN

Szlak pentozofosforanowy utleniania glukozy nie jest powiązany z produkcją energii.

Wartość PFP:

Tworzenie NADPH

do syntezy Kwasy tłuszczowe,

cholesterol i inne sterydy,

do syntezy kwasu glutaminowego z kwasu α-ketoglutarowego (reakcja-

redukcyjnego aminowania).

do systemów ochrony komórek przed utlenianiem wolnych rodników (ochrona antyoksydacyjna).

2. Tworzenie rybozo-5-fosforanu niezbędnego do syntezy kwasów nukleinowych

Najbardziej aktywne reakcje PPP zachodzą w cytozolu komórek wątroby, tkanki tłuszczowej, erytrocytach, korze nadnerczy i gruczole sutkowym w okresie laktacji; mniej intensywne

ale w mięśnie szkieletowe.

Szlak pentozofosforanowy składa się z dwóch etapów – oksydacyjnego i nieutleniającego.

Na pierwszym, utleniający, etap glukozo-6-fosforanu w trzech reakcjach ulega konwersji

ulega przemianie do rybulozo-5-fosforanu, reakcjom towarzyszy redukcja dwóch cząsteczek NADP do NADPH.

Druga faza - etap dostosowań strukturalnych, dzięki czemu pentozy mogą

przekształcić się w fundusz heksozowy. W tych reakcjach rybulozo-5-fosforan może izomeryzować do rybozo-5-fosforanu i ksylulozo-5-fosforanu. Ponadto pod wpływem enzymu

transketolaza i transaldolaza, przegrupowania strukturalne zachodzą w postaci

powstawanie innych monosacharydów. Podczas wszystkich reakcji drugiego etapu pentozy przekształcają się w fruktozo-6-fosforan i fosforan aldehydu glicerynowego. Z aldehydu glicerynowego-

3-fosforan, jeśli to konieczne, mogą tworzyć się heksozy.

Związek między szlakiem pentozofosforanowym a glikolizą

Los powstałego fruktozo-6-fosforanu i fosforanu aldehydu glicerynowego jest inny

w zależności od sytuacji i potrzeb komórki. Dlatego metabolizm glukozo-6-fosforanu może zachodzić poprzez 4 różne mechanizmy.

Mechanizm 1 . Zapotrzebowanie na NADPH i rybozo-5-fosforan jest zrównoważone

(na przykład w syntezie deoksyrybonukleotydów). W takich warunkach reakcja

przebiegają w zwykłej kolejności – powstają dwie cząsteczkiNADPHi jeden mol-

cząsteczka rybozo-5-fosforanu z jednej cząsteczki glukozo-6-fosforanu wzdłuż oksydacyjnej gałęzi szlaku pentozofosforanowego.

Mechanizm 2 . Zapotrzebowanie na rybozo-5-fosforan znacznie przewyższa zapotrzebowanie na NADPH (Na przykład, synteza RNA) Większość glukozo-6-fosforanu ulega przemianie do fruktozo-6-fosforanu i 3-fosforanu aldehydu glicerynowego

poprzez szlak glikolityczny. Następnie dwie cząsteczki fruktozo-6-fosforanu i jedna cząsteczka aldehydu glicerynowo-3-fosforanowego pod działaniem transaldolazy i

transketolazy rekombinują w trzy cząsteczki rybozo-5-fosforanu, odwracając reakcję z etapu 2 szlaku pentozofosforanowego.

Mechanizm 3 . Zapotrzebowanie na NADPH znacznie przekracza zapotrzebowanie

w rybozo-5-fosforanie (Na przykład, biosynteza cholesterolu, Kwasy tłuszczowe). W tej sytuacji, zgodnie z reakcjami utleniania pentozofosforanu

szlaki wytwarzają NADPH i rybulozo-5-fosforan. Ponadto pod działaniem transketolazy i transaldolazy rybulozo-5-fosforan przekształca się w pentozo-5-fosforany, fruktozo-6-fosforan i aldehydo-3-fosforan glicerynowy. Wreszcie

Glukozo-6-fosforan jest resyntetyzowany z fruktozo-6-fosforanu i fosforanu aldehydu glicerynowego wzdłuż szlaku glukoneogenezy. Łączenie nowych cząsteczek

glukozo-6-fosforan pozwala na utrzymanie stechiometrii procesu.

Mechanizm 4 . Zapotrzebowanie na NADPH znacznie przewyższa zapotrzebowanie na rybozo-5-fosforan i wymagana jest energia (Na przykład. antyoksy-

ochrona erytrocytów). Glukozo-6-fosforan przekształca się w rybozo-5-fosforan, a następnie w fruktozo-6-fosforan i aldehydo-3-fosforan gliceryny, które (w przeciwieństwie do mechanizmu 3) wchodzą raczej na glikolityczny szlak metaboliczny niż ulegają odwrotnej konwersji do glukozo-6-fosforanu . Utworzony pirogronian wchodzi do cyklu TCA. W rezultacie NADPH i ATP powstają jednocześnie.

Niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej

Genetyczny niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej obserwuje się z częstotliwością około 1:60, czyli na Ziemi żyje około 100 milionów ludzi z tą chorobą, która na szczęście nie zawsze się objawia. Konsekwencją defektu enzymatycznego jest zmniejszenie syntezy NADPH w komórce. Ma to szczególnie istotny wpływ na Czerwone krwinki, w którym etap utleniający cyklu pentozofosforanowego jest jedynym źródłem NADPH.

Spośród różnych funkcji NADPH dla erytrocytów ważna jest jedna:

kreatywność w pracy układ antyoksydacyjny, czyli współpraca z glutationem-

peroksydaza, enzym, redukujący

redukując nadtlenek wodoru do wody. Z czego powstaje nadtlenek wodoru w ogniwie

wolne rodniki tlenowe (aktywne

formy tlenu), te ostatnie są powszechnym produktem działania wielu

enzymy, takie jak oksydaza cytochromowa.

Podczas stosowania niektórych leków (sulfonamidy, (streptocid, sulfacyl-Na), norsulfazol, paracetamol, aspiryna, prymachina, błękit metylenowy, naftalen) w komórkach kwasu

Aktywowane są procesy utleniania wolnych rodników. Zwykła komórka i erytro-

cit., z którymi radzą sobie dość łatwo dodatkowe obciążenie. Jeśli nie

Jeśli opisany enzym jest wystarczający, nadtlenek wodoru gromadzi się w erytrocytach, co zwiększa uszkodzenie jego błon i hemolizę.

HOMEOSTAZA GLUKOZY WE KRWI

Stężenie glukozy we krwi zmienia się pod wpływem wielu hormonów. Os-

są nowe hormony glukagon, adrenalina, glukokortykoidy, somatyczny-

hormon tropiczny z jednej strony i insulina z drugiej strony, insulina jest jedyna

żylny hormon organizmu, którego działanie ma na celu obniżenie poziomu glukozy we krwi. Wszystkie inne hormony go zwiększają.

Zmniejszenie insulina stężenie glukozy we krwi osiąga się w następujący sposób:

moje sposoby:

stymulacja białek transportowych na błonie cytoplazmatycznej,

zwiększona synteza glukokinazy, enzymu zwanego „lo-

pojemnik na glukozę”

aktywację syntazy glikogenu i stymulację jej syntezy, co pozwala na wstępne

zamieniają nadmiar glukozy w glikogen,

indukcja syntezy dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej i dehydrogenazy 6-fosfoglukonianowej,

stymulacja syntezy enzymów glikolitycznych - fosfofruktokinazy, kinazy pirogronianowej, co umożliwia udział glukozy w procesach oksydacyjnych.

udział glukozy w syntezie triacylogliceroli (patrz Synteza triacylogliceroli).

Wiele tkanek jest niewrażliwych na działanie insuliny, tzw nieinsulina

zależny Należą do nich tkanka nerwowa, ciało szkliste, soczewka, siatkówka, komórki kłębuszkowe nerek, komórki śródbłonka, jądra i krwinki czerwone.

Glukagon,adrenalina I glukokortykoidy zwiększyć poziom glukozy we krwi

vi, aktywując mobilizację glikogenu (fosforylaza glikogenu), stymulując syntezę enzymów glukoneogenezy (karboksylaza pirogronianowa, fosfoenolopirogronian-

karboksykinaza, fruktozo-1,6-bifosfataza i glukozo-6-fosfataza). glukokorti-

Coidy dodatkowo zapobiegają przedostawaniu się glukozy do komórki.

STANY HIPERGLIKEMICZNE

Hiperglikemia to stan, w którym stężenie glukozy we krwi przekracza 6 mmol/l.

Ze względu na pochodzenie wyróżnia się dwie grupy takich schorzeń:

Fizjologiczny

żywieniowy – związany z przyjmowaniem pokarmu i zwykle trwa nie dłużej niż 2 godziny po posiłku.

neurogenny – Napięcie nerwowe. Stymuluje wydzielanie adrenaliny

i mobilizacja glikogenu w wątrobie,

hiperglikemia u kobiet w ciąży – związana ze względnym niedoborem

insuliny wraz ze wzrostem masy ciała i zapotrzebowaniem płodu na glukozę.

Patologiczny

W przypadku chorób przysadki mózgowej, kory i rdzenia nadnerczy, tarczycy

tarczycy, z organicznymi zmianami w ośrodkowym układzie nerwowym i trzustce

ZCUKRZYCA CUKRZYCA

Cukrzyca (DM) jest chorobą polietiologiczną związaną z:

ze spadkiem liczby komórek β wysepek Langerhansa,

z zaburzeniami poziomu syntezy insuliny,

z mutacjami prowadzącymi do molekularnego defektu hormonu,

ze spadkiem liczby receptorów insulinowych i ich powinowactwa w komórkach -

z zaburzeniami wewnątrzkomórkowego przekazywania sygnałów hormonalnych.

Atrakcja dwa typy cukrzyca:

Cukrzyca insulinozależna (IDDM) – cukrzyca u dzieci i młodzieży (młodzieży)

zero), jej udział wynosi około 20% wszystkich przypadków cukrzycy;

Cukrzyca insulinoniezależna (NIDDM) – cukrzyca dorosłych, jej udział

– około 80%;

Podział typów cukrzycy na cukrzycę dorosłych i dzieci nie zawsze jest prawidłowy, gdyż

jak zdarzają się przypadki rozwoju NIDDM we wczesnym wieku, również NIDDM może przekształcić się w postać insulinozależną

3. Cukrzyca w ciąży

Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo poziomom 1 i 2.

py SD. Rozwój IDDM wynika z Nie-

wystarczająca synteza insuliny V

są komórki β wysepek Langerhansa

gruczoł żołądkowy. Wśród powodów jest

Obecnie uwaga skupiona jest na

eliminowane są zmiany i infekcje autoimmunologiczne

przez wirusy β-tropowe (wirusy

Coxsackie, Epstein-Bar, świnka).

Dodatek

Stosowanie mleka krowiego lub mieszanki do karmienia niemowląt wiąże się z niebezpieczeństwem ze względu na możliwy rozwój odpowiedzi immunologicznej na albuminę mleka i przekształcenie ataku immunologicznego naβ -komórki trzustki.

W przypadku cukrzycy u dorosłych główną przyczyną jest

Noe jest insulinooporność,

powstające w wyniku funkcjonalnych lub strukturalnych zaburzeń odpowiedzi na insulinę

receptory.

Charakterystyka porównawcza typów cukrzycy

	IDDM	NIDDM
	Dzieci, nastolatki	W średnim wieku, starsi
	Ostry (kilka dni)	Stopniowe (lata)
Wygląd (przed leczeniem)	Cienki	40% jest otyłych
Utrata masy ciała (do	Zwykle tak jest	Nie typowe
Stężenie insuliny w	Zmniejszone o 2-10 razy	Normalny lub zwiększony
Stężenie peptydu C	Mocno zmniejszone	Normalny lub zwiększony
	lub brak
Historia rodzinna	Rzadko obciążony	Często obciążony
Uzależnienie od insuliny		Tylko 20%
Skłonność do kwasicy ketonowej

Diagnostyka.

Diagnozę cukrzycy insulinozależnej stawia się, jeśli

Występują klasyczne objawy (poliuria, polidypsja, utrata masy ciała).

la) i stężenie glukozy na czczo w kilku powtarzanych testach kapilarnych

krew powyżej 6,1 mmol/l.

Brak odpowiednich objawów przy stężeniu glukozy na czczo

kilka powtarzanych badań krwi włośniczkowej powyżej 6,1 mmol/l.

W przypadkach wątpliwych (i tylko!) – braku objawów w połączeniu z niejednoznacznymi wynikami badań – zaleca się wykonanie próby wysiłkowej z glukozą.

Zosia. Polega na przyjmowaniu przez pacjenta glukozy w ilości 1,5-2,0 g na kg masy ciała. Próbki krwi pobiera się bezpośrednio przed przyjęciem glukozy (zero min-

Zwykle stężenie wzrasta

poziom glukozy wynosi 50–75% w ciągu 60 minut

badania ciecierzycy i spada do wartości początkowych o 90-120 minut.

W jednostkach absolutnych zgodnie z zaleceniami

wytyczne WHO wzrost poziomu glukozy nie powinien przekraczać 7,5

mmol/l na początku 4,0-5,0

Dodatek

Czasami próbki pobiera się dopiero po 0 i 120 minutach, ale nie jest to wskazane.

To prawda, ponieważ brakuje dodatkowych informacji o stanie organizmu. Czyli ostro w górę

Pozostałą część krzywej można ocenić na podstawie aktywnościN. błędny, odpowiedzialnych za wydzielanie insuliny, o funkcji wchłaniania jelit, o zdolności wątroby do wchłaniania glukozy. Na przykład „głodna” wątroba z wyczerpanymi rezerwami

glikogen, aktywniej zużywa glukozę z krwi żyły wrotnej w porównaniu z krwią „odżywioną”, a wzrost krzywej jest gładszy. Podobną krzywą obserwuje się, gdy wchłanianie glukozy pogarsza się z powodu choroby śluzowej.

zysta jelitowa. W przypadku marskości wątroby obserwuje się odwrotny obraz.

Dość często u dorosłych zamiast obciążenia glukozą stosuje się zwykłe śniadanie, a krew pobiera się 1, 2 lub 2,5 godziny po nim. Jeśli poziom glukozy nie powróci do normy w określonym czasie, rozpoznanie cukrzycy zostaje potwierdzone.

Krzywe hiperglikemii

wydają się zwiększone w 2-3

razy poziom glukozy we krwi po wysiłku, co wskazuje

zakłócenie interakcji hormonalnych

działania. Normalizacja wskaźników następuje niezwykle powoli i

kończy się nie wcześniej niż 150-180 minut

ciecierzyca Bardzo popularny przypadek takie krzywe to ukryta prawda

cukrzyca typu 1 i 2 oraz uszkodzenie miąższu wątroby. Chaty-

prąd katecholamin w guzie chromochłonnym i trójjodotyroniny w nadciśnieniu

dysfunkcja tarczycy,

hiperkortyzolemia, choroby podwzgórza i przysadki mózgowej objawiają się również w postaci krzywej hiperglikemicznej.

Dodatek

Podczas pomiaru poziomu glukozy po posiłkach u pacjentów z dobrze kontrolowaną cukrzycą wyniki powinny mieścić się w przedziale 7,6-

9,0 mmol/l. Wartości większe niż 9,0 mmol/l oznaczają, że dawka insuliny jest nieprawidłowa lub cukrzyca nie jest wyrównana.

Krzywe hipoglikemii–

zwiększone stężenie glukozy

nie więcej niż 25% z szybkim powrotem do wartości pierwotnych

niyam. Obserwowane w gruczolaku

wysepki Langerhansa, niedoczynność tarczycy, niedoczynność kory nadnerczy

kov, choroby jelit i

dysbakterioza.

Dodatek

miDZIAŁANIE INSULINY

Bardzo szybkie efekty (sekundy)

Hiperpolaryzacja błon komórek wrażliwych na insulinę;

Aktywacja wymiennika na+/h+, który umożliwia wyprowadzenie jonów h+ i wejście jonów do wnętrza ogniwa

Aktywacja wymiennika na+/k+, który umożliwia uwolnienie jonów na+ i wejście jonów k+ do wnętrza komórki;

Zahamowanie pompy Ca2+ prowadzi do zatrzymania jonów Ca2+ w komórce;

Stymulacja transportu glukozy do wnętrza komórki – pojawienie się transporterów glukozy na błonie;

Szybkie efekty (minuty)

Pobudzenie fosfataz białkowych prowadzi do aktywacji syntazy glikogenu,

dehydrogenaza pirogronianowa, reduktaza HMG-SCoA, karboksylaza acetylo-S-CoA;

Zwiększa lipogenezę, tworząc korzystny „biochemiczny”

klimat":

aktywuje dehydrogenazę glukozo-6-fosforanową, co powoduje produkcję NADPH,

glukokinaza, która prowadzi do syntezy acetylo-SCoA,

karboksylaza acetylo-S-CoA i syntaza kwasów tłuszczowych, zwiększające syntezę kwasów tłuszczowych.

Aktywuje fosfodiesterazę cAMP, zmniejszając w ten sposób jej aktywację

wpływ na kinazę białkową A i reakcje kataboliczne.

Powolne efekty (od minut do godzin)

1. Aktywacja syntezy glukokinazy, liazy cytrynianowej ATP, acetylo-S-CoA-karbo-

ksylaza, syntaza kwasów tłuszczowych, kinaza pirogronianowa, dehydrogenaza glukozo-6-fosforanowa, dehydrogenaza jabłczanu cytolosolu.;

Zwiększona synteza tRNA w celu zwiększenia szybkości transkrypcji. Jednakże zmniejsza się wytwarzanie antagonistycznego mRNA dla enzymu (na przykład dla PEP-

karboksykinaza);

Zwiększa fosforylację seryny rybosomalnego białka S6, co stymuluje syntezę białek.

Bardzo powolne efekty (od godzin do dni)

Zwiększa syntezę somatomedyny, która jest zależna od hormonu wzrostu;

Zwiększa wzrost i proliferację komórek, działając synergistycznie

somatomedyna;

Stymuluje kinazy tyrozynowe, powoduje przejście komórki z fazy G1 do fazy S cyklu komórkowego.

KONSEKWENCJE NIEDOBORU INSULINY

Szybkie konsekwencje

Hiperglikemia– ponieważ nie ma wpływu insuliny i przeważa wpływ insuliny

redukcja glukagonu, adrenaliny, kortyzolu, hormonu wzrostu.

Glukozuria–próg nerkowy dla glukozy, czyli stężenie glukozy we krwi

Wartość, przy której pojawia się w moczu, wynosi około 10,0 mmol/l. Zwykle w mo-

gdzie poziom glukozy wynosi od 0,8 mmol/l do 2,78 mmol/dobę, w innych jednostkach około 0,5

g/dzień, przy cukrzycy ilość utraconej glukozy dochodzi do 100 g/dzień i więcej.

Przewaga katabolizm białek nadmierny anabolizm prowadzi do akumulacji

produkty azotowe

wymianę, głównie mocznika i jego zwiększoną

nowa hodowla. Nadmiar

wchodzą aminokwasy glu-

koniogeneza.

Glukoza i mocznik

osmotycznie zatrzymują wodę w świetle nerek

kanalik i powstaje Przez-

liuria Objętość moczu wzrasta 2-3 razy.

Zwiększony rozkład

TAG w tkance tłuszczowej i wątrobie powoduje anomalie

bardzo wysokie utlenianie

kwasów tłuszczowych i akumulacji ich niedotlenionych

produkty - ciała ketonowe.

Prowadzi to do ketonemia,

ketonuria I kwasica ketonowa.

W cukrzycy wzrasta stężenie ciał ketonowych

100-200 razy i osiąga

350 mg% (normalnie 2 mg% lub

0,1-0,6 mmol/l).

W przypadku wielomoczu z mo-

choy, oprócz wody, traci się w szczególności sole węglowodany

żadnych panów mający charakter zasadowy. To pogłębia kwasicę.

W rezultacie

Powstają paragrafy 4,5,6 dehydr-

obrót(W ciężkie przypadki do 5l) korpusu, co polega na zmniejszeniu objętości

krwotoki, odwodnienie komórek i ich marszczenie (luźna skóra, zapadnięte oczy)

za miękkie gałki oczne suchość błon śluzowych), obniżenie ciśnienia krwi. Kwasica powoduje duszność (oddech Kussmaula, szybki i głęboki) i dodatkową

odwodnienie organizmu.

Ośrodek pragnienia zostaje aktywowany i zaczyna działać polidypsja.

Odwodnienie nieuchronnie prowadzi do niewydolności krążenia w tkankach.

nyakh - aktywowana jest beztlenowa glikoliza, gromadzi się mleczan i oprócz ke-

pojawia się kwasica kwasica mleczanowa.

Zakwaszenie środowiska powoduje zmianę interakcji insuliny z receptorem

ramii, komórki stają się niewrażliwe na insulinę – insulinooporność-

ness.

Kwasica krwi zmniejsza stężenie 2,3-difosfoglicerynianu w erytrocytach.

tak. To, zwiększając powinowactwo hemoglobiny do tlenu, powoduje niedotlenienie tkanek i

zaostrza kwasicę mleczanową

Konsekwencje długoterminowe

Hiperglikemia gwałtownie zwiększa zużycie glukozy przez tkanki insulinoniezależne (komórki ścian tętnic, śródbłonek, komórki Schwanna, erytrocyty,

stal i siatkówka oka, jądra i komórki kłębuszkowe nerek), w nich zmuszone są do aktywacji specjalnych szlaków metabolizmu glukozy. O ich intensywności decyduje jedynie dostępność glukozy:

Przemiana glukozy w

sorbitol.

Sorbitol słabo przenika przez błony komórkowe, czego skutkiem jest jego akumulacja w cytozolu

obrzęk osmotyczny komórek i zaburzenie ich funkcji. Na przykład występowanie zaćmy soczewki i neuropatii (upośledzenie zmysłu dotyku) w komórkach Schwanna

Glikozylacja nieenzymatyczna różne białe

kov, zmieniając ich właściwości i aktywując ich syntezę z powodu nadmiaru energii:

wzrasta synteza glikoprotein w błonie podstawnej kłębuszków nerkowych. Prowadzi to do niedrożności naczyń włosowatych i upośledzenia filtracji

wzrasta synteza glikoprotein w siatkówce, co powoduje obrzęk

krwotoki siatkówkowe

wzrasta synteza glikoprotein w ciele szklistym

synteza białek tkankowych wzrasta ze względu na dostępność glukozy i energii

glikozylowane białka soczewki łączą się w duże agregaty,

rozpraszanie światła. Powoduje to zmętnienie soczewki i zaćmę.

glikozylacja hemoglobiny w erytrocytach, tworzenie HbA 1 C

białka układu krzepnięcia, co zwiększa lepkość krwi

Białka LDL, co zmniejsza ich wiązanie z receptorami i zwiększa stężenie cholesterolu we krwi

Białka HDL, co zwiększa ich powinowactwo do receptorów i szybką eliminację

z krwiobiegu

W wyniku dwóch ostatnich zaburzeń powstają makroangiopatie i rozwija się miażdżyca.

stwardnienie naczyń krwionośnych mózgu, serca, nerek, kończyn. Typowo dla

TRAWIENIE I WCHŁANIANIE

Przy diecie kalorycznej 2000–3000 kcal dzienne spożycie węglowodanów wynosi 300–450 g. Wraz z pożywieniem pojawia się skrobia, sacharoza, laktoza, błonnik pokarmowy(włókno itp.). Trawienie węglowodanów rozpoczyna się w jamie ustnej przy udziale α-amylazy ślinowej, która rozkłada wiązania α-1,4-glikozydowe w skrobi. Nie następuje tu całkowity rozkład skrobi, ponieważ pokarm pozostaje w ustach przez krótki czas. Duże fragmenty zwane dekstrynami powstają ze skrobi w jamie ustnej. Sok żołądkowy nie zawiera enzymów rozkładających węglowodany. Dalsze trawienie węglowodanów następuje w jelicie cienkim. Enzym trzustkowy α-amylaza rozszczepia wiązania α-1,4-glikozydowe skrobi i dekstryn, wiązania α-1,6-glikozydowe rozcina enzym soku jelitowego – amylo-1,6-glikozydaza. W wyniku działania dwóch enzymów powstaje maltoza disacharydowa. Amylaza trzustkowa nie rozszczepia wiązań β-1,4-glikozydowych łączących reszty glukozy w cząsteczce celulozy. Dlatego błonnik pokarmowy nie jest trawiony, ale musi być obecny w diecie, ponieważ poprawia perystaltykę, przyspiesza uczucie sytości i obniża poziom cholesterolu we krwi, ponieważ zachodzi na nich adsorpcja kwasy żółciowe i usuwanie ich z organizmu. Błonnik pokarmowy musi być obecny w diecie przy otyłości, zaparciach, miażdżycy, cukrzyca. Maltoza powstająca ze skrobi, a także disacharydy spożywcze - sacharoza i laktoza - są trawione przez enzymy jelita cienkiego - disacharydazy. Enzymy te nie działają w świetle jelita, ale na powierzchni komórek nabłonka jelit. Maltoza rozkładana jest przez maltazę na 2 cząsteczki glukozy, laktoza przez laktazę na glukozę i galaktozę, sacharoza przez sacharozę na glukozę i fruktozę (ryc. 3). Wszystkie monosacharydy są wchłaniane najpierw na drodze ułatwionej dyfuzji, a następnie na drodze aktywnego transportu w symporcie z jonami Na +.

Ryc.3. Katabolizm disacharydów i patogeneza disacharydoz

Krew żyły wrotnej zawiera trzy monosacharydy: glukozę, fruktozę i galaktozę. Wszystkie dostają się do wątroby, gdzie następuje ujednolicenie fruktozy i galaktozy, tj. przekształcają się w glukozę – jedyny monosacharyd wykorzystywany przez wszystkie komórki naszego organizmu.

Disacharydozy to zaburzenia trawienia disacharydów związane z niewystarczającą aktywnością disacharydaz. Niewystarczająca aktywność enzymu może być wrodzona lub nabyta. Objawy postaci wrodzonych pojawiają się dość wcześnie, np. po pierwszym karmieniu mlekiem matki (przy niedoborze laktazy) lub po dodaniu do diety cukru lub skrobi. Formy nabyte można zaobserwować w chorobach jelit. Nierozdzielone disacharydy powodują biegunkę osmotyczną i są fermentowane przez mikroflorę jelitową, tworząc dwutlenek węgla, co prowadzi do wzdęć i kolki.

METABOLIZM GLIKOGENU

Wiele tkanek syntetyzuje glikogen jako rezerwową formę glukozy. Synteza i rozkład glikogenu zapewnia stałe stężenie glukozy we krwi. Synteza glikogenu zachodzi w stanie spoczynku i sytości, ponieważ każdy proces anaboliczny wymaga energii. Glikogen odkłada się głównie w wątrobie i mięśniach. Glukoza wchodząca do komórki ulega fosforylacji przy udziale heksokinazy kosztem ATP, w wyniku czego powstaje glukozo-6-fosforan, który w odwracalnej reakcji pod wpływem fosfoglukomutazy przekształca się w glukozo-1-fosforan. Następnie przy udziale UTP glukozo-1-fosforan przekształca się w UDP-glukozę. Cząsteczka ta służy jako donor reszt glukozy podczas syntezy glikogenu.

Ponieważ glikogen w komórce nigdy nie ulega całkowitemu rozkładowi, synteza glikogenu odbywa się poprzez wydłużenie istniejącej cząsteczki polisacharydu, zwanej „starterem”. Reszty glukozy z UDP-glukozy przyłączają się sekwencyjnie do „nasiona” wiązaniem α-1,4-glikozydowym z udziałem enzymu syntazy glikogenu. Rozgałęziona struktura glikogenu powstaje przy udziale „enzymu rozgałęziającego” (ryc. 4). Enzymy regulacyjne w syntezie glikogenu to syntaza glikogenu i heksokinaza. Synteza glikogenu wzrasta pod wpływem insuliny, a jest hamowana przez glukagon, katecholaminy i glikokortykosteroidy.

Ryc.4. Metabolizm glikogenu w wątrobie

Rozkład glikogenu następuje poprzez sekwencyjną eliminację reszt glukozy w postaci glukozo-1-fosforanu. Wiązanie glikozydowe zostaje rozerwane przez dodanie nieorganicznego fosforanu, dlatego proces ten nazywa się fosforolizą, a enzym fosforylazą. Powstały glukozo-1-fosforan jest następnie izomeryzowany przez fosfoglukomutazę do glukozo-6-fosforanu. W wątrobie (ale nie w mięśniach) glukozo-6-fosforan może ulegać hydrolizie, tworząc glukozę, która jest uwalniana do krwi. Reakcja ta jest katalizowana przez glukozo-6-fosfatazę. Glikogen mięśniowy nie jest wykorzystywany do utrzymania poziomu glukozy we krwi, ponieważ w mięśniach nie występuje enzym glukozo-6-fosfataza i nie może się w nich wytworzyć wolna glukoza, a glukozo-6-fosforan nie może przedostać się przez błonę komórkową. Zatem wątroba magazynuje glukozę w postaci glikogenu nie tyle na własne potrzeby, ile w celu utrzymania stałego stężenia glukozy we krwi. Funkcją glikogenu mięśniowego jest uwalnianie glukozo-6-fosforanu, który jest zużywany w samym mięśniu w celu utleniania i wykorzystania energii.

Enzymami regulatorowymi rozkładu glikogenu są fosforylaza i glukozo-6-fosfataza. Proces rozkładu przyspieszają katecholaminy, glukagon i glikokortykosteroidy; hamuje insulinę.

Państwowa Instytucja Edukacyjna Wyższej Szkoły Zawodowej UGMA Roszdrav

Katedra Biochemii

Akceptuję

Głowa dział prof., doktor nauk medycznych

Meshchaninov V.N.

______„_____________2007

WYKŁAD nr 7

Temat: Trawienie i wchłanianie węglowodanów. Wymiana glikogenu

Kierunki: leczniczo-profilaktyczny, lekarsko-profilaktyczny, pediatryczny.

Węglowodany – są to alkohole wielowodorotlenowe zawierające grupę okso.

Ze względu na liczbę monomerów wszystkie węglowodany dzielą się na: mono-, di-, oligo- i polisacharydy.

Monosacharydy dzielą się na aldozy i ketozy w zależności od pozycji grupy okso.

Ze względu na liczbę atomów węgla monosacharydy dzielą się na triozy, tetrozy, pentozy, heksozy itp.

Funkcje węglowodanów

Monosacharydy– węglowodany, które nie ulegają hydrolizie do węglowodanów prostszych.

Monosacharydy:

pełnić funkcję energetyczną (tworzenie ATP).

pełnią funkcję plastyczną (biorą udział w tworzeniu di-, oligo-, polisacharydów, aminokwasów, lipidów, nukleotydów).

pełnią funkcję detoksykacyjną (pochodne glukozy, glukuronidy, uczestniczą w neutralizacji toksycznych metabolitów i ksenobiotyków).

są fragmentami glikolipidów (cerebrozydów).

Disacharydy– węglowodany, które ulegają hydrolizie do 2 monosacharydów. U ludzi powstaje tylko 1 disacharyd - laktoza. Laktoza jest syntetyzowana podczas laktacji w gruczołach sutkowych i występuje w mleku. Ona:

jest źródłem glukozy i galaktozy dla noworodków;

uczestniczy w formacji normalna mikroflora u noworodków.

Oligosacharydy– węglowodany, które są hydrolizowane do 3 do 10 monosacharydów.

Oligosacharydy to fragmenty glikoprotein (enzymy, białka transportowe, białka receptorowe, hormony), glikolipidów (globozydy, gangliozydy). Tworzą glikokaliks na powierzchni komórki.

Polisacharydy– węglowodany, które są hydrolizowane do 10 lub więcej monosacharydów. Homopolisacharydy pełnią funkcję magazynowania (glikogen jest formą magazynowania glukozy). Heteropolisacharydy (GAG) są składnikiem strukturalnym substancji międzykomórkowej (siarczany chondroityny, kwas hialuronowy), uczestniczą w proliferacji i różnicowaniu komórek oraz zapobiegają krzepnięciu krwi (heparyna).

Węglowodany spożywcze, normy i zasady racjonowania dziennych potrzeb żywieniowych. Rola biologiczna.

Pożywienie ludzkie zawiera głównie polisacharydy – skrobię, celulozę roślinną oraz w mniejszych ilościach – glikogen zwierzęcy. Źródłem sacharozy są rośliny, zwłaszcza buraki cukrowe i trzcina cukrowa.Laktoza pochodzi z mleka ssaków (w mleku krowim znajduje się do 5% laktozy, w mleku ludzkim do 8%). Owoce, miód i soki zawierają niewielkie ilości glukozy i fruktozy. Maltoza występuje w słodzie i piwie.

Węglowodany spożywcze są dla organizmu ludzkiego przede wszystkim źródłem monosacharydów, głównie glukozy. Niektóre polisacharydy: celuloza, substancje pektynowe, dekstrany, praktycznie nie są trawione przez człowieka, w przewodzie pokarmowym działają jak sorbent (usuwają cholesterol, kwasy żółciowe, toksyny itp.) i są niezbędne do stymulacji motoryki jelit i tworzenia prawidłowych mikroflora.

Węglowodany są niezbędnym składnikiem pożywienia, stanowią 75% diety i dostarczają ponad 50% zapotrzebowania kalorycznego. Dobowe zapotrzebowanie osoby dorosłej na węglowodany wynosi 400 g/dzień, a na celulozę i pektyny do 10-15 g/dzień. Zaleca się spożywanie bardziej złożonych polisacharydów i mniej monosacharydów.

Trawienie węglowodanów

Trawienie Jest to proces hydrolizy substancji do ich przyswajalnych form. Trawienie zachodzi: 1). Wewnątrzkomórkowy (w lizosomach); 2). Zewnątrzkomórkowo (w przewodzie żołądkowo-jelitowym): a). wnęka (odległa); B). ciemieniowy (kontakt).

Trawienie węglowodanów w jamie ustnej(kawitacja)

W jamie ustnej pokarm jest rozdrabniany podczas żucia i zwilżany śliną. Ślina składa się w 99% z wody i zazwyczaj ma pH 6,8. Endoglikozydaza jest obecna w ślinie α -amylaza ( α -1,4-glikozydaza), rozszczepienie wewnętrznych wiązań α-1,4-glikozydowych w skrobi z utworzeniem dużych fragmentów - dekstryn oraz niewielkiej ilości maltozy i izomaltozy. Wymagany jest jon Cl.

Trawienie węglowodanów w żołądku(kawitacja)

Działanie amylazy ślinowej ustaje w środowisku kwaśnym (pH

Trawienie węglowodanów w jelicie cienkim(jama i ciemieniowa)

W dwunastnica kwaśna zawartość żołądka jest neutralizowana przez sok trzustkowy (pH 7,5-8,0 ze względu na wodorowęglany). Do jelit dostaje się wraz z sokiem trzustkowym trzustka α - amylasa . Ta endoglikozydaza hydrolizuje wewnętrzne wiązania α-1,4-glikozydowe w skrobi i dekstrynach, tworząc maltozę (2 reszty glukozy połączone wiązaniem α-1,4-glikozydowym), izomaltozę (2 reszty glukozy połączone wiązaniem α-1,6- wiązanie glikozydowe) i oligosacharydy zawierające 3-8 reszt glukozy połączonych wiązaniami α-1,4- i α-1,6-glikozydowymi.

Trawienie maltozy, izomaltozy i oligosacharydów zachodzi pod działaniem specyficznych enzymów - egzoglikozydaz, które tworzą kompleksy enzymatyczne. Kompleksy te znajdują się na powierzchni komórek nabłonkowych jelita cienkiego i przeprowadzają trawienie ciemieniowe.

Kompleks sukrazy i izomaltazy składa się z 2 peptydów, ma strukturę domenową. Z pierwszego peptydu powstaje cytoplazmatyczna, transbłonowa (wiąże kompleks na błonie enterocytów) i domeny wiążące oraz podjednostka izomaltazy. Od drugiego - podjednostka sachazy. Podjednostka sukrazy hydrolizuje wiązania α-1,2-glikozydowe w sacharozie, iso podjednostka maltazy - wiązania α-1,6-glikozydowe w izomaltozie, wiązania α-1,4-glikozydowe w maltozie i maltotriozie. Dużo kompleksu znajduje się w jelicie czczym, mniej w bliższej i dalszej części jelita.

Kompleks glikoamylazy , zawiera dwie podjednostki katalityczne, które mają niewielkie różnice w specyficzności substratu. Hydrolizuje wiązania α-1,4-glikozydowe w oligosacharydach (od końca redukującego) i w maltozie. Największa aktywność występuje w dolnych partiach jelita cienkiego.

Kompleks β-glikozydazy (laktaza) glikoproteina, hydrolizuje wiązania β-1,4-glikozydowe w laktozie. Aktywność laktazy zależy od wieku. U płodu jest szczególnie zwiększone późne daty ciąży i trwa wysoki poziom do 5-7 roku życia. Następnie aktywność laktazy maleje, osiągając u dorosłych poziom aktywności charakterystyczny dla dzieci.

Trehalaza kompleks glikozydazy, hydrolizuje wiązania α-1,1-glikozydowe pomiędzy glukozami w trehalozie, disacharydzie grzybowym.

Trawienie węglowodanów kończy się utworzeniem monosacharydów - głównie glukozy, powstaje mniej fruktozy i galaktozy, a jeszcze mniej mannozy, ksylozy i arabinozy.

Wchłanianie węglowodanów

Monosacharydy są wchłaniane przez komórki nabłonkowe jelita czczego i talerz. Transport monosacharydów do komórek błony śluzowej jelit może odbywać się na drodze dyfuzji (ryboza, ksyloza, arabinoza), dyfuzji ułatwionej przez białka nośnikowe (fruktoza, galaktoza, glukoza) oraz poprzez wtórny transport aktywny (galaktoza, glukoza). Wtórny aktywny transport galaktozy i glukozy ze światła jelita do enterocytów odbywa się poprzez symport z Na +. Poprzez białko nośnikowe Na + porusza się zgodnie ze swoim gradientem stężeń i przenosi ze sobą węglowodany wbrew gradientowi stężeń. Gradient stężenia Na+ jest tworzony przez Na+/K+-ATPazę.

Gdy stężenie glukozy w świetle jelita jest niskie, transportowana jest ona do enterocytów jedynie transportem aktywnym, gdy wysokie stężenie- transport aktywny i dyfuzja ułatwiona. Szybkość wchłaniania: galaktoza > glukoza > fruktoza > inne monosacharydy. Monosacharydy opuszczają enterocyty w kierunku naczyń włosowatych krwi poprzez ułatwioną dyfuzję przez białka nośnikowe.

Upośledzone trawienie i wchłanianie węglowodanów

Nazywa się to niedostatecznym trawieniem i wchłanianiem strawionych pokarmów złe wchłanianie . Przyczyny złego wchłaniania węglowodanów mogą być dwa:

1). Dziedziczne i nabyte defekty enzymów biorących udział w trawieniu. Znane są dziedziczne defekty laktazy, α-amylazy i kompleksu sukraza-izomaltaza. Bez leczenia patologiom tym towarzyszy przewlekła dysbioza i upośledzony rozwój fizyczny dziecka.

Nabyte zaburzenia trawienia można zaobserwować, gdy choroby jelit na przykład zapalenie żołądka, zapalenie okrężnicy, zapalenie jelit, po operacjach przewodu żołądkowo-jelitowego.

Niedobór laktazy u dorosłych może wiązać się ze zmniejszeniem ekspresji genu laktazy, co objawia się nietolerancją mleka – wymiotami, biegunką, skurczami i bólami brzucha oraz wzdęciami. Częstotliwość tej patologii wynosi 7-12% w Europie, 80% w Chinach i do 97% w Afryce.

2). Upośledzone wchłanianie monosacharydów w jelicie.

Złe wchłanianie może wynikać z defektu dowolnego składnika biorącego udział w systemie transportu monosacharydów przez błonę. Opisano patologie związane z defektem białka transportera glukozy zależnego od sodu.

Zespołowi złego wchłaniania towarzyszy biegunka osmotyczna, wzmożona perystaltyka, skurcze, ból i wzdęcia. Biegunkę powodują nierozszczepione disacharydy lub niewchłonięte monosacharydy w dystalnych odcinkach jelita, a także kwasy organiczne powstające przez mikroorganizmy podczas niepełnego rozkładu węglowodanów.

Transport glukozy z krwi do komórek

Glukoza przedostaje się do komórek z krwioobiegu poprzez dyfuzję ułatwioną za pomocą białek nośnikowych – GLUT. Transportery glukozy GLUT mają organizację domenową i występują we wszystkich tkankach. Istnieje 5 typów GLUT:

GLUT-1 – głównie w mózgu, łożysku, nerkach, jelicie grubym;

GLUT-2 – występuje głównie w wątrobie, nerkach, komórkach β trzustki, enterocytach i występuje w erytrocytach. Ma wysoki Km;

GLUT-3 – w wielu tkankach, m.in. w mózgu, łożysku, nerkach. Ma większe powinowactwo do glukozy niż GLUT-1;

GLUT-4 - insulinozależny, występujący w mięśniach (szkieletowych, sercowych), tkance tłuszczowej;

GLUT-5 – występujący powszechnie w komórkach jelita cienkiego, jest nośnikiem fruktozy.

POŚLIKI, w zależności od ich rodzaju, mogą być zlokalizowane głównie zarówno w błonie komórkowej, jak i pęcherzykach cytozolowych. Przezbłonowy transport glukozy zachodzi tylko wtedy, gdy w błonie komórkowej obecne są GLUT. Wbudowanie GLUT do błony z pęcherzyków cytozolowych następuje pod wpływem insuliny. Kiedy stężenie insuliny we krwi spada, GLUT wracają do cytoplazmy. Tkanki, w których GLUT pozbawione insuliny są prawie w całości zlokalizowane w cytoplazmie komórek (GLUT-4 i w mniejszym stopniu GLUT-1) okazują się insulinozależne (mięśnie, tkanka tłuszczowa), natomiast tkanki, w których przeważają GLUT zlokalizowane w błonie komórkowej (GLUT-3) – insulinoniezależne.

Znane są różne zaburzenia w funkcjonowaniu GLUT. Dziedziczny defekt tych białek może leżeć u podstaw cukrzycy insulinoniezależnej.

Metabolizm monosacharydów w komórce

Po wchłonięciu w jelicie glukoza i inne monosacharydy przedostają się do żyła wrotna i dalej do wątroby. Monosacharydy w wątrobie przekształcają się w glukozę lub produkty jej metabolizmu. Część glukozy w wątrobie odkłada się w postaci glikogenu, część wykorzystywana jest do syntezy nowych substancji, a część przesyłana jest poprzez krwioobieg do innych narządów i tkanek. Jednocześnie wątroba utrzymuje stężenie glukozy we krwi na poziomie 3,3-5,5 mmol/l.

Fosforylacja i defosforylacja monosacharydów

W komórkach glukoza i inne monosacharydy ulegają fosforylacji przy użyciu ATP, tworząc estry fosforu: glukoza + ATP → glukoza-6ph + ADP. W przypadku heksoz ta nieodwracalna reakcja jest katalizowana przez enzym heksokinaza , który ma izoformy: w mięśniach - heksokinaza II, w wątrobie, nerkach i komórkach β trzustki - heksokinaza IV (glukokinaza), w komórkach tkanek nowotworowych - heksokinaza III. Fosforylacja monosacharydów prowadzi do powstania reaktywnych związków (reakcja aktywacji), które nie są w stanie opuścić komórki, ponieważ nie ma odpowiednich białek nośnikowych. Fosforylacja zmniejsza ilość wolnej glukozy w cytoplazmie, co ułatwia jej dyfuzję z krwi do komórek.

Heksokinaza II fosforyluje D-glukozę i w mniejszym stopniu inne heksozy. Posiadające duże powinowactwo do glukozy (Km

Glukokinaza (heksokinaza IV) ma niskie powinowactwo do glukozy (Km - 10 mmol/l), jest aktywna w wątrobie (i nerkach), gdy wzrasta stężenie glukozy (podczas trawienia). Glukokinaza nie jest hamowana przez glukozo-6-fosforan, co pozwala wątrobie na usuwanie nadmiaru glukozy z krwi bez ograniczeń.

Glukozo-6-fosfataza katalizuje nieodwracalne rozszczepienie grupy fosforanowej drogą hydrolityczną w ER: glukoza-6-ph + H 2 O → glukoza + H 3 PO 4, występująca tylko w wątrobie, nerkach i komórkach nabłonka jelit. Powstała glukoza może przedostać się z tych narządów do krwi. Zatem glukozo-6-fosfataza wątrobowa i nerkowa umożliwia podniesienie niskiego poziomu glukozy we krwi.

Biochemia Książka >> Medycyna, zdrowie

Sam kontroluj pracę. Stanowisko Wykładyćwiczenia laboratoryjne 7 34 34 ... wysięk. 6. Kliniczne biochemia choroby nerka Badanie funkcji nerka. Biochemia mocz. Edukacja i... zaburzenia metaboliczne aminokwasów, lipidów, węglowodany, tkanka łączna. Podchodzi do...

Akceptuję

Głowa dział prof., doktor nauk medycznych

Meshchaninov V.N.

______„_____________2005

Wykład nr 7 Temat: Trawienie i wchłanianie węglowodanów. Wymiana glikogenu

Kierunki: leczniczo-profilaktyczny, lekarsko-profilaktyczny, pediatryczny. Drugi kurs.

Węglowodany – substancje z ogólna formuła C m (H 2 O) n, nazwa opiera się na założeniu, że wszystkie zawierają 2 składniki - węgiel i wodę (XIX wiek). Ze względu na liczbę monomerów wszystkie węglowodany dzielą się na: mono-, di-, oligo- i polisacharydy.

Funkcje węglowodanów

Monosacharydy pełnią funkcje energetyczne (tworzenie ATP) i plastyczne (biorą udział w tworzeniu mono-, di-, oligo-, polisacharydów, aminokwasów, lipidów, nukleotydów). Są to fragmenty glikolipidów (cerebrozydów). Pochodne glukozy, glukuronidy, biorą udział w detoksykacji ksenobiotyków i inaktywacji substancji pochodzenia endogennego.

Disacharydy pełnią funkcję odżywczą (laktoza mleczna).

Oligosacharydy są fragmentami glikoprotein (enzymy, białka transportowe, białka receptorowe, hormony), glikolipidów (globozydy, gangliozydy).

Polisacharydy pełnią funkcje magazynujące (glikogen) i strukturalne (GAG), uczestniczą w proliferacji i różnicowaniu komórek.

Węglowodany spożywcze, normy i zasady racjonowania dziennych potrzeb żywieniowych. Rola biologiczna.

Pożywienie człowieka zawiera głównie polisacharydy – skrobię, celulozę (rośliny) oraz w mniejszych ilościach – glikogen (zwierzęta). Źródłem sacharozy są rośliny, zwłaszcza buraki cukrowe i trzcina cukrowa.Laktoza pochodzi z mleka ssaków (w mleku krowim znajduje się do 5% laktozy, w mleku ludzkim do 8%). Owoce, miód i soki zawierają niewielkie ilości glukozy i fruktozy. Maltoza występuje w słodzie i piwie.

Węglowodany spożywcze są dla organizmu ludzkiego przede wszystkim źródłem monosacharydów, głównie glukozy. Niektóre polisacharydy: celuloza, substancje pektynowe, dekstrany, praktycznie nie są trawione przez człowieka, w przewodzie pokarmowym działają jak sorbent (usuwają cholesterol, kwasy żółciowe, toksyny itp.) i są niezbędne do stymulacji motoryki jelit i tworzenia prawidłowych mikroflora.

Węglowodany są niezbędnym składnikiem pożywienia, stanowią 75% masy dieta i dostarczają ponad 50% potrzebnych kalorii. Dobowe zapotrzebowanie osoby dorosłej na węglowodany wynosi 400 g/dzień, a na celulozę i pektyny do 10-15 g/dzień. Zaleca się spożywanie bardziej złożonych polisacharydów i mniej monosacharydów.

Trawienie węglowodanów

Trawienie Jest to proces hydrolizy substancji do ich przyswajalnych form. Trawienie zachodzi: 1). Wewnątrzkomórkowy (w lizosomach); 2). Zewnątrzkomórkowo (w przewodzie żołądkowo-jelitowym): a). wnęka (odległa); B). ciemieniowy (kontakt).

Trawienie węglowodanów w jamie ustnej(kawitacja)

W jamie ustnej pokarm jest rozdrabniany podczas żucia i zwilżany śliną. Ślina składa się w 99% z wody i zazwyczaj ma pH 6,8. Endoglikozydaza jest obecna w ślinie α -amylaza ( α -1,4-glikozydaza), rozszczepienie wewnętrznych wiązań α-1,4-glikozydowych w skrobi z utworzeniem dużych fragmentów - dekstryn oraz niewielkiej ilości maltozy i izomaltozy. Wymagany jest jon Cl.

Trawienie węglowodanów w żołądku(kawitacja)

Działanie amylazy ślinowej ustaje w środowisku kwaśnym (pH<4) содержимого желудка, однако, внутри пищевого комка ак­тивность амилазы может некоторое время сохраняться. Желудочный сок не содержит фермен­тов, расщепляющих углеводы, в нем возможен лишь незначительный кислотный гидролиз гликозидных связей.

Trawienie węglowodanów w jelicie cienkim(jama i ciemieniowa)

W dwunastnicy kwaśna zawartość żołądka jest neutralizowana przez sok trzustkowy (pH 7,5-8,0 z powodu wodorowęglanów). Do jelit dostaje się wraz z sokiem trzustkowym trzustka α - amylasa . Ta endoglikozydaza hydrolizuje wewnętrzne wiązania α-1,4-glikozydowe w skrobi i dekstrynach, tworząc maltozę (2 reszty glukozy połączone wiązaniem α-1,4-glikozydowym), izomaltozę (2 reszty glukozy połączone wiązaniem α-1,6- wiązanie glikozydowe) i oligosacharydy zawierające 3-8 reszt glukozy połączonych wiązaniami α-1,4- i α-1,6-glikozydowymi.

Trawienie maltozy, izomaltozy i oligosacharydów zachodzi pod działaniem specyficznych enzymów - egzoglikozydaz, które tworzą kompleksy enzymatyczne. Kompleksy te znajdują się na powierzchni komórek nabłonkowych jelita cienkiego i przeprowadzają trawienie ciemieniowe.

Kompleks sukrazy i izomaltazy składa się z 2 peptydów, ma strukturę domenową. Z pierwszego peptydu powstaje cytoplazmatyczna, transbłonowa (wiąże kompleks na błonie enterocytów) i domeny wiążące oraz podjednostka izomaltazy. Od drugiego - podjednostka sachazy. Podjednostka sukrazy hydrolizuje wiązania α-1,2-glikozydowe w sacharozie, iso podjednostka maltazy - wiązania α-1,6-glikozydowe w izomaltozie, wiązania α-1,4-glikozydowe w maltozie i maltotriozie. Dużo kompleksu znajduje się w jelicie czczym, mniej w bliższej i dalszej części jelita.

Kompleks glikoamylazy , zawiera dwie podjednostki katalityczne, które mają niewielkie różnice w specyficzności substratu. Hydrolizuje wiązania α-1,4-glikozydowe w oligosacharydach (od końca redukującego) i w maltozie. Największa aktywność występuje w dolnych partiach jelita cienkiego.

Kompleks β-glikozydazy (laktaza) glikoproteina, hydrolizuje wiązania β-1,4-glikozydowe w laktozie. Aktywność laktazy zależy od wieku. U płodu jest szczególnie podwyższony w późnej fazie ciąży i utrzymuje się na wysokim poziomie do 5-7 roku życia. Następnie aktywność laktazy maleje, osiągając u dorosłych poziom aktywności charakterystyczny dla dzieci.

Trehalaza kompleks glikozydazy, hydrolizuje wiązania α-1,1-glikozydowe pomiędzy glukozami w trehalozie, disacharydzie grzybowym.

Trawienie węglowodanów kończy się utworzeniem monosacharydów - głównie glukozy, powstaje mniej fruktozy i galaktozy, a jeszcze mniej mannozy, ksylozy i arabinozy.

Wchłanianie węglowodanów

Monosacharydy są wchłaniane przez komórki nabłonkowe jelita czczego i krętego. Transport monosacharydów do komórek błony śluzowej jelit może odbywać się na drodze dyfuzji (ryboza, ksyloza, arabinoza), dyfuzji ułatwionej przez białka nośnikowe (fruktoza, galaktoza, glukoza) oraz poprzez wtórny transport aktywny (galaktoza, glukoza). Wtórny aktywny transport galaktozy i glukozy ze światła jelita do enterocytów odbywa się poprzez symport z Na +. Poprzez białko nośnikowe Na + porusza się zgodnie ze swoim gradientem stężeń i przenosi ze sobą węglowodany wbrew gradientowi stężeń. Gradient stężenia Na+ jest tworzony przez Na+/K+-ATPazę.

Przy niskim stężeniu glukozy w świetle jelita transportowana jest ona do enterocytów jedynie poprzez transport aktywny, przy wysokim stężeniu – przez transport aktywny i dyfuzję ułatwioną. Szybkość wchłaniania: galaktoza > glukoza > fruktoza > inne monosacharydy. Monosacharydy opuszczają enterocyty w kierunku naczyń włosowatych krwi poprzez ułatwioną dyfuzję przez białka nośnikowe.

Upośledzone trawienie i wchłanianie węglowodanów

Nazywa się to niedostatecznym trawieniem i wchłanianiem strawionych pokarmów złe wchłanianie . Przyczyny złego wchłaniania węglowodanów mogą być dwa:

1). Dziedziczne i nabyte defekty enzymów biorących udział w trawieniu. Znane są dziedziczne defekty laktazy, α-amylazy i kompleksu sukraza-izomaltaza. Bez leczenia patologiom tym towarzyszy przewlekła dysbioza i upośledzony rozwój fizyczny dziecka.

Nabyte zaburzenia trawienia można zaobserwować w chorobach jelit, np. zapaleniu żołądka, zapaleniu jelita grubego, zapaleniu jelit, po operacjach przewodu pokarmowego.

Niedobór laktazy u dorosłych może wiązać się ze zmniejszeniem ekspresji genu laktazy, co objawia się nietolerancją mleka – wymiotami, biegunką, skurczami i bólami brzucha oraz wzdęciami. Częstotliwość tej patologii wynosi 7-12% w Europie, 80% w Chinach i do 97% w Afryce.

2). Upośledzone wchłanianie monosacharydów w jelicie.

Złe wchłanianie może wynikać z defektu dowolnego składnika biorącego udział w systemie transportu monosacharydów przez błonę. Opisano patologie związane z defektem białka transportera glukozy zależnego od sodu.

Zespołowi złego wchłaniania towarzyszy biegunka osmotyczna, wzmożona perystaltyka, skurcze, ból i wzdęcia. Biegunkę powodują nierozszczepione disacharydy lub niewchłonięte monosacharydy w dystalnych odcinkach jelita, a także kwasy organiczne powstające przez mikroorganizmy podczas niepełnego rozkładu węglowodanów.

Transport glukozy z krwi do komórek

Glukoza przedostaje się do komórek z krwioobiegu poprzez dyfuzję ułatwioną za pomocą białek nośnikowych – GLUT. Transportery glukozy GLUT mają organizację domenową i występują we wszystkich tkankach. Istnieje 5 typów GLUT:

GLUT-1 – głównie w mózgu, łożysku, nerkach, jelicie grubym;

GLUT-2 – występuje głównie w wątrobie, nerkach, komórkach β trzustki, enterocytach i występuje w erytrocytach. Ma wysoki Km;

GLUT-3 – w wielu tkankach, m.in. w mózgu, łożysku, nerkach. Ma większe powinowactwo do glukozy niż GLUT-1;

GLUT-4 - insulinozależny, występujący w mięśniach (szkieletowych, sercowych), tkance tłuszczowej;

GLUT-5 – występujący powszechnie w komórkach jelita cienkiego, jest nośnikiem fruktozy.

POŚLIKI, w zależności od ich rodzaju, mogą być zlokalizowane głównie zarówno w błonie komórkowej, jak i pęcherzykach cytozolowych. Przezbłonowy transport glukozy zachodzi tylko wtedy, gdy w błonie komórkowej obecne są GLUT. Wbudowanie GLUT do błony z pęcherzyków cytozolowych następuje pod wpływem insuliny. Kiedy stężenie insuliny we krwi spada, GLUT wracają do cytoplazmy. Tkanki, w których GLUT pozbawione insuliny są prawie w całości zlokalizowane w cytoplazmie komórek (GLUT-4 i w mniejszym stopniu GLUT-1) okazują się insulinozależne (mięśnie, tkanka tłuszczowa), natomiast tkanki, w których przeważają GLUT zlokalizowane w błonie komórkowej (GLUT-3) – insulinoniezależne.

Znane są różne zaburzenia w funkcjonowaniu GLUT. Dziedziczny defekt tych białek może leżeć u podstaw cukrzycy insulinoniezależnej.

Metabolizm monosacharydów w komórce

Po wchłonięciu w jelicie glukoza i inne monosacharydy przedostają się do żyły wrotnej, a następnie do wątroby. Monosacharydy w wątrobie przekształcają się w glukozę lub produkty jej metabolizmu. Część glukozy w wątrobie odkłada się w postaci glikogenu, część wykorzystywana jest do syntezy nowych substancji, a część przesyłana jest poprzez krwioobieg do innych narządów i tkanek. Jednocześnie wątroba utrzymuje stężenie glukozy we krwi na poziomie 3,3-5,5 mmol/l.

Fosforylacja i defosforylacja monosacharydów

W komórkach glukoza i inne monosacharydy ulegają fosforylacji przy użyciu ATP, tworząc estry fosforu: glukoza + ATP → glukoza-6ph + ADP. W przypadku heksoz ta nieodwracalna reakcja jest katalizowana przez enzym heksokinazę, który ma izoformy: w mięśniach - heksokinaza II, w wątrobie, nerkach i komórkach β trzustki - heksokinaza IV (glukokinaza), w komórkach tkanek nowotworowych - heksokinaza III . Fosforylacja monosacharydów prowadzi do powstania reaktywnych związków (reakcja aktywacji), które nie są w stanie opuścić komórki, ponieważ nie ma odpowiednich białek nośnikowych. Fosforylacja zmniejsza ilość wolnej glukozy w cytoplazmie, co ułatwia jej dyfuzję z krwi do komórek.

Heksokinaza II fosforyluje D-glukozę i w mniejszym stopniu inne heksozy. Posiadające duże powinowactwo do glukozy (Km<0,1 ммоль/л), гексокиназаIIобеспечивает поступление глюкозы в ткани даже при низкой концентрации глюкозы в крови. Так как гексокиназаIIингибируется глюкозо-6-ф (и АТФ/АДФ), глюкоза поступает в клетку только по мере необходимости.

Glukokinaza (heksokinaza IV) ma niskie powinowactwo do glukozy (Km - 10 mmol/l), jest aktywna w wątrobie (i nerkach), gdy wzrasta stężenie glukozy (podczas trawienia). Glukokinaza nie jest hamowana przez glukozo-6-fosforan, co pozwala wątrobie na usuwanie nadmiaru glukozy z krwi bez ograniczeń.

Glukozo-6-fosfataza katalizuje nieodwracalne rozszczepienie grupy fosforanowej drogą hydrolityczną w ER: glukoza-6-ph + H 2 O → glukoza + H 3 PO 4, występująca tylko w wątrobie, nerkach i komórkach nabłonka jelit. Powstała glukoza może przedostać się z tych narządów do krwi. Zatem glukozo-6-fosfataza wątrobowa i nerkowa umożliwia podniesienie niskiego poziomu glukozy we krwi.

Metabolizm glukozo-6-fosforanu

Glukoza-6-ph może być wykorzystywana przez komórkę w różnych przemianach, z których główne to: katabolizm z utworzeniem ATP, synteza glikogenu, lipidów, pentoz, polisacharydów i aminokwasów.

Państwowa Instytucja Edukacyjna Wyższej Szkoły Zawodowej UGMA Roszdrav

Katedra Biochemii

Akceptuję

Głowa dział prof., doktor nauk medycznych

Meshchaninov V.N.

______„_____________2007

WYKŁAD nr 7

Temat: Trawienie i wchłanianie węglowodanów. Wymiana glikogenu

Węglowodany – są to alkohole wielowodorotlenowe zawierające grupę okso.

Ze względu na liczbę monomerów wszystkie węglowodany dzielą się na: mono-, di-, oligo- i polisacharydy.

Monosacharydy dzielą się na aldozy i ketozy w zależności od pozycji grupy okso.

Ze względu na liczbę atomów węgla monosacharydy dzielą się na triozy, tetrozy, pentozy, heksozy itp.

Funkcje węglowodanów

Monosacharydy– węglowodany, które nie ulegają hydrolizie do węglowodanów prostszych.

Monosacharydy:

· pełnić funkcję energetyczną (tworzenie ATP).

· pełnią funkcję plastyczną (biorą udział w tworzeniu di-, oligo-, polisacharydów, aminokwasów, lipidów, nukleotydów).

· pełnią funkcję detoksykacyjną (pochodne glukozy, glukuronidy, uczestniczą w neutralizacji toksycznych metabolitów i ksenobiotyków).

· są fragmentami glikolipidów (cerebrozydów).

Disacharydy– węglowodany, które ulegają hydrolizie do 2 monosacharydów. U ludzi powstaje tylko 1 disacharyd - laktoza. Laktoza jest syntetyzowana podczas laktacji w gruczołach sutkowych i występuje w mleku. Ona:

· jest źródłem glukozy i galaktozy dla noworodków;

· uczestniczy w tworzeniu prawidłowej mikroflory u noworodków.

Oligosacharydy– węglowodany, które są hydrolizowane do 3 do 10 monosacharydów.

Oligosacharydy to fragmenty glikoprotein (enzymy, białka transportowe, białka receptorowe, hormony), glikolipidów (globozydy, gangliozydy). Tworzą glikokaliks na powierzchni komórki.

Polisacharydy– węglowodany, które są hydrolizowane do 10 lub więcej monosacharydów. Homopolisacharydy pełnią funkcję magazynowania (glikogen jest formą magazynowania glukozy). Heteropolisacharydy (GAG) są składnikiem strukturalnym substancji międzykomórkowej (siarczany chondroityny, kwas hialuronowy), uczestniczą w proliferacji i różnicowaniu komórek oraz zapobiegają krzepnięciu krwi (heparyna).

Węglowodany spożywcze, normy i zasady racjonowania dziennych potrzeb żywieniowych. Rola biologiczna. Pożywienie ludzkie zawiera głównie polisacharydy – skrobię, celulozę roślinną oraz w mniejszych ilościach – glikogen zwierzęcy. Źródłem sacharozy są rośliny, zwłaszcza buraki cukrowe i trzcina cukrowa. Laktoza pochodzi z mleka ssaków (w mleku krowim znajduje się do 5% laktozy, w mleku kobiet – do 8%). Owoce, miód i soki zawierają niewielkie ilości glukozy i fruktozy. Maltoza występuje w słodzie i piwie.

Węglowodany spożywcze są dla organizmu ludzkiego przede wszystkim źródłem monosacharydów, głównie glukozy. Niektóre polisacharydy: celuloza, substancje pektynowe, dekstrany, praktycznie nie są trawione przez człowieka, w przewodzie pokarmowym działają jak sorbent (usuwają cholesterol, kwasy żółciowe, toksyny itp.) i są niezbędne do stymulacji motoryki jelit i tworzenia prawidłowych mikroflora.

Węglowodany są niezbędnym składnikiem pożywienia, stanowią 75% diety i dostarczają ponad 50% zapotrzebowania kalorycznego. Dobowe zapotrzebowanie osoby dorosłej na węglowodany wynosi 400 g/dzień, a na celulozę i pektyny do 10-15 g/dzień. Zaleca się spożywanie bardziej złożonych polisacharydów i mniej monosacharydów.

Trawienie węglowodanów

Trawienie Jest to proces hydrolizy substancji do ich przyswajalnych form. Trawienie zachodzi: 1). Wewnątrzkomórkowy (w lizosomach); 2). Zewnątrzkomórkowo (w przewodzie żołądkowo-jelitowym): a). wnęka (odległa); B). ciemieniowy (kontakt).

Trawienie węglowodanów w jamie ustnej(kawitacja)

W jamie ustnej pokarm jest rozdrabniany podczas żucia i zwilżany śliną. Ślina składa się w 99% z wody i zazwyczaj ma pH 6,8. Endoglikozydaza jest obecna w ślinie α-amylaza (α-1,4-glikozydaza), rozszczepienie wewnętrznych wiązań α-1,4-glikozydowych w skrobi z utworzeniem dużych fragmentów - dekstryn oraz niewielkiej ilości maltozy i izomaltozy. Wymagany jest jon Cl.

Trawienie węglowodanów w żołądku(kawitacja)

Działanie amylazy ślinowej ustaje w środowisku kwaśnym (pH<4) содержимого желудка, однако, внутри пищевого комка ак­тивность амилазы может некоторое время сохраняться. Желудочный сок не содержит фермен­тов, расщепляющих углеводы, в нем возможен лишь незначительный кислотный гидролиз гликозидных связей.

Trawienie węglowodanów w jelicie cienkim(jama i ciemieniowa)

W dwunastnicy kwaśna zawartość żołądka jest neutralizowana przez sok trzustkowy (pH 7,5-8,0 z powodu wodorowęglanów). Do jelit dostaje się wraz z sokiem trzustkowym α-amylaza trzustkowa . Ta endoglikozydaza hydrolizuje wewnętrzne wiązania α-1,4-glikozydowe w skrobi i dekstrynach, tworząc maltozę (2 reszty glukozy połączone wiązaniem α-1,4-glikozydowym), izomaltozę (2 reszty glukozy połączone wiązaniem α-1,6- wiązanie glikozydowe) i oligosacharydy zawierające 3-8 reszt glukozy połączonych wiązaniami α-1,4- i α-1,6-glikozydowymi.

Trawienie maltozy, izomaltozy i oligosacharydów zachodzi pod działaniem specyficznych enzymów - egzoglikozydaz, które tworzą kompleksy enzymatyczne. Kompleksy te znajdują się na powierzchni komórek nabłonkowych jelita cienkiego i przeprowadzają trawienie ciemieniowe.

Kompleks sukrazy i izomaltazy składa się z 2 peptydów, ma strukturę domenową. Z pierwszego peptydu powstaje cytoplazmatyczna, transbłonowa (wiąże kompleks na błonie enterocytów) i domeny wiążące oraz podjednostka izomaltazy. Od drugiego - podjednostka sachazy. Podjednostka sukrazy hydrolizuje wiązania α-1,2-glikozydowe w sacharozie, podjednostka izomaltazy - wiązania α-1,6-glikozydowe w izomaltozie, wiązania α-1,4-glikozydowe w maltozie i maltotriozie. Dużo kompleksu znajduje się w jelicie czczym, mniej w bliższej i dalszej części jelita.

Kompleks glikoamylazy , zawiera dwie podjednostki katalityczne, które mają niewielkie różnice w specyficzności substratu. Hydrolizuje wiązania α-1,4-glikozydowe w oligosacharydach (od końca redukującego) i w maltozie. Największa aktywność występuje w dolnych partiach jelita cienkiego.

Kompleks β-glikozydazy (laktaza) glikoproteina, hydrolizuje wiązania β-1,4-glikozydowe w laktozie. Aktywność laktazy zależy od wieku. U płodu jest szczególnie podwyższony w późnej fazie ciąży i utrzymuje się na wysokim poziomie do 5-7 roku życia. Następnie aktywność laktazy maleje, osiągając u dorosłych poziom aktywności charakterystyczny dla dzieci. Trehalaza kompleks glikozydazy, hydrolizuje wiązania α-1,1-glikozydowe pomiędzy glukozami w trehalozie, disacharydzie grzybowym.Trawienie węglowodanów kończy się utworzeniem monosacharydów - głównie glukozy, powstaje mniej fruktozy i galaktozy, a jeszcze mniej mannozy, ksylozy i arabinozy. Wchłanianie węglowodanów Monosacharydy są wchłaniane przez komórki nabłonkowe jelita czczego i krętego. Transport monosacharydów do komórek błony śluzowej jelit może odbywać się na drodze dyfuzji (ryboza, ksyloza, arabinoza), dyfuzji ułatwionej przez białka nośnikowe (fruktoza, galaktoza, glukoza) oraz poprzez wtórny transport aktywny (galaktoza, glukoza). Wtórny aktywny transport galaktozy i glukozy ze światła jelita do enterocytów odbywa się poprzez symport z Na +. Poprzez białko nośnikowe Na + porusza się zgodnie ze swoim gradientem stężeń i przenosi ze sobą węglowodany wbrew gradientowi stężeń. Gradient stężenia Na+ jest tworzony przez Na+/K+-ATPazę.
Przy niskim stężeniu glukozy w świetle jelita transportowana jest ona do enterocytów jedynie poprzez transport aktywny, przy wysokim stężeniu – przez transport aktywny i dyfuzję ułatwioną. Szybkość wchłaniania: galaktoza > glukoza > fruktoza > inne monosacharydy. Monosacharydy opuszczają enterocyty w kierunku naczyń włosowatych krwi poprzez ułatwioną dyfuzję przez białka nośnikowe.

Upośledzone trawienie i wchłanianie węglowodanów

Nazywa się to niedostatecznym trawieniem i wchłanianiem strawionych pokarmów złe wchłanianie . Przyczyny złego wchłaniania węglowodanów mogą być dwa:

1). Dziedziczne i nabyte defekty enzymów biorących udział w trawieniu. Znane są dziedziczne defekty laktazy, α-amylazy i kompleksu sukraza-izomaltaza. Bez leczenia patologiom tym towarzyszy przewlekła dysbioza i upośledzony rozwój fizyczny dziecka.

Nabyte zaburzenia trawienia można zaobserwować w chorobach jelit, np. zapaleniu żołądka, zapaleniu jelita grubego, zapaleniu jelit, po operacjach przewodu pokarmowego.

Niedobór laktazy u dorosłych może wiązać się ze zmniejszeniem ekspresji genu laktazy, co objawia się nietolerancją mleka – wymiotami, biegunką, skurczami i bólami brzucha oraz wzdęciami. Częstotliwość tej patologii wynosi 7-12% w Europie, 80% w Chinach i do 97% w Afryce.

2). Upośledzone wchłanianie monosacharydów w jelicie.

Złe wchłanianie może wynikać z defektu dowolnego składnika biorącego udział w systemie transportu monosacharydów przez błonę. Opisano patologie związane z defektem białka transportera glukozy zależnego od sodu.

Zespołowi złego wchłaniania towarzyszy biegunka osmotyczna, wzmożona perystaltyka, skurcze, ból i wzdęcia. Biegunkę powodują nierozszczepione disacharydy lub niewchłonięte monosacharydy w dystalnych odcinkach jelita, a także kwasy organiczne powstające przez mikroorganizmy podczas niepełnego rozkładu węglowodanów.

Transport glukozy z krwi do komórek Glukoza przedostaje się do komórek z krwioobiegu poprzez dyfuzję ułatwioną za pomocą białek nośnikowych – GLUT. Transportery glukozy GLUT mają organizację domenową i występują we wszystkich tkankach. Istnieje 5 typów GLUT: GLUT-1 – występujący głównie w mózgu, łożysku, nerkach i jelicie grubym; GLUT-2 – występuje głównie w wątrobie, nerkach, komórkach β trzustki, enterocytach i występuje w erytrocytach. Ma wysoki Km;

GLUT-3 – w wielu tkankach, m.in. w mózgu, łożysku, nerkach. Ma większe powinowactwo do glukozy niż GLUT-1;

GLUT-4 - insulinozależny, występujący w mięśniach (szkieletowych, sercowych), tkance tłuszczowej; GLUT-5 – występujący powszechnie w komórkach jelita cienkiego, jest nośnikiem fruktozy.

POŚLIKI, w zależności od ich rodzaju, mogą być zlokalizowane głównie zarówno w błonie komórkowej, jak i pęcherzykach cytozolowych. Przezbłonowy transport glukozy zachodzi tylko wtedy, gdy w błonie komórkowej obecne są GLUT. Wbudowanie GLUT do błony z pęcherzyków cytozolowych następuje pod wpływem insuliny. Kiedy stężenie insuliny we krwi spada, GLUT wracają do cytoplazmy. Tkanki, w których GLUT pozbawione insuliny są prawie w całości zlokalizowane w cytoplazmie komórek (GLUT-4 i w mniejszym stopniu GLUT-1) okazują się insulinozależne (mięśnie, tkanka tłuszczowa), natomiast tkanki, w których przeważają GLUT zlokalizowane w błonie komórkowej (GLUT-3) – insulinoniezależne.

Znane są różne zaburzenia w funkcjonowaniu GLUT. Dziedziczny defekt tych białek może leżeć u podstaw cukrzycy insulinoniezależnej.

Metabolizm monosacharydów w komórce

Po wchłonięciu w jelicie glukoza i inne monosacharydy przedostają się do żyły wrotnej, a następnie do wątroby. Monosacharydy w wątrobie przekształcają się w glukozę lub produkty jej metabolizmu. Część glukozy w wątrobie odkłada się w postaci glikogenu, część wykorzystywana jest do syntezy nowych substancji, a część przesyłana jest poprzez krwioobieg do innych narządów i tkanek. Jednocześnie wątroba utrzymuje stężenie glukozy we krwi na poziomie 3,3-5,5 mmol/l.

Fosforylacja i defosforylacja monosacharydów

W komórkach glukoza i inne monosacharydy ulegają fosforylacji przy użyciu ATP, tworząc estry fosforu: glukoza + ATP → glukoza-6ph + ADP. W przypadku heksoz ta nieodwracalna reakcja jest katalizowana przez enzym heksokinaza , który ma izoformy: w mięśniach - heksokinaza II, w wątrobie, nerkach i komórkach β trzustki - heksokinaza IV (glukokinaza), w komórkach tkanek nowotworowych - heksokinaza III. Fosforylacja monosacharydów prowadzi do powstania reaktywnych związków (reakcja aktywacji), które nie są w stanie opuścić komórki, ponieważ nie ma odpowiednich białek nośnikowych. Fosforylacja zmniejsza ilość wolnej glukozy w cytoplazmie, co ułatwia jej dyfuzję z krwi do komórek.

Heksokinaza II fosforyluje D-glukozę i w mniejszym stopniu inne heksozy. Posiadające duże powinowactwo do glukozy (Km<0,1 ммоль/л), гексокиназа II обеспечивает поступление глюкозы в ткани даже при низкой концентрации глюкозы в крови. Так как гексокиназа II ингибируется глюкозо-6-ф (и АТФ/АДФ), глюкоза поступает в клетку только по мере необходимости.

Glukokinaza (heksokinaza IV) ma niskie powinowactwo do glukozy (Km - 10 mmol/l), jest aktywna w wątrobie (i nerkach), gdy wzrasta stężenie glukozy (podczas trawienia). Glukokinaza nie jest hamowana przez glukozo-6-fosforan, co pozwala wątrobie na usuwanie nadmiaru glukozy z krwi bez ograniczeń.

Glukozo-6-fosfataza katalizuje nieodwracalne rozszczepienie grupy fosforanowej drogą hydrolityczną w ER: glukoza-6-ph + H 2 O → glukoza + H 3 PO 4, występująca tylko w wątrobie, nerkach i komórkach nabłonka jelit. Powstała glukoza może przedostać się z tych narządów do krwi. Zatem glukozo-6-fosfataza wątrobowa i nerkowa umożliwia podniesienie niskiego poziomu glukozy we krwi.

Metabolizm glukozo-6-fosforanu

Glukoza-6-ph może być wykorzystywana przez komórkę w różnych przemianach, z których główne to: katabolizm z utworzeniem ATP, synteza glikogenu, lipidów, pentoz, polisacharydów i aminokwasów.

METABOLIZM GLIKOGENU

Wiele tkanek syntetyzuje glikogen jako rezerwową formę glukozy. Synteza i rozkład glikogenu w wątrobie utrzymuje homeostazę glukozy we krwi.

Glikogen - rozgałęziony homopolisacharyd glukozy o masie >10 7 Da (50 000 reszt glukozy), w którym reszty glukozy są połączone w odcinkach liniowych wiązaniem α-1,4-glikozydowym. W punktach rozgałęzień, co około 10 reszt glukozy, monomery są połączone wiązaniami α-1,6-glikozydowymi. Glikogen, nierozpuszczalny w wodzie, magazynowany jest w cytozolu komórki w postaci granulek o średnicy 10-40 nm. Glikogen odkłada się głównie w wątrobie (do 5%) i mięśniach szkieletowych (do 1%). Organizm może zawierać od 0 do 450 g glikogenu.

Rozgałęziona struktura glikogenu ułatwia pracę enzymów usuwających lub dodających monomery.

Synteza glikogenu (glikogeneza)

Glikogen syntetyzuje się przy wydatku energetycznym podczas trawienia (1-2 godziny po spożyciu pokarmów zawierających węglowodany).

Synteza glikogenu odbywa się poprzez wydłużenie już istniejącej cząsteczki polisacharydu zwanej „ nasionko ", Lub " Elementarz " Starter może zawierać białko glikogeninę, w którym do Tyr jest przyłączony oligosacharyd (około 8 reszt glukozy). Reszty glukozy są przenoszone przez syntazę glikogenu na nieredukujący koniec oligosacharydu i łączone wiązaniami α-1,4-glikozydowymi.

Gdy region liniowy zostanie przedłużony do około 11 reszt glukozy, enzym rozgałęziający przenosi swój blok końcowy, zawierający 6-7 reszt, na wewnętrzną resztę glukozy tego lub innego łańcucha, tworząc wiązanie α-1,6-glikozydowe. Nowy punkt rozgałęzienia powstaje w odległości co najmniej 4 reszt od dowolnego istniejącego punktu rozgałęzienia.

Rozkład glikogenu (glikogenoliza)

Rozkład glikogenu następuje poprzez sekwencyjną eliminację glukozy-1-ph w odpowiedzi na wzrost zapotrzebowania organizmu na glukozę. Reakcja jest katalizowana przez fosforylazę glikogenu:

Fosforylaza glikogenu składa się z 2 identycznych podjednostek (94500 Da). Forma nieaktywna jest oznaczona b, forma aktywna jest oznaczona jako a. Aktywowany kinaza fosforylazy B poprzez fosforylację każdej podjednostki w pozycji seryny 14.

Fosforylaza glikogenu rozszczepia wiązania α-1,4-glikozydowe poprzez fosforolizę, aż przed punktem rozgałęzienia pozostaną 4 reszty glukozy.

Inaktywacja fosforylazy glikogenowej następuje poprzez defosforylację przy udziale specyficznej fosforylazy fosfatazy (fosfataza fosfoproteinowa FPP).

Przeprowadzane jest usuwanie gałęzi enzym rozgałęziający . Ma aktywność transferazy i glikozydazy. Część transferazy ( transferaza oligosacharydowa ) przenosi trzy reszty glukozy pozostałe do punktu rozgałęzienia na nieredukujący koniec sąsiedniego łańcucha, wydłużając go dla fosforylazy.

Część glikozydazowa ( α-1,6-glukozydaza ) hydrolizuje wiązanie α-1,6-glikozydowe, uwalniając glukozę.

Glukoza-1-ph jest izomeryzowana do glukozy-6-ph przez fosfoglukomutazę.

Regulacja metabolizmu glikogenu w wątrobie

4Ca 2+ KM

Ca2+, DAG

Metabolizm glikogenu jest kontrolowany przez hormony (w wątrobie – insulina, glukagon, adrenalina; w mięśniach – insulina i adrenalina), które regulują fosforylację/defosforylację 2 kluczowych enzymów, syntazy glikogenu i fosforylazy glikogenu.

Na niewystarczający poziom glukozy we krwi, uwalniany jest hormon glukagon, a w skrajnych przypadkach adrenalina. Stymulują fosforylację syntazy glikogenu (jest inaktywowana) i fosforylazy glikogenu (jest aktywowana). Kiedy wzrasta poziom glukozy we krwi, uwalniana jest insulina, która stymuluje defosforylację syntazy glikogenu (jest aktywowana) i fosforylazy glikogenu (jest inaktywowana). Dodatkowo insulina indukuje syntezę glukokinazy, przyspieszając tym samym fosforylację glukozy w komórce. Wszystko to prowadzi do tego, że insulina stymuluje syntezę glikogenu, a adrenalina i glukagon stymulują jego rozkład.

W wątrobie zachodzi także allosteryczna regulacja fosforylazy glikogenu: jest ona hamowana przez ATP i glukozę-6ph oraz aktywowana przez AMP.

Zaburzenia metabolizmu glikogenu

Choroby glikogenowe - Grupa zaburzenia dziedziczne, które polegają na zmniejszeniu lub braku aktywności enzymów katalizujących reakcje syntezy lub rozkładu glikogenu lub rozregulowaniu tych enzymów.

Glikogenozy - choroby spowodowane defektem enzymów biorących udział w rozkładaniu glikogenu. Objawiają się one albo niezwykłą strukturą glikogenu, albo jego nadmiernym gromadzeniem w wątrobie, mięśniach sercowych czy szkieletowych, nerkach, płucach i innych narządach.

Obecnie glikogenozy dzieli się na 2 grupy: wątrobowe i mięśniowe.

Formy wątrobowe glikogenoza prowadzić do zakłócenia wykorzystania glikogenu do utrzymania poziomu glukozy we krwi. Dlatego objaw ogólny dla tych postaci - hipoglikemia w okresie poabsorpcyjnym.

choroba Gierkego (typ I) jest odnotowywany najczęściej. Powodem jest dziedziczny defekt glukozo-6-fosfatazy, enzymu zapewniającego uwolnienie glukozy do krwiobiegu po jej uwolnieniu z glikogenu komórek wątroby i nerek. Komórki wątroby i kręte kanaliki nerek są wypełnione glikogenem, wątroba i śledziona są powiększone, a pacjenci mają opuchniętą twarz – „twarz chińskiej lalki”. Choroba objawia się hipoglikemią, hipertriacyloglicerolemią, hiperurykemią i kwasicą.

1). W hepatocytach: glukoza-6-ph → PVC, mleczan (kwasica), ryboza-5-ph. ryboza-5-ph → puryny → kwas moczowy

2). We krwi: ↓glukoza →↓insulina/glukagon →: a) lipoliza tkanki tłuszczowej → FA we krwi.

B). ↓LPL tkanki tłuszczowej → TAG we krwi.

Leczenie to dieta glukozowa, częste karmienie.

Choroba odry (typ III) powszechne, 1/4 wszystkich glikogenoz wątrobowych. Rozgałęziony glikogen gromadzi się, ponieważ enzym usuwający rozgałęzienia jest wadliwy. Glikogenoliza jest możliwa, ale w niewielkim stopniu. Nie obserwuje się kwasicy mleczanowej i hiperurykemii. Choroba ma łagodniejszy przebieg niż choroba Gierkego.

Formy muskularne glikogenoza charakteryzuje się zaburzeniami w dostawie energii do mięśni szkieletowych. Choroby te pojawiają się, gdy aktywność fizyczna i towarzyszą im ból i skurcze mięśni, osłabienie i zmęczenie.

choroba McArdle’a (typ V) - patologia autosomalna recesywna, w mięśniach szkieletowych nie ma aktywności fosforylazy glikogenu. Nagromadzenie glikogenu o nieprawidłowej budowie w mięśniach.

Aglikogenozy

Aglikogenoza (glikogenoza 0 według klasyfikacji) jest chorobą wynikającą z defektu syntazy glikogenu. W wątrobie i innych tkankach pacjentów obserwuje się bardzo niską zawartość glikogenu. Przejawia się to wyraźną hipoglikemią w okresie poabsorpcyjnym. Charakterystyczny objaw- skurcze, które występują szczególnie rano. Choroba jest zgodna z życiem, ale chore dzieci wymagają częstego karmienia.

Katedra Biochemii

Akceptuję

Głowa dział prof., doktor nauk medycznych

Meshchaninov V.N.

______„_____________2007

WYKŁAD nr 8

Temat: Katabolizm glukozy. Glikoliza

Główne szlaki katabolizmu glukozy

Katabolizm glukozy w komórce może zachodzić zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych, a jego główną funkcją jest synteza ATP.

Tlenowe utlenianie glukozy

W warunkach tlenowych glukoza utlenia się do CO2 i H2O. Ogólne równanie wygląda następująco:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + 2880 kJ/mol.

Proces ten obejmuje kilka etapów:

1. Glikoliza tlenowa . W nim 1 glukoza utlenia się do 2 PVC, tworząc 2 ATP (najpierw zużywane są 2 ATP, następnie powstają 4) i 2 NADH 2;

2. Konwersja 2 PVK do 2 acetylo-CoA z uwolnieniem 2 CO 2 i utworzeniem 2 NADH 2;

3. CTK. Utlenia 2 acetylo-CoA z uwolnieniem 4 CO 2, tworząc 2 GTP (tworząc 2 ATP), 6 NADH 2 i 2 FADH 2;

4. Łańcuch fosforylacji oksydacyjnej. W nim utlenia się 10 (8) NADH 2, 2 (4) FADH 2 przy udziale 6 O 2, uwalnia się 6 H 2 O i syntetyzuje się 34 (32) ATP.

W wyniku tlenowego utleniania glukozy powstaje 38 (36) ATP, z czego: 4 ATP w reakcjach fosforylacji substratu, 34 (32) ATP w reakcjach fosforylacji oksydacyjnej. Skuteczność utleniania tlenowego wyniesie 65%.

Beztlenowe utlenianie glukozy

Katabolizm glukozy bez O2 zachodzi podczas glikolizy beztlenowej i PFS (PFP).

· Podczas glikoliza beztlenowa 1 glukoza utlenia się do 2 cząsteczek kwasu mlekowego, tworząc 2 ATP (najpierw zużywane są 2 ATP, następnie powstają 4). W warunkach beztlenowych jedynym źródłem energii jest glikoliza. Ogólne równanie wygląda następująco: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP → 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O.

· Podczas PFP Z glukozy powstają pentozy i NADPH 2. Podczas PFS Z glukozy powstaje tylko NADPH 2.

GLIKOLIZA

Glikoliza – Główna droga katabolizm glukozy (a także fruktozy i galaktozy). Wszystkie jego reakcje zachodzą w cytozolu.

Glikoliza tlenowa to proces utleniania glukozy do PVC, zachodzący w obecności O 2.

Glikoliza beztlenowa to proces utleniania glukozy do mleczanu, zachodzący przy braku O2.

Glikoliza beztlenowa różni się od glikolizy tlenowej tylko obecnością ostatnich 11 reakcji, przy czym pierwsze 10 reakcji jest dla nich wspólnych.

Etapy glikolizy

W każdej glikolizie można wyróżnić 2 etapy:

• Etap 1 ma charakter przygotowawczy, zużywa 2 ATP. Glukoza jest fosforylowana i rozkładana na 2 fosfotriozy;
• Etap 2 jest związany z syntezą ATP. Na tym etapie fosfotriozy przekształcają się w PVC. Energia tego etapu wykorzystywana jest do syntezy 4 ATP i redukcji 2NADH 2, która w warunkach tlenowych wykorzystywana jest do syntezy 6 ATP, zaś w warunkach beztlenowych redukują PVA do mleczanu.

Bilans energetyczny glikolizy

Zatem bilans energetyczny glikolizy tlenowej wynosi:

8ATP = -2ATP + 4ATP + 6ATP (z 2NADH 2)

Bilans energetyczny glikolizy beztlenowej:

2ATP = -2ATP + 4ATP

Ogólne reakcje Glikoliza tlenowa i beztlenowa

1. Heksokinaza (heksokinaza II, ATP: heksozo-6-fosfotransferaza) w mięśniach fosforyluje głównie glukozę, rzadziej fruktozę i galaktozę. km<0,1 ммоль/л. Ингибитор глюкозо-6-ф, АТФ. Активатор адреналин. Индуктор инсулин.

Glukokinaza (heksokinaza IV, ATP: glukozo-6-fosfotransferaza) fosforyluje glukozę. Km - 10 mmol/l, aktywny w wątrobie i nerkach. Glukoza-6-ph nie jest hamowana. Induktor insuliny. Heksokinazy przeprowadzają fosforylację heksoz.

2. Izomeraza fosfoheksozy (glukozo-6ph-fruktoza-6ph-izomeraza) przeprowadza aldo-ketoizomeryzację otwartych form heksoz.

3. Fosfofruktokinaza 1 (ATP: fruktozo-6ph-1-fosfotransferaza) przeprowadza fosforylację fruktozy-6ph. Reakcja jest nieodwracalna i najwolniejsza ze wszystkich reakcji glikolizy, określająca szybkość całej glikolizy. Aktywowane przez: AMP, fruktozę-2,6-df (silny aktywator powstający przy udziale fosfofruktokinazy 2 z fruktozy-6ph), fruktozę-6-ph, Fn. Hamowane przez: glukagon, ATP, NADH 2, cytrynian, kwasy tłuszczowe, ciała ketonowe. Induktor odpowiedzi insulinowej.

4. Aldolaza A (fruktoza-1,6-ph: DAP-liaza). Aldolazy działają na otwarte formy heksoz, mają 4 podjednostki i tworzą kilka izoform. Większość tkanek zawiera aldolazę A. Wątroba i nerki zawierają aldolazę B.

5. Izomeraza fosfotriozy (izomeraza DAP-PHA).

6. Dehydrogenaza 3-PHA (3-PHA: oksydoreduktaza NAD+ (fosforylująca)) składa się z 4 podjednostek. Katalizuje powstawanie wysokoenergetycznego wiązania w 1,3-PGA i redukcję NADH 2, które w warunkach tlenowych wykorzystywane są do syntezy 8 (6) cząsteczek ATP.

7. Kinaza fosfoglicerynianowa (ATP: 3PGA-1-fosfotransferaza). Przeprowadza fosforylację substratu ADP z wytworzeniem ATP.

W poniższych reakcjach niskoenergetyczny fosfoester przekształca się w wysokoenergetyczny fosforan.

8. Mutaza fosfoglicerynianowa (izomeraza 3-PGA-2-PGA) przenosi resztę fosforanową do PGA z pozycji 3 do pozycji 2.

9. Enolaza (2-PHA: hydroliaza) oddziela cząsteczkę wody od 2-PHA i tworzy wysokoenergetyczne wiązanie z fosforem. Hamowany przez jony F.

10. Kinaza pirogronianowa (ATP: fosfotransferaza PVK-2) przeprowadza fosforylację substratu ADP z wytworzeniem ATP. Aktywowany przez fruktozę-1,6-df, glukozę. Hamowany przez ATP, NADH 2, glukagon, adrenalinę, alaninę, kwasy tłuszczowe, Acetylo-CoA. Induktor: insulina, fruktoza.

Powstałą postać enolową PVK przekształca się następnie nieenzymatycznie w bardziej stabilną termodynamicznie formę ketonową. Ta reakcja jest ostatnią w przypadku tlenowej glikolizy.

Dalszy katabolizm 2PVK i wykorzystanie 2NADH2 zależy od dostępności O2.

Beztlenowa reakcja glikolizy

W warunkach beztlenowych PVA, podobnie jak O 2 w łańcuchu oddechowym, zapewnia regenerację NAD + z NADH 2, co jest niezbędne do kontynuacji reakcji glikolitycznych. PVK przekształca się w kwas mlekowy. Reakcja zachodzi w cytoplazmie z udziałem dehydrogenazy mleczanowej (LDH).

11. Dehydrogenaza mleczanowa (mleczan: NAD + oksydoreduktaza). Składa się z 4 podjednostek i ma 5 izoform.

Mleczan nie jest końcowym produktem metabolizmu usuwanym z organizmu. Z tkanki beztlenowej mleczan transportowany jest przez krew do wątroby, gdzie ulega przemianie w glukozę (cykl Cori) lub do tkanki tlenowej (miokardium), gdzie ulega przemianie w PVC i utlenieniu do CO 2 i H 2 O.

Katabolizm PVK w mitochondriach

W warunkach tlenowych PVA i wodory wraz z NADH 2 są transportowane do matrix mitochondrialnej. PVC nie przechodzi samodzielnie przez wewnętrzną błonę mitochondriów, jego przenikanie przez błonę odbywa się poprzez wtórny transport aktywny poprzez symport z H +. PVC w mitochondriach wykorzystuje się w 2 reakcjach:

1. Kompleks dehydrogenazy pirogronianowej (PVC: NAD + oksydoruduktaza (dekarboksylująca)) zawiera 3 enzymy i 5 koenzymów: a) Dekarboksylaza pirogronianowa zawiera ( E1) 120 monomerów i koenzym TPP; b) Dihydrolipoilotransacylaza ( E2) zawiera 180 monomerów i koenzymów lipoamid i HSCoA; c) Dehydrogenaza dihydrolipoilowa ( E3) zawiera 12 monomerów i koenzymy FAD i NAD. Kompleks pirogronianu DG przeprowadza oksydacyjną dekarboksylację PVK z utworzeniem Acetylo-CoA. Aktywator: HSCoA, NAD+, ADP. Inhibitor: NADH 2, ATP, Acetylo-CoA, kwasy tłuszczowe, ciała ketonowe. Induktor insuliny.

Mechanizm działania kompleksu Pirogronianu DG. Proces przebiega w 5 etapach:

2. Karboksylaza pirogronianowa (PVC: syntetaza CO 2 (ATP → ADP + Fn)) to złożony enzym oligomeryczny zawierający biotynę. Karboksyluje PVC do szczupaka. W razie potrzeby reakcja uzupełnienia dodaje PIKE do TCC. Aktywator: Acetylo-CoA.

Systemy wahadłowe

W warunkach tlenowych O 2 zapewnia regenerację NAD + z NADH 2, która jest niezbędna do kontynuacji reakcji glikolizy (NAD + substrat 3-PHA DG).

Ponieważ wewnętrzna błona mitochondriów jest nieprzepuszczalna dla NADH 2, NADH 2 zredukowany w wyniku glikolizy przenosi swoje atomy wodoru do mitochondrialnego łańcucha oddechowego za pomocą specjalnych systemów zwanych „systemami wahadłowymi”. Istnieją 2 znane systemy wahadłowe: jabłczan-asparaginian i glicerofosforan.

1. Transfer jabłczanowo-asparaginianowy jest uniwersalny, działa na wątrobę, nerki, serce.

2.

Mechanizm wahadłowy glicerofosforanu. Pracuje w biały mięsień szkieletowy, mózg, w tkance tłuszczowej, hepatocyty .

Transfer jabłczanowo-asparaginianowy jest energetycznie bardziej wydajny, ponieważ przenosi wodór do łańcucha oddechowego poprzez mitochondrialny NAD, stosunek P/O wynosi 3, a syntetyzowane jest 3 ATP.

Transfer glicerofosforanu przenosi wodór do łańcucha oddechowego poprzez FAD do KoQ, stosunek P/O wynosi 2, 2 Syntetyzowany jest ATP.

Plastyczne znaczenie katabolizmu glukozy

Podczas katabolizmu glukoza może pełnić funkcje plastyczne. Metabolity glikolizy służą do syntezy nowych związków. Zatem fruktoza-6ph i 3-PHA biorą udział w tworzeniu rybozy-5-ph (składnik nukleotydów); 3-fosfoglicerynian może brać udział w syntezie aminokwasów takich jak seryna, glicyna, cysteina. W wątrobie i tkance tłuszczowej Acetylo-CoA wykorzystywany jest do biosyntezy kwasów tłuszczowych i cholesterolu, a DAP do syntezy glicerolu-3ph.

Regulacja glikolizy

Efekt Pasteura – zmniejszenie szybkości zużycia glukozy i akumulacji mleczanu w obecności tlenu.

Efekt Pasteura tłumaczy się występowaniem konkurencji między enzymami tlenowego (PVK DG, karboksylaza PVK, enzymy łańcucha fosforylacji oksydacyjnej) i beztlenowej (LDG) szlaków utleniania o wspólny metabolit PVK i koenzym NADH 2 .

· Bez O 2 mitochondria nie zużywają PVK i NADH 2 , w rezultacie wzrasta ich stężenie w cytoplazmie i są one wykorzystywane do tworzenia mleczanu. Ponieważ glikoliza beztlenowa wytwarza tylko 2 ATP z 1 glukozy, do wytworzenia wystarczającej ilości ATP potrzeba dużej ilości glukozy (19 razy więcej niż w warunkach tlenowych).

· W obecności O 2 mitochondria wypompowują PVK i NADH 2 z cytoplazmy, przerywając reakcję tworzenia mleczanu. Podczas utleniania tlenowego z 1 glukozy powstaje 38 ATP, zatem do wytworzenia wystarczającej ilości ATP potrzeba niewielkiej ilości glukozy (19 razy mniej niż w warunkach beztlenowych).

METABOLIZM FRUKTOZY I GALAKTOZY

Fruktoza i galaktoza wraz z glukozą służą do pozyskiwania energii lub syntezy substancji: glikogenu, TG, GAG, laktozy itp.

Metabolizm fruktozy

Znaczna ilość fruktozy powstająca podczas rozkładu sacharozy jest przekształcana w glukozę w komórkach jelit. Część fruktozy trafia do wątroby.

Metabolizm fruktozy w komórce rozpoczyna się od reakcji fosforylacji:

1. Fruktokinaza (ATP: fruktozo-1-fosfotransferaza) fosforyluje tylko fruktozę i ma do niej duże powinowactwo. Zawarty w wątrobie, nerkach i jelitach. Insulina nie wpływa na jej działanie.

2. Aldolaza B (fruktoza: GA-liaza) jest obecna w wątrobie, rozkłada fruktozę-1ph (fruktozę-1,6ph) do aldehydu glicerynowego (GA) i fosforanu dihydroksyacetonu (DAP).

3. Triosekinaza (ATP: GA-3-fosfotransferaza). Dużo w wątrobie.

DAP i GA, pochodzące z fruktozy, biorą udział w wątrobie głównie w glukoneogenezie. Część DAP może zostać zredukowana do glicerolu-3-ph i uczestniczyć w syntezie TG.

Zaburzenia metabolizmu fruktozy

Przyczyną zaburzeń metabolizmu fruktozy jest defekt 3 enzymów: fruktokinazy, aldolazy B, triosekinazy.

Łagodna niezbędna fruktozuria związane z niedoborem fruktokinaza , nie objawia się klinicznie. Fruktoza gromadzi się we krwi i jest wydalana z moczem, gdzie można ją wykryć metodami laboratoryjnymi. Częstotliwość 1:130 000.

Dziedziczna nietolerancja fruktozy powszechna patologia występuje z powodu wady genetycznej aldolaza B (forma autosomalna recesywna). Objawia się to dodatkiem do diety owoców, soków i sacharozy. Po zjedzeniu pokarmu zawierającego fruktozę, wymioty, bóle brzucha, biegunka, hipoglikemia, a nawet śpiączka i drgawki . Rozwijają się małe dzieci i młodzież przewlekła dysfunkcja wątroby i nerek. Chorobie towarzyszy akumulacja fruktozy-1-ph, który hamuje aktywność fosfoglukomutazy, dzięki czemu hamowany jest rozkład glikogenu i rozwój hipoglikemia. W efekcie następuje przyspieszenie mobilizacji lipidów, utleniania kwasów tłuszczowych i syntezy ciał ketonowych. Wzrost liczby ciał ketonowych może prowadzić do kwasicy metabolicznej.

Efektem hamowania glikogenolizy i glikolizy jest zmniejszenie syntezy ATP. Ponadto akumulacja fosforylowanej fruktozy prowadzi do zakłócenia metabolizmu nieorganicznych fosforanów i hipofosfatemia. Aby uzupełnić wewnątrzkomórkowy fosforan, przyspiesza się rozkład nukleotydów adenylowych. Produkty rozkładu tych nukleotydów ulegają katabolizmowi, przechodząc przez etapy tworzenia hipoksantyny, ksantyny i wreszcie kwasu moczowego. Zwiększenie ilości kwasu moczowego i zmniejszenie wydalania moczanów w stanach kwasicy metabolicznej objawia się jako hiperurykemia. Dna moczanowa może być konsekwencją hiperurykemii nawet w młodym wieku.

Metabolizm galaktozy

Galaktoza powstaje w jelitach w wyniku hydrolizy laktozy. Konwersja galaktozy do glukozy zachodzi w wątrobie w reakcji epimeryzacji w postaci pochodnej UDP.

Galaktokinaza (ATP: galaktozo-1-fosfotransferaza) fosforyluje galaktozę.

Galaktozo-1f-urydylotransferaza zastępuje resztę glukozy w UDP-glukozie galaktozą, tworząc UDP-galaktozę.

Epimeraza (izomeraza UDP-galaktozo-UDP-glukozy) jest enzymem zależnym od NAD, który katalizuje epimeryzację grupy OH przy atomie węgla C4, zapewniając wzajemną konwersję galaktozy i glukozy w skład UDP.

Powstałą glukozę-1-ph można uwzględnić w: 1) syntezie glikogenu; 2) konwersja do wolnej glukozy; 3) katabolizm związany z syntezą ATP itp.

Zaburzenia metabolizmu galaktozy

Galaktozemia spowodowane dziedzicznym defektem któregokolwiek z trzech enzymów, do których zalicza się galaktoza, biorących udział w metabolizmie glukozy.

Galaktozemia , spowodowana niedoborem urydylotransferazy galaktozo-1-fosforanowej (GALT), ma kilka postaci, pojawia się wcześnie i jest szczególnie niebezpieczna dla dzieci, ponieważ mleko matki zawiera laktozę. Wczesne objawy wady GALT: wymioty, biegunka, odwodnienie, utrata masy ciała, żółtaczka. Stężenie galaktozy i galaktozy-1-ph wzrasta we krwi, moczu i tkankach. W tkankach oka (w soczewce) galaktoza jest redukowane przez aldoreduktazę (NADP), tworząc galaktitol (dulcytol). Galaktytol gromadzi się w ciele szklistym i wiąże duże ilości wody, nadmierne nawodnienie soczewki prowadzi do rozwoju zaćmy, która objawia się już w ciągu kilku dni po urodzeniu. Galaktoza-1-ph hamuje aktywność enzymów metabolizm węglowodanów(fosfoglukomutaza, dehydrogenaza glukozo-6-fosforanowa).

Galaktoza-1f działa toksycznie na hepatocyty: dochodzi do powiększenia wątroby i zwyrodnienia tłuszczowego. Galaktitol i galaktoza-1-ph powodują niewydolność nerek. Odnotowuje się zaburzenia w komórkach półkul mózgowych i móżdżku, w ciężkich przypadkach możliwy jest obrzęk mózgu, upośledzenie umysłowe i śmierć.

Niektóre defekty w strukturze GALT prowadzą jedynie do częściowej utraty aktywności enzymu. Ponieważ GALT zwykle występuje w organizmie w nadmiarze, spadek jego aktywności do 50%, a czasami nawet poniżej, może nie objawiać się klinicznie.

Leczenie polega na usunięciu galaktozy z diety.

Wydział Pedagogiczny Cechy katabolizmu monosacharydów u noworodków i dzieci

U dzieci szlak UDP-glukoza ↔ UDP-galaktoza jest aktywny. U dorosłych szlak ten jest nieaktywny. Noworodki mają niską aktywność PPS. Po urodzeniu dziecko przełącza katabolizm glukozy z beztlenowego na tlenowy. Początkowo dominuje wykorzystanie lipidów.

PAŃSTWOWA AKADEMIA MEDYCZNA

Katedra Biochemii

Akceptuję

Głowa dział prof., doktor nauk medycznych

Meshchaninov V.N.

______„_____________2005

WYKŁAD nr 9

Temat: Przeciek pentozofosforanowy i glukoneogeneza,

regulacja metabolizmu węglowodanów.

Glukoneogeneza (GNG)

Glukoneogeneza – synteza glukozy z substancji niewęglowodanowych. Jego główną funkcją jest utrzymanie poziomu glukozy we krwi w okresach długotrwałego postu i intensywnej aktywności fizycznej. Głównymi substratami glukoneogenezy są mleczan, glicerol i aminokwasy. Glukoneogeneza to proces odwrotny do glikolizy, który zachodzi w cytoplazmie i matrix mitochondriów. Nieodwracalne reakcje glikolizy (1, 3 i 10), katalizowane przez heksokinazy, fruktokinazy i kinazy pirogronianowe, są omijane przy udziale 4 specyficznych enzymów glukoneogenezy: karboksylazy pirogronianowej, karboksylazy fosfoenolopirogronianowej, fruktozo-1,6-fosfatazy i glukozy-6 -fosfataza. Ponadto enzymy cyklu TCA, takie jak jabłczan DG, biorą udział w glukoneogenezie.

Reakcje glukoneogenezy przedstawiono na schemacie. Kluczowe (nieodwracalne) reakcje glukoneogenezy:

1. Karboksylaza pirogronianowa (PVK: syntetaza CO 2 (ATP → ADP + Pn)) zawiera biotynę, znajduje się w mitochondriach, przekształca PVK w PKA. Induktor: glukagon, adrenalina, kortyzol. Represor: insulina. Inhibitor: AMP, aktywator AcetylCoA. Powstały szczupak przechodzi przez wewnętrzną błonę mitochondrialną w postaci zredukowanej (w postaci jabłczanu) lub w postaci aminowej (w postaci asparaginianu).

2. Karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa (GTP: PIKE-2-fosfotransferaza (dekarboksylująca)) zlokalizowana w cytoplazmie, przekształca PIKE w PEP. Induktor: glukagon, adrenalina, kortyzol. Represor: insulina.

3. Fruktozo-1,6-fosfataza (Fruktoza-1,6df: fosfohydrolaza) defosforyluje fruktozę-1,6df. Induktor: glukagon, adrenalina, kortyzol. Represor: insulina. Hamuje AMP, fruktozę-2,6df. Aktywator: cytrynian, kwasy tłuszczowe.

4. Glukozo-6-fosfataza (Glukoza-6ph: fosfohydrolaza) defosforyluje glukozę-6ph. Induktor: glukagon, adrenalina, kortyzol. Represor: insulina.

Bilans energetyczny glukoneogenezy. Utworzenie 1 glukozy z 2 mleczanów wymaga 6 ATP: 2 ATP dla karboksylazy pirogronianowej, 2 GTP dla karboksykinazy PEP, 2 ATP dla kinazy fosfoglicerynianowej. Ogólne równanie glukoneogenezy to:

2 mleczan + 4 ATP + 2 GTP + 4 H 2 O → 1 glukoza + 4 ADP + 2 PKB + 6 Fn

Regulacja glukoneogenezy. Regulacja glukoneogenezy odbywa się odwrotnie z reakcjami glikolizy: aktywacji glukoneogenezy towarzyszy hamowanie glikolizy i odwrotnie. Regulacja metabolizmu glukozy odbywa się przy udziale hormonów i metabolitów zmieniających aktywność i ilość enzymów regulatorowych glikolizy i glukoneogenezy. Insulina indukuje syntezę kluczowych enzymów glikolizy i hamuje syntezę kluczowych enzymów glukoneogenezy. Glukagon, kortyzol i adrenalina indukują syntezę kluczowych enzymów glukoneogenezy. Kluczowe enzymy glikolizy aktywują - AMP, fruktozę-2,6df, fruktozę-1,6df, hamują - ATP, NADH 2, cytryniany, kwasy tłuszczowe, alaninę, Acetylo-CoA, glukagon, adrenalinę. Aktywują kluczowe enzymy glukoneogenezy – AcetylCoA, glukagon, hamują – AMP, fruktozę-2,6df.

Cechy tkankowe glukoneogenezy. Większość tkanek nie ulega glukoneogenezie.

Największą aktywność glukoneogenezy obserwuje się w wątrobie, mniej w nerkach i błonie śluzowej jelit, które mogą syntetyzować do 80-100 g glukozy dziennie. W tych narządach glukoneogeneza przebiega do końca wraz z utworzeniem wolnej glukozy, która może opuścić komórki, utrzymując homeostazę glukozy we krwi. Zwykle homeostazę glukozy we krwi zapewnia glukoneogeneza w wątrobie do 80%, nerkach do 20%.

W tkankach mięśniowych obserwuje się niewielką aktywność glukoneogenezy, jednak z uwagi na brak ostatnich enzymów glukoneogenezy zamiast wolnej glukozy powstają jedynie jej pochodne, które nie są w stanie opuścić komórki. Zatem węglowodany są syntetyzowane w tkance mięśniowej wyłącznie na własne potrzeby. Na przykład w mięśniach szkieletowych i tkance tłuszczowej nie ma glukozo-6-fosfatazy, produktem glukoneogenezy jest glukoza-6ph. W mięśniu sercowym i mięśniach gładkich nie ma fruktozo-1,6-difosfatazy, produktem glukoneogenezy jest fruktozo-1,6-df.

Biologiczne znaczenie glukoneogenezy. Konieczność utrzymania stałego poziomu glukozy we krwi wynika z faktu, że dla wielu tkanek glukoza jest głównym (tkanka nerwowa), a dla niektórych jedynym (erytrocyty) źródłem energii. Potrzebę syntezy glukozy tłumaczy się tym, że glikogenoliza wątrobowa może samodzielnie zapewnić homeostazę glukozy we krwi tylko przez 8-12 godzin, następnie podaż glikogenu w ciągu dnia jest prawie całkowicie wyczerpana. W warunkach długotrwałego postu (ponad jeden dzień) glukoneogeneza jest jedynym źródłem glukozy w organizmie.

Zastawka pentozofosforanowa (PPS)

Bocznik pentozofosforanowy (ścieżka, cykl) jest alternatywną drogą utleniania glukozy. Proces ten jest najbardziej aktywny w tkance tłuszczowej, wątrobie, korze nadnerczy, czerwonych krwinkach, leukocytach fagocytujących, gruczole sutkowym w okresie laktacji i jądrach. Zachodzi w cytozolu bez udziału tlenu i składa się z 2 etapów, utleniającego i nieutleniającego. Na etapie utleniania przywracany jest NADPH 2, który wykorzystywany jest: 1) do regeneracji glutationu w układzie antyoksydacyjnym; 2) do syntezy kwasów tłuszczowych; 3) w reakcjach oksygenazowych z udziałem cytochromu P 450 podczas neutralizacji ksenobiotyków, metabolitów, syntezy cholesterolu, hormonów steroidowych itp. Na etapie nieutleniającym powstają różne pentozy. Ryboza-5ph może być stosowana do syntezy nukleotydów purynowych i pirymidynowych.

Cechy tkankowe funkcjonowania PFS (ścieżka, cykl).

W zależności od potrzeb tkanki proces pentozofosforanu może przebiegać jako cykl metaboliczny, szlak lub ominięcie początkowych reakcji glikolizy:

1. W PFC lub PFS jako produkt tworzy się wyłącznie NADPH 2. W tym przypadku pentozy nie są produktem końcowym; przekształcają się w fosfoheksozy, które zamykają cykl lub przechodzą w glikolizę, dopełniając bocznik. W tkance tłuszczowej czerwone krwinki.

2. Produktami PPP są NADPH 2 i pentozy. W wątrobie, szpiku kostnym.

3. W tkankach, które nie potrzebują NADPH 2, funkcjonuje jedynie etap nieoksydacyjny PPP, a jego reakcje przebiegają w przeciwnym kierunku, począwszy od fruktozy-6ph do fosfopentoz. W mięśniach.

Reakcje etapu utleniania

Etap utleniania PFS (ścieżka, cykl) składa się z 3 nieodwracalnych reakcji:

1). Dehydrogenaza glukozowo-6ph (glukoza-6ph: NADP + oksydoreduktaza). Inhibitor NADPH2. Induktor insuliny.

2). Hydrataza glukonolaktonowa (6-fosfoglukonian: hydroliaza).

3). Dehydrogenaza 6-fosfoglukonianowa (6-fosfoglukonian: NADP + oksydoreduktaza (dekarboksylacja)). Induktor insuliny.

Schemat PFS (ścieżka, cykl)

Na schemacie etap nieoksydacyjny rozpoczyna się od epimeraz i izomeraz, które izomeryzują rybulozę-5ph. Wszystkie reakcje etapu nieutleniającego są odwracalne.

Ogólne równanie PFC:

6 glukoza-6ph + 12 NADP + → 6 CO 2 + 12 NADPH 2 + 5 glukoza-6ph

Ogólne równanie PFS:

3 glukoza-6ph + 6 NADP + → 3 CO 2 + 6 NADPH 2 + 2 fruktoza-6ph + PHA

Ogólne równania PFP:

1) glukoza-6ph + 2 NADP + → CO 2 + 2 NADPH 2 + ryboza-5ph

2) 2 fruktoza-6ph + PHA → 3 ryboza-5ph

Patologia PFS

NADPH 2 jest ważnym składnikiem obrony antyoksydacyjnej, niezbędnym do regeneracji glutationu, który przy udziale peroksydazy glutationowej niszczy reaktywne formy tlenu. Ponieważ NADPH 2 powstaje w erytrocytach tylko w reakcjach PPS, jest to wada glukoza-6f DG powoduje niedobór NADPH 2 i zmniejszoną ochronę antyoksydacyjną. W tym przypadku pod wpływem prooksydantów np. leków przeciwmalarycznych następuje znaczny wzrost FRO. Aktywacja FRO powoduje utlenianie cysteiny w białkowej części hemoglobiny, w wyniku czego protomery hemoglobiny, łącząc się mostkami dwusiarczkowymi, tworzą ciała Heinza. Ponieważ Ciałka Heinza zmniejszają plastyczność błony komórkowej czerwonych krwinek; ulega ona zniszczeniu w wyniku odkształcenia w naczyniach włosowatych. Masywna hemoliza czerwonych krwinek prowadzi do rozwoju niedokrwistości hemolitycznej.

Witamina B 1 (tiamina).

Struktura witaminy obejmuje pierścienie pirymidynowe i tiazolowe połączone mostkiem metanowym.

Źródła. Witamina B1 jest pierwszą witaminą wyizolowaną w postaci krystalicznej przez K. Funka w 1912 roku. Jest szeroko rozpowszechniona w produktach pochodzenia roślinnego (łuski nasion zbóż i ryżu, grochu, fasoli, soi itp.). W organizmach zwierzęcych witamina B1 występuje głównie w postaci estru difosforowego tiaminy (TDP); powstaje w wątrobie, nerkach, mózgu i mięśniu sercowym w wyniku fosforylacji tiaminy przy udziale kinazy tiaminowej i ATP.

Dzienne zapotrzebowanieŚrednie spożycie osoby dorosłej wynosi 2-3 mg witaminy B1. Jednak jego zapotrzebowanie zależy w bardzo dużym stopniu od składu i całkowitej kaloryczności pożywienia, tempa metabolizmu i intensywności pracy. Przewaga węglowodanów w pożywieniu zwiększa zapotrzebowanie organizmu na tę witaminę; wręcz przeciwnie, tłuszcze znacznie zmniejszają tę potrzebę.

Rola biologiczna o witaminie B1 decyduje fakt, że w postaci TDP wchodzi w skład co najmniej trzech enzymów i kompleksów enzymatycznych: jako część kompleksów dehydrogenazy pirogronianowej i α-ketoglutaranu uczestniczy w oksydacyjnej dekarboksylacji pirogronianu i α-ketoglutaranu; Jako część transketolazy, TDP uczestniczy w szlaku pentozofosforanowym konwersji węglowodanów.

Głównym, najbardziej charakterystycznym i specyficznym objawem niedoboru witaminy B1 jest zapalenie wielonerwowe, które opiera się na zmianach zwyrodnieniowych nerwów. Najpierw pojawia się ból wzdłuż pni nerwowych, następnie następuje utrata wrażliwości skóry i paraliż (beri-beri). Drugim najważniejszym objawem choroby jest zaburzenie czynności serca, które wyraża się w zaburzeniu rytmu serca, zwiększeniu wielkości serca i pojawieniu się bólu w okolicy serca. Charakterystycznymi objawami choroby związanej z niedoborem witaminy B1 są także zaburzenia funkcji wydzielniczych i motorycznych przewodu pokarmowego; obserwuje się zmniejszenie kwasowości soku żołądkowego, utratę apetytu i atonię jelit.

Regulacja metabolizmu węglowodanów

Homeostaza energetyczna zapewnia pokrycie potrzeb energetycznych tkanek przy wykorzystaniu różnych substratów. Ponieważ Węglowodany są głównym źródłem energii dla wielu tkanek i jedynym dla tkanek beztlenowych, a regulacja metabolizmu węglowodanów jest ważnym elementem homeostazy energetycznej organizmu.

Regulacja metabolizmu węglowodanów odbywa się na 3 poziomach:

1. centralny.

2. międzyorganowe.

3. komórkowy (metaboliczny).

1. Centralny poziom regulacji metabolizmu węglowodanów

Centralny poziom regulacji odbywa się przy udziale układu neuroendokrynnego i reguluje homeostazę glukozy we krwi oraz intensywność metabolizmu węglowodanów w tkankach. Do głównych hormonów utrzymujących prawidłowy poziom glukozy we krwi na poziomie 3,3–5,5 mmol/l zalicza się insulinę i glukagon. Na poziom glukozy wpływają także hormony adaptacyjne – adrenalina, glukokortykoidy i inne hormony: tarczyca, SDH, ACTH itp.

2. Międzyorganowy poziom regulacji metabolizmu węglowodanów

Cykl glukoza-mleczan (cykl Cori) Cykl glukoza-alanina

Cykl glukozowo-mleczanowy nie wymaga obecności tlenu, zawsze funkcjonuje, zapewnia: 1) wykorzystanie mleczanu powstałego w warunkach beztlenowych (mięśnie szkieletowe, krwinki czerwone), co zapobiega kwasicy mleczanowej; 2) synteza glukozy (wątroba).

Cykl glukozowo-alaninowy działa w mięśniach podczas postu. Przy niedoborze glukozy synteza ATP następuje w wyniku rozkładu białek i katabolizmu aminokwasów w warunkach tlenowych, natomiast cykl glukozowo-alaninowy zapewnia: 1) usuwanie azotu z mięśni w nietoksycznej formie; 2) synteza glukozy (wątroba).

3. Komórkowy (metaboliczny) poziom regulacji metabolizmu węglowodanów

Metaboliczny poziom regulacji metabolizmu węglowodanów odbywa się przy udziale metabolitów i utrzymuje homeostazę węglowodanów wewnątrz komórki. Nadmiar substratów stymuluje ich wykorzystanie, a produkty hamują ich powstawanie. Na przykład nadmiar glukozy stymuluje glikogenezę, lipogenezę i syntezę aminokwasów, podczas gdy niedobór glukozy stymuluje glukoneogenezę. Niedobór ATP stymuluje katabolizm glukozy, nadmiar natomiast go hamuje.

IV. Wydział Pedagogiczny. Charakterystyka wiekowa PFS i GNG, znaczenie.

PAŃSTWOWA AKADEMIA MEDYCZNA

Katedra Biochemii

Akceptuję

Głowa dział prof., doktor nauk medycznych

Meshchaninov V.N.

______„_____________2006

WYKŁAD nr 10

Temat: Budowa i metabolizm insuliny, jej receptory, transport glukozy.

Mechanizm działania i działanie metaboliczne insuliny.

Kierunki: leczniczo-profilaktyczny, lekarsko-profilaktyczny, pediatryczny. Drugi kurs.

Hormony trzustkowe

Trzustka pełni w organizmie dwie ważne funkcje: zewnątrzwydzielniczą i endokrynną. Funkcję zewnątrzwydzielniczą pełni część zrazikowa trzustki, która syntetyzuje i wydziela sok trzustkowy. Funkcję endokrynną pełnią komórki aparatu wysp trzustkowych, które wydzielają hormony peptydowe biorące udział w regulacji wielu procesów zachodzących w organizmie. 1-2 miliony wysepek Langerhansa stanowi 1-2% masy trzustki.

W wysepkowej części trzustki występują 4 rodzaje komórek wydzielających różne hormony: komórki A (lub α-) (25%) wydzielają glukagon, komórki B (lub β-) (70%) – insulinę, D - (lub δ-) komórki (<5%) - соматостатин, F-клетки (следовые количества) секретируют панкреатический полипептид. Глюкагон и инсулин в основном влияют на углеводный обмен, соматостатин локально регулирует секрецию инсулина и глюкагона, панкреатический полипептид влияет на секрецию пищеварительных соков. Гормоны поджелудочной железы выделяются в панкреатическую вену, которая впадает в воротную. Это имеет большое значение т.к. печень является главной мишенью глюкагона и инсулина.

Struktura insuliny

Insulina jest polipeptydem składającym się z dwóch łańcuchów. Łańcuch A zawiera 21 reszt aminokwasowych, łańcuch B zawiera 30 reszt aminokwasowych. W insulinie występują 3 mostki dwusiarczkowe, 2 łączą łańcuchy A i B, 1 łączy reszty 6 i 11 w łańcuchu A.

Insulina może występować w postaci: monomeru, dimeru i heksameru. Heksameryczna struktura insuliny jest stabilizowana przez jony cynku, które są związane resztami His w pozycji 10 łańcucha B wszystkich 6 podjednostek.

Insuliny niektórych zwierząt wykazują znaczne podobieństwo w strukturze pierwszorzędowej do insuliny ludzkiej. Insulina bydlęca różni się od insuliny ludzkiej 3 aminokwasami, natomiast insulina świńska różni się tylko 1 aminokwasem ( ala zamiast tre na końcu C łańcucha B).

W wielu pozycjach łańcucha A i B występują substytucje, które nie wpływają na aktywność biologiczną hormonu. W pozycjach wiązań dwusiarczkowych, hydrofobowych reszt aminokwasowych w regionach C-końcowych łańcucha B oraz reszt C- i N-końcowych łańcucha A, substytucje są bardzo rzadkie, ponieważ Obszary te zapewniają utworzenie aktywnego centrum insuliny.

Biosynteza insuliny polega na powstaniu dwóch nieaktywnych prekursorów, preproinsuliny i proinsuliny, które w wyniku sekwencyjnej proteolizy przekształcają się w aktywny hormon.

1. Preproinsulina (L-B-C-A, 110 aminokwasów) syntetyzowana jest na rybosomach ER, jej biosynteza rozpoczyna się od utworzenia hydrofobowego peptydu sygnałowego L (24 aminokwasy), który kieruje rosnący łańcuch do światła ER.

2. W świetle ER preproinsulina ulega przekształceniu w proinsulinę po rozszczepieniu peptydu sygnałowego przez endopeptydazę I. Cysteiny w proinsulinie ulegają utlenieniu, tworząc 3 mostki dwusiarczkowe, proinsulina staje się „złożona” i ma 5% aktywności insuliny.

3. „Złożona” proinsulina (B-C-A, 86 aminokwasów) trafia do aparatu Golgiego, gdzie pod działaniem endopeptydazy II ulega rozszczepieniu na insulinę (B-A, 51 aminokwasów) i peptyd C (31 aminokwasów).

4. Insulina i peptyd C są włączane do granulek wydzielniczych, gdzie insulina łączy się z cynkiem, tworząc dimery i heksamery. W ziarnistości wydzielniczej zawartość insuliny i peptydu C wynosi 94%, proinsuliny, półproduktów i cynku - 6%.

5. Dojrzałe granulki łączą się z błoną komórkową, a insulina i peptyd C dostają się do płynu pozakomórkowego, a następnie do krwi. We krwi oligomery insuliny ulegają rozkładowi. Dziennie do krwi wydziela się 40-50 jednostek. insulina, stanowi ona 20% jej całkowitej rezerwy w trzustce. Wydzielanie insuliny jest procesem zależnym od energii, zachodzącym przy udziale układu mikrotubulowo-kosmkowego.

Schemat biosyntezy insuliny w komórkach β wysepek Langerhansa

ER - siateczka śródplazmatyczna. 1 - tworzenie peptydu sygnałowego; 2 - synteza preproinsuliny; 3 - rozszczepienie peptydu sygnałowego; 4 - transport proinsuliny do aparatu Golgiego; 5 - przemiana proinsuliny w insulinę i peptyd C oraz włączenie insuliny i peptydu C do ziarnistości wydzielniczych; 6 - wydzielanie insuliny i peptydu C.

Gen insuliny znajduje się na chromosomie 11. Zidentyfikowano trzy mutacje tego genu; nosiciele mają niską aktywność insulinową, hiperinsulinemię i brak insulinooporności.

Regulacja syntezy i wydzielania insuliny

Synteza insuliny jest indukowana przez wydzielanie glukozy i insuliny. Hamuje wydzielanie kwasów tłuszczowych.

Wydzielanie insuliny jest stymulowane przez: 1. glukoza (główny regulator), aminokwasy (zwłaszcza leu i arg); 2. Hormony żołądkowo-jelitowe (agoniści receptorów β-adrenergicznych, poprzez cAMP): graficzny interfejs użytkownika , sekretyna, cholecystokinina, gastryna, enteroglukagon; 3. długotrwałe wysokie stężenia hormonu wzrostu, kortyzolu, estrogenów, progestyn, laktogenu łożyskowego, TSH, ACTH; 4. glukagon; 5. wzrost poziomu K + lub Ca 2+ we krwi; 6. leki, pochodne sulfonylomocznika (glibenklamid).

Pod wpływem somatostatyny zmniejsza się wydzielanie insuliny. Na komórki β wpływa także autonomiczny układ nerwowy. Część przywspółczulna (cholinergiczne zakończenia nerwu błędnego) stymuluje wydzielanie insuliny. Część współczulna (adrenalina poprzez receptory α2-adrenergiczne) hamuje uwalnianie insuliny.

Wydzielanie insuliny zachodzi przy udziale kilku układów, w których główną rolę odgrywają Ca 2+ i cAMP.

Wstęp Ca2+ do cytoplazmy jest kontrolowane przez kilka mechanizmów:

1). Kiedy stężenie glukozy we krwi wzrasta powyżej 6-9 mmol/l, przy udziale GLUT-1 i GLUT-2 przedostaje się ona do komórek β i ulega fosforylacji przez glukokinazę. W tym przypadku stężenie glukozy-6ph w komórce jest wprost proporcjonalne do stężenia glukozy we krwi. Glukoza-6ph utlenia się, tworząc ATP. ATP powstaje także podczas utleniania aminokwasów i kwasów tłuszczowych. Im więcej glukozy, aminokwasów i kwasów tłuszczowych znajduje się w komórce β, tym więcej powstaje z nich ATP. ATP hamuje zależne od ATP kanały potasowe na błonie, potas gromadzi się w cytoplazmie i powoduje depolaryzację błony komórkowej, co stymuluje otwarcie zależnych od napięcia kanałów Ca 2+ i wejście Ca 2+ do cytoplazmy.

2). Hormony aktywujące układ trifosforanu inozytolu (TSH) uwalniają Ca 2+ z mitochondriów i ER.

obóz powstaje z ATP przy udziale AC, który jest aktywowany przez hormony przewodu pokarmowego, TSH, ACTH, glukagon i kompleks Ca 2+ -kalmodulina.

cAMP i Ca 2+ stymulują polimeryzację podjednostek w mikrotubule (mikrotubule). Wpływ cAMP na układ mikrotubul odbywa się poprzez fosforylację białek mikrotubulowych PC A. Mikrotubule mogą kurczyć się i rozluźniać, przesuwając granulki w kierunku błony komórkowej, umożliwiając egzocytozę.

Wydzielanie insuliny w odpowiedzi na stymulację glukozą jest reakcją dwufazową, składającą się z etapu szybkiego, wczesnego uwalniania insuliny, zwanego pierwszą fazą wydzielania (rozpoczyna się po 1 minucie, trwa 5-10 minut) oraz drugiej fazy (trwa do 25-25 minut). 30 minut) .

Transport insuliny. Insulina jest rozpuszczalna w wodzie i nie zawiera białka nośnikowego w osoczu. T1/2 insuliny w osoczu krwi wynosi 3-10 minut, peptydu C - około 30 minut, proinsuliny 20-23 minut.

Zniszczenie insuliny zachodzi pod wpływem insulinozależnej proteinazy i transhydrogenazy glutationowo-insulinowej w tkankach docelowych: głównie w wątrobie (około 50% insuliny ulega zniszczeniu podczas 1 przejścia przez wątrobę), w mniejszym stopniu w nerkach i łożysku.

FUNKCJE BIOLOGICZNE INSULINY

Insulina - główny hormon anaboliczny, wpływa na wszystkie rodzaje metabolizmu w całym organizmie. Jednakże działanie insuliny wpływa przede wszystkim na metabolizm węglowodanów.

Wpływ insuliny na metabolizm glukozy

Insulina stymuluje wykorzystanie glukozy w komórkach na różne sposoby. Około 50% glukozy zużywa się w procesie glikolizy, 30-40% ulega przemianie w tłuszcze, a około 10% jest magazynowane w postaci glikogenu. Ogólnym skutkiem pobudzenia tych procesów jest zmniejszenie stężenia glukozy we krwi.

Wpływ insuliny na metabolizm lipidów

W wątrobie i tkance tłuszczowej insulina pobudza syntezę lipidów, zapewniając, że w tym procesie zostaną pozyskane z glukozy niezbędne substraty (acetylo-CoA, glicerofosforan i NADPH 2). W tkance tłuszczowej insulina hamuje mobilizację lipidów, co powoduje zmniejszenie stężenia kwasów tłuszczowych krążących we krwi.

Wpływ insuliny na metabolizm białek

Insulina ma ogólnie działanie anaboliczne na metabolizm białek. Stymuluje zużycie obojętnych aminokwasów w mięśniach oraz syntezę białek w wątrobie, mięśniach i sercu.

Ponadto insulina reguluje różnicowanie komórkowe, proliferacja i transformacja dużej liczby komórek. Insulina wspomaga wzrost i replikację wielu komórek pochodzenia nabłonkowego, w tym hepatocytów i komórek nowotworowych. Insulina zwiększa zdolność czynnika wzrostu fibroblastów (FGF), płytkopochodnego czynnika wzrostu (TGF), naskórkowego czynnika wzrostu (EGF), prostaglandyny (PGF 2a), wazopresyny i analogów cAMP do aktywacji reprodukcji komórek.

Główne kierunki działania insuliny

1. Insulina reguluje transport substancji

Insulina stymuluje transport glukozy, aminokwasów, nukleozydów, organicznych fosforanów, jonów K + i Ca 2+ do komórki. Efekt pojawia się bardzo szybko, w ciągu kilku sekund i minut.

Transport glukozy do komórek odbywa się przy udziale GLUT. W mięśniach i tkance tłuszczowej insulinozależny GLUT-4 występuje w pęcherzykach cytozolowych pod nieobecność insuliny. Pod wpływem insuliny pęcherzyki zawierające GLUT ulegają translokacji do błony komórkowej i rozpoczyna się transport glukozy. Kiedy stężenie insuliny spada, GLUT-4 wraca do cytozolu i zatrzymuje się transport glukozy.

2. Insulina reguluje syntezę enzymów

Insulina wpływa na szybkość transkrypcji ponad 100 specyficznych mRNA w wątrobie, tkance tłuszczowej, mięśniach szkieletowych i sercu. Efekt osiągany jest w ciągu kilku godzin. W komórkach wątroby insulina indukuje syntezę kluczowych enzymów glikolizy (glukokinaza, fruktokinaza i kinaza pirogronianowa), PPS (glukoza-6ph DG), lipogenezy (liaza cytrynianowa, syntaza palmitynianowa, karboksylaza acetylo-CoA), transporterów glukozy (?) i hamuje syntezę kluczowego enzymu glukoneogenezy (karboksykinazy PEP).

3. Insulina reguluje aktywność enzymów

Insulina reguluje aktywność enzymów poprzez ich fosforylację i defosforylację. Efekt pojawia się bardzo szybko, w ciągu kilku sekund i minut.

· Insulina aktywuje kluczowe enzymy glikolizy: w wątrobie, mięśniach, tkance tłuszczowej – fosfofruktokinazę i kinazę pirogronianową; w wątrobie - glukokinaza; w mięśniach – heksokinaza II.

· Insulina hamuje glukozo-6-fosfatazę w wątrobie, co hamuje glukoneogenezę i uwalnianie glukozy do krwi.

· Insulina aktywuje syntazę glikogenu, fosfoproteinę, fosforylazę glikogenu, w efekcie aktywuje się synteza glikogenu i hamowany jest jego rozkład.

· W adipocytach insulina aktywuje kluczowy enzym lipogenezy (karboksylazę acetyloCoA). Insulina w hepatocytach i adipocytach aktywuje fosfatazę fosfoproteinową, która defosforyluje i inaktywuje lipazę TAG, która hamuje lipolizę.

· Insulina zmniejsza aktywność aminotransferaz i enzymów cyklu mocznikowego. To ostatnie działanie insuliny charakteryzuje się wzrostem aktywności polimerazy RNA i stężenia RNA w wątrobie. Jednocześnie wzrasta tempo tworzenia polisomów i rybosomów.

· Insulina aktywuje PDE, co zmniejsza stężenie cAMP, przerywa działanie hormonów przeciwwyspowych: w wątrobie i tkance tłuszczowej hamowana jest lipoliza, w wątrobie i mięśniach hamowana jest glukoneogeneza.

MECHANIZM DZIAŁANIA INSULINY

Insulina wiąże się z receptorem insuliny (IR) zlokalizowanym na błonie. IR znajdują się prawie we wszystkich typach komórek, ale najwięcej z nich występuje w hepatocytach i komórkach tkanki tłuszczowej (stężenia dochodzą do 20 000 na komórkę). IR jest stale syntetyzowany (gen na chromosomie 19) i niszczony. Po związaniu się insuliny z IR cały kompleks zanurza się w cytoplazmie, docierając do lizosomów, gdzie insulina ulega zniszczeniu, a IR może zostać zniszczony lub błona może powrócić. T1/2 IR wynosi 7-12 godzin, ale w obecności insuliny spada do 2-3 godzin.

Przy wysokich stężeniach insuliny w osoczu liczba IR może się zmniejszyć w wyniku zwiększonego zniszczenia w lizosomach. Ponadto aktywność IR może się zmniejszyć, gdy jest fosforylowana na resztach seryny i treoniny.

Receptor insuliny ( podczerwień) - glikoproteina, składa się z 2 podjednostek α ​​i 2 β, połączonych wiązaniami dwusiarczkowymi. Podjednostki α (719 AA) znajdują się na zewnątrz komórki, wiążą insulinę, a podjednostki β (białko transbłonowe, 620 AA) wykazują aktywność kinazy tyrozynowej. Po związaniu się hormonu z podjednostkami α, podjednostki β najpierw fosforylują się nawzajem, a następnie białka wewnątrzkomórkowe – substraty receptora insuliny (IRS). Znanych jest kilka takich substratów: IRS-1, IRS-2 (fosfoproteiny składające się z ponad 1200 aminokwasów), Shc, a także niektóre białka z rodziny STAT.

Aktywacja insuliny szlaku sygnalizacyjnego Ras

Fosforylowana przez receptor insuliny, wiąże się z małym białkiem cytozolowym Grb. Do powstałego kompleksu przyłącza się białko Ras (z rodziny małych białek wiążących GTP, w stanie nieaktywnym jest przyczepione do wewnętrznej powierzchni błony komórkowej i wiąże się z PKB), GAP (z ang. GTP- as aktywacja czynnik - Czynnik aktywujący GTPazę), GEF (z angielskiego. GTP giełda czynnik- współczynnik wymiany GTP) i SOS (z języka angielskiego. syn bez siódemki, nazwany na cześć mutacji genu u Drosophila). Dwa ostatnie białka sprzyjają oddzieleniu PKB od białka Ras i przyłączeniu do niego GTP, tworząc aktywną formę Ras związaną z GTP.

Aktywowany Ras wiąże się z kinazą białkową Raf-1 i aktywuje ją w wieloetapowym procesie. Aktywowany Raf-1 PC stymuluje kaskadę reakcji fosforylacji i aktywacji innych kinaz białkowych. Raf-1 PC fosforyluje i aktywuje kinazę MAPK, która z kolei fosforyluje i aktywuje kinazy białkowe MAPK aktywowane mitogenami.

MAPK fosforyluje wiele białek cytoplazmatycznych: PC pp90S6, białka rybosomalne, fosfolipazę A 2, aktywatory transkrypcji STAT.

W wyniku aktywacji kinaz białkowych następuje fosforylacja enzymów i czynników transkrypcyjnych, co stanowi podstawę licznych efektów działania insuliny. Na przykład:

Aktywacja syntazy glikogenu

PC pp90S6 fosforyluje i aktywuje fosfatazę fosfoproteinową (PPP). FPP defosforyluje i inaktywuje kinazę fosforylazy glikogenu i fosforylazę glikogenu, defosforyluje i aktywuje syntazę glikogenu. W rezultacie aktywowana jest synteza glikogenu, a rozkład zostaje zahamowany.

Aktywacja układu trifosforanu inozytolu

Białka IRS-1 fosforylowane przez insulinę wiążą się z PL C i aktywują je.

PL C rozkłada fosfatydyloinozytole, tworząc fosforany inozytolu i DAG.

Białka IRS-1 i Shc fosforylowane przez insulinę wiążą się z 3-kinazą fosfoinozytolu (kinazą PI-3) i aktywują ją.

Kinaza PI-3 katalizuje fosforylację fosforanów inozytolu (PI, PI-4-ph i PI-4,5-bph) w pozycji 3, tworząc polifosforany inozytolu: PI-3-ph, PI-3,4-bf, PI-3, 4,5 tf. PI-3,4,5-tf (IP 3) stymuluje mobilizację Ca 2+ z ER.

Ca 2+ i DAG aktywują specyficzny PC C.

Ca 2+ aktywuje mikrotubule, które przemieszczają GLUT-4 do błony komórkowej, a tym samym przyspieszają przezbłonowy transport glukozy do komórek tkanki tłuszczowej i mięśniowej.

Aktywacja fosfodiesterazy

Białka IRS-1 i Shc fosforylowane przez insulinę wiążą się z kinazą białkową B (PK B) i ją aktywują. PC B fosforyluje i aktywuje fosfodiesterazę (PDE). PDE katalizuje konwersję cAMP do AMP, przerywając działanie hormonów przeciwwyspowych, co prowadzi do zahamowania lipolizy w tkance tłuszczowej i glikogenolizy w wątrobie.

Regulacja transkrypcji mRNA

STAT to specjalne białka będące nośnikami sygnału i aktywatorami transkrypcji. Gdy STAT ulegają fosforylacji przy udziale IR lub MAPK, tworzą dimery, które są transportowane do jądra, gdzie wiążą się z określonymi regionami DNA, regulują transkrypcję mRNA i biosyntezę enzymów białkowych.

Szlak Ras jest aktywowany nie tylko przez insulinę, ale także inne hormony i czynniki wzrostu.

PAŃSTWOWA AKADEMIA MEDYCZNA

Katedra Biochemii

Akceptuję

Głowa dział prof., doktor nauk medycznych

Meshchaninov V.N.

______„_____________2006

WYKŁAD nr 11

Temat: Cukrzyca typu I i II: mechanizmy powstawania,

zaburzenia metaboliczne, powikłania.

Kierunki: leczniczo-profilaktyczny, lekarsko-profilaktyczny, pediatryczny.

Prawidłowy poziom glukozy we krwi na czczo wynosi 3,3–5,5 mmol/l.

Hiperglikemia – wzrost poziomu glukozy we krwi powyżej 6,1 mmol/l. Hiperglikemia może być fizjologiczna lub patologiczna.

Przyczyny fizjologicznej hiperglikemii:

1) odżywczy, przy spożywaniu łatwo przyswajalnych węglowodanów. Nie przekracza 11 mmol/l, normalizuje się w ciągu 3 godzin;

2) stresujący, pod wpływem katecholamin, glukokortykoidów, wazopresyny;

3) krótkotrwała aktywność fizyczna .

Przyczyny patologicznej hiperglikemii:

1) drgawki na epilepsję, tężec;

2) zaburzenia endokrynologiczne. Nadprodukcja hormonów przeciwwyspowych (nadczynność tarczycy, zespoły Cushinga i Cohna), bezwzględny lub względny niedobór insuliny (cukrzyca).

3) TBI .

Hipoglikemia spadek poziomu glukozy we krwi poniżej 3,3 mmol/l. Hipoglikemia może być fizjologiczna lub patologiczna.

Przyczyny hipoglikemii fizjologicznej: 1) odżywczy, podczas postu; 2) .

Przyczyny patologicznej hipoglikemii: 1) zaburzenia endokrynologiczne z nadmiarem insuliny (insulinoma – łagodny nowotwór komórek β, przedawkowanie insuliny u chorych na cukrzycę) lub niedoborem hormonów przeciwwyspowych (niedoczynność tarczycy, niedobór glikokortykosteroidów); 2) glikogenozy, aglikogenozy, zapobieganie glikogenolizie; 3) niewydolność wątroby związana z niską aktywnością glukoneogenezy; 4) niewydolność nerek związana z wrodzoną patologią wchłaniania zwrotnego glukozy (cukrzyca nerkowa); 5) zatrucie monojodooctanem (powoduje cukromocz).

Cukrzyca (DM) jest układową, heterogenną chorobą spowodowaną bezwzględnym lub względnym niedoborem inuliny, który w pierwszej kolejności powoduje zaburzenia gospodarki węglowodanowej, a następnie wszystkich typów metabolizmu, co ostatecznie wpływa na wszystkie układy funkcjonalne organizmu.

Cukrzyca jest chorobą powszechną, dotyka 6,6% populacji, w Rosji – 5%.

DM może być pierwotna lub wtórna. Ponadto wyróżnia się upośledzoną tolerancję glukozy i cukrzycę u kobiet w ciąży.

Pierwotna cukrzyca - niezależna choroba.

Drugie SD ma charakter objawowy, występuje przy patologii gruczołów dokrewnych (akromegalia, guz chromochłonny, glukagonoma, zespoły Cushinga, Cohna) i patologii trzustki (przewlekłe zapalenie trzustki, nowotwór, pankreatektomia, hemochromatoza, zespoły genetyczne).

Ze względu na mechanizm rozwoju cukrzycę pierwotną dzielimy na cukrzycę typu I (dawniej IDDM) i cukrzycę typu II (dawniej NIDDM).

Typowymi objawami każdej cukrzycy są pragnienie, wielomocz, swędzenie i skłonność do infekcji.

Klasyfikacja etiologiczna cukrzycy (WHO 1999) .

1. Cukrzyca Typ I (dawniej IDDM)

A). Autoimmunologiczny

B). Idiopatyczny

2. SD Typ II (dawniej NIDDM)

3. Inne specyficzne typy

A). defekty genetyczne komórek β

B). defekty genetyczne działania insuliny

V). choroby zewnątrzwydzielniczej trzustki (zapalenie trzustki itp.)

G). endokrynopatie

D). Cukrzyca wywołana lekami i chemikaliami (glikokortykoidy, kwas nikotynowy, hormony tarczycy, tiazydy, Vacor, pentamidyna itp.)

mi). Infekcje (różyczka wrodzona, wirus cytomegalii itp.).

I). Niezbyt częste formy cukrzycy o podłożu immunologicznym.

H). Inne zespoły genetyczne, czasami połączone z cukrzycą (Down, Turner itp.).

4. Cukrzyca ciążowa (kobiety w ciąży)

CUKRZYCA Typ I

SD Typ I - choroba powstająca w wyniku bezwzględnego niedoboru insuliny, spowodowanego autoimmunologicznym zniszczeniem komórek β trzustki. Cukrzyca typu 1 najczęściej dotyka dzieci, młodzież i młodych dorosłych w wieku poniżej 30 lat, ale może wystąpić w każdym wieku. Cukrzyca typu I rzadko jest chorobą rodzinną (10-15% wszystkich przypadków).

Przyczyny cukrzycy Typ I

1. Genetyczne predyspozycje . Defekty genetyczne prowadzące do cukrzycy mogą wystąpić w komórkach układu odpornościowego i komórkach β trzustki. Wiadomo, że w komórkach β około 20 genów przyczynia się do rozwoju cukrzycy typu I. W 60-70% przypadków cukrzyca typu I jest związana z obecnością genów DR3, DR4 i DQ w regionie HLA chromosomu 6.

2. Wpływ wirusów β-cytotropowych na komórki β (ospa, różyczka, odra, świnka, Coxsackie, adenowirus, cytomegalowirus), chemiczne i inne diabetogeny .

opcja 1

W przypadku defektu genetycznego na powierzchni komórek β gromadzą się antygeny o sekwencji aminokwasów podobnej do wirusów β-cytotropowych.

W przypadku zakażenia wirusami β-cytotropowymi rozwijają się reakcje immunologiczne przeciwko tym wirusom oraz reakcje autoimmunologiczne przeciwko podobnym antygenom komórek β. Reakcja zachodzi z udziałem monocytów, limfocytów T, przeciwciał przeciwko komórkom β, insuliny, dekarboksylazy glutaminianowej (enzym 64 kDa, zlokalizowany na błonie komórek β). W rezultacie reakcje autoimmunologiczne powodują śmierć komórek β.

Opcja 2

Kiedy komórki β o genotypie HLA są narażone na działanie wirusów β-cytotropowych lub diabetogenów, antygeny zmieniają się na powierzchni komórek β.

Reakcje autoimmunologiczne rozwijają się w wyniku zmienionych antygenów komórek β. Reakcje autoimmunologiczne powodują śmierć komórek β.

Opcja 3

Wirusy β-cytotropowe mają podobną sekwencję aminokwasów do dekarboksylazy glutaminianowej komórek β. Defekt genetyczny w limfocytach CD8+ (supresorach T) nie pozwala im na rozróżnienie sekwencji aminokwasów wirusa od dekarboksylazy glutaminianowej, dlatego w przypadku wystąpienia infekcji limfocyty T reagują na dekarboksylazę glutaminianową komórek β tak, jakby była wirus.

Opcja 4

Niektóre wirusy β-cytotropowe i diabetogeny chemiczne, np. pochodne nitrozomocznika, nitrozoaminy, alloksan, samodzielnie i selektywnie infekują komórki β, powodując ich lizę;

Etapy rozwoju cukrzycy Typ I

1.

2. Etap podżegania do wydarzeń . Zakażenie wirusami β-cytotropowymi lub działanie chemicznych diabetogenów. Występuje bez objawów klinicznych;

3. Etap oczywistych nieprawidłowości immunologicznych . Rozwój mieszanych reakcji autoimmunologicznych przeciwko komórkom β. Zasoby insuliny są wystarczające. Występuje bez objawów klinicznych. Rozwija się od 2-3 miesięcy do 2-3 lat;

4. Stadium utajonej cukrzycy . Śmierć 75% komórek β, niewielki spadek insuliny, hiperglikemia podczas testów wysiłkowych, osłabienie procesów autoimmunologicznych. Występuje bez objawów klinicznych;

5. Jawna cukrzyca . Śmierć 80-90% komórek β, znaczny spadek insuliny, hiperglikemia na czczo, brak lub słabe reakcje autoimmunologiczne. Pojawić się objawy kliniczne. Rozwija się przez 2 lata. Wymagana jest insulinoterapia;

6. Cukrzyca terminalna . Całkowita śmierć komórek β, duże zapotrzebowanie na insulinoterapię, objawy autoimmunologiczne są zmniejszone lub nieobecne. Wyraźne objawy kliniczne, pojawia się angiopatia. Rozwija się do 3,5 roku;

Zmiany metaboliczne w cukrzycy Typ I

W cukrzycy typu 1 insulina zanika, ponieważ Insulina jest inhibitorem wydzielania glukagonu; we krwi następuje zwiększenie stężenia glukagonu.

Zmiany w metabolizmie węglowodanów

W wątrobie niedobór insuliny i nadmiar glukagonu stymulują reakcje glukoneogenezy, glikogenolizy oraz hamują reakcje glikolizy, PFS i syntezę glikogenu. W rezultacie wątroba wytwarza więcej glukozy niż zużywa.

Ponieważ reakcje glukoneogenezy przebiegają przez PCA, powstający z PVA, asparaginianu i jabłczanu aktywnie uczestniczy w glukoneogenezie, zamiast być włączany do cyklu TCA. W rezultacie cykle TCA i DC są hamowane, zmniejsza się tworzenie ATP niedobór energii .

W tkankach insulinozależnych (mięśniach, tkance tłuszczowej) niedobór insuliny uniemożliwia wnikanie glukozy do komórek i jej wykorzystanie w reakcjach glikolizy, PFS i syntezie glikogenu. Blokowanie TCC i DC powoduje również niedobór energii.

Prowadzi to do zmniejszenia zużycia glukozy przez tkanki insulinozależne i zwiększenia jej powstawania w wątrobie hiperglikemia . Kiedy hiperglikemia przekracza próg stężenia w nerkach, pojawia się cukromocz.

Glukozuria – obecność glukozy w moczu. Zwykle kanaliki bliższe nerek ponownie wchłaniają całą glukozę przefiltrowaną w kłębuszkach. Jeśli poziom glukozy we krwi przekracza 9-10 mmol/l, glukoza nie ma czasu na całkowite wchłonięcie z moczu pierwotnego i jest częściowo wydalana z moczem wtórnym.

U chorych na cukrzycę po posiłku stężenie glukozy we krwi może sięgać 300-500 mg/dl i utrzymuje się na wysokim poziomie w okresie poabsorpcyjnym, tj. tolerancja maleje na glukozę.

Zmiany w metabolizmie lipidów

Niedobór ATP, NADPH 2, insuliny i nadmiar glukagonu hamują lipogenezę i zwiększają lipolizę w tkance tłuszczowej. W efekcie we krwi wzrasta stężenie wolnych kwasów tłuszczowych, które dostają się do wątroby i tam ulegają utlenieniu do Acetylo-CoA. AcetylCoA nie można włączyć do cyklu TCA w przypadku niedoboru AK. W związku z tym gromadzi się i trafia na alternatywne szlaki: syntezę ciał ketonowych (kwas acetylooctowy, β-hydroksymasłowy) i cholesterolu.

Zwykle ciała ketonowe są źródłem energii dla tkanek tlenowych; przekształcane są w acetylo-CoA, który ulega utlenieniu w cyklu TCA. Ponieważ cykl TCA jest blokowany przez niedobór PKA, ciała ketonowe gromadzą się we krwi i powodują ketonemia . Ketonemia pogarsza niedobór insuliny poprzez tłumienie resztkowej aktywności wydzielniczej komórek β. Gdy ketonemia przekroczy próg stężenia w nerkach (powyżej 20 mg/dl, czasami do 100 mg/dl), pojawia się ketonuria. Ketonuria – obecność ciał ketonowych w moczu.

W tkankach kwas acetooctowy ulega częściowej dekarboksylacji do acetonu, którego zapach pochodzi od chorych na cukrzycę i jest wyczuwalny nawet na odległość.

Lipoproteiny krwi dostarczają substratów do lipogenezy w tkankach. Niedobór insuliny blokuje lipogenezę w tkance tłuszczowej, hamuje lipazę lipoproteinową w naczyniach krwionośnych, co zapobiega rozkładowi lipoprotein we krwi (głównie VLDL), w efekcie kumulują się, powodując hiperlipoproteinemia.

Zmiany w metabolizmie białek

Niedobory energetyczne, brak insuliny i nadmiar glukagonu prowadzą do zmniejszenia tempa syntezy białek w organizmie i wzmożenia ich rozpadu, co powoduje wzrost stężenia aminokwasów we krwi. Aminokwasy dostają się do wątroby i ulegają deaminacji do ketokwasów. Ketokwasy biorą udział w glukoneogenezie, co zwiększa hiperglikemię. Mocznik jest aktywnie syntetyzowany z amoniaku. Przyczyny wzrostu amoniaku, mocznika i aminokwasów we krwi azotemia – wzrost stężenia azotu we krwi. Azotemia prowadzi do azoturia – zwiększenie stężenia azotu w moczu. Tworzy się ujemny bilans azotowy. Katabolizm białek prowadzi do dystrofii mięśni i wtórnego niedoboru odporności.

Zmiany w metabolizmie wody i soli

Ponieważ nerki mają ograniczoną pojemność, wysokie stężenia glukozy, ciał ketonowych i mocznika nie mają czasu na ponowne wchłonięcie z moczu pierwotnego. Wytwarzają wysokie ciśnienie osmotyczne w moczu pierwotnym, co zapobiega ponownemu wchłanianiu wody do krwi i tworzeniu się moczu wtórnego. U tych pacjentów rozwija się wielomocz wydalanie moczu wzrasta do 3-4 litrów dziennie (w niektórych przypadkach do 8-9 litrów). Utrata wody powoduje ciągłe pragnienie lub polidypsja . Bez częstego picia może prowadzić do wielomoczu odwadnianie nuyu ciało. Utrata glukozy w moczu pogłębia niedobór energii, może zwiększyć apetyt i polifagia . Niektóre przydatne składniki mineralne opuszczają organizm wraz z moczem pierwotnym, co prowadzi do zakłócenia metabolizmu minerałów.

Wysokie stężenia glukozy, ciał ketonowych i mocznika powodują znaczne ciśnienie osmotyczne w osoczu krwi, co przyczynia się do odwodnienie tekstylia. Oprócz wody tkanki tracą elektrolity, przede wszystkim jony. K+, Na + , C1 - , HCO 3 - .

Zmiany w wymianie gazowej tkanek

Ogólne odwodnienie organizmu spowodowane wielomoczem i odwodnieniem tkanek prowadzi do zmniejszenia krążenia obwodowego, zmniejszenia przepływu krwi w mózgu i nerkach oraz niedotlenienia. Przyczyną niedotlenienia jest także glikozylacja Hb do Hb A 1 c, która nie przenosi O 2 do tkanek. Niedotlenienie prowadzi do niedoboru energii i gromadzenia się jej w organizmie mleczan .

Zmiany równowagi kwasowo-zasadowej

Nagromadzenie ciał ketonowych, mleczanów i utrata wartościowości zasadowych w moczu zmniejszają zdolność buforową krwi i powodują kwasica .

Objawy cukrzycy typu I

Objawy ogólne (pragnienie, wielomocz, swędzenie, skłonność do infekcji) są wyraźne. Ogólne osłabienie, utrata masy ciała, zmniejszona zdolność do pracy, senność. Nie ma otyłości. Zwiększony apetyt z kwasicą ketonową ustępuje miejsca anoreksji. Rozwija się szybko, ze skłonnością do śpiączki ketonowej.

CUKRZYCA Typ II

Cukrzyca typu II to grupa heterogennych zaburzeń metabolizmu węglowodanów. Cukrzyca typu II nie jest insulinozależna, nie jest podatna na śpiączkę ketonową, nie ma przeciwciał przeciwko komórkom β, nie ma charakteru autoimmunologicznego i nie jest powiązana z niektórymi fenotypami HLA. Otyłość na poziomie 80%. Cukrzyca typu II stanowi około 85-90% wszystkich przypadków cukrzycy, dotyka najczęściej osoby po 40. roku życia i charakteryzuje się dużą częstością występowania postaci rodzinnych (ryzyko wystąpienia cukrzycy typu II u najbliższych krewnych pacjenta sięga 50% natomiast w przypadku cukrzycy typu I nie przekracza 10%). Cukrzyca typu II dotyka głównie mieszkańców krajów rozwiniętych, zwłaszcza mieszkańców miast.

Cukrzyca typu II ma wiele przyczyn. Cukrzyca typu II rozwija się, gdy:

· defekty genetyczne receptorów insulinowych, zmniejsza się ich wrażliwość na insulinę;

· synteza wadliwej insuliny o niskiej aktywności biologicznej (mutacja genu insuliny: w pozycji 24 łańcucha B zamiast fenu występuje leu);

· naruszenie konwersji proinsuliny do insuliny;

· naruszenie wydzielania insuliny;

Uszkodzenie insuliny i jej receptorów przez przeciwciała;

· zwiększenie tempa katabolizmu insuliny;

· działanie hormonów przeciwstawnych (powodują hipoinsulinemię, która powoduje insulinooporność);

· zakłócenie mechanizmu wykrywania glukozy przez komórki B (mutacje genu glukokinazy) itp.

Głównym czynnikiem wywołującym cukrzycę typu II jest otyłość.

Etapy cukrzycy typu II

1. Etap predyspozycji genetycznych . Istnieją markery genetyczne, nie ma zaburzeń metabolizmu węglowodanów. Może trwać przez całe życie;

2. Stadium utajonej cukrzycy . Hiperglikemia podczas prób wysiłkowych. Występuje bez klinicznych objawów cukrzycy;

3. Jawna cukrzyca . Hiperglikemia na czczo. Pojawiają się objawy kliniczne.

Objawy cukrzycy typu II

Objawy ogólne (pragnienie, wielomocz, swędzenie, skłonność do infekcji) są umiarkowane lub nie występują. Często otyłość (u 80-90% pacjentów).

Zmiany metaboliczne w cukrzycy typu II

Względny niedobór insuliny powoduje zaburzenia metaboliczne podobne do tych, które występują przy bezwzględnym niedoborze insuliny, jednak zaburzenia te są mniej nasilone i u 50% pacjentów z otyłością i umiarkowaną hiperglikemią cukrzyca typu II na ogół przebiega bezobjawowo.

W odróżnieniu od bezwzględnego niedoboru insuliny, przy względnym niedoborze insuliny, działanie insuliny pozostaje na tkankę tłuszczową, która charakteryzuje się dużą zawartością receptorów insulinowych. Insulina zawarta w tkance tłuszczowej stymuluje lipogenezę, blokuje lipolizę i uwalnianie kwasów tłuszczowych do krwi, dlatego w cukrzycy typu II nie obserwuje się kwasicy ketonowej, masa ciała nie zmniejsza się, a wręcz przeciwnie, rozwija się otyłość. Zatem otyłość jest z jednej strony najważniejszym czynnikiem ryzyka, z drugiej zaś jednym z wczesnych objawów cukrzycy typu II.

Ponieważ synteza insuliny zwykle nie jest zaburzona, wysoki poziom glukozy we krwi stymuluje wydzielanie insuliny z komórek β, powodując hiperinsulinemia . Wysokie stężenia insuliny powodują inaktywację i zniszczenie receptorów insulinowych, co powoduje zmniejszenie tolerancji tkanek na glukozę. Insulina nie może już normalizować glikemii i insulinooporność . Jednocześnie wysoki poziom glukozy we krwi zmniejsza wrażliwość komórek β na glukozę, w efekcie czego pierwsza faza wydzielania insuliny jest opóźniona lub nie zachodzi.

W cukrzycy typu II obserwuje się hiperinsulinemię (80%), nadciśnienie tętnicze (50%), hiperlipidemię (50%), miażdżycę, neuropatię (15%) i nefropatię cukrzycową (5%).

Powikłania cukrzycy

Ostre powikłania cukrzycy. Mechanizmy rozwoju śpiączki cukrzycowej

Ostre powikłania są specyficzne dla cukrzycy typu I i typu II.

Przede wszystkim odwodnienie tkanki mózgowej, a także zaburzenia metaboliczne w tkance nerwowej mogą prowadzić do rozwoju ostrych powikłań w postaci śpiączki. Śpiączka Jest to niezwykle poważny stan, charakteryzujący się głęboką depresją ośrodkowego układu nerwowego, uporczywą utratą przytomności i utratą reakcji na bodźce zewnętrzne o dowolnym natężeniu. Stany śpiączki w cukrzycy mogą objawiać się trzema postaciami: kwasicą ketonową, hiperosmolarną i kwasicą mleczanową.

Śpiączka ketonowa występuje w cukrzycy typu I, gdy stężenie ciał ketonowych przekracza 100 mg/dl (do 400-500 mg/dl).

Hiperketonemia prowadzi do:

1) kwasica, która blokuje aktywność większości enzymów, przede wszystkim oddechowych, co powoduje niedotlenienie i spadek syntezy ATP.

2) hiperosmolarność, która prowadzi do odwodnienia tkanek i zaburzenia równowagi wodno-elektrolitowej, z utratą jonów potasu, sodu, fosforu, magnezu, wapnia i wodorowęglanów.

To, z pewnym nasileniem, powoduje śpiączkę ze spadkiem ciśnienia krwi i rozwojem ostrej niewydolności nerek.

Powstała hipokaliemia prowadzi do niedociśnienia mięśni gładkich i prążkowanych, zmniejszenia napięcia naczyń, spadku ciśnienia krwi, zaburzeń rytmu serca, niedociśnienia mięśni oddechowych z rozwojem ostrej niewydolności oddechowej; atonia przewodu żołądkowo-jelitowego z niedowładem żołądka i rozwojem niedrożności jelit, rozwija się ciężkie niedotlenienie. Stanowi 2–4% ogólnej przyczyny zgonów.

Śpiączka hiperosmolarna charakterystyczny dla cukrzycy typu II, obserwuje się go przy wysokiej hiperglikemii. U większości osób wysoka hiperglikemia jest spowodowana współistniejącą dysfunkcją nerek, jest spowodowana stresem, urazem, ciężkim odwodnieniem organizmu (wymioty, biegunka, oparzenia, utrata krwi itp.). Śpiączka hiperosmolarna rozwija się powoli, przez kilka dni, z bezradnością człowieka (nie kompensowaną przez picie), gdy poziom glukozy osiąga 30-50 mmol/l.

Hiperglikemia sprzyja wielomoczowi, tworzy stan hiperosmotyczny co powoduje odwodnienie tkanek, co prowadzi do zaburzenia równowagi wodno-elektrolitowej.

Prowadzi do ostrego odwodnienia organizmu poprzez wymioty, biegunkę, utratę krwi na tle wielomoczu i braku picia hipowolemia . Hipowolemia powoduje obniżenie ciśnienia krwi, zagęszczenie krwi, wzrost jej lepkości i zdolności do zagęszczania zakrzepica . Do tego prowadzą zaburzenia hemodynamiczne niedokrwienie tkanek, rozwój niedotlenienia, akumulację mleczanu i niedobór energii. Niedokrwienie nerek prowadzi do rozwoju ostrej niewydolności nerek - bezmocz . Bezmocz prowadzi do gromadzenia się resztkowego azotu (amoniaku, mocznika, aminokwasów) we krwi, powodując hiperazotemia . Hipowolemia za pośrednictwem aldosteronu zmniejsza wydalanie NaCl z moczem, co powoduje hipernatremia i hiperchloremia . Hiperazotemia, hipernatremia i hiperchloremia nasilają stan hiperosmotyczny i zaburzenie równowagi wodno-elektrolitowej.

Niedobór energii i zaburzenie równowagi wodno-elektrolitowej uniemożliwiają powstawanie potencjału na błonie neuronów i przewodzenie impulsów nerwowych w ośrodkowym układzie nerwowym, co prowadzi do rozwoju śpiączki. Śmiertelność w śpiączce hiperglikemicznej wynosi 50%.

Śpiączka mleczanowo-kwaśna charakterystyczny dla cukrzycy typu II, występuje, gdy gromadzi się mleczan . W obecności kwasu mlekowego wrażliwość receptorów adrenergicznych na katecholaminy gwałtownie maleje i rozwija się nieodwracalny wstrząs. Pojawia się koagulopatia metaboliczna objawiająca się zespołem DIC, zakrzepicą obwodową, chorobą zakrzepowo-zatorową (zawał mięśnia sercowego, udar).

Kwasica z nadmiarem ciał ketonowych i mleczanu utrudnia Hb uwalnianie tlenu do tkanek (niedotlenienie), blokuje działanie większości enzymów, hamując przede wszystkim syntezę ATP, transport aktywny i tworzenie gradientów błonowych, co w tkance nerwowej hamuje przewodzenie impulsów nerwowych i powoduje śpiączkę.

Późne powikłania cukrzycy

Późne powikłania cukrzycy są niespecyficzne (występują w różnych typach cukrzycy), zaliczają się do nich:

1. makroangiopatia (miażdżyca dużych tętnic);

2. nefropatia;

3. retinopatia;

4. neuropatia;

5. zespół stopy cukrzycowej.

Główną przyczyną późnych powikłań cukrzycy jest hiperglikemia, hiperlipidemia i hipercholesterolemia. Prowadzą do uszkodzenia naczyń krwionośnych i zakłócenia funkcji różnych narządów i tkanek poprzez glikozylację białek, tworzenie sorbitolu i aktywację miażdżycy.

1. Nieenzymatyczny glikozowy podwiązanie białka . Glukoza oddziałuje z wolnymi grupami aminowymi białek, tworząc zasady Schiffa, a białka zmieniają swoją konformację i funkcje. Stopień glikozylacji białek zależy od szybkości ich odnowy i stężenia glukozy.

Kiedy krystaliny, białka soczewki, ulegają glikozylacji, tworzą wielocząsteczkowe agregaty, które zwiększają siłę refrakcyjną soczewki. Przezroczystość soczewki zmniejsza się, pojawia się zmętnienie lub zaćma .

Kiedy następuje glikozylacja białek (proteoglikanów, kolagenów, glikoprotein) błon podstawnych, ich metabolizm, stosunek i organizacja strukturalna zostają zakłócone, dochodzi do pogrubienia błon podstawnych i rozwoju angiopatia .

Makroangiopatie objawiają się zmianami w dużych i średnich naczyniach serca, mózgu i kończyn dolnych. Glikozylowane białka błon podstawnych i macierzy międzykomórkowej (kolagen i elastyna) zmniejszają elastyczność tętnic. Glikozylacja w połączeniu z hiperlipidemią leków glikozylowanych i hipercholesterolemią jest przyczyną aktywacji miażdżycy.

Mikroangiopatie- w wyniku uszkodzenia naczyń włosowatych i małych naczyń. Manifestuje się w postaci nefro-, neuro- i retinopatii.

Nefropatia rozwija się u około jednej trzeciej pacjentów chorych na cukrzycę. Objawem wczesnych stadiów nefropatii jest mikroalbuminuria (w zakresie 30-300 mg/dobę), która następnie rozwija się do klasycznego zespołu nerczycowego, charakteryzującego się wysokim białkomoczem, hipoalbuminemią i obrzękami.

retinopatia, najpoważniejsze powikłanie cukrzycy i najczęstsza przyczyna ślepoty, rozwija się u 60-80% chorych na cukrzycę. We wczesnych stadiach rozwija się retinopatia podstawna, która objawia się krwotokami do siatkówki, rozszerzeniem naczyń siatkówki i obrzękiem. Jeśli zmiany nie dotyczą plamki żółtej, utrata wzroku zwykle nie występuje. W przyszłości może rozwinąć się retinopatia proliferacyjna, objawiająca się powstawaniem nowych naczyń krwionośnych w siatkówce i ciele szklistym. Kruchość i duża przepuszczalność nowo powstałych naczyń warunkuje częste krwotoki w siatkówce lub ciele szklistym. Zamiast skrzepów krwi rozwija się zwłóknienie, które prowadzi do odwarstwienia siatkówki i utraty wzroku.

2. Przemiana glukozy w sorbitol . W przypadku hiperglikemii proces ten przyspiesza. Reakcję katalizuje reduktaza aldozowa. Sorbitol nie jest stosowany w komórce, a szybkość jego dyfuzji z komórek jest niska. W przypadku hiperglikemii sorbitol gromadzi się w siatkówce i soczewce oka, komórkach kłębuszkowych nerek, komórkach Schwanna i śródbłonku. Sorbitol w wysokich stężeniach jest toksyczny dla komórek, prowadzi do wzrostu ciśnienia osmotycznego, obrzęku komórek i obrzęku tkanek. Gromadzenie się sorbitolu w soczewce powoduje obrzęk i zaburzenie uporządkowanej struktury krystalin, w wyniku czego soczewka ulega zmętnieniu.

Rozpoznanie cukrzycy

Diagnozę cukrzycy stawia się na podstawie klasycznych objawów cukrzycy – wielomoczu, polidypsji, polifagii i uczucia suchości w ustach.

Biochemiczne objawy cukrzycy to:

Poziom glukozy we krwi włośniczkowej na czczo przekracza 6,1 mmol/l;

Poziom peptydu C na czczo mniejszy niż 0,4 mmol/l jest oznaką cukrzycy typu I.

Test na glukagon. Na czczo oznacza się stężenie peptydu C (zwykle >0,6 mmol/l), następnie podaje się dożylnie 1 mg glukagonu, po 6 minutach oznacza się stężenie peptydu C (zwykle >1,1 mmol/l) .

Obecność cukromoczu (ustalona w celu monitorowania leczenia);

Test tolerancji glukozy (GTT) wykonuje się przy braku klinicznych objawów cukrzycy, gdy stężenie glukozy we krwi na czczo jest prawidłowe. Oznaką cukrzycy jest poziom glukozy w osoczu krwi powyżej 11,1 mmol/l 2 godziny po obciążeniu cukrem;

Aby ocenić rekompensatę za cukrzycę, określ:

Zwykle poziom hemoglobiny glikozylowanej HbA 1c wynosi nie więcej niż 6% całkowitej zawartości Hb, przy wyrównanej cukrzycy HbA 1c< 8,5%;

Albuminuria. Normalny poziom albumin w moczu< 30 мг/сут. При сахарном диабете до 300 мг/сут.

Ponieważ cukrzyca typu 2 rozwija się znacznie wolniej, klasyczne objawy kliniczne, takie jak hiperglikemia i niedobór insuliny, rozpoznawane są później, często w połączeniu z objawami późnych powikłań cukrzycy.

Leczenie cukrzycy

Leczenie cukrzycy zależy od jej typu (I lub II), jest złożone i obejmuje dietę, stosowanie leków obniżających poziom cukru, insulinoterapię, a także profilaktykę i leczenie powikłań.

Leki przeciwhiperglikemiczne dzielą się na dwie główne grupy: pochodne sulfonylomocznika i biguanidy.

Narkotyki pochodne sulfonylomocznika blokują wrażliwe na ATP kanały K+, co zwiększa wewnątrzkomórkowe stężenie K+ i prowadzi do depolaryzacji błony. Depolaryzacja błony przyspiesza transport jonów wapnia do wnętrza komórki, w efekcie czego pobudzane jest wydzielanie insuliny.

Biguanidy zwiększają liczbę transporterów glukozy GLUT-4 na powierzchni błon komórek tłuszczowych i mięśniowych.

Insulinoterapia obowiązkowe w przypadku cukrzycy typu I (1-4 zastrzyki dziennie), w przypadku cukrzycy typu II czasami przepisuje się insulinę w celu lepszej kontroli cukrzycy, a także gdy wtórny bezwzględny niedobór insuliny rozwija się po 10-15 latach.

Obiecujące metody leczenia cukrzycy obejmują: przeszczepienie wysp trzustkowych lub izolowanych komórek β, przeszczepienie genetycznie zrekonstruowanych komórek i stymulację regeneracji wysp trzustkowych.

Dla obu typów cukrzycy istotne znaczenie ma terapię dietetyczną. Wysoce polecany zbilansowana dieta: węglowodany powinny stanowić 50-60% całkowitej kaloryczności pożywienia (z wyjątkiem węglowodanów łatwo przyswajalnych, piwa, napojów alkoholowych, syropów, ciast itp.); udział białek wynosi 15-20%; udział wszystkich tłuszczów nie przekracza 25-30%. Jedzenie należy przyjmować 5-6 razy w ciągu dnia.

Literatura:

I.I. Dedov., G.A. Melnichenko, V.V. Fadejew. Endokrynologia. Moskwa: „Medycyna”. 2000