B. галактоземия

ТЕМА: ОБМЕН И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

ЛЕКЦИЯ 3

ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ.

РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА УГЛЕВОДОВ НА УРОВНЕ ОРГАНИЗМА.

ПАТОЛОГИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА У ЧЕЛОВЕКА.

План

1. глюконеогенез.

2. общие представления о гликоконьюгатах.

1. общая схема углеводного обмена в организме.
2. регуляция обмена углеводов на уровне организма.
3. патология углеводного обмена

6. наследственные или первичные нарушения обмена углеводов

A. непереносимость лактозы

b. галактоземия

1. наследственная непереносимость фруктозы
2. гликогеновые болезни
3. лизосомные болезни накопления
1. вторичные нарушения углеводного обмена
2. исследование состояния углеводного обмена

При недостаточном поступлении углеводов с пищей или даже их полного отсутствия все необходимые для организма человека углеводы могут синтезироваться в клетках.

Процесс синтеза глюкозы из соединений неуглеводной природыносит название глюконеогенез. В качестве соединений, углеродные атомы которых используются при биосинтезе глюкозы, выступают лактат, пируват, глицерол, аминокислоты.

Биологическая роль глюконеогенеза чрезвычайно велика:

Ø прежде всего глюконеогенез обеспечивает органы и ткани глюкозой. За сутки в организме человека может быть синтезировано до 100-120 г глюкозы, которая в условиях дефицита углеводов в пище в первую очередь идет на обеспечение энергетики клеток головного мозга;

Ø кроме того, глюкоза необходима клеткам жировой ткани как источник глицерола для синтеза резервных триглицеридов;

Ø глюкоза необходима клеткам различных тканей для поддержания нужной им концентрации промежуточных метаболитов цикла Кребса;

Ø глюкоза служит единственным видом энергетического топлива в мышцах в условиях гипоксии,

Ø окисление глюкозы является единственным источником энергии для эритроцитов;

Ø в процессе глюконеогенеза перерабатывается образующийся в тканях лактат, препятствуя тем самым развитию лактат-ацидоза.

Глюконеогенез в основном протекает в печени и менее интенсивно – в корковом веществе почек, а также слизистой оболочке кишечника.

Рассмотрим процесс синтеза глюкозы из лактата.

Глюконеогенез из лактата не может быть простым обращением процесса гликолиза, так как в гликолиз включены три киназные реакции: гексокиназная, фосфофруктокиназная и пируваткиназная — необратимые по термодинамическим причинам. Вместе с тем, в ходе глюконеогенеза используются ферменты гликолиза, катализирующие соответствующие обратимые равновесные реакции, типа альдолазы или енолазы.

Глюконеогенез из лактата начинается с превращения последнего в пируват с участием фермента лактатдегидрогеназы

Пируваткиназная реакция гликолиза необратима, поэтому невозможно получить фосфоенолпируват (ФЭП) непосредственно из пирувата. В клетке эта трудность преодолевается с помощью обходного пути, в котором участвуют два дополнительных фермента, не работающие при гликолизе. Вначале пируват подвергается энергозависимому карбоксилированию до щавелевоуксусной кислоты с участием биотинзависимого фермента пируваткарбоксилазы А затем в результате энергозависимого декарбоксилирования щавелевоуксусная кислота превращается в ФЭП. Эту реакцию катализирует фермент фосфоенолпируваткарбоксикиназа (ФЭП-карбоксикиназа), а источником энергии является ГТФ

Далее все реакции гликолиза вплоть до реакции, катализируемой фосфофруктокиназой обратимы. Необходимо лишь наличие 2 молекул восстановленного НАД, но они получены ранее в ходе лактатдегидрогеназной реакции. Кроме того, необходимы 2 молекулы АТФ для обращения фосфоглицераткиназной киназной реакции:

2 ФЭП + 2 НАДН+Н⁺ + 2 АТФ ––® Фр-1,6-бисФ + 2 НАД⁺ + 2 АДФ + 2 Ф

Необратимость фосфофруктокиназной реакции преодолевается путем гидролитического отщепления от Фр-1,6-бисФ остатка фосфорной кислоты, но для этого требуется дополнительный фермент фруктозо-1,6-бисфосфатаза:

Фр-1,6-бисФ + Н₂О ––®Фр-6-ф + Ф

Фруктозо-6-фосфат изомеризуется в глюкозо-6-фосфат, а от последнего гидролитическим путем при участии фермента глюкозо-6-фосфатазы отщепляется остаток фосфорной кислоты, чем преодолевается необратимость гексокиназной реакции:

Гл-6-Ф + Н₂О ––® Глюкоза + Ф

Суммарное уравнение глюконеогенеза из лактата:

2 лактат + 4 АТФ + 2 ГТФ + 6 Н₂О ––® Глюкоза+ 4 АДФ + 2 ГДФ + 6 Ф

Из уравнения следует, что на синтез 1 молекулы глюкозы из 2 молекул лактата клетка затрачивает 6 макроэргических эквивалентов. Это означает, что синтез глюкозы будет идти лишь в том случае, когда клетка хорошо обеспечена энергией.

Промежуточным метаболитом глюконеогенеза является щавелевоуксусная кислота, которая одновременно является и промежуточным метаболитом цикла трикарбоновых кислот. Отсюда следует, что любое соединение, углеродный скелет которого в ходе обменных процессов может быть превращен в один из промежуточных продуктов цикла Кребса или в пируват, через преобразование его в щавелевоуксусную кислоту может быть использовано для синтеза глюкозы. Этим путем используются углеродные скелеты ряда аминокислот.

При расщеплении глицерола в клетках в качестве промежуточного продукта образуется 3-фосфоглицериновый альдегид, который тоже может включаться в глюконеогенез.

Регуляторными ферментами глюконеогенеза являются пируваткарбоксилаза и фруктозо-1,6-бисфосфатаза. Активность пируваткарбоксилазы ингибируется по аллостерическому механизму высокими концентрациями АДФ, а активность Фр-1,6-бисфосфатазы также по аллостерическому механизму угнетается высокими концентрациями АМФ.

Важным звеном в регуляции глюконеогенеза являются регуляторные эффекты ацетил-КоА, накопление которого в клетке ингибирует аэробное окисление глюкозы и стимулирует её синтез.

ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ГЛИКОКОНЬЮГАТАХ.

Соединения смешанной природы, одним из компонентов которых является углевод, получили собирательное название гликоконьюгаты, которые принято делить на три класса:

1.Гликолипиды.

2.Гликопротеиды (на углеводный компонент приходится не более 20% общей массы молекулы).

3.Гликозаминопротеогликаны (на белковую часть молекулы обычно приходится 2‑3% общей массы молекулы).

В качестве пластического материала для синтеза гликопротеидов используются активированные остатки моносахаридов или их производных, например, УДФ-производные мономеров, ГДФ-манноза или ЦДФ-сиаловая кислота. Углеводные компоненты могут быть присоединены к белковой части молекулы с помощью О-гликозидной связи через ОН-группу радикала серина или с помощью N-гликозидной связи через амидный азот радикала аспарагина

Углеводными компонентами гликозаминопротеогликанов являются гетерополисахариды: гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфат или дерматансульфат, присоединенные к полипептидной части молекулы с помощью О‑гликозидной связи через остаток серина.