2 курс / Биохимия / Лекции_по_Биохимии

81

Усвоение фруктозы и галактозы наиболее активно протекает в печени. 6.9. Взаимные превращения углеводов (гексоз)

Для усвоения различных моносахаридов, поступающих с пищей, необходимо их превращение в глюкозу, которая затем может депонироваться в виде гликогена. Из глюкозы, наоборот, возможен синтез её производных или других необходимых тканям гексоз. Взаимопревращения моносахаридов возможны только в их активной форме. Используется две активные формы гексоз: гексозо-6 -фосфат и УДФ - гексоза.

Гексозо-6 фосфат используется для синтеза:

1)Синтез аминосахаров с участием амидотрансфераз

2)Синтез кетогексоз из альдегидогексоз (и наоборот) с участием изомераз

УДФ -гексозы используются для синтеза:

1)Синтез гексуроновых кислот с участием дегидрогеназ

2)Эпимеризация гексоз с участием эпимераз

3)Синтез олигосахаридов и полисахаридов с участием гликозилтрансфераз

4)Перенос УДФ с одной гексозы на другую с участием уридилтрансфераз

6.10.Особенности обмена глюкозы в различных тканях

6.11. Регуляция углеводного обмена Возможны различные варианты регуляции:

1.Авторегуляция на клеточном уровне осуществляется путём либо аллостерических механизмов изменения активности ферментов либо путём фосфорилирования - дефосфорилирования. Например, АТФ и АДФ являются аллострическими регуляторами ключевых ферментов гликолиза и глюконеогенеза: высокая концентрация АТФ активирует ферменты глюконеогенеза, а высокая концентрация АДФ активируют ключевые

82

ферменты гликолиза. Высокая концентрация сукцинил -КоА является аллостерическим активатором фермента пируваткарбоксилазы (активен ЦТК, высокая концентрация янтарной кислоты, поэтому активируется глюконеогенез, требующий затрат АТФ из ЦТК).

2.Нервная регуляция, подтверждением которой является «сахарный укол» - раздражение дна четвертого желудочка приводит к повышению уровня глюкозы в крови.

3.Эндокринная регуляция при участии гормонов гипофиза, щитовидной

железы, поджелудочной железы и надпочечников.

Механизм действия гормонов в конечном итоге сводится к изменению активности ферментов углеводного обмена либо аллострическим путём, либо путём фосфорилирования - дефосфорилрования ферментов. Свой эффект некоторые гормоны реализуют с участием посредников. Одним из посредников является цикло-АМФ.

Инсулин- гормон белковой природы, вырабатывается β - клетками островков поджелудочной железы в ответ на повышение уровня глюкозы в крови («гормон сытости»). В целом оказывает гипогликемическое действие (снижает содержание глюкозы в крови). Механизм действия инсулина сложен и многообразен. Инсулин увеличивает проницаемость тканей для глюкозы, активирует синтез активного изомера фермента гексокиназы. В результате усиливается использование глюкозы в тканях для синтеза гликогена, синтеза жиров, синтеза некоторых аминокислот. Одновременно тормозится процесс распада гликогена, глюконеогенез.

Глюкагон- гормон пептидной природы, образуется в α - клетках поджелудочной железы, его называют «гормоном голода». Оказывает гипергликемическое действие. Этот эффект реализуется в основном за счёт усиления распада гликогена в печени (фосфоролиз). В меньшей степени глюкагон активирует глюконеогенез. Рецепторы для глюкагона имеются в печени и жировой ткани.

Адреналин -гормон мозгового слоя надпочечников, является производным аминокислоты тирозина. Рецепторы к адреналину содержатся в печени, жировой ткани и в мышцах. Этот гормон называют «гормоном тревоги». Он обладает гипергликемическим эффектом путём активации распада гликогена в печени.

Тироксин, трийодтиронин - производные тирозина. В физиологических

83

концентрациях тиреоидные гормоны увеличивают потребление кислорода, активирует синтез многочисленных ферментов углеводного обмена и в целом оказывают гипергликемическое действие.

Кортизон, кортизол, дезоксикортикостерон (глюкокортикоиды) –

производные холестерина. Вырабатываются в корковом слое надпочечников. Рецепторы к ним имеются в мышечной ткани, соединительной ткани, печени. Эти гормоны обладают гипергликемическим действием за счёт усиления распада аминокислот в периферических тканях и усиления синтеза глюкозы в печени (активируют глюконеогенез).

Кортикотропин,соматотропин – гормоны задней доли гипофиза, повышают уровень глюкозы в крови опосредованно.

6.12. Патология углеводного обмена

6.12.1. Нарушение переваривания и всасывания углеводов Проявляется снижением переваривания дисахаридов (лактозы, сахарозы)

в результате снижения активности соответствующих ферментов тонкого кишечника – лактазы и сахаразы. В детском возрасте они наблюдаются при использовании в пищу соответствующих дисахаридов. Данные аферментозы проявляются диареей, метеоризмом, так как нерасщепившиеся дисахариды создают высокое осмотическое давление, способствуют потере воды и служат субстратом для бродильной микрофлоры. Возможны дефекты всасывания моносахаридов в результате отсутствия белков - переносчиков этих моносахаридов. Нарушение переваривания и всасывания углеводов обозначают термином мальабсорбция.

6.12.2. Нарушения содержания глюкозы в крови У здорового человека величина уровня глюкозы в крови относится к

биохимическим константам = 3,3 – 5,5 (до 6,0) ммоль/л. Повышение уровня глюкозы – гипергликемия. Причинами этого симптома могут являться:

∙алиментарная пищевая гипергликемия;

∙травмы ЦНС;

∙состояния после наркоза и операции;

∙стресс;

∙различные эндокринные заболевания (сахарный диабет, гиперфункция щитовидной железы, надпочечников, гипофиза).

Снижение уровня глюкозы в крови – гипогликемия. Гипогликемия может наблюдаться:

∙при голодании;

∙при заболеваниях печени;

∙при заболевании почек (почечный порог для глюкозы составляет 8-11 ммоль/л);

∙при эндокринных заболеваниях (гиперинсулинизм, гипофункция контринсулярных эндокринных желез).

Вдетском возрасте в первые дни жизни наблюдается преходящая гипогликемия новорожденных, при которой уровень глюкозы колеблется на

84

уровне 1,7 – 4,2 ммоль/л. Её причины:

∙прекращение поступления глюкозы из организма матери;

∙усиление расхода гликогена и глюкозы в процессе рождения;

∙слабость процесса глюконеогенеза.

Втяжелых случаях могут развиваться судороги, нарушение функции центральной нервной системы.

6.12.3. Нарушения тканевого обмена углеводов

Фруктоземия,галактоземия (см. раньше)

К тканевым дефектам относят различные гликогеновые болезни. Гликогенозы - врожденные заболевания, при которых наблюдается снижение активности ферментов распада гликогена. Агликогенозы характеризуются снижением активности ферментов синтеза гликогена. Для многих гликогенозов характерны гипогликемия, мышечная слабость, увеличение печени. Различают более десяти разновидностей гликогеновых болезней: Примеры гликогеновых болезней:

∙болезнь Гирке – отсутствие фермента глюкозо-6-фосфатазы;

∙болезнь Помпе – отсутствие фермента 1,4-α-гликозидазы;

∙болезнь Андерсена – отсутствие фермента 1,6-α-гликозидазы.

Снижение активности глюкозо-6-фосфатдегидрогиназы

пентозофосфатного пути ведёт к снижению образования НАДФН2, снижению восстановления глютатионаSН. В результате снижается устойчивость эритроцитов, развивается анемия.

Мукополисахаридозы - нарушение обмена мукополисахаридов характеризуется врожденным отсутствием некоторых ферментов распада ГАГ. Они проявляются нарушением костно-хрящевой ткани, ЦНС. Выделяется около

12видов мукополисахаридозов. Примеры мукополисахаридозов:

∙болезнь Гурлера – дефект фермента идуронизазы;

∙болезнь Слая – дефект фермента β - гликозидазы.

Сахарный диабет.

Внастоящее время принято выделять две формы сахарного диабета: диабет первого типа, инсулинозависимый, связанный с недостатком инсулина и диабет второго типа, инсулинонезависимый, связанный со снижением чувствительности тканевых рецепторов к инсулину. При сахарном диабете основные клинические симптомы объясняются усилением катаболизма белков, жиров, углеводов. В большей степени страдает углеводный обмен. Недостаток инсулина снижает проницаемость глюкозы в ткани, в результате этого увеличивается уровень глюкозы в крови – гипергликемия. Ткани испытывают «голод среди изобилия», в них компенсаторно увеличивается глюконеогенез, который увеличивает уровень глюкозы в крови. На фоне гипергликемии происходит потеря глюкозы через почки, возникает гликозурия. Дефицит глюкозы в тканях усиливает распад белков и жиров, что сопровождается усилением образования кетоновых тел, развивается кетонурия. Глюкоза и ацетоновые тела осмотически активны, их выведение с мочой приводит к усиленной потере воды, развивается симптом полиурии. В результате

85

повышенной потери воды из организма происходит обезвоживание тканей, и это сопровождается повышением чувства жажды, усиливается чувство аппетита. Осложнения сахарного диабета связаны с гликозилированием белков. Гликозилирование гемоглобина с повышением содержания НвА1с выше 6,5% сопровождается анемией. Гликозилирование белков базальной мембраны приводит к ангиопатии, ретинопатии, тромбозу. Появление гликозилированных белков ведёт к образованию антител, запускается аутоиммунный механизм заболевания.

Для ранней диагностики сахарного диабета используют метод сахарных нагрузок (гликемических кривых), который оценивает толерантность (выносливость) организма к глюкозе. При его проведении натощак определяют уровень глюкозы крови. Затем даётся нагрузка глюкозой в виде сладкого питья глюкозы (для взрослого человека из расчёта 1-2 г на килограмм массы) и после этого в течение двух часов с интервалом 30 минут определяют уровень глюкозы в крови. По полученным цифрам строят гликемическую кривую, на которой оценивают три основные точки:

1.Исходный уровень глюкозы (в норме у взрослого, здорового человека до 6 ммоль/л);

2.Максимальный подъем не более в 1,5- 1.7 раза;

3.Уровень глюкозы к концу второго часа должен вернуться к норме.

При недостатке инсулина кривая имеет диабетоидный характер (верхняя кривая на графике), свидетельствует о недостаточной выработке инсулина в ответ на сахарную нагрузку, т.е. о сниженной толерантности организма к глюкозе.

7. ОБМЕН И ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ

7.1. Спиртовой и жирнокислотный состав основных липидов тканей человека Липиды (жиры и жироподобные вещества) – неоднородные в химическом

отношении органические вещества, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях.

86

Они состоят из различных спиртов и жирных кислот. Спирты представлены глицерином, сфингозином, холестерином

В тканях человека преобладают длинноцепочечные жирные кислоты с чётным числом углеродных атомов. Различают насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты.

87

7.2. Классификация липидов Наиболее принятой является классификация липидов по виду спирта,

входящего в их состав. Согласно ей выделяют:

∙Глицеринсодержащие липиды: а) триацилглицерины (жиры); б) глицерофосфолипиды;

∙Сфингозинсодержашие липиды: а) сфингофосфолипиды;

б) сфингогликолипиды (цереброзиды, ганглиозиды);

∙Холестеринсодержащие липиды: а) свободный холестерин; б) эфиры холестерина, стероиды.

7.2.1. Глицеринсодержащие липиды

7.2.1.1. Триацилглицерины (ТАГ)

Триацилглицерины (нейтральные жиры) - это сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот.

Консистенция жиров определяется их жирнокислотным составом: ненасыщенные кислоты преобладают в жидких жирах (маслах), насыщенные – в твёрдых жирах. В жирах тканей человека приблизительно 2/3 составляют ненасыщенные жирные кислоты (преобладают пальмитоолеиновая и олеиновая кислота), 1/3 приходится на насыщенные жирные кислоты (преобладают пальмитиновая и стеариновая кислоты). Температура плавления жиров тканей человека составляет 15оС, следовательно, в организме человека жиры находятся в жидком состоянии. Триацилглицерины более чем на 90% являются резервным энергетическим материалом организма

7.2.1.2. Глицерофосфолипиды (ФЛ)

Большинство глицерофосфолипидов построены на основе фосфатидной кислоты, которая состоит из глицерина, двух остатков жирных кислот и остатка Н3РО4:

89

7.2.2.Сфингозинсодержащие липиды

Воснове сфинголипидов содержится церамид, который состоит из спирта сфингозина и жирной кислоты, присоединённой амидной связью

7.2.2.1. Сфингофосфолипиды (сфингомиелины)

Сфингофосфолипиды состоят из церамида, Н3РО4 и азотсодержащего вещества (холин, коламин и другие)

Сфингофосфолипиды в большом количестве входят в состав клеточных мембран головного мозга, в состав сурфактанта лёгких. В эмбриогенезе их содержание в тканях постепенно возрастает, поэтому содержание сфингофосфолипидов в амниотической жидкости характеризует степень зрелости плода.

7.2.2.2. Сфингогликолипиды Сфингогликолипиды представлены цереброзидами и ганглиозидами.

Цереброзиды содержатся преимущественно в белом веществе головного мозга, состоят из церамида и галактозы.

Ганглиозиды состоят из церамида и олигосахаридных фрагментов, в которых концевое положение обычно занимают сиаловые кислоты. Ганглиозиды преобладают в сером веществе головного мозга, входят в состав клеточных рецепторов, участвуют в связывании некоторых токсинов, чужеродных веществ, участвуют в механизмах памяти, в иммунных реакциях.