Функции углеводов Энергетическая. Углеводы обеспечивают около 50-60% суточного энергопотребления организма. Пластическая. Углеводы (рибоза, дезоксирибоза) используются для построения АТФ, АДФ и других нуклеотидов, а также нуклеиновых кислот. Отдельные углеводы являются компонентами клеточных мембран и межклеточного матрикса. Резервная. Углеводы запасаются в скелетных мышцах, печени в виде гликогена.
Функции углеводов Защитная. Сложные углеводы входят в состав компонентов иммунной системы; мукополисахариды находятся в слизистых веществах, покрывающих поверхность сосудов, бронхов, пищеварительного тракта, мочеполовых путей. Специфическая. Отдельные углеводы участвуют в обеспечении специфичности групп крови, выполняют роль антикоагулянтов, являются рецепторами ряда гормонов или фармакологических веществ. Регуляторная. Клетчатка пищи не расщепляется в кишечнике, но активирует перистальтику кишечника, ферменты пищеварительного тракта, ускоряя усвоение питательных веществ.
МОНОСАХАРИДЫ Альдозы (-CHO) Кетозы (>C=O)
Изомерия Изомеры – вещества, имеющие одинаковую химическую формулу Оптические изомеры отличаются ориентацией атомов и функциональных групп в пространстве эпимеры отличаются конформацией только у одного атома углерода (Глюкоза и манноза различаются конфигурацией при С-2). энантиомеры являются зеркальным отражением друга
Циклические формы моносахаридов Полуацетали образуются при внутримолекулярном взаимодействии гидроксильной и альдегидной групп. Полукетали образуются при внутримолекулярном взаимодействии гидроксильной группы и кетогруппы.
В нейтральном растворе менее 0, 1% молекул глюкозы находятся в ациклической форме. Подавляющая часть глюкозы присутствует в форме циклического полуацеталя При замыкании кольца по гидроксильной группе С-5 с образованием шестичленного пиранового цикла. Сахара с шестичленным циклом называются пиранозами. Замыкание кольца с участием гидроксильной группы С-4 дает фурановый цикл, а сахара с таким циклом называются фуранозами.
Аномерные атомы углерода моносахарид относится к аномерам, если гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца; моносахарид относится к аномерам, если гидроксильная группа расположена над плоскостью кольца. Переход аномеров из одной формы в другую носит название мутаротация
Наиболее распространенные дисахариды Название Состав Источник сахароза глюкоза фруктоза свекла, сахарный тростник лактоза галактоза глюкоза молочные продукты мальтоза глюкоза гидролиз крахмала
Наиболее важные полисахариды, состоящие из остатков глюкозы. Название Связи Значение Амилоза -1, 4 компонент крахмала Амилопектин -1, 4 -1, 6 компонент крахмала Целлюлоза -1, 4 неперевариваемый компонент растений Гликоген -1, 4 -1, 6 форма хранения углеводов у животных
Полисахариды Гликоген – форма хранения углеводов в животных тканях (печени и мышцах) Целлюлоза — структурный компонент клеток растений
Производные моносахаридов Фосфорные эфиры (этерификация) Аминосахара Уроновые кислоты (окисление) Дезоксисахара (дезоксирибоза) Спирты (восстановление)
Кислоты – производные моносахаров (в т. ч. уроновые) Кислоты образуются в результате окисления альдегидной или спиртовых групп моносахаридов.
Кислоты – производные моносахаров Глюкуроновая кислота – участвует в метаболизме билирубина, является компонентом протеогликанов Аскорбиновая кислота (витамин С)
глюкоза восстанавливается в сорбитол; манноза восстанавливается в маннитол; фруктоза может восстанавливаться в сорбитол и в маннитол Гиперпродукция сорбитола имеет клиническое значение у больных сахарным диабетом. Сахароспирты
Сорбитоловый путь превращения глюкозы Конечные продукты обмена глюкозы по сорбитоловому пути (фруктоза и сорбитол) плохо проникают через клеточную мембрану и накапливаются внутри клетки, приводя к внутриклеточной гиперосмолярности. Повышенная гидратация тканей ведет к их набуханию и повреждению. Клинически это проявляется развитием ангиопатий, нейропатий, катаракты
Аминосахара – производные, моносахаридов, у которых гидроксильная группа замещена амино- или ацетиламино- группами. глюкозамин, галактозамин– аминосахара, имеющие наибольшее биологическое значение
Антигены групп крови Fuc — фукоза; Gal — галактоза; Gal. NAc — N — ацетилгалактозамин; Glc. NAc — N — ацетилглюкозамин.
Антигены групп крови — специфический класс олигосахаридов, которые могут присоединяться к белкам, липидам. Группа крови человека зависит от присутствия специфических антигенов. Чужеродные антигены могут вызывать синтез специфических антител.
Характеристика групп крови Антигены эритроцитов Нет А В АВ Генотипы ОО АА или АО ВВ или ВО АВ Антитела в сыворотке крови Анти-А Анти-В Анти-А Нет Группы крови О (I) А (II) B (III) АВ (IV) Частота (%)
АВО группы крови Группа крови О (I) Люди с этой группой крови синтезируют антитела к А и В антигенам. Им можно переливать кровь только группы О. Но они могут быть донорами для всех других групп (универсальные доноры). Группа крови А (II) Образуют антитела только против В антигенов. Они могут получать кровь групп О и А, и быть донорами для групп А и АВ. Группа крови В (III) Образуют антитела только против А антигенов. Они могут получать кровь групп О и В, и быть донорами для групп В и АВ. Группа крови АВ (IV) Люди с этой группой крови не синтезируют антитела ни к А, ни к В антигенам. Они могут получать кровь любой группы (универсальные реципиенты)
Белок-углеводные связи N -гликозидные (углеводы присоединяются через аминогруппы аспарагина). Это наиболее распространенный класс гликопротеинов. О-гликозидные (углеводы присоединяются через гидроксильные группы серина или треонина).
Гликопротеины структурная (компоненты клеточной стенки и мембран); гормоны (тиреотропный, хорионический гонадотропин); компоненты иммунной системы (иммуноглобулин, интерферон).
Протеогликаны Протеогликаны являются основным компонентом межклеточного матрикса. Углеводным компонентом протеогликанов являются гликозаминогликаны. Гликозаминогликаны состоят из повторяющихся дисахаридных единиц.
Структура и распределение гликозаминогликанов Название Повторяющаяся единица Ткань Гиалуроновая кислота Глюкуроновая кислота- N -ацетилглюкозамин Внутрисуставная жидкость, стекловидное тело глаза Хондроитинсульфат Глюкуроновая кислота- N -ацетилгалактозамин* Кости, хрящи Кератансульфат Галактоза- N -ацетилгалактозамин* Хрящи Гепарансульфат Глюкуроновая кислота*-глюкозамин* Лёгкие, мышцы, печень Дерматан сульфат Идуроновая кислота*- N -ацетилгалактозамин* Кожа, лёгкие * Показывает наличие остатка серной кислоты
Углеводный обмен складывается из следующих процессов: Расщепление в желудочно-кишечном тракте до моносахаридов, поступающих с пищей поли- и дисахаридов. Всасывание моносахаридов из кишечника в кровь Поступление моносахаридов в клетки тканей Тканевой метаболизм Аэробное и анаэробное расщепление глюкозы Пентозофосфатный путь окисления глюкозы Синтез и распад гликогена Глюконеогенез
Транспорт моносахаридов из просвета кишечника в клетки слизистой оболочки может осуществляться путем: облегченной диффузии или активного транспорта
Всасывание углеводов фруктоза глюкоза N а + галактоза Скорость всасывания углеводов Д-галактоза – 110 Д-глюкоза — 100 Д-фруктоза —
Поступление в клетки периферических тканей осуществляются с помощью особых транспортных систем, функция которых заключается и переносе молекул сахаров через клеточные мембраны. Существуют особые белки-переносчики - транслоказы, специфические по отношению к сахарам
Транспорт глюкозы в клетки тканей Распределение белков-транспортеров глюкозы (ГЛЮТ) Типы ГЛЮТ Локализация в органах ГЛЮТ-1 Мозг, плацента, почки, толстый кишечник ГЛЮТ-2 Печень, почки, бета-клетки островков Лангерганса, энтероциты ГЛЮТ-3 Во многих тканях (включая мозг, плаценту, почки) ГЛЮТ-4 (инсулинзависимый) В мышцах (скелетной, сердечной), жировой ткани ГЛЮТ-5 В тонком кишечнике (возможно является переносчиком фруктозы)
Внутриклеточный метаболизм глюкозы Метаболизм глюкозы, связанный с ритмами питания Абсорбтивный период окисление глюкозы (гликолиз, пентозофосфатный путь) синтез гликогена (гликогенез) Постабсорбтивный период и при голодании распад гликогена (гликогенолиз) синтез глюкозы (глюконеогенез)
Метаболизм глюкозы, связанный с ритмами питания Абсорбтивный период окисление глюкозы синтез гликогена (гликогенез) Постабсорбтивный период и при голодании распад гликогена (гликогенолиз) синтез глюкозы (глюконеогенез)
ГЛИКОГЕНЕЗ (синтез гликогена) Гликоген – основной резервный полисахарид, депонирующийся в печени и мышцах в виде гранул. При полимеризации глюкозы снижается растворимость образующейся молекулы гликогена и её влияние на осмотическое давление. Концентрация гликогена в печени достигает 5% её массы; Концентрация гликогена в мышцах составляет около 1%.
Этапы гликогенеза Синтез уридиндифосфатглюкозы (УДФ-глюкозы); Образование 1, 4 гликозидных связей; Образование 1, 6 гликозидных связей.
ГЛИКОГЕНОЛИЗ (распад гликогена) Функция: Обеспечивает нормальный уровень глюкозы в крови в постабсорбтивный период Глюкоза крови: 3 , 3 -5, 5 ммоль/л
Этапы гликогенолиза 1. Расщепление (фосфоролиз) 1, 4 гликозидных связей Фермент: гликогенфосфорилаза. Молекула гликогена при этом уменьшается на один остаток глюкозы.
2. Расщепление 1, 6 гликозидных связей Процесс протекает в два этапа: а. три остатка глюкозы переносятся с ветви гликогена на основную цепь (фермент: триглюкозотрансфераза) б. оставшийся остаток глюкозы отщепляется гидролитически (фермент: 1, 6 глюкозидаза («гликоген деветвящий фермент»)
кровь. Гликоген Глюкозо-6-фосфат Глюкоза Р i. Глюкозо-6-фо сфатаза Глюкоза. Печень Энергия. Глюкозо-6-фосфат Гликоген. Мышца. Функция гликогена в печени и мышцах Гликоген печени используется для поддержания физиологической концентрации глюкозы в крови Мышечный гликоген является источником глюкозы для клеток данной ткани
Регуляция углеводного обмена Осуществляется при участии 2-х основных механизмов: 1. Индукции или подавления синтеза ферментов 2. Активации или торможения их действия (аллостерическая регуляция, ковалентная модификация и т. д.)
Регуляция синтеза и распада гликогена Гликогенфосфорилаза аллостерически активируется АМФ и ингибируется АТФ и глюкозо-6-фосфатом Гликогенсинтаза стимулируется глюкозо-6-фосфатом Оба фермента регулируются путем ковалентной модификации: фосфорилированием- дефосфорилированием
Регуляция синтеза и распада гликогена Гликогенфосфорилаза активна в фосфорилированном состоянии, не активна в дефосфорилированном состоянии Гликогенсинтаза активна в дефосфорилированном состоянии, не активна в фосфорилированном состоянии
Гормоны, регулирующие обмен глюкозы Гормон Эффекты Инсулин Уменьшает гликемию 1. Стимулирует поглощение глюкозы тканями, гликолиз и синтез гликогена 2. Снижает гликогенолиз и глюконеогенез Глюкагон Увеличивает гликемию 1. Активирует гликогенолиз и глюконеогенез Адреналин Увеличивает гликемию 1. Стимулирует глюконеогенез 2. Стимулирует гликогенолиз (не приводит к увеличению гликемии при распаде мышечного гликогена) Кортизол Увеличивает гликемию 1. Стимулирует глюконеогенез в печени
Гликогенозы (болезни накопления) характеризуются избыточным накоплением гликогена в клетках, которое может сопровождаться изменением структуры молекул этого полисахарида Type 0 Type I — von Gierke’s disease Type Ib Type Ic Type II — Pompe disease Type IIb — Danon disease Type III — Cori disease or Forbes disease Type IV — Andersen disease Type V — Mc. Ardle disease Type VI — Hers disease Type VII — Tarui disease Type VIII Type IX Type XI — Fanconi-Bickel syndrome
Типы гликогенозов Форма гликогеноза Дефектный фермент Тип, название болезни Печеночная Глюкозо-6-фосфатаза I Болезнь Гирке Амило-1, 6-глюкозидаза («деветвящий» фермент) III Болезнь Фобса-Кори (лимитдекстриноз) Гликогенфосфорилаза VI Болезнь Херса Киназа фосфорилазы Протеинкиназа А IX X Мышечные Гликогенфосфорилаза V Болезнь Мак. Ардла
Диагностика гликогенозов и агликогенозов 1. Определение концентрации глюкозы (натощак) 2. Определение содержания гликогена в крови, эритроцитах, лейкоцитах 3. Определение содержания гликогена в биоптатах печени и мышц 4. Исследование содержания ферментов, участвующих в синтезе и в распаде гликогена (в соответствии с формой гликогеноза)
Подобные документы
Специфические свойства, структура и основные функции, продукты распада жиров, белков и углеводов. Переваривание и всасывание жиров в организме. Расщепление сложных углеводов пищи. Параметры регулирования углеводного обмена. Роль печени в обмене веществ.
курсовая работа, добавлен 12.11.2014
Понятие и классификация углеводов, основные функции в организме. Краткая характеристика эколого-биологической роли. Гликолипиды и гликопротеины как структурно-функциональные компоненты клетки. Наследственные нарушения обмена моносахаридов и дисахаридов.
контрольная работа, добавлен 03.12.2014
Метаболизм липидов в организме, его закономерности и особенности. Общность промежуточных продуктов. Взаимосвязь между обменами углеводов, липидов и белков. Центральная роль ацетил-КоА во взаимосвязи процессов обмена. Расщепление углеводов, его этапы.
контрольная работа, добавлен 10.06.2015
Сущность метаболизма организма человека. Постоянный обмен веществ между организмом и внешней средой. Аэробное и анаэробное расщепление продуктов. Величина основного обмена. Источник тепла в организме. Нервный механизм терморегуляции организма человека.
лекция, добавлен 28.04.2013
Значение различных углеводов для живых организмов. Основные этапы и регуляция углеводного обмена. Стимулирование расщепления гликогена в процессе гликогенолиза при возбуждении симпатических нервных волокон. Утилизация глюкозы периферическими тканями.
реферат, добавлен 21.07.2013
Результат расщепления и функции белков, жиров и углеводов. Состав белков и их содержание в пищевых продуктах. Механизмы регулирования белкового и жирового обмена. Роль углеводов в организме. Соотношение белков, жиров и углеводов в полноценном рационе.
презентация, добавлен 28.11.2013
Понятие "углеводы" и их биологические функции. Классификация углеводов: моносахариды, олигосахариды, полисахариды. Оптическая активность молекул углеводов. Кольчато-цепная изомерия. Физико-химические свойства моносахаридов. Химические реакции глюкозы.
презентация, добавлен 17.12.2010
Обмен белков, липидов и углеводов. Типы питания человека: всеядность, раздельное и низкоуглеводное питание, вегетарианство, сыроедение. Роль белков в обмене веществ. Недостаток жиров в организме. Изменения в организме в результате изменения типа питания.
курсовая работа, добавлен 02.02.2014
Функции обмена веществ в организме: обеспечение органов и систем энергией, вырабатываемой при расщеплении пищевых веществ; превращение молекул пищевых продуктов в строительные блоки; образование нуклеиновых кислот, липидов, углеводов и других компонентов.
реферат, добавлен 20.01.2009
Классификация и строение углеводов. Физические и химические свойства моносахаридов, их роль в природе и жизни человека. Биологическая роль дисахаридов, их получение, применение, химические и физические свойства. Место связи моносахаридов между собой.
Cлайд 1
Cлайд 2
Cлайд 3
Cлайд 4
Белки являются наиболее сложными веществами организма и основой протоплазмы клеток. Белки в орга низме не могут образовываться ни из жиров, ни из углеводов, ни из каких-либо других веществ. В их состав входят азот, углерод, водород, кислород, а в некото рые - сера и другие химические элементы в крайне не значительных количествах. Аминокислоты являются про стейшими структурными элементами («кирпичиками»), из которых состоят молекулы белков клеток, тканей и органов человека. Они представляют собой органиче ские вещества со щелочными и кислотными свойствами. Исследование строения различных белков позволило установить, что в их состав входит до 25 разных амино кислот. Ученые различных стран ведут работы по искусственному синтезу белка. БЕЛКИ И ИХ СОСТАВ
Cлайд 5
Белковый обмен Белковый обмен в организме подвержен сложной ре гуляции, в которой принимают участие центральная нервная система и железы внутренней секреции. Из гормональных веществ гормон щитовидной железы (ти роксин) и гормоны коры надпочечника (глюкокортикоиды) способствуют усилению процессов диссимиляции, распада белков, а гормон поджелудочной железы (инсу лин) и соматотропный гормон передней доли гипофиза (гормон роста) усиливают процессы образования (ассимиляции) белковых тел в организме.
Cлайд 6
Cлайд 7
Cлайд 8
Cлайд 9
Жиры, так же как и углеводы, являются «горючим», или энергетическим, материалом, необходимым для обеспечения жизнедеятельности организма. В одном грамме жира содержится в два раза больше потенциаль ной (скрытой) энергии, чем в одном грамме углеводов. ЖИРЫ – «ГОРЮЧЕЕ» ОРГАНИЗМА
Cлайд 10
Окислению жира непосредственно в самой жировой ткани способствует наличие в ней особых ферментов - липазы и дегидрогеназы. Под влиянием тканевой липа зы жир в тканях расщепляется на глицерин и высшие жирные кислоты. В дальнейшем происходит процесс окисления жир ных кислот до углекислого газа и воды, в результате чего освобождается энергия, необходимая для жизне деятельности организма.
Cлайд 11
ОБМЕН ЖИРОВ Жировой обмен, так же как и другие виды обмена, регулируется центральной нервной системой непосред ственно и через эндокринные железы - гипофиз, островковый аппарат поджелудочной железы, надпочечники, щитовидную и половые железы.
Cлайд 12
Вредны для организма - это трансизомеры, их нужно избегать. Насыщенные жиры необходимо свести к минимуму, а вот мононенасыщенные и полиненасыщенные жиры необходимы нашему организму. Причем, если Омега-6 мы потребляем достаточно (растительное масло употребляем наверное каждый день), то вот Омега-3 в нашем организме обычно не хватает. Ешьте рыбу чаще! !Это интересно…
Cлайд 13
УГЛЕВОДЫ Углеводы - вещества, распространенные главным образом в растительном мире. Они состоят из углерода, водорода и кислорода. В углеводах атом углерода соеди нен с молекулой воды. Существуют простые и сложные углеводы; простые углеводы называются иначе моноса харидами (monos - по-гречески один), а сложные угле воды - полисахаридами (роlу - много).
Cлайд 14
ОБМЕН УГЛЕВОДОВ В ОРГАНИЗМЕ Регулируется углеводный обмен нервной системой преимущественно через железы внутренней секреции, главным образом через поджелудочную железу и надпочечники. Мозговое вещество надпочечников выделяет адреналин, поступающий в кровь. Адреналин, циркули руя в крови, вызывает повышенное превращение глико гена печени в сахар, что приводит к поднятию уровня сахара в крови. А гипергликемия, как это точно установлено учеными, повышает выработку инсулина под желудочной железой.
Углеводы – многоатомныеальдегидоспирты или кетоспирты.
Для большинства углеводов общая формула
(СН2О)n, n>3 – соединения углерода с водой.
Эмпирическая формула глюкозы
С6Н12О6=(СН2О)6
Углеводы – основа существования большинства
организмов, т.к. все органические вещества берут
начало от углеводов, образующихся в
фотосинтезе. В биосфере углеводов больше,
чем других органических веществ.
Биологическая роль углеводов
Энергетическая (распад)Пластическая (хондроитинсульфат)
Резервная (гликоген)
Защитная (мембраны, смазка суставов)
Регуляторная (контакты)
Гидроосмотическая (ГАГ)
Кофакторная (гепарин)
Специфическая (рецепторы)
Классификация углеводов
В зависимости от сложностистроения делят на 3 класса:
моносахариды
олигосахариды
полисахариды
Моносахариды
МОНОСАХАРИД (МОНОЗА) – минимальнаяструктурная единица углеводов, при
дроблении которой исчезают свойства
сахаров
В зависимости от числа атомов
углерода в молекуле
моносахариды делят на: триозы (С3Н6О3),
тетрозы (С4Н8О4), пентозы (С5Н10О5), гексозы
(С6Н12О6) и гептозы (С7Н14О7).
Других моносахаридов в природе нет, но могут
быть синтезированы.Физиологически важные
моносахариды:
1) Триозы – ФГА и ДОАФ, образуются
в процессе распада глюкозы
2) Пентозы – рибоза и дезоксирибоза,
являются важными компонентами
нуклеотидов, нуклеиновых кислот,
коферментов
3) Гексозы – глюкоза, галактоза,
фруктоза и манноза. Глюкоза и
фруктоза – основные энергетические
субстраты организма человекаМолекулярный состав глюкозы и фруктозы
одинаков (С6Н12О6),
но структура функциональных групп разная
(альдоза и кетоза)Моносахариды реже встречаются в
живых организмах в свободном состоянии,
чем их более важные производные –
олигосахариды и полисахариды
ОЛИГОСАХАРИДЫ
включают от 2 до 10 остатковмоносахаридов, соединены
1,4- или 1,2-гликозидными связями,
образуются между двумя спиртами с
получением простых эфиров: R-O-R".
Основные дисахариды –
сахароза, мальтоза и лактоза.
Их молекулярная формула С12Н22О12.
Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) –
Это глюкоза и фруктоза,соединенные 1,2-гликозидной связью
Расщепляет сахарозу фермент сахараза
Мальтоза (фруктовый сахар)
Это 2 молекулы глюкозы, соединенные1,4-гликозидной связью. Образуется в
ЖКТ при гидролизе крахмала и гликогена
пищи. Расщепляется мальтазой.
Лактоза (молочный сахар)
Это молекулы глюкозы и галактозы,соединенные 1,4-гликозидной связью.
Синтезируется в период лактации.
Поступление лактозы с пищей способствует
развитию молочнокислых бактерий,
подавляющих развитие гнилостных
процессов. Расщепляется лактазой.
ПОЛИСАХАРИДЫ
Большинство природных углеводов – полимеры,число моносахаридных остатков
от 10 и до десятков тысяч.
По функциональным свойствам:
структурные – придают клеткам, oрганам и в
целом организму механическую прочность.
гидрофильные растворимые – высоко гидратированы и сохраняют от высыхания клетки и ткани.
резервные – энергетический ресурс, из которого в
организм поступают моносахариды, являющиеся
клеточным "топливом".
Благодаря полимерной природе резервные
полисахариды осмотически неактивны, поэтому
накапливаются в клетках в больших количествах.По строению: линейные, разветвлённые
По составу: гомо-, гетерополисахариды
Гомополисахариды (гомогликаны)
состоят из моносахаридных звеньев одного типа.,
Основные представители – крахмал, гликоген,
клетчатка.
Крахмал – резервное питательное вещество
растений, состоит из амилозы и амилопектина.
Продукты гидролиза крахмала называют
декстринами. Они бывают разной длины, и с
укорочением постепенно теряют йодофильность
(способность окрашиваться йодом в синий цвет). Амилоза обладает линейной структурой,
все глюкозные остатки соединены (1-4)гликозидной связью. В составе амилозы
≈ 100-1000 остатков глюкозы.
Составляет ≈ 15- 20% всего крахмала.Амилопектин разветвлен, т.к. имеет через
каждые 24-30 остатков глюкозы
небольшое число альфа(1-6)-связей.
В составе амилопектина ≈ 600-6000 остатков
глюкозы, молекулярная масса до 3-х млн.
Содержание амилопектина в крахмале –
75-85%Клетчатка (целлюлоза)
основная составная часть клеточной стенки
растений. Состоит из ≈ 2000-11000 остатков
глюкозы, соединенных в отличие от крахмала не α-, а β -(1-4)-гликозидной связью.
Гликоген – животный крахмал
Содержит от 6.000 до 300.000 остатковглюкозы. Более разветвленная структура,
чем у амилопектина: 1-6 связи в гликогене
через каждые 8-11 глюкозных остатков, соединенных 1-4-связью. Резервный источник
энергии - запасается в печени, мышцах, сердце.
Гетерополисахариды (гетерогликаны)
Это сложные углеводы, состоят из двух иболее типов моносахаридных звеньев
(аминосахара и уроновые кислоты),
чаще всего связаны с белками или липидами
Гликозаминогликаны (мукополисахариды)
хондроитин-, кератан- и дерматансульфаты,
гиалуроновая кислота, гепарин.
Представлены в составе основного скрепляющего
вещества соединительной ткани. Их функция
состоит в удержании большого количества воды и
заполнении межклеточного пространства. Они
служат смягчающим и смазочным материалом для
разного рода тканевых структур, входят в состав
костной и зубных тканей Гиалуроновая кислота – линейный полимер из
глюкуроновой кислоты и ацетилглюкозамина.
Входит в состав клеточных стенок, синовиальной
жидкости, стекловидного тела глаза, обволакивает
внутренние органы, является желеобразной
бактерицидной смазкой. Важный составной
элемент кожи, хрящей, сухожилий, костей, зубов …
основное вещество послеоперационных рубцов
(спайки, рубцы – препарат «гиалуронидаза»)
Хондроитинсульфаты –
разветвленные сульфатированные полимеры изглюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина.
Основные структурные компоненты хрящей,
сухожилий, роговицы глаза, содержатся в коже,
костях, зубах, тканях пародонта.
Норма углеводов в питании
Запас углеводов в организме не превышает2-3% от массы тела.
За счет них энергетические потребности
человека могут покрываться не более 12-14 ч.
Потребность организма в глюкозе зависит
от уровня энергозатрат.
Минимальная норма углеводов 400 г в сутки.
65% углеводов поступают в виде крахмала
(хлеб, крупы, макаронные изделия), животного
гликогена
35% в виде более простых сахаров (сахароза,
лактоза, глюкоза, фруктоза, мед, пектиновые
вещества).Переваривание углеводов
Различают пищеварение:
1) полостное
2) пристеночное
Слизистая оболочка желудочнокишечного тракта –
естественный барьер для поступления
в организм крупных чужеродных
молекул, в том числе углеводной
природы
Усвоение олиго- и полисахаридов идёт при их гидролитическом расще-плении до моносахаров. Гликозидазы атакуют 1-4 и 1-6 гликозидные связи. Про
Усвоение олиго- иполисахаридов идёт при их
гидролитическом расщеплении до моносахаров.
Гликозидазы атакуют
1-4 и 1-6 гликозидные связи
Простые углеводы
пищеварению не
подвергаются, но может
происходить брожение
некоторой части молекул
в толстом кишечнике под
действием ферментов
микроорганизмов
.
.ПОЛОСТНОЕ ПИЩЕВАРЕНИЕ
Переваривание полисахаридов начинается в ротовой полости, где они подвергаются хаотичному действию амилазы
слюны по (1-4)-связям. Крахмал распадается на декстрины разной сложности.
У амилазы слюны (активируют ионы Cl),
оптимум рН=7,1-7,2 (в слабощелочной
среде). В желудке, где среда резко кислая,
крахмал может перевариваться только в
глубине пищевого комка. Пепсин желудочного сока расщепляет саму амилазу.Далее пища переходит в кишечник, где рН
нейтральная, и подвергается действию
1) амилазы поджелудочной железы.
Различают -, β-, γ-амилазы
Альфа-амилаза представлена более широко, расщепляет крахмал до декстринов
Бета-амилаза расщепляет
декстрины до дисахарида мальтозы
Гамма-амилаза отщепляет
отдельные концевые молекулы глюкозы
от крахмала или от декстринов
2) олиго-1,6-глюкозидазы – действует на
точки ветвления крахмала и гликогена
ПРИСТЕНОЧНОЕ ПИЩЕВАРЕНИЕ
Гидролиз дисахаридов происходитне в просвете кишечника,
а на поверхности клеток слизистой
оболочки под специальной тонкой
пленкой - гликокаликсом
Дисахариды расщепляются здесь под
действием лактазы (фермент в
составе
β-гликозидазного комплекса), сахаразы и
мальтазы. При этом образуются
моносахариды - глюкоза, галактоза,
фруктоза.
Целлюлоза в организме человека
У человека нет ферментов для расщепленияβ(1-4)-гликозидной связи целлюлозы.
Микрофлора толстого кишечника может гидролизовать большую часть целлюлозы до
целлобиозы и глюкозы.
Функции целлюлозы:
1) стимуляция перистальтики кишечника и
желчеотделения,
2) адсорбция ряда веществ (холестерол и др.)
со снижением их всасывания,
3) формирование каловых масс.
Всасываются в кишечнике только моносахара
Их перенос в клетки слизистойоболочки кишечника (энтероциты)
может происходить:
1) способом пассивной диффузии
по градиенту концентрации
из просвета кишечника (где концентрация сахара после еды выше)
в клетки кишечника (где она ниже).
2) перенос глюкозы возможен и против градиента концентрации.
Это активный транспорт: идёт с затратойэнергии, используются специальные
белки-переносчики (GLUT).
Глюкоза
Белок–переносчик + АТФ
ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ГЛЮКОЗЫ
1) пища;2) распад гликогена;
3) синтез глюкозы из неуглеводных
предшественников (глюконеогенез).
ОСНОВНЫЕ ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЛЮКОЗЫ
1) распад глюкозы с целью полученияэнергии (аэробный и анаэробный
гликолиз);
2) синтез гликогена;
3) пентозофосфатный путь распада для
получения других моносахаридов и
восстановленного НАДФН;
4) синтез других соединений (жирные
кислоты, аминокислоты,
гетерополисахариды и др.).
ИСТОЧНИКИ И ПУТИ РАСХОДОВАНИЯ ГЛЮКОЗЫ
Гликоген образуется почти во всехклетках организма, но
максимальная его концентрация
в печени (2-6%) и мышцах (0,5-2%)
Масса мышц значительно больше
массы печени, поэтому в
скелетных мышцах сосредоточено
около 2/3 от общего количества
всего гликогена тела35
ГЛИКОГЕНОЛИЗ
Распад гликогена может идти принедостатке кислорода. Это превращение
гликогена в молочную кислоту.
Гликоген присутствует в клетках в виде
гранул, которые содержат ферменты его
синтеза, распада и ферменты регуляции.
Реакции синтеза и распада различны, что
обеспечивает гибкость процесса.Отщепившаяся от гликогена молекула
глюкозо-1-Ф изомеризуется
с образованием глюкозо-6-Ф
глюкозо-1-Ф
фосфоглюко мутаза
глюкозо-6-Ф
Когда самой клетке нужна энергия, то глюкозо-6-Ф распадается по пути гликолиза.
Если глюкоза нужна другим клеткам, то
глюкозо-6-фосфатаза (только в печени и
почках) отщепляет фосфат от глюкозо-6-Ф,
и глюкоза выходит в кровоток.
ГЛИКОЛИЗ
Гликолиз (Greek glucose – сахар, lysis –разрушение) – последовательность
реакций превращения глюкозы до
пирувата (10реакций).
В процессе гликолиза часть свободной
энергии распада глюкозы превращается
в АТФ и НАДН.
Суммарная реакция гликолиза:
Глюкоза + 2 Рн + 2 АДФ + 2 НАД+→
2 пируват + 2 АТФ + 2 НАДН + 2Н+ + 2
Н2О
Анаэробный ГЛИКОЛИЗ
Это главный анаэробный путьутилизации глюкозы
1) Протекает во всех клетках
2) Для эритроцитов – единственный
источник энергии
3) Преобладает в опухолевых клетках –
источник ацидоза
В гликолизе 11 реакций,
продукт каждой реакции является
субстратом для последующей.
Конечный продукт гликолиза – лактат
АЭРОБНЫЙ И АНАЭРОБНЫЙ РАСПАД ГЛЮКОЗЫ
Анаэробный гликолиз, или анаэробный распадглюкозы, (эти термины - синонимы) включает в себя
реакции специфического пути распада глюкозы до
пирувата и восстановление пирувата в лактат. АТФ
при анаэробном гликолизе образуется только путем
субстратного фосфорилирования
Аэробный распад глюкозы до конечных продуктов
(СО2 и Н2О) включает в себя реакции аэробного
гликолиза и последующее окисление пирувата в
общем пути катаболизма.
Таким образом, аэробный распад глюкозы - это процесс
полного ее окисления до СО2 и Н2О, а аэробный
гликолиз - часть аэробного распада глюкозы.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС АЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ
1. В специфическом пути распада глюкозы образуется2 молекулы пирувата, 2 АТФ (субстратное
фосфорилирование) и 2 молекулы НАДН+Н+.
2. Окислительное декарбоксилирование каждой
молекулы пирувата - 2,5 АТФ;
декарбоксилирование 2-х молекул пирувата дает 5
молекул АТФ.
3. В результате окисления ацетильной группы
ацетил-КоА в ЦТК и сопряженных ЦПЭ – 10 АТФ;
2 молекулы ацетил-КоА образуют 20 АТФ.
4. Малатный челночный механизм переносит
НАДН+Н+ в митохондрии – 2,5 АТФ; 2 НАДН+Н+
образуют 5 АТФ.
Итого: при распаде 1 молекулы глюкозы в
аэробных условиях образуется 32 молекулы
АТФ!!!
Глюконеогенез
Глюконеогенез – синтез глюкозыde novo из неуглеводных компонентов.
Протекает в печени и ≈10% в почках.
Предшественники для
глюконеогенеза
лактат (главный),
глицерол (второй),
аминокислоты (третий) – в условиях
длительного голодания.
Места поступления субстратов (предшественников) для глюконеогенеза
ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЛИКОЛИЗА И ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА
1. Основным субстратом для глюконеогенза являетсялактат, образованный активной скелетной
мышцей. Плазматическая мембрана обладает
высокой проницаемостью для лактата.
2. Поступив в кровь, лактат переносится в печень,
где в цитозоле окисляется в пируват.
3. Пируват затем превращается в глюкозу по пути
глюконеогенеза.
4. Глюкоза поступает далее в кровь и поглощается
скелетными мышцами. Эти превращения
составляют цикл Кори.
ЦИКЛ КОРИ
Глюкозо-аланиновый цикл
ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕНТОЗОФОСФАТНОГО ПУТИ
Пентозофосфатный путь распада глюкозы (ПФП)называется также гексозомонофосфатным шунтом или
фосфоглюконатным путем.
Этот альтернативный гликолизу и ЦТК путь окисления
глюкозы был описан в 50-х годах ХХ века Ф.Дикенсом,
Б.Хорекером, Ф.Липманном и Е.Рэкером.
Ферменты пентозофосфатного пути локализованы в
цитозоле. Наиболее активно ПФП протекает в почках,
печени, жировой ткани, коре надпочечников,
эритроцитах, лактирующей молочной железе. В
большинстве из этих тканей протекает процесс
биосинтеза жирных кислот и стероидов, что требует
НАДФН.
Выделяют две фазы ПФП: окислительную и
неокислительную
ФУНКЦИИ ПЕНТОЗОФОСФАТНОГО ПУТИ
1. Образование НАДФН+Н+ (50% потребности организма),необходимого 1) для биосинтеза жирных кислот,
холестерола и 2) для реакции детоксикации
(восстановление и окисление глутатиона,
функционирование цитохром Р-450 зависимых
монооксигеназ – микросомальное окисление).
2. Синтез рибозо-5-фосфата, используемого для
образования 5-фосфорибозил-1-пирофосфата, который
необходим для синтеза пуриновых нуклеотидов и
присоединения оротовой кислоты в процессе биосинтеза
пиримидиновых нуклеотидов.
3. Синтез углеводов с различным числом атомов
углерода (С3-С7).
4. У растений образование рибулозо-1,5-бисфосфата,
который используется как акцептор СО2 в темновой
стадии фотосинтеза.
Окислительное декарбоксилирование пирувата -
Окислительноедекарбоксилирование пирувата это образование ацетил~КоА из ПВК –
ключевой необратимый этап
метаболизма!!!
При декарбоксилировании 1
молекулы пирувата выделяется 2, 5
АТФ.
Животные не способны превращать
ацетил~КоА
обратно в глюкозу.
ацетил~КоА идет в Цикл трикарбоновых
кислот (ЦТК)
Цикл трикарбоновых кислот
цикл лимонной кислотыцикл Кребса
Ганс Кребс – лауреат Нобелевской
премии 1953г
Реакции ЦТК происходят
в митохондрияхЦТК
1) конечный общий путь окисления
топливных молекул –
жирных кислот, углеводов, аминокислот.
Большинство топливных молекул
вступают в этот цикл после превращения в
ацетил~КоА.
2) ЦТК выполняет еще одну функцию –
поставляет промежуточные продукты
для процессов биосинтеза.
Роль ЦТК
энергетическая ценностьисточник важных метаболитов,
дающих начало новым метаболическим путям
(глюконеогенез, переаминирование и
дезаминирование аминокислот,
синтез жирных кислот, холестерола)
Жизненно важными являются такие соединения как
оксалоацетат (ЩУК) и α-кетоглутаровая кислота.
Они являются предшественниками аминокислот.
Cначала из Мх в цитоплазму выводятся малат и
изоцитрат, а уж из них потом в цитоплазме образуются
ЩУК и α-КГ. Затем под влиянием трансаминаз из ЩУК
образуется аспартат, а из альфа-КГ – глутамат.
В результате окисления ацетильной группы ацетилКоА в ЦТК и сопряженных ЦПЭ – 10 АТФ!!!
Нарушения углеводного обмена при:
- голоданиигипогликемия, глюкагон и адреналин мобилизуют
ТАГ и глюконеогенез из глицерола, СЖК идут на
образование ацетил-КоА и кетоновых тел
- стрессе
влияние катехоламинов (адреналин – распад
гликогена, глюконеогенез); глюкокортикоидов
(кортизол - синтез ферментов глюконеогенеза)
- инсулинозависимом сахарном диабете
снижение синтеза инсулина в β-клетках
поджелудочной железы →каскад эффектов Гипергликемия, а после преодоления почечного
порога – присоединяется глюкозурия
Снижен транспорт глюкозы в клетку (в том числе
за счет ↓ синтеза молекул GLUT)
Снижен гликолиз (в том числе аэробные
процессы) и клетке не хватает энергии
(в том числе для синтеза белков и др.)
Угнетение пентозофосфатного пути
Снижен синтез гликогена и постоянно
активированы ферменты распада гликогена
Постоянно активирован глюконеогенез (особо из
глицерола, избыток идет на кетоновые тела)
Активированы нерегулируемые инсулином пути
усвоения глюкозы в клетке: глюкуронатный путь
образования ГАГ, синтез гликопротеинов
(в том числе избыточное гликозилирование
белков), восстановление в сорбат и др.