Биохимия

Достигая толстого отдела кишечника клетчатка под действием  ферментов условно-патогенной микрофлоры подвергается брожению с образованием глюкозы, лактозы и газообразных веществ.

Предыдущий раздел

Раздел верхнего уровня

Следующий раздел

3.3. Биосинтез и распад гликогена

 

  

БИОСИНТЕЗ И  РАСПАД ГЛИКОГЕНА В ТКАНЯХ.

ГЛИКОГЕНОВЫЕ  БОЛЕЗНИ.

Было установлено, что  гликоген может синтезироваться  практически во всех органах и  тканях. Однако наибольшая его концентрация обнаружена в печени (2-6%) и мышцах (0,5-2%). Поскольку мышечная масса организма человека велика, то большая часть гликогена организма содержится в мышцах. Глюкоза из крови легко проникает в клетки органов и тканей, проходя через биологические мембраны клеток. Как только глюкоза поступает в клетку, она метаболизируется в ней в результате первой химической реакции. фосфорилирование глюкозы происходит в присутствии АТФ и фермента - гексокиназы. Глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат . Этот эфир глюкозы теперь будет использоваться в анаболических и катаболических реакциях. Глюкоза из клетки может выйти только после реакции гидролиза при участии глюкозо-6-фосфатазы. Этот фермент есть в печени, почках, эпителии кишечника. В других органах, тканях его нет. Процесс биосинтеза гликогена протекает в 4 стадии:

 

 

 

 

Гликогенсинтаза – является трансферазой, которая переносит остатки глюкозы, входящие в УДФ- глюкозу, на гликозидную связь остаточного в клетке гликогена, при этом образуется альфа(1,4)-гликозидные связи.

 Образование альфа(1,6)-гликозидных связей в точках ветвления гликогена катализирует специальный гликоген-ветвящий фермент.

 Образовавшийся в  последней реакции УДФ, превращается  в УТФ, при этом при биосинтезе  гликогена поглощается еще 1 молекула АТФ.

 Таким образом,  на каждую молекулу глюкозы,  включающуюся в структуру гликогена,  расходуется 2 молекулы АТФ.

 Гликоген в клетках  накапливается во время пищеварения  и рассматривается как резервная  форма глюкозы, которая используется клетками в промежутках между приёмами пищи.  

 

 

 

РАСПАД ГЛИКОГЕНА  

 

Существуют 2 пути распада  гликогена в тканях: 

1. фосфоролитический путь (основной путь)

Протекает в печени, почках, эпителии кишечника. Схематически его  можно записать в виде 3 реакций:

 

 

2. амилолитический путь (неосновной).

Протекает в  печени  при участии  3  ферментов:  альфа -амилазы, амило-1,6-гликозидазы, гамма - амилазы.

Альфа – амилаза расщепляет в структуре крахмала альфа-1,4-гликозидные связи, амило-1,6-гликозидаза-гликозидные связи в точках ветвления, гамма-амилаза гидролизует концевые гликозидные связи в боковых ветвях гликогена.  

 

 

 

ГЛИКОГЕНОЗЫ - болезни, связанные  с нарушением процессов распада  гликогена, при этом в клетках печени, почек, мышц гликоген накапливается в большом количестве. Клинически эти заболевания проявляются увеличением печени, мышечной слабостью, гипоглюкоземией натощак. Больные умирают в раннем детском возрасте. Наиболее часто встречаются следующие заболевания:

1.Болезнь Герса (генетический  дефект фермента - фосфорилазы печени ).

2. Болезнь Мак-Ардля  (генетический дефект фермента - фосфорилазы мышц ).

3. Болезнь Помпе (генетический  дефект фермента - амило- 1,4-гликозидазы ).

4. Болезнь Кори (генетический дефект фермента - амило-1.6-гликозидазы ).

5. Болезнь Гирке (генетический  дефект фермента - глюкозо-

6-фосфатазы).

АГЛИКОГЕНОЗЫ- болезни  связанные с нарушением процессов  синтеза гликогена в тканях. Характерными проявлениями нарушения синтеза  гликогена являются: резкая гипогликемия натощак, рвоты, судороги, потеря сознания. Углеводное голодание клеток мозга приводит к нарушению психо-физического развития у детей. Смерть наступает в раннем детском возрасте. Наиболее часто встречаются:

1. Болезнь Льюиса (генетический дефект фермента – гликогенсинтазы ).

2. Болезнь Андерсена  ( генетический дефект фермента - гликоген-ветвящего ).

˜

Раздел верхнего уровня

Следующий раздел

3.4.1. Анаэробный гликолиз

В зависимости от функционального состояния организма, клетки органов и тканей могут находиться как в условиях достаточного снабжения кислородом, так и испытывать его недостаток, то есть находится в условиях гипоксии. Если катаболизму подвергается глюкоза, то процесс  называется ГЛИКОЛИЗОМ, если распадается глюкозный остаток гликогена –ГЛИКОГЕНОЛИЗОМ. В связи с этим катаболизм углеводов может рассматриваться с двух позиций:

1.В АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ

2.В АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ.

АНАЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ (ГЛИКОГЕНОЛИЗ) протекает в цитоплазме клеток. Окисление глюкозы или  глюкозного остатка гликогена всегда завершается образованием конечного  продукта этого процесса- молочной кислоты.

Окисление глюкозы и  глюкозного остатка гликогена в тканях отличается только в начальных стадиях превращения, до образования глюкозо-6-фосфата. Дальнейшее окисление углеводов в тканях, как в ана-, так и в аэробных условиях полностью совпадает до стадии образования пирувата.

Процесс анаэробного гликолиза сложный и многоступенчатый. Условно его можно разделить на 2 стадии:

-первая стадия заканчивается  образованием из гексозы двух  триоз: -диоксиацетонфосфата и глицеральдегид-3-фосфата. 

-Вторая стадия называется  стадией гликолитической оксидоредукции. Эта стадия катаболизма наиболее важная, поскольку она сопряжена с образованием АТФ, за счёт реакций субстратного фосфорилирования, окислением глицральдегид -3-фосфата, восстановлением пирувата до лактата.

Схематически реакции  катаболизма глюкозы и гликогена в тканях до стадии образовании глюкозо-6 фосфата можно записать следующим образом:

 

Дальнейшее окисление углеводов в анаэробных условиях до образования лактата полностью совпадают:  

 

 

В процессе окисления  глюкозы было израсходовано 2 молекулы АТФ (гексокиназная и фосфофруктокиназная реакции). С этапа образования триоз идёт одновременное их окисление. В результате этих реакций образуется энергия в виде АТФ за счёт реакций субстратного фосфорилирования (глицераткиназная и пируваткиназная реакции).

На этапе гликолитической оксидоредукции идёт окисление глицеральдегид-3-фосфата в присутствии Н_ЗРО₄ и НАД- зависимой дегидрогеназы, которая при этом восстанавливается до НАДН₂. Митохондрии в анаэробных условиях блокированы, поэтому выделенные в результате окисления молекулы НАДН₂ находится в среде до тех пор, пока не образуется субстрат, способный принять их. Пируват, принимая НАДН₂, восстанавливается до лактата, завершая тем самым внутренний-окислительно-восстановительный этап гликолиза. НАД- окисленный выделяется и может вновь участвовать в окислительном процессе, выполняя роль переносчиков водорода.

3 реакции гликолиза  являются необратимыми:

1.гексокиназная.

2.фосфофруктокиназная.

3.пируваткиназная.

Энергетический эффект окисления 1 молеклы глюкозы составляет 2 АТФ, глюкозного остатка гликогена-3 АТФ.

Биологическая роль анаэробного  гликолиза - энергетическая.

Анаэробный гликолиз является единственным процессом, продуцирующим  энергию в форме АТФ в клетке в бескислородных условиях. В эритроцитах гликолиз является единственным процессом, продуцирующим АТФ и поддерживающим биоэнергетику, для сохранения их функции и целостности.

˜

Предыдущий раздел

Раздел верхнего уровня

Следующий раздел

3.4.2. Аэробный гликолиз (гексозодифосфатный путь)

ГЕКСОЗОДИФОСФАТНЫЙ ПУТЬ.

Это классический путь аэробного  катаболизма углеводов в тканях протекает в цитоплазме до стадии образования пирувата и завершается  в митохондриях с образование  конечных продуктов СО₂ и Н₂О

 Когда в клетки  начинает поступать кислород- происходит подавление анаэробного гликолиза. При этом снижается потребление глюкозы, блокируется образование лактата. Эффект торможения анаэробного гликолиза дыханием получил название эффекта Пастера. Окисление углеводов до стадии образования пирувата происходит в цитоплазме клеток. Затем пируват поступает в митохондрии, где в матриксе подвергается дальнейшему окислению. В результате реакции окислительного декарбоксилирования образуется ацетил-КоА который, в дальнейшем окисляется с участием ферментов цикла Кребса и сопряженных с ним ферментов дыхательной цепи митохондрий (ЦПЭ). Происходит образование конечных продуктов (СО₂ иН₂О), выделяется энергия в форме АТФ. Н₂О образуется на этапе превращения:

                    1.     ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД-3-ФОСФАТА

                    2.     2-ФОСФОГЛИЦЕРИНОВОЙ  КИСЛОТЫ

                    3.     ПИРУВАТА

                    4.     Альфа- КЕТОГЛУТАРОВОЙ  КИСЛОТЫ

                    5.     СУКЦИНАТА

                    4.     ИЗОЦИТРАТА

                    7.     МАЛАТА

СО2 образуется на этапе  превращения:

                    1.  ПИРУВATА

                    2. ОКСАЛОСУКЦИНАТА                                                                              

                    3.  Альфа - КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ. АТФ образуется:

А.   За счёт реакций  СУБСТРАТНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ на этапе  превращения:

                    1. 1,3-ДИФОСФОГЛИЦЕРИНОВОЙ К-ТЫ

                    2. 2-ФОСФОЕНОЛПИРУВАТА

                    3. СУКЦИНИЛА-КОА

В.  За счёт реакций  ОКИСЛИТЕЛЬНОГОФОСФОРИЛИРОВАНИЯ на этапе превращения:

                   1.     ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД-3-ФОСФАТА

                   2.     ПИРУВАТА

                   3.     ИЗОЦИТРАТА

                   4.     альфа – КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ

                   5.     СУКЦИНАТА

                   6.     МАЛАТА.

Энергетический эффект окисления глюкозы в аэробных условиях составляет 38 АТФ, глюкозного остатка гликогена 39 АТФ.

 

рис. Аэробный распад глюкозы

˜

Предыдущий раздел

Раздел верхнего уровня

Следующий раздел

3.4.2. Аэробный гликолиз (гексозодифосфатный  путь)

ГЕКСОЗОДИФОСФАТНЫЙ ПУТЬ.

Это классический путь аэробного  катаболизма углеводов в тканях протекает в цитоплазме до стадии образования пирувата и завершается в митохондриях с образование конечных продуктов СО₂ и Н₂О

 Когда в клетки  начинает поступать кислород- происходит  подавление анаэробного гликолиза.  При этом снижается потребление  глюкозы, блокируется образование лактата. Эффект торможения анаэробного гликолиза дыханием получил название эффекта Пастера. Окисление углеводов до стадии образования пирувата происходит в цитоплазме клеток. Затем пируват поступает в митохондрии, где в матриксе подвергается дальнейшему окислению. В результате реакции окислительного декарбоксилирования образуется ацетил-КоА который, в дальнейшем окисляется с участием ферментов цикла Кребса и сопряженных с ним ферментов дыхательной цепи митохондрий (ЦПЭ). Происходит образование конечных продуктов (СО₂ иН₂О), выделяется энергия в форме АТФ. Н₂О образуется на этапе превращения:

                    1.     ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД-3-ФОСФАТА

                    2.     2-ФОСФОГЛИЦЕРИНОВОЙ  КИСЛОТЫ

                    3.     ПИРУВАТА

                    4.     Альфа- КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ

                    5.     СУКЦИНАТА

                    4.     ИЗОЦИТРАТА

                    7.     МАЛАТА

СО2 образуется на этапе  превращения:

                    1.  ПИРУВATА

                    2. ОКСАЛОСУКЦИНАТА                                                                              

                    3.  Альфа - КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ.  АТФ образуется:

А.   За счёт реакций  СУБСТРАТНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ на этапе  превращения:

                    1. 1,3-ДИФОСФОГЛИЦЕРИНОВОЙ К-ТЫ

                    2. 2-ФОСФОЕНОЛПИРУВАТА

                    3. СУКЦИНИЛА-КОА

В.  За счёт реакций  ОКИСЛИТЕЛЬНОГОФОСФОРИЛИРОВАНИЯ на этапе  превращения:

                   1.     ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД-3-ФОСФАТА

                   2.     ПИРУВАТА

                   3.     ИЗОЦИТРАТА

                   4.     альфа – КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ

                   5.     СУКЦИНАТА

                   6.     МАЛАТА.

Энергетический эффект окисления глюкозы в аэробных условиях составляет 38 АТФ, глюкозного остатка гликогена 39 АТФ.