Обмін вуглеводів
Документи
Обмін вуглеводів. Визначення глюкози в біологічних рідинах
Доповідь: автор: Му та Андрій Варга Андреа
МЕТАБОЛІЗМ ВУГЛЕВІДАТІВ Перетравлення та всмоктування вуглеводів Метаболізм глюкози Метаболізм фруктози Метаболізм галактози Глюкоза в крові та її регулювання Визначення глюкози в біологічних матеріалах
Абсорбція Моносахариди, будучи гідрофільними сполуками, не можуть перетинати гідрофобні клітинні мембрани, що вимагає специфічних транспортних систем. У випадку з глюкозою, основним моносахаридом в організмі, ми маємо кілька ситуацій, що вимагають трансмембранного транспорту: проходження з просвіту кишки до ентероциту, проходження з ентероциту в кров, проходження з кровотоку в тканини реабсорбція глюкози з первинної сечі в проксимальні канальцеві клітини два типи транспортерів глюкози: а). Транспортер натрію-глюкози (SGL), який транспортує глюкозу проти градієнта концентрації натрію, транспорт у поєднанні з котранспортом натрію. Ця система використовується для кишкового всмоктування та ниркової реабсорбції глюкози. B). Специфічний транспортер глюкози (GLUT), який транспортує глюкозу в напрямку градієнта концентрації. Існує 5 транспортерів глюкози, які відрізняються між собою розташуванням, експресією та спорідненістю до глюкози: GLUT 1, GLUT 2 (печінка, кишечник, нирки) з низькою спорідненістю до. глюкоза, GLUT 3, GLUT 4 (м’язи) з низькою спорідненістю до. глюкоза, КЛЮК 5.
Метаболізм глюкози Глюкоза - це найважливіший вуглевод в організмі, який метаболізується у всіх клітинах. Спосіб його метаболізму залежить від типу клітини та фізіологічного стану організму. Основне використання глюкози - використання ліпідного субстрату. Його можна використовувати безпосередньо для отримання енергії, або можна зберігати у вигляді глікогену або ліпідів, щоб енергія могла бути використана пізніше. В умовах задоволення енергетичних потреб глюкоза може також використовуватися в процесах синтезу інших сполук.
Незалежно від метаболічного шляху, першим перетворенням глюкози в клітину є реакція активації фосфорилюванням до глюкозо-6-фосфату. глюкоза Глюкоза + АТФЕксокіназа
Глюкоза як джерело енергії Глюкоза є джерелом енергії для всіх тканин, а для деяких з них, як еритроцитів або нейронів, вона є винятковим енергетичним субстратом. Енергія отримується з глюкози шляхом реакцій окислення, поєднаних з реакціями фосфорилювання дихальних ланцюгів (в аеробних умовах) або фосфорилювання субстрату.
Повний окислювальний катаболізм глюкози В аеробних умовах глюкоза повністю окислюється до СО2 та води. C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6H2O G0 = - 686 ккал/моль
Повне окислення складається з 4 стадій: 1). Окислення глюкози до піровиноградної кислоти в цитоплазмі (шлях Embaden Mayerhof), характерна стадія вуглеводного обміну 2). Окислення піровиноградної кислоти до ацетил-КоА в мітохондріях, ацетильна стадія, характерна для вуглеводного обміну 3). Окислення ацетил-КоА в лимонному циклі (загальна стадія метаболізму вуглеводів, ліпідів та білків ацетилом) з отриманням СО2, НАДН, Н +, FADH2 та ГТФ. 4). Окислення водню в дихальному ланцюзі, процес, поєднаний із синтезом АТФ, загальний етап енергетичного обміну.
I. Окислення глюкози до піровиноградної кислоти в цитоплазмі на шляху Ембдена-Майєргофа
Це метаболічний шлях, який можна вважати сумою двох процесів: - активація глюкози до фруктози-1,6-бісфосфату фруктоза-1,6- окислення фруктози-1,6-бісфосфату до піровиноградної кислоти фруктоза-1,6 Роль шляху Емдена-Мейєргофа Емден Основна роль шляху Ембдена-Мейєргофа енергогенна. Під час розвитку шляху один моль глюкози окислюється до двох молей піровиноградної кислоти, 2 молі АТФ виробляються безпосередньо і утворюються 2 молі NADH, H +. Викидаючи 2 молі NAH, H + в дихальний ланцюг, утворюється 5 молей АТФ, тому в ембденаеробних умовах енергетичний потенціал шляху Ембдена-Мейєрхофа становить 7 молей АТФ.
Деякі проміжні проміжки шляху є попередниками різних синтетаз. Таким чином: оборотні реакції (всі, крім трьох реакцій) шляху Ембдена-Мейєргофа можуть бути використані, у відповідних умовах Емденметаболіки, в процесі синтезу глюкозо-глюконеогенезу. Піровиноградна кислота може бути використана в результаті реакції трансамінування для синтезу аланіну.3-фосфогліцеринова кислота може бути використана як попередник у синтезі серину. Дигідроксиацетонфосфат може бути перетворений (оборотно) шляхом відновлення в гліцеролфосфат, активну форму гліцерину, необхідну для синтезу триацилгліцеринів та гліцерофосфоліпідів.; Отримана 2,3 молекула, присутня у значних кількостях в еритроцитах, у концентрації, приблизно еквімолекулярній з такою, як гемоглобін, зв’язується з нею і чинить аллостеричну дію на дисоціацію оксигемоглобіну (у значенні зменшення спорідненості гемоглобіну до кисню), явище з роллю в оксигенації тканина. 2,32,3-фосфогліцеринова кислота. Таким чином утворюється функціональна молекула за рахунок втрати реакції фосфорилювання субстрату, утворюючи АТФ.
II. Окислення піровиноградної кислоти до ацетил-КоА ацетилу Процес відбувається в мітохондріях, і з цієї причини необхідно, щоб піровиноградна кислота (утворюється в цитоплазмі на шляху Ембдена-Мейєрхофа) перетинала мітохондріальну мембрану. Це робиться за допомогою активного транспорту, антипортового типу, при якому через піровинограду кислота потрапляє в мітохондрії, тоді як іон HO виходить з неї. У мітохондріях піруват окисно декарбоксилюється, в результаті чого ацетил-КоА, СО2 та водень переносяться в кофермент ацетилNADH, Н +. Процес каталізується мультиферментною системою, яка називається піруватдегідрогеназа. Цей комплекс включає три ферменти, кожен з яких має різний ферментативний кофактор і каталізує окремий проміжний етап: E1 TPP тіамін пірофосфат піруватдегідрогеназа E2 ліпоат дигідроліпоїлтрансацетилаза E3 FAD дигідроліпоїлдегідрогеназа
Енергетичний баланс На стадії 2 утворюються макроергічні зв’язки, у двох молекулах ацетил-КоА, що утворюються, та двох молекулах NADH, Н +, які, ацетилоксидуючись у дихальному ланцюзі, можуть генерувати 5 молекул АТФ. Стадія регулювання Піруватдегідрогеназа є алостерично регульованою, кислота є позитивним ефектором, тоді як ацетил КоА та NADH, H + є негативними ефекторами. У той же час піруватдегідрогеназа активна в дефосфорильованому стані і неактивна у фосфорильованій формі, ферменти, що каталізують ці перетворення, також є алостеричними та гормонально регульованими, інсулін стимулює активність піруватдегідрогенази. Патологія Для ферменту піруватдегідрогенази також потрібні кофактори, отримані з вітамінів: пантотенова кислота, ніацин, рибофлавін, тіамін та ліпоєва кислота. Будь-який сильний дефіцит цих вітамінів призведе до зниження активності ферменту за рахунок підвищення рівня пірувату в крові, а це, в свою чергу, збільшить рівень молочної кислоти, що спричинить молочний ацидоз. Генетичний дефіцит піруватдегідрогенази, якщо він впливає на понад 60%