CapitolIV.11.

Metabolismul carbohidraților

Funcțiile carbohidraților

1. Energie (glucoza, glicogen).

2. Structural (acid hialuronic).

3. Anticoagulant (heparină).

4. Homeostatic (susține, în special, echilibrul apă-electrolitic și presiunea osmotică a sângelui).

5. Mecanic (parte a țesutului conjunctiv).

Clasificarea carbohidraților

Monozaharide care nu pot fi hidrolizate în zaharuri mai simple. În funcție de numărul de atomi de carbon, aceștia sunt împărțiți în trioze, tetroze, pentoze și hexoze. În funcție de prezența unei grupări aldehide sau cetonice pe aldoze și cetoză.

dizaharide constau din două resturi de monozaharide:

1) zaharoza constă din reziduuri de glucoză și fructoză combinateALegătura -1,4-glicozidică;

2) lactoza constă din reziduuri de glucoză și galactoză combinatebLegătura -1,4-glicozidică;

3) maltoza constă din două resturi de glucoză combinateALegătura -1,4-glicozidică;

4) celobioza constă din două resturi de glucoză combinatebLegatura -1,4-glicozidica.

Homopolizaharide - lanțuri lungi ramificate, formate din aceleași monozaharide:

1) amidon - un polimer de glucoză combinatA-1,4 și ALegături -1,6-glicozidice. În acest caz, lanțurile neramificate formează amiloză (20%) și amilopectină ramificată (80%);

2) glicogen - amidon animal, format din reziduuri de glucoză. Este un polimer mai ramificat decât amidonul. Hidroliza parțială a amidonului sau a glicogenului produce dextrine (lanțuri ramificate mai scurte);

3) celuloza este componenta principală a bazei structurale a celulelor vegetale. Este un polimer liniar de glucoză legatbLegături -1,4-glicozidice.

Heteropolizaharide constau din diferiți monomeri:

1) heparina contine reziduuri D -gluconat-2-sulfit și N -acetilglucozamină-6-sulfat;

2) acidul hialuronic este format din reziduuri D -acid glucuronic si reziduuri N -acetilglucozamina. Face parte din țesutul conjunctiv și este implicat în reglarea permeabilității țesuturilor.

Digestia și absorbția carbohidraților

În monogastric animale în cavitatea bucală sub acțiunea amilazei ( A , b) are loc hidroliza parțială a salivei a legăturilor glicozidice ale polizaharidelor (amidonului). Dar activitatea acestei enzime este scăzută, mai ales la carnivore.

În stomacnu există enzime specifice, iar amilaza este rapid inactivată la pH scăzut.

În intestinul subțire are loc principala hidroliza a zaharurilor. Amidonul sub acțiunea amilazei pancreatice, ale cărei canale se deschid în duoden, este descompus în maltoză și izomaltoză. Această dizaharidă, precum și zaharoza și lactoza, sunt scindate de glicozidaze specifice - maltaza,izomaltaza, zaharază și lactază... Aceste enzime sunt produse de celulele mucoasei și nu intră în lumen, ci acționează pe suprafața mucoasei intestinale. Acesta este așa-numitul. digestia parietala. Dizaharidele sunt descompuse în monozaharide: glucoză, fructoză și galactoză, care sunt absorbite în peretele intestinal și intră în sânge. Penetrarea monozaharidelor prin membranele celulare are loc prin difuzie facilitată cu participarea enzimelor speciale de translocază. Glucoza și galactoza pătrund și prin transport activ datorită gradientului concentrațiilor ionilor Na + care este creat Na + -K + -ATP-aza (pompa).

La animalele poligastrice v cavitatea bucală digestia zaharurilor nu are loc din cauza lipsei de enzime.

În cicatrice(prima din proventriculus) are loc 50% din digestia zaharurilor. Enzimele sunt produse de microflora rumenului ( maltaza, zaharaza, celulaza). Formate ca urmare a hidrolizei enzimatice a poli- și dizaharidelor, monozaharidele sub acțiunea bacteriilor din rumen suferă procese de fermentație, dintre care se disting următoarele tipuri:

1) acid acetic (Glu = acid acetic+ CO2);

2) acid propionic (Glu = acid propionic+ CO2);

3) acid butiric (Glu = acid butiric+ CO2);

4) acid lactic (Glu = acid lactic+ CO2).

Toți acești acizi sunt numiți acizi grași volatili (VFA). Cea mai bună opțiune când fermentația acidului acetic este de 70% și mai proastă când predomină acidul butiric. VFA sunt absorbite în pereții rețelei și ai cărților și merg la nevoile de energie ale corpului.

În abomasum(un adevărat stomac, are o structură ca a celor monogastrice) digestia glucidelor nu are loc din cauza lipsei de enzime.

În intestinul subțire digestia reziduurilor de zahăr are loc ca la animalele monogastrice.

Glicoliza

Reacțiile de glicoliză secvențială sunt catalizate de un grup de 11 enzime. Procesul constă din două etape (Figura 4.11.1.). Pe primul dintre ele, glucoza (G) este fosforilată și apoi scindată pentru a forma două molecule dintr-un compus cu trei atomi de carbon, gliceraldehidă-3-fosfat. Această etapă este considerată pregătitoare. Pe acesta sunt implicate diferite hexoze în glicoliză, sunt fosforilate datorită ATP și, ca urmare, formează un produs comun (G-3-F). A doua etapă este un proces comun tuturor zaharurilor. Include atât reacțiile redox, cât și etapele formării ATP (adică stocarea energiei).

Primul stagiu

1) Fosforilarea G de către ATP înainte de formare glucoză-6-fosfat(G-6-F).

Această reacție este punctul de plecare pentru întregul proces și merge într-o singură direcție.

E:hexokinaza si glucokinaza. Hexokinaza este o enzimă mai importantă și este utilizată în majoritatea celulelor. De asemenea, fosforilează fructoza, manoza. Glucokinaza se găsește numai în hepatocite și are afinitate doar pentru glucoză.

Cofactoriaceastă reacție este ioni de magneziu și mangan.

2) Conversia G-6-F în fructoză-6-fosfat (F-6-F). Această reacție este izomerizarea.

E:fosfoglucoizomeraza. Reacția este reversibilă.

Cofactori:ion de magneziu și mangan.

3) Fosforilarea F-6-F la fructoză-1,6-difosfat (F-1,6-DF).

Această a doua reacție de declanșare a glicolizei necesită cheltuirea unei alte molecule de ATP. Reacția este ireversibilă.

E:fosfofructokinaza.

Cofactor:ionii de magneziu.Donorii de fosfat pot fi în plus față de ATPUTP.

Activitatea acestei enzime este activată de ADP și AMP și inhibată de ATP.

4) Scindarea P-1,6-DF în două molecule de gliceraldehidă-3-fosfat (GA-3-F).

E:aldolaza... Conține gratuit SH -grupuri. Reacția este reversibilă și se desfășoară în două etape. Mai întâi, se formează o moleculă GA-3-F și fosfat de dioxiacetonă, iar apoi acesta din urmă se transformă într-o altă moleculă GA-3-F.

Această reacție completează etapa pregătitoare, în care s-au consumat 2 molecule de ATP și s-au format 2 molecule HA-3-F.

A doua faza

Aici toate reacțiile urmează două căi paralele.

5) Oxidarea GA-3-F la 1,3-difosfoglicerat(1,3-DPG).

Energia eliberată în timpul oxidării grupei aldehide HA-3-F este stocată sub formă de produs cu energie înaltă 1,3 - DPG.

E:gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenază(GA-3-F-DG).

Coenzima: NAD, care se restabilește în timpul reacției.

6) Conversia 1,3-DPG în 3-fosfoglicerat (3-FG).

E:fosfoglicerat kinaza. Se formează o moleculă de ATP.

7) Conversia 3-FG în 2-fosfoglicerat (2-FG). Aceasta este o reacție de izomerizare.

E:fosfogliceromutază.

Cofactor: ioni de magneziu.

8) Conversia 2-FG în fosfoenolpiruvat.

E:enolaza.

Cofactori: ioni de magneziu și mangan.

Inhibitor: fluor.

9) Conversia fosfoenolpiruvatului în piruvat... Se formează o moleculă de ATP.

E:piruvat kinaza.

Cofactori:ioni de magneziu, mangan, potasiu.

Ingibiror:ionii de calciu (concurează cu manganul).

10) Reconstituirea piruvatului la lactat... Sursa de electroni este GA-3-F, iar purtătorul lor este NADH.

E:lactat dehidrogenază.

Lactatul (acidul lactic) este produsul final al glicolizei anaerobe. Este excretat prin membrana plasmatică ca metabolit final. Odată cu creșterea muncii musculare, apare deficiența de oxigen și oxidarea glucozei se duce la lactat, în timp ce acidoza apare în țesutul muscular din cauza acumulării de acid.

Calea pentozei fosfatului (PPP)

Împreună cu calea glicolitică de descompunere a glucozei, calea pentozei fosfat (shunt hexamonofosfat) funcționează în multe celule. Nu este esențială pentru metabolismul glucozei și servește la generarea de forme reduse în citoplasma celulei. NADP... Această coenzimă este necesară pentru reacțiile de sinteză reductivă a acizilor grași și steroizilor și este, de asemenea, utilizată ca donor de hidrogen în reacțiile de hidroxilare care implică sistemul dependent de citocromul P450. Toate aceste procese au loc în principal în celulele ficatului, sânului, cortexului suprarenal și țesutului adipos. Mușchiul scheletic, unde sinteza acizilor grași este lenta, este practic lipsit de calea pentozei fosfatului a metabolismului glucozei.

Reacțiile sunt reprezentate de ramuri oxidative și neoxidative.

Ramura oxidanta :

1. Dehidrogenarea primului atom de carbon glucoză-6-fosfat.

E:glucozo-6-fosfat dehidrogenaza... NADP + acționează ca un acceptor de electroni. Format 6-fosfoglucolactonă- eter intern.

2. 6-fosfoglucolactona este un compus foarte instabil, ușor hidrolizat la acid liber pentru a se forma 6-fosfogluconat.

E:fosfoglucolactonaza.

3. Se formează decarboxilarea oxidativă a 6-fosfogluconatului ribuloză 5-fosfat.

E:6-fosfogluconat decarboxilază și 6-fosfogluconat dehidrogenază (acceptor - NADP+).

Acea. ramura oxidativă se termină cu reducerea a două molecule NADP +

Ramura neoxidativă este reacția de izomerizare :

1. Ribuloza 5-fosfat este transformată în riboză 5-fosfat.

E:fosfopentozoizomeraza.

2. Riboza-5-fosfatul este transformat în xiluloz-5-fosfat.

E:pentozofosfat izomeraza.

3. Xiluloza-5-fosfatul interacționează cu riboza-5-fosfatul sedoheptuloză-7-fosfatși gliceraldehidă-3-fosfat... Această din urmă substanță este, de asemenea, un produs al glicolizei.

E:transketolaza(grupul protetic TDF).

4. Sedoheptuloza-7-fosfatul și gliceraldehida-3-fosfatul interacționează între ele și se transformă în fructoză-6-fosfat(de asemenea un produs al glicolizei) și eritroza 4-fosfat.

E:transaldolaza.

5. Eritrozo-4-fosfatul și xiluloza-5-fosfatul interacționează între ele și sunt transformate în doi produși de glicoliză, fructoză-6-fosfat și gliceraldehidă-3-fosfat.

E:transketolaza.

Unii dintre metaboliții reacțiilor fazei non-oxidative a PPP sunt simultan metaboliți ai glicolizei, ceea ce înseamnă că există o legătură strânsă între cele două căi metabolice ale glucozei și, în funcție de condițiile din celulă, este posibil. a „trece” de pe o cale pe alta.

Cu o cerință echilibrată a celulei pentru NADPH și riboză-5-fosfat, PPP se termină în stadiul oxidativ.

Dacă nevoia de riboză-5-fosfat depășește nevoia de NADPH, atunci stadiul oxidativ al PFP este „ocolit” din cauza glicolizei. Metaboliți de glicoliză: fructoză-6-fosfat și gliceraldehidă-3-fosfat sunt transformați în riboză-5-fosfat.

Dacă există o deficiență mai mare în NADPH decât în ​​riboză-5-fosfat, atunci

1. cu o stare energetică ridicată a celulei, riboza-5-fosfatul este transformat în gliceraldehidă-3-fosfat și fructoză-6-fosfat, iar acestea din urmă nu merg pe calea glicolizei, ci la gluconeogeneză, deoarece nu este nevoie de generarea de ATP;

2. la starea energetică scăzută celulele fructoză-6-fosfat și gliceraldehidă-3-fosfat, formate din riboză-5-fosfat, sunt incluse în glicoliză și transformate în piruvat. În acest caz, ATP este sintetizat.

Semnificația biologică a PPP:

În urma reacțiilor ramului oxidativ, se formează două molecule de NADPH, care nu sunt oxidate în lanțul respirator (precum NADH), dar servesc ca donatori de hidrogen într-o serie de reacții de reducere;

În ramura neoxidativă se generează riboză-5-fosfat, care este necesar pentru sinteza ARN, ADN, NAD, FAD;

PPP mai este denumit și șunt de pentoză fosfat. Acesta este un proces paralel cu calea principală de oxidare a glucozei - glicoliza, iar în anumite condiții (vezi mai sus) există o trecere de la PPP suplimentar la glicoliza principală și invers.

Ciclul acidului tricarboxilic (CTA, ciclul acidului citric, ciclul Krebs)

Calea aerobă de oxidare a glucozei începe cu faptul că acidul piruvic (PVA, piruvat) nu este transformat în lactat, ci intră în CTA.

TCA este o serie de reacții care apar în matricea mitocondrială, în timpul cărora se realizează catabolismul grupărilor acetil (până la CO 2 ) și formarea NADH 2 și FADH 2. Coenzimele reduse transportă hidrogenul în lanțul respirator, unde are loc fosforilarea oxidativă (vezi capitolul „Metabolism și energie”).

Ecuația totală a oxidării aerobe a unei molecule de glucoză:

1-Gluck + 6 O 2 = 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38 ATP

Înainte ca PVA să intre în calea CTA, suferă decarboxilarea oxidativă cu participarea unui complex de enzime. Rezultatul acestei interacțiuni este educația acetil-CoA... În această formă, această legătură intră pe calea CTC

GOU VPO UGMA Roszdrav

Departamentul de Biochimie

sunt de acord

Cap departament prof., d.m.s.

Meshchaninov V.N.

_____''_____________ 2007

PRELEGERE Nr. 7

Subiect: Digestia și absorbția carbohidraților. Metabolismul glicogenului

Carbohidrați Sunt alcooli polihidroxici care conțin o grupare oxo.

După numărul de monomeri, toți carbohidrații sunt împărțiți în: mono-, di-, oligo- și polizaharide.

Monozaharidele după poziția grupului oxo sunt împărțite la aldoză și cetoză.

După numărul de atomi de carbon, monozaharidele se împart în trioze, tetroze, pentoze, hexoze etc.

Funcțiile carbohidraților

Monozaharide- carbohidrați care nu sunt hidrolizați în carbohidrați mai simpli.

Monozaharide:

· Îndeplinesc o funcție energetică (formarea ATP).

· Îndeplinesc o funcție plastică (participă la formarea de di-, oligo-, polizaharide, aminoacizi, lipide, nucleotide).

· Îndeplinesc o funcție de detoxifiere (derivați de glucoză, glucuronide, participă la detoxifierea metaboliților toxici și a xenobioticelor).

· Sunt fragmente de glicolipide (cerebrozide).

dizaharide- carbohidrati, care se hidroliza in 2 monozaharide. La om se formează doar 1 dizaharidă - lactoza. Lactoza este sintetizată în timpul alăptării în glandele mamare și se găsește în lapte. Ea:

· Este o sursă de glucoză și galactoză pentru nou-născuți;

· Participa la formarea microflorei normale la nou-nascuti.

Oligozaharide- carbohidrati, care se hidroliza in 3 - 10 monozaharide.

Oligozaharidele sunt fragmente de glicoproteine ​​(enzime, proteine ​​transportoare, proteine ​​receptore, hormoni), glicolipide (globozide, gangliozide). Ele formează un glicocalix pe suprafața celulei.

Polizaharide- carbohidrați care sunt hidrolizați în 10 sau mai multe monozaharide. Homopolizaharidele îndeplinesc o funcție de stocare (glicogenul este o formă de stocare a glucozei). Heteropolizaharidele (GAG) sunt o componentă structurală a substanței intercelulare (sulfați de condroitină, acid hialuronic), sunt implicate în proliferarea și diferențierea celulelor și previn coagularea sângelui (heparină).

Carbohidrați alimentari, norme și principii de raționalizare a cerințelor nutriționale zilnice. Rolul biologic. Hrana umana contine in principal polizaharide - amidon, celuloza vegetala, intr-o cantitate mai mica - glicogen animal. Plantele sunt o sursă de zaharoză, în special sfecla de zahăr și trestia de zahăr. Lactoza vine cu laptele de mamifere (în laptele de vacă până la 5% lactoză, în laptele uman - până la 8%). Fructele, mierea, sucurile conțin cantități mici de glucoză și fructoză. Maltoza se găsește în malț și bere.

Carbohidrații din alimente sunt pentru organismul uman în principal o sursă de monozaharide, în principal glucoză. Unele polizaharide: celuloza, substanțele pectinice, dextranii, practic nu sunt digerate la om, îndeplinesc funcția de sorbent în tractul gastrointestinal (elimină colesterolul, acizii biliari, toxinele etc.), sunt necesare pentru a stimula motilitatea intestinală și formarea. a microflorei normale.

Carbohidrații sunt o componentă indispensabilă a alimentelor, ei reprezintă 75% din masa dietei și asigură mai mult de 50% din necesarul de calorii. La un adult, necesarul zilnic de carbohidrați este de 400 g/zi, pentru celuloză și pectină până la 10-15 g/zi. Se recomanda consumul de polizaharide mai complexe si mai putine monozaharide.

Digestia carbohidraților

Digestie este procesul de hidroliză a substanţelor la formele lor asimilabile. Digestia are loc: 1). Intracelular (în lizozomi); 2). Extracelular (în tractul gastrointestinal): a). cavitate (la distanță); b). parietal (de contact).

Digestia carbohidraților în gură(cavitate)

În cavitatea bucală, alimentele sunt zdrobite prin mestecare și umezite cu salivă. Saliva este 99% apă și are de obicei un pH de 6,8. Endoglicozidaza este prezentă în salivă α-amilaza (α-1,4-glicozidaza), scindarea legăturilor interne α-1,4-glicozidice din amidon cu formarea de fragmente mari - dextrine și o cantitate mică de maltoză și izomaltoză. Necesită Cl - ion.

Digestia carbohidraților în stomac(cavitate)

Acțiunea amilazei salivare încetează într-un mediu acid (pH<4) содержимого желудка, однако, внутри пищевого комка ак­тивность амилазы может некоторое время сохраняться. Желудочный сок не содержит фермен­тов, расщепляющих углеводы, в нем возможен лишь незначительный кислотный гидролиз гликозидных связей.

Digestia carbohidraților în intestinul subțire(cavitate si parietale)

În duoden, conținutul acid al stomacului este neutralizat de sucul pancreatic (pH 7,5-8,0 din cauza bicarbonaților). Cu suc pancreatic, intră în intestine α-amilaza pancreatică ... Această endoglicozidază hidrolizează legăturile interne α-1,4-glicozidice din amidon și dextrine pentru a forma maltoză (2 reziduuri de glucoză legate printr-o legătură α-1,4-glicozidică), izomaltoză (2 reziduuri de glucoză legate printr-o legătură α-1,6-). legătură glicozidică) și oligozaharide care conțin 3-8 resturi de glucoză legate prin legături α-1,4- și α-1,6-glicozidice.

Digestia maltozei, izomaltozei și oligozaharidelor are loc sub acțiunea unor enzime specifice - exoglicozidaze, care formează complexe enzimatice. Aceste complexe sunt situate pe suprafața celulelor epiteliale ale intestinului subțire și efectuează digestia parietală.

Complexul de zahăr izomaltază constă din 2 peptide, are o structură de domeniu. Peptida citoplasmatică, transmembranară, se formează din prima peptidă (fixează complexul pe membrana enterocitelor) și leagă domenii și subunitatea izomaltazei. Din al doilea, subunitatea zaharazei. Subunitatea zahărului hidrolizează legăturile α-1,2-glicozidice în zaharoză, subunitatea izomaltazei - legături α-1,6-glicozidice în izomaltoză, legături α-1,4-glicozidice în maltoză și maltotrioză. Există mult complex în jejun, mai puțin în părțile proximale și distale ale intestinului.

Complexul de glicoamilază conține două subunități catalitice cu ușoare diferențe în specificitatea substratului. Hidrolizează legăturile α-1,4-glicozidice în oligozaharide (de la capătul reducător) și în maltoză. Cea mai mare activitate este în părțile inferioare ale intestinului subțire.

complex de β-glicozidază (lactază) glicoproteina, hidrolizează legăturile β-1,4-glicozidice din lactoză. Activitatea lactază depinde de vârstă. La făt este crescută mai ales în etapele târzii ale sarcinii și se menține la un nivel ridicat până la vârsta de 5-7 ani. Apoi activitatea lactază scade, reprezentând 10% din nivelul de activitate tipic copiilor la adulți. Trehalase complex de glicozidază, hidrolizează legăturile α-1,1-glicozidice dintre glucoză în trehaloză - o dizaharidă a ciupercilor.Digestia carbohidraților se termină cu formarea monozaharidelor - se formează în principal glucoză, mai puțină fructoză și galactoză, cu atât mai puțin - manoză, xiloză și arabinoză . Absorbția carbohidraților Monozaharidele sunt absorbite de celulele epiteliale ale jejunului și ileonului. Transportul monozaharidelor în celulele mucoasei intestinale se poate realiza prin difuzie (riboză, xiloză, arabinoză), difuzie facilitată folosind proteine ​​purtătoare (fructoză, galactoză, glucoză) și prin transport secundar activ (galactoză, glucoză). Transportul secundar activ al galactozei și glucozei din lumenul intestinal la enterocit este efectuat de simptomul cu Na +. Prin intermediul proteinei purtătoare, Na + se mișcă de-a lungul gradientului său de concentrație și poartă carbohidrații cu el împotriva gradientului lor de concentrație. Gradientul de concentrație Na + este creat de Na + / K + -ATPaza.
La o concentrație scăzută de glucoză în lumenul intestinal, aceasta este transportată în enterocit numai prin transport activ, la o concentrație mare - prin transport activ și difuzie facilitată. Viteza de absorbție: galactoză> glucoză> fructoză> alte monozaharide. Monozaharidele sunt eliberate din enterocite către capilarele sanguine prin difuzie facilitată prin proteinele purtătoare.

Digestie afectată și absorbție a carbohidraților

Se numește digestia și absorbția insuficientă a alimentelor digerate malabsorbție ... Există două tipuri de cauze ale malabsorbției carbohidraților:

1). Defecte ereditare și dobândite ale enzimelor implicate în digestie... Sunt cunoscute defecte ereditare ale complexului de lactază, α-amilază, zaharoză-izomaltază. Fără tratament, aceste patologii sunt însoțite de disbioză cronică și dezvoltarea fizică afectată a copilului.

Tulburările digestive dobândite pot fi observate în afecțiunile intestinale, precum gastrite, colite, enterite, după intervenții chirurgicale la nivelul tractului gastrointestinal.

Deficitul de lactază la adulți poate fi asociat cu o scădere a expresiei genei lactază, care se manifestă prin intoleranță la lapte - se observă vărsături, diaree, crampe și dureri abdominale, flatulență. Frecvența acestei patologii în Europa este de 7-12%, în China - 80%, în Africa - până la 97%.

2). Deteriorarea absorbției monozaharidelor în intestin.

Malabsorbția poate rezulta dintr-un defect al oricărei componente implicate în transportul monozaharidelor prin membrană. Sunt descrise patologii asociate cu un defect al proteinei transportoare de glucoză dependentă de sodiu.

Sindromul de malabsorbție este însoțit de diaree osmotică, peristaltism crescut, spasme, durere și flatulență. Diareea este cauzată de dizaharide neclivate sau monozaharide neabsorbite în intestinul distal, precum și de acizi organici formați de microorganisme în timpul descompunerii incomplete a carbohidraților.

Transportul glucozei din sânge la celule Glucoza intră în celule din fluxul sanguin prin difuzie facilitată cu ajutorul proteinelor purtătoare – GLUTURI. Transportatorii de glucoză GLUT sunt bazați pe domenii și se găsesc în toate țesuturile. Există 5 tipuri de GLUTES: GLUT-1 - în principal în creier, placentă, rinichi, intestin gros; GLUT-2 - în principal în ficat, rinichi, celule β ale pancreasului, enterocite, este prezent în eritrocite. Are un Km mare;

GLUT-3 - în multe țesuturi, inclusiv creier, placentă, rinichi. Are o afinitate mai mare pentru glucoză decât GLUT-1;

GLUT-4 - dependent de insulină, în muşchi (scheletici, cardiaci), ţesutul adipos; GLUT-5 - mult în celulele intestinului subțire, este un purtător de fructoză.

GLUTIILE, în funcție de tip, pot fi întâlnite în principal atât în ​​membrana plasmatică, cât și în veziculele citosolice. Transferul transmembranar de glucoză are loc numai atunci când GLUT-urile sunt prezente în membrana plasmatică. Încorporarea GLUT în membrana din veziculele citosolice are loc sub acțiunea insulinei. Odată cu scăderea concentrației de insulină din sânge, acești GLUTI se mută din nou în citoplasmă. Țesuturile în care GLUT fără insulină se află aproape în întregime în citoplasma celulelor (GLUT-4 și într-o măsură mai mică GLUT-1) sunt dependente de insulină (mușchi, țesut adipos) și țesuturi în care GLUT-urile sunt localizate predominant în plasmă. membrana (GLUT- 3) - non-insulinodependenta.

Sunt cunoscute diverse nereguli în activitatea GLUT-urilor. Un defect moștenit al acestor proteine ​​poate sta la baza diabetului zaharat non-insulino-dependent.

Metabolizarea monozaharidelor în celulă

După absorbția în intestin, glucoza și alte monozaharide intră în vena portă și mai departe în ficat. Monosaharidele din ficat sunt transformate în glucoză sau produse ale metabolismului acesteia. O parte din glucoză din ficat este depusă sub formă de glicogen, o parte merge la sinteza de noi substanțe, iar o parte prin fluxul sanguin este trimisă către alte organe și țesuturi. În același timp, ficatul menține concentrația de glucoză din sânge la un nivel de 3,3-5,5 mmol / l.

Fosforilarea și defosforilarea monozaharidelor

În celule, glucoza și alte monozaharide care utilizează ATP sunt fosforilate în esteri fosforici: glucoză + ATP → glucoză-6f + ADP. Pentru hexoze, această reacție ireversibilă este catalizată de o enzimă hexokinaza , care are izoforme: în mușchi - hexokinaza II, în ficat, rinichi și celulele β ale pancreasului - hexokinaza IV (glucokinaza), în celulele țesuturilor tumorale - hexokinaza III. Fosforilarea monozaharidelor duce la formarea de compuși reactivi (reacție de activare), care nu pot părăsi celula deoarece nu există proteine ​​purtătoare corespunzătoare. Fosforilarea reduce cantitatea de glucoză liberă din citoplasmă, ceea ce facilitează difuzia acesteia din sânge în celule.

Hexokinaza II fosforilează D-glucoza, iar cu o rată mai mică, alte hexoze. Cu o afinitate mare pentru glucoză (Km<0,1 ммоль/л), гексокиназа II обеспечивает поступление глюкозы в ткани даже при низкой концентрации глюкозы в крови. Так как гексокиназа II ингибируется глюкозо-6-ф (и АТФ/АДФ), глюкоза поступает в клетку только по мере необходимости.

Glucokinaza (hexokinaza IV) are o afinitate scăzută pentru glucoză (Km - 10 mmol/l), este activă în ficat (și rinichi) cu o creștere a concentrației de glucoză (în timpul digestiei). Glucokinaza nu este inhibată de glucoză-6-fosfat, care permite ficatului să elimine excesul de glucoză din sânge fără restricții.

Glucozo-6-fosfataza catalizează scindarea ireversibilă a grupării fosfat printr-o cale hidrolitică în EPR: Glucoză-6-f + H 2 O → Glucoză + H 3 PO 4, este prezentă numai în ficat, rinichi și celulele epiteliale intestinale. Glucoza rezultată este capabilă să difuzeze din aceste organe în sânge. Astfel, glucoza-6-fosfataza hepatică și renală poate crește nivelul scăzut de glucoză din sânge.

Metabolismul glucozei-6-fosfat

Glucoza-6-f poate fi folosită de celulă în diferite transformări, dintre care principalele sunt: ​​catabolismul cu formarea de ATP, sinteza glicogenului, lipidelor, pentozelor, polizaharidelor și aminoacizilor.

METABOLISMUL GLICOGENULUI

Multe țesuturi sintetizează glicogenul ca formă de rezervă de glucoză. Sinteza și descompunerea glicogenului în ficat menține homeostazia glicemiei.

Glicogen - o homopolizaharidă de glucoză ramificată cu o masă > 10 7 Da (50.000 de resturi de glucoză), în care resturile de glucoză sunt legate în regiuni liniare printr-o legătură α-1,4-glicozidică. La punctele de ramificare, aproximativ la fiecare 10 reziduuri de glucoză, monomerii sunt legați prin legături α-1,6-glicozidice. Glicogenul, insolubil în apă, este depozitat în citosolul celulei sub formă de granule cu diametrul de 10-40 nm. Glicogenul se depune în principal în ficat (până la 5%) și în mușchii scheletici (până la 1%). Corpul poate conține de la 0 la 450 g de glicogen.

Structura ramificată a glicogenului promovează activitatea enzimelor care scindează sau atașează monomerii.

Sinteza glicogenului (glicogenogeneza)

Glicogenul este sintetizat odată cu consumul de energie în timpul perioadei de digestie (1-2 ore după ingestia alimentelor carbohidrate).

Sinteza glicogenului se realizează prin prelungirea moleculei de polizaharidă deja existentă, numită „ sămânță ", sau " grund ". Primerul poate conține proteină glicogenină, în care o oligozaharidă este atașată la Tyr (aproximativ 8 reziduuri de glucoză). Reziduurile de glucoză sunt transferate de glicogen sintetaza la capătul nereducător al oligozaharidei și sunt legate prin legături α-1,4-glicozidice.

Când secțiunea liniară este extinsă la aproximativ 11 resturi de glucoză, enzima de ramificare își transferă blocul terminal care conține 6-7 resturi la reziduul intern de glucoză al acestui sau altui lanț cu formarea unei legături a-1,6-glicozidice. Se formează un nou punct de ramificare la o distanță de cel puțin 4 reziduuri de orice punct de ramificare deja existent.

Defalcarea glicogenului (glicogenoliza)

Descompunerea glicogenului are loc prin scindarea secvenţială a glucozei-1-f ca răspuns la o creştere a nevoii de glucoză a organismului. Reacția este catalizată de glicogen fosforilază:

Glicogen fosforilază este format din 2 subunităţi identice (94500 Da). Forma inactivă este desemnată b, forma activă este a. Activat fosforilaz kinaza b prin fosforilarea fiecărei subunități la serină în poziția 14.

Glicogen fosforilaza scindează legăturile α-1,4-glicozidice prin fosforoliză până când 4 reziduuri de glucoză rămân până la punctul de ramificare.

Inactivarea glicogen fosforilazei are loc în timpul defosforilării cu participarea unei fosforilaze fosfataze specifice (fosfoprotein fosfatază FPP).

Deramificarea face enzimă de deramificare ... Are activități de transferază și glicozidază. Partea de transferază ( oligozaharid transferaza ) transferă cele trei reziduuri de glucoză rămase la punctul de ramificare la capătul nereducător al lanțului adiacent, prelungindu-l pentru fosforilază.

parte glicozidaza ( a-1,6-glucozidază ) hidrolizează legătura α-1,6-glicozidă, scindând glucoza.

Glucoza-1-f este izomerizată la glucoză-6-f de către fosfoglucomutază.

Reglarea metabolismului glicogenului în ficat

4Са 2+ КМ

Ca2+, DAG

Metabolismul glicogenului este controlat de hormoni (în ficat - insulina, glucagon, adrenalină; în mușchi - insulina și adrenalina), care reglează fosforilarea/defosforilarea a 2 enzime cheie, glicogen sintetaza și glicogen fosforilaza.

Cu un nivel insuficient de glucoză în sânge, hormonul glucagon este eliberat, în cazuri extreme - adrenalină. Ele stimulează fosforilarea glicogen sintetazei (este inactivată) și a glicogen fosforilazei (este activată). Când nivelul de glucoză din sânge crește, se eliberează insulina, aceasta stimulează defosforilarea glicogen sintetazei (este activată) și glicogen fosforilazei (este inactivată). În plus, insulina induce sinteza glucokinazei, accelerând astfel fosforilarea glucozei în celulă. Toate acestea duc la faptul că insulina stimulează sinteza glicogenului, iar adrenalina și glucagonul - dezintegrarea acesteia.

În ficat, există și o reglare alosterică a glicogen fosforilazei: este inhibată de ATP și glucoză-6f și este activată de AMP.

Tulburări ale metabolismului glicogenului

Bolile glicogenului - un grup de tulburări ereditare, care se bazează pe scăderea sau lipsa activității enzimelor care catalizează sinteza sau descompunerea glicogenului sau o încălcare a reglementării acestor enzime.

Glicogenoza - boli cauzate de un defect al enzimelor implicate în descompunerea glicogenului. Ele se manifestă fie printr-o structură neobișnuită a glicogenului, fie prin acumularea excesivă a acestuia în ficat, inimă sau mușchii scheletici, rinichi, plămâni și alte organe.

În prezent, glicogenozele sunt împărțite în 2 grupe: hepatice și musculare.

Forme hepatice de glicogenoză duce la o utilizare afectată a glicogenului pentru menținerea nivelului de glucoză din sânge. Prin urmare, un simptom comun pentru aceste forme este hipoglicemia în perioada post-absorbtivă.

boala lui Gierke (tipul I) este cel mai frecvent notat. Motivul este un defect ereditar al glucozo-6-fosfatazei, o enzimă care asigură eliberarea glucozei în fluxul sanguin după ce aceasta este eliberată din glicogenul celulelor hepatice și renale. Celulele ficatului și tubii contorți ai rinichilor sunt umplute cu glicogen, ficatul și splina sunt mărite, la pacienții cu fața umflată - „fața unei păpuși chinezești”. Boala se manifestă prin hipoglicemie, hipertriacilglicerololemie, hiperuricemie, acidoză.

1). În hepatocite: glucoză-6-f → PVC, lactat (acidoză), riboză-5-f. riboză-5-f → purine → acid uric

2). În sânge: ↓ glucoză → ↓ insulină / glucagon →: a) lipoliza țesutului adipos → FA în sânge.

b). ↓ LPL de țesut adipos → TAG în sânge.

Tratamentul este o dietă cu glucoză, hrănire frecventă.

Boala de rujeolă (tipul III) este larg răspândit, 1/4 din toate glicogenozele hepatice. Se acumulează glicogen ramificat, deoarece enzima de deramificare este defectă. Glicogenoliza este posibilă, dar în cantitate mică. Acidoză lactică și hiperuricemie nu sunt observate. Boala se caracterizează printr-o evoluție mai blândă decât boala Gierke.

Forme musculare ale glicogenozei caracterizată printr-o perturbare a aprovizionării cu energie a mușchilor scheletici. Aceste boli se manifestă în timpul efortului fizic și sunt însoțite de dureri și crampe în mușchi, slăbiciune și oboseală.

boala McArdle (tip V) - patologie autozomal recesivă, nu există activitate glicogen fosforilaza în mușchii scheletici. Acumularea de glicogen în mușchii unei structuri anormale.

Aglicogenoze

Glicogenoza (glicogenoza 0 conform clasificării) este o boală rezultată dintr-un defect al glicogen sintazei. În ficat și alte țesuturi ale pacienților, se observă un conținut foarte scăzut de glicogen. Aceasta se manifestă prin hipoglicemie pronunțată în perioada post-absorbtivă. Un simptom caracteristic sunt convulsiile, care apar mai ales dimineata. Boala este compatibilă cu viața, dar copiii bolnavi au nevoie de hrănire frecventă.

Departamentul de Biochimie

sunt de acord

Cap departament prof., d.m.s.

Meshchaninov V.N.

_____''_____________ 2007

PRELEȚIA numărul 8

Subiect: Catabolismul glucozei. Glicoliza

Principalele căi ale catabolismului glucozei

Catabolismul glucozei în celulă poate avea loc atât în ​​condiții aerobe, cât și anaerobe, funcția sa principală este sinteza ATP.

Oxidarea aerobă a glucozei

În condiții aerobe, glucoza este oxidată la CO 2 și H 2 O. Ecuația totală:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 2880 kJ/mol.

Acest proces include mai multe etape:

1. Glicoliză aerobă ... Oxidează 1 glucoză la 2 PVC-uri, cu formarea a 2 ATP (primii 2 ATP sunt cheltuiți, apoi se formează 4) și 2 NADH 2;

2. Conversia 2 PVC în 2 acetil-CoA cu eliberarea de 2 CO 2 şi formarea 2 NADH 2;

3. TsTK. Se oxidează 2 acetil-CoA cu eliberarea de 4 CO 2, formarea a 2 GTP (da 2 ATP), 6 NADH 2 și 2 FADH 2;

4. Lanțul de fosforilare oxidativă. Acesta oxidează 10 (8) NADH 2, 2 (4) FADH 2 cu participarea a 6 О 2, în timp ce 6 Н 2 О este eliberat și 34 (32) ATP este sintetizat.

Ca urmare a oxidării aerobe a glucozei, se formează 38 (36) ATP, din care: 4 ATP în reacțiile de fosforilare a substratului, 34 (32) ATP în reacțiile de fosforilare oxidativă. Eficiența oxidării aerobe va fi de 65%.

Oxidarea anaerobă a glucozei

Catabolismul glucozei fără O 2 are loc în glicoliza anaerobă și PFS (PFP).

· Pe parcursul glicoliză anaerobă 1 glucoză este oxidată la 2 molecule de acid lactic cu formarea a 2 ATP (primul se consumă 2 ATP, apoi se formează 4). În condiții anaerobe, glicoliza este singura sursă de energie. Ecuația generală: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP → 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O.

· Pe parcursul TFP din glucoză se formează pentoza și NADPH 2. Pe parcursul PFSh numai NADPH 2 se formează din glucoză.

GLICOLISĂ

Glicoliza este calea principală pentru catabolismul glucozei (precum și fructozei și galactozei). Toate reacțiile lui au loc în citosol.

Glicoliză aerobă este procesul de oxidare a glucozei la PVC, care are loc în prezența O2.

Glicoliză anaerobă Este procesul de oxidare a glucozei la lactat, care are loc în absența O2.

Glicoliza anaerobă diferă de aerobă doar prin prezența ultimelor 11 reacții, primele 10 reacții pe care le au în comun.

Etapele glicolizei

În orice glicoliză, se pot distinge 2 etape:

• 1 etapă pregătitoare, 2 ATP sunt cheltuite în ea. Glucoza este fosforilată și împărțită în 2 fosfotrioze;
• Etapa 2 este asociată cu sinteza ATP. În această etapă, fosfotriozele sunt transformate în PVC. Energia acestei etape este folosită pentru sinteza a 4 ATP și reducerea 2NADH 2, care în condiții aerobe sunt utilizate pentru sinteza a 6 ATP, iar în condiții anaerobe, PVC-ul este redus la lactat.

Bilanțul energetic al glicolizei

Astfel, echilibrul energetic al glicolizei aerobe:

8ATP = -2ATP + 4ATP + 6ATP (de la 2NADH 2)

Bilanțul energetic al glicolizei anaerobe:

2ATP = -2ATP + 4ATP

Reacții generale de glicoliză aerobă și anaerobă

1. Hexokinaza (hexokinaza II, ATP: hexoza-6-fosfotransferaza) în mușchi fosforilează în principal glucoza, mai puțin fructoză și galactoză. Km<0,1 ммоль/л. Ингибитор глюкозо-6-ф, АТФ. Активатор адреналин. Индуктор инсулин.

Glucokinaza (hexokinaza IV, ATP: glucoză-6-fosfotransferaza) fosforilează glucoza. Km - 10 mmol / l, activ în ficat, rinichi. Glucoza-6-f nu este inhibată. Inductor de insulină. Hexokinazele efectuează fosforilarea hexozelor.

2. Fosfohexoza izomeraza (glucoza-6f-fructoza-6f-izomeraza) realizează aldo-cetoizomerizarea formelor deschise de hexoze.

3. Fosfofructokinaza 1 (ATP: fructoza-6f-1-fosfotransferaza) fosforilarea fructozei-6f. Reacția este ireversibilă și cea mai lentă dintre toate reacțiile de glicoliză determină viteza tuturor glicolizei. Este activat: AMP, fructoză-2,6-df (un activator puternic, format cu participarea fosfofructokinazei 2 din fructoză-6f), fructoză-6-f, Fn. Inhibat de: glucagon, ATP, NADH 2, citrat, acizi grași, corpi cetonici. Inductor de reacție la insulină.

4. Aldolaza A (fructoză-1,6-f: DAP-liază). Aldolazele acționează asupra formelor deschise de hexoze, au 4 subunități și formează mai multe izoforme. Majoritatea tesuturilor contin Aldolaza A. In ficat si rinichi - Aldolaza B.

5. Fosfotrioza izomeraza (DAP-PHA-izomeraza).

6. 3-PHA dehidrogenaza (3-PHA: NAD + oxidoreductază (fosforilare)) este format din 4 subunități. Catalizează formarea de legături de înaltă energie în 1,3-FHA și reducerea NADH 2, care sunt utilizate aerob pentru sinteza a 8 (6) molecule de ATP.

7. Fosfoglicerat kinaza (ATP: 3FGK-1-fosfotransferaza). Realizează fosforilarea substratului ADP cu formarea de ATP.

În următoarele reacții, fosfoesterul cu energie scăzută este transformat în fosfat cu energie înaltă.

8. Fosfoglicerat mutaza (3-FHA-2-FHA-izomeraza) efectuează transferul unui reziduu de fosfat în FHA din poziția 3 în poziția 2.

9. Enolaza (2-FHA: hidro-lază) scindează o moleculă de apă din 2-FHA și formează o legătură de înaltă energie la fosfor. Inhibat de ioni F -.

10. Piruvat kinaza (ATP: PVC-2-fosfotransferaza) mediază fosforilarea substratului ADP pentru a forma ATP. Este activat de fructoză-1,6-df, glucoză. Inhibat de ATP, NADH 2, glucagon, adrenalină, alanină, acizi grași, Acetil-CoA. Inductor: insulina, fructoza.

Forma enolică rezultată a PVCL se transformă apoi neenzimatic într-o formă ceto mai stabilă termodinamic. Această reacție este ultima pentru glicoliza aerobă.

Catabolizarea suplimentară a 2 PVC și utilizarea 2 NADH 2 depind de prezența O 2.

Reacția de glicoliză anaerobă

În condiții anaerobe, PVC, ca și O 2 din lanțul respirator, asigură regenerarea NAD + din NADH 2, care este necesară pentru continuarea reacțiilor de glicoliză. În acest caz, PVC-ul este transformat în acid lactic. Reacția are loc în citoplasmă cu participarea lactat dehidrogenazei (LDH).

11. Lactat dehidrogenază (lactat: NAD + oxidoreductază). Este format din 4 subunități, are 5 izoforme.

Lactatul nu este un produs final metabolic care este eliminat din organism. Din țesutul anaerob, lactatul este transportat de sânge către ficat, unde este transformat în glucoză (ciclul Corey), sau în țesuturi aerobe (miocard), unde este transformat în PVC și oxidat în CO2 și H2O.

Catabolismul PVC mitocondrial

În condiții aerobe, PVC și hidrogenii cu NADH 2 sunt transportați în matricea mitocondrială. PVC nu trece în mod independent membrana mitocondrială interioară; transferul său prin membrană se realizează prin transportul activ secundar cu simptom H +. PVC-ul din mitocondrii este utilizat în 2 reacții:

1. Complex de piruvat dehidrogenază (PVC: NAD + oxidoructază (decarboxilant)) conține 3 enzime și 5 coenzime: a) Piruvat decarboxilază conține ( E1) 120 de monomeri și coenzima TPF; b) Dihidrolipoiltransacilaza ( E2) conține 180 de monomeri și coenzime lipoamidă și HSKoA; c) Dihidrolipoil dehidrogenaza ( E3) conține 12 monomeri și coenzime FAD și NAD. Complexul piruvat DG realizează decarboxilarea oxidativă a PVC-ului cu formarea de Acetil-CoA. Activator: HSKoA, NAD+, ADP. Inhibitor: NADH 2, ATP, Acetil-CoA, acizi grași, corpi cetonici. Inductor de insulină.

Mecanismul de funcționare al complexului Pyruvate DG. Procesul trece prin 5 etape:

2. Piruvat carboxilază (PVC: CO 2 -sintetaza (ATP → ADP + Fn)) este o enzimă oligomerică complexă care conține biotină. Carboxilează PVC la PAK. Reacția de completare, după cum este necesar, adaugă ANC la CTC. Activator: Acetil-CoA.

Sisteme de navetă

În condiții aerobe, О 2 asigură regenerarea NAD + din NADH 2, care este necesară pentru continuarea reacției de glicoliză (NAD + substrat 3-PHA DH).

Deoarece membrana mitocondrială interioară este impermeabilă la NADH 2, NADH 2 redus în glicoliză își transferă hidrogenii în lanțul respirator mitocondrial folosind sisteme speciale numite sisteme „navetă”. Există 2 sisteme de navetă cunoscute: malat-aspartat și glicerofosfat.

1. Navetă malat-aspartat este versatil, funcționează la ficat, rinichi, inimă.

2.

Mecanismul navetei glicerofosfat. Lucrează în muşchiul scheletic alb, în creier, în țesutul adipos, hepatocite .

Naveta malat-aspartat este mai eficientă din punct de vedere energetic, deoarece transferă hidrogenul în lanțul respirator prin NAD mitocondrial, raportul P/O este de 3 și se sintetizează 3 ATP.

În naveta glicerofosfat, acesta transferă hidrogen în lanțul respirator prin FAD la KoQ, raportul P / O este de 2, 2 ATP este sintetizat.

Semnificația plastică a catabolismului glucozei

În catabolism, glucoza poate îndeplini funcții plastice. Metaboliții de glicoliză sunt utilizați pentru a sintetiza noi compuși. Astfel, fructoza-6f și 3-PHA sunt implicate în formarea ribozei-5-f (o componentă a nucleotidelor); 3-fosfogliceratul poate fi implicat în sinteza aminoacizilor precum serina, glicina, cisteina. În ficat și țesutul adipos, Acetil-CoA este utilizat în biosinteza acizilor grași, colesterolului și DAP pentru sinteza glicerol-3ph.

Reglarea glicolizei

Efectul Pasteur - scaderea ratei consumului de glucoza si acumularea de lactat in prezenta oxigenului.

Efectul Pasteur se explică prin prezența competiției dintre enzimele căilor de oxidare aerobe (PVC DH, PVC carboxilază, enzime ale lanțului de fosforilare oxidativă) și anaerobe (LDH) pentru metabolitul total. PVC si coenzima NADH 2 .

· Fără O 2, mitocondriile nu consumă PVC și NADH 2, ca urmare, concentrația lor în citoplasmă crește și merg la formarea lactatului. Deoarece glicoliza anaerobă produce doar 2 ATP din 1 glucoză, este nevoie de multă glucoză pentru a forma o cantitate suficientă de ATP (de 19 ori mai mult decât în ​​condiții aerobe).

· În prezența O2, mitocondriile pompează PVC și NADH 2 din citoplasmă, întrerupând reacția de formare a lactatului. În timpul oxidării aerobe, 38 ATP se formează din 1 glucoză, prin urmare, pentru a forma o cantitate suficientă de ATP, este nevoie de puțină glucoză (de 19 ori mai puțină decât în ​​condiții anaerobe).

METABOLISMUL FRUCTOZEI ŞI GALACTOZEI

Fructoza si galactoza, alaturi de glucoza, sunt folosite pentru obtinerea de energie sau pentru sinteza unor substante: glicogen, TG, GAG, lactoza etc.

Metabolismul fructozei

O cantitate semnificativă de fructoză, formată în timpul descompunerii zaharozei, este transformată în glucoză deja în celulele intestinale. O parte din fructoză ajunge la ficat.

Metabolismul fructozei în celulă începe cu reacția de fosforilare:

1. Fructokinaza (ATP: fructoza-1-fosfotransferaza) fosforilează numai fructoza, are o afinitate mare pentru aceasta. Conținut în ficat, rinichi, intestine. Insulina nu îi afectează activitatea.

2. Aldolaza B (fructoza: HA-lază) este în ficat, descompune fructoza-1ph (fructoză-1,6ph) în gliceraldehidă (GA) și dioxiacetonă fosfat (DAP).

3. Triosokinaza (ATP: GA-3-fosfotransferaza). Mult în ficat.

DAP și GA derivate din fructoză sunt implicate în ficat în principal în gluconeogeneză. O parte din DAP poate fi redusă la glicerol-3-f și poate participa la sinteza TG.

Tulburări ale metabolismului fructozei

Motivul pentru încălcarea metabolismului fructozei este un defect al 3 enzime: fructokinaza, aldolaza B, triozokinaza.

Fructozurie esențială benignă este asociat cu insuficienta fructokinaza , clinic nu se manifestă. Fructoza se acumulează în sânge și este excretată în urină, unde poate fi detectată prin metode de laborator. Frecvența 1: 130.000.

Intoleranță ereditară la fructoză patologie frecventă, apare cu un defect genetic aldolaza B (forma autosomal recesivă). Se manifestă atunci când în dietă se adaugă fructe, sucuri, zaharoză. După ce ați consumat alimente care conțin fructoză, vărsături, dureri abdominale, diaree, hipoglicemie și chiar comă și convulsii ... Se dezvoltă copiii mici și adolescenții disfuncții hepatice și renale cronice... Boala este însoțită de acumulare de fructoză-1-f, care inhibă activitatea fosfoglucomutazei, prin urmare, descompunerea glicogenului este inhibată și hipoglicemie... Ca rezultat, mobilizarea lipidelor, oxidarea acizilor grași și sinteza corpului cetonic sunt accelerate. O creștere a corpilor cetonici poate duce la acidoză metabolică.

Rezultatul inhibării glicogenolizei și glicolizei este o scădere a sintezei ATP. În plus, acumularea de fructoză fosforilată duce la perturbarea metabolismului fosfatului anorganic și hipofosfatemie... Pentru a reumple fosfatul intracelular, descompunerea nucleotidelor adenil este accelerată. Produșii de descompunere ai acestor nucleotide sunt incluși în catabolism, trecând prin etapele de formare a hipoxantinei, xantinei și, în final, acidului uric. O creștere a cantității de acid uric și o scădere a excreției de urat în condiții de acidoză metabolică se manifestă ca hiperuricemie... Guta poate fi o consecință a hiperuricemiei chiar și la o vârstă fragedă.

Metabolismul galactozei

Galactoza se formează în intestin ca urmare a hidrolizei lactozei. Conversia galactozei în glucoză are loc în ficat într-o reacție de epimerizare sub forma unui derivat UDP.

Galactokinaza (ATP: galactoză-1-fosfotransferaza) fosforilează galactoza.

Galactoza-1P-uridiltransferaza înlocuiește reziduul de glucoză din UDP-glucoză cu galactoză cu formarea de UDP-galactoză.

Epimeraza (UDP-galactoză-UDP-glucoză izomerază) - enzimă dependentă de NAD, catalizează epimerizarea grupării OH la atomul de carbon C4, asigurând interconversia galactozei și glucozei în compoziția UDP.

Glucoza-1-f formată poate fi inclusă în: 1) sinteza glicogenului; 2) conversie în glucoză liberă; 3) catabolismul asociat sintezei ATP etc.

Tulburări metabolice ale galactozei

Galactozemie cauzate de un defect ereditar la oricare dintre cele trei enzime care includ galactoza în metabolismul glucozei.

Galactozemie cauzată de un deficit de galactoză-1-fosfataturidil transferază (GALT) are mai multe forme, se manifestă precoce și este deosebit de periculos pentru copii, deoarece laptele matern conține lactoză. Simptomele precoce ale defectului GALT: vărsături, diaree, deshidratare, scădere în greutate, icter... În sânge, urină și țesuturi, concentrația de galactoză și galactoză-1-f crește. În țesuturile ochiului (în cristalin), galactoza este redusă de aldoreductază (NADP) pentru a forma galactitol (dulcit). Galactitol se acumulează în corpul vitros și leagă cantități mari de apă, hidratarea excesivă a cristalinului duce la dezvoltarea cataractei, care se observă în câteva zile după naștere. Galactoza-1-f inhibă activitatea enzimelor metabolismului carbohidraților (fosfoglucomutaza, glucozo-6-fosfat dehidrogenază).

Galactoza-1f are un efect toxic asupra hepatocitelor: apar hepatomegalie, degenerare grasă. Galactitol și galactoza-1-f provoacă insuficiență renală. Se observă tulburări în celulele emisferelor cerebrale și cerebelului, în cazuri severe - edem cerebral, retard mintal și moartea este posibilă.

Unele defecte ale structurii GALT duc doar la o pierdere parțială a activității enzimatice. Deoarece GALT este prezent în mod normal în organism în exces, o scădere a activității sale cu până la 50%, și uneori chiar mai mică, poate să nu fie evidentă clinic.

Tratamentul este eliminarea galactozei din dietă.

Facultatea de pedagogie. Caracteristicile catabolismului monozaharidelor la nou-născuți și copii

La copii, calea UDP-glucoză ↔ UDP-galactoză este activă. La adulți, această cale este inactivă. Nou-născuții au activitate PFS scăzută. La naștere, copilul schimbă catabolismul glucozei de la calea anaerobă la cea aerobă. La început predomină utilizarea lipidelor.

ACADEMIA MEDICALĂ DE STAT

Departamentul de Biochimie

sunt de acord

Cap departament prof., d.m.s.

Meshchaninov V.N.

_____''_____________ 2005

PRELARE numărul 9

Subiect: șunt de pentoză fosfat și gluconeogeneză,

reglarea metabolismului carbohidraților.

Gluconeogeneza (GNG)

Gluconeogeneza - sinteza glucozei din substante non-glucide. Funcția sa principală este menținerea nivelului de glucoză din sânge în timpul postului prelungit și al activității fizice intense. Principalele substraturi ale gluconeogenezei sunt lactatul, glicerolul, aminoacizii. Gluconeogeneza este procesul invers al glicolizei care are loc în citoplasmă și matricea mitocondriilor. Reacțiile de glicoliză ireversibile (1, 3 și 10) catalizate de hexokinaze, fructokinaze și piruvat kinaze sunt ocolite cu participarea a 4 enzime specifice de gluconeogeneză: piruvat carboxilază, fosfoenolpiruvat carboxikinaza, 6-fructozaza și fosfataza 6-1. În plus, enzimele TCA, cum ar fi malatul DH, sunt implicate în gluconeogeneză.

Reacții de gluconeogeneză prezentate în diagramă. Reacții cheie (ireversibile) ale gluconeogenezei:

1. Piruvat carboxilază (PVA: CO 2 -sintetaza (ATP → ADP + Fn)) conține biotină, se află în mitocondrii, transformă PVA în PAA. Inductor: glucagon, adrenalină, cortizol. Represor: insulina. Inhibitor: AMP, activator de acetilCoA. PAA rezultat trece prin membrana mitocondrială interioară sub formă redusă (sub formă de malat) sau amino (sub formă de aspartat).

2. Fosfoenolpiruvat carboxikinaza (GTP: PIK-2-fosfotransferaza (decarboxilare)) este localizată în citoplasmă, transformă PIK în PEP. Inductor: glucagon, adrenalină, cortizol. Represor: insulina.

3. Fructoza-1,6-fosfataza (Fructoza-1.6df: fosfo-hidrolaza) defosforilează fructoza-1.6df. Inductor: glucagon, adrenalină, cortizol. Represor: insulina. Inhibă AMP, fructoză-2,6df. Activator: citrat, acizi grași.

4. Glucozo-6-fosfataza (Glucoza-6ph: fosfo-hidrolaza) defosforilează glucoza-6ph. Inductor: glucagon, adrenalină, cortizol. Represor: insulina.

Bilanțul energetic al gluconeogenezei... Formarea a 1 glucoză din 2 lactați necesită 6 ATP: 2 ATP pentru piruvat carboxilază, 2 GTP pentru PEP carboxikinaza, 2 ATP pentru fosfoglicerat kinază. Ecuația generală a gluconeogenezei:

2 lactat + 4 ATP + 2 GTP + 4 H 2 O → 1 glucoză + 4 ADP + 2 HDF + 6 Fn

Reglarea gluconeogenezei... Reglarea gluconeogenezei se realizează reciproc cu reacțiile de glicoliză: activarea gluconeogenezei, însoțită de inhibarea glicolizei și invers. Reglarea metabolismului glucozei are loc cu participarea hormonilor și metaboliților, care modifică activitatea și cantitatea de enzime reglatoare ale glicolizei și gluconeogenezei. Insulina induce sinteza enzimelor cheie de glicoliză și reprimă sinteza enzimelor cheie de gluconeogeneză. Glucagonul, cortizolul și adrenalina induc sinteza enzimelor cheie ale gluconeogenezei. Enzimele cheie de glicoliză activează - AMP, fructoză-2,6df, fructoză-1,6dp, inhibă - ATP, NADH 2, citrat, acizi grași, alanină, AcetilCoA, glucagon, adrenalină. Enzimele cheie ale gluconeogenezei activează - AcetilCoA, glucagon, inhibă - AMP, fructoză-2,6df.

Caracteristicile tisulare ale gluconeogenezei.În majoritatea țesuturilor, nu există gluconeogeneză.

Cea mai mare activitate a gluconeogenezei se observă în ficat, mai puțin în rinichi și mucoasa intestinală, în ele pot fi sintetizate până la 80-100 g de glucoză pe zi. În aceste organe, gluconeogeneza merge până la capăt cu formarea glucozei libere, care poate părăsi celulele, menținând homeostazia glucozei în sânge. În mod normal, homeostazia glucozei din sânge este asigurată de gluconeogeneza ficatului până la 80%, a rinichilor până la 20%.

O mică activitate a gluconeogenezei se observă în țesuturile musculare, însă, din cauza lipsei ultimelor enzime ale gluconeogenezei, în locul glucozei libere, se formează doar derivații acesteia, care nu sunt capabili să părăsească celula. Astfel, carbohidrații sunt sintetizați în țesuturile musculare doar pentru nevoile proprii. De exemplu, în mușchii scheletici și țesutul adipos nu există glucoză-6-fosfatază, produsul gluconeogenezei este glucoza-6f. În miocard și mușchii netezi nu există fructoză-1,6-difosfatază, produsul gluconeogenezei este fructoza-1,6-df.

Semnificația biologică a gluconeogenezei... Necesitatea menținerii unui nivel constant al glicemiei se datorează faptului că pentru multe țesuturi glucoza este principala (țesut nervos), iar pentru unele singura (eritrocite) sursă de energie. Necesitatea sintezei glucozei se explică prin faptul că glicogenoliza hepatică poate asigura independent homeostazia glucozei din sânge doar pentru 8-12 ore, apoi aportul de glicogen este aproape complet epuizat în timpul zilei. In conditii de post prelungit (mai mult de o zi), gluconeogeneza este singura sursa de glucoza din organism.

Șunt de pentoză fosfat (PFS)

Șuntul de pentoză fosfat (cale, ciclu) este o cale alternativă pentru oxidarea glucozei. Acest proces este cel mai activ în țesutul adipos, ficat, cortexul suprarenal, eritrocite, leucocite fagocitare, glanda mamară care alăptează, testicule. Se desfășoară în citosol fără participarea oxigenului și constă din 2 etape oxidative și neoxidative. În stadiul oxidativ este redus NADPH 2, care este utilizat: 1) pentru regenerarea glutationului în sistemul antioxidant; 2) pentru sinteza acizilor grași; 3) în reacțiile oxigenazei cu participarea citocromului P 450 în timpul neutralizării xenobioticelor, metaboliților, sintezei colesterolului, hormonilor steroizi etc. În stadiul neoxidativ, se formează diverse pentoze. Riboza-5f poate fi utilizată pentru sinteza nucleotidelor purinice și pirimidinice.

Caracteristicile tisulare ale funcționării PFS (cale, ciclu).

În funcție de nevoile țesutului, procesul de pentoză fosfat poate avea loc sub forma unui ciclu metabolic, cale sau șunt al reacțiilor inițiale de glicoliză:

1. Cu PFC sau PFS, numai NADPH 2 este format ca produs. În acest caz, pentozele nu sunt produsul final; ele sunt transformate în fosfohexoze, care închid ciclul sau trec în glicoliză, completând șuntul. În țesutul adipos, eritrocite.

2. Produsele PFP sunt NADPH 2 și pentoze. În ficat, măduva osoasă.

3. În țesuturile care nu simt nevoia de NADPH 2 funcționează doar stadiul non-oxidant al PPP, iar reacțiile sale merg în sens invers, începând de la fructoză-6f până la fosfopentoze. În muşchi.

Reacții de oxidare

Etapa oxidativă a PFS (cale, ciclu) constă din 3 reacții ireversibile:

1). Glucoza-6f dehidrogenaza (glucoză-6ph: NADP + oxidoreductază). inhibitor NADPH 2. Inductor de insulină.

2). Gluconolactonă hidratază (6-fosfogluconat: hidro-lază).

3). 6-fosfogluconat dehidrogenază (6-fosfogluconat: NADP + oxidoreductază (decarboxilant)). Inductor de insulină.

Schema FFS (cale, ciclu)

În schemă, etapa neoxidativă începe cu epimeraze și izomeraze, care izomerizează ribuloza-5f. Toate reacțiile fazei neoxidative sunt reversibile.

Ecuația generală a PFC:

6 glucoză-6ph + 12 NADP + → 6 CO 2 + 12 NADPH 2 + 5 glucoză-6ph

Ecuația generală a PFS:

3 glucoză-6ph + 6 NADP + → 3 CO 2 + 6 NADPH 2 + 2 fructoză-6ph + PHA

Ecuații generale FPP:

1) glucoză-6ph + 2 NADP + → CO 2 + 2 NADPH 2 + riboză-5ph

2) 2 fructoză-6ph + PHA → 3 riboză-5ph

Patologia PFS

NADPH 2 este o componentă importantă a apărării antioxidante, este necesar pentru regenerarea glutationului, care, cu participarea glutation peroxidazei, distruge speciile reactive de oxigen. Deoarece în eritrocite NADPH 2 se formează numai în reacțiile PPS, defectul glucoză-6f DH determină un deficit de NADPH 2 și o scădere a protecției antioxidante. În acest caz, sub acțiunea prooxidanților, de exemplu, medicamentele antimalarice, are loc o creștere semnificativă a FRO. Activarea FRO determină oxidarea cisteinei în porțiunea proteică a hemoglobinei, ca urmare a căreia protomerii hemoglobinei, care se conectează prin punți disulfură, formează corpi Heinz. pentru că Corpusculii Heinz reduc plasticitatea membranei celulelor eritrocitare; aceasta se prăbușește la deformarea capilarelor. Hemoliza masivă a eritrocitelor duce la dezvoltarea anemiei hemolitice.

Vitamina B 1 (tiamina).

Structura vitaminei include inele de pirimidină și tiazol conectate printr-o punte de metan.

Surse. Vitamina B 1 este prima vitamina izolata sub forma cristalina de catre K. Funkom in 1912. Este larg distribuita in produsele de origine vegetala (coaja semintelor de cereale si orez, mazare, fasole, soia etc.). În organismele animale, vitamina B 1 este conținută în principal sub formă de ester tiamin difosforic (TDF); se formează în ficat, rinichi, creier, mușchi al inimii prin fosforilarea tiaminei cu participarea tiaminkinazei și ATP.

Necesar zilnic un adult are în medie 2-3 mg de vitamina B 1. Dar nevoia acestuia depinde într-o foarte mare măsură de compoziția și conținutul total de calorii al alimentelor, de intensitatea metabolismului și de intensitatea muncii. Predominanța carbohidraților în alimente crește nevoia de vitamine a organismului; grăsimile, pe de altă parte, reduc dramatic această nevoie.

Rolul biologic vitamina B 1, este determinată de faptul că, sub formă de TDF, face parte din cel puțin trei enzime și complexe enzimatice: ca parte a complexelor de piruvat și α-cetoglutarat dehidrogenază, participă la decarboxilarea oxidativă a piruvatului și α-cetoglutaratului. ; ca parte a transketolazei, TDF participă la calea pentozei fosfatului de conversie a carbohidraților.

Semnul principal, cel mai caracteristic și specific al deficitului de vitamina B 1 este polinevrita, care se bazează pe modificări degenerative ale nervilor. În primul rând, durerea se dezvoltă de-a lungul trunchiurilor nervoase, apoi - se instalează pierderea sensibilității pielii și paralizia (beriberi). Al doilea cel mai important simptom al bolii este o încălcare a activității cardiace, care se exprimă printr-o încălcare a ritmului cardiac, o creștere a dimensiunii inimii și apariția durerii în regiunea inimii. Semnele caracteristice ale bolii asociate cu deficiența de vitamina B 1 includ, de asemenea, încălcări ale funcțiilor secretoare și motorii ale tractului gastrointestinal; observat o scădere a acidității gastrice, pierderea poftei de mâncare, atonie intestinală.

Reglarea metabolismului carbohidraților

Homeostazia energetică asigură cerințele energetice ale țesuturilor folosind o varietate de substraturi. pentru că carbohidrații sunt principala sursă de energie pentru multe țesuturi și singura pentru anaerobe, reglarea metabolismului glucidelor este o componentă importantă a homeostaziei energetice a organismului.

Reglarea metabolismului carbohidraților se realizează la 3 niveluri:

1.centrala.

2.interorgan.

3. celular (metabolic).

1. Nivel central de reglare a metabolismului carbohidraților

Nivelul central de reglare se realizează cu participarea sistemului neuroendocrin și reglează homeostazia glucozei din sânge și intensitatea metabolismului carbohidraților în țesuturi. Principalii hormoni care mențin nivelurile normale de glucoză din sânge de 3,3-5,5 mMol/L includ insulina și glucagonul. Nivelul de glucoză este influențat și de hormonii de adaptare - adrenalină, glucocorticoizi și alți hormoni: tiroida, SDH, ACTH etc.

2. Nivelul interorganic de reglare a metabolismului carbohidraților

Ciclul glucoză-lactat (ciclul rujeolic) Ciclul glucoză-alanină

Ciclul glucoză-lactat nu necesită oxigen, funcționează întotdeauna, asigură: 1) utilizarea lactatului format în condiții anaerobe (mușchi scheletici, eritrocite), care previne acidoza lactică; 2) sinteza glucozei (ficat).

Ciclul glucoză-alanină funcţionează în muşchi în timpul postului. În cazul deficitului de glucoză, ATP este sintetizat datorită descompunerii proteinelor și catabolismului aminoacizilor în condiții aerobe, în timp ce ciclul glucoză-alanină asigură: 1) îndepărtarea azotului din mușchi într-o formă netoxică; 2) sinteza glucozei (ficat).

3. Nivelul celular (metabolic) de reglare a metabolismului carbohidraților

Nivelul metabolic de reglare a metabolismului carbohidraților se realizează cu participarea metaboliților și menține homeostazia carbohidraților în interiorul celulei. Un exces de substraturi stimulează utilizarea acestora, iar produsele inhibă formarea lor. De exemplu, excesul de glucoză stimulează glicogeneza, lipogeneza și sinteza aminoacizilor, deficitul de glucoză stimulează gluconeogeneza. Deficitul de ATP stimulează catabolismul glucozei, în timp ce excesul îl inhibă.

IV. Facultatea Pedagogică... Caracteristicile de vârstă ale PFS și GNG, adică.

ACADEMIA MEDICALĂ DE STAT

Departamentul de Biochimie

sunt de acord

Cap departament prof., d.m.s.

Meshchaninov V.N.

_____''_____________ 2006

PRELEGERE Nr. 10

Subiect: Structura și metabolismul insulinei, receptorii ei, transportul glucozei.

Mecanismul de acțiune și efectele metabolice ale insulinei.

Facultăți: tratament-și-profilactic, medico-profilactic, pediatrie. 2 curs.

Hormoni pancreatici

Pancreasul îndeplinește două funcții importante în organism: exocrin și endocrin. Funcția exocrină este îndeplinită de partea acinară a pancreasului, sintetizează și secretă sucul pancreatic. Funcția endocrină este îndeplinită de celulele aparatului insular al pancreasului, care secretă hormoni peptidici implicați în reglarea multor procese din organism. 1-2 milioane de insulițe Langerhans reprezintă 1-2% din masa pancreasului.

În partea insulară a pancreasului sunt secretate 4 tipuri de celule care secretă diferiți hormoni: celulele A- (sau α-) (25%) secretă glucagon, celulele B- (sau β-) (70%) - insulina, D - (sau δ-) celule (<5%) - соматостатин, F-клетки (следовые количества) секретируют панкреатический полипептид. Глюкагон и инсулин в основном влияют на углеводный обмен, соматостатин локально регулирует секрецию инсулина и глюкагона, панкреатический полипептид влияет на секрецию пищеварительных соков. Гормоны поджелудочной железы выделяются в панкреатическую вену, которая впадает в воротную. Это имеет большое значение т.к. печень является главной мишенью глюкагона и инсулина.

Structura insulinei

Insulina este o polipeptidă cu două catene. Lanțul A conține 21 de resturi de aminoacizi, lanțul B - 30 de resturi de aminoacizi. În insulină, există 3 punți disulfurice, 2 conectează lanțul A și B, 1 conectează cele 6 și 11 reziduuri din lanțul A.

Insulina poate exista sub forma: monomer, dimer si hexamer. Structura hexamerică a insulinei este stabilizată de ionii de zinc, care se leagă de reziduurile His din poziția 10 a lanțului B al tuturor celor 6 subunități.

Insulinele unor animale au o asemănare semnificativă în structura primară cu insulina umană. Insulina bovină diferă de insulina umană prin 3 aminoacizi, în timp ce insulina porcină diferă doar cu 1 aminoacid ( ala in loc de tre la capătul C al lanțului B).

În multe poziții A și B ale lanțului, există substituții care nu afectează activitatea biologică a hormonului. La pozițiile legăturilor disulfurice, resturile de aminoacizi hidrofobe din regiunile C-terminale ale lanțului B și resturile C- și N-terminale ale lanțului A, substituțiile sunt foarte rare, deoarece aceste locuri asigură formarea centrului activ al insulinei.

Biosinteza insulinei include formarea a doi precursori inactivi, preproinsulină și proinsulină, care, ca urmare a proteolizei secvențiale, sunt transformate într-un hormon activ.

1. Preproinsulina (L-B-C-A, 110 aminoacizi) este sintetizată pe ribozomii ER, biosinteza ei începe cu formarea unei peptide semnal hidrofobe L (24 aminoacizi), care direcționează lanțul în creștere în lumenul ER.

2. În lumenul RE, preproinsulina este convertită în proinsulină atunci când peptida semnal este scindată de endopeptidaza I. Cisteinele din proinsulină se oxidează cu formarea a 3 punți disulfurice, proinsulina devine „complexă”, are activitate de 5% din insulină.

3. Proinsulina „complexă” (B-C-A, 86 aminoacizi) pătrunde în aparatul Golgi, unde este scindată sub acțiunea endopeptidazei II pentru a forma insulina (B-A, 51 aminoacizi) și C-peptida (31 aminoacizi).

4. Insulina și peptida C sunt încorporate în granulele secretoare, unde insulina se combină cu zinc pentru a forma dimeri și hexameri. În granula secretorie, conținutul de insulină și peptida C este de 94%, proinsulină, intermediari și zinc - 6%.

5. Granulele mature se contopesc cu membrana plasmatică, iar insulina și peptida C intră în lichidul extracelular și mai departe în sânge. În sânge, oligomerii de insulină se descompun. În timpul zilei, 40-50 de unități sunt secretate în sânge. insulină, aceasta reprezintă 20% din aportul total în pancreas. Secreția de insulină este un proces dependent de energie care are loc cu participarea sistemului microtubular-vilos.

Schema de biosinteză a insulinei în celulele β ale insulelor Langerhans

EPR - reticul endoplasmatic. 1 - formarea unei peptide semnal; 2 - sinteza preproinsulinei; 3 - scindarea peptidei semnal; 4 - transportul proinsulinei către aparatul Golgi; 5 - conversia proinsulinei în insulină și C-peptidă și încorporarea insulinei și C-peptidei în granule secretoare; 6 - secretia de insulina si C-peptida.

Gena insulinei este localizată pe cromozomul 11. Au fost identificate 3 mutații ale acestei gene, purtătorii au activitate scăzută a insulinei, hiperinsulinemie și nicio rezistență la insulină.

Reglarea sintezei și secreției de insulină

Sinteza insulinei este indusă de glucoză și secreție de insulină. Reprimă secreția de acizi grași.

Secreția de insulină este stimulată de: 1. glucoză (regulator principal), aminoacizi (în special leu și arg); 2. Hormoni gastrointestinali (agonişti β-adrenergici, prin cAMP): ISU , secretină, colecistochinină, gastrină, enteroglucagon; 3. concentrații mari pe termen lung de STH, cortizol, estrogeni, progestative, lactogen placentar, TSH, ACTH; 4. glucagon; 5. o creștere a K + sau Ca 2+ în sânge; 6. medicamente, derivați ai sulfonilureei (glibenclamid).

Sub influența somatostatinei, secreția de insulină scade. Celulele β sunt influențate și de sistemul nervos autonom. Partea parasimpatică (terminațiile colinergice ale nervului vag) stimulează eliberarea insulinei. Partea simpatică (adrenalina prin receptorii α 2 -adrenergici) suprimă eliberarea de insulină.

Secreția de insulină se realizează cu participarea mai multor sisteme, în care Ca 2+ și cAMP joacă rolul principal.

Admitere Ca 2+ în citoplasmă este controlată prin mai multe mecanisme:

1). Cu o creștere a concentrației de glucoză în sânge de peste 6-9 mmol / l, cu participarea GLUT-1 și GLUT-2, intră în celulele β și este fosforilată de glucokinază. Mai mult, concentrația de glucoză-6ph în celulă este direct proporțională cu concentrația de glucoză din sânge. Glucoza-6f este oxidată pentru a forma ATP. ATP se formează și în timpul oxidării aminoacizilor și acizilor grași. Cu cât mai multă glucoză, aminoacizi și acizi grași în celula β, cu atât se formează mai mult ATP. ATP inhibă canalele de potasiu dependente de ATP de pe membrană, potasiul se acumulează în citoplasmă și provoacă depolarizarea membranei celulare, ceea ce stimulează deschiderea canalelor de Ca 2+ dependente de tensiune și intrarea Ca 2+ în citoplasmă.

2). Hormonii care activează sistemul inozitol trifosfat (TSH) eliberează Ca 2+ din mitocondrii și ER.

tabără format din ATP cu participarea AC, care este activat de hormonii tractului gastrointestinal, TSH, ACTH, glucagon și complexul de Ca 2+-calmodulină.

cAMP și Ca 2+ stimulează polimerizarea subunităților în microtubuli (microtubuli). Efectul cAMP asupra sistemului microtubular este mediat prin fosforilarea PA A a proteinelor microtubulare. Microtubulii sunt capabili să se contracte și să se relaxeze, deplasând granulele spre membrana plasmatică, permițând exocitoza.

Secreția de insulină ca răspuns la stimularea glucozei este o reacție în două faze, constând într-o etapă de eliberare rapidă, timpurie a insulinei, numită prima fază de secreție (începe după 1 minut, durează 5-10 minute), iar a doua. fază (durata sa este de până la 25-30 de minute) ...

Transportul insulinei. Insulina este solubilă în apă și nu are proteine ​​purtătoare plasmatice. T 1/2 de insulină din plasma sanguină este de 3-10 minute, peptida C - aproximativ 30 de minute, proinsulina 20-23 de minute.

Defalcarea insulinei apare sub acțiunea proteinazei insulino-dependente și a glutation-insulină-transhidrogenazei în țesuturile țintă: în principal în ficat (aproximativ 50% din insulină este distrusă într-o singură trecere prin ficat), într-o măsură mai mică în rinichi și placentă.

FUNCȚIILE BIOLOGICE ALE INSULINEI

Insulină - principalul hormon anabolic, afectează toate tipurile de metabolism în întregul organism. Cu toate acestea, în primul rând, acțiunea insulinei se referă la metabolismul carbohidraților.

Efectul insulinei asupra metabolismului glucozei

Insulina stimulează utilizarea glucozei în celule în moduri diferite. Aproximativ 50% din glucoză este folosită în procesul de glicoliză, 30-40% este transformată în grăsimi și aproximativ 10% se acumulează sub formă de glicogen. Rezultatul general al stimulării acestor procese este o scădere a concentrației de glucoză din sânge.

Efectul insulinei asupra metabolismului lipidic

In ficat si tesutul adipos, insulina stimuleaza sinteza lipidelor, asigurandu-se ca substraturile necesare (acetil-CoA, glicerofosfat si NADPH 2) sunt obtinute din glucoza pentru acest proces. În țesutul adipos, insulina inhibă mobilizarea lipidelor, ceea ce reduce concentrația de acizi grași care circulă în sânge.

Efectul insulinei asupra metabolismului proteinelor

Insulina are un efect anabolic general asupra metabolismului proteinelor. Stimulează consumul de aminoacizi neutri în mușchi și sinteza proteinelor din ficat, mușchi și inimă.

În plus, insulina reglează diferențierea celulară, proliferarea și transformarea unui număr mare de celule. Insulina susține creșterea și replicarea multor celule de origine epitelială, inclusiv hepatocite, celule tumorale. Insulina îmbunătățește capacitatea factorului de creștere a fibroblastelor (FGF), a factorului de creștere a trombocitelor (TGF), a factorului de creștere epidermică (EGF), a prostaglandinei (PGF 2 a), a vasopresinei și a analogilor cAMP de a activa proliferarea celulară.

Principalele direcții de acțiune ale insulinei

1. Insulina regleaza transportul substantelor

Insulina stimulează transportul glucozei, aminoacizilor, nucleozidelor, fosfatului organic, ionilor de K+ și Ca 2+ în celulă. Efectul apare foarte repede, în câteva secunde și minute.

Transportul glucozei în celule are loc cu participarea GLUT. În mușchi și țesutul adipos, GLUT-4 insulino-dependent, în absența insulinei, se găsește în veziculele citosolice. Sub influența insulinei, veziculele cu GLUT sunt translocate în membrana plasmatică și începe transportul glucozei. Odată cu scăderea concentrației de insulină, GLUT-4 revine în citosol, iar transportul glucozei se oprește.

2. Insulina reglează sinteza enzimelor

Insulina afectează rata de transcripție a mai mult de 100 de ARNm specific în ficat, țesut adipos, mușchi scheletici și inimă. Efectul se realizează în câteva ore. In celulele hepatice, insulina induce sinteza enzimelor cheie de glicoliza (glucokinaza, fructokinaza si piruvat kinaza), PFS (glucoza-6f DH), lipogeneza (citrat liaza, palmitat sintetaza, acetil-CoA carboxilaza), transportatori de glucoza (?) Si reprimă sinteza enzimei cheie PEP carboxikinaza).

3. Insulina reglează activitatea enzimelor

Insulina reglează activitatea enzimelor prin fosforilare și defosforilare. Efectul apare foarte repede, în câteva secunde și minute.

Insulina activează enzimele cheie ale glicolizei: în ficat, mușchi, țesutul adipos - fosfofructokinaza și pirruvat kinaza; în ficat - glucokinaza; în mușchi - hexokinaza II.

· Insulina inhibă glucoza-6-fosfataza din ficat, care inhibă gluconeogeneza și eliberarea de glucoză în sânge.

Insulina activează glicogen sintetaza și glicogen fosforilază fosfoprotein fosfataza, ca urmare, sinteza glicogenului este activată și degradarea acestuia este inhibată.

· În adipocite, insulina activează o enzimă cheie a lipogenezei (AcetilCoA carboxilază). Insulina din hepatocite și adipocite activează fosfoprotein fosfataza, care defosforilează și inactivează lipaza TAG, care inhibă lipoliza.

· Insulina reduce activitatea aminotransferazelor și a enzimelor ciclului ureei. Ultimul efect al insulinei se caracterizează printr-o creștere a activității ARN polimerazei și a concentrației de ARN în ficat. Aceasta crește rata de formare a polizomilor și ribozomilor.

· Insulina activează PDE, care reduce concentrația de cAMP, întrerupe efectele hormonilor contrainsulari: inhibă lipoliza în ficat și țesutul adipos, iar gluconeogeneza în ficat și mușchi.

MECANISMUL DE ACȚIUNE A INSULINEI

Insulina se leagă de receptorul de insulină (IR) situat pe membrană. IR se găsesc în aproape toate tipurile de celule, dar majoritatea se găsesc în hepatocite și în celulele țesutului adipos (concentrația ajunge la 20.000 pe celulă). IR este sintetizat constant (gena de pe cromozomul 19) și distrus. După legarea insulinei de IR, întregul complex este scufundat în citoplasmă, ajunge la lizozomi, unde insulina este distrusă, iar IR poate fi distrusă sau membrana se poate întoarce. T 1/2 IR 7-12 ore, dar în prezența insulinei scade la 2-3 ore.

La concentrații mari de insulină plasmatică, numărul de IR poate scădea ca urmare a distrugerii crescute a lizozomilor. De asemenea, IR își poate reduce activitatea atunci când este fosforilat la reziduuri de serină și treonină.

Receptorul de insulină ( IR) - o glicoproteină, constă din 2 subunităţi α şi 2 β legate prin legături disulfurice. Subunitățile α (719 AA) sunt situate în afara celulei, ele leagă insulina, iar subunitățile β (proteina transmembranară, 620 AA) au activitate tirozin kinazei. După atașarea hormonului la subunitățile α, subunitățile β se fosforilează mai întâi între ele, iar apoi proteinele intracelulare - substraturi ale receptorului de insulină (IRS). Sunt cunoscute mai multe astfel de substraturi: IRS-1, IRS-2 (fosfoproteine ​​formate din peste 1200 de aminoacizi), Shc, precum și unele proteine ​​din familia STAT.

Activarea insulinei a căii de semnalizare Ras

Fosforilată de receptorul de insulină, Ea se leagă de o mică proteină citosolică numită Grb. De complexul rezultat, se atașează de proteina Ras (din familia proteinelor mici de legare a GTP, în stare inactivă este atașată la suprafața interioară a membranei plasmatice și este asociată cu GDP), GAP (din engleză. GTP- ase activând factor - factor activator GTPase), GEF (din engleză. GTP schimb valutar factor- factor de schimb GTP) și SOS (din engleză. fiul de fără șapte, numită după o mutație a genei la Drosophila). Ultimele două proteine ​​facilitează separarea GDP de proteina Ras și adăugarea de GTP la aceasta, cu formarea unei forme active de Ras legate de GTP.

Ras activat se leagă de protein kinaza Raf-1 și o activează într-un proces în mai multe etape. PK Raf-1 activat stimulează o cascadă de reacții de fosforilare și activarea altor proteine ​​kinaze. PK Raf-1 fosforilează și activează MAPK kinaza, care la rândul său fosforilează și activează protein kinazele MAPK activate de mitogen.

MAPK fosforilează multe proteine ​​citoplasmatice: PK pp90S6, proteine ​​ribozomale, fosfolipaza A 2, activatori ai transcripției STAT.

Ca urmare a activării proteinelor kinazelor, are loc fosforilarea enzimelor și a factorilor de transcripție, care stă la baza numeroaselor efecte ale insulinei. De exemplu:

Activarea glicogen sintazei

PK pp90S6 fosforilează și activează fosfoprotein fosfataza (FPP). FPP defosforilează și inactivează glicogen fosforilază kinaza și glicogen fosforilaza, defosforilează și activează glicogen sintaza. Ca rezultat, sinteza glicogenului este activată, iar degradarea este inhibată.

Activarea sistemului trifosfat de inozitol

Proteinele fosforilate de insulina IRS-1 se leagă de PL C și îl activează.

PL C scindează fosfatidilinozitolii pentru a forma inozitol fosfați și DAG.

Proteinele fosforilate cu insulina IRS-1 și Shc se leagă de fosfoinozitol-3-kinaza (PI-3-kinaza) și o activează.

PI-3-kinaza catalizează fosforilarea inozitol-fosfaților (PI, PI-4-f și PI-4,5-bp) în poziția 3, formând inozitol polifosfați: PI-3-f, PI-3,4-bf, PI-3, 4,5-tf. FI-3,4,5-TF (IF 3) stimulează mobilizarea Ca 2+ din EPR.

Ca 2+ și DAH activează PC C specific.

Ca 2+ activează microtubulii care translocă GLUT-4 în membrana plasmatică și astfel accelerează transferul transmembranar al glucozei în celulele adipoase și musculare.

Activarea fosfodiesterazei

Proteinele fosforilate cu insulina IRS-1 și Shc se leagă de protein kinaza B (PK B) și o activează. PK B fosforilează și activează fosfodiesteraza (PDE). PDE catalizează conversia cAMP în AMP, întrerupând efectele hormonilor contrainsulari, ceea ce duce la inhibarea lipolizei în țesutul adipos, glicogenoliza în ficat.

Reglarea transcripției ARNm

STAT sunt proteine ​​speciale care sunt purtători de semnal și activatori transcripționali. Când STAT este fosforilat cu participarea IR sau MAPK, ele formează dimeri care sunt transportați la nucleu, unde se leagă de regiuni specifice ale ADN-ului, reglează transcripția ARNm și biosinteza proteinelor fementului.

Calea Ras este activată nu numai de insulină, ci și de alți hormoni și factori de creștere.

ACADEMIA MEDICALĂ DE STAT

Departamentul de Biochimie

sunt de acord

Cap departament prof., d.m.s.

Meshchaninov V.N.

_____''_____________ 2006

PRELARE numărul 11

Subiect: Diabet zaharat tip I și II: mecanisme de apariție,

tulburări metabolice, complicații.

Facultăți: tratament-și-profilactic, medico-profilactic, pediatrie.

Nivelul normal al glicemiei a jeun este de 3,3 - 5,5 mmol / L.

Hiperglicemie - o creștere a glicemiei peste 6,1 mmol / l. Hiperglicemia este fiziologică și patologică.

Cauzele hiperglicemiei fiziologice:

1) alimentar, atunci când se consumă carbohidrați ușor digerabili. Nu depășește 11 mmol / l, se normalizează în 3 ore;

2) stresant, sub influența catecolaminelor, glucocorticoizilor, vasopresinei;

3) activitate fizică de scurtă durată .

Cauzele hiperglicemiei patologice:

1) convulsii cu epilepsie, tetanos;

2) tulburări endocrine... Supraproducție de hormoni contrainsulari (hipertiroidism, sindroame Cushing și Cohn), deficit absolut sau relativ de insulină (diabet zaharat).

3) TBI .

Hipoglicemie o scădere a nivelului de glucoză din sânge sub 3,3 mmol / l. Hipoglicemia este fiziologică și patologică.

Cauzele hipoglicemiei fiziologice: 1) alimentar, la post; 2).

Cauzele hipoglicemiei patologice: 1) tulburări endocrine cu exces de insulină (insulinom - o tumoare benignă a celulelor β, supradozaj de insulină la pacienții cu diabet zaharat) sau insuficiență de hormoni contrainsulari (hipotiroidie, deficit de glucocorticoizi); 2) glicogenoza, glicogenoza, prevenirea glicogenolizei; 3) insuficiență hepatică asociată cu activitate scăzută a gluconeogenezei; 4) insuficienta renala asociata cu patologia congenitala a reabsorbtiei glucozei (diabet renal); 5) intoxicații cu monoiodoacetat (provoacă glucozurie).

Diabet (DM) este o boală sistemică eterogenă cauzată de o deficiență absolută sau relativă de inulină, care provoacă mai întâi o încălcare a carbohidraților și apoi toate tipurile de metabolism, care afectează în cele din urmă toate sistemele funcționale ale corpului.

Diabetul zaharat este o boală larg răspândită; afectează 6,6% din populație, în Rusia - 5%.

DM este primar și secundar. În plus, există o încălcare a toleranței la glucoză și a diabetului la femeile însărcinate.

Diabet zaharat primar - o boală independentă.

SD secundar este simptomatică, apare în patologia glandelor endocrine (acromegalie, feocromocitom, glucagonom, sindroame Cushing și Cohn) și patologia pancreatică (pancreatită cronică, cancer, pancreatectomie, hemocromatoză, sindroame genetice).

Diabetul zaharat primar în funcție de mecanismul de dezvoltare este subdivizat în diabet de tip I (fostul IDDM) și diabet de tip II (fost NIDDM).

Simptomele comune ale oricărui tip de diabet sunt setea, poliuria, mâncărimea pielii și tendința la infecție.

Clasificarea etiologică a diabetului zaharat (OMS 1999) .

1. Diabet zaharat Tip I (anterior IDSD)

A). Autoimună

b). Idiopat

2. SD Tip II (fost NIDDM)

3. Alte tipuri specifice

A). defecte genetice ale celulelor β

b). defecte genetice în acțiunea insulinei

v). boli ale pancreasului exocrin (pancreatită etc.)

G). endocrinopatii

e). Diabet zaharat indus de medicamente și substanțe chimice (glucocorticoizi, acid nicotinic, hormoni tiroidieni, tiazide, vacor, pentamidină etc.)

e). Infecții (rubeolă congenitală, citomegalovirus etc.).

g). Forme neobișnuite de diabet mediat imun.

h). Alte sindroame genetice asociate uneori cu diabetul (Down, Turner etc.).

4. Diabet gestational (insarcinata)

DIABET Tipul I

SD Tipul I - o boală care apare din cauza deficienței absolute de insulină cauzată de distrugerea autoimună a celulelor β ale pancreasului. Diabetul de tip I afectează în majoritatea cazurilor copiii, adolescenții și tinerii sub 30 de ani, dar se poate manifesta la orice vârstă. Diabetul de tip I este rareori o tulburare familială (10-15% din toate cazurile).

Motive pentru diabet Tipul I

1. Predispozitie genetica ... Defecte genetice care duc la diabet pot fi realizate în celulele sistemului imunitar și în celulele β ale pancreasului. În celulele β sunt cunoscute aproximativ 20 de gene care contribuie la dezvoltarea diabetului de tip I. În 60-70% din cazuri, diabetul de tip I este asociat cu prezența genelor DR3, DR4 și DQ în cromozomul 6 al regiunii HLA.

2. Efectul asupra celulelor β ale virusurilor β-citotropice (variola, rubeola, rujeola, oreionul, coxsackie, adenovirusul, citomegalovirusul), chimice și alți diabetogeni .

Opțiunea 1

În prezența unui defect genetic, antigenele care se acumulează pe suprafața celulelor β au o secvență de aminoacizi similară cu virusurile β-citotropice.

În cazul infecției cu virusuri β-citotropice, se dezvoltă răspunsuri imune împotriva acestor virusuri și răspunsuri autoimune împotriva antigenelor similare ale celulelor β. Reacția are loc cu participarea monocitelor, limfocitelor T, anticorpilor la celulele β, insulină, glutamat decarboxilază (enzimă 64kDa, situată pe membrana celulelor β). Ca rezultat, reacțiile autoimune provoacă moartea celulelor β.

Opțiunea 2

Când virusurile β-citotropice sau diabetogenele acționează asupra celulelor β cu genotipul HLA, antigenele se modifică pe suprafața celulelor β.

Reacțiile autoimune se dezvoltă pe antigenele celulelor β modificate. Reacțiile autoimune provoacă moartea celulelor β.

Opțiunea 3

Virușii β-citotropi au o secvență de aminoacizi similară cu glutamat decarboxilazei celulelor β. Defectul genetic al limfocitelor CD8 + (supresori T) nu le permite să distingă secvența de aminoacizi a virusului și glutamat decarboxilazei, prin urmare, atunci când apare o infecție, limfocitele T reacționează la glutamat decarboxilaza celulelor β ca virus. .

Opțiunea 4

Unii virusuri β-citotropice și diabetogene chimice, de exemplu, derivații de nitrozuree, nitrozaminele, aloxanul infectează independent și selectiv celulele β, determinând liza acestora;

Etapele dezvoltării diabetului Tipul I

1.

2. Etapa de provocare a evenimentelor ... Infecția cu virusuri β-citotropice sau acțiunea diabetogenelor chimice. Se desfășoară fără simptome clinice;

3. Stadiul anomaliilor imunitare evidente ... Dezvoltarea reacțiilor autoimune mixte împotriva celulelor β. Resursele de insulină sunt suficiente. Se desfășoară fără simptome clinice. Se dezvoltă de la 2-3 luni la 2-3 ani;

4. Stadiul diabetului latent ... Moartea a 75% din celulele β, o scădere ușoară a insulinei, hiperglicemie în timpul testelor de efort, o scădere a proceselor autoimune. Se desfășoară fără simptome clinice;

5. Diabet evident ... Moartea celulelor β de 80-90%, scădere marcată a insulinei, hiperglicemie a jeun, răspunsuri autoimune lipsite sau ușoare. Apar simptome clinice. Se dezvoltă timp de 2 ani. Terapia cu insulină este necesară;

6. Diabet terminal ... Moartea completă a celulelor β, nevoia mare de terapie cu insulină, manifestările autoimune sunt reduse sau nu. Manifestări clinice pronunțate, apar angiopatii. Se dezvoltă până la 3,5 ani;

Modificări metabolice în diabet Tipul I

Cu diabetul de tip I, insulina dispare deoarece insulina este un inhibitor al secreției de glucagon, o creștere a glucagonului are loc în sânge.

Modificări ale metabolismului carbohidraților

În ficat, deficitul de insulină și excesul de glucagon stimulează reacțiile de gluconeogeneză, glicogenoliză și inhibă reacțiile de glicoliză, PFS și sinteza glicogenului. Ca urmare, în ficat este produsă mai multă glucoză decât este consumată.

Deoarece reacțiile de gluconeogeneză au loc prin ACA, acesta, format din PVC, aspartat și malat, este implicat activ în gluconeogeneză, în loc să fie inclus în TCA. Ca rezultat, TCA și DC sunt inhibate, formarea de ATP scade și deficit de energie .

În țesuturile dependente de insulină (mușchi, țesut adipos), deficitul de insulină împiedică intrarea glucozei în celule și utilizarea acesteia în reacțiile de glicoliză, PFS și sinteza glicogenului. Blocarea centrală de încălzire și distribuție provoacă, de asemenea, un deficit de energie.

O scădere a consumului de glucoză de către țesuturile dependente de insulină și o creștere a formării acesteia în ficat duce la hiperglicemie ... Când hiperglicemia depășește pragul de concentrație renală, apare glucozuria.

Glucozurie - prezența glucozei în urină. În mod normal, tubii proximali ai rinichilor reabsorb toată glucoza filtrată în glomeruli. Dacă nivelul glucozei din sânge depășește 9-10 mmol/L, glucoza nu are timp să fie complet reabsorbită din urina primară și este parțial excretată în urina secundară.

La pacienții cu diabet zaharat după masă, concentrația de glucoză din sânge poate ajunge la 300-500 mg/dl și se menține la un nivel ridicat în perioada post-absorbție, adică. toleranta redusa la glucoză.

Modificări ale metabolismului lipidelor

ATP, NADPH 2, deficitul de insulină și excesul de glucagon inhibă lipogeneza și măresc lipoliza în țesutul adipos. Ca urmare, crește concentrația de acizi grași liberi din sânge, care intră în ficat și sunt oxidați acolo la Acetil-CoA. AcetilCoA cu deficit de PAA nu poate fi inclus în TCA. Prin urmare, se acumulează și intră pe căi alternative: sinteza corpilor cetonici (acetoacetic, acid β-hidroxibutiric) și a colesterolului.

În mod normal, corpii cetonici sunt o sursă de energie pentru țesuturile aerobe, ei sunt transformați în AcetilCoA, care este oxidat în TCA. Deoarece TCA este blocat de deficiența de PAC, corpii cetonici se acumulează în sânge și cauzează cetonemie ... Cetonemia agravează deficitul de insulină prin suprimarea activității secretorii reziduale a celulelor β. Când cetonemia depășește pragul de concentrație renală (peste 20 mg/dL, uneori până la 100 mg/dL), apare cetonuria. cetonurie - prezența corpilor cetonici în urină.

În țesuturi, acidul acetoacetic este parțial decarboxilat în acetonă, al cărui miros vine de la pacienții cu diabet zaharat și se simte chiar și la distanță.

Lipoproteinele din sânge oferă substraturi pentru lipogeneza în țesuturi. Deficiența de insulină blochează lipogeneza în țesutul adipos, inhibă lipoprotein lipaza din vase, aceasta împiedicând descompunerea lipoproteinelor din sânge (în principal VLDL), ca urmare, acestea se acumulează, provocând hiperlipoproteinemie.

Modificări ale metabolismului proteinelor

Deficiența de energie, lipsa de insulină și excesul de glucagon duc la o scădere a ratei de sinteza a proteinelor în organism și la o creștere a descompunerii acestora, ceea ce crește concentrația de aminoacizi în sânge. Aminoacizii intră în ficat și sunt dezaminați în acizi ceto. Acizii ceto sunt implicați în gluconeogeneză, care crește hiperglicemia. Ureea este sintetizată activ din amoniac. O creștere a amoniacului din sânge, uree, aminoacizi cauze azotemie - creșterea concentrației de azot din sânge. Azotemia duce la azoturia - creșterea concentrației de azot în urină. Se dezvoltă un bilanţ negativ de azot. Catabolismul proteinelor duce la distrofie musculară și imunodeficiență secundară.

Modificări ale metabolismului apă-sare

Deoarece rinichii sunt limitati, concentrațiile mari de glucoză, corpi cetonici și uree nu au timp să fie reabsorbite din urina primară. Ele creează o presiune osmotică ridicată în urina primară, care împiedică reabsorbția apei în sânge și formarea urinei secundare. Acești pacienți se dezvoltă poliurie , excreția prin urină crește la 3-4 litri pe zi (în unele cazuri până la 8-9 litri). Pierderea apei provoacă sete constantă sau polidipsie ... Fără băutură frecventă, poliurie poate duce la deshidratat nii organism. Pierderea glucozei urinare exacerba deficiențele energetice, poate crește pofta de mâncare și polifagie ... Cu urina primară, unele componente minerale utile părăsesc organismul, ceea ce duce la o încălcare a metabolismului mineral.

Concentrațiile mari de glucoză, corpi cetonici și uree creează o presiune osmotică semnificativă în plasma sanguină, ceea ce contribuie la deshidratare tesaturi. Pe lângă apă, țesuturile pierd electroliți, în primul rând ioni K + Na+, C1-, HCO3-.

Modificarea schimbului de gaze tisulare

Deshidratarea generala a organismului cauzata de poliurie si deshidratarea tesuturilor duce la scaderea circulatiei periferice, scaderea fluxului sanguin cerebral si renal si hipoxie. Cauza hipoxiei este și glicozilarea Hb în Hb A 1 c, care nu transferă O 2 în țesuturi. Hipoxia duce la deficit de energie și acumulare în organism lactat .

Modificări ale echilibrului acido-bazic

Acumularea de corpi cetonici, lactat și pierderea valențelor alcaline în urină reduce capacitatea de tamponare a sângelui și provoacă acidoza .

Simptomele diabetului de tip I

Simptomele generale (sete, poliurie, prurit, tendință la infecție) sunt pronunțate. Slăbiciune generală, scădere în greutate, scăderea capacității de muncă, somnolență. Nu există obezitate. Creșterea apetitului cu cetoacidoză este înlocuită de anorexie. Se dezvoltă rapid, predispus la dezvoltarea comei cetoacidotice.

DIABET Tipul II

Diabetul de tip II este un grup de tulburări eterogene ale metabolismului carbohidraților. Diabetul zaharat de tip II nu este dependent de insulină, nu este predispus la comă cetoacidotică, nu are anticorpi la celulele β, nu este de natură autoimună și nu este asociat cu anumite fenotipuri HLA. Obezitate la 80%. Diabetul de tip II reprezintă aproximativ 85-90% din toate cazurile de diabet, afectează persoanele, de regulă, peste 40 de ani și se caracterizează printr-o frecvență ridicată a formelor familiale (riscul de diabet de tip II la cel mai apropiat pacient). rudele ajunge la 50%, în timp ce cu diabetul de tip I nu depășește 10%). Diabetul de tip II afectează în principal locuitorii țărilor dezvoltate, în special locuitorii urbani.

Există multe motive pentru diabetul de tip II. Diabetul de tip II se dezvoltă atunci când:

· Defecte genetice ale receptorilor de insulină, sensibilitatea acestora la insulină scade;

· Sinteza insulinei defecte cu activitate biologică scăzută (mutația genei insulinei: la poziția lanțului 24 B, în loc de phen, există leu);

• încălcarea conversiei proinsulinei în insulină;

• încălcarea secreției de insulină;

· Deteriorarea insulinei și a receptorilor săi de către anticorpi;

· Creșterea ratei catabolismului insulinei;

· Acțiunea hormonilor contrainsulari (creează hiperinsulinemie, care provoacă rezistență la insulină);

Încălcarea mecanismului sensibil la glucoză al celulelor b (mutații ale genei glucokinazei), etc.

Obezitatea este principalul factor provocator al diabetului de tip II.

Stadiile diabetului de tip II

1. Stadiul predispoziției genetice ... Există markeri genetici, nu există tulburări ale metabolismului carbohidraților. Poate dura o viață întreagă;

2. Stadiul diabetului latent ... Hiperglicemie în timpul testelor de efort. Se desfășoară fără simptome clinice de diabet;

3. Diabet evident ... Hiperglicemie a jeun. Apar simptome clinice.

Simptomele diabetului de tip II

Simptomele generale (sete, poliurie, prurit, tendinta de infectie) sunt moderate sau absente. Obezitatea este frecventă (la 80-90% dintre pacienți).

Modificări metabolice în diabetul de tip II

Deficitul relativ de insulină provoacă tulburări metabolice asemănătoare cu cele care apar în cazul deficitului absolut de insulină, dar aceste tulburări sunt mai puțin pronunțate, iar la 50% dintre pacienții cu obezitate și hiperglicemie moderată, diabetul de tip II este în general asimptomatic.

Spre deosebire de deficitul absolut de insulină, cu un deficit relativ de insulină, efectul insulinei rămâne asupra țesutului adipos, care are un conținut ridicat de receptori de insulină. Insulina din țesutul adipos stimulează lipogeneza, blochează lipoliza și eliberarea acizilor grași în sânge, prin urmare, cu diabetul de tip II, cetoacidoza nu este observată, greutatea corporală nu scade, ci dimpotrivă se dezvoltă obezitatea. Astfel, obezitatea, pe de o parte, este cel mai important factor de risc, iar pe de altă parte, una dintre manifestările precoce ale diabetului de tip II.

Deoarece sinteza insulinei nu este de obicei afectată, nivelurile ridicate de glucoză din sânge stimulează secreția de insulină din celulele β, provocând hiperinsulinemie ... O concentrație mare de insulină determină inactivarea și distrugerea receptorilor de insulină, ceea ce reduce toleranța tisulară la glucoză. Insulina nu mai poate normaliza glicemia, există rezistenta la insulina ... În același timp, un nivel ridicat de glucoză în sânge reduce sensibilitatea celulelor β la glucoză, ca urmare, prima fază a secreției de insulină este întârziată sau absentă.

În diabetul de tip II se observă hiperinsulinemie (80%), hipertensiune arterială (50%), hiperlipidemie (50%), ateroscleroză, neuropatie (15%) și nefropatie diabetică (5%).

Complicațiile diabetului

Complicații acute ale diabetului zaharat. Mecanisme de dezvoltare a comei diabetice

Complicațiile acute sunt specifice diabetului de tip I și tip II.

Deshidratarea țesutului cerebral în primul rând, precum și tulburările metabolice în țesutul nervos pot duce la dezvoltarea complicațiilor acute sub formă de comă. Comă aceasta este o afecțiune extrem de gravă caracterizată prin deprimarea profundă a sistemului nervos central, pierderea persistentă a conștienței și pierderea reacțiilor la stimuli externi de orice intensitate. Stările de comat din diabet se pot manifesta sub trei forme: cetoacidotic, hiperosmolar și acidotic lactic.

Comă cetoacidotică apare în diabetul de tip I, când concentrația de corpi cetonici crește peste 100 mg/dl (până la 400-500 mg/dl).

Hipercetonemia duce la:

1) acidoza, care blochează activitatea majorității enzimelor, în prima cale respiratorie, care determină hipoxie și scăderea sintezei ATP.

2) hiperosmolaritatea, care duce la deshidratarea țesuturilor și la perturbarea echilibrului apă-electrolitic, cu pierderea ionilor de potasiu, sodiu, fosfor, magneziu, calciu, bicarbonat.

Cu o anumită severitate, aceasta provoacă o comă cu scăderea tensiunii arteriale și dezvoltarea insuficienței renale acute.

Hipokaliemia rezultată duce la hipotensiune arterială a mușchilor netezi și striați, scăderea tonusului vascular, scăderea tensiunii arteriale, aritmii cardiace, hipotensiune a mușchilor respiratori cu dezvoltarea insuficienței respiratorii acute; atonia tractului gastrointestinal cu pareza stomacului și dezvoltarea obstrucției intestinale, se dezvoltă hipoxie severă. În cauza comună a mortalității, este de 2-4%.

Comă hiperosmolară caracteristic diabetului de tip II, se observă cu hiperglicemie mare. În majoritatea cazurilor, hiperglicemia ridicată este cauzată de o disfuncție renală concomitentă, este provocată de stres, traumatisme, deshidratare severă a organismului (vărsături, diaree, arsuri, pierderi de sânge etc.). O comă hiperosmolară se dezvoltă lent, pe parcursul mai multor zile, când o persoană este neajutorata (necompensată prin băutură), când conținutul de glucoză ajunge la 30-50 mmol/l.

Hiperglicemie favorizează poliuria, creează stare hiperosmotică care cheamă deshidratare țesuturi, ceea ce duce la o încălcare a echilibrului apă-electroliți.

O deshidratare ascuțită a corpului cu vărsături, diaree, pierderi de sânge pe fondul poliuriei și lipsa de băut duce la hipovolemie . Hipovolemie provoacă o scădere a tensiunii arteriale, îngroșarea sângelui, o creștere a vâscozității și a capacității sale de a formarea de trombi ... Încălcarea hemodinamicii duce la ischemie țesuturi, dezvoltarea hipoxiei, acumularea de lactat și deficit de energie. Ischemia renală duce la dezvoltarea insuficienței renale acute - anurie ... Anuria duce la acumularea de azot rezidual în sânge (amoniac, uree, aminoacizi), apare hiperazotemie ... Hipovolemia prin aldosteron reduce excreția urinară de NaCl, ceea ce provoacă hipernatremie și hipercloremia ... Hiperrazotemia, hipernatremia și hipercloremia cresc starea hiperosmotică și tulburarea echilibrului hidro-electrolitic.

Deficiența de energie și încălcarea echilibrului apă-electroliți împiedică formarea potențialului pe membrana neuronilor și conducerea impulsurilor nervoase în sistemul nervos central, ceea ce duce la dezvoltarea comei. Mortalitatea în comă hiperglicemică este de 50%.

Comă de acidoză lactică caracteristic diabetului de tip II, apare odata cu acumularea de lactat . În prezența acidului lactic, sensibilitatea receptorilor adrenergici la catecolamine scade brusc, se dezvoltă șoc ireversibil. Apare coagulopatia metabolică, manifestată prin sindrom de coagulare intravasculară diseminată, tromboză periferică, tromboembolism (infarct miocardic, accident vascular cerebral).

Acidoza cu exces de corpi cetonici și lactat îngreunează revenirea oxigenului Hb în țesut (hipoxie), blochează activitatea majorității enzimelor, în primul rând, sinteza ATP, transportul activ și crearea gradienților membranari sunt suprimate, care în ţesutul nervos inhibă conducerea impulsurilor nervoase şi provoacă comă.

Complicații tardive ale diabetului

Complicațiile tardive ale diabetului sunt nespecifice (apar cu diferite tipuri de diabet), acestea includ:

1.macroangiopatie (ateroscleroza arterelor mari);

2. nefropatie;

3. retinopatie;

4. neuropatie;

5. sindromul piciorului diabetic.

Principala cauză a complicațiilor tardive ale diabetului zaharat este hiperglicemia, hiperlipidemia și hipercolesterolemia. Acestea duc la deteriorarea vaselor de sânge și la disfuncția diferitelor organe și țesuturi prin glicozilare a proteinelor, formarea de sorbitol și activarea aterosclerozei.

1. Neenzimatice glicos liratie proteine . Glucoza interacționează cu grupurile amino libere ale proteinelor pentru a forma baze Schiff, în timp ce proteinele își schimbă conformația și funcția. Gradul de glicozilare al proteinelor depinde de rata de reînnoire a acestora și de concentrația de glucoză.

În timpul glicozilării cristalinelor - proteine ​​ale cristalinului, acestea formează agregate multimoleculare care cresc puterea de refracție a cristalinului. Transparența lentilei scade, devine tulbure sau cataractă .

În timpul glicozilării proteinelor (proteoglicani, colageni, glicoproteine) ale membranelor bazale, schimbul, raportul și organizarea structurală a acestora sunt perturbate, membranele bazale se îngroașă și se dezvoltă angiopatii .

Macroangiopatie se manifestă în leziuni ale vaselor mari și medii ale inimii, creierului și extremităților inferioare. Proteinele glicozilate ale membranelor bazale și ale matricei extracelulare (colagen și elastina) reduc elasticitatea arterelor. Glicozilarea în combinație cu hiperlipidemia medicamentelor glicozilate și hipercolesterolemia este motivul activării aterosclerozei.

Microangiopatii- rezultatul deteriorării capilarelor și vaselor mici. Se manifestă sub formă de nefro-, neuro- și retinopatie.

Nefropatie se dezvoltă la aproximativ o treime dintre pacienții cu diabet. Un semn al stadiilor incipiente ale nefropatiei este microalbuminuria (în interval de 30-300 mg / zi), care se dezvoltă în continuare până la sindromul nefrotic clasic caracterizat prin proteinurie ridicată, hipoalbuminemie și edem.

retinopatie, cea mai gravă complicație a diabetului zaharat și cea mai frecventă cauză a orbirii, se dezvoltă la 60-80% dintre pacienții cu diabet. În stadiile incipiente, se dezvoltă retinopatia bazală, care se manifestă prin hemoragii retiniene, vasodilatație retiniană și edem. Dacă macula nu este afectată, pierderea vederii de obicei nu are loc. În viitor, se poate dezvolta retinopatie proliferativă, manifestată în neoplasmul vaselor retinei și corpului vitros. Fragilitatea și permeabilitatea ridicată a vaselor nou formate determină hemoragii frecvente la nivelul retinei sau corpului vitros. La locul cheagurilor de sânge se dezvoltă fibroza, ceea ce duce la detașarea retinei și pierderea vederii.

2. Transformarea glucozei în sorbitol . Cu hiperglicemie, acest proces este accelerat. Reacția este catalizată de aldozo reductază. Sorbitolul nu este utilizat în celulă, iar rata de difuzie a acestuia din celule este scăzută. În cazul hiperglicemiei, sorbitolul se acumulează în retina și cristalinul ochiului, celulele glomerulilor rinichilor, celulele Schwann, în endoteliu. Sorbitolul în concentrații mari este toxic pentru celule, duce la creșterea presiunii osmotice, umflarea celulelor și edem tisulare. Odată cu acumularea de sorbitol în cristalin, aceasta duce la umflarea și perturbarea structurii ordonate a cristalinelor, în urma căreia cristalinul devine tulbure.

Diagnosticul diabetului zaharat

Diagnosticul diabetului zaharat se bazează pe simptomele clasice ale diabetului zaharat - poliurie, polidipsie, polifagie, gură uscată.

Semnele biochimice ale diabetului zaharat sunt:

Glicemia a jeun în sângele capilar este mai mare de 6,1 mmol / L;

Un nivel de peptide C a jeun mai mic de 0,4 mmol/L este un semn al diabetului de tip I.

Testul glucagonului. Pe stomacul gol, se determină concentrația de C-peptidă (în mod normal > 0,6 mmol/l), apoi se injectează intravenos 1 mg glucagon, după 6 minute se determină concentrația de C-peptidă (în mod normal > 1,1 mmol/l) .

Prezența glucozuriei (determinată pentru controlul tratamentului);

Testul de toleranță la glucoză (GTT) se efectuează în absența simptomelor clinice ale diabetului zaharat, când concentrația glicemiei a jeun este normală. Semn de diabet - nivelul de glucoză din plasma sanguină este mai mare de 11,1 mmol / L la 2 ore după încărcătura de zahăr;

Pentru a evalua compensarea SD, determinați:

În mod normal, nivelul hemoglobinei glicozilate HbA 1c nu este mai mare de 6% din conținutul total de Hb, cu diabet zaharat compensat HbA 1c< 8,5%;

Albuminurie. Albumină normală în urină< 30 мг/сут. При сахарном диабете до 300 мг/сут.

Deoarece diabetul de tip II se dezvoltă mult mai lent, simptomele clinice clasice, hiperglicemia și deficitul de insulină sunt diagnosticate mai târziu, adesea în combinație cu simptomele complicațiilor tardive ale diabetului zaharat.

Tratamentul diabetului zaharat

Tratamentul diabetului zaharat depinde de tipul acestuia (I sau II), este complex și include dietă, utilizarea medicamentelor reducătoare de zahăr, terapia cu insulină, precum și prevenirea și tratamentul complicațiilor.

Medicamentele care scad zahărul sunt împărțite în două grupe principale: derivați de sulfoniluree și biguanide.

Droguri sulfoniluree blochează canalele K + sensibile la ATP, ceea ce crește concentrația intracelulară de K + și duce la depolarizarea membranei. Depolarizarea membranei accelerează transportul ionilor de calciu în celulă, drept urmare secreția de insulină este stimulată.

Biguanide crește numărul de transportatori de glucoză GLUT-4 pe suprafața membranei țesutului adipos și a celulelor musculare.

Terapia cu insulină este obligatorie pentru diabetul de tip I (1-4 injecții pe zi), pentru diabetul de tip II insulina este uneori prescrisă pentru un control mai bun al diabetului, precum și cu dezvoltarea deficienței secundare absolute de insulină 10-15 ani mai târziu.

Metodele promițătoare de tratare a diabetului zaharat includ următoarele: transplantul de insulițe pancreatice sau de celule p izolate, transplantul de celule reconstruite genetic și stimularea regenerării insulelor pancreatice.

În ambele tipuri de diabet, dieta este esențială. Se recomandă o dietă bine echilibrată: ponderea carbohidraților ar trebui să reprezinte 50-60% din aportul total de calorii (excepția ar trebui să fie carbohidrații ușor digerabili, berea, băuturile alcoolice, siropurile, prăjiturile etc.); ponderea proteinelor - 15-20%; ponderea tuturor grăsimilor - nu mai mult de 25-30%. Mâncarea trebuie luată de 5-6 ori pe zi.

Literatură:

I.I. Dedov., G.A. Melnichenko, V.V. Fadeev. Endocrinologie. Moscova .: „Medicina”. 2000

GOU VPO UGMA Roszdrav

Departamentul de Biochimie

sunt de acord

Cap departament prof., d.m.s.

Meshchaninov V.N.

_____''_____________ 2007

PRELEGERE Nr. 7

Subiect: Digestia și absorbția carbohidraților. Metabolismul glicogenului

Facultăți: tratament-și-profilactic, medico-profilactic, pediatrie.

Carbohidrați Sunt alcooli polihidroxici care conțin o grupare oxo.

După numărul de monomeri, toți carbohidrații sunt împărțiți în: mono-, di-, oligo- și polizaharide.

Monozaharidele după poziția grupului oxo sunt împărțite la aldoză și cetoză.

După numărul de atomi de carbon, monozaharidele se împart în trioze, tetroze, pentoze, hexoze etc.

Funcțiile carbohidraților

Monozaharide- carbohidrați care nu sunt hidrolizați în carbohidrați mai simpli.

Monozaharide:

îndeplinesc o funcție energetică (formarea ATP).

îndeplinesc o funcție plastică (participă la formarea de di-, oligo-, polizaharide, aminoacizi, lipide, nucleotide).

îndeplinesc o funcție de detoxifiere (derivați de glucoză, glucuronide, sunt implicați în detoxifierea metaboliților toxici și a xenobioticelor).

sunt fragmente de glicolipide (cerebrozide).

dizaharide- carbohidrati, care se hidroliza in 2 monozaharide. La om se formează doar 1 dizaharidă - lactoza. Lactoza este sintetizată în timpul alăptării în glandele mamare și se găsește în lapte. Ea:

este o sursă de glucoză și galactoză pentru nou-născuți;

participă la formarea microflorei normale la nou-născuți.

Oligozaharide- carbohidrati, care se hidroliza in 3 - 10 monozaharide.

Oligozaharidele sunt fragmente de glicoproteine ​​(enzime, proteine ​​transportoare, proteine ​​receptore, hormoni), glicolipide (globozide, gangliozide). Ele formează un glicocalix pe suprafața celulei.

Polizaharide- carbohidrați care sunt hidrolizați în 10 sau mai multe monozaharide. Homopolizaharidele îndeplinesc o funcție de stocare (glicogenul este o formă de stocare a glucozei). Heteropolizaharidele (GAG) sunt o componentă structurală a substanței intercelulare (sulfați de condroitină, acid hialuronic), sunt implicate în proliferarea și diferențierea celulelor și previn coagularea sângelui (heparină).

Carbohidrați alimentari, norme și principii de raționalizare a cerințelor nutriționale zilnice. Rolul biologic.

Hrana umana contine in principal polizaharide - amidon, celuloza vegetala, intr-o cantitate mai mica - glicogen animal. Plantele sunt o sursa de zaharoza, in special sfecla de zahar, trestia de zahar.Lactoza provine din laptele de mamifere (in laptele de vaca pana la 5% lactoza, in laptele uman - pana la 8%). Fructele, mierea, sucurile conțin cantități mici de glucoză și fructoză. Maltoza se găsește în malț, bere.

Carbohidrații din alimente sunt pentru organismul uman în principal o sursă de monozaharide, în principal glucoză. Unele polizaharide: celuloza, substanțele pectinice, dextranii, practic nu sunt digerate la om, îndeplinesc funcția de sorbent în tractul gastrointestinal (elimină colesterolul, acizii biliari, toxinele etc.), sunt necesare pentru a stimula motilitatea intestinală și formarea. a microflorei normale.

Carbohidrații sunt o componentă indispensabilă a alimentelor, ei reprezintă 75% din masa dietei și asigură mai mult de 50% din necesarul de calorii. La un adult, necesarul zilnic de carbohidrați este de 400 g/zi, pentru celuloză și pectină până la 10-15 g/zi. Se recomanda consumul de polizaharide mai complexe si mai putine monozaharide.

Digestia carbohidraților

Digestie este procesul de hidroliză a substanţelor la formele lor asimilabile. Digestia are loc: 1). Intracelular (în lizozomi); 2). Extracelular (în tractul gastrointestinal): a). cavitate (la distanță); b). parietal (de contact).

Digestia carbohidraților în gură(cavitate)

În cavitatea bucală, alimentele sunt zdrobite prin mestecare și umezite cu salivă. Saliva este 99% apă și are de obicei un pH de 6,8. Endoglicozidaza este prezentă în salivă α -amilaza ( α -1,4-glicozidaza), scindarea legăturilor interne α-1,4-glicozidice din amidon cu formarea de fragmente mari - dextrine și o cantitate mică de maltoză și izomaltoză. Necesită Cl - ion.

Digestia carbohidraților în stomac(cavitate)

Acțiunea amilazei salivare încetează într-un mediu acid (pH

Digestia carbohidraților în intestinul subțire(cavitate si parietale)

În duoden, conținutul acid al stomacului este neutralizat de sucul pancreatic (pH 7,5-8,0 din cauza bicarbonaților). Cu suc pancreatic, intră în intestine pancreatic α - amilază ... Această endoglicozidază hidrolizează legăturile interne α-1,4-glicozidice din amidon și dextrine pentru a forma maltoză (2 reziduuri de glucoză legate printr-o legătură α-1,4-glicozidică), izomaltoză (2 reziduuri de glucoză legate printr-o legătură α-1,6-). legătură glicozidică) și oligozaharide care conțin 3-8 resturi de glucoză legate prin legături α-1,4- și α-1,6-glicozidice.

Digestia maltozei, izomaltozei și oligozaharidelor are loc sub acțiunea unor enzime specifice - exoglicozidaze, care formează complexe enzimatice. Aceste complexe sunt situate pe suprafața celulelor epiteliale ale intestinului subțire și efectuează digestia parietală.

Complexul de zahăr izomaltază constă din 2 peptide, are o structură de domeniu. Peptida citoplasmatică, transmembranară, se formează din prima peptidă (fixează complexul pe membrana enterocitelor) și leagă domenii și subunitatea izomaltazei. Din al doilea, subunitatea zaharazei. Subunitatea zahărului hidrolizează legăturile α-1,2-glicozidice în zaharoză, izo subunitatea maltazei - legături α-1,6-glicozidice în izomaltoză, legături α-1,4-glicozidice în maltoză și maltotrioză. Există mult complex în jejun, mai puțin în părțile proximale și distale ale intestinului.

Complexul de glicoamilază conține două subunități catalitice cu ușoare diferențe în specificitatea substratului. Hidrolizează legăturile α-1,4-glicozidice în oligozaharide (de la capătul reducător) și în maltoză. Cea mai mare activitate este în părțile inferioare ale intestinului subțire.

complex de β-glicozidază (lactază) glicoproteina, hidrolizează legăturile β-1,4-glicozidice din lactoză. Activitatea lactază depinde de vârstă. La făt este crescută mai ales în etapele târzii ale sarcinii și se menține la un nivel ridicat până la vârsta de 5-7 ani. Apoi activitatea lactază scade, reprezentând 10% din nivelul de activitate tipic copiilor la adulți.

Trehalase complex de glicozidază, hidrolizează legăturile α-1,1-glicozidice dintre glucoză din trehaloză - dizaharidă fungică.

Digestia carbohidraților se termină cu formarea de monozaharide - în principal glucoză, se formează mai puțină fructoză și galactoză și cu atât mai puțin - manoză, xiloză și arabinoză.

Absorbția carbohidraților

Monozaharidele sunt absorbite de celulele epiteliale ale jejunului și ileonului. Transportul monozaharidelor în celulele mucoasei intestinale se poate realiza prin difuzie (riboză, xiloză, arabinoză), difuzie facilitată folosind proteine ​​purtătoare (fructoză, galactoză, glucoză) și prin transport secundar activ (galactoză, glucoză). Transportul secundar activ al galactozei și glucozei din lumenul intestinal la enterocit este efectuat de simptomul cu Na +. Prin intermediul proteinei purtătoare, Na + se mișcă de-a lungul gradientului său de concentrație și poartă carbohidrații cu el împotriva gradientului lor de concentrație. Gradientul de concentrație Na + este creat de Na + / K + -ATPaza.

La o concentrație scăzută de glucoză în lumenul intestinal, aceasta este transportată în enterocit numai prin transport activ, la o concentrație mare - prin transport activ și difuzie facilitată. Viteza de absorbție: galactoză> glucoză> fructoză> alte monozaharide. Monozaharidele sunt eliberate din enterocite către capilarele sanguine prin difuzie facilitată prin proteinele purtătoare.

Digestie afectată și absorbție a carbohidraților

Se numește digestia și absorbția insuficientă a alimentelor digerate malabsorbție ... Există două tipuri de cauze ale malabsorbției carbohidraților:

1). Defecte ereditare și dobândite ale enzimelor implicate în digestie... Sunt cunoscute defecte ereditare ale complexului de lactază, α-amilază, zaharoză-izomaltază. Fără tratament, aceste patologii sunt însoțite de disbioză cronică și dezvoltarea fizică afectată a copilului.

Tulburările digestive dobândite pot fi observate în afecțiunile intestinale, precum gastrite, colite, enterite, după intervenții chirurgicale la nivelul tractului gastrointestinal.

Deficitul de lactază la adulți poate fi asociat cu o scădere a expresiei genei lactază, care se manifestă prin intoleranță la lapte - se observă vărsături, diaree, crampe și dureri abdominale, flatulență. Frecvența acestei patologii în Europa este de 7-12%, în China - 80%, în Africa - până la 97%.

2). Deteriorarea absorbției monozaharidelor în intestin.

Malabsorbția poate rezulta dintr-un defect al oricărei componente implicate în transportul monozaharidelor prin membrană. Sunt descrise patologii asociate cu un defect al proteinei transportoare de glucoză dependentă de sodiu.

Sindromul de malabsorbție este însoțit de diaree osmotică, peristaltism crescut, spasme, durere și flatulență. Diareea este cauzată de dizaharide neclivate sau monozaharide neabsorbite în intestinul distal, precum și de acizi organici formați de microorganisme în timpul descompunerii incomplete a carbohidraților.

Transportul glucozei din sânge la celule

Glucoza intră în celule din fluxul sanguin prin difuzie facilitată cu ajutorul proteinelor purtătoare – GLUTURI. Transportatorii de glucoză GLUT sunt bazați pe domenii și se găsesc în toate țesuturile. Există 5 tipuri de GLUTES:

GLUT-1 - în principal în creier, placentă, rinichi, intestin gros;

GLUT-2 - în principal în ficat, rinichi, celule β ale pancreasului, enterocite, este prezent în eritrocite. Are un Km mare;

GLUT-3 - în multe țesuturi, inclusiv creier, placentă, rinichi. Are o afinitate mai mare pentru glucoză decât GLUT-1;

GLUT-4 - dependent de insulină, în muşchi (scheletici, cardiaci), ţesutul adipos;

GLUT-5 - mult în celulele intestinului subțire, este un purtător de fructoză.

GLUTIILE, în funcție de tip, pot fi întâlnite în principal atât în ​​membrana plasmatică, cât și în veziculele citosolice. Transferul transmembranar de glucoză are loc numai atunci când GLUT-urile sunt prezente în membrana plasmatică. Încorporarea GLUT în membrana din veziculele citosolice are loc sub acțiunea insulinei. Odată cu scăderea concentrației de insulină din sânge, acești GLUTI se mută din nou în citoplasmă. Țesuturile în care GLUT fără insulină se află aproape în întregime în citoplasma celulelor (GLUT-4 și într-o măsură mai mică GLUT-1) sunt dependente de insulină (mușchi, țesut adipos) și țesuturi în care GLUT-urile sunt localizate predominant în plasmă. membrana (GLUT- 3) - non-insulinodependenta.

Sunt cunoscute diverse nereguli în activitatea GLUT-urilor. Un defect moștenit al acestor proteine ​​poate sta la baza diabetului zaharat non-insulino-dependent.

Metabolizarea monozaharidelor în celulă

După absorbția în intestin, glucoza și alte monozaharide intră în vena portă și mai departe în ficat. Monosaharidele din ficat sunt transformate în glucoză sau produse ale metabolismului acesteia. O parte din glucoză din ficat este depusă sub formă de glicogen, o parte merge la sinteza de noi substanțe, iar o parte prin fluxul sanguin este trimisă către alte organe și țesuturi. În același timp, ficatul menține concentrația de glucoză din sânge la un nivel de 3,3-5,5 mmol / l.

Fosforilarea și defosforilarea monozaharidelor

În celule, glucoza și alte monozaharide care utilizează ATP sunt fosforilate în esteri fosforici: glucoză + ATP → glucoză-6f + ADP. Pentru hexoze, această reacție ireversibilă este catalizată de o enzimă hexokinaza , care are izoforme: în mușchi - hexokinaza II, în ficat, rinichi și celulele β ale pancreasului - hexokinaza IV (glucokinaza), în celulele țesuturilor tumorale - hexokinaza III. Fosforilarea monozaharidelor duce la formarea de compuși reactivi (reacție de activare), care nu pot părăsi celula deoarece nu există proteine ​​purtătoare corespunzătoare. Fosforilarea reduce cantitatea de glucoză liberă din citoplasmă, ceea ce facilitează difuzia acesteia din sânge în celule.

Hexokinaza II fosforilează D-glucoza, iar cu o rată mai mică, alte hexoze. Cu o afinitate mare pentru glucoză (Km

Glucokinaza (hexokinaza IV) are o afinitate scăzută pentru glucoză (Km - 10 mmol/l), este activă în ficat (și rinichi) cu o creștere a concentrației de glucoză (în timpul digestiei). Glucokinaza nu este inhibată de glucoză-6-fosfat, care permite ficatului să elimine excesul de glucoză din sânge fără restricții.

Glucozo-6-fosfataza catalizează scindarea ireversibilă a grupării fosfat printr-o cale hidrolitică în EPR: Glucoză-6-f + H 2 O → Glucoză + H 3 PO 4, este prezentă numai în ficat, rinichi și celulele epiteliale intestinale. Glucoza rezultată este capabilă să difuzeze din aceste organe în sânge. Astfel, glucoza-6-fosfataza hepatică și renală poate crește nivelul scăzut de glucoză din sânge.

Biochimie Carte >> Medicina, sanatate

Lucru de control Sam. Muncă prelegeri exerciţii de laborator 7 34 34 ... efuziune. 6. Clinic biochimie boli rinichi Studiu de funcții rinichi. Biochimie urină. Formarea și ... tulburări metabolice ale aminoacizilor, lipidelor, carbohidrați, țesut conjunctiv. Abordari ...

Carbohidrații reprezintă un grup mare de substanțe organice care, împreună cu proteinele și grăsimile, formează baza corpului uman și animal. Carbohidrații sunt prezenți în fiecare celulă a corpului și îndeplinesc o varietate de funcții. Moleculele mici de carbohidrați, în principal glucoza, pot călători în tot corpul și pot îndeplini funcții energetice. Moleculele mari de carbohidrați nu se mișcă și în principal îndeplinesc o funcție de construcție. O persoană extrage doar molecule mici din alimente, deoarece numai ele pot fi absorbite în celulele intestinale. Organismul trebuie să construiască singur molecule mari de carbohidrați. Setul tuturor reacțiilor pentru descompunerea carbohidraților din alimente în glucoză și sinteza de noi molecule din aceasta, precum și numeroase alte transformări ale acestor substanțe în organism, se numesc metabolismul carbohidraților în biochimie.

Clasificare

În funcție de structură, se disting mai multe grupe de carbohidrați.

Monozaharidele sunt molecule mici care nu sunt descompuse în tractul digestiv. Acestea sunt glucoza, fructoza, galactoza.

Dizaharidele sunt molecule mici de carbohidrați care sunt descompuse în două monozaharide în tractul digestiv. De exemplu, lactoza - pentru glucoza si galactoza, zaharoza - pentru glucoza si fructoza.

Polizaharidele sunt molecule mari formate din sute de mii de reziduuri de monozaharide (în principal glucoză) legate între ele. Este amidon, glicogen din carne.

Carbohidrați și diete

Timpul de descompunere a polizaharidelor în tractul digestiv este diferit, în funcție de capacitatea acestora de a se dizolva în apă. Unele polizaharide sunt descompuse rapid în intestin. Apoi, când se degradează, intră rapid în sânge. Astfel de polizaharide sunt numite „rapide”. Altele se dizolvă mai rău în mediul apos al intestinului, prin urmare se descompun mai lent, iar glucoza intră în sânge mai încet. Astfel de polizaharide sunt numite „lent”. Unele dintre aceste elemente nu sunt deloc descompuse în intestine. Se numesc fibre alimentare insolubile.

De obicei, denumirea de „carbohidrați lenți sau rapizi” nu înseamnă polizaharidele în sine, ci alimentele care le conțin în cantități mari.

Lista carbohidraților - rapid și lent, este prezentată în tabel.

Carbohidrați rapizi	Carbohidrați lenți
cartofi prăjiți	Pâine de tărâțe
pâine albă	Boabele de orez neprelucrate
Piure de cartofi	Mazăre
Miere	Cereale
Morcov	Hrişcă
Fulgi de porumb	Pâine cu tărâțe de secară
Zahăr	Suc de fructe proaspat stors fara zahar
Muesli	Paste integrale
Ciocolată	fasole roșie
Cartofi fierți	Lactate
Biscuit	Fructe proaspete
Porumb	ciocolată amară
orez alb	Fructoză
Paine neagra	Soia
Sfeclă	Legume verzi, rosii, ciuperci
Banane	-
Gem	-

Atunci când alege alimente care să compună o dietă, un nutriționist se bazează întotdeauna pe o listă de carbohidrați rapizi și lenți. Postul atunci când este combinat cu grăsimi într-un singur aliment sau masă duce la depunerea grăsimilor. De ce? Creșterea rapidă a glucozei din sânge stimulează producția de insulină, care asigură organismului un aport de glucoză, inclusiv modul în care formează grăsime. Ca urmare, atunci când mănânci prăjituri, înghețată, cartofi prăjiți, se îngrașă foarte repede.

Digestie

Din punct de vedere al biochimiei, metabolismul carbohidraților are loc în trei etape:

• Digestia Începe în gură în timpul procesului de mestecare a alimentelor.
• Metabolismul propriu-zis al carbohidraților.
• Formarea produselor finite de schimb.

Carbohidrații sunt baza dietei umane. Conform formulei de nutriție rațională, în compoziția alimentelor ar trebui să existe de 4 ori mai multe decât proteine ​​sau grăsimi. Nevoia de carbohidrați este individuală, dar, în medie, o persoană are nevoie de 300-400 g pe zi. Dintre acestea, aproximativ 80% este amidon în compoziția cartofilor, pastelor, cerealelor și 20% - carbohidrați rapizi (glucoză, fructoză).

Metabolismul carbohidraților în organism începe și în cavitatea bucală. Aici, enzima salivară amilaza acționează asupra polizaharidelor - amidon și glicogen. Amilaza hidrolizează (descompune) polizaharidele în fragmente mari - dextrine, care intră în stomac. Nu există enzime care să acționeze asupra carbohidraților, așa că dextrinele din stomac nu se modifică în niciun fel și trec mai departe de-a lungul tubului digestiv, pătrunzând în intestinul subțire. Aici mai multe enzime acționează asupra carbohidraților. Amilaza sucului pancreatic hidrolizează dextrinele la maltoză dizaharidă.

Celulele intestinului însuși sunt secretate. Enzima maltaza hidrolizează maltoza în glucoză monozaharidă, lactază - lactoză în glucoză și galactoză, zaharoza - zaharoză în glucoză și fructoză. Monozele rezultate sunt absorbite din intestin în sânge și prin vena portă intră în ficat.

Rolul ficatului în metabolismul carbohidraților

Acest organ asigură menținerea unui anumit nivel de glucoză în sânge prin reacțiile de sinteză și descompunere a glicogenului.

În ficat au loc reacții de interconversie a monozaharidelor - fructoza și galactoza sunt transformate în glucoză, iar glucoza poate fi transformată în fructoză.

În acest organ au loc reacțiile de gluconeogeneză - sinteza glucozei din precursori non-carbohidrați - aminoacizi, glicerol, acid lactic. Tot aici se neutralizeaza hormonul insulina cu ajutorul enzimei insulinaza.

Metabolismul glucozei

Glucoza joacă un rol cheie în biochimia metabolismului carbohidraților și în metabolismul general al organismului, deoarece este principala sursă de energie.

Nivelul glucozei din sânge este constant și este de 4 - 6 mmol / l. Principalele surse ale acestui element în sânge sunt:

• Carbohidrați alimentari.
• Glicogenul hepatic.
• Aminoacizi.

Glucoza este consumată în organism pentru:

• generare de energie,
• sinteza glicogenului în ficat și mușchi,
• sinteza aminoacizilor,
• sinteza grăsimilor.

Sursă naturală de energie

Glucoza este o sursă universală de energie pentru toate celulele corpului. Energia este necesară pentru a vă construi propriile molecule, contracția musculară și producerea de căldură. Secvența reacțiilor de conversie a glucozei care duc la eliberarea de energie se numește glicoliză. Reacțiile de glicoliză pot avea loc în prezența oxigenului, atunci vorbim de glicoliză aerobă, sau în condiții anoxice, atunci procesul este anaerob.

În timpul procesului anaerob, o moleculă de glucoză este transformată în două molecule de acid lactic (lactat) și este eliberată energie. Glicoliza anaerobă oferă puțină energie: dintr-o moleculă de glucoză se obțin două molecule de ATP - o substanță ale cărei legături chimice acumulează energie. Această metodă de obținere a energiei este utilizată pentru munca pe termen scurt a mușchilor scheletici - de la 5 secunde la 15 minute, adică în timp ce mecanismele de alimentare cu oxigen a mușchilor nu au timp să se pornească.

În timpul reacțiilor de glicoliză aerobă, o moleculă de glucoză este transformată în două molecule de acid piruvic (piruvat). Procesul, ținând cont de consumul de energie pentru propriile reacții, dă 8 molecule de ATP. Piruvatul intră în reacții de oxidare ulterioare - decarboxilarea oxidativă și ciclul citratului (ciclul Krebs, ciclul acidului tricarboxilic). Ca rezultat al acestor transformări, sunt eliberate 30 de molecule de ATP per moleculă de glucoză.

Metabolismul glicogenului

Funcția glicogenului este de a stoca glucoza în celulele unui organism animal. Amidonul îndeplinește aceeași funcție în celulele vegetale. Glicogenul este uneori denumit amidon animal. Ambele substanțe sunt polizaharide construite din reziduuri repetitive de glucoză. Molecula de glicogen este mai ramificată și mai compactă decât molecula de amidon.

Procesele metabolice ale glicogenului carbohidrat din organism sunt intense în special în ficat și mușchii scheletici.

Glicogenul este sintetizat în decurs de 1-2 ore după masă, când nivelurile de glucoză din sânge sunt ridicate. Pentru formarea unei molecule de glicogen, este necesar un primer - un primer format din mai multe reziduuri de glucoză. Noile reziduuri sub formă de UTP-glucoză sunt atașate secvenţial la capătul primerului. Când lanțul crește 11-12 reziduuri, este atașat un lanț lateral de 5-6 fragmente din aceleași. Acum, lanțul care se extinde de la primer are două capete - două puncte de creștere ale moleculei de glicogen. Această moleculă se va lungi și ramifica de multe ori atâta timp cât rămâne o concentrație mare de glucoză în sânge.

Intre mese, glicogenul se descompune (glicogenoliza) pentru a elibera glucoza.

Obținut în timpul descompunerii glicogenului hepatic, intră în fluxul sanguin și este utilizat pentru nevoile întregului organism. Glucoza, obținută din descompunerea glicogenului în mușchi, este cheltuită doar pentru nevoile mușchilor.

Formarea glucozei din precursori non-carbohidrați - gluconeogeneză

Corpul are suficientă energie stocată sub formă de glicogen doar pentru câteva ore. După o zi de post, această substanță nu rămâne în ficat. Prin urmare, cu diete fără carbohidrați, înfometare completă sau muncă fizică prelungită, nivelul normal de glucoză din sânge este menținut datorită sintezei sale din precursori non-carbohidrați - aminoacizi, glicerina acidului lactic. Toate aceste reacții apar în principal în ficat, precum și în rinichi și mucoasa intestinală. Astfel, procesele de metabolism al carbohidraților, grăsimilor și proteinelor sunt strâns legate între ele.

Glucoza este sintetizată din aminoacizi și glicerină în timpul postului. În absența alimentelor, țesuturile la aminoacizi, grăsimile la acizi grași și glicerina.

Din acidul lactic, glucoza este sintetizată după o activitate fizică intensă, când se acumulează în cantități mari în mușchi și ficat în timpul glicolizei anaerobe. Din mușchi, acidul lactic este transferat în ficat, unde din acesta este sintetizată glucoza, care este returnată mușchilor care lucrează.

Reglarea metabolismului carbohidraților

Acest proces este realizat de sistemul nervos, sistemul endocrin (hormoni) si la nivel intracelular. Sarcina reglementării este de a asigura un nivel stabil de glucoză din sânge. Dintre hormonii care reglează metabolismul carbohidraților, principalii sunt insulina și glucagonul. Ele sunt produse în pancreas.

Sarcina principală a insulinei în organism este de a reduce nivelul de glucoză din sânge. Acest lucru se poate realiza în două moduri: prin creșterea pătrunderii glucozei din sânge în celulele corpului și prin creșterea utilizării acesteia în acestea.

1. Insulina asigură pătrunderea glucozei în celulele anumitor țesuturi - mușchi și grăsimi. Ele sunt numite dependente de insulină. Glucoza intră în creier, țesut limfatic, eritrocite fără participarea insulinei.
2. Insulina îmbunătățește utilizarea glucozei de către celule prin:

• Activarea enzimelor glicolizei (glucokinaza, fosfofructokinaza, piruvat kinaza).
• Activarea sintezei glicogenului (prin îmbunătățirea conversiei glucozei în glucoză-6-fosfat și stimularea glicogen sintetazei).
• Inhibarea enzimelor gluconeogenezei (piruvat carboxilază, glucozo-6-fosfatază, fosfoenolpiruvat carboxikinaza).
• Întărirea includerii glucozei în ciclul pentozo-fosfatului.

Toți ceilalți hormoni care reglează metabolismul carbohidraților sunt glucagonul, adrenalina, glucocorticoizii, tiroxina, hormonul de creștere, ACTH. Acestea cresc nivelul de glucoză din sânge. Glucagonul activează descompunerea glicogenului în ficat și sinteza glucozei din precursori non-carbohidrați. Epinefrina activează descompunerea glicogenului în ficat și mușchi.

Tulburări de schimb. Hipoglicemie

Cele mai frecvente tulburări ale metabolismului carbohidraților sunt hipoglicemia și hiperglicemia.

Hipoglicemia este o afecțiune a organismului cauzată de un nivel scăzut al glucozei din sânge (sub 3,8 mmol/l). Motivele pot fi: o scădere a fluxului acestei substanțe în sânge din intestine sau ficat, o creștere a utilizării acesteia de către țesuturi. Hipoglicemia poate fi cauzată de:

• Patologia ficatului - o încălcare a sintezei glicogenului sau a sintezei glucozei din precursori non-carbohidrați.
• Foamete de carbohidrați.
• Patologia rinichilor - afectarea reabsorbției glucozei din urina primară.
• Tulburări digestive - patologii ale defalcării carbohidraților din alimente sau ale procesului de absorbție a glucozei.
• Patologii ale sistemului endocrin - exces de insulină sau lipsă de hormoni tiroidieni, glucocorticoizi, hormon de creștere (STH), glucagon, catecolamine.

O manifestare extremă a hipoglicemiei este coma hipoglicemică, care se dezvoltă cel mai adesea la pacienții cu diabet zaharat de tip I cu o supradoză de insulină. Scăderea glicemiei duce la lipsa de oxigen și energie a creierului, ceea ce provoacă simptome caracteristice. Se caracterizează printr-o dezvoltare extrem de rapidă - dacă acțiunile necesare nu sunt luate în câteva minute, persoana își va pierde cunoștința și poate muri. De obicei, pacienții cu diabet sunt capabili să recunoască semnele unei scăderi a glicemiei și să știe ce să facă - să bea un pahar de suc dulce sau să mănânce un rulou dulce.

Hiperglicemie

Un alt tip de tulburare a metabolismului carbohidraților este hiperglicemia - o afecțiune a organismului cauzată de un nivel ridicat persistent de glucoză din sânge (peste 10 mmol / l). Motivele pot fi:

• patologia sistemului endocrin. Cea mai frecventă cauză a hiperglicemiei este diabetul zaharat. Distingeți diabetul zaharat de tip I și de tip II. În primul caz, cauza bolii este deficitul de insulină cauzat de deteriorarea celulelor pancreasului care secretă acest hormon. Înfrângerea glandei este cel mai adesea de natură autoimună. Diabetul zaharat de tip II se dezvoltă cu producție normală de insulină, de aceea este numit non-insulino-dependent; dar insulina nu își îndeplinește funcția - nu conduce glucoza în celulele musculare și ale țesutului adipos.
• nevrozele, stresul activează producția de hormoni - adrenalină, glucocorticoizi, glanda tiroidă, care cresc descompunerea glicogenului și sinteza glucozei din precursori non-carbohidrați în ficat, inhibă sinteza glicogenului;
• patologia ficatului;
• binge eating.

În biochimie, metabolismul carbohidraților este unul dintre cele mai interesante și ample subiecte de studiu și cercetare.

GOU VPO UGMA Roszdrav

Departamentul de Biochimie

sunt de acord

Cap departament prof., d.m.s.

Meshchaninov V.N.

_____''_____________ 2007

PRELEGERE Nr. 7

Subiect: Digestia și absorbția carbohidraților. Metabolismul glicogenului

Facultăți: tratament-și-profilactic, medico-profilactic, pediatrie.

Carbohidrați Sunt alcooli polihidroxici care conțin o grupare oxo.

După numărul de monomeri, toți carbohidrații sunt împărțiți în: mono-, di-, oligo- și polizaharide.

Monozaharidele după poziția grupului oxo sunt împărțite la aldoză și cetoză.

După numărul de atomi de carbon, monozaharidele se împart în trioze, tetroze, pentoze, hexoze etc.

Funcțiile carbohidraților

Monozaharide- carbohidrați care nu sunt hidrolizați în carbohidrați mai simpli.

Monozaharide:

· Îndeplinesc o funcție energetică (formarea ATP).

· Îndeplinesc o funcție plastică (participă la formarea de di-, oligo-, polizaharide, aminoacizi, lipide, nucleotide).

· Îndeplinesc o funcție de detoxifiere (derivați de glucoză, glucuronide, participă la detoxifierea metaboliților toxici și a xenobioticelor).

· Sunt fragmente de glicolipide (cerebrozide).

dizaharide- carbohidrati, care se hidroliza in 2 monozaharide. La om se formează doar 1 dizaharidă - lactoza. Lactoza este sintetizată în timpul alăptării în glandele mamare și se găsește în lapte. Ea:

· Este o sursă de glucoză și galactoză pentru nou-născuți;

· Participa la formarea microflorei normale la nou-nascuti.

Oligozaharide- carbohidrati, care se hidroliza in 3 - 10 monozaharide.

Oligozaharidele sunt fragmente de glicoproteine ​​(enzime, proteine ​​transportoare, proteine ​​receptore, hormoni), glicolipide (globozide, gangliozide). Ele formează un glicocalix pe suprafața celulei.

Polizaharide- carbohidrați care sunt hidrolizați în 10 sau mai multe monozaharide. Homopolizaharidele îndeplinesc o funcție de stocare (glicogenul este o formă de stocare a glucozei). Heteropolizaharidele (GAG) sunt o componentă structurală a substanței intercelulare (sulfați de condroitină, acid hialuronic), sunt implicate în proliferarea și diferențierea celulelor și previn coagularea sângelui (heparină).

Carbohidrați alimentari, norme și principii de raționalizare a cerințelor nutriționale zilnice. Rolul biologic. Hrana umana contine in principal polizaharide - amidon, celuloza vegetala, intr-o cantitate mai mica - glicogen animal. Plantele sunt o sursă de zaharoză, în special sfecla de zahăr și trestia de zahăr. Lactoza vine cu laptele de mamifere (în laptele de vacă până la 5% lactoză, în laptele uman - până la 8%). Fructele, mierea, sucurile conțin cantități mici de glucoză și fructoză. Maltoza se găsește în malț și bere.

Carbohidrații din alimente sunt pentru organismul uman în principal o sursă de monozaharide, în principal glucoză. Unele polizaharide: celuloza, substanțele pectinice, dextranii, practic nu sunt digerate la om, îndeplinesc funcția de sorbent în tractul gastrointestinal (elimină colesterolul, acizii biliari, toxinele etc.), sunt necesare pentru a stimula motilitatea intestinală și formarea. a microflorei normale.

Carbohidrații sunt o componentă indispensabilă a alimentelor, ei reprezintă 75% din masa dietei și asigură mai mult de 50% din necesarul de calorii. La un adult, necesarul zilnic de carbohidrați este de 400 g/zi, pentru celuloză și pectină până la 10-15 g/zi. Se recomanda consumul de polizaharide mai complexe si mai putine monozaharide.

Digestia carbohidraților

Digestie este procesul de hidroliză a substanţelor la formele lor asimilabile. Digestia are loc: 1). Intracelular (în lizozomi); 2). Extracelular (în tractul gastrointestinal): a). cavitate (la distanță); b). parietal (de contact).

Digestia carbohidraților în gură(cavitate)

În cavitatea bucală, alimentele sunt zdrobite prin mestecare și umezite cu salivă. Saliva este 99% apă și are de obicei un pH de 6,8. Endoglicozidaza este prezentă în salivă α-amilaza (α-1,4-glicozidaza), scindarea legăturilor interne α-1,4-glicozidice din amidon cu formarea de fragmente mari - dextrine și o cantitate mică de maltoză și izomaltoză. Necesită Cl - ion.

Digestia carbohidraților în stomac(cavitate)

Acțiunea amilazei salivare încetează într-un mediu acid (pH<4) содержимого желудка, однако, внутри пищевого комка ак­тивность амилазы может некоторое время сохраняться. Желудочный сок не содержит фермен­тов, расщепляющих углеводы, в нем возможен лишь незначительный кислотный гидролиз гликозидных связей.

Digestia carbohidraților în intestinul subțire(cavitate si parietale)

În duoden, conținutul acid al stomacului este neutralizat de sucul pancreatic (pH 7,5-8,0 din cauza bicarbonaților). Cu suc pancreatic, intră în intestine α-amilaza pancreatică ... Această endoglicozidază hidrolizează legăturile interne α-1,4-glicozidice din amidon și dextrine pentru a forma maltoză (2 reziduuri de glucoză legate printr-o legătură α-1,4-glicozidică), izomaltoză (2 reziduuri de glucoză legate printr-o legătură α-1,6-). legătură glicozidică) și oligozaharide care conțin 3-8 resturi de glucoză legate prin legături α-1,4- și α-1,6-glicozidice.

Digestia maltozei, izomaltozei și oligozaharidelor are loc sub acțiunea unor enzime specifice - exoglicozidaze, care formează complexe enzimatice. Aceste complexe sunt situate pe suprafața celulelor epiteliale ale intestinului subțire și efectuează digestia parietală.

Complexul de zahăr izomaltază constă din 2 peptide, are o structură de domeniu. Peptida citoplasmatică, transmembranară, se formează din prima peptidă (fixează complexul pe membrana enterocitelor) și leagă domenii și subunitatea izomaltazei. Din al doilea, subunitatea zaharazei. Subunitatea zahărului hidrolizează legăturile α-1,2-glicozidice în zaharoză, subunitatea izomaltazei - legături α-1,6-glicozidice în izomaltoză, legături α-1,4-glicozidice în maltoză și maltotrioză. Există mult complex în jejun, mai puțin în părțile proximale și distale ale intestinului.

Complexul de glicoamilază conține două subunități catalitice cu ușoare diferențe în specificitatea substratului. Hidrolizează legăturile α-1,4-glicozidice în oligozaharide (de la capătul reducător) și în maltoză. Cea mai mare activitate este în părțile inferioare ale intestinului subțire.

complex de β-glicozidază (lactază) glicoproteina, hidrolizează legăturile β-1,4-glicozidice din lactoză. Activitatea lactază depinde de vârstă. La făt este crescută mai ales în etapele târzii ale sarcinii și se menține la un nivel ridicat până la vârsta de 5-7 ani. Apoi activitatea lactază scade, reprezentând 10% din nivelul de activitate tipic copiilor la adulți. Trehalase complex de glicozidază, hidrolizează legăturile α-1,1-glicozidice dintre glucoză în trehaloză - o dizaharidă a ciupercilor.Digestia carbohidraților se termină cu formarea monozaharidelor - se formează în principal glucoză, mai puțină fructoză și galactoză, cu atât mai puțin - manoză, xiloză și arabinoză . Absorbția carbohidraților Monozaharidele sunt absorbite de celulele epiteliale ale jejunului și ileonului. Transportul monozaharidelor în celulele mucoasei intestinale se poate realiza prin difuzie (riboză, xiloză, arabinoză), difuzie facilitată folosind proteine ​​purtătoare (fructoză, galactoză, glucoză) și prin transport secundar activ (galactoză, glucoză). Transportul secundar activ al galactozei și glucozei din lumenul intestinal la enterocit este efectuat de simptomul cu Na +. Prin intermediul proteinei purtătoare, Na + se mișcă de-a lungul gradientului său de concentrație și poartă carbohidrații cu el împotriva gradientului lor de concentrație. Gradientul de concentrație Na + este creat de Na + / K + -ATPaza.
La o concentrație scăzută de glucoză în lumenul intestinal, aceasta este transportată în enterocit numai prin transport activ, la o concentrație mare - prin transport activ și difuzie facilitată. Viteza de absorbție: galactoză> glucoză> fructoză> alte monozaharide. Monozaharidele sunt eliberate din enterocite către capilarele sanguine prin difuzie facilitată prin proteinele purtătoare.

Digestie afectată și absorbție a carbohidraților

Se numește digestia și absorbția insuficientă a alimentelor digerate malabsorbție ... Există două tipuri de cauze ale malabsorbției carbohidraților:

1). Defecte ereditare și dobândite ale enzimelor implicate în digestie... Sunt cunoscute defecte ereditare ale complexului de lactază, α-amilază, zaharoză-izomaltază. Fără tratament, aceste patologii sunt însoțite de disbioză cronică și dezvoltarea fizică afectată a copilului.

Tulburările digestive dobândite pot fi observate în afecțiunile intestinale, precum gastrite, colite, enterite, după intervenții chirurgicale la nivelul tractului gastrointestinal.

Deficitul de lactază la adulți poate fi asociat cu o scădere a expresiei genei lactază, care se manifestă prin intoleranță la lapte - se observă vărsături, diaree, crampe și dureri abdominale, flatulență. Frecvența acestei patologii în Europa este de 7-12%, în China - 80%, în Africa - până la 97%.

2). Deteriorarea absorbției monozaharidelor în intestin.

Malabsorbția poate rezulta dintr-un defect al oricărei componente implicate în transportul monozaharidelor prin membrană. Sunt descrise patologii asociate cu un defect al proteinei transportoare de glucoză dependentă de sodiu.

Sindromul de malabsorbție este însoțit de diaree osmotică, peristaltism crescut, spasme, durere și flatulență. Diareea este cauzată de dizaharide neclivate sau monozaharide neabsorbite în intestinul distal, precum și de acizi organici formați de microorganisme în timpul descompunerii incomplete a carbohidraților.