Химия и обмен углеводов
Классификация и роль углеводов в организме.
Углеводы – многоатомные спирты, содержащиеальдегидную (альдозы) или кетогруппу (кетозы).
Углеводы, в первую очередь целлюлоза,являются самыми распространенными органическими соединениями на Земле. Ворганизме млекопитающих на долю углеводов приходится менее 1 % массы тела,однако их роль чрезвычайно велика. Углеводы, будучи компонентамипротеогликанов, входят в состав соединительной ткани. Глико- и мукопротеины являютсясоставной частью защитных слизей организма, входят в состав плазмы крови,формируют гликокаликс клеток. Углеводы являются основным источником энергии.
По величине молекулярной массы углеводыделят:
· на моносахариды;
· олигосахариды (2–10 моносахаридов);
· полисахариды (более 10моносахаридов).
Моносахарид – это альдегид или кетонмногоатомного алифатического спирта. Простейшими моносахаридами являютсятриозы: глицериновый альдегид (альдоза) и диоксиацетон (кетоза):
Моносахариды с четырьмяуглеродными атомами – тетрозы,с пятью – пентозы,с шестью – гексозы,с семью– гептулозы,с восемью– октулозы.
Моносахариды –оптически активные соединения. Их оптическая активность обуславливаетсяасимметричным углеродным атомом (т.е. таким, у которого все четыревалентности связаны с разными радикалами). Таким асимметричным атомом ужеобладает самая простейшая альдоза – глицериновый альдегид. Возможны дваего пространственных варианта, являющихся зеркальным отражением друг друга,которые нельзя совместить при вращении. Их называют пространственными изомерамиили стереоизомерами; у моносахаридов с большим числом хиральных центров длясравнения с глицериновым альдегидом используется конфигурация хиральногоцентра, наиболее удаленного от оксогруппы. При этом, если конфигурация такогоатома углерода совпадает с конфигурацией D-глицеринового альдегида (в его проекционной формуле ОН-группы расположенысправа, dexter – правый), то вцелом моносахарид относится к D-ряду,при совпадении с L-глицериновымальдегидом – к L-ряду (leavus –левый).Химические свойства у стереоизомеров одинаковы, но оптическая активность (уголвращения плоскости поляризованного света при прохождении его через растворсахара) различна. Направление вращения плоскости поляризации света моносахаридамиобозначается знаками “+” – вправо и “-“ – влево и не связано с ихпринадлежностью к D- и L-рядам.Знакопределяется экспериментально. Так, для глицеринового альдегида правовращающей(+) оказалась D-форма.
При удлиненииуглеродной цепи в моносахаридах число асимметричных атомов углеродаувеличивается, при этом количество стереоизомеров будет составлять 2n(n – количество асимметричных атомовС). Так, у гексоз с 4 асимметричными углеродными атомами будет 16 стереоизомерови 8 различных химически отличающихся соединений. Подавляющее большинствоприродных моносахаридов принадлежит к D-ряду.Ферменты клеток строго различают стереоизомеры, синтезируя и вызывая распад восновном D-моносахаридов.
Моносахариды могут существоватьвнезамкнутых и циклических формах (5-членное – фуранозное кольцо, 6-членное –пиранозное кольцо). Образование кольца приводит к появлению дополнительногоцентра хиральности у первого углеродного атома. Этот центр называют аномерным,а соответствующие два стереоизомера – -и-аномерами. У -аномераконфигурация аномерного центра совпадает с конфигурацией “концевого” хиральногоцентра, а у аномера –противоположна.
Химические свойства различных моносахаридов схожи всилу сходства их строения.
1.Они обладаютсвойствами восстановителей (благодаря наличию альдегидной группы в составе ихмолекулы), что дает возможность проводить качественное и количественноеопределения сахаров. На этом свойстве базируется о-толуидиновый методопределения уровня глюкозы в крови и реакции (Троммера, Ниландера) определениясахара в моче. Однако эти методы недостаточно специфичны, так как помимо глюкозыцветную реакцию дают и другие редуцирующие сахара.
2.При окислениимоносахаридов образуются уроновые кислоты, из которых важнейшей являетсяглюкуроновая кислота, входящая в состав основного вещества соединительнойткани.
3.Моносахариды способныобразовывать эфиры; особо важны фосфорные эфиры гексоз (глюкозы, фруктозы,галактозы) и пентоз (рибозы и дезоксирибозы), так как именно фосфорилированныесахара участвуют в реакциях метаболизма.
4.Моносахариды могутприсоединять аминогруппу (образуются глюкозамины) и ацетилироваться.
NB!Моносахариды могут связываться друг с другом
Олигосахариды. Особоезначение для питания человека имеют дисахариды: сахароза (глюкоза + фруктоза),мальтоза (два остатка глюкозы) и лактоза (глюкоза + галактоза). Лактоза,называемая молочным сахаром, — основной углевод молока.
Сахароза – тростниковый(свекловичный) сахар; поскольку фруктоза в составе сахарозы представлена5-членным (фуранозным) кольцом, связанным с альдегидной группой глюкозы,фруктоза не проявляет свойств восстановителя.
Связь, возникающаямежду моносахаридами, называется гликозидной. Она образуется между ОН-группойС-1 одного моносахарида и ОН-группой С-4 – другого; при этом вследствиеасимметрии первого углеродного атома циклической формы моносахарида могутвозникать два типа конфигурации: α-гликозидная связь (если обе ОН-группынаходятся в одинаковой позиции в структуре ) кольца и β-гликозидная связь(если обе ОН-группы находятся в различных положениях по отношению к кольцу):
Ферменты обладаютспецифичностью по отношению к типу гликозидной связи, что имеет важнейшеезначение в питании. Так, амилаза, расщепляющая крахмал и гликоген, является α-гликозидазой.Фермент, расщепляющий β-гликозидныесвязи, у человека отсутствует, поэтому целлюлоза (состоит из остатков глюкозы,связанных β-гликозиднойсвязью) не переваривается. Термиты и некоторые другие насекомые целлюлозуусваивают.
Целлюлоза (клетчатка)относится к полисахаридам. Наряду с крахмалом она является главным углеводомрастений. Важнейшим полисахаридом человека, также построенным из остатковглюкозы, является гликоген. Крахмал и гликоген представлены разветвленнымицепями глюкозы. По химическому строению целлюлоза, крахмал и гликоген являютсягомополисахаридами (структура гликогена описана ниже).
Гетерополисахаридыпредставлены мукополисахаридами, протеогликанами и гликопротеинами (об этом –подробнее в гл.17).
NB!Углеводы – не только источники энергии
В питании основнуюбиологическую ценность из углеводов составляют крахмал и гликоген, которыелегко усваиваются организмом с высвобождением энергии при их распаде. Клетчаткаи гетерополисахарид пектин, хотя и не могут расщепляться ферментами кишечника,также весьма важны в питании.
Клетчатка стимулируетперистальтику кишечника и выделение желчи, удерживает воду и увеличивает объемкаловых масс, предупреждая тем самым появление запоров (профилактика ракапрямой кишки), она препятствует всасыванию холестерина пищи, а адсорбцияклетчаткой желчных кислот ослабляет их коканцерогенный эффект на слизистую оболочкутолстого кишечника.
Пектин способенсвязывать тяжелые металлы, в том числе и радионуклиды, что уменьшает ихпоступление в ткани организма. Пектином богаты бананы, яблоки, красная и чернаясмородина.
Биологическая ценностьуглеводов не исчерпывается их энергетической значимостью (особо отметим, чтоглюкоза является основным поставщиком энергии для нервной ткани и корковоговещества почек, а для эритроцитов – и единственным). Они выполняют в организмепластическую (структурную) функцию, входя в состав гликопротеинов, межклеточноговещества соединительной ткани, гликокаликса плазматических мембран клеток;моносахариды рибоза и дезоксирибоза являются структурными компонентаминуклеиновых кислот.
Анаболическая функцияуглеводов заключается в том, что они являются основным источником субстратов длясинтеза жирных кислот, а продукты распада глюкозы (-кетокислоты)служат субстратом синтеза гликогенных аминокислот. Обезвреживающая функцияуглеводов также существенна: УДФ-глюкуроновая кислота в печени связывает многиетоксические соединения, придавая им большую гидрофильность и способностьрастворяться в желчи. Исключительно важна рецепторная функция углеводов –являясь составной частью многочисленных антител, они обеспечивают “узнавание”своих антигенов; углеводы входят в состав рецепторов гормонов инейромедиаторов, участвуя в регуляции жизнедеятельности клеток.
NB!Переваривание углеводов начинается в ротовой полости
В ротовой полостиуглеводы перевариваются ферментом слюны α-амилазой. Фермент расщепляетвнутренние α(1→4)-гликозидныесвязи. При этом образуются продукты неполного гидролиза крахмала (илигликогена) – декстрины. В небольшом количестве образуется и мальтоза. Вактивном центре α-амилазы находятся ионы Са2+. Активируютфермент ионы Na+.
В желудочном сокепереваривание углеводов тормозится, так как амилаза в кислой средеинактивируется.
Главное местопереваривания углеводов – двенадцатиперстная кишка, куда выделяется в составепанкреатического сока α-амилаза. Этот фермент завершает расщепление крахмалаи гликогена, начатое амилазой слюны, до мальтозы. Гидролиз α(1→6)-гликозиднойсвязи катализируется ферментами кишечника амило-1,6-глюкозидазой иолиго-1,6-глюкозидазой.
Переваривание мальтозыи дисахаридов, поступающих с пищей, осуществляется в области щеточной каемкиэпителиальных клеток (энтероцитов) тонкого кишечника. Дисахаридазы являютсяинтегральными белками микроворсинок энтероцита. Они образуют полиферментныйкомплекс, состоящий из четырех ферментов, активные центры которых направлены впросвет кишечника.
1. Мальтаза (a-глюкозидаза)гидролизует мальтозу на две молекулы D-глюкозы.
2. Лактаза (b-галактозидаза)гидролизует лактозу на D-галактозуи D-глюкозу.
3. Изомальтаза/Сахараза (фермент двойного действия) имеет два активных центра, расположенныхв разных доменах. Фермент гидролизует сахарозу до D-фруктозыи D-глюкозы, а с помощью другогоактивного центра фермент катализирует гидролиз изомальтозы до двух молекул D-глюкозы.
Непереносимостьнекоторыми людьми молока, проявляющаяся болями в животе, его вздутием(метеоризм) и поносом, обусловлена снижением активности лактазы. Можно выделитьтри типа недостаточности лактазы.
1. Наследственныйдефицит лактазы. Симптомы нарушенной толерантности развиваются очень быстропосле рождения. Кормление пищей, не содержащей лактозу, приводит к исчезновениюсимптомов.
2. Низкая активностьлактазы первичного характера (постепенное снижение активности лактазы упредрасположенных лиц). У 15 % детей стран Европы и 80% детей стран Востока,Азии, Африки, Японии синтез данного фермента по мере их взросления постепеннопрекращается и у взрослых развивается непереносимость молока, сопровождающаясявышеуказанными симптомами. Кисломолочные продукты такими людьми переносятсяхорошо.
Низкая активностьлактазы вторичного характера. Неусвояемость молока нередко бывает следствиемкишечных заболеваний (тропическая и нетропическая формы спру, квашиоркор,колит, гастроэнтерит).
Симптомы, аналогичныеописанным при недостаточности лактазы, характерны для недостаточности другихдисахаридаз. Лечение направлено на исключение соответствующих дисахаридов изпищевого рациона.
NB!В клетки разных органов глюкоза проникает различными механизмами
Основными продуктамиполного переваривания крахмала и дисахаридов являются глюкоза, фруктоза игалактоза. Моносахариды поступают в кровь из кишечника, преодолевая двабарьера: мембрану щеточной каймы, обращенную в просвет кишечника и базолатеральнуюмембрану энтероцита.
Известны два механизмапоступления глюкозы в клетки: облегченная диффузия и вторичный активныйтранспорт, сопряженный с переносом ионов Na+.
Переносчики глюкозы(ГЛУТ), обеспечивающие механизм ее облегченной диффузии через клеточныемембраны, формируют семейство родственных гомологичных белков, характернымпризнаком структуры которых является длинная полипептидная цепь, образующая 12 трансмембранныхспиральных сегментов. Один из доменов, расположенный на внешней поверхностимембраны содержит олигосахарид. N-и C- концевые отделы переносчикаобращены внутрь клетки. 3-й, 5-й, 7-й, и 11-й трансмембранные сегменты переносчика,по-видимому, образуют канал, по которому глюкоза поступает в клетку. Изменениеконформации этих сегментов обеспечивает процесс перемещения глюкозы внутрьклетки. Переносчики этого семейства содержат 492-524 аминокислотных остатка иразличаются по сродству к глюкозе. Каждый транспортер, по-видимому, выполняетспецифические функции.
Переносчики, обеспечивающиевторичный, зависимый от ионов натрия, активный транспорт глюкозы из кишечника ипочечных канальцев (НГЛТ), значительно отличаются по аминокислотному составу отпереносчиков семейства ГЛУТ, хотя также построены из двенадцати трансмембранныхдоменов.
Ниже, в таблицеприводятся некоторые свойства переносчиков моносахаридов.Таблица Характеристика переносчиков глюкозы у животных Функция
KМ (мM) Основные места образования Вторичный активный транспорт НГЛТ 1 Всасывание глюкозы 0,1-1,0 Тонкий кишечник, канальцы почек НГЛТ 2 Всасывание глюкозы 1,6 Почечные канальцы Ускоренная диффузия ГЛУТ 1 Использование глюкозы клетками в физиологических условиях 1-2 Плацента, гематоэнцефалический барьер, мозг, эритроциты, почки, толстый кишечник, др. органы ГЛУТ 2 Сенсор глюкозы в В клетках; транспорт из эпителиоцитов почек и кишечника 12-20 B клетки островков, печень, эпителий тонкого кишечника, почки ГЛУТ 3 Использование глюкозы клетками в физиологических условиях Переходу глюкозы идругих моносахаридов в энтероцит способствует ГЛУТ 5, расположенный вапикальной мембране энтероцита (облегченная диффузия по градиенту концентрации)и НГЛТ 1, обеспечивающий совместное с ионами натрия перемещение (симпорт)глюкозы в энтероцит. Ионы натрия затем активно, при участии Na+-K+-АТФазы,удаляются из энтероцита, что поддерживает постоянный градиент их концентрации.Глюкоза покидает энтероцит через базолатеральную мембрану при помощи ГЛУТ 2 поградиенту концентрации.
Всасывание пентоз происходитпутем простой диффузии.
Подавляющее количество моносахаридов поступает впортальную систему кровообращения и в печень, незначительная часть – влимфатическую систему и малый круг кровообращения. В печени избыток глюкозыоткладывается «про запас» в виде гликогена.
NB! Обмен глюкозы в клетке начинается с ее фосфорилирования
Поступление глюкозы в любую клетку начинается с еефосфорилирования. Эта реакция решает несколько задач, главные из которых “захват”глюкозы для внутриклеточного использования и ее активирование.
Фосфорилированная форма глюкозы не проходит черезплазматическую мембрану, становится “собственностью” клетки и используетсяпрактически во всех путях обмена глюкозы. Исключение составляет лишьвосстановительный путь.
Реакцию фосфорилирования катализируют два фермента:гексокиназа и глюкокиназа. Хотя глюкокиназа является одним из четырехизоферментов гесокиназы (гексокиназа 4), между гексокиназой и глюкокиназойимеются важные различия: 1) гексокиназа способна фосфорилировать не толькоглюкозу, но и другие гексозы (фруктозу, галактозу, маннозу), в то время какглюкокиназа активирует только глюкозу; 2) гексокиназа присутствует во всех тканях,глюкокиназа – в гепатоцитах; 3) гексокиназа обладает высоким сродством кглюкозе (КM
Образующийся в реакции глюкозо-6-фосфат считаетсяаллостерическим ингибитором гексокиназы (но не глюкокиназы).
Так как глюкокиназная реакция являетсяинсулинзависимой, можно вместо глюкозы больным диабетом назначать фруктозу(фруктоза фосфорилируется гексокиназой сразу во фруктозо-6-фосфат).
Глюкозо-6-фосфат используется в механизмах синтезагликогена, во всех окислительных путях превращения глюкозы и в синтезе другихмоносахаридов, необходимых для клетки. Место, которое занимает данная реакции вобмене глюкозы позволяет ее счиатать ключевой реакцией обмена углеводов.
Гексокиназная реакция необратима (G= -16,7 кДж/моль), поэтому дляпревращения глюкозо-6-фосфата в свободную глюкозу в клетках печени и почекприсутствует фермент фосфатаза глюкозо-6-фосфата, катализирующая гидролизглюкозо-6-фосфата. Клетки этих органов тем самым могут поставлять глюкозу вкровь и обеспечивать другие клетки глюкозой.
NB!Глюкоза запасается в клетках в форме гликогена
Гликоген – большаяразветвленная молекула с молекулярной массой 103-104 кДа(до120 000 остатков глюкозы в молекуле), образует в цитозоле клетокгранулы диаметром до 40 нм. Линейные участки молекулы гликогена построены измолекул глюкозы, соединенных α(1→4)-гликозиднымисвязями, точки ветвления в молекуле образуются α(1→6)-гликозидными связями.
Синтез гликогена(гликогенез) осуществляется почти во всех клетках, но в больших количествахгликоген образуется и накапливается в печени (до 10 % массы органа) и мышечнойткани (1,5-2,0%) Содержание гликогена в других органах значительно меньше.
Образовавшийся в клеткеглюкозо-6-фосфат вступает на путь синтеза гликогена под действиемфосфоглюкомутазы, которая катализирует его превращение в глюкозо-1-фосфат. Этареакция проходит через стадию образования глюкозо-1,6-дифосфата в активномцентре фермента. Глюкоза-1-фосфат взаимодействует с УТФ, в результате чегообразуется еще одна активная форма глюкозы – УДФ-глюкоза. Реакциякатализируется ферментом УДФ-глюкозо-пирофосфорилазой.
Гликогенсинтаза –фермент, катализирующий образование гликогена, нуждается в затравке (праймере).Функцию праймера выполняет специальный самогликозилирующийся белок – гликогенин.
Гликогенин, используяУДФ-глюкозу в качестве субстрата, образует октосахарид, присоединяя первуюмолекулу глюкозы к тирозину (Тир-194) при помощи ферментатирозил-гликозилтрансферазы. Этот процесс происходит в комплексе сгликогенсинтазой, которая после формирования октосахарида продолжает наращиватьцепь, образуя α(1→4)-гликозидныесвязи.
Образование местветвления обеспечивает фермент ветвления – амило-(1,4→1,6)-трансглюкозидаза.Он образует (1→6)-гликозидную связь, переносит семь остатков глюкозы с одной из длинных боковыхцепей гликогена и формирует новую ветвь. Образование новой ветви происходит нарасстоянии не менее четырех остатков глюкозы от соседней цепи.
Ветвление повышает гидрофильность молекулы гликогена,при этом в нем увеличивается также количество нередуцирующих концевых остатков– мест действия гликогенсинтазы и фосфорилазы, иными словами, ветвлениеувеличивает скорость синтеза и распада гликогена.
NB!Гликогенолиз – процесс распада гликогена
Пусковым механизмомгликогенолиза является начинающаяся гипогликемия. Голодание в течение сутокприводит практически к полному исчерпанию запасов гликогена в печени; оченьбыстро он расходуется при интенсивной физической нагрузке и стрессовых ситуациях.
Распад гликогенаосуществляется двумя путями: 1) гидролитически с участием α-амилазы; 2)фосфоролитически с участием гликогенфосфорилазы. Основным в клетках являетсявторой путь.
Гликогенфосфорилаза приучастии фосфорной кислоты последовательно расщепляет линейные α(1→4)-гликозидные связи с освобождением глюкоза-1-фосфата.
В результате действиягликогенфосфорилазы из гликогена образуется полисахарид с боковыми короткимиолигосахаридными цепями – “лимит декстрин”, который становится субстратомспециального деветвящего фермента — амило-(1→6)-гликозидазы.
Этот фермент катализируетдве реакции. Вначале он переносит 3 остатка глюкозы на другую ветвь гликогена(трансферазная активность), а затем гидролизует α(1→6)-гликозиднуюсвязь и освобождает молекулу глюкозы у точки ветвления (глюкозидазная активность).
Вслед за действием деветвящегофермента, включается вновь гликогенфосфорилаза. Отщепившийся под влияниемгликогенфосфорилазы глюкоза-1-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат (фермент –фосфоглюкомутаза).
В мышцахглюкозо-6-фосфат не переходит в свободную глюкозу и используется как основнойиточник энергии. В печени (а также в почках) имеется ферментглюкозо-6-фосфатаза, под действием которого образуется свободная глюкоза.Поскольку последняя способна проходить через плазматическую мембрану клеток вмежклеточное пространство, печень является основным органом, поддерживающимнормальный уровень глюкозы в крови.
NB!Регуляция обмена гликогена органоспецифична
Гликоген находится вцитозоле вместе с ферментами, его синтезирующими и разрушающими, поэтомусуществует большая вероятность возникновения замкнутого круга метаболизма, прикотором продукты распада гликогена тотчас же будут использоваться на его синтези требуется тонкая регуляция взаимоотношений участников этих процессов. Основнымирегулируемыми ферментами являются гликогенсинтаза и фосфорилаза. Каждый их этихферментов может находиться в двух конформационных состояних: активном (R,расслабленном) и неактивном (Т, напряженном) и регуляторы поддерживают этисостояние реципрокно. Если один из ферментов находится в R-конформации,то другой – в Т и наоборот. У каждого из ферментов имеются свои аллостерическиерегуляторы, а также важное место в их регуляции принадлежит ковалентной модификацииструктуры.
Гликогенфофорилазапредставляет гомодимер с молекулярной массой 97 кДа. В образовании активногоцентра участвуют обе субъединицы. Важную роль в катализе фосфоролиза гликогенаиграет фосфопиридоксаль, который ковалентно связан с лизином активного центра.
Гликоген в печени имышцах используется по-разному, и это сказывается на принципах регуляции активностифосфорилазы в этих органах. Мышечная фосфорилаза может находиться в двух формахфосфорилированной (R-форма,фосфорилаза а) и дефосфорилированной (Т-форма, фосфорилаза b).Переход одной формы в другую катализируется ферментом киназой фосфорилазы,которая фосфорилирует серин фосфорилазы. В покоящейся мышце преобладаетфосфорилаза b.
Аллостерическиерегуляторы мышечной фосфорилазы АМФ и АТФ. Они связываются со специальнымнуклеотидсвязывающим центром. Связывание с АМФ переводит фосфорилазу bв активную R-конформацию, а с АТФ –в Т-конформацию. Глюкозо-6-фосфат также стабилизирует Т-конформацию. Печеночнаяфосфорилаза не чувствительна к действию АМФ, но активность фосфорилазы аингибируется глюкозой, что важно при регуляции уровня сахара в крови,источником которой служит гликоген печени.
Гликогенсинтаза такжеможет находится в двух конформационных состояниях: гликогенсинтаза b–неактивная, ингибируется по аллостерическому механизму АТФ, АДФ, игликогенсинтаза а –активная, активируется глюкозо-6-фосфатом.
Ковалентная модификацияведущих ферментов обмена гликогена выражается в цикле “фосфорилирование-дефосфориилрование”.Эти процессы катализируются специальными протеинкиназами, которые составляютчасть каскадных механизмов действия гормонов на клетки.
Фосфорилированиегликогенфосфорилазы происходит при участии киназы фосфорилазы. Это сложныйфермент с молекулярной массой 1200 кДа, состоящий из четырех типов субъединиц:
- 4 субъединицы — каталитические субъединицы;
- 4субъединицы – регуляторные субъединицы, фосфорилируютсяпротеинкиназой А и при этом активируются;
- 4 субъединицы и
- 4субъединицыпредставлены кальмодулином – белком, связывающим Ca2+иактивирующим данную киназу.
Такое строение ферментапоказывает, что киназа фосфорилазы является ферментом, активность которогоизменяется под влиянием вторичных посредников, образующихся в каскадныхмеханизмах усиления нескольких гормонов (инсулина, адреналина и глюкагона).
Дефосфорилированиегликогенфосфорилазы и киназы фосфорилазы катализируется фосфопротеинфосфатазой1, которая переводит эти ферменты в неактивное (напряженное) состяние.Фосфопротеинфосфатаза 1 состоит из трех субъединиц:
- каталитическойсубъединицы;
- G1-субъединицы, котораясвязывает гликоген и
- ингибитора1, который в фосфорилированной форме тормозит активность протеинфосфатазы.
Фосфорилированиегликогенсинтазы вызывает ее ингибирование и катализируется рядом протеинкиназ,связанных с каскадами действия гормонов: кальмодулинзависимой протеинкиназой,протеинкиназой С, киназой-3 гликогенсинтазы.
Адреналин и глюкагон,активируя аденилатциклазу, способствуют образованию цАМФ, который запускает“каскадный” механизм фосфорилирования ферментов распада и синтеза гликогена. Врезультате фосфорилирования образуется фосфорилированная, т.е. активнаягликогенфосфорилаза и фосфорилированная, т.е. неактивная гликогенсинтаза. Вэтих условиях будет осуществляться распад гликогена.
Напротив, под действиеминсулина, включающего механизм дефосфорилирования ключевых ферментов, появятсядефосфорилированная, т.е. неактивная гликогенфосфорилаза, идефосфорилированная, т.е. активная, гликогенсинтаза. В этих условиях будетпроисходить синтез гликогена.
Активность обоихключевых ферментов синтеза и распада гликогена в печени регулируется также Са++– выход кальция из внутриклеточных депо в цитозоль клетки контролируетсяинозитолтрифосфатом, который освобождается фосфолипазой С при распаде входящегов состав мембраны фосфатидилинозитол пирофосфата.
Восстановительный путьобмена глюкозы
Нефосфорилированнаяглюкоза используется некоторыми клетками в востановительном пути ее обмена.Данный путь характерен для интимы сосудистой стенки, хрусталика глаза,шванновских клеток нервной ткани. В этом процессе участвуют два фермента.Альдозоредуктаза восстанавливает глюкозу в сорбитол, который затем окисляетсядегидрогеназой во фруктозу. Сорбитол отличается высокой гидрофильностью и принакоплении может служить причиной повышения осмотического давления.
Длительнаягипергликемия способствует повышению скорости образования сорбитола вхрусталике глаза. Увеличение осмотического давления наряду с неферментативнымгликозилированием белков хрусталика способствует развитию катаракты. Накоплениев тех же условиях сорбитола в эндотелиальных клетках вызывает их набухание и нарушениемикроциркуляции и трофики тканей.
NB!Глюкоза может окисляться в трех разных участках.
Помимо использованияглюкозы для синтеза гликогена и образования других гексоз (галактозы ифруктозы), фосфорилированная глюкоза может окисляться по трем основнымнаправлениям:
1. Окислениеглюкозы в дихотомическом пути, протекающем как в анаэробных (гликолиз), так иаэробных условиях (в этом пути “туловище” глюкозы расщепляется пополам –дихотомия).
2. Окислениеглюкозы и последующее отщепление первого углеродного атома глюкозы вапотомическом пути (apex — верхушка).Этот путь называется также пентозофосфатным.
3. Окислениеглюкозы и последующее отщепление шестого углеродного атома глюкозы –глюкуроновый путь.
NB! Дихотомический путь окисления глюкозы – основной путьполучения энергии в клетке
Дихотомический путь –это окислительный распад молекулы глюкозы, при котором ее углеродный скелетделится пополам с образованием двух триоз. В реакциях данного пути энергиюможно получить двумя способами:
1. Путеманаэробного (при отсутствии кислорода) распада глюкозы до молочной кислоты.Этот процесс называется гликолизом. Суммарное уравнение гликолиза:
/>Глюкоза 2 лактат+ 134 кДж.
Приблизительно половина этой энергиирасходуется на образование двух молекул АТФ, остальная энергия рассеивается ввиде тепла .
2. Путем аэробногораспада глюкозы до углекислого газа и воды. Суммарное уравнение:
/>Глюкоза + 6О26СО2 + 6Н2О + 2850 кДж.
При этом 60 % образующейся энергии депонируется в виде АТФ.
Такимобразом, аэробный путь имеет несомненное энергетическое превосходство перед гликолизом.
Аэробныйраспад глюкозы осуществляется подавляющим большинством тканей нашего организма.Гликолиз – единственный путь энергообеспеченности эритроцитов. Мышцы используютгликолиз в случаях, когда потребление ими кислорода при нагрузках превышает егопоступление. Гликолиз, протекающий даже в аэробных условиях (в норме он вприсутствии кислорода тормозится), — характерная особенность злокачественныхклеток. Раковые опухоли являются своеобразной ”ловушкой” глюкозы в организме.Объясняется это тем, что находящиеся в условиях крайне низкого снабжениякислородом злокачественные клетки вынуждены усиленно потреблять глюкозу, чтобывыработать необходимое для их бурной жизнедеятельности количество энергии.
Цепь реакций гликолиза можно условно разделить на дваэтапа: в течении первого этапа осуществляется распад глюкозы на две триозы(подготовительный этап), а второго – окисление триоз с образованием пирувата,который восстанавливается в лактат (этап гликолитической оксидоредукции).
Здесь, как и в первой реакции, затрачивается молекулаАТФ и происходит значительное высвобождение энергии, что делает эту реакциюнеобратимой.
Данная реакция является главной регулируемой реакциейгликолиза. Она катализируется аллостерическим ферментом – фосфофруктокиназой-1, имеющим сложную четвертичную структуру. Аллостерическими активаторамифосфофруктокиназы служат АМФ, АДФ, фруктозо-6-фосфат; аллостерическимиингибиторами – АТФ и цитрат. Следует указать на двоякую роль АТФ, вначале этамолекула используется как субстрат реакции, а затем, связываясь саллостерическим центром фермента, – как аллостерический ингибитор. Увеличениесоотношения АТФ/АМФ приводит к угнетению активности фосфофруктокиназы. Так, внеработающей мышце концентрация АТФ относительно высока и гликолиз заторможен.Во время работы АТФ расходуется и активность фосфофруктокиназы повышается,следовательно, процесс гликолиза активируется.
Важнейшим аллостерическим регуляторомфосфофруктокиназы является фруктоза-2,6-дифосфат (см.ниже).
Четвертая реакция обратима. Катализирующий ее ферментназывается альдолазой.
Описано несколько различных альдолаз. В большинстветканей находится альдолаза А. Все типы альдолаз построены из четырех субъединици действуют преимущественно на “открытые” формы фруктозофосфатов, хотя вклетках преобладают их фуранозные формы. Продуктами действия альдолаз являютсятриозофосфаты: 3-фосфоглицериновый альдегид (3-ФГА) и фосфодиоксиацетон (ФДА).Триозофосфаты могут превращаться друг в друга при помощи триозофосфатизомеразы.И хотя равновесие триозофосфатизомеразной реакции сдвинуто в сторонуобразования ФДА (соотношение фосфотриоз в клетках – 95 % ФДА и 5 % 3-ФГА), вгликолитическом пути окисляется 3-ФГА, что позволяет при дальнейшем обсуждениисчитать результатом дихотомического этапа гликолиза образование двух молекул3-ФГА.
Определение активности альдолазы используют вэнзимодиагностике при заболеваниях, связанных с повреждением или гибелью клеток:так, при остром гепатите активность этого фермента может увеличиваться в 5-20раз, при инфаркте миокарда – в 3-10 раз, при миодистрофии – в 4-10 раз.
Второй этап гликолиза – гликолитическая оксидоредукция– является более сложным.
В пятой реакции 3-ФГА окисляется дегидрогеназой 3-ФГА.Фермент состоит из четырех одинаковых субъединиц, в состав его активного центравходит SH-группа. Коферментом данной дегидрогеназы является НАД+.
Реакция начинается с образования фермент-субстратногокомплекса, в котором 3-ФГА связывается с SH-группой активного центра дегидрогеназы ковалентной связью.На втором этапе реакции происходит окисление альдегидной группы 3ФГА иформирование макроэргической связи между продуктом окисления и группойактивного центра. Затем в реакцию вступает молекула фосфорной кислоты, котораяобеспечивает фосфоролиз ферментсубстратного комплекса с образованием макроэрга– 1,3-дифосфоглицериновой кислоты (1,3-ДФГК). Этот механизм уже упоминался вглаве 4 как механизм преобразования энергии окисления в макроэргическоесоединение.
Шестая реакция получила название реакции субстратногофосфорилирования – фосфорилирование АДФ за счет энергии макроэргическогосубстрата. Реакция сопровождается выделением значительного количества энергии,поэтому ее равновесие сдвинуто вправо. Она может стать обратимой при избытке3-фосфоглицерата.
Седьмая реакция. Изомеризация 3-фосфоглицерата в2-фосфоглицерат:
Эта реакция катализируется фосфоглицеромутазой ииграет важную роль не только в процессе гликолиза, но и служит источником2,3-дифосфоглицерата, который является регулятором механизма связываниякислорода гемоглобином. Механизм фосфоглицеромутазной реакции подобенфосфоглюкомутазной реакции. Оба фермента служат донором фосфатных групп впроцессе реакции. Остатки фосфорной кислоты связаны ковалентно с аминокислотамиферментов ( с серином в фосфоглюкомутазе и гистидином в фосфоглицеромутазе).
Восьмая реакция. Образование макроэргическогосубстрата – фосфоенолпирувата (ФЕПВК). Реакция катализируется енолазой. Ферментотщепляет молекулу воды от 2-фосфоглицерата и перераспределяет внутримолекулярнуюэнергию субстрата таким образом, что фосфат во втором положении переходит вмакроэргическое состояние.
Девятая реакция. Это реакция субстратногофосфорилирования (аналогично шестой реакции): осуществляется фосфорилированиеАДФ за счет энергии макроэргического субстрата – фосфоенолпирувата.
Реакция образования пировиноградной кислоты (ПВК)необратима.
Десятая реакция.
В заключительной реакции гликолиза ПВК, выполняяфункцию конечного акцептора водородов, превращается в молочную кислоту.Водороды для этой реакции поступают из единственной окислительной реакциигликолиза. Дегидрогеназа 3-ФГА освобождается от водородов и вновь можетучаствовать в окислении. Две дегидрогеназые реакции гликолиза образуютсопряжено работающую пару, катализирующую процесс, получивший названиегликолитическая оксидоредукция.
В мышцах молочная кислота не используется, онапоступает с током крови в печень, где вновь превращается (благодаря обратимостиЛДГ-азной реакции) в пируват. Изоферменты лактатдегидрогеназы принимают участиев контроле гликолиза: так, в сердечной мышце преобладает ЛДГ1,который ингибируется даже небольшими концентрациями пирувата, что затрудняетобразование молочной кислоты в кардиомиоцитах и способствует дальнейшемуокислению (а не восстановлению) пирувата; в скелетных мышцах преобладаетизофермент ЛДГ5, активно превращающий ПВК в лактат в анаэробных условиях.
Гликолиз протекает в цитоплазме клетки, он ненуждается в участии кислорода для получения клеткой энергии. В ходе гликолиза вдвух реакциях субстратного фосфорилирования (реакции шестая и девятая)образуется четыре молекулы АТФ (в пересчете на молекулу глюкозы), однако вподготовительной стадии две молекулы АТФ расходуются (реакции первая и третья),таким образом, полезный энергетический выход гликолиза составляет 2 молекулыАТФ.
NB! В анаэробных условиях конечнымакцептором водорода может быть ацетальдегид (спиртовое брожение глюкозы).
В анаэробных условияхглюкоза может превращаться в этанол. Ранее полагали, что образование этиловогоспирта – привилегия дрожжей и некоторых плесневых грибков. Однако уже доказано,что в тканях млекопитающих алкоголь также образуется. Он является нормальнымметаболитом клеток. Тяга к алкоголю, по-видимому, возникает вследствиенедостаточности ферментных систем, его производящих.
Реакции спиртовогоброжения глюкозы совпадают с реакциями гликолиза до стадии образования ПВК.
Образование ацетальдегида из ПВК осуществляется путем прямогодекарбоксилирования пирувата пируватдекарбоксилазой с участием ее кофермента –тиаминпирофосфата. Ацетальдегид превращается в этанол с помощьюалкогольдегидрогеназы, коферментом которой является НАДН ·Н+.Уксусный альдегид – чрезвычайно токсичное соединение, его высокая концентрацияв крови при потреблении спиртных напитков способна вызвать смертельный исход.Экзогенный этанол обезвреживается также алкогольдегидрогеназой (кофермент – НАД+),окисляясь в печени до ацетальдегида (реакция обратима) и далее с помощью альдегиддегидрогеназы– до уксусной кислоты. Активность альдегиддегидрогеназы (от ее зависитпереносимость алкоголя) значительно варьирует у разных лиц и наций. Уксуснаякислота, активируясь, превращается в ацетил-КоА, который “сгорает” в циклеКребса с образованием энергии. В обезвреживании этанола принимают также участиемикросомная система детоксикации гепатоцитов и фермент каталаза. Однако их рольменее значима.
Систематическое потребление алкоголя приводит кциррозу печени и увеличивает риск развития рака (причем не только печени),особенно на фоне хронического воздействия малых доз облучения.
NB! Глюконеогенез – механизм синтеза глюкозы
Запасы гликогена в печени ограничены и после 12-18часового голодания они исчезают полностью. Многие клетки нуждаются в постоянномобеспечении глюкозой (эритроциты, нейроны, мышечные клетки в анаэробныхусловиях). Глюконеогенез является тем метаболическим путем, который решаетданную проблему. Глюконеогенез – это метаболический путь превращениянеуглеводных соединений в глюкозу. Многие соединения могут участвовать в этомпроцессе. Это и молочная кислота, и ПВК, и аминокислоты, распадающихся допирувата (аланин, цистеин, глицин, серин, треонин и др.), и глицерин, ипропиононил-КоА, и субстраты цикла Кребса (оксалацетат и др.).
Глюконеогенез представляет собой модификацию такихпроцессов, как гликолиз и цикл Кребса. Большая часть реакций гликолизаобратима. Исключение составляют три реакции, которые катализируют гексокиназа,фосфофруктокиназа-1 и пируваткиназа и для преодоления этих реакций используютсяспециальные ферменты, которые назвали ключевыми реакциями глюконеогенеза.Данные ферменты сосредоточены в печени и корковом веществе почек. В таблице5.2. приводятся названия ферментов, катализирующих необратимые реакциигликолиза и соответствующих им ключевых ферментов глюконеоегенеза.
Таблица Ключевые ферменты гликолиза и гликонеогенезаФерменты гликолиза Ферменты глюконеогенеза Гексокиназа Глюкозо-6-фосфатаза Фосфофруктокиназа-1 (ФФК-1) Фруктозо-1,6-дифосфатаза Пируваткиназа
1. Пируваткарбоксилаза
2. Фосфоенолпируваткарбоксикиназа
При совместной работе таких ферментов существуетпроблема т.н. “пустых” субстратных циклов. При условии катализа прямой иобратной реакции разными ферментами, продукт, получаемый в прямой реакции,становится субстратом другого фермента, который катализирует обратную реакцию, превращаяпродукт вновь в субстрат первого фермента. Возникает опасность “холостого”прокручивания субстратов реакции. Проблема решается организацией многоуровневойрегуляции, включающей реципрокную аллостерическую регуляцию и ковалентную модификациюструктуры ферментов.
Принято считать начальным этапом глюконеогенезареакции, идущие в обход пируваткиназной реакции гликолиза. Пируваткиназа –объект влияния регуляторных систем, управляющих скоростью гликолиза, поэтому вусловиях благоприятствующих глюконеогенезу (голодание и др.) активность этогофермента следует затормозить. Этому способствует повышение количества аланина,который является аллостерическим ингибитором пируваткиназы и усиление секрецииглюкагона. Последний стимулирует образование цАМФ в гепатоцитах, активирующейпротеинкиназу А. Фосфорилирование пируваткиназы под влиянием протеинкиназы Авызывает переход ее в неактивное состояние. Торможение пируваткиназыблагоприятствует включению глюконеогенеза. />/>
Если превращение фосфоенолпирувата в ПВК, котороекатализирует пируваткиназа, представляет одну химическую реакцию, то обратноепревращение ПВК в фосфоенолпируват требует нескольких реакций. Первая реакция –это карбоксилирование пирувата. Реакция катализируется пируваткарбоксилазой ипротекает с участием карбоксибиотина – активной форы СО2 в клетке.Продукт карбоксилирования – оксалоацетат занимает особое место в метаболизмемитохондрий, где протекает данная реакция. Это важнейший субстрат цикла Кребса(см. ниже) и его выход из митохондрий затруднен. Для преодоления мембраны митохондрийоксалоацетат восстанавливается при помощи митохондриальной малатдегидрогеназы влегко приникающую через мебрану яблочную кислоту. Последняя, покинув митохондрии,в цитозоле окисляется вновь в оксалоацетат уже под влиянием цитозольной малатдегидрогеназы.Дальнейшее превращение оксалоацетата в ФЕПВК происходит в цитозоле клетки.Здесь при помощи фосфоенолпируваткарбоксикиназы окалоацетат декарбоксилируетсяс затратой энергии, высвобождаемой при гидролизе ГТФ и образуется ФЕПВК.
После образования ФЕПВК последующие реакциипредставляют обратимые реакции гликолиза. Из каждых двух образующихся 3-ФГАодна молекула при участии фосфотриозоизомеразы превращается в ФДА и обе триозыпод влиянием альдолазы конденсируются в фруктозо-1,6-дифосфат. Некотороеколичество ФДА образуется путем окисления глицеролфосфата, возникающего подвлиянием глицеролкиназы из глицерола, поступающего в печень из жировой ткани.Это единственный субстрат из липидов, который участвует в глюконеогенезе.Превращение фруктозо-1,6-дифосфата во фруктозо-6-фосфат катализируется фруктозо-1,6-дифосфатазой-1.Затем вновь следует реакция, обратная гликолизу. Заключительная реакцияглюконеогенеза катализируется ферментом глюкозо-6-фосфатазой, который катализируетгидролиз глюкозо-6-фосфата и образующаяся свободная глюкоза может выходить изклетки.
Суммарная реакция синтеза молекулы глюкозы:
2ПВК + 4 АТФ + 2 ГТФ + 2НАДН + 2H++ 6H2O→Глюкоза + 2НАД+ + 4АДФ+ 2 ГДФ + 6 Фн +6H+
Таким образом, синтез одной молекулы глюкозы“обходится” клетке затратой шести макроэргов. 2 молекулы АТФ расходуются дляактивирования СО2, 2 молекулы ГТФ используются в фосфоенолпируваткарбоксикиназнойреакции и 2 молекулы АТФ – для образования 1,3-дифосфоглицериновой кислоты.
Глюконеогенез активируется в клетках печени во времяголодания, после продолжительных физических упражнений, при употреблении пищи,богатой белками при низком содержании в ней углеводов и т.д.
Интенсивность процесса зависит от количествасубстратов, и активности, и количества ключевых ферментов гликолиза иглюконеогенеза.
Основными поставщиками субстратов для печени являютсямышцы, эритроциты, жировая ткань. У последней довольно ограниченныевозможности, поскольку только глицерол может использоваться для синтезаглюкозы, а это только около 6% от веса капельки жира.
Лактат, образующийся в результате работы мышц ванаэробных условиях или поступающий из эритроцитов, более значимый источникглюкозы. Наиболее важными источниками являются гликогенные аминокислоты,которые могут поступать с пищей, богатой белками или из мышц в условияхголодания.
Чтобы непрерывно снабжать глюкозой клетки, для которыхона является основным источником энергии, но они не могут окислить ее полностьюв силу отсутствия митохондрий (эритроциты) или из-за работы в анаэробныхусловиях, между печенью и этими клетками устанавливаются циклические процессыпо обмену субстратами. Один из таких – цикл Кори: образующаяся в мышцах(эритроцитах) молочная кислота поступает в общий кровоток, захватываетсяпеченью и используется ею в качестве субстрата глюконеогенеза; синтезируемаяпри этом глюкоза отдается в кровототок и метаболизируется мышцами илиэритроцитами для получения энергии.
В отличие от цикла Кори, аланиновый цикл протекает приусловии потребления периферическими тканями кислорода и требует митохондрий.При употреблении пищи богатой белами или при голодании происходит довольноактивный обмен между печенью и мышцами аланином и глюкозой. Аланин из мышцпередается клеткам печени, где он переаминируется и ПВК используется длясинтеза глюкозы. По мере необходимости глюкоза поступает в мышцы и окисляетсядо ПВК, а затем, путем переаминирования, превращается в аланин который можетвновь повторить этот цикл. Энергетически это более выгодный путь, чем циклКори.
NB! Гликолиз и глюконеогенез – взаимосвязанные процессы
Условия, благоприятствующие глюконеогенезу,сопровождаются рядом изменений, оказывающих регулирующее влияние на ключевыеферменты гликолиза и глюконеогенеза. Эти изменения выражаются в следующем:
· увеличиваетсясекреция глюкагона и снижается секреция инсулина поджелудочной железой, чтоспособствует повышению содержания цАМФ в гепатоцитах;
· увеличиваетсясекреция глюкокортикоидов и адреналина надпочечниками;
· усиливаетсямобилизация липидов из жировых депо, что способствует повышению уровняацетил-КоА в клетках печени (усиливаются процессы b-окисления жирных кислот);
· повышается выходаминокислот из мышечной ткани (аланин и другие гликогенные аминокислоты).
Перечисленные изменения могут оказывать влияние наактивность ферментов глюконеогенеза и гликолиза, а также менять их количество вклетках печени.
В начале параграфа уже было показано, что активностьодного из ферментов гликолиза (пируваткиназы) ингибируется в условиях,благоприятствующих глюконеогенезу. Второй фермент, активно использующий ПВК ваэробных условиях – пируватдегидрогеназа, также ингибируется. Этомуспособствует повышение уровня ацетил-КоА – аллостерического ингибиторапируватдегидрогеназы и ее фосфорилирование протеинкиназаой А, котораяактивируется условиях благоприятстующих глюконеогенезу(повышение уровня цАМФ).Напротив, ацетил-КоА является аллостерическим активатором пируваткарбоксилазы,и повышение количества ПВК в еще большей степени способствует усилению работыэтого фермента – одного из ключевых ферментов глюконеогенеза.
Пируваткарбоксилаза катализирует образование оксалоацетата,который затем декарбоксилируется и фосфорилируется под действиемфосфоенолпируваткарбоксикиназы с образованием фосфоенолпирувата. Повышениеуровня цАМФ в гепатоцитах вызывает путем активирования факторов транскрипциипротеинкиназами усиление синтеза фосфоенолпируваткарбоксикиназы. Неактивноесостояние пируваткиназы (см.выше) – условие предупреждения возможного холостогосубстратного цикла на этом этапе глюконеогенеза.
Второй субстратный цикл на пути глюконеогенеза можетвозникнуть на этапе превращения фруктозо-1,6-дифосфата во фруктозо-6-фосфат.Благодаря особой роли фруктозо-2,6-дифосфата этого удается избежать.Фруктозо-2,6-дифосфат – аллостерический активатор фосфофруктокиназы -1–ключевого фермента гликолиза, синтезируется бифункциональным ферментом — фосфофруктокиназой-2 (ФФК-2). Один домен этого фермента проявляет 2-киназнуюактивность, а другой – 2-фосфатазную. Протеинкиназа А, фосфорилируя ФФК-2,активирует ее фосфатазную активность, что ведет к распадуфруктозо-2,6-дифосфата с образованием фруктозо-6-фосфата. Снижениефруктозо-2,6-дифосфата вызывает торможение гликолитического направления виспользовании фруктозо-1,6-дифосфата и усиливает глюконеогенез. Фруктозо-1,6-дифосфатазаотносится к индуцируемым ферментам и при повышении цАМФ происходит усилениетранскрипции ее генов.
Активности гексокиназы и глюкозо-6-фосфатазырегулируются уровнем глюкозо-6-фосфата: гексокиназа им ингибируется, а ферментглюконеогенеза (т.е.глюкозо-6-фосфатаза) активируется.NB! Ваэробных условиях ПВК окончательно окисляетсяЦепьреакций аэробного распада глюкозы можно разделить на три основных этапа.
1. Дихотомическийраспад глюкозы до стадии ПВК, полностью совпадающий с реакциями гликолиза.
2. Окислительноедекарбоксилирование ПВК, завершающееся образованием ацетил-КоА.
3. ЦиклКребса, в котором ацетил-КоА расходуется на образование СО2 исубстратов тканевого дыхания, используемых дыхательной цепью митохондрий.
Подчеркнем, что, в отличие от первогоэтапа, остальные два требуют аэробных условий и протекают в митохондриях.
Окислительное декарбоксилированиепирувата
Пируват, образовавшийся в реакцияхгликолиза (в цитоплазме), должен быть транспортирован в митохондрии. Транспортосуществляется специальной «челночной» системой. В матриксе митохондрии,прикрепившись к ее внутренней мембране, находится сложный полиферментныйкомплекс – пируватдегидрогеназа.
Пируватдегидрогеназа состоит из 60полипептидных цепей, которые можно разделить на 3 основных фермента: Е1– собственно пируватдегидрогеназа (состоит из 24 субъединиц); Е2 – дигидролипоилтрансацетилаза(также 24 субъединицы); Е3 – дигидролипоилдегидрогеназа (12субъединиц).
Е1 катализируетдекарбоксилирование ПВК с участием кофермента тиаминпирофосфата (ТПФ).Образовавшийся продукт реакции (гидроксиэтильное производное ТПФ) при участии Е2реагирует с окисленной липоевой кислотой(ЛК). Липоевая кислота –низкомолекулярное азотсодержащее соединение – является коферментом Е2.
/>CH2
СН2 СН – (СН2)4– СООН
S – S
Липоевая кислота.
Дисульфиднаягруппа ЛК способна восстанавливаться и ацетилироваться. В реакции,катализируемой дигидролипоилтрансацетилазой (Е2 ), образуется ацетиллипоеваякислота. Далее это соединение реагирует с коэнзимом А (КоА-SH не является собственным коферментомЕ2) – при этом образуется восстановленная форма ЛК (дигидролипоеваякислота) и ацетил-КоА.
Наконец,начинает функционировать Е3, коферментом которого является ФАД: коферментокисляет дигидролипоевую кислоту и сам при этом восстанавливается (ФАДН2). Восстановленный флавиновый кофермент реагирует с митохондриальным НАД+,в свою очередь, восстанавливая его (НАДН ·Н+).
Такимобразом, в окислительном декарбоксилировании ПВК участвует фактически трифермента, составляющих единый пируватдегидрогеназный комплекс, и 5 коферментов:ТПФ, ЛК и ФАД – собственные коферменты комплекса, КоА-SH и НАД+ – внешние, приходящие “извне”.Образующийся ацетил-КоА затем окисляется в цикле Кребса, а водород с НАДН ·Н+поступает в дыхательную цепь митохондрий.
Пируватдегидрогеназаотличается большим отрицательным редокс-потенциалом, который способенобеспечить не только восстановление НАД+, но и способствоватьобразованию высокоэнергетической тиоэфирной связи в ацетил-КоА (СН3-СО~ SкоА).
Принедостаточном содержании в диете входящих в состав пируватдегидрогеназывитаминов, в первую очередь тиамина, активность фермента снижается. Этоприводит к накоплению в крови и тканях пирувата и лактата и развитиюметаболического ацидоза. При выраженном дефиците тиамина развиваетсянекомпенсированный ацидоз, который без лечения приводит к летальному исходу.
Регуляцияактивности пируватдегидрогеназы
Пируватдегидрогеназныйкомплекс может существовать в активной и неактивной формах. Переход одной формыв другую осуществляется путем обратимого фосфорилирования с участием киназы идефосфорилирования с участием фосфатазы. При этом фосфорилированная форма являетсянеактивной, а дефосфорилированная – активной .
Принизкой концентрации инсулина и высоком уровне энергообеспеченности клетки (↑АТФ,↑ ацетил-КоА и ↑ НАДН·Н+) этот комплекс находится внеактивном состоянии. Активирование пируватдегидрогеназного комплексаиндуцируется инсулином, КоА-SН,пируватом, АДФ и ионами магния.
ЦиклКребса – центральный путь обмена веществ
Этотметаболический путь назван именем открывшего его автора – Г.Кребса, получившего(совместно с Ф. Липманом) за данное открытие в 1953 г. Нобелевскую премию. Вцикле лимонной кислоты улавливается большая часть свободной энергии,образующейся при распаде белков, жиров и углеводов пищи. Цикл Кребса –центральный путь обмена веществ.
NB!Функции цикла трикарбоновых кислот многообразны
· Интегративная – циклКребса является центральным метаболическим путем, объединяющим процессы распадаи синтеза важнейших компонентов клетки.
· Анаболическая –субстраты цикла используются для синтеза многих других соединений: оксалацетатиспользуется для синтеза глюкозы (глюконеогенез) и синтеза аспарагиновойкислоты, ацетил-КоА – для синтеза гема, α-кетоглутарат – для синтезаглютаминовой кислоты, ацетил-КоА – для синтеза жирных кислот, холестерола,стероидных гормонов, ацетоновых тел и др.
· Катаболическая – вэтом цикле завершают свой путь продукты распада глюкозы, жирных кислот,кетогенных аминокислот – все они превращаются в ацетил-КоА; глутаминоваякислота – в α-кетоглутаровую; аспарагиновая – в оксалоацетат и пр.
· Собственноэнергетическая – одна из реакций цикла (распад сукцинил-КоА) является реакциейсубстратного фосфорилирования. В ходе этой реакции образуется одна молекула ГТФ(реакция перефосфорилирования приводит к образованию АТФ).
· Водороддонорная –при участии трех НАД+-зависимых дегидрогеназ ( дегидрогеназизоцитрата, α-кетоглутарата и малата) и ФАД-зависимойсукцинатдегидрогеназы образуются 3 НАДН∙Н+ и 1 ФАДН2.Эти восстановленные коферменты являются донорами водорода для дыхательной цепимитохондрий, энергия переноса водородов используется для синтеза АТФ.
· Анаплеротическая –восполняющая. Значительные количества субстратов цикла Кребса используются длясинтеза разных соединений и покидают цикл. Одной из реакций, восполняющих этипотери, является реакция, катализируемая пируваткарбоксилазой.
NB! Скоростьреакция цикла Кребса определяется энергетическими потребностями клетки
Скорость реакций циклаКребса коррелирует с интенсивностью процесса тканевого дыхания и связанного сним окислительного фосфорилирования – дыхательный контроль. Все метаболиты,отражающие достаточное обеспечение клетки энергией являются ингибиторами циклаКребса. Увеличение соотношения АТФ/АДФ –показатель достаточногоэнергообеспечении клетки и снижает активность цикла. Увеличение соотношения НАД+/НАДН, ФАД/ ФАДН2 указывает на энергодефицит и является сигналомускорения процессов окисления в цикле Кребса. Основное действие регуляторовнаправлено на активность трех ключевых ферментов: цитратсинтазы,изоцитратдегидрогеназы и a-кетоглутаратдегидрогеназы.Аллостерическими ингибиторами цитратсинтазы являются АТФ, жирные кислоты. В некоторыхклетках роль ее ингибиторов играют цитрат и НАДН. Изоцитратдегидрогеназа аллостерическиактивируется АДФ и ингибируется при повышении уровня НАДН+Н+.
Последний являетсяингибитором и a-кетоглутаратдегидрогена, активность которойснижается также при повышении уровня сукцинил-КоА.
Активностьцикла Кребса во многом зависит от обеспеченности субстратами. Постоянная“утечка” субстратов из цикла (например, при аммиачном отравлении) можетвызывать значительные нарушения энергообеспеченности клеток.
NB!Пентозофосфатный путь окисления глюкозы обслуживает восстановительные синтезы вклетке.
Каквидно из названия, в этом пути образуются столь необходимые клетке пентозофосфаты.Поскольку образование пентоз сопровождается окислением и отщеплением первогоуглеродного атома глюкозы, то этот путь называется также апотомическим (apex – вершина).
Пентозофосфатныйпуть можно разделить две части: окислительную и неокислительную. Вокислительной части, включающей три реакции, образуются НАДФН∙Н+и рибулозо-5-фосфат. В неокислительной части рибулозо-5-фосфат превращается вразличные моносахариды с 3, 4, 5, 6, 7 и 8 атомами углерода; конечнымипродуктами являются фруктозо-6-фосфат и 3-ФГА.
· Окислительнаячасть. Первая реакция–дегидрирование глюкозо-6-фосфата глюкозо-6-фосфатдегидрогеназойс образованием δ-лактона 6-фосфоглюконовой кислоты и НАДФН∙Н+(НАДФ+ – кофермент глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы).
Втораяреакция – гидролиз 6-фосфоглюконолактона глюконолактонгидролазой. Продуктреакции – 6-фосфоглюконат.
Третьяреакция – дегидрирование и декарбоксилирование 6-фосфоглюконолактона ферментом6-фосфоглюконатдегидрогеназой, коферментом которого является НАДФ+. Входе реакции восстанавливается кофермент и отщепляется С-1 глюкозы с образованиемрибулозо-5-фосфата.
· Неокислительнаячасть. В отличие от первой, окислительной, все реакции этой частипентозофосфатного пути обратимы
Транскетолаза(кофермент – тиаминпирофосфат) отщепляет двухуглеродный фрагмент и переноситего на другие сахара (см. схему). Трансальдолаза переносит трехуглеродные фрагменты.
Вреакцию вначале вступают рибозо-5-фосфат и ксилулозо-5-фосфат. Это – транскетолазнаяреакция: переносится 2С-фрагмент от ксилулозо-5-фосфата на рибозо-5-фосфат.
Затемдва образовавшиеся соединения реагируют друг с другом в трансальдолазнойреакции; при этом в результате переноса 3С-фрагмента от седогептулозо-7-фосфатана 3-ФГА образуются эритрозо-4-фосфат и фруктозо-6-фосфат.Это F-вариант пентозофосфатного пути. Онхарактерен для жировой ткани.
Однакореакции могут идти и по другому пути. Этот путь обозначается как L-вариант. Он протекает в печени идругих органах. В этом случае в трансальдолазной реакции образуется октулозо-1,8-дифосфат.
Общееуравнение окислительной и неокислительной частей пентозофосфатного пути можнопредставить в следующем виде:
/>6 Глюкозо-6-Ф + 7Н2О + 12НАДФ+ 5 Пентозо-5-Ф + 6СО2 + 12 НАДФН∙Н+ +Фн.
Значениепентозофосфатного пути окисления глюкозы
Частью анаболическихпроцессов являются так называемые восстановительные синтезы. В этих реакцияхсинтез вещества сопровождается потреблением восстановительных эквивалентов,ведущую роль среди которых, играет НАДФН+Н+. Роль донора даннойформы восстановительных эквивалентов и выполняет пентозофосфатный путь. Синтезжирных кислот, аминокислот, стероидных гормонов — вот неполный перечень такихпотребителей водородов НАДФН+Н+. В тканях, где интенсивно протекаютданные реакции, активны и ферменты пентозофосфатного пути. К таким тканямотносятся: надпочечники, печень, жировая ткань, лактирующая молочная железа.Особую функцию несет пентозофосфатный путь в эритроцитах, где водороды НАДФН+Н+используется для защиты этих клеток от повреждающего действия активными формамикислорода (супероксидным анион-радикалом и пероксидом водорода).
Недостаточностьглюкозо-6-фосфатдегидрогеназы является наиболее частым дефектом ферментативныхсистем эритроцита. Насчитывается около 100 миллионов жителей нашей планеты снедостаточностью этого фермента. Многие из этих случаев вызваны генетическимиизменениями структуры фермента (изоферменты с различной активностью). Проявлениязависят от степени повреждения фермента: люди могут испытывать постоянный окислительныйстресс, но бывает и безсимптомное течение. В тяжелых случаях заболевание проявляетсяв форме гемолитической анемии и хронического течения инфекционных заболеваний.
Некоторые лекарственныепрепараты, обладающие свойствами окислителей, могут усиливать окислительныйстресс, так как стимулируют образование активных форм кислорода. У людей снедостаточностью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы лечение этими препаратами можетсопровождаться усиленным гемолизом.
Если в эритроцитахНАДФН+Н+ используется для борьбы с активными формами кислорода, тофагоцитирующие клетки используют НАДФН+Н+ для получения супероксидныханион-радикалов и других активных форм кислорода, которые играют основную рольв разрушении поглощенных бактериальных клеток. Образование супероксидногоанион-радикала катализирует НАДФН-оксидаза. Эта реакция сопровождаетсяобразованием “осколка молекулы кислорода” (О2.-) изапускается, когда фагоцитирующая клетка заглатывает бактерию. Кислород,поглощаемый фагоцитами, используется на генерацию О2.-.
НАДФН + 2О2 ¾®2 О2.- + НАДФ+ + Н+
Хроническийгрануломатоз — наследственное заболевание, возникающее по причине дефицитаНАДФН-оксидазы. Фагоциты таких людей не способны в достаточном количествегенерировать О2.- для разрушения поглощенных микроорганизмов.
Велико значение пентозофосфатного пути как поставщикарибозы-5-фосфата, необходимого для построения мононуклеотидов (АМФ, АДФ, АТФ,ГМФ и т.д.), олигонуклеотидов, коферментов (ФМН, ФАД, НАД, НАДФ), нуклеиновых кислот.
Следуетзаметить, что НАДФН∙Н+, в отличие от НАДН∙Н+,не является донором водородов для митохондриальной цепи ферментов. Для передачиего водородов в дыхательную цепь используются специальные трансдегидрогеназныереакции.
Регуляция.Главными регулируемыми (ключевыми) ферментами пентозофосфатного пути являютсядве дегидрогеназы его окислительной части: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа идегидрогеназа 6-фосфоглюконата. Индукторами биосинтеза этих ферментов являетсяинсулин. Активность дегидрогеназ увеличивается при поступлении углеводов ворганизм и снижается при голодании и диабете.
Глюкуроновыйпуть обмена глюкозы
/>
Рис. Глюкуроновый путь обмена глюкозы
Начальный этап пути аналогичен реакциям синтеза гликогена.Далее УДФ-глюкоза окисляется дегидрогеназой в УДФ-глюкуроновую кислоту,которая, теряя УДФ, превращается в глюкуроновую кислоту. В следующей реакцииглюкуроновая кислота восстанавливается НАДФ-зависимой дегидрогеназой до L-гулоновой кислоты. Последняя в организмечеловека, приматов, морских свинок и некоторых птиц окисляется до3-кетогулоновой кислоты, которая, декарбоксилируясь, превращается в L-ксилулозу. В организме большинстваживотных гулоновая кислота служит предшественником витамина С.
Ксилулоза может включаться в пентозофосфатный путь обменауглеводов, однако только в виде D-изомера.Изомеризация L-формы в D-форму осуществляется НАДФ-зависимыми дегидрогеназами черезстадию образования спирта ксилитола. При отсутствии этих ферментов в моче резкоувеличивается концентрация L-ксилулозы– синдром идиопатической пентозурии (довольно редкое наследственноезаболевание).
Значение глюкуронового пути. В клетках организма глюкуроноваякислота используется для синтеза глюкозаминогликанов (гиалуроновой кислоты,хондроитинсульфатов, гепарина). УДФ-глюкуроновая кислота, связывая продуктыметаболизма (например, стероидные гормоны) и чужеродные вещества (лекарственныепрепараты и другие ксенобиотики) в виде водорастворимых глюкуронидов легкоэкскретируется с желчью и мочой.
NB!Фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу
Фруктоза образуется вкишечнике при гидролизе сахарозы сахаразой; кроме того, в состав фруктов и медавходит свободная фруктоза, которая легко всасывается. Поступая с током крови вразличные органы, фруктоза подвергается следующим превращениям.
1. Фосфорилируетсягексокиназой с образованием фруктозо-6-фосфата, который изомеризуется вглюкозо-6-фосфат – центральный метаболит обмена глюкозы. У человека фруктоза в свободном,т.е. нефосфорилированном виде, находится только в семенной жидкости.
2. Фосфорилируется фруктокиназой (в печени) с образованиемфруктозо-1-фосфата, который расщепляется альдолазой В на триозы.
При врожденном недостатке фруктокиназы нарушается образованиефруктозо-1-фосфата. В связи с блоком этого фермента возможно протекание толькореакции, катализируемой гексокиназой, но она имеет низкое сродство к фруктозе(высокое значение КMкфруктозе), поэтому фруктоза накапливается в крови и выделяется с мочой(почечныйпорог для фруктозы низок) – эссенциальная фруктозурия.
При недостаточности альдолазы В (фруктозо-1-фосфат-альдолазы)в тканях накапливается фруктозо-1-фосфат, являющийся ингибитором альдолазы А.Дефект альдолаз приводит к нарушениям реакций гликолиза и глюконеогенеза.
Клинически недостаточность альдолаз проявляется гипогликемиейпосле приема содержащей фруктозу пищи, в том числе сладких блюд, так как в нихкладут сахар (сахарозу). Для гипогликемического синдрома характерны рвота через30 мин после приема пищи, холодный пот, судороги, боль в животе, понос. Придлительном потреблении небольших количеств фруктозы наблюдаются увеличениепечени, общая гипотрофия.
При исключении фруктозы и сахарозы из рациона неблагоприятныесимптомы исчезают.
3. Восстанавливаетсяв сорбитол сорбитолдегидрогеназой (см восстановительный путь обмена глюкозы).
Обмен галактозы.
Галактоза входит в состав молочного сахара лактозы. В печенигалактоза фосфорилируется галактокиназой с образованием галактозо-1-фосфата.Следующая реакция катализируется уридилтрансферазой, переносящей УДФ отУДФ-глюкозы на галактозо-1-фосфат. Наконец, УДФ-галактоза эпимеризуетсяэпимеразой в УДФ-глюкозу, которая может превращаться в глюкозо-1-фосфат ферментомпирофосфорилазой.
Недостаточность галактокиназы проявляется катарактой(галактитол – осмотически активное соединение, вызывающее помутнение хрусталикаглаза). Наиболее распространенным и тяжелым является врожденный дефект уридилтрансферазы(галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазы). Он проявляется синдромом галактоземия. Приэтом заболевании из-за недостаточности уридилтрансферазыв крови резко повышается содержание галактозо-1-фосфата и галактозы,дающие положительную реакцию на “сахар” крови. Сахар обнаруживается в моче(галактозурия). Синдром галактоземии проявляется желтухой новорожденных,гепатомегалией, задержкой психического развития. Заподозрить этот дефект можнона основании рвоты, возникающей после кормления ребенка грудью, поноса, прогрессирующейкатаракты.
При исключении из рациона галатозы (молока) проявления заболеваниязначительно уменьшаются, однако катаракта не исчезает.
Гликогеновые болезни
Гликогеновые болезниотносятся к наследственным нарушениям обмена. Они делятся на две основныхгруппы.
1. Гликогенозы –развиваются в результате недостаточной активности или отсутствия ферментов,ответственных за распад гликогена.
2. Агликогенозы –результат недостаточности ферментов синтеза гликогена.
Гликогенозы – болезни накопления. В зависимости от местадефекта того или иного фермента распада гликогена гликогенозы подразделяются нанесколько типов. Из них наиболее распространен I тип (болезнь Гирке) – результат недостаточности глюкозо-6-фосфатазы.Клетки печени и почек заполнены гликогеном, введение адреналина или глюкагонане вызывает повышения уровня глюкозы в крови, гипогликемия натощак, особеннопосле сна; у таких людей развивается гепатомегалия и нарушаются функции печении почек.
IIтип (болезнь Помпе) – отсутствие лизосомальной -(1—4)и (1—6)-глюкозидазы (кислоймальтазы),. Отмечается генерализованное поражение всех органов.
IIIтип (лимитдекстриноз, болезнь Форбса, или болезнь Кори) – дефект деветвящегофермента (амило-1,6-гликозидазы). В печени и мышцах накапливается характерный разветвленныйполисахарид (остаточный (лимит) декстрин).
IVтип (амилопектиноз, болезнь Андерсен) – дефект фермента ветвления. Структурамолекулы гликогена представлена очень короткими ветвями. Обычно заканчиваетсялетальным исходом в первый год жизни из-за сердечной или печеночнойнедостаточности.
Vтип(болезнь Мак-Ардля) –недостаточность мышечной фосфорилазы. У больных сниженавыносливость к физическим нагрузкам; хотя мышечные клетки и заполнены гликогеном(до 4 % от массы мышц), после физической нагрузки лактат в крови не обнаруживается.
VIтип (болезнь Херса) – недостаточность фосфорилазы в печени. Структура гликогенапри этом не нарушена. У таких больных развивается гепатомегалия.
Имеются и другиеразновидности гликогенозов, связанные с недостаточностью ферментов обменагликогена и глюкозы: болезнь Таруи (VIIтип) – недостаточность фосфофруктокиназы в мышцах и эритроцитах, болезньТомпсона (VIII тип) –недостаточностьингибиторов фосфогексоизомеразы, болезнь Хага (IXтип) – недостаточность киназы фосфорилазы b.
При агликогенозах врезультате нарушения синтеза гликогена страдают энергетические ресурсы клетки.
Регуляция углеводногообмена
Регуляция углеводногообмена осуществляется на всех его этапах нервной системой и гормонами. Помимоэтого, активность ферментов отдельных путей метаболизма углеводов регулируетсяпо принципу “обратной связи”, в основе которого лежит аллостерический механизмвзаимодействия фермента с эффектором. К аллостерическим эффекторам можноотнести конечные продукты реакции, субстраты, некоторые метаболиты, адениловыемононуклеотиды. Важнейшую роль в выборе направленности углеводного обмена(синтез или распад углеводов) играет соотношение коферментов НАД+/НАДН∙Н+и энергетический потенциал клетки.
Постоянство уровняглюкозы в крови – важнейшее условие поддержания нормальной жизнедеятельностиорганизма. Нормогликемия является результатом слаженной работы нервной системы,гормонов и печени.
Печень – единственныйорган, депонирующий глюкозу (в виде гликогена) для нужд всего организма. Благодаряактивной фосфатазе глюкозо-6-фосфата гепатоциты способны образовывать свободнуюглюкозу, которая, в отличие от ее фосфорилированных форм, может проникать черезмембрану клеток в общий круг кровообращения.
Выдающуюся роль средигормонов играет инсулин. Он оказывает действие только на инсулинзависимыеткани, прежде всего, на мышечную и жировую. Мозг, лимфатическая ткань,эритроциты относятся к инсулиннезависимым. Поступление глюкозы в печеночныеклетки и выход глюкозы в кровь из печени также являются независимыми отинсулина процессами.
Наиболее существеннымдействием инсулина на организм является снижение нормального или повышенногоуровня глюкозы в крови – вплоть до развития гипогликемического шока привведении высоких доз инсулина. Уровень глюкозы в крови снижается в результате:1) ускорения поступления глюкозы в клетки; 2)повышения использования глюкозыклетками.
Инсулин ускоряетпоступление моносахаридов в инсулинзависимые ткани, особенно глюкозы (а такжесахаров схожей конфигурации в положении С-1– С-3), но не фруктозы. Связываниеинсулина со своим рецептором на плазматической мембране приводит к перемещениюзапасных белков-переносчиков глюкозы (ГЛУТ 4) из внутриклеточных депо ивключению их в мембрану.
Инсулин активируетиспользование клетками глюкозы путем:
· активированияи индукции синтеза ключевых ферментов гликолиза (глюкокиназы, фосфофруктокиназы,пируваткиназы);
· увеличениявключения глюкозы в пентозофосфатный путь (активирование дегидрогеназглюкозо-6-фосфата и 6-фосфоглюконата);
· повышениясинтеза гликогена за счет стимуляции образования глюкозо-6-фосфата иактивирования гликогенсинтазы (одновременно инсулин ингибирует гликогенфосфорилазу);
· торможенияактивности ключевых ферментов глюконеогенеза (пируваткарбоксилазы,фосфоенолпируваткарбоксикиназы, дифосфатазы, глюкозо-6-фосфатазы) и репрессииих синтеза (уставлен факт репрессии гена фосфоенолпируваткарбоксикиназы).
Другие гормоны, какправило, способствуют увеличению содержания глюкозы в крови.
Глюкагон и адреналинприводят к росту гликемии путем активации гликогенолиза в печени (активированиегликогенфосфорилазы), однако в отличие от адреналина глюкагон не влияет нагликогенфосфорилазу мышц. Кроме того, глюкагон активирует глюконеогенез впечени, следствием чего также является увеличение концентрации глюкозы в крови.
Глюкокортикоидыспособствуют повышению уровня глюкозы в крови за счет стимуляции глюконеогенеза(ускоряя катаболизм белков в мышечной и лимфоидной тканях, эти гормоныувеличивают содержание в крови аминокислот, которые, поступая в печень,становятся субстратами глюконеогенеза). Кроме того, глюкокортикоиды препятствуютутилизации глюкозы клетками организма.
Гормон роста вызываетувеличение гликемии опосредованно: стимулируя распад липидов, он приводит кувеличению уровня жирных кислот в крови и клетках, снижая тем самым потребностьпоследних в глюкозе (жирные кислоты – ингибиторы использования глюкозы клетками).
Тироксин, особенновырабатываемый в избыточных количествах при гиперфункции щитовидной железы,также способствует повышению уровня глюкозы в крови (за счет увеличениягликогенолиза).
При нормальном уровнеглюкозы в крови почки полностью ее реабсорбируют и сахар в моче неопределяется. Однако если гликемия превышает 9–10 ммоль/л (почечный порог), топоявляется глюкозурия. При некоторых поражениях почек глюкоза может обнаруживатьсяв моче и при нормогликемии.
В норме содержаниеглюкозы в крови натощак обычно ниже 6 ммоль/л, уровень в пределах 6–8 ммоль/лдолжен рассматриваться как пограничное состояние, а равный или превышающий 8ммоль/л может служить диагнозом сахарного диабета.
Проверка способностиорганизма регулировать содержание глюкозы в крови (толерантность к глюкозе)используется для диагностики сахарного диабета при постановке пероральногоглюкозо-толерантного теста. Первая проба крови берется натощак после ночногоголодания. Затем больному в течение 5 мин. дают выпить раствор глюкозы израсчета 1 г глюкозы на кг массы тела (1,5 г сахарозы) в 200 мл воды. Послеэтого каждые 30 мин на протяжении 2 ч определяют содержание глюкозы в крови иполученные результаты используют для построения “сахарных кривых”.Гликемические кривые у детей имеют такой же характер, что и у взрослых, с темлишь отличием, что повышение концентрации глюкозы в крови у детей посленагрузки меньшее.
Таблица Критерии ВОЗ, используемые придиагностике сахарного диабета и нарушения толерантности к глюкозе Диагноз Время взятия крови Венозная цельная кровь, ммоль/л Сахарный диабет Нарушение толерантности к глюкозе Натощак 2 ч после “нагрузки” Натощак 2 ч после “нагрузки”
>6,0
>10,0
5,8-6,0 6,7 – 10,0
У больных с разнымиформами диабета нарастание гликемической кривой происходит медленнее, достигаячерез 30-60 мин значительной величины (более чем в 1,8 раза превышая исходноезначение). Нагрузка глюкозой в большинстве случаев сопровождается глюкозурией(почечный порог = 10 ммоль/л). Максимум гликемии достигается позже, подъёмкривой – выше. Понижение кривой происходит очень медленно, чаще оно растягиваетсяна 3-4 часа.
При гиперфункциищитовидной железы гликемические кривые характеризуются более быстрым, чем внорме, подъёмом, что, возможно, вызвано более интенсивным обменом веществ ивозбуждением симпатической нервной системы.
У больных с аденомой островковЛангерганса, гипотиреозом, болезнью Аддисона отмечается низкий исходный уровеньглюкозы. Вершина гликемической кривой уплощена. Возможно появление глюкозуриина фоне нормогликемии (ренальная глюкозурия).