Apsorpcija monosaharida u crijevima

Apsorpcija monosaharida iz crijeva odvija se olakšanom difuzijom uz pomoć posebnih proteinskih nosača (transportera). Osim toga, glukoza i galaktoza se transportiraju u enterocite sekundarnim aktivnim transportom, ovisno o gradijentu koncentracije natrijevih iona. Proteini prijenosnici, ovisni o gradijentu Na +, osiguravaju apsorpciju glukoze iz lumena crijeva u enterocit protiv gradijenta koncentracije. Koncentraciju Na + potrebnu za ovaj transport osigurava Na +, K + -ATPaza, koja radi kao pumpa, pumpajući Na + iz stanice u zamjenu za K +. Za razliku od glukoze, fruktoza se prenosi sustavom neovisnim o gradijentu natrija. Pri različitim koncentracijama glukoze u lumenu crijeva "rade" različiti mehanizmi transporta. Zahvaljujući aktivnom transportu epitelne stanice crijeva mogu apsorbirati glukozu u vrlo niskim koncentracijama u lumenu crijeva. Ako je koncentracija glukoze u lumenu crijeva visoka, tada se ona može transportirati u stanicu olakšanom difuzijom. Fruktoza se također može apsorbirati na isti način. Brzina apsorpcije glukoze i galaktoze mnogo je veća od ostalih monosaharida.

Unos glukoze u stanice iz krvotoka također se događa olakšanom difuzijom. Stoga brzina transmembranskog toka glukoze ovisi samo o gradijentu njezine koncentracije. Izuzetak su stanice mišića i masnog tkiva, gdje je olakšana difuzija regulirana inzulinom.

Transporteri glukoze(GLUT) nalaze se u svim tkivima. Postoji nekoliko varijanti GLUT-ova, a numerirani su prema redoslijedu kojim su otkriveni. Opisanih 5 tipova GLUT-ova imaju sličnu primarnu strukturu i organizaciju domene. GLUT-1 osigurava stabilan protok glukoze u mozak. GLUT-2 se nalazi u stanicama organa koji izlučuju glukozu u krv (jetra, bubrezi). Upravo uz sudjelovanje GLUT-2 glukoza prelazi u krv iz enterocita i jetre. GLUT-2 je uključen u transport glukoze u β-stanice gušterače. GLUT-3 se nalazi u mnogim tkivima i ima veći afinitet za glukozu od GLUT-1. Također osigurava stalnu opskrbu stanicama živčanog i drugih tkiva glukozom. GLUT-4 je glavni prijenosnik glukoze u stanice mišića i masnog tkiva. GLUT-5 se prvenstveno nalazi u stanicama tanko crijevo. Njegove funkcije nisu dobro poznate.

Sve vrste GLUT-a mogu se naći iu plazma membrani iu citosolnim vezikulama. GLUT-4 (u manjoj mjeri GLUT-1) gotovo je u potpunosti smješten u citoplazmi stanice. Učinak inzulina na takve stanice dovodi do kretanja vezikula koje sadrže GLUT do plazma membrane, spajanja s njom i ugradnje transportera u membranu. Nakon toga moguć je olakšani transport glukoze u te stanice. Nakon smanjenja koncentracije inzulina u krvi, transporteri glukoze ponovno prelaze u citoplazmu, te prestaje dotok glukoze u stanicu.

Glukoza prolazi u stanice jetre uz sudjelovanje GLUT-2, neovisno o inzulinu. Iako inzulin ne utječe na transport glukoze, on neizravno pojačava dotok glukoze u hepatocit tijekom probave inducirajući sintezu glukokinaze i time ubrzavajući fosforilaciju glukoze.

Transport glukoze iz primarnog urina u stanice tubula bubrega odvija se sekundarnim aktivnim transportom. Zbog toga glukoza može ući u stanice tubula čak i ako je njezina koncentracija u primarnom urinu manja nego u stanicama. Glukoza se reapsorbira iz primarnog urina gotovo potpuno (99%) u terminalnom dijelu tubula.

Poznati su razni poremećaji u radu transportera glukoze. Nasljedni defekt u tim proteinima može biti u osnovi neovisnosti o inzulinu dijabetes.

Enzim: Supstrat:

1. Saharaza a) glukoza (α-1,4)-glukoza

2. Laktaza b) glukoza (α-1,2)-fruktoza

3. Izomaltaza c) glukoza (α-1,6)-glukoza

d) galaktoza (ß-1,4)-glukoza

e) glukoza (ß-1,4)-glukoza

3. Odaberite jedan točan odgovor. Prijenos glukoze iz krvi u stanice mišićnog i masnog tkiva događa se:

a) protiv koncentracijskog gradijenta

b) uz sudjelovanje Na +, K + -ATPaze

c) uz sudjelovanje GLUT-2

d) tijekom duljeg posta

e) uz sudjelovanje inzulina

4. Odaberite točne odgovore. Prijenos glukoze u moždane stanice događa se:

a) uz sudjelovanje GLUT-4 b) bez obzira na inzulin

c) mehanizmom simporta d) koncentracijskim gradijentom

e) uz utrošak energije ATP-a

5. Izvršite zadatak "lanac".

ALI. Navedite enzim koji katalizira reakciju

galaktoza(ß-1,4)-glukoza → galaktoza + glukoza

a) saharaza b) maltaza c) laktaza

B. Ovaj enzim:

a) sintetizira se u gušterači

b) je jednostavan protein

c) pripada klasi lijaza

d) stvara proizvod koji se apsorbira jednostavnom difuzijom

e) mijenja aktivnost ovisno o dobi

NA. Poremećaj ovog enzima može biti povezan s

a) crijevne bolesti (gastritis, enteritis)

b) smanjenje ekspresije gena povezano s dobi

c) nasljedna mana

d) odsutnost proteina nosača u membrani crijevnih resica

6. Odaberite jedan točan odgovor. Glikogen fosforilaza katalizira:

a) cijepanje glikozidnih veza na mjestima grananja molekula glikogena

b) stvaranje glukoza-6-fosfata

c) stvaranje slobodne glukoze

d) reakcija koja uključuje ATP

e) stvaranje glukoza-1-fosfata

Izaberite ispravne odgovore. Enzimi, nasljedne mane

koji su uzročnici aglikogenoza:

a) glikoziltransferaza

b) glukoza-6-fosfataza

c) protein kinaza

d) glikogen fosforilaza kinaza

e) UDP-glukopirofosforilaze

8. Spajanje.

A. Inzulin 1) utječe na propusnost membrana moždanih stanica

B. Glukagon za glukozu

B. Oba 2) aktiviraju glikogen sintazu fosfatazu

D. Ništa 3) aktivira reakciju ATP → cAMP

4) regulira razmjenu glikogena u jetri

9. Odaberite jedan pogrešan odgovor. Katabolizam glukoze:

a) može se pojaviti u aerobnim i anaerobnim uvjetima

b) javlja se u citosolu i mitohondrijima

c) služi kao glavni izvor ATP-a u mišićima tijekom gladovanja

d) intermedijeri se koriste u anaboličkim procesima

e) najveća količina ATP-a nastala tijekom katabolizma glukoze,

jednako 38 mola

10. Odaberite jedan pogrešan odgovor. Aerobna razgradnja glukoze je izvor:

a) supstrati za sintezu aminokiselina

b) supstrati za sintezu TAG-a u jetri

c) ATP za vitalnu aktivnost crvenih krvnih stanica

d) supstrat za sintezu NADP u masnom tkivu

e) supstrati za zajednički put katabolizma

11. Odaberite jedan pogrešan odgovor. Anaerobna glikoliza:

a) služi kao glavni dobavljač energije za crvena krvna zrnca

b) daje energiju mišićima

c) javlja se samo pod uvjetom regeneracije NAD + uz pomoć piruvata

d) osigurava oksidaciju glukoze i stvaranje ATP-a bez O 2

e) uključuje 2 reakcije fosforilacije supstrata

12. Odaberite točne odgovore. Glukoneogeneza:

a) održava stalnu razinu glukoze u krvi

b) osigurava troškove energije za moždane stanice

c) uključuje reverzibilne reakcije glikolize

d) koristi 2 mola supstrata za sintezu 1 mola produkta

e) koristi 6 mola makroergičkih spojeva za sintezu 1 mola

proizvod

13. Odaberite jedan pogrešan odgovor. Izvori ugljikovih atoma za sintezu glukoze su:

a) alanin b) aspartat

c) acetil-CoA d) glicerol

14. Spajanje.

A. Glukoneogeneza u jetri 1) ubrzava se u apsorpcijskom razdoblju

B. Razgradnjom glikogena u jetri 2) nastaje glukoza bez korištenja ATP-a

B. Oba 3) izvor glukoze za druge organe

D. Nema 4) opskrbljuje mozak glukozom kada

produženi post

konačni produkti hidrolize ugljikohidrata u gastrointestinalni trakt su samo tri tvari: glukoza, fruktoza i galaktoza. U isto vrijeme, glukoza čini gotovo 80% ukupne količine ovih monosaharida. Nakon apsorpcije u crijevima, većina fruktoze i gotovo sva galaktoza pretvaraju se u glukozu u jetri. Zbog toga su u krvi prisutne samo male količine fruktoze i galaktoze. Kao rezultat procesa transformacije, glukoza postaje jedini predstavnik ugljikohidrata koji se transportira do svih stanica tijela.

Relevantni enzimi, potrebne stanicama jetre za osiguranje procesa međusobne pretvorbe monosaharida - glukoze, fruktoze i galaktoze - prikazane su na slici. Kao rezultat ovih reakcija, kada jetra otpusti monosaharide natrag u krv, konačni proizvod koji ulazi u krv je glukoza. Razlog za ovu pojavu je što stanice jetre sadrže veliki broj glukoza-fosfataza, pa se glukoza-6-fosfat može razgraditi na glukozu i fosfat. Glukoza se zatim prenosi preko staničnih membrana natrag u krv.

Htio bih više puta podcrtati da je obično više od 95% svih monosaharida koji cirkuliraju u krvi predstavljeno krajnjim proizvodom transformacije – glukozom.
Prijenos glukoze kroz staničnu membranu. Prije nego što stanice tkiva mogu koristiti glukozu, ona se mora transportirati kroz stanične membrane u citoplazmu. Međutim, glukoza ne može slobodno difundirati kroz pore u staničnoj membrani, jer maksimalna molekularna težina čestica trebala bi biti u prosjeku 100, dok je molekularna težina glukoze 180. Međutim, glukoza može relativno lako ući u stanice zbog olakšanog mehanizma difuzije. O osnovama ovog mehanizma raspravljalo se u 4. poglavlju, prisjetimo se njegovih glavnih točaka.

Video: Stanične inkluzije

kroz i kroz stanična lipidna membrana, proteini nosači, čiji je broj dovoljno velik u membrani, mogu komunicirati s glukozom. U tako vezanom obliku, glukoza se može transportirati proteinom nosačem s jedne strane membrane na drugu i tamo odvojiti – ako je koncentracija glukoze veća na jednoj strani membrane nego na drugoj, tada će se glukoza transportirati u gdje je njegova koncentracija manja, a ne u suprotnom smjeru. Prijenos glukoze kroz stanične membrane u većini tkiva znatno se razlikuje od onog opaženog u gastrointestinalnom traktu ili u epitelnim stanicama bubrežnih tubula.

Video: Medicinski

U oba navedena slučajeve transporta glukoze posredovan mehanizmom aktivnog transporta natrija. Aktivni transport natrija osigurava energiju za unos glukoze u odnosu na koncentracijski gradijent. Ovaj aktivni mehanizam prijenosa glukoze povezan s natrijem događa se samo u specijaliziranim epitelnim stanicama prilagođenim za aktivni proces apsorpcije glukoze. U ostalim staničnim membranama glukoza se prenosi samo iz područja visoke koncentracije u područja niske koncentracije mehanizmom olakšane difuzije, što je omogućeno posebnim svojstvima proteina za prijenos glukoze koji se nalazi u membrani.

Glukoza može ući u stanice tjelesnih tkiva kako egzogeno iz hrane, tako da nastaje endogeno iz nataloženog glikogena (kao rezultat glikogenolize) ili iz drugih supstrata kao što su laktat, glicerol, aminokiseline (kao rezultat glukoneogeneze). Glukoza apsorbirana u tankom crijevu ulazi u jetru kroz portalnu venu i ulazi u hepatocite. Glukoza je po svojoj prirodi hidrofilna tvar, stoga ne može slobodno kapati kroz fosfolipidnu membranu. Mehanizam njegovog transporta provodi se uz pomoć proteina nosača. Kada se stimulira inzulinom, opaža se povećanje sadržaja ovih proteina u plazma membranama za 5-10 puta, dok se njihov sadržaj smanjuje za 50-60% unutar stanice. Da bi se potaknulo kretanje proteina nosača do membrane, potrebni su daljnji stimulativni učinci inzulina. Do danas su identificirane dvije klase prijenosnika glukoze:

· Kotransporter Na-glukoze, koji se eksprimira posebnim epitelnim trepljastim stanicama tankog crijeva i proksimalnog dijela bubrega. Ovaj protein aktivno prenosi glukozu iz intestinalnog lumena ili nefrona protiv koncentracijskog gradijenta tako što veže glukozu na one natrijeve ione koji se transportiraju ispod koncentracijskog gradijenta.

Vlasnički transporteri glukoze. To su membranski proteini koji se nalaze na površini svih stanica i transportiraju glukozu ispod koncentracijskog gradijenta. Transporteri glukoze provode prijenos glukoze ne samo u stanicu, već i izvan stanice te su također uključeni u unutarstanično kretanje glukoze. Trenutno je opisano 6 transportnih proteina glukoze, GluT.

U stanicama se glukoza fosforilira u reakciji heksokinaze, pretvarajući se u glukoza-6-fosfat (Gl-6-P), Gl-6-P je supstrat nekoliko metaboličkih putova: sinteza glikogena, pentozofosfatni ciklus, glikolitička razgradnja do laktata, odnosno aerobne potpune razgradnje na CO 2 i H 2 O. U stanicama sposobnim za glukoneogenezu (stanice jetre, bubrega, crijeva), Gl-6-P se može defosforilirati i ući u krv u obliku slobodne glukoze i biti prenosi u druge organe i tkiva.

Glukoza je posebno važna za moždane stanice. Stanice živčani sustav ovise o glukozi kao glavnom energetskom supstratu. Istodobno, u mozgu nema rezervi glukoze, ona se tamo ne sintetizira, neuroni ne mogu trošiti druge energetske supstrate, osim glukoze i ketonskih tijela, glukoza se može gotovo potpuno iscrpiti iz izvanstanične tekućine, budući da stanice živčani sustav troši glukozu na način neovisan o inzulinu.

Glikogen. Iz Gl-6-P, kao rezultat kombiniranog djelovanja glikogen sintetaze i enzima "grananja", sintetizira se glikogen - polimer koji izgledom podsjeća na drvo. Molekula glikogena može sadržavati do milijun monosaharida. U tom slučaju dolazi do svojevrsne kristalizacije glikogena i on nema osmotski učinak. Ovaj oblik je pogodan za skladištenje u kavezu. Kad bi se toliki broj molekula glukoze otopio, tada bi uslijed osmotskih sila došlo do raskidanja stanice. Glikogen je pohranjeni oblik glukoze i energije. Nalazi se u gotovo svim tkivima, u stanicama živčanog sustava njegova minimalna količina, posebno ga ima u jetri i mišićima. Glikogen sadrži samo 2 tipa glikozidnih veza: a(1®4)-tip i a(1®6)-tip. Veza tipa a(1®4) nastaje svakih 8-10 D-glukoznih ostataka (slika 4).

Glikogenoliza. Ovo je način razgradnje glikogena. Glikogen se u tijelu uglavnom skladišti u jetri i skeletni mišići. Mišićni glikogen se koristi kao izvor energije tijekom intenzivnog tjelesna aktivnost. Glikogenoliza u jetri se aktivira kao odgovor na smanjenje glukoze tijekom pauza za obrok ili kao odgovor na stres. Glavni hormoni koji aktiviraju glikogenolizu su glukagon, adrenalin (epinefrin) i kortizol (tablica 2).

tablica 2

Glikogenoliza počinje cijepanjem terminalnih glukoznih ostataka na a(1®4) vezama, u tom procesu glikogen fosforilaza je ključni enzim (slika 5.). Fosforilaza se aktivira fosforilacijom koja uključuje cAMP-ovisnu protein kinazu i fosforilazu kinazu. Aktivaciju fosforilaze kontroliraju kateholamini (jetra, mišići) i glukagon (jetra). Ovi hormoni potiču razgradnju glikogena u jetri, a time i hiperglikemijski odgovor. Produkt reakcije fosforilaze je glukoza-1-fosfat (G-1-P), koji se pretvara u G-6-P uz sudjelovanje enzima fosfoglukomutaze. U jetri se glukoza stvara iz G-6-P i G-1-P uz sudjelovanje enzima G-6-Ftaze, odnosno G-1-Ftaze. Enzim fosforilaza specifičan je samo za a(1®4) veze. Razgrađuje glikogen sve dok na kraju grane ne ostanu 3-4 ostatka ugljikohidrata. Tada djeluje enzimski kompleks transglukozilaze i glukozidaze. Prvi od ovih enzima prenosi (translocira) kratki segment ugljikohidratnih ostataka na kraj a(1®4) lanca, drugi odcjepljuje glukozu na a(1®6) vezi. Ponavlja se ciklus koji uključuje fosforilaze i enzimski kompleks koji uništava ogranke glikogena. Oko 90% glukoze oslobađa se iz glikogena u obliku G-1-P kada se a(1®4) veza pokida, 10% kao slobodna glukoza kada se a(1®6) veza pokida. Glukoza može nastati iz glikogena uz sudjelovanje amil-1,6-glukozidaze, koja razgrađuje bočne lance glikogena.

Glikogenoze. Ova grupa nasljedne bolesti povezana s defektima enzima, pri čemu je razgradnja glikogena poremećena (slika 5) i, unatoč golemim zalihama glikogena u organima, kod bolesne se djece razvija hipoglikemija (tablica 3).

Tablica 3

Gierkeova bolest (glikogenoza tipa I) je najviše proučavana, s ovom bolešću, razgradnja glikogena je blokirana zbog odsutnosti enzima glukoza-6-fosfataze, struktura glikogena je normalna. Stvaranje slobodne glukoze je poremećeno, stvara se puno laktata. Hipoglikemija dovodi do aktivacije metabolizam masti, oksidaciju lipida prati stvaranje ketonskih tijela. Hipoglikemija se jasno očituje u određivanju glukoze u krvi metodama glukoza oksidaze i heksokinaze, dok reduktometrijskom metodom po Hagedornu, zbog prisutnosti reducirajućih tvari u krvi, rezultati određivanja glukoze su značajno iskrivljeni. Vrijednost adrenalinskih i glukagonskih testova je velika, jer adrenalin i glukagon ne povećavaju razinu glukoze u krvi zbog nemogućnosti jetre da opskrbi slobodnu glukozu iz glikogena.

POVIJEST SLUČAJA #1

GIRKEOVA BOLEST (GLIKOGENOZA KOD DEFICIJENA G-6-FAZE)

Djevojčica stara 6 mjeseci bila je stalno hirovita, bolesnog izgleda, brzo se umarala, padala u pospanost, često je imala probavne smetnje, uočeno je značajno povećanje jetre.

Laboratorijska analiza:

Glukoza u krvi (1 sat nakon hranjenja) - 3,5 mmol/l (referentni raspon » 5 mmol/l)

4 sata nakon hranjenja na pozadini znakova bolesno stanje s pulsom od 110 u 1 min, razina glukoze bila je 2 mmol/l. Simptomi su se povukli nakon jela. Biopsija jetre pokazala je velike naslage glikogena u citoplazmi hepatocita.

Dijagnosticirana Gierkeova bolest. Liječenje je uključivalo česta hranjenja sa smanjenim unosom ugljikohidrata i hranjenje kroz nazogastričnu sondu noću.

POVIJEST SLUČAJA #2

MAC-ARDLEOVA BOLEST (GLIKOGENOZA SA SMANJENOM MIŠIĆNOM SNAgom)

30-godišnji muškarac obratio se liječniku o kronične boli u mišićima nogu i ruku te konvulzije tijekom vježbanja. Imao je slabost u mišićima, pa se nikad nije bavio sportom. Stanje se nije mijenjalo sve dok nije odlučio ojačati mišiće bavljenjem sportom. Uz uporne tjelesne vježbe, bolovi su u pravilu nestajali nakon 15-30 minuta treninga i mogao je nastaviti vježbati.

Laboratorijska analiza:

Na laboratorijska istraživanja utvrđeno je da je tijekom umjerene tjelesne aktivnosti razina glukoze u krvi normalna, ali je povećana aktivnost MM frakcije kreatin kinaze (MM-CK) što ukazuje na oštećenje mišića. Intenzivnim mišićnim radom neznatno se smanjila razina glukoze u krvi, ali se istovremeno smanjila i razina laktata. Biopsija je pokazala neobično visoku količinu glikogena u mišićima, što dokazuje bolest skladištenja glikogena.

Rasprava:

NA početno razdoblje mišićno opterećenje uvijek počinje intenzivno trošiti glukozu, koja nastaje iz raspadajućeg glikogena. Međutim, kod konvulzija koje se javljaju s nedostatkom kisika, kao rezultat aktivacije glikolize, trebalo bi doći do stvaranja piruvata, koji se pretvara u laktat i ulazi u krv. U istom slučaju nije bilo povećanja laktata, što dokazuje kršenje mobilizacije mišićnog glikogena. Prestanak bolova u mišićima 0,5 sati nakon vježbanja objašnjava se fiziološkim odgovorom izazvanim adrenalinom koji se oslobađa tijekom vježbanja, a koji potiče ulazak glukoze i masnih kiselina u mišiće iz krvi, kompenzirajući nedovoljnu opskrbu glukozom iz mišićnog glikogena.

Glikoliza. U anaerobnim uvjetima, glikoliza je glavni metabolički put za razgradnju glukoze. U tom procesu, razgradnjom 1 molekule glukoze nastaju 2 molekule ATP i 2 molekule piruvata. U tkivima u kojima sinteza ATP-a nije u potpunosti osigurana zbog oksidativne fosforilacije, glukoza je glavni izvor energije. Tijekom intenzivnog mišićnog rada u mišićima dolazi do razgradnje ugljikohidrata do laktata, što uzrokuje tzv. kisikov dug i dovodi do unutarstaničnog zakiseljavanja. Red lijekovi, posebice bigvanidi, lijekovi sulfonilureje prve generacije, aktiviraju glikolizu, stoga kod dijabetesa mogu biti dodatni čimbenici koji pridonose razvoju laktacidoze. U tom smislu, uz određivanje parametara BOS-a i plinova u krvi, u ekspresnim laboratorijima na jedinicama intenzivnog liječenja preporučuje se određivanje laktata u bolesnika s hipoksijom u razvoju. Inhibitori glikolize su monojodoacetat i NaF - jaki otrovi. U eritrocitima su glikoliza i pentozofosfatni ciklus glavni načini iskorištavanja glukoze, njihov intenzitet je visok, stoga se ne preporuča ostavljati ugrušak sa serumom prilikom određivanja glukoze ili mjeriti glukozu u krvi stabiliziranoj EDTA više od 1 sat kasnije. Ako je potrebno pohraniti krv, preporuča se koristiti monojodoacetat ili NaF kao inhibitor glikolize.

Aerobna oksidacija glukoze. Glukoza je jedan od glavnih energetskih supstrata u tijelu. Brzina njegove oksidacije u mirovanju na prazan želudac je oko 140 mg/kg tjelesne težine tijekom 1 sata. Neki vitalni važni organi, posebno cerebralni korteks, koriste samo glukozu kao energetski supstrat. U procesu oksidacije prelazi glikolitičkim putem u piruvat koji ulazi u mitohondrije gdje se dekarboksilira u acetil-coA. Daljnja oksidacija odvija se u Krebsovom ciklusu i procesu oksidativne fosforilacije, u kojem se sintetizira ATP i stvara endogena voda. Ovo je glavni način proizvodnje energije: 1 molekula glukoze u procesu aerobne oksidacije omogućuje sintetiziranje 19 puta više ATP-a nego glikolizom, odnosno 38 molekula ATP-a. Oksidacija glukoze u aerobnim uvjetima je najučinkovitiji način koristiti kisik za energetske potrebe. Učinkovitost bazalnog metabolizma je najveća kada se glukoza oksidira, pa je važna komponenta u parenteralnoj prehrani.

Pentozofosfatni šant. Biološka uloga ovog ciklusa je stvaranje pentoznih fosfata potrebnih za sintezu nukleinskih kiselina, stvaranje reduciranih ekvivalenata u obliku NADPH za sintezu masnih kiselina i osiguranje antioksidativnog sustava stanica. Među nedostacima pentozofosfatnog šanta najčešći je nedostatak ili abnormalnost enzima glukoza-6-fosfat dehidrogenaze. Ovo ne osigurava potrebnu obnovu glutationa. U membrani eritrocita aktivira se peroksidacija, nakupljaju se hidroperoksidi, narušava se propusnost stanične membrane, što rezultira hemolizom.

Odnos između metabolizma ugljikohidrata, proteina i lipida. Važan zajednički intermedijer u metabolizmu ugljikohidrata, aminokiselina i lipida je molekula acetil-coA u stanicama. Preko acetil-coA, glukoza i drugi ugljikohidrati mogu se pretvoriti u masna kiselina i triglicerida, u neesencijalne aminokiseline i obrnuto, glukoza se može sintetizirati kroz ovu molekulu. Putem međusobnih pretvorbi s različitim načinima prehrane tijelo sintetizira potrebne komponente. Stoga, čak i uz isključivo ugljikohidratnu prehranu, masa masnog tkiva može se povećati. Nakon jela, kao i nakon unosa ugljikohidrata, ne preporučuje se ispitivanje bazalne razine glukoze u krvi. Gotovo uvijek kod hipertrigliceridemije postoji tendencija poremećaja metabolizma ugljikohidrata zbog razvoja inzulinske rezistencije.

Glukoneogeneza. Ovo je naziv metaboličkog procesa sinteze glukoze iz aminokiselina i produkata intermedijarnog metabolizma. U procesu glukoneogeneze odvijaju se iste reakcije kao i kod glikolize, ali u suprotnom smjeru. Izuzetak su 3 reakcije koje su šantirane. Cijeli set enzimi glukoneogeneze nalaze se u stanicama jetre, bubrega i crijevne sluznice. Glukokortikoidi, posebice kortizol, snažni su stimulatori sinteze enzima glukoneogeneze, uzrokujući hiperglikemiju zbog sinteze glukoze iz aminokiselina tijekom katabolizma proteina.

REGULACIJA METABOLIZMA UGLJIKOHIDRATA.

Razina glukoze u krvi najvažniji je čimbenik homeostaze. Održava se na određenoj razini radom crijeva, jetre, bubrega, gušterače, nadbubrežne žlijezde, masnog tkiva i drugih organa (slika 6).

Riža. 6. Metabolizam glukoze nakon jela. Glukoza apsorbirana u crijevima ulazi u jetru. Jetra održava stalnu opskrbu energetskim supstratima drugim organima, prvenstveno mozgu. Unos glukoze u jetru i mozak ne ovisi o inzulinu, au mišiće i masno tkivo ovisan je o inzulinu. U svim stanicama, prvi korak u metabolizmu glukoze je fosforilacija. U jetri, inzulin stimulira enzim glukokinazu, pokrećući stvaranje glikogena. Višak glukoza-6-fosfata koristi se za sintezu aminokiselina i lipida. U mišićima se glukoza skladišti kao glikogen, u masnom tkivu se pretvara u trigliceride, au tkivu mozga glukoza se koristi kao energetski supstrat.

Postoji nekoliko vrsta regulacije metabolizma ugljikohidrata: supstratna, živčana, hormonska, bubrežna.

Potrošnja glukoze stanicama iz krvotoka također se događa olakšanom difuzijom. Stoga brzina transmembranskog protoka glukoze ovisi samo o gradijentu njezine koncentracije. Izuzetak su mišićne stanice i masno tkivo, gdje olakšanu difuziju regulira inzulin (hormon gušterače). U nedostatku inzulina, plazma membrana ovih stanica je nepropusna za glukozu jer ne sadrži proteine ​​nosače glukoze. Transporteri glukoze nazivaju se i receptori glukoze. Na primjer, opisan je prijenosnik glukoze izoliran iz eritrocita. Ovo je transmembranski protein čiji je polipeptidni lanac građen od 492 aminokiselinska ostatka i ima domensku strukturu. Polarne domene proteina nalaze se na suprotnim stranama membrane, hidrofobne su smještene u membrani, prelazeći je nekoliko puta. Transporter ima mjesto vezanja glukoze na vanjskoj strani membrane. Nakon dodatka glukoze mijenja se konformacija proteina, zbog čega se glukoza povezuje s proteinom u području okrenutom prema unutrašnjosti stanice. Zatim se glukoza odvaja od transportera, prolazeći u stanicu

Smatra se da metoda olakšane difuzije, u usporedbi s aktivnim transportom, onemogućuje transport iona zajedno s glukozom ako se ona transportira duž koncentracijskog gradijenta.

Apsorpcija ugljikohidrata u crijevima. Apsorpcija monosaharida iz crijeva odvija se olakšanom difuzijom uz pomoć posebnih proteinskih nosača (transportera). Osim toga, glukoza i galaktoza se transportiraju u enterocit sekundarnim aktivnim transportom, ovisno o gradijentu koncentracije natrijevih iona. Proteini prijenosnici ovisni o gradijentu Na + osiguravaju apsorpciju glukoze iz lumena crijeva u enterocit protiv gradijenta koncentracije. Koncentraciju Na+ potrebnu za ovaj transport osigurava Na+,K+-ATPaza, koja radi poput pumpe, pumpajući Na+ iz stanice u zamjenu za K+. Za razliku od glukoze, fruktoza se prenosi sustavom neovisnim o gradijentu natrija.

Transporteri glukoze(GLUT) nalaze se u svim tkivima. Postoji nekoliko vrsta GLUT-ova (Tablica 7-1) i numerirani su prema redoslijedu kojim su pronađeni.

Struktura proteina iz obitelji GLUT razlikuje se od proteina koji prenose glukozu kroz membranu u crijevima i bubrezima u odnosu na koncentracijski gradijent.

Opisanih 5 tipova GLUT-ova imaju sličnu primarnu strukturu i organizaciju domene.

• GLUT-1 osigurava stalan dotok glukoze u mozak;
• GLUT-2 se nalazi u stanicama organa koji izlučuju glukozu u krv. Upravo uz sudjelovanje GLUT-2 glukoza prelazi u krv iz enterocita i jetre. GLUT-2 sudjeluje u transportu glukoze u β-stanice gušterače;
• GLUT-3 ima veći afinitet za glukozu od GLUT-1. Također osigurava stalnu opskrbu stanicama živčanog i drugih tkiva glukozom;
• GLUT-4 je glavni prijenosnik glukoze u mišićne stanice i masno tkivo;
• GLUT-5 nalazi se uglavnom u stanicama tankog crijeva. Njegove funkcije nisu dobro poznate.

Sve vrste GLUT-a mogu se naći iu plazma membrani iu citosolnim vezikulama. GLUT-4 (i manjim dijelom GLUT-1) gotovo je u potpunosti smješten u citoplazmi stanica. Učinak inzulina na takve stanice dovodi do kretanja vezikula koje sadrže GLUT do plazma membrane, spajanja s njom i ugradnje transportera u membranu. Nakon toga moguć je olakšani transport glukoze u te stanice. Nakon smanjenja koncentracije inzulina u krvi, transporteri glukoze ponovno prelaze u citoplazmu, te prestaje dotok glukoze u stanicu (slika 7-19).

Kretanje glukoze iz primarnog urina u stanice bubrežnih tubula odvija se sekundarnim aktivnim transportom, slično apsorpciji glukoze iz lumena crijeva u enterocite. Zbog toga glukoza može ući u stanice čak i ako je njezina koncentracija u primarnom urinu manja nego u stanicama. U tom slučaju, glukoza se reapsorbira iz primarnog urina gotovo u potpunosti (99%).

Poznati su razni poremećaji u radu transportera glukoze. Nasljedni defekt u tim proteinima može biti u osnovi dijabetes melitusa neovisnog o inzulinu (vidi Odjeljak 11). Istodobno, uzrok neispravnosti transportera glukoze ne može biti samo kvar u samom proteinu. Kršenje funkcije GLUT-4 moguće je u sljedećim fazama:

• prijenos inzulinskog signala o kretanju ovog transportera na membranu;
• kretanje transportera u citoplazmi;
• uključivanje u membranu;
• skidanje membrane itd.

77.Glikoliza (fosfotrioznog puta, ili Embden-Meyerhofov šant, ili Put Embden-Meyerhof-Parnassus) je enzimski proces uzastopne razgradnje glukoze u stanicama, praćen sintezom ATP-a. Glikoliza u aerobnim uvjetima dovodi do stvaranja pirogrožđane kiseline (piruvata), glikoliza u anaerobnim uvjetima dovodi do stvaranja mliječne kiseline (laktata). Glikoliza je glavni put katabolizma glukoze u životinja.

opći pregled

Glikolitički put sastoji se od 10 uzastopnih reakcija, od kojih je svaka katalizirana posebnim enzimom.

Proces glikolize može se uvjetno podijeliti u dvije faze. Prva faza, koja nastavlja s potrošnjom energije 2 molekule ATP-a, je cijepanje molekule glukoze u 2 molekule gliceraldehid-3-fosfata. U drugom stupnju dolazi do NAD-ovisne oksidacije gliceraldehid-3-fosfata, praćene sintezom ATP-a. Glikoliza je sama po sebi potpuno anaeroban proces, odnosno ne zahtijeva prisutnost kisika za odvijanje reakcija.

Glikoliza je jedan od najstarijih metaboličkih procesa poznatih u gotovo svim živim organizmima. Pretpostavlja se da se glikoliza pojavila prije više od 3,5 milijarde godina u primarnim prokariotima.

Proizlaziti

Rezultat glikolize je pretvorba jedne molekule glukoze u dvije molekule pirogrožđane kiseline (PVA) i stvaranje dvaju redukcijskih ekvivalenta u obliku koenzima NAD∙H.

Potpuna jednadžba za glikolizu je:

Glukoza + 2NAD + + 2ADP + 2P n \u003d 2NAD ∙ H + 2PVC + 2ATP + 2H 2 O + 2H +.

U nedostatku ili nedostatku kisika u stanici, pirogrožđana kiselina se reducira u mliječnu kiselinu, tada će opća jednadžba glikolize biti sljedeća:

Glukoza + 2ADP + 2P n \u003d 2 laktat + 2ATP + 2H 2 O.

Dakle, tijekom anaerobne razgradnje jedne molekule glukoze, ukupni neto prinos ATP-a je dvije molekule dobivene u reakcijama fosforilacije ADP supstrata.

U aerobnim organizmima krajnji produkti glikolize prolaze daljnje transformacije u biokemijskim ciklusima povezanim sa staničnim disanjem. Kao rezultat toga, nakon potpune oksidacije svih metabolita jedne molekule glukoze u posljednjoj fazi staničnog disanja - oksidativne fosforilacije koja se odvija na dišnom lancu mitohondrija u prisutnosti kisika - dodatnih 34 ili 36 ATP molekula dodatno se sintetizira za svaku glukozu. molekula.

Staza

Prva reakcija glikoliza je fosforilacija molekule glukoze, što se događa uz sudjelovanje tkivno-specifičnog enzima heksokinaze uz potrošnju energije od 1 molekule ATP-a; nastaje aktivni oblik glukoze - glukoza-6-fosfat (G-6-F):

Za odvijanje reakcije neophodna je prisutnost iona Mg 2+ u mediju s kojima se veže kompleks molekule ATP. Ova reakcija je ireverzibilna i prva je ključna reakcija glikolize.

Fosforilacija glukoze ima dva cilja: prvi, budući da plazma membrana, koja je propusna za neutralnu molekulu glukoze, ne dopušta prolazak negativno nabijenih molekula G-6-P, fosforilirana glukoza je zaključana unutar stanice. Drugo, tijekom fosforilacije glukoza se pretvara u aktivni oblik koji može sudjelovati u biokemijskim reakcijama i biti uključen u metaboličke cikluse.

Jetreni izoenzim heksokinaza glukokinaza važan je u regulaciji razine glukoze u krvi.

U sljedećoj reakciji ( 2 ) pomoću enzima fosfoglukoizomeraze G-6-P se pretvara u fruktoza-6-fosfat (F-6-F):

Za ovu reakciju nije potrebna energija, a reakcija je potpuno reverzibilna. U ovoj fazi fruktoza se također može uključiti u proces glikolize fosforilacijom.

Zatim dvije reakcije slijede gotovo odmah jedna za drugom: ireverzibilna fosforilacija fruktozo-6-fosfata ( 3 ) i reverzibilno aldolno cijepanje rezultirajućeg fruktoza-1,6-bisfosfat (F-1,6-bF) u dva trioza ( 4 ).

Fosforilaciju F-6-F provodi fosfofruktokinaza uz utrošak energije druge ATP molekule; ovo je drugo ključna reakcija glikolize, njezina regulacija određuje intenzitet glikolize u cjelini.

Aldolno cijepanje F-1,6-bF nastaje pod djelovanjem fruktozo-1,6-bisfosfat aldolaze:

Kao rezultat četvrte reakcije, dihidroksiaceton fosfat i gliceraldehid-3-fosfat, a prvi je gotovo odmah u akciji fosfotrioza izomeraza ide u drugu 5 ), koji je uključen u daljnje transformacije:

Svaku molekulu gliceraldehid fosfata oksidira NAD+ u prisutnosti gliceraldehid fosfat dehidrogenaza prije 1,3-difosfoglicerat (6 ):

Dolazi iz 1,3-difosfoglicerat, koji sadrži visokoenergetsku vezu u 1 položaju, enzim fosfoglicerat kinaza prenosi ostatak fosforne kiseline na molekulu ADP (reakcija 7 ) - nastaje ATP molekula:

Ovo je prva reakcija fosforilacije supstrata. Od tog trenutka proces razgradnje glukoze prestaje biti energetski neprofitabilan, budući da se nadoknađuju energetski troškovi prve faze: sintetiziraju se 2 molekule ATP (po jedna za svaki 1,3-difosfoglicerat) umjesto dvije potrošene u reakcije 1 i 3 . Za ovu reakciju potrebna je prisutnost ADP-a u citosolu, odnosno s viškom ATP-a u stanici (i nedostatkom ADP-a) njegova se brzina smanjuje. Budući da se ATP, koji se ne metabolizira, ne taloži u stanici, već se jednostavno uništi, ova reakcija je važan regulator glikolize.

sekvencijalno: nastaje fosfoglicerol mutaza 2-fosfoglicerat (8 ):

Enolaze oblici fosfoenolpiruvat (9 ):

I konačno, druga reakcija fosforilacije supstrata ADP-a događa se stvaranjem enolnog oblika piruvata i ATP-a ( 10 ):

Reakcija se odvija pod djelovanjem piruvat kinaze. Ovo je posljednja ključna reakcija glikolize. Izomerizacija enolnog oblika piruvata u piruvat događa se neenzimski.

Od svog osnutka F-1,6-bF samo se reakcije odvijaju uz oslobađanje energije 7 i 10 gdje dolazi do fosforilacije supstrata ADP-a.