Биосинтез и мобилизация гликогена: последовательность реакций, физиологическое значение. Регуляция обмена гликогена. Гликогенозы и агликогенозы.

Синтез гликогена происходит с участием нескольких фер­ментов: гексокиназы, фосфоглюкомутазы (переводит глюкозо-6-фосфат в глюкозо-1 -фосфат), уридилтрансферазы (образует УДФ-глюкозу), гликогенсинтетазы (переносит глюкозу с УДФ-глюкозы на имеющуюся молекулу гликогена и присоединяет ее 1,4-глико-зидной связью). Таким образом, чтобы удлинить молекулу глико­гена на одно звено глюкозы необходимо затратить 2 макроэрга (АТФ и УТФ). Ветвление гликогена происходит под влиянием вет-вящего фермента. Распад гликогена происходит двумя путями: Гидролитический путь идет в лизосомах клеток под дей­ствием у-амилазы при участии воды без образования промежу­точных продуктов.Фосфоролитический путь (фосфоролиз) идет в цитоплаз­ме под действием фосфорной кислоты с образованием проме­жуточных продуктов, катализируется несколькими ферментами.Оба способа расщепления гликогена приводят к образова­нию глюкозы. В мышцах фосфоролиз заканчивается на глюкозо-6-фосфате, так как в них нет глюкозо-6-фосфатазы. Таким обра­зом, только печень является источником глюкозы для крови.Ключевыми ферментами синтеза гликогена являются: гексо­киназа и гликогенсинтетаза, распада гликогена — фосфорилаза и глюкозо-6-фосфатаза. Синтез гликогена усиливается инсули­ном, распад стимулируется катехоламинами, глюкагоном, глюко-кортикостероидами, цАМФ и Са²⁺. Печень запасает глюкозу в виде гликогена для поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови. Ф-ия мышечного гликогена заключ-ся в освобождении глюкозо 6 фосфата, потребляемого в самой мышце для окисления и использования энергии. Гликогенозы. В этом случае нарушен распад гликогена. Гли­коген накапливается в клетках в больших количествах, что может привести к их разрушению. Клинические симптомы: увеличение размеров печени, мышечная слабость, гипогликемия натощак. Известно несколько типов гликогенозов. Они могут быть вызва­ны недостаточностью глюкозо-6-фосфатазы, фосфорилазы или у-амилазы. Агликогенозы вызываются недостаточностью ферментов, уча­ствующих в синтезе гликогена. В результате нарушается синтез гликогена и снижается его содержание в клетках. Симптомы: рез­кая гипогликемия натощак, особенно после ночного перерыва в кормлении. Гипогликемия приводит к отставанию в умственном развитии. Больные погибают в детском возрасте.

16. Анаэробный распад глюкозы: последовательность реакций, физиологиче­ское значение. Роль анаэробного распада глюкозы в мышцах. Дальнейшая судьба молочной кислоты.

Гликолиз — это расщепление глюкозы до молочной кислоты в анаэробных условиях. Гликолиз состоит из двух стадий: подготовительной и глав­ной. В подготовительной стадии глюкоза расщепляется с образо­ванием диоксиацетонфосфата (ДОАФ) и 3-фосфоглицеринового альдегида, при этом расходуются 2 молекулы АТФ; В главной стадии фосфотриозы превращаются в лактат (мо­лочную кислоту), при этом образуются 4 молекулы АТФ. Синтез АТФ в гликолизе происходит путем субстратного фосфорилиро-вания. Таким образом, анаэробное окисление глюкозы приводит к образованию 2 молекул лактата и 2 молекул АТФ. Ключевыми ферментами гликолиза являются: гексокиназа (начальный фермент), фосфофруктокиназа (лимитирующий фер­мент), пируваткиназа. АТФ и цитрат ингибируют фосфофрукто-киназу, АДФ — активирует. Преимущества гликолиза: быстрый процесс; анаэробный, универсальный процесс. Недостатки гликолиза: малоэффективный процесс; —продуктом гликолиза является лактат, накопление кото­рого в клетках и в крови вызывает метаболический аци­доз. Тормозит тканевое дыхание (эффект пастера). Гликогенолиз — это анаэробное окисление гликогена с об­разованием молочной кислоты. Окисление каждой отщепленной от гликогена молекулы глюкозы приводит к образованию 3 моле­кул АТФ. Ключевыми ферментами гликогенолиза являются: фос-форилаза, фосфофруктокиназа и пируваткиназа. Гликогенолиз усиливается катехоламинами, глюкагоном, цАМФ, Са²⁺. Молочная кислота в печени превращается в пируват (способ утилизации лактата).

17. Аэробный распад глюкозы: последовательность реакций, физиологическое значение. Роль аэробного распада глюкозы в мышцах при мышечной рабо­те. Роль аэробного распада глюкозы в мозге.

Аэробный гликолиз – процесс окисления глюкозы до пировиноградной кислоты в присутствии кислорода. 2 этапа: подготовительный (глюкоза фосфорилируется и расщ-ся на 2 молекулы фосфотриоз (-2 АТФ))и сопряженный с синтезом АТФ (фосфотриозы превращаются в пируват (+10 АТФ)). Клетки мозга расходуют до 100г глюклзы в сутки, окисляя ее аэробным путем, поэтому недостаточное снабжение мозга глюкозой или гипоксия проявляются симптомами, свидетельств-ми о нарушении ф-ии мозга. Аэробный гликолиз способствует метаболизму клеток опухолей.

18. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез): возможные предшественники, после­довательность реакций. Глюкозо-лактатный цикл (цикл Кори) и глюкозо-аланиновый цикл: физиологическое значение. Значение и регуляция глюконеогенеза из аминокислот.

Глюконеогенез - это синтез глюкозы из неуглеводных предшественников (лактата, пирувата, оксалоацетата, глицерина, аминокислот). По направлению реакций ГНГ напоминает гликолиз наоборот. Однако ГНГ не является простым обращением гликолиза, т.к. в нем три фермента (гексокиназа, фосфофруктокиназа, пируваткиназа) катализируют необрати­мые реакции и поэтому в глюконеогенезе работать не могут. Они заменяются другими ферментами. Так, пируватки­наза заменена двумя ферментами пируваткарбоксилазой и фос­фоенолпируваткарбоксикиназой (ФЕПКК); фосфофруктокиназа - фрук­тозо-1,6-дифосфатазой; гексокиназа - глюкозо-6-фосфатазой. На образование 1 молекулы глюкозы расходуется 6 макроэргов (4 АТФ и 2 ГТФ). ГНГ локализован в цитоплазме гепатоцитов печени, в клетках коры почек и тонкого кишечника. Около 90% лактата, используемого в глюконеогенезе, поступает в печень, 10% - в почки и тонкий кишечник. Значение глюконеогенеза:

1. Является важным источником глюкозы в организме;

2. Удаляет большую часть лактата из клеток и тканей, работаю­щих в анаэробных условиях, что предохраняет их от метаболического аци­доза.

ГНГ особенно важен после интенсивной мышечной работы, когда накапливается лактат. 20-30% лактата может окисляться до СО₂ и Н₂О в самой мышце, 70-80% используется в ГНГ на образование глюкозы. Так как в мышце нет ГНГ, лактат из нее поступает в кровь, затем в печень, где превра­щается в глюкозу, которая кровью разносится всем органам и тканям, в том числе и мышцам. Таким образом, между печенью и мыщцей существует взаимосвязь, так называемый цикл Кори (глюкозо-лактатный цикл). Регуляция глюконеогенеза: Ключевыми ферментами ГНГ являются: пируваткарбоксилаза, ФЕПКК, фрук­тозо-1,6-дифосфатаза, глюкозо-6-фосфатаза. ГНГ усиливают: глюкагон, катехоламины, глюкокортикостероиды, ацетил-КоА, АТФ, цАМФ, Са²⁺. Тормозят глюконеогенез: инсулин, АДФ, этанол. Источники глюкозо-6-фосфата: 1) во всех клетках образуется из глюкозы в ходе гексокиназной реакции; 2) в печени и мышцах образуется в ходе фос­форолиза из гликогена; 3) в печени, мышцах, тонком кишечнике - в резуль­тате ГНГ; 4) в печени - в результате унификации моносахаридов. Пути использования глюкозо-6-фосфата: 1) синтез гликогена; 2) окисление до лактата в анаэробных условиях и до СО₂ и Н₂О в аэробных; 3) окисление в пентозофосфатном пути; 4)превращение в глюкозу (в печени, тонком ки­шечнике и коре почек).

19. Пентозофосфатный путь превращения глюкозы. Окислительный путь обра­зования пентоз. Представление о неокислительном пути образования гексоз. Распространение, роль, регуляция.

Пентозофосфатный путь (ПФП): Это прямое окисление глюкозо-6-фосфата. Состоит из двух частей: окисли­тельной (необратимой) и неокислительной (обратимой). В ходе окислитель­ной части ПФП при участии глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и 6-фосфоглю­конатдегидрогеназы глюкозо-6-фосфат окисляется с образованием рибозо-5-фосфата, СО₂, 2 молекул НАДФН. В неокислительной части ПФП из каждых трех молекул рибозо-5-фосфата образуются 1 молекула фосфоглицерино­вого альдегида и 2 молекулы фруктозо-6-фосфата. Дальнейшая судьба этих метаболитов известна: они могут либо окисляться в гликолизе и, в зависимо­сти от условий, превращаться в лактат или пируват, либо использоваться в ГНГ на образование глюкозы. Если метаболиты окислительной части ПФП будут использоваться в ГНГ, тогда будет иметь место замыкание процесса, то есть ПФП примет вид цикла. Для протекания неокислительной части ПФП необходим витамин В_1. Значение ПФП: 1) энергетическое - образующиеся метаболиты окислитель­ной части могут использоваться в гликолизе; 2) синтетическое - связано с использованием рибозо-5-фосфата и НАДФН. Рибозо-5-фосфат использу­ется на синтез нуклеотидов, которые необходимы для образования кофер­ментов, макроэргов, нуклеиновых кислот. НАДФН необходим для восстано­вительныхбиосинтезов (для работы редуктаз в синтезе холестерина и жирных кислот; в образовании дезоксирибозы из рибозы); для работы гидроксилаз, участ­вующих в синтезе катехоламинов, серотонина, стероидных гормонов, желч­ных кислот, активной формы витамина Д, синтезе коллагена, обезвреживании ксенобиотиков; ПФП локализован в цитозоле клеток. Он особенно активен в тканях эмбриона и плода, лимфоидной и миелоидной тканях, слизистой тонкого кишечника, жировой ткани, эндокринных железах (надпочечники, половые), молочных железах (в период лактации), печени, эритроцитах, пульпе зуба, зачатках эмали зуба, при гипертрофии органов. ПФП мало акти­вен в нервной, мышечной и соединительной тканях. ПФП способствует про­зрачности хрусталика глаза; предупреждает гемолиз эритроцитов; входит в систему защиты от свободных радикалов и активных форм кислорода. Регуляция ПФП: ключевыми ферментами являются - глюкозо-6-фосфатде­гидрогеназа, 6-фосфоглюконатдегидрогеназа, транскетолаза. Активность ПФП увеличивается при повышении отношения НАДФ⁺/ НАДФН, а также под влиянием инсулина и йодтиронинов. ПФП ингибируют глюко­кортикостероиды.