Структура и свойства основных пищевых углеводов. Биологическая роль углеводов ворганизме человека.

Структура и свойства основных пищевых углеводов. Биологическая роль углеводов ворганизме человека.

В основном углеводы выполняют энергетическую функцию. Главными источниками энергии являются глюкоза и гликоген. Кроме того, из углеводов могут синтезироваться липиды, некоторые аминокислоты, пентозы. Углеводы входят как составная часть в структурно-функциональные компоненты клетки - гликолипиды и гликопротеины.

Углеводы - это альдегидоспирты или кетоспирты и их производные.

Классификация углеводов

По современной классификации углеводы делятся на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Основные углеводы в организме человека

Основным природным углеводом является глюкоза, которая может находиться как в свободном виде (моносахарид), так и в составе олигосахаридов (сахароза, лактоза и др.) и полисахаридов (клетчатка, крахмал, гликоген).

Другим углеводом, типичным для человека и высших животных, является гликоген. Состоит гликоген из сильно разветвленных молекул большого размера, содержащих десятки тысяч остатков глюкозы.

Гликоген является запасной, резервной формой глюкозы. Основные запасы гликогена сосредоточены в печени (до 5-6 % от массы печени) и в мышцах (до 2-3 % от их массы).

Глюкоза и гликоген в организме выполняют энергетическую функцию, являясь главными источниками энергии для всех клеток организма.

Углеводы наряду с белками и липидами являются важнейшими химическими соединениями, входящими в состав живых организмов. У человека и животных углеводы выполняют важные функции: энергетическую (главный вид клеточного топлива), структурную (обязательный компонент большинства внутриклеточных структур) и защитную (участие углеводных компонентов иммуноглобулинов в поддержании иммунитета).

Нейро-гуморальная регуляция обмена гликогена в печени: молекулярные механизмы действия глюкагона, адреналина и инсулина.

Процессы синтеза и распада гликогена в печени одновременно протекать не могут. Переключение с одного пути на другой зависит от потребности организмав глюкозе и регулируется тремя гормонами: адреналином, глюкагоном и инсулином. Цель регуляции скоростей синтеза и распада гликогена заключается в обеспечении постоянства уровня глюкоземии и поэтому первичнымсигналом для включения того иного механизма является изменение содержания глюкозы в крови.

При гипоглюкоземии (наблюдаемой в постабсорбтивный период) - клетки поджелудочной железы выделяют глюкагон, который через ц-АМФзависимый механизм активирует распад гликогена и содержание глюкозы в крови повышается. Аналогичная картина наблюдается при стрессовой ситуации и при физической работе за счёт выделения адреналина (при этомадреналин оказывает влияние на распад гликогена не только в печени, но и в мышцах).Одновременно под действием этих гормонов понижается интенсивность биосинтеза гликогена

При высокой концентрации глюкозы в крови (например. После приёма пищи) β-клетки поджелудочной железы выделяют инсулин, что приводит, наоборот, к усилению биосинтеза гликогена и снижению скорости его распада.

Инсулин

- индуцирует синтез глюкокиназы;

- активирует фосфатазу гликогенсинтезы и гликогенфосфорилазы, при этомпервая переходит в активное состояние, а вторая инактивируется;

- активирует фосфодиэстеразу, разрушающуюцАМФ, что прерывает действие адреналина и глюкагона.

Ключевые ферменты пентозофосфатного пути окисления глюкозы. Биологическая роль этого пути метаболизма. Основные механизмы регуляции этого пути метаболитами (глюкозо-6- фосфатом) и гормонами (инсулин, адреналин, норадреналин).

ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ

Пентозофосфатный путь (ПФП) обмена углеводов нередко называют апотомическим путём, так как обмен глюкозы идёт по первому (С1) атому углерода.

Доля пентозофосфатного пути в количественном превращении глюкозы в клетках обычно невелика (в большинстве клеток не более 10 %) и варьирует в зависимости от типа ткани и её функ-ционального состояния. Так, в клетках печени по этому пути превращается до 20 % глюкозы, в эритроцитах — 7 %, в клетках мозга — около 2 %. Этот процесс идет в клетках многих органов и тканей.

Ферменты пентозофосфатного пути локализованы в цитоплазме клеток.

Превращение глюкозы по пентозофосфатному пути не требует присутствия кислорода. Если по ПФП превращается шесть молекул Гл-6-Ф, то за один цикл молекула Гл-6-Ф катаболизирует до 6 СО2.

Суммарное уравнение:

6 Гл-6-Ф + 7H2O + 12 НАДФ+ 5 Гл-6-Ф + 6СО2 + 12 НАДФН.Н+ + ФН

Последовательность реакций пентозофосфатного пути разделяют на два этапа:

I. Окислительный этап. На этом этапе осуществляются две дегидрогеназные реакции и одна реакция декарбоксилирования с образованием рибозо-5-фосфата и восстановлением двух молекул НАДФ+ (2 НАДФ+ → 2 НАДФН.Н+)

Реакции:

Таким образом, при окислении молекулы глюкозы образуется 2 НАДФН.Н+ и рибозо-5-фосфат. В некоторых клетках катаболизм глюкозы на этом и заканчивается.

Ключевые ферменты:

1) глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа — главный ключевой фермент;

2) 6-фосфоглюконатдегидрогеназа.

Значение окислительного этапа:

1. Главный поставщик рибозо-5-фосфата для биосинтетических процессов:

o  биосинтез мононуклеотидов (АМФ, ГМФ, УМФ, ЦМФ, ТМФ и др.);

o  синтез нуклеиновых кислот (ДНК, РНК);

o  синтез коферментов (НАД+, НАДФ+, ФАД, КоА-SН).

2. Основной источник НАДФН.Н+ в клетках. ПФП на 50 % обеспечивает потребности клетки в НАДФН.Н+.

НАДФН.Н+ в клетках используется:

1) в реакциях биосинтеза веществ как восстановитель:

•       

o  синтез жирных кислот;

o  биосинтез холестерола, стероидных гормонов, желчных кислот;

o  синтез заменимых аминокислот (НАДФН•Н+ как кофермент глутаматдегидрогеназы в реакциях восстановительного аминированияα-кетоглутаровой кислоты);

o  в глюкуроновом пути и др.

2) в обезвреживании веществ: в реакциях гидроксилирования различных ксенобиотиков, лекарственных веществ, этанола и других веществ, которые осуществляются с участием микросомной цитР450-зависимой системы окисления;

3) как антиоксидант: используется на восстановление окисленногоглутатиона. Глутатион — важного антиоксиданта клеток;

4) в фагоцитозе: генерирование активных форм кислорода. Фагоциты с использованием НАДФН.Н+ генерируют супероксидные анион-радикалы, выполняющие основную роль в разрушении поглощённых бактериальных клеток. При недостаточной продукции НАДФН.Н+ при нарушении ПФП отмечается хроническое течение инфекционных заболеваний.

Интенсивность протекания реакций ПФП зависит от потребности клеток в продуктах реакций и различается в разных тканях. Реакции окислительного этапа активно протекают в клетках печени, жировой ткани, эмбриональной ткани, в коре надпочечников, щитовидной железе, половых железах, лактирующей молочной железе, костном мозге, эритроцитах.

II. Неокислительный этап (этап межмолекулярных перегруппировок). На этом этапе происходят взаимопревращения сахаров (фосфотриоз, фосфотетроз, фосфопентоз, фосфогексоз, фосфогептулоз, фосфооктулоз), в результате которых регенерирует глюкозо-6-фосфат.

Два основных фермента катализируют превращения на неокислительном этапе:

1) транскетолаза катализирует перенос двухуглеродных фрагментов. В качестве кофермента использует тиаминпирофосфат;

2) трансальдолаза катализирует перенос трёхуглеродных фрагментов.

Варианты неокислительных превращений:

•   классический или F-вариант (от англ. fat — жир) — осуществляется в клетках жировой ткани;

•   октулозный или L-вариант (от англ. liver — печень) — осуществляется в клетках печени и других тканей.

Реакции (L-вариант):

Итак, на неокислительном этапе невостребованные в клетках пентозофосфаты в результате межмолекулярных перегруппировок превращаются в Гл-6-Ф, а также образуются Фр-6-Ф и 3-ФГА.

Все реакции неокислительного этапа обратимы.

На неокислительном этапе ПФП связан с гликолизом (посредством Гл-6-Ф, Фр-6-Ф и 3-ФГА), то есть возможно переключение этих процессов.

Значение неокислительного этапа:

1. Стабилизирует концентрацию фосфопентоз в клетке, то есть утилизирует лишниефосфопентозы. Благодаря связи с гликолизом лишние пентозы катаболизируют по гликолитическому пути, давая клеткам энергию.

2. Синтез фосфопентоз в клетке при торможении окислительного этапа благодаря обратимости реакций неокислительного превращения.

Регуляция пентозофосфатного пути, в основном, осуществляется на уровне дегидрогеназ. Инсулин индуцирует синтез глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, 6-фосфоглюконат-дегидрогеназы. Жирные кислоты — аллостерические ингибиторы глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы. Увеличение уровня НАДФН.Н+ в клетке тормозит окисление глюкозы по ПФП.

Структура и свойства основных пищевых углеводов. Биологическая роль углеводов ворганизме человека.

В основном углеводы выполняют энергетическую функцию. Главными источниками энергии являются глюкоза и гликоген. Кроме того, из углеводов могут синтезироваться липиды, некоторые аминокислоты, пентозы. Углеводы входят как составная часть в структурно-функциональные компоненты клетки - гликолипиды и гликопротеины.

Углеводы - это альдегидоспирты или кетоспирты и их производные.

Классификация углеводов

По современной классификации углеводы делятся на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Основные углеводы в организме человека

Основным природным углеводом является глюкоза, которая может находиться как в свободном виде (моносахарид), так и в составе олигосахаридов (сахароза, лактоза и др.) и полисахаридов (клетчатка, крахмал, гликоген).

Другим углеводом, типичным для человека и высших животных, является гликоген. Состоит гликоген из сильно разветвленных молекул большого размера, содержащих десятки тысяч остатков глюкозы.

Гликоген является запасной, резервной формой глюкозы. Основные запасы гликогена сосредоточены в печени (до 5-6 % от массы печени) и в мышцах (до 2-3 % от их массы).

Глюкоза и гликоген в организме выполняют энергетическую функцию, являясь главными источниками энергии для всех клеток организма.

Углеводы наряду с белками и липидами являются важнейшими химическими соединениями, входящими в состав живых организмов. У человека и животных углеводы выполняют важные функции: энергетическую (главный вид клеточного топлива), структурную (обязательный компонент большинства внутриклеточных структур) и защитную (участие углеводных компонентов иммуноглобулинов в поддержании иммунитета).