Свойства углеводов

Углеводы как группа природных полигидроксиальдегидов, их структура и химические свойства, классификация и типы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Гликолиз и цикл Кребса. Регуляция углеводного обмена. Наследственная неперносимость фруктозы.

Рубрика Химия
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 03.07.2015
Размер файла 422,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Знания о структуре и свойствах физиологически важных углеводов необходимы для понимания их фундаментальной роли в материальном и энергетическом обеспечении жизни млекопитающих. Наиболее важным является шестиуглеродный сахар глюкоза. Именно в форме глюкозы поступает в кровь основная масса углеводов из пищи; в глюкозу же превращаются углеводы в печени и из глюкозы могут образовываться все остальные углеводы в организме. Глюкоза используется как основной вид топлива в тканях млекопитающих и служит универсальным топливом в период эмбрионального развития. Она превращается в другие углеводы, выполняющие высокоспецифичные функции - в гликоген, являющийся формой хранения энергии, в рибозу, содержащуюся в нуклеиновых кислотах, в галактозу, которая входит в состав лактозы молока. Некоторые углеводы входят в состав сложных липидов и образуют вместе с белками гликопротеины и протеогликаны.

С нарушением обмена углеводов тесно связан ряд заболеваний - сахарный диабет, галактоземия, нарушения в системе запасания гликогена, нетолерантность к молоку и прочие.

1. Классификация углеводов и их биологическая роль

Углеводы (сахара) - группа природных полигидроксиальдегидов и полигидроксикетонов с общей формулой (CH2O)n. По числу мономерных единиц углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды - углеводы, которые не могут быть гидролизованы до более простых форм. Их можно подразделить на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы и октозы в зависимости от числа содержащихся в их молекуле атомов углерода; их можно разделить также на альдозы и кетозы в зависимости от присутствия альдегидной или кетонной группы. С точки зрения изомерии, моносахариды принадлежат к L- или D - ряду, что определяется ориентацией групп - H и - OH при атоме углерода, соседнем с концевым атомом, содержащим первичную спиртовую группу (-OH справа - D-изомер, слева - L-изомер). Большинство моносахаридов в организме имеют D-конфигурацию - именно к этой конфигурации специфичны ферменты, ответственные за их метаболизм. В таблице 1 представлены наиболее физиологически важные пентозы и их биохимическое значение.

Таблица 1 - Физиологически важные пентозы

Сахар

Местонахождение

Биохимическое значение

D-Рибоза

Нуклеиновые кислоты

Структурный элемент нуклеи-новых кислот и коферментов (ATP, NAD, NADP). Промежу-точночное соедининение пентозофосфатного пути

D-Рибулоза

Образуется в ходе метаболизма

Промежуточночное соедининение пентозофосфатного пути

D-Арабиноза

Гуммиарабик, сливовая и вишневая мякоть

Компонент гликопротеинов

D-Ксилоза

Древесная смола, протео-гликаны, гликозаминогликаны

Компонент гликопротеинов

D-Ликсоза

Сердечная мышца

Компонент ликсофлавина, выделяемого из сердечной мышцы человека

L-Ксилулоза

Промежуточное соединение метаболизма уроновой кислоты

Обнаруживается в моче при пентозурии

В таблице 2 представлены наиболее физиологически важные гексозы и их биологическая роль.

Таблица 2 - Физиологически важные гексозы

Сахар

Источник

Биологическая роль

Клиническое значение

D-Глюкоза

Фруктовые соки, гидролиз крахмала, тростникового сахара, мальтозы и лактозы

«Сахар» организма, переносится кровью, эффективно используется тканями

Появляется в моче (гликозурия) у больных сахарным диабетом из-за повышенного содержания глюкозы в крови (гипергликемия)

D-Фруктоза

Фруктовые соки, мед, гидролиз тростнико-вого сахара и инулина

Может превращаться в глюкозы в печени и кишечнике, с последующим использованием в этой форме

Наследственная нетолерантность к фруктозе приводит к накоплению фруктозы и гипогликемии

D-Галактоза

Гидролиз лактозы

Может превращаться в глюкозу в печени и затем использоваться в метаболизме. Синтезируется в молочных железах, входит в состав лактозы молока. Компонент гликолипидов и гликопротеинов

Нарушение метаболических превращений галактозы приводит к развитию галактоземии и образованию катаракты

D-Манноза

Гидролиз растительных маннанов и камедей

Компонент многих гликопротеинов

К олигосахаридам относят соединения, молекулы которых построены из остатков циклических форм моносахаридов. Они соединяются кислород-гликозидными связями между полуацетальными или между полуацетальной и спиртовой гидроксильными группами в ходе реакции с отщеплением воды. Число остатков моносахаридов в молекулах олигосахаридов не превышает 10. По числу остатков моносахаридов олигосахариды подразделяются на ди-, три-, тетрасахариды и т.д.

Дисахариды представляют собой сахара, состоящие из двух моносахаридных остатков, соединенных гликозидной связью. В таблице 3 представлены наиболее физиологически важные дисахариды и их клиническое значение.

Таблица 3 - Физиологически важные дисахариды

Сахар

Источник

Клиническое значение

Мальтоза

Продукт распада крахмала (при переваривании амилазой или гидролизе). Проростки злаков, солод

Лактоза

Молоко. В период беременности может содержаться в моче

При понижении активности лактазы и сахаразы усвоение лактозы и сахарозы нарушается, что приводит к диарее иметеоризму

Сахароза

Тростниковый и свекловичный сахар. Сорго, ананас, морковь

Трегалоза

Грибы, дрожжи. Сахар в гемолимфе насекомых

К полисахаридам относятся следующие физиологически важные углеводы: крахмал (наиболее важный вид пищевых углеводов), гликоген (полисахарид, в виде которого углеводы запасаются в организме животного), целлюлоза (основной структурный компонент растительных тканей, практически не перевариваясь, стимулирует перистальтику кишечника человека).

2. Метаболизм углеводов

Существуют три пути превращения поступающей в организм глюкозы: 1) немедленное включение в энергетический метаболизм; 2) превращение в гликоген для долгосрочного хранения; 3) превращение в липиды.

3. Катаболизм углеводов. Гликолиз и цикл Кребса

Первый путь представляет собой хорошо известный гликолитический путь с переходом в цикл Кребса. Суммарную реакцию окисления глюкозы можно описать уравнением:

C6H12O6 + 6O2 > 6CO2 + 6H2O, ДG0 = -2880 кДж/моль.

В клетках окисление глюкозы протекает многостадийно и сопряжено с синтезом ATP из ADP и Pi. Окисление глюкозы до CO2 и H2O в организме можно разделить на три этапа.

Первый этап - гликолиз - процесс расщепления глюкозы на два трехуглеродных фрагмента пировиноградной кислоты - пирувата, протекающий в цитоплазме клетки.

Общее уравнение гликолиза имеет вид:

Глюкоза + 2НАД+ + 2АДФ + 2Н3РО4 = 2НАД•Н + 2Пируват + 2АТФ + 2H2O + 2Н+.

При гликолизе на активацию одной молекулы глюкозы потребляется 2 молекулы АТФ. В то же время при метаболическом превращении каждого С3-фрагмента образуются 2 молекулы АТФ. В результате выигрыш энергии составляет 2 моля АТФ на моль глюкозы.

Второй этап - цикл Кребса (цикл лимонной кислоты, цикл трикарбоновых кислот), представленный на рисунке 1, является серией реакций, протекающих в митохондриях, в ходе которых осуществляются катаболизм ацетильных групп и высвобождение водородных эквивалентов; при окислении последних поставляется свободная энергия топливных ресурсов тканей. Ацетильные группы находятся в составе ацетил-КоA (CH3-CO-S-CoA, активного ацетата), тиоэфира кофермента A. В состав CoA входит витамин - пантотеновая кислота. Суммарное уравнение цикла Кребса можно записать в ввиде:

CH3CO-S-CoA + ФАД + 3НАД+ + 2Н2О + Н3РО4 + ГДФ > 2CO2 + HS-КоА + + 3 (НАДН + Н+) + ФАДН2 + ГТФ

Главная функция цикла лимонной кислоты состоит в том, что он является общим конечным путем окисления углеводов, липидов и белков, поскольку в ходе метаболизма глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты превращаются либо в ацетил-CoA, либо в промежуточные соединения рассматриваемого цикла. ЦК играет также главную роль в процессах глюконеогенеза, переаминирования, дезаминирования и липогенеза. Хотя ряд этих процессов протекает во многих тканях, печень - единственный орган, в котором идут все перечисленные процессы. Поэтому серьезные последствия вызывает повреждение большого числа клеток печени или замещение их соединительной тканью, как это имеет место при остром гепатите или циррозе соответственно. О жизненно важной роли ЦК свидетельствует и тот факт, что у человека почти неизвестны (или их вообще нет) генетически обусловленные изменения ферментов, катализирующих реакции цикла; вероятно, наличие таких нарушений несовместимо с нормальным развитием.

Рисунок 1 - Цикл Кребса [10]

Третий этап - перенос электронов на О2, который, в свою очередь, забирая из окружающей среды водород в виде протонов, превращается в H2O (электронтранспортная цепь). Эта стадия протекает во внутренней мембране митохондрий и сопровождается образованием наибольшего количества АТP. При этом биологическое окисление не обязательно связано с участием кислорода.

Энергетика метаболических процессов зависит не только от изменения стандартной свободной энергии ДG0', но и от концентрации метаболита. На рисунке 2 представлены фактические изменения свободной энергии ДG на отдельных стадиях гликолиза в эритроцитах. Видно, что только три реакции (1, 3 и 10) протекают с высоким изменением свободной энергии, причем равновесие сильно смещено в сторону образования конечных продуктов. Другие реакции легко обратимы. Они могут идти в противоположном направлении при биосинтезе глюкозы, причем с участием тех же ферментов, что и при деградации глюкозы. Для необратимых стадий 1, 3 и 10 в анаболизме используются обходные пути.

Рисунок 2 - Изменение свободной энергии при гликолизе (1-10 - соответствующие стадии гликолиза) [5]

4. Анаболизм углеводов. Глюконеогенез

Гликолиз заканчивается образованием пирувата или лактата, которые при определенных условиях могут вновь превращаться в глюкозу. Из двух молекул лактата образуется одна молекула глюкозы, т.е. происходит обращение гликолиза, называемое глюконеогенезом. Глюконеогенез - это анаболический процесс, представляющий собой наиболее важный путь биосинтеза моносахаридов и полисахаридов у человека. Как было указано выше, глюконеогенез протекает по тому же пути, что и гликолиз, но в обратном направлении. Однако три реакции гликолиза необратимы, и на этих стадиях реакции глюконеогенеза отличаются от реакций гликолиза.

Фосфорилирование пирувата в фосфоенолпируват достигается за счет последовательности реакций, представленной на рисунке 3.

Рисунок 3 - Фосфорилирование пирувата в фосфоенолпируват [12]

Две другие необратимые стадии катализируются фосфатазой фруктозо - 1,6 - дифосфата и фосфатазой глюкозо-6-фосфата, соответствующие раекции прдставлены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Обход третьей и первой необратимых реакций гликолиза

Суммарное уравнение реакций глюконеогенеза будет выглядеть следующим образом:

2Лактат + 4АТФ + 2ГТФ + 6Н2О > Глюкоза + 4АДФ + 2ГДФ + 6Н3РО4

В результате глюконеогенеза на синтез одной молекулы глюкозы расходуется шесть высокоэнергетических фосфоангидридных связей.

5. Метаболизм гликогена. Гликогеногенез и гликогенолиз

Значительная часть глюкозы, образующейся в результате гидролитического расщепления углеводов пищи в пищеварительном тракте, превращается в гликоген - резервный полисахарид, используемый организмом в качестве источника глюкозы в интервалах между приемами пищи. Гликоген - (C6H10O5) n, разветвлённый гомополимер глюкозы, в котором остатки глюкозы соединены в линейных участках б-1,4 - гликозидной связью. В точках ветвления мономеры соединены б-1,6 - гликозидными связями. Эти связи образуются примерно с каждым десятым остатком глюкозы. Следовательно, точки ветвления в гликогене встречаются примерно через каждые десять остатков глюкозы. Строение молекулы гликогена представлено на рисунке 5.

Рисунок 5 - А. Строение молекулы гликогена: 1 - остатки глюкозы, соединённые б-1,4 - гликозидной связью; 2 - остатки глюкозы, соединённые б-1,6 - гликозидной связью; 3 - нередуцирующие концевые мономеры; 4 - редуцирующий концевой мономер.

Б. Строение отдельного фрагмента молекулы гликогена. [10]

При полимеризации глюкозы снижается растворимость образующейся молекулы гликогена и, следовательно, её влияние на осмотическое давление в клетке. Это обстоятельство объясняет, почему в клетке депонируется гликоген, а не свободная глюкоза. Гликоген депонируется главным образом в печени и скелетных мышцах. После приёма пищи, богатой углеводами, запас гликогена в печени может составлять примерно 5% от её массы. В мышцах запасается около 1% гликогена, однако масса мышечной ткани значительно больше и поэтому общее количество гликогена в мышцах в 2 раза больше, чем в печени. Гликоген может синтезироваться во многих клетках, например в нейронах, макрофагах, клетках жировой ткани, но содержание его в этих тканях незначительно. В организме может содержаться до 450 г. гликогена.

Реакции синтеза гликогена в печени - гликогеногенез - представлены на рисунке 6.

Рисунок 6 - Синтез гликогена в печени

Реакции распад гликогена с образованием глюкозы - гликогенолиз - представлены на рисунке 7.

Рисунок 7 - Распад гликогена в печени

6. Регуляция углеводного обмена. Инсулин и глюкагон

У высших организмов обмен углеводов подвержен сложным механизмам регуляции, в которых участвуют гормоны, метаболиты и коферменты. Представленная на рисунке 9 схема относится к печени, которая занимает в углеводном метаболизме центральное место. Некоторые из представленных механизмов не действуют в других тканях.

Одной из важнейших функций клеток печени является накопление избыточной глюкозы в виде гликогена и ее быстрое высвобождение по мере метаболической необходимости (буферная функция). После полной мобилизации запасов гликогена печень может поставлять глюкозу за счет синтеза de novo. Кроме того, как и все ткани, она потребляет глюкозу путем гликолиза. Функции накопления (синтеза) глюкозы в виде гликогена и его распада должны быть взаимосогласованы. Таким образом, совершенно невозможно одновременное протекание гликолиза и глюконеогенеза, как и синтеза и деградации гликогена. Согласование процессов обеспечивается тем, что синтез (анаболизм) и распад (катаболизм) катализируются двумя различными ферментами и контролируются независимо. На схеме показаны только эти ключевые ферменты.

К гормонам, которые влияют на углеводный обмен, принадлежат пептиды инсулин и глюкагон, глюкокортикоид кортизол и катехоламин адреналин.

Инсулин (Рисунок 8) синтезируется в в-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Как и многие секреторные белки, предшественник гормона (препроинсулин) содержит сигнальный пептид, который направляет пептидную цепь внутрь эндоплазматического ретикулума, где после отщепления сигнального пептида и замыкания дисульфидных мостиков образуется проинсулин. Последний поступает в аппарат Гольджи и депонируется в клеточных везикулах, в-гранулах. В этих гранулах путем отщепления С-пептида образуется зрелый инсулин, который сохраняется в форме цинксодержащего гексамера вплоть до секреции.

Инсулин индуцирует синтез de novo гликоген-синтазы (реакция 1), а также некоторых ферментов гликолиза (реакции 3, 5, 7). Одновременно инсулин подавляет синтез ключевых ферментов глюконеогенеза (репрессия, 4, 6, 8, 9).

Первичная структура молекулы глюкагона следующая:

NH2-His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu-Met-Asn-Thr-COOH

Глюкагон как антагонист инсулина действует в противоположном направлении: индуцирует ферменты глюконеогенеза (реакции 4, 6, 8, 9) и репрессирует пируваткиназу (7), ключевой фермент гликолиза. Другие аффекты глюкагона основаны на взаимопревращении ферментов и опосредованы вторичным мессенджером цАМФ. По этому механизму тормозится синтез гликогена (1) и активируется расщепление гликогена (2). Подобным образом действует и адреналин. Торможение пируваткиназы (7) глюкагоном также обусловлено взаимопревращением ферментов.

Глюкокортикоиды, прежде всего кортизол, индуцируют все ключевые ферменты глюконеогенеза (4, 6, 8, 9). Одновременно они индуцируют ферменты деградации аминокислот и обеспечивают тем самым глюконеогенез исходными соединениями. Высокие концентрации АТР и цитрата тормозят гликолиз путем аллостерической регуляции фосфофруктокиназы. Кроме того, АТФ тормозит пируваткиназу. Ингибитором пируваткиназы является ацетил-КоА. Все эти метаболиты образуются при распаде глюкозы (торможение конечным продуктом). АМФ (AMP), сигнал дефицита АТФ, активирует расщепление гликогена и тормозит глюконеогенез.

7. Заболевания, связанные с нарушениями углеводного обмена

Нарушения углеводного метаболизма, как правило, связаны с вызванной различными причинами низкой скоростью биосинтеза ферментов, участвующих в процессах анаболизма и катаболизма углеводов.

8. Гипергликемия, гипогликемия, глюкозурия. Гомеостаз глюкозы

Основным клинико-биохимическим показателем нарушений обмена углеводов является изменение концентрации глюкозы в крови. Увеличение содержания глюкозы в крови по сравнению с нормальными показателями проявляется в синдроме гипергликемии, снижение - гипогликемии.

Гипергликемия - клинический симптом, обозначающий увеличение содержания глюкозы в сыворотке крови по сравнению с нормой в 3,3-5,5 ммоль/л. Может носить как физиологический характер в случае приема богатой углеводами пищи, так и возникать в результате кратковременной физической нагрузки, когда вырабатываемые железами внутренней секреции адреналин и глюкокортикостероиды усиливают глюконеогенез и гликогенолиз. Физиологические гипергликемии обычно непродолжительны. Степени тяжести гипергликемии:

лёгкая гипергликемия - 6,7-8,2 ммоль/л;

средней тяжести - 8,3-11,0 ммоль/л;

тяжёлая - свыше 11,1 ммоль/л;

при показателе свыше 16,5 ммоль/л развивается прекома;

при показателе свыше 55,5 наступает гиперосмолярная кома.

Гипогликемия - уменьшенное, ниже нормального содержание сахара в крови (ниже 3,5 ммоль/л). Наблюдается у здоровых людей при повышенной мышечной работе, при голодании; у больных сахарным диабетом, получающих инсулин и другие сахаропонижающие средства. Реже причиной являются опухоль островкового аппарата поджелудочной железы (инсулинома), вырабатывающая избыток инсулина, а также заболевания печени, гиперкортицизм. Гипогликемия - это не самостоятельное заболевание, а синдром, обусловленный падением концентрации глюкозы в крови ниже минимального уровня, к которому адаптирован организм. Причины гипогликемии многообразны. Она может быть вызвана лекарственными средствами, опухолями, врожденными или послеоперационными аномалиями ЖКТ, эндокринными и другими заболеваниями. Иногда гипогликемия возникает при инфекциях и нарушении толерантности к глюкозе, т.е. в ситуациях, для которых характерно повышение уровня глюкозы. В таблице 4 представлены биохимические критерии гипогликемии.

Таблица 4 - Биохимические критерии гипогликемии

Условия взятия крови

Концентрация глюкозы, ммоль/л

В плазме

В крови

Натощак

< 3.3

< 2.8

Через 3-4 ч после еды или после приема глюкозы

< 2.8

< 2.2

Глюкозурия - присутствие глюкозы в моче - обычно является результатом нарушения углеводного обмена вследствие патологических изменений в поджелудочной железе (сахарный диабет, острый панкреатит и т.д.). Реже встречается глюкозурия почечного происхождения, связанная с недостаточностью резорбции глюкозы в почечных канальцах. Как временное явление глюкозурия может возникнуть при некоторых острых инфекционных и нервных заболеваниях, после приступов эпилепсии, сотрясения мозга.

Как было указано выше, основными регуляторами, поддерживающими уровень глюкозы в крови являются инсулин и глюкагон. Механизм гомеостаза глюкозы представлен на рисунке 10.

9. Сахарный диабет

Сахарный диабет (Diabetes mellitus) - широко распространенное заболевание, которое наблюдается при абсолютном или относительном дефиците инсулина. Нехватка этого пептидного гормона отражается главным образом на обмене углеводов и липидов. Сахарный диабет встречается в двух формах. При диабете I типа (инсулинзависимом сахарном диабете) уже в раннем возрасте происходит гибель инсулинсинтезирующих клеток в результате аутоиммунной реакции. Менее тяжелый диабет II типа (инсулиннезависимая форма) обычно проявляется в более пожилом возрасте. Он может быть вызван различными причинами, например пониженной секрецией инсулина или нарушением функций рецептора инсулина.

Своё действие на клетки инсулин, как и другие гормоны, осуществляет через соответствующий белок-рецептор (рисунок 11). Инсулиновый рецептор представляет собой сложный интегральный белок клеточной мембраны, состоящий из двух альфа-субъединиц (расположены целиком вне клетки, на ее поверхности, взаимодействуют с гормоном и связанны друг с другом дисульфидными мостиками, содержат 719 аминокислотных остатков) и двух бетта-субъединиц (пронизывают плазматическую мембрану, включают 620 аминокислотных остатков).

Основное действие инсулина на мышечные и жировые клетки заключается в усилении транспорта глюкозы через мембрану клетки. Механизм транспорта представлен на рисунке 12. Стимуляция инсулином приводит к увеличению скорости поступления глюкозы внутрь клетки в 20-40 раз. При стимуляции инсулином наблюдается увеличение в 5-10 раз содержания транспортных белков глюкозы в плазматических мембранах при одновременном уменьшении на 50-60% их содержания во внутриклеточном пуле.

При недостаточности содержания инсулина или нарушениях работы рецепторов возникает сахарный диабет: повышается концентрация глюкозы в крови (гипергликемия) (Таблица 5), появляется глюкоза в моче (глюкозурия) и уменьшается содержание гликогена в печени. Мышечная ткань при этом утрачивает способность утилизировать глюкозу крови. В печени при общем снижении интенсивности биосинтетических процессов: биосинтеза белков, синтеза жирных кислот из продуктов распада глюкозы - наблюдается усиленный синтез ферментов глюконеогенеза. Инсулин контролирует эти процессы на генетическом уровне как индуктор синтеза ключевых ферментов гликолиза: гексокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы. Это обуславливает блокировку следующих реакций:

Инсулин также индуцирует синтез гликогенсинтазы. Одновременно инсулин действует как репрессор синтеза ключевых ферментов глюконеогенеза. Соответственно, активизируется глюконеогенез и затормаживается гликолиз. При введении инсулина больным диабетом происходит коррекция метаболических сдвигов: нормализуется проницаемость мембран мышечных клеток для глюкозы, восстанавливается соотношение между гликолизом и глюконеогенезом.

Диагноз сахарного диабета часто можно поставить уже на основе жалоб больного на полиурию, полидипсию, полифагию, ощущение сухости во рту. Однако нередко необходимы специальные исследования, в том числе лабораторные. Толерантность к глюкозе определяют по ее концентрации натощак и после сахарной нагрузки. Когда концентрация глюкозы в плазме венозной крови в пределах нормы, т.е. не превышает 6,4 ммоль/л (у детей 7,2 ммоль/л) и возвращается к норме через 1,2-2 часа, то это является показателем здоровья пациента. Если концентрация глюкозы натощак больше 7,8 ммоль/л, то это свидетельствует о сахарном диабете, и в этом случае нет необходимости проводить тест толерантности к глюкозе. Это возможно потому, что концентрация гликозилированного гемоглобина пропорциональна усредненной концентрации глюкозы в крови за последние несколько недель.

Основные традиционные методы лечения ИЗСД - это диетотерапия, инсулинотерапия, а также специфические методы лечения осложнений. К диете при лечении диабета предъявляют строгие требования: 4-5-кратный прием пищи в течение суток, исключение легкоусвояемых («быстрых») углеводов (сахара, пива, спиртных напитков, сиропов, соков, сладких вин, пирожных, печенья, бананов, винограда и подобных им продуктов). Иногда соблюдение диеты можно использовать как единственный метод лечения. Однако гораздо чаще приходится прибегать и к другим методам, прежде всего к инсулинотерапии. Инсулинотерапия остается основным методом лечения. Она имеет целью поддерживать концентрацию инсулина в крови и препятствовать нарушениям складирования энергоносителей, в основном гликогена и жиров. Сахаропонижающие препараты наиболее широко и эффективно применяются для лечения ИНСД. Они представляют собой производные сульфонилмочевины или бигуаниды. Механизм действия этих лекарств, найденных эмпирически, до сих пор остается не вполне ясным. Общим для них является то, что они снижают концентрацию глюкозы в крови.

10. Гликогенозы

Гликогенозы - заболевания, обусловленные дефектом ферментов, участвующих в распаде гликогена. Они проявляются или необычной структурой гликогена, или его избыточным накоплением в печени, сердечной или скелетных мышцах, почках, легких и других органах. В зависимости от того фермента гликогенолиза, активность которого была нарушена или утрачена полностью, выделяют 12 типов гликогенозных болезней. В зависимости от локализации этих же ферментов гликогеноз бывает печеночный или мышечный. В таблице 6 описаны некоторые типы гликогенозов, различающихся характером и локализацией энзимодефекта.

Таблица 6 - Типы гликогенозов

Тип

Болезнь

Дефект фермента

Структурные и клинические

проявления дефекта

I

Von Gierke's (Гирке)

Глюкозо-6-фосфатаза

Тяжелая постабсорбционная гипо-гликемия, лактоацидоз, гиперлипи-демия

II

Pompe's

(Помпе)

Лизосомальная

б-глюкозидаза

Гранулы гликогена в лизосомах

III

Cori's (Кори)

Олигосахарид-

трансфераза

Измененная структура гликогена,

гипогликемия

IV

Andersen's

(Андерсен)

«Ветвящий»

фермент

Измененная структура гликогена

V

McArdle's

(Мак-Ардл)

Мышечная

фосфорилаза

Отложение гликогена в мышцах, су-дороги при физической нагрузке

VI

Hers'

(Херс)

Фосфорилаза печени

Гипогликемия, но не такая тяжелая,

как при I типе

На рисунке 13 представлены дефекты ферментов метаболизма гликогена, приводящие к гликогенозам.

Самый часто встречающийся печеночный гликогеноз 1 типа или болезнь Гирке. Это генетическое расстройство, в основе которого лежит дефицит фермента глюкозо-6-фосфатаза в печени и почках.

В результате данного нарушения ухудшается способность печени образовывать глюкозу посредством расщепления гликогена и использовать ее в качестве источника энергии посредством глюконеогенеза. Низкая активность специфического печеночного фермента сопровождается накоплением всех промежуточных продуктов гликогенолиза, но самой высокой концентрации достигает глюкозо-6-фосфат, от которого в норме отщепляется фосфатная группа и образуется молекула глюкозы. Накопление глюкозо-6-фосфата ведет к увеличению его использования в пентозофосфатном пути под действием глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в окислительном этапе и образованием рибозо-5-фосфат в неокислительном этапе. В дальнейшем рибозо-5-фосфат подвергается действию регуляторного фермента ФРДФ-синтетаза и превращается в 5-фосфорибозил-1-дифосфат, который является общим донором для синтеза пиримидиновых и пуриновых нуклеотидов. Катаболизм последних ведет к гиперурикемии (повышенный уровень мочевой кислоты в крови), что тоже является одним из основных симптомов болезни Гирке. Пациенты с данным заболеванием, как правило, рано умирают от интеркуррентных заболеваний или ацидотической комы.

11. Галактоземия

Галактоземия - наследственное заболевание, в основе которого лежит нарушение обмена веществ на пути преобразования галактозы в глюкозу. Галактоза, поступающая с пищей в составе молочного сахара - лактозы, подвергается превращению, но реакция превращения не завершается в связи с наследственным дефектом ключевого фермента. Нарушения обмена галактозы представлены а таблице 7.

Таблица 7 - Нарушения обмена галактозы

Дефектный фермент

Блокируемая реакция

Клинические проявления и лабораторные данные

Галактокиназа

Галактоза + АТФ >

Галактозо-1-фосфат + АДФ

Галактоземия, галактозурия, катаракта. Активность фермента в эритроцитах нормальная.

Галактозо-1-фосфатуридилтрансфераза

Галактозо-1-фосфат + УДФ-глюкоза >УДФ-галактоза +Глюкозо-1-фосфат

Галактоземия, галактозурия, галактозо-1-фосфатемия, катаракта. Тенденция к гипогликемии, компенсаторная мобилизация жиров, цирроз печени, нарушения функции почек. Гепатомегалия, задержка психического развития. Активность фермента в эритроцитах снижена.

Уридилфосфат-4-эпимераза

УДФ-глюкоза - УДФ-галактоза

Галактоземия, галактозурия. Тяжёлых клинических проявлений нет. Описаны единичные случаи заболевания.

Галактоза и соответствующие её производные накапливаются в крови и тканях, оказывая токсическое действие на центральную нервную систему, печень и хрусталик глаза, что определяет клинические проявления болезни.

При лабораторном исследовании в крови определяется галактоза, содержание которой может достигать 0,8 г/л; специальными методами (хроматография) удается обнаружить галактозу в моче. Активность ферментов в эритроцитах резко снижена или не определяется, содержание ферментов увеличено в 10-20 раз по сравнению с нормой. При наличии желтухи нарастает содержание как прямого (диглюкуронида), так и непрямого (свободного) билирубина. Характерны и другие биохимические признаки поражения печени (гипопротеинемия, гипоальбуминемия, положительные пробы на нарушение коллоидоустойчивости белков). Значительно снижается сопротивляемость по отношению к инфекции. Возможно проявление и геморрагического диатеза из-за уменьшения протеиносинтетической функции печени и уменьшения числа тромбоцитов - петехии. Позитивные пробы на сахар и обнаружение галактозы в моче в первые дни жизни, а также уровень её в крови более 0,2 г/л требуют специального обследования ребёнка на галактоземию. Существуют специальные методы определения активности ферментов, превращающихся в галактозу, которые выполняются в централизованных биохимических лабораториях. Дифференциальный диагноз проводится обычно с сахарным диабетом. Тяжёлые формы заканчиваются летально в первые месяцы жизни, при затяжном течении на первый план могут выступать явления хронической недостаточности печени или поражения центральной нервной системы. При подтверждении диагноза необходим перевод ребёнка на питание с исключением, главным образом, молока. Рекомендуются заменные переливания крови, дробные гемотрансфузии, вливания плазмы. Из лекарственных препаратов показано назначение оротата калия, АТФ, кокарбоксилазы, комплекс витаминов. Показана высокая эффективность раннего выявления беременных в семьях высокого риска и внутриутробной профилактики, состоящей в исключении молока из диеты беременных.

12. Наследственная неперносимость фруктозы

углевод моносахарид кребс фруктоза

Значительное количество фруктозы, образующееся при расщеплении сахарозы, прежде чем поступить в систему воротной вены, превращается в глюкозу уже в клетках кишечника. Другая часть фруктозы всасывается с помощью белка-переносчика, т.е. путём облегчённой диффузии.

Метаболизм фруктозы представлен на рисунке 15.

Нарушения метаболизма фруктозы и их клинические проявления, причиной которых является дефект ферментов, отражены в таблице 8.

Таблица 8 - Нарушения метаболизма фруктозы

Неактивный фермент

Блокируемая

реакция

Локализация

фермента

Клинические проявления

и лабораторные данные

Фруктокиназа

Фруктоза + АТФ > Фруктоза-1-фосфат + АДФ

Печень, Почки, Энтероциты

Фруктоземия,

фруктозурия

Фруктоза-1-фосфатальдолаза

Фруктоза-1-фосфат > Дигидроксиацетон-3-фосфат + Глицеральдегид

Печень

Рвота, боли в животе, диарея, гипогликемия, Гипофосфатемия, фруктоземия, гиперурикемия, хроническая недостаточность функций печени, почек

Недостаточность фруктокиназы клинически не проявляется. Фруктоза накапливается в крови и выделяется с мочой, где её можно обнаружить лабораторными методами. Очень важно не перепутать эту безвредную аномалию с сахарным диабетом.

Наследственная непереносимость фруктозы, возникающая при генетически обусловленном дефекте фруктозо-1-фосфатальдолазы, не проявляется, пока ребёнок питается грудным молоком, т.е. пока пища не содержит фруктозы. Симптомы возникают, когда в рацион добавляют фрукты, соки, сахарозу. Рвота, боли в животе, диарея, гипогликемия и даже кома и судороги возникают через 30 мин после приёма пищи, содержащей фруктозу. У маленьких детей и подростков, продолжающих принимать фруктозу, развиваются хронические нарушения функций печени и почек. Непереносимость фруктозы - достаточно частая аутосомно-рецессивная форма патологии.

Дефект альдолазы фруктозо-1-фосфата сопровождается накоплением фруктозо-1-фосфата, который ингибирует активность фосфоглюкомутазы, превращающей глюкозо-1-фосфат в глюкозо-6-фосфат и обеспечивающей включение продукта гликогенфосфорилазной реакции в метаболизм. Поэтому происходит торможение распада гликогена на стадии образования глюкозо-1-фосфата, в результате чего развивается гипогликемия. Как следствие, ускоряется мобилизация липидов и окисление жирных кислот. Следствием ускорения окисления жирных кислот и синтеза кетоновых тел, замещающих энергетическую функцию глюкозы, может быть метаболический ацидоз, так как кетоновые тела являются кислотами и при высоких концентрациях снижают рН крови.

Результатом торможения гликогенолиза и гликолиза является снижение синтеза АТФ. Кроме того, накопление фосфорилированной фруктозы ведёт к нарушению обмена неорганического фосфата и гипофосфатемии.

Заключение

Исходя из вышеизложенного можно сделать следующие выводы.

Биологическая роль углеводов состоит в следующем:

- Углеводы выполняют пластическую функцию, то есть участвуют в построении костей, клеток, ферментов. Они составляют 2-3% от веса.

- Углеводы являются основным энергетическим материалом. При окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды.

- В крови содержится 100-110 мг глюкозы. От концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови.

- Пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК.

Нарушение углеводного обмена является ведущим звеном в патогенезе многих заболеваний, влечет за собой нарушения и других видов обмена: жирового, белкового, водно-электролитного, а также кислотно-основного равновесия. При этом особенно страдают нервная и сердечно-сосудистая системы, печень. Наиболее частой и тяжелой формой патологии углеводного обмена является сахарный диабет, которым болеют около 4% населения земного шара. Знание основных механизмов нарушения углеводного обмена, этиологии, патогенеза сахарного диабета является необходимым условием для диагностики и патогенетической терапии заболеваний обмена веществ и эндокринной системы.

Список использованной литературы

1) Балаболкин М.И. Эндокринология. Учебник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Универсум паблишинг, 1998. - 416 с.

2) Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 1998. - 704 с.

3) Биохимия человека. В 2-х томах. Р. Марри, Д. Греннер и др.: Пер. с англ. - М.: Мир, 1993; Т1 - 384 с.; Т2 - 415 с.

4) Клиническая биохимия / Под ред. В.А. Ткачука. - 2-е изд., испр. и доп. - М.:ГЭОТАР-МЕД, 2004. - 512 с.

5) Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия: Пер. с нем. - М.: Мир, 2000. - 469 с., ил.

6) Ленинджер А. - Основы биохимии: В 3-х т. Т. 2. Пер. с англ.-М.: Мир. 1985. - 368 с, ил.

7) Основы биохимии для инженеров: учеб. пособие для вузов / Ершов Ю.А., Зайцева Н.И.; ред. Щукин С.И. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. - 359 с.: ил.

8) Розен В.Б. Основы эндокринологии: Учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГУ, 1994. - 384 с: ил.

9) Рудницкий Л. Карманный справочник медицинских анализов. - СПб.: «Питер», 2012. - 320 с.

10) Северин Е.С., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В., Силаева С.А. Б63 Биологическая химия. - М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2008. - 364 с.

11) Цыганенко А.Я., Жуков В.И., Мясоедов В.В., Завгородний И.В. Клиническая биохимия (Учебное пособие для студентов медицинских вузов). - Москва. «Триада-Х». - 2002, 504 с.

12) biochemistry.terra-medica.ru/

13) www.xumuk.ru/

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Классификация углеводов (моносахариды, олигосахариды, полисахариды) как самых распространенных органических соединений. Химические свойства вещества, его роль в питании как основного источника энергии, характеристика и место глюкозы в жизни человека.

    реферат [212,0 K], добавлен 20.12.2010

  • Функции и классификация углеводов - полифункциональных соединений. Моносахариды - пентозы: рибоза, дезоксирибоза. Моносахариды - гексозы: глюкоза, фруктоза. Дисахариды: сахароза. Мальтоза (солодовый сахар). Полисахариды: крахмал, целлюлоза (клетчатка).

    презентация [935,8 K], добавлен 17.03.2015

  • Общая характеристика, классификация и номенклатура моносахаридов, строение их молекул, стереоизомерия и конформации. Физические и химические свойства, окисление и восстановление глюкозы и фруктозы. Образование оксимов, гликозидов и хелатных комплексов.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 24.08.2014

  • Изучение строения, классификации и физико-химических свойств углеводов. Роль моносахаридов в процессе дыхания и фотосинтеза. Биологическая роль фруктозы и галактозы. Физиологическая роль альдозы или кетозы. Физические и химические свойства моносахаридов.

    курсовая работа [289,2 K], добавлен 28.11.2014

  • Формула углеводов, их классификация. Основные функции углеводов. Синтез углеводов из формальдегида. Свойства моносахаридов, дисахаридов, полисахаридов. Гидролиз крахмала под действием ферментов, содержащихся в солоде. Спиртовое и молочнокислое брожение.

    презентация [487,0 K], добавлен 20.01.2015

  • Углеводы как органические вещества, молекулы которых состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, знакомство с классификацией: олигосахариды, полисахариды. Характеристика представителей моносахаридов: глюкоза, фруктовый сахар, дезоксирибоза.

    презентация [1,6 M], добавлен 18.03.2013

  • Органические вещества, в состав которых входит углерод, кислород и водород. Общая формула химического состава углеводов. Строение и химические свойства моносахаридов, дисахаридов и полисахаридов. Основные функции углеводов в организме человека.

    презентация [1,6 M], добавлен 23.10.2016

  • Общая формула углеводов, их первостепенное биохимическое значение, распространенность в природе и роль в жизни человека. Виды углеводов по химической структуре: простые и сложные (моно- и полисахариды). Произведение синтеза углеводов из формальдегида.

    контрольная работа [602,6 K], добавлен 24.01.2011

  • Строение углеводов. Механизм трансмембранного переноса глюкозы и других моносахаридов в клетке. Моносахариды и олигосахариды. Механизм всасывания моносахаридов в кишечнике. Фософорилирование глюкозы. Дефосфорилирование глюкозо-6-фосфата. Синтез гликогена.

    презентация [1,3 M], добавлен 22.12.2014

  • Классификация, физические и химические свойства полисахаридов. Гидролизация крахмала под действием ферментов и кислот. Лекарственные растения и сырье, содержащие полисахариды (гомогликозиды, полиозы, гликаны, голозиды). Применение в медицинской практике.

    реферат [84,2 K], добавлен 23.08.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.