Основные классы органических соединений организма человека Функции углеводов: -Энергетическая (клеточные «дрова»), -Структурная ( гликозамингликаны межклеточного матрикса, высокоспецифичные гликопротеины(ферменты, белки-транспортеры) ) …..… УГЛЕВОДЫ БЕЛКИ ЖИРЫ НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

3 основные группы: (от количества составляющих мономеров) МОНОСАХАРИДЫ -производные многоатомных спиртов, содержащие кроме гидроксильных групп, функциональную группу: Н а) альдегидную: - С=О (альдозы); б) кетонную : -С=О (кетозы) Например, фруктоза – кетогексоза, глюкоза – альдогексоза, МОНОСАХАРИДЫ ОЛИГОСАХАРИДЫ ПОЛИСАХАРИДЫ

Глюкоза – центральный моносахарид, существующий как в линейной, так и в циклической форме. Как и все гексозы, имеет 4 асимметричных атома углерода, обуславливающих наличие стереоизомеров. D, L – наиболее важные (определяются по расположению Н- и ОН- групп относительно 5-го углеродного атома). В организме моносахариды находятся в D- конфигурации В растворе при образовании циклической формы образуется еще 2 изомера (ά и β - изомеры), называемые аномерами, обозначающие определенное расположение группы ОН- относительно первого углеродного атома. Так у ά –D- глюкозы ОН- группа расположена ниже плоскости кольца, у β –D- глюкозы – над плоскостью. Гликозидная связь имеет важное биологическое значение, т.к. с ее помощью происходит ковалентное связывание моносахаров в составе олиго и полисахаридов. Участвуют аномерная ОН- группа одного моносахарида и ОН- группа другого. Происходит отщепление воды и образование О- гликозидной связи. Например, соединение остатков глюкозы возможно за счет образования ими 1,4 – либо 1,6-гликозидных связей Н Н Н ά –D- глюкоза β –D- глюкоза ά 1,4 – глкозидная связь между остатками глюкозы (мальтоза) 1 СН2ОН L - глюкоза ОН

ОЛИГОСАХАРИДЫ (от 2 до 10 остатков моносахаров, соединенных гликозидной связью) Дисахариды- наиболее распространенные олигомерные углеводы, встречающиеся в свободной (не связанной с другими соединениями) форме. Содержат 2 моносахарида, связанных гликозидной связью в ά- или β-конфигурации. В пище чаще представлены сахарозой, мальтозой, лактозой. Сахароза (глюкоза +фруктоза; ά,β-1,2-гликозидная связь ) Лактоза (галактоза + глюкоза; β-1,4-гликозидная связь) Мальтоза (глюкоза + глюкоза; ά-1,4-гликозидная связь) В пище человека содержатся ПОЛИСАХАРИДЫ растительного происхождения (разветвленный крахмал, линейная целлюлоза), меньше – полисахарид животных – гликоген (разветвленный). Это гомополисахариды, состоящие из остатков глюкозы. К гетерополисахаридам, состоящим из различных мономеров относятся, например, гиалуроновая кислота, гепарин.

Процесс переваривания углеводов обеспечивается специфическими гидролазами, локализованными, соответственно: ά-амилаза слюны; панкреатическая ά-амилаза и мальтаза, сахараза, лактаза, работающими в тонком кишечнике. Его продуктами являются моносахариды. Глюкоза – основной продукт переваривания, другие моносахариды в процессе метаболизма могут превращаться в глюкозу или ее метаболиты. Во время пищеварения уровень глюкозы в крови превышает норму (3,3 – 5,5 ммоль/л), физиологическая гипергликемия в среднем составляет 8 – 10 ммоль/л. По системе воротной вены большая ее часть попадает в печень. Ее высокие концентрации активируют глюкокиназу и синтез гликогена – гликогеногенез (в этом органе глюкоза депонируется). В основе патологии переваривания и всасывания углеводов могут быть либо дефекты ферментов, участвующих в переваривании, либо – нарушения всасывания продуктов переваривания в тонком кишечнике. В любом случае отмечается развитие осмотической диареи, т.к. углеводы, поступая в дистальные отделы кишечника меняют осмотическое давление, а под действием микроорганизмов образуются газы и органические кислоты. Все это приводит к притоку воды в кишечник, усилению перистальтики, спазмам, метеоризму. Пример- недостаточность лактазы: а) первичная (развитие симптомов сразу после рождения. Прием молока – рвота, диарея, спазмы, боли в животе); б) недостаточность из-за снижения экспрессии гена в онтогенезе (симптомы аналогичны, но развивается с возрастом вследствие возрастного дефицита лактазы); в) вторичная (обусловлена патологией ЖКТ- энтероколиты, либо операций) галактоза фруктоза глюкоза панкреатическая

Аминокислоты Глицерин жиров, лактат, пируват глюконеогенез ГЛЮКОЗА Синтез Гликолиз ПФЦ гликогена Накопление эндогенной глюкозы возможно в результате процессов распада гликогена и глюконеогенеза (синий цвет). Красным цветом обозначены основные пути ее утилизации. NB! Первая и универсальная реакция утилизации глюкозы в клетке – реакция фосфорилирования. Ее катализируют гексокиназа, а в печени – и глюкокиназа. Ферменты имеют различную субстратную специфичность и физико-химические свойства. Константа Михаэлиса (Кm) для гексокиназы – 0,1 ммоль/л, а для глюкокиназы печени – 10 ммоль/л. Причем последняя не ингибируется продуктом реакции – глюкозо-6- фосфатом! Образование глюкозо-6-фосфата в клетке – «ловушка» для глюкозы, т.к. мембрана непроницаема для этой активной формы глюкозы. Распад гликогена

Итак, глюкозо-6-фосфат может использоваться в клетке в различных превращениях, основными из которых являются: синтез гликогена, катаболизм с образованием СО 2 и Н 2 0 или лактата, синтез пентоз в пентозо-фосфатном цикле. Катаболизм глюкозы – источник энергии для организма. Он состоит из ее специфического распада в реакциях гликолиза и, после образования пирувата, проходит в общих путях катаболизма белков, жиров и углеводов, т.е – окислительном декарбоксилировании пирувата и сгорании затем его ацила -АцетилКоА в цикле Кребса. В то же время, глюкозо-6-фосфат – не только субстрат для окисления, но и материал для синтеза новых соединений (см. рис.). Гликоген Пентозы ГЛЮКОЗА Глюкозо-6-фосфат Пируват СО 2, Н 2 О, энергия

ГЛИКОГЕН ά-1,6- гликозидная связь ά-1,4- гликозидная связь Напомним, что этот гомополисахарид - депо глюкозы, представленное, главным образом, в печени и мышцах. При этом молекула гликогена менее растворима, чем глюкоза, поэтому не влияет на осмотическое давление в клетке; сберегается компактно в виде гранул в цитозоле; разветвленная структура с большим количеством концевых мономеров оптимизирует эффективность работы ферментов как при его синтезе, так и при распаде. Линейные участки гликогена образованы за счет ά-1,4- гликозидных связей, точки ветвления - ά-1,6-гликозидными связями между остатками глюкозы. Функции гликогена в печени – регуляция уровня глюкозы в крови в абсорбтивный и постабсорбтивный период; в мышцах – резерв глюкозы – источника энергии при мышечном сокращении.. Т.к.функции гликогена в печени и мышцах отличаются, то имеются и отличия как на этапе синтеза, так и распада гликогена в этих тканях!!! Печень Мышцы Синтезглюкокиназа гексокиназа (Кm 10 ммоль/л, поэтому (Кm 0,1ммоль/л) обеспечивает утилизацию глюкозы печенью при переваривании углеводов) Распадфосфатаза нет (поэтому при глюкозо-6-фосфата распаде не образуется свободной глюкозы) ά-1,6- гликозидная связь ά-1,4- гликозидная связь ά-1,6- гликозидная связь

СИНТЕЗ ГЛИКОГЕНА - гликогеногенез «фермент ветвления» и гликогенсинтаза фосфоглюкомутаза Гексокиназа, Глюкокиназа (печень) ГЛИКОГЕН ГЛЮКОЗА Фосфатаза (печень, нет в мышцах) фосфоглюкому таза фосфорилаза УДФ-глюкозо пирофосфорилаза 1.Гексокиназа (мышцы), глюкокиназа (печень) 2.Фосфоглюкомутаза 3.УДФ глюкозопирофосфорилаза 4.«фермент ветвления» -1,6-гликозидная связь, гликогенсинтаза – 1,4 связь, регуляторный («+» инсулин, «-» адреналин, глюкагон) РАСПАД ГЛИКОГЕНА- гликогенолиз 1.Гликогенфосфорилаза- 1,4 связь, регуляторный энзим («+» адреналин, глюкагон, «-» инсулин) ά-1,6-гликозидаза («деветвящий фермент») - 1,6- гликозидная связь 2.Фосфоглюкомутаза 3.Глюкозо-6-фосфатаза (нет в мышцах!)

ГЛИКОГЕНОВЫЕ болезни- наследственные ферментопатии, связанные с нарушением либо синтеза гликогена (агликогенозы), либо распада (гликогенозы) -Агликогеноз – дефект гликогенсинтазы. В печени и тканях – крайне низкое содержание гликогена. Резко выраженная гипогликемия в постабсорбтивном периоде. Характерны судороги, особенно утром. Необходимо частое кормление ребенка. -Б-нь Андерсена- снижение синтеза или отсутствие «фермента ветвления». Накопление структурно измененного гликогена с очень длинными наружными ветвями, т.н. линейного гликогена. Это приводит к аутоиммунному поражению печени, циррозу, печеночной недостаточности, смерти. -Б-нь Гирке – наследственный дефект глюкозо- 6-фосфатазы. Встречается наиболее часто. Характерна гипогликемия (особенно натощак, вплоть до комы) и компенсаторные гипертриацилглицеролемия и гиперурикемия. У больных детей короткое туловище и большой живот, резко увеличена печень. Отстают в физическом развитии. Показано исключение продуктов, содержащих сахарозу, лактозу; ограничение глюкозы. - Б-нь Кори – дефект «деветвящего фермента» - ά-1,6-гликозидазы. Более легкое течение гипогликемия менее выражена.