Обмен_глюкозы_галактозы_фруктозы

Тема 9. Пентозофосфатный путь. ГлюкуроновЫй путь. Обмен фруктозы и галактозы. Метаболизм этанола пентозофосфатный путь

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

Доля ПФП 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 около 30 % глюкозы, в адипоцитах — 20 %, в эритроцитах — 7 %, в клетках мозга — около 2 %. Этот процесс идет в клетках многих органов и тканей.

Ферменты ПФП локализованы в цитоплазме клеток.

Превращение глюкозы по ПФП не требует присутствия кислорода. Если по ПФП превращается шесть молекул Гл-6-Ф, то за один цикл молекула Гл-6-Ф катаболизирует до 6 СО_2.

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

Последовательность реакций ПФП разделяют на два этапа:

1. 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 + ) (рис. 9.1а)

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

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

Значение окислительного этапа:

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

• биосинтез мононуклеотидов (АМФ, ГМФ, УМФ, ЦМФ, ТМФ и др.);
• синтез нуклеиновых кислот (ДНК, РНК);
• синтез коферментов (НАД + , НАДФ + , ФАД, КоА-SН).

1. 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:

• синтез жирных кислот;
• биосинтез холестерола, стероидных гормонов, желчных кислот;
• синтез заменимых аминокислот (НАДФН·Н + как кофермент глутаматдегидрогеназы в реакциях восстановительного аминирования α-кетоглутаровой кислоты);
• 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 окисленного глутатиона. Глутатион — важный антиоксидант 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. 2.Неокислительный этап (этап межмолекулярных перегруппировок). На этом этапе происходят взаимопревращения сахаров (фосфотриоз, фосфотетроз, фосфопентоз, фосфогексоз, фосфогептулоз, фосфооктулоз), в результате которых регенерирует глюкозо-6-фосфат (рис. 9.1б). 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): бРис. 9.1. Пентозофосфатный путь: а — окислительный этап; б — неокислительный этап (L-вариант) Итак, на неокислительном этапе невостребованные в клетках пентозофосфаты в результате межмолекулярных перегруппировок превращаются в глюкозо-6-фосфат, а также образуются фруктозо-6-фосфат и 3-ФГА. Все реакции неокислительного этапа обратимы. На неокислительном этапе ПФП связан с гликолизом (посредством глюкозо-6-фосфата, фруктозо-6-фосфата и 3-ФГА), то есть возможно переключение этих процессов. Значение неокислительного этапа:

1. Стабилизирует концентрацию фосфопентоз в клетке, то есть утилизирует лишние фосфопентозы. 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 и 6-фосфоглюконат-дегидрогеназы. Жирные кислоты — аллостерические ингибиторы глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы. Увеличение уровня НАДФН . Н + в клетке тормозит окисление глюкозы по ПФП.

Источник

Метаболизм фруктозы и галактозы

Фрук­тоза и галактоза наряду с глюкозой используются для получения энергии или синтеза веществ: гликогена, ТГ, ГАГ, лактозы и др.

Значительное количество фруктозы, образу­ющееся при расщеплении сахарозы, превраща­ется в глюкозу уже в клетках кишечника. Часть фруктозы поступает в печень.

Метаболизм фруктозы в клетке начинает­ся с реакции фосфорилирования:

1.Фруктокиназа(АТФ: фруктоза-1-фосфотрансфераза) фосфорилирует только фруктозу, имеет к ней высокое сродство. Содержится в печени, почках, кишечнике. Инсулин не влияет на ее активность.

2. Альдолаза В(фруктозо: ГА-лиаза) есть в печени, расщепляет фруктозо-1ф (фруктозо-1,6ф) до глицеринового альдегида (ГА) и диоксиацетонфосфата (ДАФ).

3.Триозокиназа(АТФ: ГА-3-фосфотрансфераза). Много в печени.

ДАФ и ГА, полученные из фруктозы, вклю­чаются в печени главным образом в глюконеогенез. Часть ДАФ может восстанав­ливаться до глицерол-3-ф и участвовать в синтезе ТГ.

Нарушения метаболизма фруктозы

Причиной нарушения метаболизма фруктозы является дефект ферментов.

Доброкачественная эссенциальная фруктозурия связана с недостаточностью фруктокиназы,клинически не проявляется. Фруктоза накапливается в крови и выделяется с мочой, где её можно обнару­жить лабораторными методами. Частота 1:130 000.

Наследственная непереносимость фруктозычастая патология, воз­никает при генетически дефек­теальдолазы В(аутосомно-рецессивная форма). Она проявляется, когда в рацион добавляют фрукты, соки, сахарозу. После приёма пищи, содержащей фрук­тозу возникаетрвота, боли в животе, диарея, гипогли­кемия и даже кома и судороги. У маленьких детей и подростков развиваютсяхрони­ческие нарушения функций печени и почек. Болезнь сопро­вождаетсянакоплением фруктозо-1-ф,который ингибирует активность фосфоглюкомутазы, поэтому происходит торможение распада гликогена и развиваетсягипогликемия. Как следствие, ускоряется мо­билизация липидов, окисление жирных кис­лот и синтез кетоновых тел. Повышение кетоновых тел может привести к метаболическому ацидозу.

Результатом торможения гликогенолиза и гликолиза является снижение синтеза АТФ. Кроме того, накопление фосфорилированной фруктозы ведёт к нарушению обмена неорга­нического фосфата и гипофосфатемии. Для пополнения внутриклеточного фосфата ускоряется распад адениловых нуклеотидов. Продукты распада этих нуклеотидов включаются в катаболизм, проходя стадии образования гипоксантина, ксантина и, наконец, мочевой кис­лоты. Повышение количества мочевой кислоты и снижение экскреции уратов в условиях мета­болического ацидоза проявляются в видегиперурикемии. Следствием гиперурикемии может быть подагра даже в молодом возрасте.

Галактоза образуется в кишечнике в результа­те гидролиза лактозы. Превращение галакто­зы в глюкозу происходит в печени в реакции эпимеризации в виде УДФ-производного.

Галактокиназа(АТФ: галактозо-1-фосфотрансфераза) фосфорилирует галактозу.

Галактозо-1ф-уридилтрансферазазамещает галактозой остаток глюкозы в УДФ-глюкозе с образованием УДФ-галактозы.

Эпимераза(УДФ-галактозо-УДФ-глюкозо-изомераза) — НАД-зависимый фермент, катализирует эпимеризацию ОН группы по С₄углеродному атому, обеспечивая взаимопревращения галактозы и глюкозы в составе УДФ.

Образованная глюкозо-1-ф может включаться в: 1) синтез гликогена; 2) превращение в свободную глюкозу; 3) катаболизм, сопряжённый с синтезом АТФ, и т.д.

Нарушения метаболизма галактозы

Галактоземияобусловленна наследствен­ным дефектом любого из трёх ферментов, включающих галактозу в метаболизм глюкозы.

Галактоземия, вызванная недостаточностью галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы (ГАЛТ) имеет несколько форм, про­является рано, и особенно опасна для детей, так как материнское молоко, содержит лактозу. Ранние симптомы дефекта ГАЛТ:рвота, диарея, дегидратация, уменьше­ние массы тела, желтуха. В крови, моче и тканях повышается концентрация галактозы и галак­тозо-1-ф. В тканях глаза (в хрусталике) галактоза восстанавливается альдоредуктазой (НАДФ) с образованием галактитола (дульцита). Галактитол накапливается в стекловид­ном теле и связывает большое количество воды, чрезмерная гидратация хрусталика приводит к развитию катаракты, которая на­блюдается уже через несколько дней после рож­дения. Галактозо-1-ф ингибирует активность ферментов углеводного обмена (фосфоглюкомутазы, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы).

Га­лактозо-1ф оказывает токсическое действи­е на гепатоциты: возникают гепатомегалия, жи­ровая дистрофия. Галактитол и га­лактозо-1-ф вызывают почечную недостаточность. Отмечают нарушения в клетках полушарий го­ловного мозга и мозжечка, в тяжёлых случаях — отёк мозга, задержку умственного развития, воз­можен летальный исход.

Некоторые дефекты в строении ГАЛТ при­водят лишь к частичной потере активности фер­мента. Поскольку в норме ГАЛТ присутствует в организме в избытке, то снижение его актив­ности до 50%, а иногда и ниже может клини­чески не проявляться.

Лечение заключается в удалении галактозы из рациона.

Педфак. Особенности катаболизма моносахаридов у новорожденных и детей.

У детей активен УДФ-глюкоза ↔ УДФ-галактоза путь. У взрослых этот путь неактивен. У новорожденных низкая активность ПФШ. При рождении у ребенка происходит переключение катаболизма глюкозы с анаэробного на аэробный путь. Вначале преобладает использование липидов.

Источник