Біохімія вуглеводів в організмі людини

БІЛОРУСЬКИЙДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАТИКИ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

КафедраЕТТ

РЕФЕРАТ

Натему:

В« Біохімія вуглеводів в організмі людиниВ»

МІНСЬК,2008

Найважливішимихімічними сполуками живих організмів є вуглеводи. Вони широкопоширені в природі, в рослинному світі вони складають 70-80% з розрахункуна суху речовину, у тварин вміст значно менше - 2% маси тіла.Роль їх надзвичайно важлива, що і підтверджується різноманітними функціями,виконуваними вуглеводами:

Енергетична - головний вид клітинного палива, основнийджерело енергії для організму. Вуглеводи служать основним джерелом енергії дляорганізму, забезпечуючи його на 60%. Для діяльності мозку - єдинимпостачальником енергії є глюкоза. При повному розпаді 1 г вуглеводів виділяється 4,1 ккал.

Пластична - входять до складу оболонок клітин і субклітиннихутворень, містяться у всіх органах і тканинах.

Функція запаснихпоживних речовин. Вуглеводимають здатність накопичуватися в організмі у вигляді крохмалю у рослин іглікогену (печінка, м'язи) у тварин.

Захисна функція - в'язкі секрети, що виділяютьсярізними залозами оберігають стінки порожнистих органів від механічнихпошкоджень і проникнення патогенних бактерій.

Регуляторнафункція - такий вуглевод як клітковинабере участь у перистальтиці кишечника.

Специфічнафункція - проведення нервовихімпульсів, утворення антитіл.

За хімічноюприроді вуглеводи це органічніречовини складаються з вуглецю, кисню і водню в співвідношенні 1:2:1. Їхподіляють на:

Моносахариди - прості цукри, що складаються з однієї молекули.Серед них розрізняють тріози, тетрози, пентози, гексози.

Олігосахариди - молекули яких містять від 2 до 10 залишківмоносахаридів, з'єднаних глікозидними зв'язками (сахароза).

Полісахариди - високомолекулярні вуглеводи, що складаються звеликої кількості моносахаридів (крохмаль, глікоген).

Полісахаридирозділяються на гомо-і гетеро-полісахариди.

- Гомо полісахаридимають у своєму складі моносахариди тільки одного виду.

- Гетеро полісахариди- Це комплекси різних видів моносахаридів та їх похідних (наприклад,мукополісахариди).

З точки зоруфункціонального призначення полісахариди також можуть бути розділені наструктурні (целюлоза) і резервні (крохмаль, глікоген).

Розглянемо більшдетально ці групи :

До найпростішихвуглеводам, що має біологічне значення, відносяться прості цукри абомоносахариди, мають формулу С 6 Н 12 Про 6 ,наприклад, глюкоза і фруктоза. Ці два простих цукру злегка розрізняються міжсобою по розташуванню складових їх молекули атомів, і це розходженняобумовлює деяку різницю в їх хімічних властивостях. Сполуки зоднаковою молекулярною формулою, але різним розташуванням атомів називаютьізомерами. Це внутрішня будова молекули відбивається за допомогоюструктурних формул, в яких атоми представлені своїми символами (С, Н, О іт.д.), а хімічні зв'язки, або сили, що утримують атоми разом - лініямиз'єднуючими символи.

Властивості з'єднаннязалежать від його конформації, тобто його просторової структури (молекули маютьтривимірну структуру).

У розчині молекулиглюкози та інших простих цукрів не витягнуті у вигляді прямих ланцюгів, а згорнуті вплоскі кільця, утворені в результаті з'єднання двох несуміжних вуглецевихатомів через атом кисню.

Глюкоза -єдиний моносахарид, що міститься в нашому організмі в скільки-значній кількості. Всі інші, споживані нами вуглеводи перетворюються напечінці у глюкозу.

НН

ВЅ ВЅ

С = О Н-С-ОН

ВЅ ВЅ

Н-С-ОНС = О

ВЅ ВЅ

ОН-С-Н ОН-С-Н

ВЅ ВЅ

Н-С-ОНН-С-ОН

ВЅ ВЅ

Н-С-ОН Н-С-ОН

ВЅ ВЅ

Н-С-ОН Н-С-ОН

ВЅ ВЅ

НН

глюкозафруктоза

Глюкоза - абсолютнонеобхідна складова частина крові. У нормі її вміст у крові і тканинахссавців становить близько 0,1% за масою. Деяке збільшення змістуглюкози в організмі не заподіює особливої вЂ‹вЂ‹шкоди, зменшення ж його підвищуєзбудливість деяких клітин головного мозку, так що вони починають реагуватина дуже слабкі стимули. Імпульси, одержувані від цих клітин м'язами можутьвикликати судоми, призвести до втрати свідомості і навіть до смерті. Глюкозанеобхідна для метаболізму клітин головного мозку і для цього необхіднийпевний рівень вмісту її в крові. Належна концентрація глюкози вкрові підтримується за допомогою надзвичайно складного механізму, в якомуберуть участь нервова система, печінка, підшлункова залоза, гіпофіз інаднирники.

Олігосахариди - містять від 2 до 10 залишків моносахаридів,з'єднаних глікозидними зв'язками.

Молекулидисахаридів мають загальну формулу С 12 Н 22 Про 11 , вонияк би складені з двох молекул моносахаридів, які об'єдналися в результатівідщеплення однієї молекули води. Тростинний і буряковий цукру представляютьсобою сахарозу - з'єднання однієї молекули глюкози з однією молекулою фруктози.Відомі й інші дисахариди, всі вони мають одну формулу, але розрізняютьсярозташуванням атомів в молекулі і в зв'язку з цим і деякими хімічними тафізичними властивостями. Мальтоза, або солодовий цукор, складається з двох молекулглюкози; лактоза (молочний цукор), що міститься в молоці усіх ссавців,утворена однією молекулою глюкози і однією молекулою галактози. Ці цукрупомітно різняться між собою за ступенем солодощі. Самий солодкий із звичайнихцукрів - фруктоза. Вона більш ніж в 10 разів солодше найменш солодкого цукру -лактози. Сахароза займає проміжне положення. Сахарин - синтетичнеречовина, яка значно солодше будь-якого з цукрів, ним користуються, якщо требанадати їжі солодкий смак без вживання цукру, а також хворі на цукровийдіабетом.

Полісахариди.

Вуглеводи, що маютьнайбільші молекули, - це полісахариди, в тому числі крохмаль і целюлоза,молекули яких складаються з великого числа моносахаридних угруповань, абоз'єднаних в одну пряму довгий ланцюг (амілаза), або утворюють розгалуженуструктуру (амілопектин). Число молекул цукру, з'єднаних в одній молекулікрохмалю, точно не відомо, воно неоднаково в різних молекулах, томуформулу крохмалю можна написати так:

(С 6 Н 10 Про 5 )х - де х - невідоме велике число моносахаридних груп, об'єднаних вмолекулу крохмалю. Особливі ферменти - амілази - гідролізують крохмаль таполісахариди, розщеплюючи їх спочатку на більш короткі ланцюжки з простихцукрів, а потім на вільні моносахариди. Ці ферменти каталізують реакції,в яких молекули води як би вклинюються між моносахаридних залишками,розриваючи ангідридні зв'язку.

Крохмалірозрізняються між собою за кількістю і типом моносахаридних груп і єзвичайними компонентами як рослинних, так і тваринних клітин. Тваринний крохмаль- Глікоген, відрізняється від рослинного надзвичайно сильною розгалуженістюмолекули і великий розчинністю у воді. Рослини накопичують вуглеводи у формікрохмалів, тварини у формі глікогену; накопичити глюкозу як таку неможливо,бо її невеликі молекули дифундувати б з клітин. Більш великі і меншрозчинні молекули крохмалю і глікогену не проходять через плазматичну мембрану.У людини та інших вищих тварин глікоген накопичується головним чином упечінці і м'язах. Чотири ферменту, діючи в певній послідовності,легко перетворюють глікоген печінки в глюкозу, яка потім доставляється кров'ю доіншим частинам тіла.

Клітки більшостірослин володіють міцними зовнішніми стінками з целюлози - нерозчинногополісахариду, молекула якого, як і молекула крохмалю, складена збезлічі молекул глюкози. Однак у молекулі крохмалю послідовні молекулиглюкози з'єднані a-глікозидними зв'язками, а в молекулі целюлози вониз'єднані b-глікозидними зв'яз...ками і не розщеплюються ферментами,перетравлювати крохмаль.

У клітці вуглеводивідіграють роль легко мобілізуються "палива" для постачання метаболічнихпроцесів енергією. Глюкоза в кінцевому рахунку розщеплюється до вуглекислоти і водиз виділенням енергії. Деякі вуглеводи, з'єднуючись з білками і ліпідамиутворюють структурні компоненти клітин та їх оболонок. Рибоза і дезоксирибоза,цукру, що містять по 5 атомів вуглецю входять до складу рибонуклеїнової (РНК) ідезоксирибонуклеїнової (ДНК) кислот.

Вуглеводний обмін в організмі людини складаєтьсяв основному з наступних процесів:

1. Розщеплення вшлунково-кишковому тракті до моносахаридів, що надходять з їжею ді-і полі-сахаридов. Всмоктування в кров у кишечнику.

2. Синтез і розпадглікогену (печінка).

3. Анаеробнерозщеплення глюкози: гліколіз - без споживання кисню.

4.Взаємоперетворення гексоз.

5. Аеробнийметаболізм пірувату-зі споживанням кисню, цикл Кребса.

6. Глюконеогенез -утворення вуглеводів з невуглеводних продуктів.

Розглянемо етапивуглеводного обміну .

До 90% всосавшихсямоносахаридів (глюкоза головним чином) через капіляри кишкових ворсинокпотрапляють в кровоносну систему і з током крові через ворітну вену доставляютьсяв печінку, решта кількості моносахаридів надходить по лімфатичних шляхах ввенозну систему. У печінці глюкоза перетворюється в глікоген. Завдякиздатності до відкладення глікогену створюються умови для накопичення в нормідеякого резерву вуглеводів. При підвищенні енергетичних витрат в організмі вВнаслідок порушення ЦНС зазвичай відбувається посилення розпаду глікогену іутворення глюкози.

При нестачікисню вуглеводи розпадаються по анаеробного типу, а при насиченні киснем- По аеробному.

Гліколіз - розщеплення глюкози без споживання кисню,складний ферментативний процес, що протікає в тканинах людини і тварин. ВВнаслідок глюкоза перетворюється на молочну кислоту з утворенням багатихенергією фосфорних сполук - АТФ.

глюкоза +2 АТФ +2 Фн В® молочна кислота +2 АТФ +2 Н 2 Про

Процес гліколізукаталізується 11 ферментами і протікає в цитоплазмі клітини. Біологічнезначення гліколізу - утворення багатих енергією фосфорних сполук.

У першій стадіїгліколізу витрачається 2 молекули АТФ (1 і3 реакції)

У другій стадіїутворюються 4 молекули АТФ (фосфогліцераткіназная і піруваткіназная реакції),

Таким чином, енергетичнаефективність гліколізу становить 2 молекули АТФ на 1 молекулу глюкози,зміна вільної енергії при розщепленні 1 молекули глюкози

глюкоза В® молочна кислота + 210 кДж/моль

к.к.д. становитьблизько 0,4

В процесігліколізу ряд послідовних реакцій починається з В«активаціїВ» глюкози.Взаємодія глюкози з АТФ, в результаті якого утворюється глюкозо-6-фосфаті АДФ, каталізується ферментом гексокінази. При цьому переноситься тількикінцева фосфатна група аденозинтрифосфату і залишається аденозиндифосфат (АДФ).Після цієї підготовчої реакції відбувається перебудова молекули зутворенням фруктозо-6-фосфату, потім - перенесення другого фосфатної групи зутворенням фруктозо-1 ,6-дифосфату (фруктоза з фосфатними групами при 1 і 6атомах вуглецю) і АДФ. Фруктозо-1 ,6-дифосфат, розщеплюється ферментомальдолазой на два трьохвуглецеві цукру: 3-фосфогліцеріновий альдегід ідіоксіацетонфосфат, які можуть перетворюватися друг у друга під впливомферменту тріозофосфатізомерази.

3-фосфогліцеріновийальдегід реагує з з'єднанням, що містить SH-групу, при цьому утворюєтьсяугруповання, здатна віддавати водень молекулі НАД. Продукт цієї реакції -фосфогліцеріновий кислота, пов'язана з SH-групою ферменту, потім реагує знеорганічним фосфатом, утворюючи 1,3-дифосфогліцеринової кислоти і вільнийфермент з SH-групою. Інший продукт - 3-фосфогліцеріновий кислота перетворюєтьсяв 2-фосфогліцеріновую кислоту, після чого відбувається утвореннямакроергічних фосфатів шляхом відщеплення молекули води (дегідратація).

Продукт цієїреакції - фосфопіровіноградная кислота - може віддавати свою фосфатну групумолекулі АДФ з утворенням АТФ і вільної піровиноградної кислоти. Це другамакроергічних фосфатних зв'язків, що утворилася на рівні субстрату приперетворенні глюкози в піровиноградна кислоту. З кожної молекули глюкозиутворюються по 2 молекули 3-фосфогліцерінового альдегіду і таким чином, впроцесі перетворення глюкози в піровиноградна кислоту утворюються 4макроергічні зв'язку. Однак дві з них використовуються в самому цьому процесі.Тому в кінцевому підсумку ми одержуємо 2 макроергічні зв'язку.

1) глюкоза + АТФ В® глюкозо-6-фосфат + АДФ

(фосфорилювання) гексокіназа,Мg 2 +

2) глюкозо-6-фосфат В® фруктозо-6-фосфат глюкозофосфатізомераза

3)фруктозо-6-Фостат + АТФ В® фруктозо-1 ,6-дифосфат + АТФ

Мg 2 + , фосфофруктокінази

4) фруктозо-1 ,6-дифосфат В® дігідроксіацетонфосфат +

3-фосфогліцеріновийальдегід, альдолаза

5) ізомеризаціятріозофосфатов

дігідроксіацетонфосфат В® 3-фосфогліцеріновий альдегід

тріозофосфатізомерази

6) 3-фосфогліцеріновийальдегід + НАД + Н 3 РВ 4 В® 1,3 дифосфогліцериновоїкислота, глицеральдегидфосфатдегидрогеназа

7)1,3-дифосфогліцеринової кислота + АДФ В® 3-фосфогліцеріновийкислота + АТФ, фосфогліцераткіназа

8)3-фосфогліцеріновий кислота В® 2-фосфогліцеріновий кислота, фосфогліцеромутаза

9)2-фосфогліцеріновий кислота В® фосфопіровіноградная кислота,енолаза

10) фосфопіровінограднаякислота + АДФ В® піровиноградна кислота + АТФ, піруваткіназа

11) піровинограднакислота + НАДН 2 В® молочна кислота + НАД,лактатдегідрогеназа

1 і 3 реакціїлімітують (визначають) швидкість гліколізу, ингибируются АТФ.

В анаеробнихумовах, за відсутності кисню, службовця кінцевим акцептором електронів,реакції переносу електронів припиняються, як тільки всі проміжніакцептори перейдуть в відновлене стан, "прийнявши" все можливекількість електронів. Метаболізм глюкози в цих умовах веде до накопиченняпіровиноградної кислоти, яка приймає атоми водню від відновленихпіридиннуклеотидів з утворенням молочної кислоти і окисленого НАД + ,цю реакцію каталізує лактатдегідрогеназа, діюча в зворотномунапрямку.

В результатіперетворення глюкози в молочну кислоту утворюються 2 макроергічні фосфатнізв'язку і таким шляхом клітки навіть за відсутності кисню можуть отримувати невеликукількість енергії.

У клітинах дріжджівпіровиноградна кислота перетворюється на ацетальдегід, який може прийматиатоми водню від відновленого НАДН з утворенням НАД + і етилового спирту.

Синтез глікогенуз глюкози протікає в декількаетапів.

Спочатку глюкозафосфорилюється за рахунок АТФ і перетворюється в глюкозо-6-фосфат. Ця реакціякаталізується глюкокінази.

Даліглюкозо-6-фосфат переходить в глюкозо-1-фосфат (фосфоглюкомутази).Глюкозо-1-фосфат реагує з урідінтріфосфатом (УТФ), при цьому утворюєтьсяурідінфосфоглюкоза. Глюкозний залишок УДФ глюкози використовується для подовженнямолекули глікогену, а звільнився УДФ фосфорилюється за рахунок АТФ і перетворюєтьсяв УТФ. Таким чином, процес синтезу глікогену протікає з витратою енергії,звільняється при розпаді АТФ.

Переважним шляхомрозпаду є фосфоролітіческій шлях.

глікогеноліз - розпад глікогену до глюкозо-6-фосфату, якийможе включатися в процес гліколізу.

1) глікогенрозпадається до глюкозо-1-фосфату

За участюферменту фосфорилази

2) Даліглюкозо-1-фосфат під дією

фосфоглюкомутазиперетворюється в глюкозо-6-фосфат

подальшіперетворення йдуть у двох напрямках:

глюкозо-6-фосфатперетворюється на глюкозу з використанням глюкозо-6-фосфатази

глюкозо-6-фосфатвключається в цикл Кребса

Надходить впечінка фруктоза фосфорилюється за рахунок АТФ за участю фруктокінази, врезультаті утворюється фруктозо-1-фосфат, далі пі...д дією альдолази вінрозщеплюється на дві тріози і потім перетворюється в піровиноградна кислоту.

Розпад і синтезглікогену в печінці, ці 2 процесу забезпечують сталість концентрації цукрув крові. Співвідношення між синтезом і розпадом регулюється нейро-гуморальнимшляхом.

АКТГ,глюкокортикоїди та інсулін збільшують вміст глікогену в печінці.

Адреналін,глюкагон, соматотропний гормон гіпофізу і тироксин стимулюють розпад глікогену.

Механізм діїцих гормонів неоднаковий:

Інсулін пригнічуєглюкозо-6-фосфатазу, сприяючи накопиченню глікогену.

Глюкокортикоїдизбільшують кількість глікогену в печінці непрямим шляхом, сприяючиперетворенню білків і жирів у вуглеводи.

АКТГ стимулюєсинтез глікогену через кору наднирників.

Адреналін таглюкогон викликають розпад глікогену, активуючи фосфорилазу.

Соматотропнийгормон гіпофіза зменшує кількість глікогену в печінці побічно стимулюючи

нирок.гліколізу.

Процес окислення

ЛІТЕРАТУРА

1.Мецлер Д. Біохімія. Т. 1, 2, 3.

2.Ленинджер Д. Основи біохімії.Т.1, 2, 3.

3.Фрімель Г. Імунологічніметоди.

4.Медична електроннаапаратура для охорони здоров'я. М. 2001

5.Резніков О.Г. Методивизначення гормонів.

6.Бредікіс Ю.Ю. Нарисиклінічної електроніки.