Екатерина Владиславовна Неборак
Диалог с изучающим углеводы
Или
155. Недостаточность какого фермента приводит к развитию гемолитической анемии при приёме некоторых лекарств?
Недостаточность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, катализирующей первую реакцию пентозофосфатного цикла в эритроцитах, при приёме некоторых лекарств способствует развитию гемолитической анемии.
156. Почему приём лекарств при недостаточности глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы вызывает гемолитическую анемию?
Снижение активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы уменьшает образование количества НАДФН(Н+), основная роль которого в эритроцитах заключается в восстановлении окисленной формы глутатиона в восстановленную. Восстановленный глутатион-антиоксидант необходим для обезвреживания токсинов и поддержания железа (Fe2+) гемоглобина в восстановленной форме. При пониженном содержании восстановленного глутатиона в эритроцитах увеличивается вероятность гемолиза.
157. Как связано снижение активности фермента глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы с развитием малярии?
Снижение активности фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы чаще всего является генетическим дефектом гена. Для возбудителя малярии Plasmodium falciparum необходим нормально функционирующий пентозофосфатный путь и восстановленный глутатион. Дефицит фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы у человека приводит к снижению восстановленного глутатиона, что является механизмом защиты от малярии.
158. Связан ли пентозофосфатный путь с гликолизом?
Пентозофосфатный путь и гликолиз локализованы в цитозоле, эти два пути взаимосвязаны и продукты одного могут включаться в метаболизм другого в зависимости от содержания этих соединений в клетке. Когда в клетке потребность в НАДФН(Н+) оказывается выше потребности в рибозо-5-фосфате, активируется превращение рибозо-5-фосфата в глицеральдегид-3-фосфат и фруктозо-6-фосфат под действием транскетолазы и трансальдолазы. Эти ферменты создают связь между пентозофосфатным путем и гликолизом. Таким путем можно генерировать 12 молекул НАДФН(Н+) в расчете на 1 молекулу глюкозо-6-фосфата, которая полностью окисляется до СО2.
Когда в клетке повышается потребность в рибозо-5-фосфате, активен только неокислительный этап пути. Фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат, образованные в гликолизе, превращаются в рибозо-5-фосфат без образования НАДФН(Н+). Взаимодействие этих путей обеспечивает постоянный уровень НАДФН(Н+), АТФ и продуктов, необходимых для биосинтетических потребностей клетки.
РЕГУЛЯЦИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА
159. Как осуществляется регуляция углеводного обмена у человека?
У человека и животных регуляция углеводного обмена осуществляется при непосредственном участии центральной нервной системы и гормонов. Регуляция ЦНС на обмен углеводов осуществляется опосредованно гормонами нескольких эндокринных желез. На углеводный обмен влияют гормоны поджелудочной железы (инсулин, глюкагон), коры надпочечников (глюкокортикоиды) и мозгового вещества надпочечников (адреналин). Действие их опосредовано через ферментные системы гликолиза и гликогенолиза, гликогенеза (биосинтез гликогена) и глюконеогенеза (биосинтез глюкозы из лактата, пирувата, глицерола и некоторых аминокислот).
160. Каковы причины заболевания сахарным диабетом?
Повышение содержания глюкозы в крови при сахарном диабете наблюдается при снижении количества секретируемого инсулина. Эта патология называется инсулинзависимым сахарным диабетом 1-го типа. При сахарном диабете содержание глюкозы в крови повышается (гипергликемия), появляется глюкоза в моче (глюкозурия), уменьшается содержание гликогена в печени. При инсулиновой недостаточности повышается распад гликогена печени.
161. Как влияют адреналин и глюкагон на повышение глюкозы в крови?
Адреналин и глюкагон не проникают в клетки-мишени, связываясь со своими рецепторами на плазматической мембране, они активируют аденилатциклазу. Аденилатциклаза образует из АТФ цАМФ, аллостерический активатор каскада реакций, которые приводят к активации гликогенфосфорилазы и ингибированию гликогенсинтазы. Распад гликогена под действием фосфорилазы и образование глюкозы можно представить следующей схемой:
162. Какие изменения происходят при инсулиновой недостаточности?
При инсулиновой недостаточности нарушается соотношение активности между ферментами, которые участвуют в распаде гликогена: фосфорилазой а, гексокиназой и фосфофруктокиназой, преобладают реакции распада гликогена.
163. Как влияет инсулин на углеводный обмен?
Инсулин контролирует все эти процессы, выступая как индуктор синтеза основных ферментов гликолиза: гексокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы. В то же время инсулин снижает активность ферментов, участвующих в синтезе глюкозы, то есть, подавляет глюконеогенез.
164. Какое влияние оказывают глюкокортикоиды на углеводный обмен?
Глюкокортикоиды активируют фермент глюкозо-6-фосфатазу, тем самым повышая синтез глюкозы в печени, что способствует её поступлению в кровь.
165. Какие ещё факторы могут оказывать влияние на углеводный обмен?
На активность углеводного обмена оказывают влияние такие факторы, как: содержание исходных и конечных продуктов отдельных реакций, уровень активности ферментов, присутствие кислорода, проницаемость биологических мембран.
166. Какими ферментами осуществляется регуляция первого этапа гликолиза превращения глюкозы в пируват?
Фосфофруктокиназа, катализирующая реакцию превращения фруктозо-6-фосфата во фруктозо-1,6-бисфосфат, является наиболее важным регуляторным ферментом гликолиза. Фермент ингибируется высокими концентрациями АТФ и наиболее активен, когда клетка нуждается в энергии АТФ и синтезе веществ. Кроме того, нарушение гликолиза в эритроцитах человека может оказать влияние на транспорт кислорода у больных при недостаточности гексокиназы (реакция превращения глюкозы в глюкозо-6-фосфат). Гексокиназа ингибируется глюкозо-6-фосфатом, который накапливается, когда фосфофруктокиназа неактивна. Пируваткиназа является другим регуляторным ферментом, аллостерически ингибируемым АТФ.
167. Как происходит регуляция окисления пирувата до ацетил-КоА?
Окисление пирувата до ацетил-КоА происходит в матриксе митохондрий мультиферментным пируватдегидрогеназным комплексом. Регуляция превращения пирувата в ацетил-КоА представлена на схеме:
168. Обратим ли процесс окисления пирувата до ацетил-коА?
Окислительное декарбоксилирование пирувата является связующим звеном между гликолизом и циклом трикарбоновых кислот, который является необратимым. Образующийся ацетил-КоА используется как унифицированный метаболит для многих процессов биосинтеза.
169. Как осуществляется контроль активности пируватдегидрогеназного комплекса?
Активность пируватдегидрогеназного комплекса контролируется несколькими путями:
ингибированием продуктом реакции ацетил-КоА;
содержанием НАДН(Н+);
нуклеотидами по типу обратной связи;
ингибируется АТФ;
активируется АМФ;
ковалентной модификацией (АТФ-зависимая киназа уменьшает активность пируватдегидрогеназы, а дефосфорилирование под действием фосфатазы, наоборот, повышает активность пируватдегидрогеназы).
170. Недостаток какого витамина в организме вызывает заболевание бéри-бéри?
В пируватдегидрогеназный комплекс входит фермент пируватдегидрогеназа, простетическая группа которой содержит кофермент тиаминпирофосфат (ТПФ).
Недостаток в пище витамина В1 (тиамина) может привести к развитию заболевания бéри-бéри, для которого характерны симптомы неврологических заболеваний и сердечной недостаточности. Повреждение периферической нервной системы проявляется в виде болей в конечностях, мышечной слабости, снижением кожной чувствительности. При бéри-бéри содержание пирувата после приема глюкозы повышается.
171. В структуру какого фермента входит кофермент ТПФ?
ТПФ является простетической группой трех ферментов: пируватдегидрогеназы (окислительное декарбоксилирование пирувата), α-кетоглутаратдегидрогеназы (ЦТК) и транскетолазы (пентозофосфатный путь окисления глюкозы). В соответствии с этим активность вышеуказанных ферментов снижена у больных бéри-бéри по сравнению с нормой. При заболевании бéри-бéри снижение транскетолазной активности может быть использовано для диагностики этого заболевания.
172. Какой этап завершает аэробный распад глюкозы?
Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) является конечным этапом аэробного распада глюкозы. Реакции цикла Кребса локализованы в матриксе митохондрий и проходят только в аэробных условиях, для которых необходимы НАД+ и ФАД. Перенос электронов и протонов от восстановленных НАДН(Н+) и ФАДН2, на О2 по цепи транспорта электронов сопровождается образованием АТФ. Активность реакций цикла трикарбоновых кислот зависит от потребности клетки в АТФ.
173. Какие реакции ЦТК Кребса являются регуляторными?
Главной регуляторной реакцией ЦТК является синтез цитрата из оксалоацетата и ацетил-КоА. АТФ является аллостерическим ингибитором цитратсинтазы, поэтому, с увеличением содержания АТФ снижается образование цитрата. Ингибирует цитратсинтазную реакцию и накопление НАДН(Н+). Вторая регуляторная реакция катализируется изоцитратдегидрогеназой, которая превращает изоцитрат в α–кетоглутарат. Фермент аллостерически активируется АДФ и ингибируется НАДН(Н+) и АТФ. Третьей реакцией регуляции ЦТК является реакция α–кетоглутаратдегидрогеназы, превращающей α–кетоглутарат в сукцинил-КоА. Альфа-кетоглутаратдегидрогеназный мультиферментный комплекс, подобно пируватдегидрогеназному комплексу ингибируется продуктом реакции сукцинил-КоА и НАДН(Н+).
174. От каких факторов зависит скорость ферментативных реакций углеводного обмена?
Скорость ферментативных реакций углеводного обмена зависит от избытка или дефицита какого-либо одного фактора. Причем это может проявляться в изменении скорости ферментативных реакций на разных этапах метаболизма углеводов.
Например, недостаточность витамина В1 может привести не только к нарушению окислительного декарбоксилирования и накоплению пирувата, но и повлиять на окисление глюкозо-6-фосфата в пентозофосфатном пути, потому что ТПФ является коферментом транскетолазы. Гиповитаминоз В1 также влияет на ЦТК, поскольку ТПФ необходим для работы α–кетоглутаратдегидрогеназного комплекса. Сукцинатдегидрогеназа ингибируется малонатом, а малатдегидрогеназная реакция зависит от соотношения НАД+/ НАДН(Н+). Соотношение путей катаболизма углеводов и его регуляция в тканях зависит от физиологического состояния человека, поступления кислорода в ткани и интенсивности физической нагрузки.
175. Какой путь распада углеводов более эффективен, аэробный или анаэробный?
Аэробный путь катаболизма более эффективен энергетически. Однако роль и значение различных путей окисления углеводов в различных тканях неодинакова. Продукты метаболизма углеводов одного пути могут включаться в другие пути окисления углеводов. Например, взаимосвязанность гликолитического и пентозофосфатного путей обеспечивает клетку НАДФН(Н+), АТФ, пентозами.
176. Как регулируются глюконеогенез и гликолиз?
Глюконеогенез и гликолиз регулируются таким образом, что, когда активность одного находится на низком уровне, другой высокоактивен. Активность этих двух процессов никогда не достигает высокого уровня одновременно. Эти два процесса регулируются реципрокно. У человека регуляция углеводного обмена осуществляется под контролем центральной нервной системы и гормонов.
177. Какова роль печени в углеводном обмене?
Углеводы, поступающие с пищей, гидролизуются в основном с образованием глюкозы, галактозы или фруктозы, которые через воротную вену поступают в печень, где галактоза и фруктоза быстро превращаются в глюкозу. Основная роль печени в углеводном обмене заключается в поддержании постоянной концентрации глюкозы в крови. Это достигается регуляцией синтеза и распада гликогена, которые контролируются нейрогуморальным путем.
178. Какое соединение занимает центральное место в углеводном обмене в печени?
Центральное место в углеводном обмене в печени занимает глюкозо-6-фосфат. Участие этого соединения в метаболизме углеводов представлено на следующей схеме: