Презентация Microsoft PowerPoint (1)

1.

Углеводы

2.

Углеводы являются наиболее распространенным классом органических соединений
природы.
Функции углеводов:
• Энергетическая – преимущество углеводов состоит в их способности окисляться как
в аэробных, так и в анаэробных условиях (глюкоза),
• Защитно-механическая – основное вещество трущихся поверхностей суставов, находятся в сосудах и слизистых оболочках (гиалуроновая кислота и другие гликозаминогликаны),
• Опорно-структурная – целлюлоза в растениях, гликозаминогликаны в составе протеогликанов, например, хондроитинсульфат в соединительной ткани,
• Гидроосмотическая и ионрегулирующая – гетерополисахариды обладают высокой
гидрофильностью, отрицательным зарядом и, таким образом, удерживают Н2О, ионы
Са2+, Mg2+, Na+ в межклеточном веществе, обеспечивают тургор кожи, упругость тканей,
• Кофакторная – гепарин является кофактором липопротеинлипазы плазмы крови и
ферментов свертывания крови (инактивирует тромбокиназу).

3.

Классификация

4.

Моносахариды

5.

6.

7.

Дисахариды
Сахароза – пищевой сахар, в которой остатки глюкозы и фруктозы
связаны α1,2-гликозидной связью. В наибольшем количестве
содержится в сахарной свекле и тростнике, моркови, ананасах,
сорго.
Мальтоза – продукт гидролиза крахмала и гликогена, два остатка
глюкозы связаны α1,4-гликозидной связью, содержится в солоде,
проростках злаков

8.

Лактоза – молочный сахар, остаток галактозы связан с глюкозой
β1,4-гликозидной связью, содержится в молоке. В некоторых
ситуациях (например, беременность) может появляться в моче.
Целлобиоза – промежуточный продукт гидролиза целлюлозы в
кишечнике, в котором остатки глюкозы связаны β1,4-гликозидной
связью. Здоровая микрофлора кишечника способна гидролизовать
до 3/4 поступающей сюда целлюлозы до свободной глюкозы,
которая либо потребляется самими микроорганизмами, либо
всасывается в кровь.

9.

Полисахариды
Выделяют гомополисахариды, состоящие из одинаковых остатков
моносахаров (крахмал, гликоген, целлюлоза) и
гетерополисахариды (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты), включающие разные моносахара.

10.

Гомополисахариды
Крахмал – гомополимер α-D-глюкозы. Находится в злаках,
бобовых, картофеле и некоторых других овощах. Синтезировать
крахмал способны почти все растения.
Двумя основными компонентами крахмала являются амилоза (1520%) и амилопектин (80-85%). Амилоза представляет собой
неразветвленную цепь с молекулярной массой от 5 до 500 кДа,

11.

Гликоген – резервный полисахарид животных тканей, в
наибольшей мере содержится в печени и мышцах. Структурно он
схож с амилопектином, но, во-первых, длина веточек меньше – 1118 остатков глюкозы, во-вторых, более разветвлен – через каждые
8-10 остатков. За счет этих особенностей гликоген более компактно
уложен, что немаловажно для животной клетки.

12.

Целлюлоза является наиболее распространенным органическим
соединением биосферы. Около половины всего углерода Земли
находится в ее составе. В отличие от предыдущих полисахаридов
она является внеклеточной молекулой, имеет волокнистую
структуру и абсолютно нерастворима в воде. Единственной связью
в ней является β-1,4-гликозидная связь.

13.

Гетерополисахариды
Основными представителями гликозаминогликанов является
гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфаты и
дерматансульфаты, гепарин. Большинство из них характеризуется
наличием повторяющихся дисахаридных остатков.

14.

Внешний обмен углеводов
Потребность в углеводах взрослого организма составляет 350-400 г
в сутки, при этом целлюлозы и других пищевых волокон должно
быть не менее 30-40 г. С пищей в основном поступают крахмал,
гликоген, целлюлоза, сахароза, лактоза, мальтоза, глюкоза и
фруктоза, рибоза.

15.

Переваривание в ротовой полости
В полости рта при участии α-амилазы слюны молекулы крахмала и
гликогена расщепляются по α-(1-4)-гликозидным связям до
олигосахаридов различной длины (декстринов). Поскольку
оптимум pH этого фермента составляет 6,8-7,0, действие αамилазы слюны прекращается в желудке в ходе пропитывания
пищевого комка желудочным соком.

16.

Гидролиз углеводов в тонком кишечнике
Основным местом расщепления углеводов является тонкая кишка,
где они гидролизуются α-амилазой поджелудочной железы и
содержащимися на поверхности энтероцитов кишечника
различными дисахаридазами.
α-амилаза расщепляет α-(1→4)-гликозидные связи, но не
гидролизует α-(1→6)-гликозидные связи в амилопектине.
Дальнейший гидролиз α-(1→4)-гликозидных связей в
полисахаридах и декстринах приводит к высвобождению
олигосахаридов, а именно трисахаридов (мальтотриозы) и
дисахаридов - мальтозы и изомальтозы.

17.

Гидролиз дисахаридов в кишечнике
Образующиеся в процессе расщепления полисахаридов мальтоза и
изомальтоза, а также поступившие с пищей лактоза и сахароза
гидролизуются специфическими дисахаридазами кишечника. Эти
ферменты синтезируются в энтероцитах в виде белковых
комплексов, которые пронизывают цитоплазматическую мембрану
клеток и выступают в просвет кишечника.

18.

• сахаразо-изомальтазный комплекс (устаревшее название
сахараза) – в тощей кишке гидролизует α-1,2-, α-1,4-, α-1,6гликозидные связи, расщепляет сахарозу, мальтозу,
мальтотриозу, изомальтозу
• гликоамилазный комплекс – находится в нижних отделах тонкого
кишечника и расщепляет α-1,4-гликозидные связи в
олигосахаридах
• β-гликозидазный комплекс (устаревшее название лактаза) –
гидролизует β-1,4-гликозидные связи между галактозой и
глюкозой (лактозу). У детей активность лактазы очень высока уже
до рождения и сохраняется на высоком уровне до 5-7 лет, после
чего снижается

19.

20.

Нарушения переваривания дисахаридов
Существуют две наиболее встречающиеся формы нарушения переваривания
дисахаридов в кишечнике – дефект лактазы и сахаразы.
Приобретенные формы недостаточности переваривания углеводов возникают в результате заболеваний стенок ЖКТ: энтериты, колиты, когда нарушается образование
ферментов и их размещение на щеточной каемке энтероцитов. К тому же ухудшается
всасывание моносахаров.
При наследственной патологии лактазы симптомы проявляются после первых кормлений; патология сахаразы обнаруживается позднее, при введении в рацион
сладкого. Недостаточность лактазы может проявляться не только у младенцев, но и у
взрослых.
Отсутствие гидролиза соответствующих дисахаридов приводит к осмотическому
эффекту и задержке воды в просвете кишечника. Кроме этого, сахара активно
потребляются микрофлорой толстого кишечника и метаболизируют с образованием
органических кислот (масляная, молочная) и газов. Из-за этого симптомами
лактазной или сахаразной недостаточности являются диарея, рвота, метеоризм,
вспучивание живота, его спазмы и боли.

21.

Всасывание моносахаридов в кишечнике
Моносахариды, образовавшиеся в процессе гидролиза
биополимеров в кишечнике, всасываются и попадают в кровь.
Манноза и пентозы проникают через эпителий только путем
облегченной диффузии с участием специальных переносчиков.
Перенос галактозы и глюкозы включает механизм вторичноактивного транспорта

22.

Это значит, что затрата энергии при переносе сахаров происходит, но
тратится она не непосредственно на транспорт сахара, а на создание
градиента концентрации другого вещества.
В случае глюкозы таким веществом является натрий. Особый фермент –
Na+,К+-АТФаза – постоянно, в обмен на калий, выкачивает ионы натрия
из клетки, именно этот транспорт требует затрат энергии. В просвете
кишечника содержание натрия относительно высоко и он связывается
со специфическим мембранным белком, имеющим два центра
связывания: один для натрия, другой для сахара.
Белок-транспортер свободно мигрирует в толще мембраны. При
контакте белка с цитоплазмой натрий быстро отделяется от него по
градиенту концентрации и сразу отделяется сахар. Результатом является
накопление сахара в клетке, а ионы натрия выкачиваются Na+, К+АТФазой.
Выход глюкозы из клетки в межклеточное пространство и далее кровь
происходит благодаря простой и облегченной диффузии.

23.

24.

Гидролиз углеводов в толстой кишке
В толстом кишечнике присутствует большое количество бактерий и
целлюлоза гидролизуется бактериальными ферментами
целлюлазой и целлобиазой

25.

Транспорт глюкозы в клетки
Концентрация глюкозы в плазме крови в норме составляет 3,3-5,5
ммоль/л. В цитоплазме большинства животных клеток содержание
свободной глюкозы значительно меньше. Именно поэтому
поступление глюкозы из крови в клетки осуществляется по
градиенту концентрации при участии специальных белковпереносчиков ГЛЮТ (от англ. GLUcose Transporter - транспортер
глюкозы).
Глюкоза связывается с полярным доменом транспортера на
внешней стороне мембраны, после чего конформация белка
изменяется и глюкоза оказывается связанной с белком в участке,
обращенном внутрь клетки. Затем глюкоза отсоединяется от
транспортера, переходя внутрь клетки.

26.

27.

В тканях человека известно пять типов транспортеров глюкозы.
ГЛЮТ1 обнаружен в эритроцитах и клетках многих тканей. Он
обеспечивает поступление глюкозы при небольших ее
концентрациях в крови с относительно постоянной скоростью.
ГЛЮТ2 присутствует в гепатоцитах, энтероцитах, проксимальных
тубулярных клетках почек и β-клетках островков Лангерганса
поджелудочной железы. Он обеспечивает быстрый захват глюкозы
клетками печени при высокой ее концентрации в плазме крови и
стимулирует секрецию инсулина клетками поджелудочной железы.
ГЛЮТ3 обнаружен во многих тканях, включая мозг, плаценту и
почки. Обладает высоким сродством к глюкозе, что позволяет
обеспечить ее поступление в мозг в условиях гипогликемии.

28.

ГЛЮТ4 содержится в инсулинозависимых тканях - мышечной и
жировой. При отсутствии инсулина ГЛЮТ практически полностью
находится в цитозольных везикулах. Cвязывание инсулина с
тирозинкиназным рецептором приводит к перемещению везикул к
плазматической мембране, слиянию с ней и встраиванию
транспортеров в мембрану. После этого возможен облегченный
транспорт глюкозы в эти клетки. При понижении концентрации
инсулина в крови ГЛЮТ4 вновь перемещается в цитоплазму, и
поступление глюкозы в клетку прекращается.
ГЛЮТ5 синтезируется эпителиальными клетками кишечника и
обеспечивает вторично-активный транспорт глюкозы,
образовавшейся в результате переваривания углеводов.

29.

30.

Гликоген
Гликоген – резервный полисахарид тканей человека и животных.
Основные запасы гликогена сосредоточены в печени (до 6%) и
мышцах (до 1,5%).

31.

32.

33.

Распад гликогена

34.

Мобилизацией называется расщепление гликогена до глюкозы в
печени.
Контроль метаболизма гликогена осуществляется через
реципрокную регуляцию активности гликогенфосфорилазы и
гликогенсинтазы, при этом активация гликогенфосфорилазы тесно
связана с ингибированием гликогенсинтазы и наоборот.
Активность обоих ферментов регулируется путем
фосфорилирования и дефосфорилирования. Гликогенсинтаза
активна в дефосфорилированном состоянии, гликогенфосфорилаза
– в фосфорлированном.
Инсулин вызывает дефосфорилирование обоих ферментов и
активирует синтез гликогена. Влияние глюкагона и адреналина,
наоборот, приводит к фосфорилированию ключевых ферментов и
активации расщепления гликогена.

35.

Наследственные нарушения обмена
гликогена. Гликогенозы.
Гликогенозы – заболевания, связанные с наследственными
дефектами ферментов, участвующих в обмене гликогена. В
зависимости от локализации дефектных ферментов гликогенозы
бывают печеночными и мышечными. Все печеночные гликогенозы
сопровождаются гипогликемией между приемами пищи, все
мышечные гликогенозы приводят к мышечной слабости и
гипоэнергетическим состояниям.