Шпоры по "Биохимии"

Альдогексозы  содержат четыре асимметричных атома углерода и могут существовать в виде 16 стереоизомеров (24), представителем которых является, например, глюкоза. Все изомеры моносахаридов подразделяются на D- и L-формы (D-и L-конфигурация) по  сходству расположения групп атомов у последнего центра асимметрии с расположением групп у D- и L-глицеральдегида. Известно, что природные моносахариды обладают оптической активностью. Способность вращать плоскость поляризованного луча света –одна из важнейших особенностей веществ,молекулы которых имеют асимметричный атом углерода или асимметричны в целом. Свойство вращать плоскость поляризованного луча вправо обозначают знаком плюс (+), а в противоположную сторону – знаком минус (–).

Пр.

глюкоза

Дезоксисахара. Пример- дезоксирибоза,

входящая  в состав нуклеиновых кислот (ДНК): Аминосахара- производные моносахаридов, гидроксильная группа которых —ОН замещена аминогруппой —NH2. В зависимости от положения аминогруппы: 2-амино-, 3-амино- и 4-аминосахара и т.д. По числу аминогрупп выделяют моноаминосахара и диаминосахара.

Реакции полуацетального гидроксила.

:а)Метилирование-

Б)ацилирование-

Реакции с участием карбонильной группы-

А)Окисление  моносахаридов:альдегидная группа в положении С-1 превращается в  карбоксильную с обр-ем альдоновых к-т.Пр.D-глюкоза  превращается в D-глюконовую к-ту. Б)Восстановление моносахаридов:гидрирование по связи C-O c образованием многоатомных спиртов.Пр.D-глюкоза превращается в сорбит. Гетерогликаны. Важнейшие представители гетерополисахаридов в органах и тканях животных и человека – гликозаминогликаны (мукополисахариды). Они состоят из цепей сложных углеводов, содержащих аминосахара и уроновые кислоты. Различают шесть основных классов гликозаминогликанов.

 Все  гликозаминогликаны, за исключением  гиалуроновой кислоты, содержат остатки моносахаридов с О- или N-сульфатной группой. Гликозаминогликаны значительно различаются по размерам. . Гликозаминогликаны как основное скрепляющее вещество связаны со структурными компонентами костей  и соединительной ткани.  Функция состоит также в удержании большой

массы воды и в заполнении межклеточного  пространства. Гликозаминогликаны –  основной компонент внеклеточного  вещества – желатинообразного вещества,заполняющего межклеточное пространство тканей. Они также содержатся в больших количествах в синовиальной жидкости – это вязкий материал, окружающий суставы, который служит смазкой и амортизатором. Поскольку водные растворы гликозаминогликанов гелеобразны, их называют мукополисахаридами. Наконец, если цепи гликозаминогликана присоединены к белковой молекуле, соответствующее  соединение называют протеогликаном.

Протеогликаны образуют основное вещество внеклеточного  матрикса.

ПОЛИСАХАРИДЫ

Полисахариды  – высокомолекулярные продукты поликонденсации  моносахаридов, связанных друг с  другом гликозидными связями и образующих линейные или разветвленные цепи. В качестве компонентов полисахаридов могут быть D-глюкоза, D-манноза, D- и L-галактоза, D-ксилоза.С точки зрения общих принципов строения, полисахариды можно разделить на 2 группы: гомополисахариды, состоящие из моносахаридных единиц только одного типа, и гетерополисахариды, для которых харак-

терно наличие двух и более типов  мономерных звеньев. Гомополисахариды две группы: структурные (целлюлоза) и резервные(гликоген и крахмал) полисахариды. Крахмал содержится в листьях, но главным образом накапливается в семенах (зерна злаков,), в луковицах, клубнях. рахмал представляет собой смесь 2 гомополисахаридов: линейного – амилозы и разветвленного – амилопектина, общая формула которых

(С6Н10О5)n. Полисахариды крахмала  построены из остатков D-глюкозы, соединенных в амилозе и линейных цепях амило-

пектина α-1–>4-связями, а в точках ветвления  амилопектина – межцепо-

чечными α-1–>6-связями:

Гликоген  – главный резервный полисахарид  высших животных и че-

ловека, построенный из остатков D-глюкозы. Эмпирическая формула - (С6Н10О5)n. Гликоген содержится практически во всех органах и тканях животных и человека(много в печени и мышцах). Молекулярная масса гликогена 105–108 Да . Его молекула построена из ветвящихся полиглюкозидных цепей, в которых остатки глюкозы соединены α-1–>4-гликозидными связями. В точках ветвления имеются α-1–>6-гликозидные связи. По строению гликоген близок к амилопектину. При гидролизе  расщепляется с образованием сначала декстринов, затем мальтозы и, наконец, глюкозы. Хитин – важный структурный полисахарид беспозвоночных животных (главным образом членистоногих). Из него, в частности, построен на-

ружный  скелет ракообразных и насекомых. Целлюлоза (клетчатка) – наиболее широко распространенный структурный полисахарид растительного мира. Он состоит из α-глюкозных остатков в их β-пиранозной форме, т.е. в молекуле целлюлозы β-глюко- пиранозные мономерные единицы линейно соединены между собой

β-(1–>4)-связями:

:

В кишечнике  жвачных и других травоядных животных имеются микроорганизмы, способные к ферментативному расщеплению β-связей (β-глюкозидных связей  Целлюлозы используется для изготовления хлопчатобумажных тканей и бумаги. 

7. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ

Метаболизм (обмен) углеводов в организме  человека состоит в основном из следующих процессов: 1. Расщепление в пищеварительном тракте поступающих с пищей по-

лисахаридов и дисахаридов до моносахаридов. Всасывание моносахаридов из кишечника  в кровь. 2. Синтез и распад гликогена  в тканях, прежде всего в печени. 3. Гликолиз. Понятие «гликолиз» означает расщепление глюкозы. Первоначально этим термином обозначали только анаэробное брожение, за-

вершающееся образованием молочной кислоты (лактата) или этанола и СО2. В настоящее  время понятие «гликолиз» используется более широко для описания распада глюкозы, проходящего через образование глюкозо-6-фосфата, фруктозобисфосфата и пирувата как в отсутствие, так

и в  присутствии кислорода. В последнем  случае употребляют термин «аэробный  гликолиз» в отличие от «анаэробного гликолиза», завершающегося образованием молочной кислоты (лактата). 4. Аэробный путь прямого окисления глюкозы или, как его называют, пентозофосфатный путь (пентозный цикл). 5. Взаимопревращение гексоз.

6. Аэробный  метаболизм пирувата. Этот процесс  выходит за рамки углеводного обмена, однако может рассматриваться как завершающая его стадия: окисление продукта гликолиза – пирувата. 7. Глюконеогенез, или образование углеводов из неуглеводных продуктов. Такими продуктами являются в первую очередь пировиноградная и молочная кислоты, глицерин, аминокислоты и ряд других соединений. ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ УГЛЕВОДОВ Расщепление крахмала (и гликогена) начинается в полости рта под действием амилазы слюны.

Желудочный  сок не содержит ферментов, расщепляющих сложные углеводы. В желудке действие α-амилазы слюны прекращается, так как желудочное содержимое имеет резко кислую реакцию (рН 1,5–2,5). Наиболее важная фаза распада крахмала (и гликогена) протекает в двенадцатиперстной кишке под действием α-амилазы поджелудочного сока. Этот фермент завершает превращение крахмала и гликогена в мальтозу, начатое амилазой слюны Образующаяся мальтоза гидролизуется под влиянием фермента мальтазы на 2 молекулы глюкозы. Лактоза, которая содержится только в  молоке, под действием лактазы кишечного сока расщепляется на глюкозу и галактозу. В конце концов углеводы пищи распадаются на составляющие их моносахариды (преиму-

щественно глюкоза, фруктоза и галактоза), которые  всасываются кишечной стенкой и  затем попадают в кровь. Мальтоза, сахароза и лактоза могут гидролизоваться в гликокаликсе. Такое переваривание получило название пристеночного.  Более 90% всосавшихся моносахаридов через капилляры кишечных ворсинок попадает в кровеносную систему и с током крови через воротную вену доставляется прежде всего в печень. Остальное количество моносахаридов поступает по лимфатическим путям в венозную систему. В печени значительная часть всосавшейся глюкозы превращается в гликоген. СИНТЕЗ И РАСПАД ГЛИКОГЕНА Гликоген – главная форма запасания углеводов у животных и человека. Накапливается в печении в скелетных мышцах  Синтез и распад гликогена регулируют содержание глюкозы в крови и создают резерв глюкозы для интенсивной мышечной работы. Синтез гликогена (гликогенез) Прежде всего глюкоза подвергается фосфорилированию при участии фермента гексокиназы, а в печени – и глюкокиназы. Далее глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-1-фосфат. Образовавшийся глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена. На первой стадии синтеза глюкозо-1-фосфат вступает вовзаимодействие с УТФ (уридинтрифосфат), образуя уридиндифосфатглюкозу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Данная реакция катализируется ферментом глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой (УДФГ-пирофосфорилаза): На второй стадии – стадии образования гликогена – происходит перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена. При этом образуется α-(1–>4)- связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы цепи. Эта реакция катализируется ферментом гликогенсинтазой. Образующийся УДФ затем вновь фосфорилируется в УТФ за счет АТФ,

и таким  образом весь цикл превращений глюкозо-1-фосфата  начинается сначала.

Фосфорилазы переводят гликоген из

запасной  формы в метаболически активную форму и он  распадается с  образованием глюкозо-1- фосфата.Образовавшийся в результате фосфоролитического распада гликогена глюкозо-1-фосфат превращается под действием фосфоглюкомутазы в

глюкозо-6-фосфат. Образование свободной глюкозы из глюкозо-6-фосфата в печени происходит под влиянием глюкозо-6-фосфатазы. Можно считать, что сохранение постоянства концентрации глюкозы в крови является результатом одновременного протекания двух процессов: поступления глюкозы в кровь из печени и потребления ее из крови тканями, где она используется в первую очередь как энергетический материал. В тканях (в том числе в печени) распад глюкозы происходит двумя основными путями: анаэробным (при отсутствии кислорода) и аэробным, для осуществления которого необходим кислород.

ГЛИКОЛИЗ  Гликолиз (от греч. glycys – сладкий и lysis – растворение, распад) – это последовательность ферментативных реакций, приводящих к превращению глюкозы в пируват с одновременным образованием АТФ. Анаэробный гликолиз – сложный ферментативный процесс распада глю-

козы, протекающий  в тканях человека и животных без  потребления кисло-

рода. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота. В про-

цессе гликолиза образуется АТФ. Суммарное  уравнение гликолиза можно представить следующим образом:С6Н12О6 + 2АДФ + 2ФН –> 2СН3СН(ОН)СООН + 2АТФ + 2Н2О.В анаэробных условиях гликолиз – единственный процесс в животном

организме, поставляющий энергию.

Первой  ферментативной реакцией гликолиза  является фосфорили-рование. Реакция катализируется ферментом гексокиназой.

Второй  реакцией гликолиза является превращение  глюкозо-6-фосфата под действием  фермента глюкозо-6-фосфат-изомеразы  во фруктозо-6-

фосфат.Третья реакция катализируется ферментом  фосфофруктокиназой;образовавшийся фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется за счет второй

молекулы  АТФ. Четвертую реакцию гликолиза  катализирует фермент альдолаза.Под  влиянием этого фермента фруктозо-1,6-бисфосфат  расщепляется на две

Фосфотриозы.Пятая  реакция – это реакция изомеризации триозофосфатов. Ката-

лизируется  ферментом триозофосфатизомеразой:Образованием глицеральдегид-3-фосфата как бы завершается первая

стадия  гликолиза. Вторая вклю-

чает  окислительно-восстановительную сопряженную  с субстратным фосфорилированием, в процессе которого образуется АТФ.

В результате шестой реакции глицеральдегид-3-фосфат в присутствии фермента глицеральдегидфосфатдегидрогеназы, коферментаНАД и неорганического  фосфата подвергается своеобразному  окислению с образованием 1,3-бисфосфоглицериновой кислоты  и восстановленной формы

НАД (НАДН). Седьмая реакция катализируется фосфоглицераткиназой, при этом

происходит  передача богатого энергией фосфатного остатка (фосфатной

группы  в положении 1) на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицериновой кислоты (3-фосфоглицерат).Восьмая реакция сопровождается внутримолекулярным переносом

оставшейся  фосфатной группы, и 3-фосфоглицериновая  кислота превра-

щается  в 2-фосфоглицериновую кислоту (2-фосфоглицерат).Девятая  реакция катализируется ферментом  енолазой, при этом

2-фосфоглицериновая кислота в результате отщепления молекулы воды

переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту.Десятая  реакция характеризуется разрывом высокоэргической связи

и переносом  фосфатного остатка от фосфоенолпирувата  на АДФ. Катализируется ферментом пируваткиназой.В результате одиннадцатой реакции происходит восстановление пировиноградной кислоты и образуется молочная кислота. Реакция проте-

кает  при участии фермента лактатдегидрогеназы  и кофермента НАДН.Биологическое  значение процесса гликолиза заключается прежде всего в образовании богатых энергией фосфорных соединений. На первых стадиях

гликолиза затрачиваются 2 молекулы АТФ (гексокиназная  и фосфофруктокиназная реакции). На последующих образуются 4 молекулы АТФ. Таким образом,

энергетическая  эффективность гликолиза в анаэробных условиях составляет

2 молекулы  АТФ на одну молекулу глюкозы.

 Процесс  анаэробного распада гликогена  получил название гликогенолиза.  Образовавшийся в результате  фосфоглюкомутазной реакции глюкозо-6-фосфат  может включаться в процесс  гликолиза. После образования глюкозо-6-фосфата дальнейшие пути гликолиза и гликогенолиза полностью совпадают.

В процессе гликогенолиза в виде макроэргических  соединений накапли ваются три молекулы АТФ. Спиртовое брожение