Обмен углеводов

Углеводы, их классификация.
Углеводы – это органические соединения, содержащие альдегидную или кето- группы, и являющиеся производными многоатомных спиртов.
Термин «углеводы» предложен в 1844г. К. Шмидтом, т.к. в то время полагали, что их общая формула представляет собой: Сх(Н2О) n – т.е. углерод + вода. Дальнейшие исследования показали, что это не так. Например: формула дезоксирибозы С5Н1oО4. Поэтому позднее было предложено этот класс веществ называть глицидами. Углеводы широко распространены в природе. В растениях их соединения ~ 80%, в тканях животных всего ~ 2%. Для животных организмов их значение велико.


Функция углеводов.
- энергетическая: при окислении У выделяется энергия, используемая в биохимических реакциях (при распаде 1г У выделяется ~ 4,1% ккал).
- пластическая: продукты обмена У являются источниками для синтеза Ж, Б, НК, АК.
- опорная: целлюлоза оболочек растительных клеток образует опорные ткани растений.
- защитная: У учувствует в построении клеточных мембран.

Классификация углеводов

Моносахариды – это производные многоатомных спиртов, у которых одна гидрокси-группа (ОН) замещена на карбонильную С=О- (альдегидную или кето) группу. Если карбонильная группа находится в коне цепи, то моносахарид представляет собой альдегид и называется альдозой, при любом другом положении моносахарид является кетоном и наз-ся кетозой.

Номенклатура: наименования моносахарам дают в зависимости от числа атомов С + окончание – оза. З атома С - триоза, 4 - тетроза, 5 - пентоза, 6 - гексоза, 7 - гептоза, и т.д.
Н2С - ОН Н2С – ОН Н С = О
| | |
С = О  НС – ОН  НС¬¬¬¬¬* - ОН
| | |
Н2С – ОН Н2С – ОН СН2 ОН
дегидроксиацетон трехатомный спирт глицеральдегид
(кетотриоза) (глицерин) (альдотриоза).

- Моносахара обладают оптической активностью и пространственной изомерией.
N=2n, где N – число изомеров, n - количество хиральных атомов.
Т.о. у альдотриозы м.б. 2¬1=2 изомера.
- Если ОН-гр. у последнего хирального атома С находится слева, то это L – ряд, а если справа, то это моносахара Д-ряда. У нас изображен Д – глицеральдегид.

, D- глюкопираноза
- Если раствор этого соединения вращает плоскость поляризованного луча вправо, то обозначает «+», а если влево, то знаком «-». Направление угла вращение заранее непредсказуемо: например природная глк (+), а фрк (-).
- Формулы моносахаридов м.б. линейными и циклическими. Их называют соответственно формулами Фишера и Хеуорса.

- В зависимости от того, ОН-гр. какого из углеродов атомов участвует в образовании полуацетеля, могут образоваться пяти – или шестичленные циклы, которые по аналогии с органическими соединениями называются фуранозными или пиранозными структурами.
- В циклических молекулах пентоз и гексоз появляется еще один хиральный атом и новая пара изомеров (α- и ß- формы). Если Он-гр. у С1¬ располагается над плоскостью, то это ß- форма, а если под плоскостью, то это α -форма.

Олигосахариды – это сложные молекулы, содержащие в своем составе от 2-х до 10 мономеров звеньев.
Различают дисахариды, трисахариды и т.д.
Дисахариды – это сложные молекулы, которые при гидролизе распадаются на 2 молекулы моносахаридов.
Мальтоза – состоит из 2-х молекул α-глюкозы, соединенных 14 гликозидной связью
(мальтоза)
α -Д-глюкопиранозил (14) α –Д-глюкопираноза
Изомальтоза –состоят из 2-х молекул α -Д-глюкозы, (16) гликозидной связью
α -Д-глюкопиранозил (16) α –Д-глюкопираноза
Целлобиоза – состоит из 2-х молекул ß-глюкозы, соединненых 14 глик. связью
ß-целлобиоза (14)
Сахароза – состоит из α-глюкозы и ß-фруктозы, соединенных 12 гликозидной связью
(сахароза)
α -Д-глюкопиранозил (12) ß –Д-глюкофуранозаранозид

Трисахариды – раффиноза (фруктоза+глюкоза+галактоза)

Полисахариды – это глициды, содержащие от 10 до несколько тысяч мономеров.
По строению высшие полиозы делят на следующие группы:
I. Гомополисахариды, состоящие из остатков одного какого-либо моносахарида:
а) из остатков глюкозы — крахмал, гликоген, декстран, целлюлоза и др.;
б) из остатков маннозы, галактозы, ксилозы, L-арабинозы — маннаны, галактаны, ксиланы, арабаны;
в) из остатков галактуроновой кислоты — пектиновые вещества;
г) из остатков глюкозамина — хитин насекомых и грибов
II. Гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов и их производных:
а) гемицеллюлозы(в-ва крови);
б) камеди, слизи;
в) мукополисахариды или протеиногликаны (свободные и связанные с белками, например, в гликопротеинах: гепарин, хондроитинсульфаты, групповые вещества крови).
По биологическим функциям высшие полиозы делят на следующие группы:
I. Структурные полисахариды, играющие опорную роль в организмах растений и животных: целлюлоза и пектиновые вещества растений, хитин насекомых и грибов.
П. Резервные полисахариды, являющиеся источником энергии для живых организмов: крахмал, гликоген, инулин.

Крахмал [C6 H10 O5]n; Мr 105 – 107 Д. Это резервный гомополисахарид, состоит из 2-х гомополисахаридов; амилозы – линейной формы, и амилопектина – разветвленной формы. Доля амилозы ~10-30%, сод. до 1 тысяч остатков глк. в амилопектине (его доля в крахмале ~ 90-70%) глюк. остатков в 20-30 раз больше. Остатки глк в амилозе и линейных участках амилопектина соединяется 14 гликозидной связью; в (•) разветвления 16 гликозидной связью.

Амилопектин амилоза
Гликоген – главный энергетический резерв человека и животных. Особенно много его в печени (до 10%) и мышцах (до 4% от сухой массы). Состоит также из амилопектина, только молекула более компактная, т.к. имеет более разветвленную структуру. [C6 H10 O5]n – формула аналогична формуле крахмала. Mr 105 – 108Да
Крахмал и гликоген при кислотном гидролизе распадаются сначала на декстрины, затем на дисахариды – мальтозу и изомальтозу, затем на две глк.
Целлюлоза (клетчатка) – это структурный полисахарид растительного происхождения, состоящий из ß - D – глюкопиранозных остатков, соединенных 14 гликолизидной связью. Mr=1-2млн Да. В организме человека и животных не переваривается; т.к. отсутствует фермент ß–глюкозидаза. В присутствии в пище оптимального количества целлюлозы формируются каловые массы.

Обмен углеводов
Складывается из
1) расщепления полисахаридов в ЖКТ до моносахаров, которые всасываются из кишечника в кровь;
2) синтеза и распада гликогена в тканях;
3) анаэробного и аэробного расщепления глк;
4) взаимопревращения гексоз;
5) аэробного метаболизма ПВК;
6) глюконеогенеза - синтеза глк из неуглеводных компонентов – ПВК, лактата глицерина, АК и др. источников.
Основной метаболит в обмене углеводов – это глюкоза.
Её источники: 1) углеводы пищи
2) гликоген
3) ПВК, АК, глц и т.д.

Переваривание углеводов (крахмала).

1. Ротовая полость. Слюна содержит ф-т амилазу α, ß, γ (различаются по конечным продуктам их ферментативного действия).
α–амилаза – это эндоамилаза, которая действует на 14 внутренние связи полисах.
ß- и γ-амилазы – это экзоамилазы – расщепляют концевые 14 связи
ß–амилаза – дисахарид мальтозу;
γ амилаза – один за другим концевые остатки глк.
Амилаза слюны представлена только α–амилазой, поэтому результатом ее действия являются крупные обломки гликогена и крахмала – декстрины и в небольшом количестве мальтоза.
2. Желудок. Далее пища, более или менее смоченная слюной, поступает в желудок. В результате кислой среды желудка (рН 1,5 – 2,5) α–амилаза слюны инактивируется. В глубоких слоях пищевого комка действие амилазы продолжается и происходит расщепление полисахаридов с образованием декстринов и мальтозы. В самом желудке распада У нет, т.к. здесь отсутствует специфические энзимы.
3. Основной этап расщепления У происходит в 12 перстной кишке.
В просвет кишечника выделяется панкриатическая α-амилаза (рН – 7). Панкреатическая амилаза расщепляет только 14 гликозидные связи. Но, как известно, молекула гликогена разветвленная. В точках ветвления 16 гликозидной связи, на нее воздействует специфические ф-ты: (глюкоза) олиго–1,6–глюкозидаза и (крахмал) амило-1,6–глюкозидаза. В кишечнике под действием этих 3-х ф-тов У расщепляются до дисахаридов (мальтоза и др.). На связи в дисахаридах эти ферменты не воздействуют. Для этих целей в кишечнике существует свои ферменты: их название – корень дисахарида + аза: мальтаза, сахараза и т.д. В результате суммарного воздействия этих Е образуется смесь моносахаридов – глк, галактоза, фруктоза. Основную массу составляет глюкоза.

4.Всасывание глк происходит за счет активного транспорта с Na+. Глк + Na+ образует комплекс, который поступает внутрь клетки, здесь комплекс распадается, Na+ выводится наружу. Другие моносахара всасываются диффузно (т.е. по градиенту концентрации). Поступающая из просвета кишечника глк большей частью (> 50%) с кровью воротной вены поступает в печень, остальная глк через общий кровоток транспортируется в другие ткани. Концентрация глк в крови в норме поддерживается на постоянном уровне и составляет 3,33 – 5,55 мкмоль/л, что соответствует 80-100 мг в 100 мл. крови. Транспорт глк в клетки носит характер облегченной диффузии, но в многих клетках регулируется гормоном поджелудочной железы инсулином (исключение – мозг и печень – здесь содержание глк. прямо пропорционально конц. глк в крови). Действие инсулина приводит к перемещению белков переносчиков из цитозоля в плазматическую мембрану. Затем с помощью этих белков глк транспортируется в клетку по град. концентрации. Инсулин т.о. повышает проницаемость клеточной мембраны для глк.

Влияние инсулина на перемещение транспортёров глюкозы из цитоплазмы в плазматическую мембрану.
1 - связывание инсулина с рецептором; 2 - участок инсулинового рецептора, обращённый внутрь клетки, стимулирует перемещение транспортёров глюкозы. 3,4-транспортёры в составе содержащих их везикул перемещаются к плазматической мембране клетки, включаются в её состав и переносят глюкозу в клетку.
.