Цели занятия: – получить представление о процессах переваривания и всасывания углеводов; – сформировать знания о процессах гликолиза и глюконеогенеза и принципах их регуляции; получить представление о процессах аэробного окисления глюкозы, челночных механизмах переноса водорода, эффекте Пастера.
Задачи обучения: – уметь использовать знания процессов переваривания и всасывания углеводов в ЖКТ для объяснения причин нарушения этих процессов; – уметь использовать знания о регуляции и взаимосвязи процессов гликолиза и глюконеогенеза для объяснения изменений уровня глюкозы;
Основные вопросы темы:
- Переваривание и всасывание углеводов. Нарушения этих процессов.
- Реакции гликолиза, его физиологическое значение, регуляция.
- Глюконеогенез. Влияние этанола. Цикл Кори. Регуляция.
- Метаболизм дисахаридов, вовлечение их в гликолиз.
5.Аэробный распад глюкозы. Регуляция процесса. Эффект Пастера.
6.Челночные механизмы переноса электронов и протонов в митохондрии.
7.Аллостерические механизмы регуляции аэробного и анаэробного распадов глюкозы, их взаимосвязь.
8.Энергетический выход при аэробном и анаэробном окислении глюкозы.
Методы обучения и преподавания: практическое занятие – дискуссия.
В ходе дискуссии обратить внимание на следующее:
В сутки человек потребляет около 400 г углеводов в виде крахмала, в меньшей степени, в виде сахарозы, лактозы и др. В пищеварительном тракте углеводы перевариваются специфическими гликозидазами. Конечными продуктами переваривания являются соответствующие моносахариды, которые всасываются за счет вторичного активного транспорта.
В клетках глюкоза фосфорилируется до глю-6-фосфата и это соединение является внутриклеточной формой существования глюкозы, которое используется как в синтезе структурно-функциональных компонентов клетки, так и катаболизме глюкозы до СО2 и Н2О
Окисление глюкозы включает в себя превращение глюкозы до ПВК (специфические пути) и окисление ПВК до СО2 и Н2О (общие пути катаболизма).
Работающие мышцы и некоторые другие ткани могут получать энергию за счёт окисления глюкозы до молочной кислоты, через образование ПВК. Физиологическое значение этого процесса сводится к синтезу АТФ вне цепи переноса электронов.
Поскольку глюкоза является для некоторых органов и клеток почти единственным источником энергии, её концентрация в крови поддерживается на постоянном уровне. Постоянство концентрации глюкозы в крови обеспечивается сбалансированным взаимодействием ряда биохимических механизмов, ответственных за утилизацию глюкозы из внеклеточных жидкостей, с одной стороны, и её продукцию из гликогена (мобилизация гликогена печени) ; аминокислот, лактата и др. метаболитов (глюконеогенез).
Регуляция процессов утилизации и образование глюкозы осуществляется внутри и внеклеточными факторами, к последним относятся гормоны: инсулин, глюкагон, адреналин и глюкокотикоиды.
Превращение глюкозы в лактат состоит из 3 этапов:.
а) фосфорилирование и расщепление глюкозы на две фосфотриозы.
б) Окисление фосфоглицеринового альдегида в 1,3 дифосфоглицерат и образование АТФ вне дыхательной цепи
в) Внутримолекулярное окисление и восстановление 2-фосфоглицератаи его превращение в ПВК и затем в лактат, сопряженное с образованием АТФ
При голодании уровень сахара в крови поддерживается за счет глюконеогенеза. Основными субстратами для глюконеогенеза являются лактат, глицерн, аминокислоты. Биосинтез глюкозы из лактата и ПВК в клетках осуществляется путем прямого обращения большинства реакций гликолитического расщепления глюкозы. Исключение составляют 3 реакции гликолиза, которые необратимы. Глюконеогенез происходит в основном в печени, а также в почках и в клетках слизистой кишечника.
Процессы катаболизма (гликолиз) и анаболизма (глюконеогенез) не могут протекать одновременно с одинаковой скоростью, так как в противном случае осуществлялась бы бесполезная работа следующего цикла:
глюкоза——- 2 лактат + 2 АТФ
2 лактат + 6 АТФ —— глюкоза
Для предотвращения этого цикла в организме существуют регуляторные системы. Внутриклеточными регуляторами являются субстраты и промежуточные продукты, играющие роль аллостерических эффекторов. К регуляторным относятся ферменты необратимых реакций гликолиза и глюконеогенеза. В конечном счете соотношение гликолиза и глюконеогенеза определяется энергетическим статусом клетки. Обсудить метаболизм этилового спирта и объяснить причины снижения скорости глюконеогенеза и его последствия при приеме алкоголя.
В клетках глюкоза фосфорилируется до глю-6-фосфата и это соединение является внутриклеточной формой существования глюкозы, которое используется как в синтезе структурно-функциональных компонентов клетки, так и катаболизме глюкозы до СО2 и Н2О.
Работающие мышцы и некоторые другие ткани могут получать энергию за счёт окисления глюкозы до молочной кислоты, через образование ПВК. Физиологическое значение этого процесса сводится к синтезу АТФ вне цепи переноса электронов. Превращение глюкозы в лактат состоит из 3 этапов:
а) фосфорилирование и расщепление глюкозы на две фосфотриозы.
б) окисление фосфоглицеринового альдегида в 1,3 дифосфоглицерат и образование АТФ вне дыхательной цепи
в) внутримолекулярное окисление и восстановление 2-фосфоглицерата его превращение в ПВК и затем в лактат, сопряженное с образованием АТФ.
Аэробный распад глюкозы или катаболизм глюкозы до СО2 и Н2О включает реакции анаэробного гликолиза до ПВК (специфические пути) и реакции окислительного декарбоксилирования ПВК и дальнейшее окисление ацетил-КоА в ЦТК (общий путь катаболизма) до СО2 и Н2 О. При полном окислении 1 моль глюкозы выделяется 36 моль АТФ, что определяет физиологическое значение этого процесса.
Мембраны интактных митохондрий не проницаемы для НАДН и НАД+. НАДН цитоплазматический передает свои электроны и протоны с помощью переносчиков. Одним из переносчиков является глицерол-3-фосфат. Этот механизм переноса электронов называется глицеролфосфатным челночным механизмом.
Суммарная реакция этого механизма может быть изображена следующим образом:
НАДН Н+ + Е-ФАД ® НАД+ + Е-ФАДН2
цитоплазмати- цитоплаз- митохондриальный
ческий матический
Восстановленный флавопротеид внутри митохондрии переносит электроны на дыхательную цепь на уровне убихинона (Q).
Таким образом, при окислении дыхательной цепью НАДН, который переносится глицеролфосфатным челночным механизмом образуется две, а не три молекулы АТФ. Кроме указанного механизма имеется еще малатаспартатный челночный механизм, где при переносе электронов от НАДН цитоплазматического на НАД+ митохондриальный синтезируется 3 молекулы АТФ.
Контроль: в виде тестового контроля и вопросов:
- Назовите продукты аэробного, анаэробного распада глюкозы.
- Почему не происходит образования молочной кислоты в присутствии кислорода?
- Сколько молекул АТФ синтезируется в процессе образования пирувата из глюкозы в аэробных условиях?
- Какое количество АТФ образуется при полном окислении глюкозы до СО2 и Н2О?
- Чем обусловлена необходимость функционирования челночных механизмов переноса водорода с цитозольного НАДН в митохондрии?
- В чем состоит принципиальное отличие глицеролфосфатного механизма от малат-аспартатного?
