База рефератов

План

1. Ферментативне перетворення вуглеводів у харчовому тракті людини

2. Поширення вуглеводів у організмі людини

3. Процеси перетворення вуглеводів на клітинному рівні:

3.1. Синтез глікогену з глюкози (глікогенез)

3.2. Розпад глікогену до глюкози (глікогеноліз)

3.3. Гліколіз (анаеробний розпад)

3.4. Дихання (аеробний розпад вуглеводів)

4. Енергетичні ефекти процесів

Вуглеводи складають біля 70 % харчового раціону людини (борошно, крупи, картопля – крохмалевмісні; мед, ягоди, фрукти – містять сахарозу, глюкозу і фруктозу), являючись основним джерелом енергії для організму. Поширений у природі полісахарид клітковина тільки частково засвоюється організмом людини за допомогою бактерій товстого кишечника. Основною функцією клітковини є забезпечення перистальтики харчового тракту, стимулювання секреторної діяльності, сприяння синтезу вітаміну К за допомогою кишечної мікрофлори.

Поскільки вуглеводи засвоюються у вигляді моноцукридів, то складні вуглеводи (дицукриди, поліцукриди) повинні попередньо розщепитися. Гідролітичне розщеплення проходить під впливом ферментів що носять загальну назву глікозидази. Оптимум дії глікозидаз лежить в нейтральному та слабколужному середовищі (виключення амілаза слини – слабкокисле), що і обумовлює певну локалізацію процесів розщеплення у харчовому тракті людини.

Відділ травлення	Оптимум дії фер-ментних систем (рН)	Процеси	Ферменти
Ротова порожнина	6.5–7.0	Розщеплення крохмалю до декстринів, частково мальтози до глюкози і фруктози.	амілаза слини, мальтаза.
Стравохід	7	Процеси розщеплення відсутні у зв‘язку з швидким проходженням субстратів.
Шлунок	1–2	Процеси розщеплення відсутні у зв‘язку з інактивацією ферментів «кислим» середовищем.
12–пала кишка	7.0–7.5	Остаточне розщеплення декстринів до дисахари-дів.	ферменти підшлункової залози: кінцева декстриназа, –амілаза, мальтаза, сахараза, лакта-за.
Тонкий кишечник	7.0–7.5	Розщеплення дисахаридів до моносахаридів. Посту-пання моносахаридів у кров.	Кінцева декстриназа, –амілаза, мальтаза, сахараза, лакта-за.
Товстий кишечник		Розщеплення клітковини до целобіози і глюкози. Синтез вітаміну К. Прохо-дять процеси збродження вуглеводневих залишків з виділенням СО2, Н2, СН4. Формування калових мас.	Целюлаза, ферментні системи бактерій.

В тонкому кишечнику відбуваються процеси всмоктування моносахаридів через систему мембран у кров‘яне русло. Для процесу всмоктування характерно: знач-ні енергетичні витрати організму (активний фізіологічний процес); ізомеризація (трансформація, перетворення) суміші простих вуглеводів (98 %) у глюкозу; транспортування глюкози через мембрани у формі глюкозо-фосфату (навідь проти значень її концентрації у кров‘яному руслі).

З током крові моноцукриди через воротну вену потрапляють у печінку, де вико-ристовуються для біосинтезу глікогену (3–5 %), біосинтезу жирів (30–35 %), окислюються до вуглекислого газу і води (60–70 %). Певна, фізіологічно нормальна кількість глюкози (120 мг на 100 см³), є невід‘ємною складовою крові, забезпечуючи гомеостаз організму. Вона необхідна для нормального функціону-вання головного мозку, м‘язів серця, нервової тканини (глюкоза –головне джере-ло енергії).

При підвищеній концентрації глюкози в крові (більше 140 мг) говорять про гіперглікемію. Викликається вживанням продуктів багатих на вуглеводи (аліментарна гіперглікемія); недостатнім синтезом інсуліну (цукровий діабет); понад-нормовим синтезом адреналіну і глюкагону. Стан гіперглікемії приводить до ожиріння.

При пониженій концентрації глюкози в крові (менше 120 мг) говорять про гіпоглікемію. Викликається тривалим голодуванням; великими фізичними навантаженнями; недостатнім синтезом глюкагону і адреналіну; понаднормовим синтезом інсуліну. Приводить до деструктивних змін в головному мозку, нервовій тканині, нирках. Стан тривалої гіпоглікемії приводить до виснаження організму і смерті.

Отже:

Основна роль в процесах обміну вуглеводів належить печінці, діяльність якої регулюється нервовою і ендокринною системами (інсулін, адреналін–глюкагон).

У випадку повного енергетичного забезпечення організму, з надлишку глюкози синтезується глікоген. Процеси глікогенезу проходять в клітинах різних органів і тканин, але найбільшу здатність до накопичення мають клітини печінки. Глікоген печінки є основним резервним джерелом вуглеводів для організму.

3. Процеси перетворення вуглеводів на клітинному рівні

3.1 Глікогенез (синтез глікогену з глюкози)

1. Глюкоза, яка з током крові надходить у печінку активується за допомогою ферменту гексокінази і АТФ, перетворюючись в глюкозо-6-фосфат:

                                                                                                HO    OH

                   CH₂OH                                                       CH₂O–P=O                  

$IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE14$ $IMAGE14$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE14$ $IMAGE14$ $IMAGE12$ $IMAGE13$H                H                H      АТФ АДФ H      H               H

$IMAGE29$ $IMAGE30$                                                                                                                  

$IMAGE31$OH    OH    H      OH                                OH    OH   H OH

                   H       OH                                         H               OH

                   Глюкоза                                                     Глюкозо–6–фосфат

2. Глюкозо-6-фосфат під дією фосфоглюкомутази перетворюється на глюкозо-1-фосфат:

$IMAGE32$                     HO   OH

                   CH₂O–P=O                                                 CH₂OH

$IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE14$ $IMAGE14$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE14$ $IMAGE14$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ H               H                H                                   H      H               H

$IMAGE58$                                                фосфоглюкомутаза                                             OH

$IMAGE59$ $IMAGE31$OH    OH    H      OH                                OH    OH   H O–P=O

                   H       OH                                         H               OH    OH

                   Глюкозо–6–фосфат                                   Глюкозо–1–фосфат

3. Глюкозо-1-фосфат повторно активується УТФ (уридинтрифосфатом) з вико-ристанням енергії двох макроергічних зв‘язків, утворюючи активовану ури-дин-дифосфатглюкозу.

УРИДИН

$IMAGE61$ $IMAGE61$ $IMAGE63$ $IMAGE64$                    CH₂OH                                                       CH₂OH                OH    O

$IMAGE67$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE14$ $IMAGE14$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE14$ $IMAGE14$ $IMAGE12$ $IMAGE13$H                H                H                                   H      H               H               P

$IMAGE90$ $IMAGE91$ $IMAGE58$                                                OH    УТФ  Н₄Р₂О₇                                     O      

$IMAGE93$ $IMAGE94$ $IMAGE95$ $IMAGE59$OH    OH    H      O–P=O                         OH    OH   H O–P=O

                   H       OH   OH                                 H               OH    OH

                   Глюкозо–1–фосфат                                             УДФ–глюкоза

4. Поскільки синтез глікогену проходить «затравочним» методом (у ролі затравки використовується залишок молекули глікогену), то активована УДФ-глюкоза приєднується до затравки за допомогою глікоген-синтетазних (утворює 1,4–зв‘язки) та трансглюкозилазних (утворює 1,6–зв‘язки) ферментних систем, збіль-шуючи молекулу глікогену на одну молекулу глюкози:

$IMAGE97$                             УРИДИН

$IMAGE61$                    CH₂OH                 OH   

$IMAGE100$ $IMAGE100$ $IMAGE102$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE14$ $IMAGE14$ $IMAGE12$ $IMAGE13$H                H                H      P О                                                                      

$IMAGE90$ $IMAGE91$                                                O                (С₆H₁₀O₅)_n   УДФ

$IMAGE116$ $IMAGE93$ $IMAGE94$ $IMAGE95$OH    OH    H      O–P=O                                             (C₆H₁₀O₅)_n+1        

                   H       OH   OH             

                   УДФ–глюкоза                                  затравочний глікоген

Висновок:

синтез глікогену енергоємний процес (затрачається 2-і молекули АТФ); автокаталітичний (великі кількості вільного глюкозо-6-фосфату акти-вують глікогенсинтетазу–процеси глікогенезу посилюються; підвищені кількості УДФ інактивують глікогенсинтетазу–процеси глікогенезу припиняються). Утворення глікогену проходить з максимальною швидкістью через 30–40 хв. після прийому їжі. Процеси глікогенезу проходять інтенсивніше після активної м‘язевої роботи.

3.2 . Глікогеноліз

При м‘язевій роботі, сильному переохолодженні, голодуванні, емоційному збудженні відбувається посилене споживання клітинами глюкози крові. Рівень останньої повинен був би знижуватися. Проте, у здорових людей при різних функціональних станах, рівень глюкози постійний (120 мг/100см³) з незначними відхиленнями. Стабільний рівень глюкози у крові за різних функціональних станів забезпечується протіканням процесів глікогенолізу (розпад глікогену до глюкози). Глікогеноліз може проходити двома шляхами: гідроліз–повільний, малоефективний процес; фосфороліз–основний шлях розпаду глікогену.

Фосфороліз проходить за участю фосфорилазних ферментних систем, які на першому етапі відщеплюють від молекули глікогену кінцеві залишки молекул глюкози у вигляді глюкозо-1-фосфату:

1.

                                                                                       CH₂OH

$IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE14$ $IMAGE14$ $IMAGE12$ $IMAGE13$                                                                              H      H               H

$IMAGE58$          (C₆H₁₀O₅)_n            H₃PO₄; (C₆H₁₀O₅)_n-1                                              OH

$IMAGE59$ $IMAGE31$                             фосфорилаза                 OH   OH   H O–Р                                                                                              H               OH    OH

          Глікоген                                                               Глюкозо–1–фосфат

2. Остання швидко ізомеризується в глюкозо-6-фосфат:

$IMAGE135$ $IMAGE136$                                                                                                НО    ОН   

                   CH₂OH                                                       CH₂O–Р=О        

$IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE14$ $IMAGE14$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE7$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ $IMAGE14$ $IMAGE14$ $IMAGE12$ $IMAGE13$ H               H                H                                   H      H               H     

$IMAGE90$ $IMAGE91$                                                OH фосфоглюкоізомераза             

$IMAGE93$ $IMAGE94$ $IMAGE95$ OH   OH    H      O–P=O                         OH    OH   H OН

                   H       OH   OH                                 H               OH

                   Глюкозо–1–фосфат