Etusivu / - Muut kohdat / B. Fruktoosi ja galaktoosin metabolia
Fruktoosin aineenvaihdunta suoritetaan muuttamalla se glukoosiksi (vasemmalla olevassa kaaviossa). Ensinnäkin fruktoosi fosforyloidaan ketohexokinaasin (frukokinaasi) [1] entsyymin kanssa fruktoosi-1-fosfaatin muodostamiseksi, jota aldolaasi katkaisee edelleen glyseraldehydiksi (glyseriiniksi) ja dihydroksiasetoni-3-fosfaatiksi [2]. Jälkimmäinen on jo glykolyysin välituote (kaavion keskellä), ja glyseroli fosforyloidaan triokinaasin läsnä ollessa, jolloin muodostuu glyseryyli-3-fosfaatti [3].
Sitten glyseraldehydi pelkistetään osittain glyseroliksi [4] tai hapetetaan glyseraatiksi. Fosforylaation jälkeen molemmat yhdisteet sisällytetään jälleen glykolyysiin (ei esitetty kaaviossa). Kun glyseraldehydiä pelkistetään [4], NADH (NADH) kulutetaan. Koska muuntokerroin on matala suhde HAD + / NADH (NAD + / NADH) -konsentraatioita, tämä prosessi kiihdytetään fruktoosin läsnä ollessa (katso etanolin metabolia).
Lisäksi fruktoosin glukoosiksi muuttumisen polyolireitti toteutuu maksassa (ei esitetty kaaviossa): fruktoosi muunnetaan sorbitoliksi C-2: n pelkistymisen ja C-1: n dehydraation jälkeen glukoosiksi.
Galaktoosin aineenvaihdunta alkaa myös fosforylaatiosta, jolloin muodostuu galaktoosi-1-fosfaatti [5] (oikealla olevassa kaaviossa). Tätä seuraa C-4: n epimerisaatio glukoosijohdannaisen muodostumisen kanssa. UDP-glukoosin (UDP-glukoosi), joka on välituotteena glukoosin aineenvaihdunnassa, biosynteesi suoritetaan liikenneympyrä - UDP-galaktoosin (UDP-galaktoosi) ja sen jälkeisen epimerisaation [6, 7] kautta. Samoin menee itse galaktoosin biosynteesi, koska kaikki reaktiot paitsi [5] ovat palautuvia.
Fruktoosin ja galaktoosin tulisi muuttua glukoosiksi.
Koska kaikki ruoan mukana toimitettavat monosakkaridit (fruktoosi, galaktoosi, mannoosi jne.) Imeytyvät suolistoon, kehon tehtävänä on kääntää tuloksena olevat heksoosit glukoosiksi sen jatkokäyttöä varten metabolisissa reaktioissa - sokerien konversio tapahtuu. Kun vastaavien entsyymien vika ilmenee, monosakkaridien kertyminen veressä - galaktosemia ja fruktosemia.
Monosakkaridien transformaatio
Tämän prosessin tavoitteena on luoda vain yksi substraatti metabolisille reaktioille, nimittäin a-D-glukoosille, joka säästää resursseja eikä muodosta monta entsyymiä kullekin monosakkaridityypille. Vapaa glukoosin muodostuminen tapahtuu suoliston epiteelissä ja pääasiassa hepatosyytteissä.
Galaktoosimuunnos
Galaktoosille tehdään ensin fosforylaatio ensimmäisellä hiiliatomilla. Erottuva piirre on muuntaminen glukoosiksi ei suoraan, vaan UDP-galaktoosin synteesistä galaktoosi-1-fosfaatista. MFI: iden lähde on solussa läsnä oleva udf-glukoosi. Muodostunut UDP-galaktoosi isomeroidaan sitten UDP-glukoosiksi ja sen kohtalo on erilainen.
- osallistua UMF: n siirtämiseen galaktoosi-1-fosfaattiin, t
- muuttuu vapaaksi glukoosiksi ja mene ulos verta,
- mene glykogeenisynteesiin.
Galaktoosin konversio glukoosiksi
(molempien uridyylitransferaasireaktioiden palautuvuutta ei ole ilmoitettu)
Näennäisen yksinkertaisen epimerointireaktion biokemiallinen komplikaatio johtuu ilmeisesti UDP-galaktoosin synteesistä glukoosista rintarauhasessa tuottamaan laktoosia maidon muodostumisen aikana. Galaktoosia käytetään myös vastaavien heksosamiinien synteesissä heteropolysakkarideissa.
Galaktoosimuunnoshäiriöt
Galaktoosin metabolian häiriöt voivat johtua jonkin entsyymin geneettisestä puutteesta:
- galaktokinaasi, vian taajuus on 1: 500000,
- galaktoosi-1-fosfaatti-uridyylitransferaasi, vian taajuus on 1: 40 000,
- epimeraasi, defektin taajuus on alle 1: 1 000 000.
Sairaus, joka esiintyy näiden rikkomusten aikana, nimeltään galaktosemia.
Diagnoosi. Lapset kieltäytyvät syömästä. Galaktoosin pitoisuus veressä nousee arvoon 11,1-16,6 mmol / l (normi on 0,3-0,5 mmol / l), galaktoosi-1-fosfaatti esiintyy veressä. Laboratoriokriteereihin kuuluvat myös bilirubinemia, galaktosuria, proteinuuria, hyperaminoatsiduria, glykosyloituneen hemoglobiinin kertyminen.
Patogeneesi. Galaktoosin ylimääräinen määrä muunnetaan alkoholi galaktitoliksi (dultsitoli), joka kerääntyy linssiin ja vetää veteen täällä. Suolakoostumus muuttuu, linssin proteiinikonformaatio häiriintyy, mikä johtaa kaihiin nuorena. Kataraktit ovat mahdollisia myös sellaisten äitien sikiöissä, joilla on galaktosemia ja jotka käyttivät maitoa raskauden aikana.
Jos galaktoosi-1-fosfaatti-uridyyli-transferaasi on viallinen, ATP: tä käytetään jatkuvasti galaktoosin fosforylaatioon ja energian puute estää monien entsyymien aktiivisuutta, joka toimii "toksisesti" neuroneilla, hepatosyytteillä ja nefrosyyteillä. Tämän seurauksena psykomotorinen hidastuminen, henkinen hidastuminen, hepatosyyttien nekroosi ja maksakirroosi ovat mahdollisia. Munuaisissa ja suolistossa galaktoosin ja sen metaboliittien ylimäärä estää aminohappojen imeytymistä.
Hoidon perusteet. Maidon ja muiden galaktoosilähteiden ruokavaliosta poissulkeminen auttaa estämään patologisten oireiden kehittymistä. Älykkyyden säilyttäminen voidaan kuitenkin saavuttaa vain varhain, viimeistään ensimmäisten kahden kuukauden aikana, diagnoosi ja hoito aloitettiin ajoissa.
Fruktoosimuunnos
Yleensä fruktoosin siirto glukoosiin suoritetaan kahdessa suunnassa. Ensinnäkin fruktoosi aktivoidaan joko kuuden hiiliatomin fosforylaatiolla heksokinaasin tai ensimmäisen atomin osallistumisen yhteydessä fruktoinaasin osallistumiseen.
Molemmat entsyymit ovat läsnä maksassa, mutta heksokinaasilla on paljon vähemmän affiniteettia fruktoosille ja se ilmenee huonosti siinä. Sen muodostama fruktoosi-6-fosfaatti eristetään edelleen ja glukoosi-6-fosfataasi katkaisee jo tarpeettoman fosfaatin glukoosin tuottamiseksi.
Jos frukto- naasi toimii, fruktoosi-1-fosfaatti muodostuu vastaavan aldolaasin vaikutuksesta, se muunnetaan glyseraldehydiksi ja dioksiasetonifosfaatiksi. Glyseraldehydi fosforyloidaan glyseraldehydifosfaatiksi ja niitä käytetään yhdessä dioksipetonifosfaatin kanssa glykolyysissä muissa reaktioissa tai glukoneogeneesissä fruktoosi-6-fosfaatiksi ja sitten glukoosiksi.
Lihasten ominaisuus on frukto- naasin puuttuminen, joten niiden fruktoosi muunnetaan välittömästi fruktoosi-6-fosfaatiksi ja menee glykolyysireaktioon tai glykogeenisynteesiin.
Fruktoosin aineenvaihdunnan keinot ja sen muuttuminen glukoosiksi
Fruktoosin metabolian häiriöt
Oleellinen Fructosuria
Frukokinaasin geneettinen vika johtaa hyvänlaatuiseen välttämättömään fruktouriaan, joka etenee ilman negatiivisia oireita.
Perinnöllinen fruktouria
Tauti muodostuu muiden fruktoosi-aineenvaihdunnan entsyymien perinnöllisten autosomaalisten resessiivisten vikojen vuoksi. Taajuus 1: 20 000.
Fruktoosi-1-fosfataldolaasin vika, joka on normaalisti maksassa, suolistossa ja munuaisten kortikaalisessa aineessa, ilmenee fruktoosia sisältävien mehujen ja hedelmien tuomisen jälkeen imeväisen ruokavalioon. Patogeneesi liittyy glykogeenin mobilisaation vähenemiseen, joka johtuu glykogeenifosforylaasin fruktoosi-1-fosfaatin inhiboinnista ja glukoneogeneesin heikentymisestä, koska viallinen entsyymi kykenee osallistumaan reaktioihin samalla tavoin kuin fruktoosi-1,6-difosfaatti-aldolaasi. Sairaus ilmenee veren fosfaattipitoisuuden vähenemisenä, hyperfruktosemiana, vakavana ravitsemuksellisena hypoglykemialla. On uneliaisuutta, tajunnan heikkenemistä, munuaisten tubulaarista asidoosia. Diagnoosi tehdään "käsittämätön" maksasairauden, hypofosfatemian, hyperurikemian, hypoglykemian ja fruktosuurian perusteella. Vahvistamiseksi suoritetaan fruktoosi-toleranssitesti. Hoitoon kuuluu ruokavalio, joka rajoittaa makeisia, hedelmiä, vihanneksia.
Fruktoosi-1,6-difosfataasin vika on samanlainen kuin edellinen, mutta ei niin kovaa.
Fruktoosi ja galaktoosinvaihto
Fruktoosi sisältyy glukoosin hajoamisreittiin triosofosfaattien vaiheessa, synnynnäinen fruktoosi-intoleranssi liittyy perinnölliseen fruktoosi-1-fosfataldolaasin puutteeseen. Tässä tapauksessa, kun fruktoosi on läsnä elintarvikkeissa, fruktoosi-1-fosfaatti kertyy kudoksiin (reaktiolohkon 2 vuoksi), joka estää fruktoosi-1,6-bis-fosfaatti-aldolaasia, glykolyysin entsyymiä ja glukoneogeneesiä.
Tämän seurauksena hajoaminen ja glukoosisynteesi häiriintyvät. Lisäksi fruktoosi-1-fosfaatti inhiboi glykogeenifosforylaasia. Nämä syyt johtavat hypoglykosemiaan fruktoosia sisältävän aterian jälkeen. Sairaus havaitaan tavallisesti siirryttäessä imetyksestä sakkaroosia sisältävään ruokaan, ja se ilmenee oksentelun ja krampien jälkeen syömisen jälkeen. Kun fruktoosi poistetaan ruokavaliosta, lapset kehittyvät normaalisti.
On myös tunnettua fruktoemian häiriöistä johtuvia perinnöllisiä metabolisia häiriöitä, jotka johtuvat fruktoinaasin puutteesta. Kehoon tuleva fruktoosi ei muutu, se havaitaan veressä ja erittyy virtsaan. Muita oireita ei havaittu fruktosemian yhteydessä.
Sisällytetään aineenvaihduntaan muuttamalla glukoosi-1-fosfaatiksi.
Kuviossa 1 9.32, b "esittävät galaktoosimuunnosten kulkureitit. UDP-glukoosi-4-epimeraasin katalysoima reaktio on palautuva ja sitä käytetään sekä UDP-galaktoosin (ja sitten laktoosin) synteesissä että galaktoosin katabolismissa. imetyksen aikana.
Perinnöllinen sairaus galaktosemia tunnetaan, jossa on galaktosyylitransferaasin puutos (katso kuvio 9.32, b). Sairaus ilmenee ensimmäisinä päivinä syntymän jälkeen, joka ilmenee syömisen epäämisestä, oksentamisesta, ripulista. Galaktosemialle on ominaista linssin opasiteettien kehittyminen (kaihi). Kääntäminen elintarvikkeeseen, joka ei sisällä galaktoosia, estää täysin kaikki taudin ilmenemismuodot. Kuitenkin jo kehittynyt kaihi ei katoa.
Fruktoosi ja galaktoosin metabolia.
Fruktoosin aineenvaihdunta on olennainen osa glukoosin metaboliaa (kuva 9.11). Näiden yhdisteiden transformaatiot voivat edetä eri tavoin, joita täydentävät fosfotrioosin muodostuminen ja joissakin tapauksissa fruktoosidifosfaatti.
Kuva 9.11. Glukoosin, fruktoosin ja galaktoosin metabolia maksassa
Fruktoosin aineenvaihdunta (kuvio 9.12) esiintyy pääasiassa maksassa. Ensinnäkin fruktoinaasientsyymin läsnä ollessa fruktoosi fosforyloidaan asemaan 1:
Sitten fruktoosi-1-fosfaatti altistetaan aldolaasille:
Maksa aldolaasi, toisin kuin fruktoosi-1,6-difosfaattispesifinen aldolaasilihas, toimii hyvin fruktoosi-1-fosfaatin ja fruktoosi-1,6-difosfaatin kanssa. Maksan aldolaasiaktiivisuus on kuitenkin 10 kertaa pienempi kuin lihaksissa.
Kuva 9.12. Fruktoosin aineenvaihdunta
Fruktoosin metabolian seuraavat vaiheet ovat glykolyysin vaiheet (ks. Kuva 9.2).
Ryhmä urasiilista peräisin olevia koentsyymejä osallistuu galaktoosin metaboliaan. Galaktoosilla on suuri merkitys imeväisten kehossa esiintyvien prosessien kannalta, koska tärkein maitosokeri on laktoosia.
Galaktoosin metabolinen reitti sisältää joukon reaktioita (kuvio 9.13).
Kuva 9.13. Galaktoosin metabolia
Reaktiota katalysoi maksaentsyymi galaktokinaasi. Tämä entsyymi on paljon imeväisillä. Sen sisältö kasvaa, jos ruokavalio sisältää runsaasti laktoosia.
Galaktoosi-1-fosfaatti reagoi UDPG: n kanssa ja muodostaa UDP-Gal: n (koentsyymillä glukoosi korvataan galaktoosilla):
Glukoosia 1-fosfaatti voidaan edelleen käyttää glykolyysissä tai glykogeenin synteesissä.
UDP-Gal UDP-glukoosin episteraasin vaikutuksesta voi muuttua UDPG: ksi. Samalla galaktoosin isomerointi glukoosiksi tapahtuu suoraan koentsyymillä:
UDPG on glykogeenin, cerebrosidien, glukuronihappojen prekursori.
UDP-galaktoosi-pyrofosforylaasin entsyymi, joka muodostaa suoraan UDP-Gal: n reaktiossa UTP: n kanssa, esiintyy aikuisen maksassa:
Fruktoosin ja galaktoosin metabolian häiriöt;
Glykoitujen proteiinien yleiset ominaisuudet.
Suurin osa ihmisen ja eläimen proteiineista, jotka ovat kosketuksissa glukoosin kanssa, altistuvat ei-entsymaattiselle glykaatiolle (glykosylaatiolle). Koska terveillä ihmisillä glukoosin asyklisten muotojen pitoisuus biologisissa nesteissä on pieni, ei-entsymaattisesti glykoituneiden proteiinien pitoisuus niissä on hyvin alhainen. Glukoosin, galaktoosin ja muiden monosakkaridien jatkuvalla lisääntymisellä veressä (yleensä havaitaan diabetes mellitus, galaktosemia), glykosyloitujen proteiinien pitoisuus kasvaa merkittävästi, usein ylittäen normaalin ylärajan 2-3 kertaa. Ensimmäinen ihmisillä esiintyvä ei-entsymaattisesti glykosyloitu proteiini on hemoglobiini A, joka on glukoosin ja hemoglobiinin b-ketjujen translaation jälkeisen ei-entsymaattisen kondensaation tuote. Kaikista glykosyloiduista plasmaproteiineista hallitsee glykosyloitu albumiini.
Glykoituneen hemoglobiinin pitoisuus, veren veren glukoosin, ei koske satunnaisia ja päivittäisiä vaihteluja. Glykoidun hemoglobiinin määritelmällä on diagnostinen arvo.
Tapa käyttää fruktoosia on esitetty kuviossa. 16.
Perinnöllinen fruktoosi-intoleranssi, joka ilmenee, kun fruktoosi-1-fosfataldolaasin geneettisesti määritelty vika ei ilmene, kun vauva ruokkii äidinmaitoa, ts. kunnes ruoka sisältää fruktoosia. Oireet ilmenevät, kun ruokavalioon lisätään hedelmiä, mehuja ja sakkaroosia. Oksentelu, vatsakipu, ripuli, hypoglykemia ja jopa kooma ja kouristukset esiintyvät 30 minuuttia fruktoosia sisältävän aterian jälkeen. Pienet lapset ja nuoret, jotka jatkavat fruktoosia, kehittävät kroonista maksan ja munuaisten vajaatoimintaa. Potilaat syövät usein mielellään makeisia. Tällainen oire voi toimia osoituksena elintarvikkeen yhden tai toisen hiilihydraattikomponentin intoleranssille.
Fruktoosin aineenvaihdunnan rikkominen entsymaattisten virheiden seurauksena näkyy taulukossa 2.
Fruktoosi-aineenvaihdunnan häiriöiden diagnosointi perustuu seuraaviin menetelmiin: 1) fruktoosia sisältävien aterioiden ja kliinisten oireiden välisen suhteen seuranta; 2) määritetään fruktoosin esiintyminen virtsassa; 3) fruktoosi-toleranssitesti.
Galaktoosin käyttötavat on esitetty kuviossa 1. 3.
Galaktoosin aineenvaihdunta on erityisen mielenkiintoinen galaktosemian perinnöllisen sairauden vuoksi.
Galaktosemia on seurausta galaktoosin aineenvaihdunnan rikkomisesta, joka johtuu perinnöllisestä puutteesta missä tahansa kolmesta entsyymistä, jotka sisältävät galaktoosia metaboliassa (taulukko 3).
Galaktosemia, joka johtuu galaktosyyli-1-fosfaatti-uridyylitransferaasin (GALT) puutteesta, tunnetaan parhaiten. Sairaus ilmenee hyvin varhaisessa vaiheessa, varsinkin lapsilla, koska laktoosia sisältävä rintamaito on tärkein hiilihydraattien lähde. Varhaiset oireet ovat oksentelu, ripuli, kuivuminen, laihtuminen, keltaisuus. Ne näkyvät pian syntymän jälkeen heti, kun vauva alkaa saada maitoa.
Galaktoosin ja galaktoosi-1-fosfaatin pitoisuus kasvaa veressä, virtsassa ja kudoksissa. Silmäkudoksessa (linssissä) aldoli-reduktaasi palauttaa galaktoosin galaktitolin muodostamiseksi. Tässä reaktiossa käytetään HADPH + H +: ta vetyluovuttajana, ja myös galaktoosin väheneminen on ominaista normaalille aineenvaihdunnalle, mutta etenee alhaisella nopeudella. Galaktosemiassa galaktitoli kertyy lasiaiseen kehoon ja sitoo suuren määrän vettä. Elektrolyyttitasapaino on häiriintynyt, ja objektiivin liiallinen hydratoituminen johtaa kaihin kehittymiseen, jota havaitaan useita päiviä syntymän jälkeen.
Vakavia muutoksia maksassa havaitaan galaktoosi-1-fosfaatin kertymisen vuoksi. Maksan toiminta on heikentynyt, hepatomegalia, rasvan rappeutuminen ja nekroosin nekroosi. Näiden potilaiden munuaisissa galaktitolin ja galaktoosi-1-fosfaatin pitoisuus kasvaa, mikä rikkoo niiden toimintaa. Haittavaikutuksia aivopuoliskon solujen ja aivopuolen soluissa havaitaan vakavissa tapauksissa - aivojen turvotusta, henkistä hidastumista; mahdollinen kuolema.
Galaktosemiasta johtuva galaktosemia on myös ominaista kaihileikkaukselle, mutta maksassa, munuaisissa tai aivoissa ei ole heikentyneitä toimintoja. GALT-puutteen vakavimmat seuraukset liittyvät galaktoosi-1-fosfaatin vaikutukseen muiden hiilihydraattien metaboliaan vaikuttavien entsyymien aktiivisuuteen.
Galaktosemia on useita muotoja, joiden syy on GALTin puutos (taulukko 4).
Jotkin GALT: n rakenteen puutteet johtavat vain entsyymiaktiivisuuden osittaiseen häviämiseen. Pääsääntöisesti GALT on läsnä kehossa ylimääränä, joten sen aktiivisuuden aleneminen jopa 50%: iin, ja joskus pienemmäksi, ei välttämättä ilmene kliinisesti. Lisäksi, kun GALT on viallinen maksassa ja erytrosyyteissä, mutta riittävä epimeraasiaktiivisuus on mahdollista, UDP-galaktoosi voidaan syntetisoida glukoosista vaihtoehtoisella tavalla. Tämä selittää, miksi lapset, joilla on tällainen sairaus, elävät ja kasvavat galaktoositonta ruokavaliota käyttäen. Samalla ne saattavat jäädä kehityksessä jälkeen, mikä selittyy galaktoosin myrkyllisellä vaikutuksella varhaisessa iässä.
Galaktosemian diagnosoimiseksi virtsaa tutkitaan galaktoosipitoisuuden keräämiseksi useiden maitotietojen jälkeen. Kun lapsuudessa esiintyy kaihileikkauksia, on tarpeen tehdä galaktokinaasin ja GALT-puutoksen testejä. Galaktoosin esiintyminen virtsassa maksan toimintahäiriön puuttuessa osoittaa galaktokinaasin puutetta. On huomattava, että galaktokinaasin aktiivisuus erytrosyyteissä tässä tapauksessa säilyy. Testausta galaktoosikuormituksella ei suositella, koska tämä testi on vaarallista potilaille.
Hoito on poistaa galaktoosi ruokavaliosta. Aikaisella diagnoosilla saadaan hyviä tuloksia. On huomattava, että galaktosemiahoidon pitkän aikavälin tulosten kansainvälisessä tarkastelussa ilmoitettiin 350 epätyydyttävää hoitotapausta varhaisesta diagnoosista ja riittävästä ruokavaliosta huolimatta. Tähän lukuun sisältyi tapauksia, joissa äidit olivat galaktoositonta ruokavaliota raskauden aikana.
Mahdolliset / METABOLISM-FRUKTOSIT JA GALACTOSES
METABOLISMIN HEDELMÄT JA GALAKTOITIT
Fruktoosi- ja galaktoosi-aineenvaihdunta sisältää tapoja käyttää niitä muiden aineiden (heteropolysakkaridien, laktoosin jne.) Synteesiin ja osallistumiseen kehon energiansaantiin. Jälkimmäisessä tapauksessa fruktoosi ja galaktoosi muuttuvat maksassa joko glukoosiksi tai sen aineenvaihdunnan välituotteiksi. Näin ollen fruktoosi ja galaktoosi yhdessä glukoosin kanssa voidaan hapettaa CO: ksi.2 ja H2Noin tai käytetään glykogeenin ja triasyyliglyserolien synteesiin.
Fruktoosin ja galaktoosin heikentyneen aineenvaihdunnan syy voi olla sellaisten entsyymien vika, jotka katalysoivat niiden aineenvaihdunnan välireaktioita. Nämä häiriöt ovat suhteellisen harvinaisia, mutta ne voivat olla varsin vakavia, koska fruktoosin ja galaktoosin kumuloituneet välituotemolekyylit ovat myrkyllisiä.
A. Fruktoosin metabolia
Merkittävä määrä fruktoosia, joka muodostuu sakkaroosin hajoamisesta ennen portaalin laskimojärjestelmään siirtymistä, muunnetaan glukoosiksi jo suoliston soluissa. Toinen fruktoosin osa imeytyy siirtoproteiinin avulla, so. valon diffuusiolla.
Fruktoosi-aineenvaihdunta (kuvio 7-69) alkaa fosforylaatioreaktiolla (reaktio 1), jota katalysoi fruktoinaasi fruktoosi-1-fosfaatin muodostamiseksi. Entsyymiä esiintyy maksassa sekä munuaisissa ja suolistossa. Tällä entsyymillä on absoluuttinen spesifisyys, joten toisin kuin glukinaasi, insuliini ei vaikuta sen aktiivisuuteen. Jälkimmäinen seikka selittää, miksi fruktoosin erittyminen virtsaan diabeetikoilla ja terveillä potilailla ei eroa. Fruktoosi-1-fosfaattia ei voida muuntaa fruktoosi-6-fosfaatiksi vastaavan entsyymin puutteen vuoksi. Sen sijaan fruktoosi-1-fosfataldolaasi (aldolaasi B) katkaisee fruktoosi-1-fosfaatin glyseraldehydiksi ja dihydroksiasetoni-3-fosfaatiksi (reaktio 2). Jälkimmäinen on glykolyysin välituote ja se muodostuu fruktoosi-1,6-bisfosfaatti-aldolaasin (aldolaasi A) katalysoiman reaktion aikana. Glyseraldehydi voidaan sisällyttää glykolyysiin sen fosforylaation jälkeen, kun ATP osallistuu (reaktio 3). Kaksi triosifosfaattimolekyyliä hajoavat joko glykolyyttisen reitin varrella tai kondensoituvat fruktoosi-1,6-bisfosfaatin muodostamiseksi ja sitten osallistuvat glukoogeneesiin (reaktio 8, 7, 5, 9). Fruktoosi maksassa on pääosin toinen tapa. Osa dihydroksiasetoni-3-fosfaatista voidaan pelkistää glyserol-3-fosfaatiksi ja osallistua triasyyliglyserolien synteesiin.
On huomattava, että fruktoosin sisällyttäminen aineenvaihduntaan fruktoosi-1-fosfaatin kautta kulkee fosfofrukokinaasin (reaktio 6) katalysoiman vaiheen kautta, joka on metabolisen pisteen piste.
Kuva 7-69. Fruktoosin aineenvaihdunta. a - fruktoosin konversio dihydroksiasetoni-3-fosfaatiksi ja glyseraldehydi-3-fosfaatiksi; b - polku fruktoosin sisällyttämiseen glykolyysiin ja glukooneeneesiin; - polku, jossa fruktoosi sisällytetään glykogeenin synteesiin.
hallita glukoosi-katabolian nopeutta. Tämä seikka voi selittää, miksi fruktoosin määrän lisääntyminen kiihdyttää maksassa tapahtuvia prosesseja, jotka johtavat rasvahappojen synteesiin, sekä niiden esteröintiä triasyyliglyserolien muodostumisen myötä.
B. Fruktoosin metabolian häiriöt
Fruktoosin aineenvaihdunnan häiriöt, jotka johtuvat entsyymien puutteesta, heijastuvat taulukossa. 7-5.
Frukokinaasin puute ei ilmene kliinisesti. Fruktoosi kerääntyy veressä ja erittyy virtsaan, jossa se voidaan havaita laboratoriomenetelmillä. On erittäin tärkeää, ettet sekoita tätä harmitonta anomaliaa diabeteksen kanssa. Tämä tauti tunnetaan hyvänlaatuisena välttämättömänä fruktouriana ja esiintyy taajuudella 1: 130 000.
Perinnöllinen fruktoosi-intoleranssi, joka ilmenee, kun fruktoosi-1-fosfataldolaasin geneettisesti määritelty vika ei ilmene, kun lapsi syö äidinmaitoa, ts. kunnes ruoka sisältää fruktoosia. Oireita esiintyy, kun ruokavalioon lisätään hedelmiä, mehuja ja sakkaroosia. Oksentelu, vatsakipu, ripuli, hypoglykemia ja jopa kooma ja krampit esiintyvät 30 minuutin kuluttua fruktoosia sisältävien elintarvikkeiden nauttimisesta. Pienet lapset ja nuoret, jotka jatkavat fruktoosia, kehittävät maksan ja munuaisten kroonisia sairauksia. Fruktoosi-intoleranssi on melko yleinen autosomaalinen resessiivinen patologinen muoto.
Fruktoosi-1-fosfaatti-aldolaasivirheeseen liittyy fruktoosi-1-fosfaatin kertyminen, joka estää fosfoglukomutaasin aktiivisuuden, joka muuntaa glukoosi-1-fosfaatin glukoosi-6-fosfaatiksi ja varmistaa glykogeenifosforylaasireaktion tuotteen sisällyttämisen
Taulukko 7-5. Fruktoosin metabolian häiriöt
Kliiniset oireet ja laboratoriotiedot
Fruktoosi + ATP → Fruktoosi-1-fosfaatti + ADP
Maksan munuaisten enterosyytit
Fruktoosi-1-fosfaatti → dihydroksiasetoni-3-fosfaatti + glyseraldehydi
Oksentelu, vatsakipu, ripuli, hypoglykemia, hypofosfatemia, fruktosemia, hyperurikemia, maksan krooninen vajaatoiminta, munuaiset.
aineenvaihdunnassa. Siksi glykogeenin hajoaminen estetään glukoosi-1-fosfaatin muodostumisen vaiheessa, minkä seurauksena hypoglykemia kehittyy. Tämän seurauksena lipidien mobilisaatio ja rasvahappojen hapettuminen kiihtyvät. Metabolinen acidoosi (ks. Kohta 8) voi olla seurausta rasvahappojen hapettumisen kiihtymisestä ja ketonikappaleiden synteesistä, jotka korvaavat glukoosin energiafunktion, koska ketonikappaleet ovat happoja ja vähentävät veren pH: ta suurina pitoisuuksina.
Glykogenolyysin ja glykolyysin estämisen seurauksena on ATP-synteesin väheneminen. Lisäksi fosforyloidun fruktoosin kertyminen johtaa epäorgaanisen fosfaatin metabolian ja hypofosfatemian heikentymiseen.
Solunsisäisen fosfaatin täydentämiseksi adenyyli- nukleotidien hajoaminen kiihtyy. Näiden nukleotidien hajoamistuotteet sisältyvät kataboliaan, joka kulkee hypoksantiinin, ksantiinin ja lopuksi virtsahapon muodostumisen vaiheita. Virtsahapon määrän lisääntyminen ja uraattien erittymisen väheneminen metabolisen asidoosin olosuhteissa ilmenevät hyper-urisemiana. Hyperurikemia voi aiheuttaa kihtiä jopa nuorena (ks. Kohta 10).
B. Galaktoosin metabolia
Galaktoosi muodostuu suolistossa laktoosihydrolyysin seurauksena. Galaktoosin muuttamiseksi glukoosiksi on tarpeen muuttaa H- ja OH-ryhmien optista konfiguraatiota C4 atomi galaktoosissa, ts. suorittaa epimerisaatioreaktio. Tämä reaktio solussa on mahdollista vain UDP: stä peräisin olevan galaktoosin kanssa. UDP-galaktoosi muodostuu UDP-glukoosista (glykogeenisynteesin metaboliitista) uridyylifosfaatti-4-epimeraasin katalysoiman reaktion aikana (kuvio 7-70, 7-71).
Kuitenkin galaktoosin sisällyttäminen kuvattuun epimerointireaktioon tapahtuu sen fosforylaatiolla galaktoosi-1-fosfaatin muodostumisen kanssa (reaktio 1 kuviossa 7-70). Seuraavaksi galaktoosi-1-fosfaatti korvaa glukoosijäännöksen UDP-glukoosissa UDP-galaktoosin muodostamiseksi (reaktio 2), so. fosforyloidun galaktoosin suoraa reaktiota UTP: n kanssa ei tapahdu.
Reaktiota 2 voidaan pitää uridyylijäännöksen siirtymisenä UDP-glukoosista galaktoosiin, joten entsyymiä kutsutaan galaktoosi-1-fosfaatti- tridyylitransferaasiksi (GALT).
Sitten nukleotidissa oleva galaktoosi sisällytetään epimerisaatioreaktioon, jossa on mukana epimeraasi - NAD: stä riippuva entsyymi, joka katalysoi galaktoosin hapetusta ja pelkistystä C: ssä4hiiliatomi (reaktio 3).
Epimeraasi voi toimia toisessa suunnassa, jolloin UDP-glukoosi muuttuu UDP-galaktoosiksi. Tämä käänteinen epimerisaatio on tärkeä galaktosyylitähteiden synteesille glykolipideissä ja glykoproteiineissa. Lisäksi galaktoosi on välttämätön laktoosin synteesille rintarauhasissa. Imetyksen aikana galaktoosi ei ole välttämätön osa ruokaa, koska se voidaan muodostaa glukoosista.
Reaktiossa 2 muodostunut glukoosi-1-fosfaatti voidaan sisällyttää erilaisiin metabolisiin reitteihin: 1) glykogeenisynteesi UDP: n reaktion ja UDP-glukoosin muodostumisen jälkeen; 2) transformaatio maksassa
Kuva 7-70. Galaktoosinvaihto.
Kuva 7-71. UDP-glukoosin epimerisaatioreaktio UDP-galaktoosiksi.
vapaassa glukoosissa ja pitämällä sen pitoisuus veressä; 3) katabolia yhdistettynä ATP-synteesiin jne. (katso kuva 7-70).
XIX-luvulla ehdotettu termi "hiilihydraatit" perustui olettamukseen, että kaikki hiilihydraatit sisältävät 2 komponenttia - hiiltä ja vettä, ja niiden alkuaine koostumus voidaan ilmaista yleiskaavalla Cm(H2O)n. Vaikka tästä säännöstä on poikkeuksia ja se ei ole täysin tarkka, tämä määritelmä mahdollistaa kuitenkin vain yksinkertaisesti hiilihydraattien luokan kuvaamisen yleensä. Lisäksi kemikaalinimikkeistövaliokunnan pyrkimys korvata termi "hiilihydraatit" sanalla "glysiidit" epäonnistui. Uusi termi ei ole laajalti hyväksytty. Termi "hiilihydraatit" on juurtunut ja yleisesti hyväksytty.
Hiilihydraatit voidaan jakaa kolmeen pääryhmään riippuen monomeerien lukumäärästä: monosakkarideista, oligosakkarideista ja polysakkarideista.
Monosakkaridit ovat moniarvoisia alkoholijohdannaisia, jotka sisältävät karbonyyliryhmän. Karbonyyliryhmän asemasta riippuen monosakkaridit jaetaan aldooseihin ja ketooseihin.
Aldoosit sisältävät funktionaalisen aldehydiryhmän -HC = O, kun taas ketoosit sisältävät ketoniryhmän> C = O. Monosakkaridin nimi riippuu sen hiiliatomien lukumäärästä, esimerkiksi aldotrioosista, ketotrioosista, aldohexoosista, ketoheksoosista jne.
Monosakkaridit voidaan luokitella yksinkertaisiksi hiilihydraateiksi, koska ne eivät hydrolysoidu ruoansulatuksen aikana, toisin kuin monimutkaiset, jotka hajoavat hydrolyysin aikana muodostaen yksinkertaisia hiilihydraatteja. Monosakkaridien tärkeimpien edustajien rakenne on esitetty kuviossa. 7-1.
Ihmisen ruoka (hedelmät, hunaja, mehut) sisältää pienen määrän monosakkarideja, pääasiassa glukoosia ja fruktoosia.
Glukoosi on aldohexose. Se voi esiintyä lineaarisissa ja syklisissä muodoissa. Glukoosin termodynaamisesti edullinen syklinen muoto määrittää glukoosin kemialliset ominaisuudet. Kuten kaikki heksoosit, glukoosissa on 4 asymmetristä hiiliatomia, jotka määrittävät stereoisomeerien läsnäolon. 16 stereoisomeeriä voidaan muodostaa, joista tärkeimmät ovat D- ja L-glukoosi. Tämäntyyppiset isomeerit peilivat toisiaan (kuva 7-2).
H- ja OH-ryhmien sijainti suhteessa viidenteen hiiliatomiin määrittää glukoosin kuulumisen D- tai L-sarjaan. Nisäkkäissä monosakkaridit ovat D-konfiguraatiossa, koska entsyymit, jotka katalysoivat sen muunnoksia, ovat spesifisiä tähän glukoosimuotoon. Kun syklinen monosakkaridi muodostaa liuoksessa, muodostuu vielä kaksi isomeeriä (a- ja P-isomeerit), joita kutsutaan anomeereiksi, mikä tarkoittaa H- ja OH-ryhmien tiettyä konformaatiota suhteessa C: hen (kuvio 7-3). A-D-glukoosissa OH-ryhmä sijaitsee renkaan tason alapuolella ja P-D-glukoosissa päinvastoin renkaan tason yläpuolella.
Fruktoosi on ketoheksoosi (ketogrug sijaitsee toisessa hiiliatomissa). Fruktoosi, kuten glukoosi, esiintyy syklisessä muodossa, muodostaen a- ja β-anomeereja (kuvio 7-4).
B. Monosakkaridien reaktiot
Hydroksyyli-, aldehydi- ja ketoniryhmien läsnäolo sallii monosakkaridien pääsyn reaktioihin, jotka ovat ominaisia alkoholeille, aldehydeille tai ketoneille. Nämä reaktiot ovat melko lukuisia. Tässä osassa kuvataan vain muutamia niistä, joista useimmilla on suurin biologinen merkitys.
Tässä osassa monosakkaridien pääreaktioita tarkastellaan D-glukoosin esimerkissä (kuvio 7-5), vaikka on kuitenkin pidettävä mielessä, että muut monosakkaridit sekä niiden johdannaiset osallistuvat hiilihydraattien metaboliaan.
Monosakkaridien anomeeristen muotojen, anomeerien a- ja β-muotojen keskinäinen muuntuminen on mutaa- linen tai anomerointi - liuoksen tasapainotilassa. Kun tämä tasapaino saavutetaan, tapahtuu mutarotaatio - pyranrenkaan avaaminen ja sulkeminen ja siten muutos H- ja OH-ryhmien järjestelyssä monosakkaridin ensimmäisellä hiilellä.
Glykosidien muodostuminen. Glykosidisidoksella on tärkeä biologinen merkitys, koska tämän sidoksen kautta tapahtuu monosakkaridien kovalenttinen sitoutuminen oligo- ja polysakkaridien koostumukseen. Kun muodostuu glykosidisidos, yhden monosakkaridin anomeerinen OH-ryhmä vuorovaikutuksessa toisen ryhmän OH-ryhmän kanssa.
Kuva 7-1. Tärkeimmät monosakkaridit.
Kuva 7-2. Glukoosin D- ja L-isomeerit.
Kuva 7-5. Monosakkaridien reaktiot.
monosakkaridi tai alkoholi. Kun näin tapahtuu, vesimolekyylin halkaisu ja O-glykosidisidoksen muodostuminen. Kaikki lineaariset oligomeerit (paitsi disakkaridit) tai polymeerit sisältävät monomeerisiä tähteitä, jotka osallistuvat kahden glykosidisidoksen muodostamiseen, paitsi terminaaliset tähteet, jotka muodostavat vain yhden glykosidisidoksen. Jotkut glykosidijäännökset voivat muodostaa kolme glykosidisidosta, joka on ominaista haarautuneille oligo- ja polysakkarideille. Oligo- ja polysakkarideilla voi olla monosakkaridin terminaalinen jäännös vapaan anomeerisen OH-ryhmän kanssa, jota ei käytetä glykosidisidoksen muodostamisessa. Tällöin, kun sykli avataan, on mahdollista muodostaa vapaa karbonyyliryhmä, joka kykenee hapet- tamaan. Tällaisilla oligo- ja polysakkarideilla on pelkistäviä ominaisuuksia ja siksi niitä kutsutaan pelkistäviksi tai pelkistäviksi (kuvio 7-6).
Monosakkaridin anomeerinen OH-ryhmä voi olla vuorovaikutuksessa NH: n kanssa2-ryhmä muita yhdisteitä, mikä johtaa N-glykosidisidosten muodostumiseen. Samankaltainen linkki on läsnä nukleotideissa ja glykoproteiineissa (kuvio 7-7).
Esteröintiin. Tämä on reaktio, joka muodostuu monosakkaridien OH-ryhmien ja erilaisten happojen esterisidoksen muodostumisesta. Hiilihydraattien aineenvaihdunnassa tärkeä rooli on monosakkaridien ja fosforihapon fosforesterit - esterit. Glukoosi-aineenvaihdunnassa erityinen paikka
Kuva 7-6. Polysakkaridin rakenne. A. Koulutus a-1,4- ja a-1,6-glykosidisidokset. B. Lineaarisen polysakkaridin rakenne: 1 - a-1,4-glykosidisidokset monomeerien välillä; 2 - ei-pelkistävä pää (vapaan karbonyyliryhmän muodostuminen anomeerisessa hiilessä on mahdotonta); 3 - palautuspää (mahdollisesti avaamalla sykli muodostamalla vapaa karbonyyliryhmä anomeerisessa hiilessä).
Kuva 7-7. O- ja N-glykosidisidosten muodostuminen glykoproteiineissa. 1 - N-glykosidisidos asparagiinin amidiryhmän ja monosakkaridin OH-ryhmän välillä; 2 - O-glykosidinen sidos seriinin OH-ryhmän ja monosakkaridin OH-ryhmän välillä.
ottaa glukoosi-6-fosfaatin. Glukoosi-6-fosfaatin muodostuminen tapahtuu ATP: stä riippuvaisen reaktion aikana kinaasiryhmään kuuluvien entsyymien osallistumisen myötä. ATP tässä reaktiossa toimii fosfaattiryhmän luovuttajana. Monosakkaridien fosforesterit voidaan muodostaa ilman ATP: tä. Esimerkiksi glukoosi-1-fosfaatti muodostuu glykogeenistä, johon osallistuu H3RO4. Monosakkaridifosforifoesterien fysiologinen merkitys on, että ne ovat metabolisesti aktiivisia rakenteita. Monosakkaridien fosforylaatio on tärkeää aineenvaihduntaa varten, koska solukalvo ei läpäise näitä yhdisteitä, ts. solu säilyttää monosakkarideja, koska ne ovat fosforyloituneessa muodossa.
Hapetus ja pelkistys. Glukoosi-CHO: n ja -CH: n loppuryhmien hapetuksella2OH muodostaa 3 erilaista johdannaista. Kun ryhmä -CHO on hapettu, muodostuu glukonihappoa. Jos pääryhmä -CH altistetaan hapettumiselle2OH, muodostuu glukuronihappoa. Ja jos molemmat pääryhmät hapetetaan, muodostuu sokerihappo, joka sisältää 2 karboksyyliryhmää. Ensimmäisen hiilen pelkistys johtaa sokerialkoholin - sorbitolin muodostumiseen.
Oligosakkaridit sisältävät useita (kahdesta kymmeneen) monosakkariditähteitä, jotka on kytketty glykosidisidoksella. Disakkaridit ovat yleisimpiä oligomeerisia hiilihydraatteja, jotka ovat vapaassa muodossa, ts. ei ole sidottu muihin yhdisteisiin. Kemiallisen luonteen mukaan disakkaridit ovat glykosideja, jotka sisältävät 2 monosakkaridia, jotka on kytketty glykosidisidoksella a- tai P-konfiguraatiossa. Ruoka sisältää pääasiassa disakkarideja, kuten sakkaroosia, laktoosia ja maltoosia (kuva 7-8).
Sakkaroosi on disakkaridi, joka koostuu a-D-glukoosista ja P-D-fruktoosista, joka on kytketty a, P-1,2-glykosidisidoksella. Sakkaroosissa molemmat glukoosi- ja fruktoositähteiden anomeeriset OH-ryhmät ovat mukana glykosidisidoksen muodostamisessa. Siksi sakkaroosia ei sovelleta pelkistäviin sokereihin. Sakkaroosi on liukoinen disakkaridi, jonka maku on makea. Sakkaroosin lähde ovat kasvit, erityisesti sokeriruoko, sokeriruoko. Jälkimmäinen selittää triviaalisen nimen sakkaroosin - "ruokosokerin" esiintymisen.
Laktoosi-maitosokeri; tärkein nisäkkäiden maidon disakkaridi. Lehmänmaidossa on enintään 5% laktoosia, naisten maidossa - jopa 8%. Laktoosissa D-galaktoosijäännöksen ensimmäisen hiiliatomin anomeerinen OH-ryhmä kytketään P-glykosidisidoksella D-glukoosin neljänteen hiiliatomiin (P-1,4-sidos). Koska glukoositähteen anomeerinen hiiliatomi ei osallistu glykosidisidoksen muodostumiseen, laktoosi viittaa pelkistäviin sokereihin.
Maltoosi on tuotteissa, jotka sisältävät osittain hydrolysoitua tärkkelystä, kuten mallas, olut. Maltoosi muodostuu myös suoliston tärkkelyksen hajoamisesta. Maltoosi koostuu kahdesta D-glukoositähteestä, jotka on kytketty a-1,4-glykosidisidoksella.
Isomaltoosi - välituote, joka muodostuu tärkkelyksen hajoamisesta suolistossa. Se koostuu kahdesta D-glukoositähteestä, mutta nämä monosakkaridit on kytketty a-1,6-glykosidisidoksella.
Rakenteelliset erot polysakkaridien välillä määritetään seuraavasti:
ketjun muodostavien monosakkaridien rakenne;
glykosidisidosten tyyppi, jotka yhdistävät monomeerit ketjuihin;
monosakkariditähteiden sekvenssi ketjussa.
Monosakkariditähteiden rakenteesta riippuen polysakkaridit voidaan jakaa nopolysakkarideihin (kaikki monomeerit ovat identtisiä) ja heteropolysakkarideja (monomeerit ovat erilaisia). Molemmilla polysakkarideilla voi olla sekä monomeerien lineaarinen järjestely että haarautunut.
Polysakkaridit voidaan jakaa kolmeen pääryhmään riippuen niiden toiminnoista:
varata polysakkarideja, jotka suorittavat energiatoiminnon. Nämä polysakkaridit toimivat glukoosin lähteenä, joita keho käyttää tarpeen mukaan. Näiden hiilihydraattien varaustoiminto saadaan niiden polymeerisestä luonteesta. polysakkaridit
Kuva 7-8. Disakkaridiruoka.
vähemmän liukenevia kuin monosakkaridit, joten ne eivät vaikuta osmoottiseen paineeseen ja voivat näin ollen kerääntyä soluun, esimerkiksi tärkkelykseen - kasvisoluissa, glykogeeni - eläinsoluissa;
rakenteelliset polysakkaridit, jotka tuottavat mekaanista lujuutta soluille ja elimille (katso kohta 15);
polysakkaridit, jotka ovat osa solunulkoista matriisia, osallistuvat kudosten muodostumiseen sekä solujen lisääntymiseen ja erilaistumiseen. Solunulkoiset matriisipolysakkaridit ovat vesiliukoisia ja erittäin hydratoituja (katso kohta 15).
Ihmisen ruoka sisältää pääasiassa kasviperäisiä polysakkarideja - tärkkelystä, selluloosaa. Eläinpolysakkaridi, glykogeeni, tulee pienempinä määrinä.
Tärkkelys - tärkein ruokavalion hiilihydraattikomponentti. Tämä on kasvien vara-polysakkaridi, joka sisältää eniten (enintään 45% kuiva-aineen painosta) viljajyvillä (vehnä, maissi, riisi jne.) Sekä sipulit, varret ja mukulat (perunoissa noin 65%). Tärkkelys on haaroittunut polysakkaridi, joka koostuu glukoosijäännöksistä (homoglykaani). Se sijaitsee kasvien soluissa rakeiden muodossa, jotka ovat käytännössä liukenemattomia veteen.
Tärkkelys koostuu amyloosista ja amylopektiinistä (kuva 7-9). Amyloosi on haaroittumaton polysakkaridi, joka käsittää 200-300 glukoositähteitä, jotka on kytketty a-1,4-glykosidisidoksella. Glukoositähteen a-konfiguraation takia polysakkaridiketjussa on spiraalimuoto. Sininen väri, kun jodia lisätään tärkkelysliuokseen, johtuu tällaisen kierukan läsnäolosta. Amylopektiinillä on haarautunut rakenne. Haarautumispaikoissa glukoosijäännökset kytketään a-1,6-glykosidisidoksilla. Lineaariset paikat sisältävät noin 20-25 glukoositähteitä. Tässä tapauksessa muodostetaan puurakenne, jossa on vain yksi anomeerinen OH-ryhmä. Tärkkelys - korkea-molekyylinen yhdiste, mukaan lukien satoja tuhansia glukoositähteitä. Sen molekyylipaino on noin 10 - 10 8 D.
Selluloosa (selluloosa) on kasvien tärkein rakenteellinen polysakkaridi. Tämä on yleisin orgaaninen yhdiste maan päällä. Selluloosan osuus kasvien soluseinissä on 40-50%. Selluloosan molekyylipaino on noin 106 D, molekyylin pituus voi olla 6-8 mikronia.
Selluloosa on lineaarinen polysakkaridi-homoglykaani, joka on rakennettu β-1,4-glykosidisidoksilla yhdistetyistä glukoosijäännöksistä. Ihmisen ruoansulatusjärjestelmässä ei ole entsyymejä, jotka hydrolysoivat β-sidoksia polysakkarideissa. Siksi selluloosa on käyttämätön hiilihydraatti, mutta tämä elintarvikekomponentti on välttämätön normaalille ruuansulatukselle.
Glykogeeni on eläinten ja ihmisten polysakkaridi. Kuten kasvien tärkkelys, eläinsoluissa oleva glykogeeni suorittaa varmuuskopiointitoiminnon, mutta koska ruoka sisältää vain pienen määrän glykogeeniä, sillä ei ole ravintoarvoa.
Kuva 7-9. Tärkkelyksen rakenne.
Glykogeeni on tärkkelyksen rakenteellinen analogi, mutta sillä on suurempi haarautumisaste: jokaisella 10 glukoositähteellä on yksi a-1,6-glykosidisidos.
Glukoosin vaihtaminen solussa alkaa sen fosforylaatiosta, ja glukoosin tulo mihin tahansa soluun alkaa sen fosforylaatiosta. Tämä reaktio ratkaisee useita ongelmia, joista tärkeimmät ovat glukoosin "sieppaus" solunsisäiseen käyttöön ja sen aktivointi. Glukoosin fosforyloitu muoto ei kulje plasmamembraanin läpi, se muuttuu solun "omaisuudeksi" ja sitä käytetään lähes kaikissa glukoosinvaihtoreiteissä. Ainoa poikkeus on palautusreitti (kuva 5.2). Fosforylaatioreaktiota katalysoivat kaksi entsyymiä: heksokinaasi ja glukokinaasi. Vaikka glukokinaasia on yksi neljästä isoentsyymien gesokinazy (heksokinaasilla 4), välillä heksokinaasimenetelmää ja glukokinaasia on merkittäviä eroja: 1) heksokinaasista kykenee fosfory- paitsi glukoosin lisäksi myös muita heksoosit (fruktoosi, galaktoosi, mannoosi), kun taas glukokinaasi aktivoi vain glukoosia ; 2) heksokinaasi on läsnä kaikissa kudoksissa, glukokinaasissa - hepatosyyteissä; 3) heksokinaasilla on suuri affiniteetti glukoosia kohtaan (KM 3 - 10 4 kDa (jopa 120 000 glukoositähteitä molekyylissä) muodostaa rakeita, joiden halkaisija on enintään 40 nm solujen sytosolissa. Glykogeenimolekyylin lineaariset osat on muodostettu glukoosimolekyyleistä, jotka on kytketty a (1 - 4) -glykosidisidoksilla, molekyylin haarapisteet muodostavat a (1 → 6) -glukosidisidokset. Glyogeenin synteesi (glykogeneesi) tapahtuu lähes kaikissa soluissa, mutta suurissa määrissä muodostuu ja kumuloituu glykogeeni (jopa 10% elimen massasta) ja lihaskudosta (1,5-2,0%). Muiden elinten glykogeenipitoisuus on paljon pienempi. Kuva 5.3. Glykogeenisynteesijärjestelmä Solussa muodostunut glukoosi-6-fosfaatti (kuvio 5.3) siirtyy glykogeenisynteesin tielle fosfoglukomutaasin vaikutuksesta, joka katalysoi sen konversiota glukoosi-1-fosfaatiksi. Tämä reaktio kulkee läpi glukoosi-1,6-difosfaatin muodostumisvaiheen entsyymin aktiivisessa keskuksessa. Glukoosi-1-fosfaatti on vuorovaikutuksessa UTP: n kanssa, minkä seurauksena muodostuu toinen aktiivinen glukoosin muoto - UDP-glukoosi. Reaktiota katalysoi UDP-glukoosipyrofosforylaasientsyymi. Glykogeenisyntaasi - glykogeenin muodostumista katalysoiva entsyymi tarvitsee pohjustusta (aluketta). Alukkeen toiminta suoritetaan erityisen glykosylaasiproteiinin, glykogeenin, avulla. Glykogeniini, joka käyttää UDP-glukoosia substraattina, muodostaa oktosakkaridin liittämällä ensimmäisen glukoosimolekyylin tyrosiiniin (Tyr-194) käyttämällä entsyymiä tyrosyyliglykosyylitransferaasia. Tämä prosessi tapahtuu yhdessä glykogeenisyntaasin kanssa, joka oktosakkaridin muodostumisen jälkeen jatkaa ketjun muodostumista muodostaen a (1 - 4) -glykosidisia sidoksia. Haara-alueiden muodostuminen tarjoaa haaroittuvan entsyymin, amylo- (1,4 → 1,6) -transglukosidaasin. Se muodostaa (1 → 6) - glykosidisidoksen, siirtää seitsemän glukoositähdettä yhdestä glykogeenin pitkistä sivuketjuista ja muodostaa uuden haaran (kuva 5.4). Uuden haaran muodostuminen tapahtuu naapuriketjun ainakin neljän glukoosijäännöksen etäisyydellä. Kuva 5.4. Haaraentsyymin toiminta: a - haaraentsyymin toiminta-alue; b) seitsemän glukoositähteiden ketjun kiinnittämispaikka ja ylimääräisen haaroituspaikan luominen glykogeenin rakenteeseen, haarautuminen lisää glykogeenimolekyylin hydrofiilisyyttä, samalla kun se lisää myös ei-pelkistävien terminaalisten tähteiden määrää - glykogeenisyntaasin ja fosforylaasin toiminta-paikkoja, eli haarautuminen lisää glykogeenisynteesin nopeutta ja hajoamista. ^ Nb! Glykogenolyysi - glykogeenin hajoamisen prosessi Glykogenolyysin aloitusmekanismi on alussa oleva hypoglykemia. Paastoaminen päivän aikana johtaa lähes täydelliseen glykogeenivarastojen sammumiseen maksassa; hyvin nopeasti se kulutetaan voimakkaalla fyysisellä rasituksella ja stressaavissa tilanteissa. Glykogeenin hajoaminen suoritetaan kahdella tavalla: 1) hydrolyyttisesti a-amylaasin osallistuessa; 2) fosforolyyttinen glykogeenifosforylaasilla. Solujen pääreitti on toinen polku. Fosforihapon osallistumisella glykogeenifosforylaasi jakaa peräkkäin lineaariset a (1 → 4) - glykosidisidokset glukoosi-1-fosfaatin vapautumiseen (kuva 5.5). Kuva 5.5. Glykogeenin mobilisaatiokaavio maksassa ja lihaksissa Glykogeenin glykogeenifosforylaasin tuloksena muodostuu polysakkaridi, jossa on lyhyet lyhyet oligosakkaridiketjut - "rajoittava dekstriini", josta tulee erityisen entsyymin - amylo- (1 → 6) -glukosidaasin substraatti (kuva 5.6). Kuva 5.6. Entsyymi-entsyymin toiminta: a - entsyymi-entsyymin transferaasiaktiivisuus; b - amylo-1,6-glukosidaasiaktiivisuus; c - fosforylaasin tai -amylaasin vaikutuskohdat Tämä entsyymi katalysoi kahta reaktiota. Ensinnäkin se siirtää 3 glukoositähdettä toiseen glykogeenihakuun (transferaasiaktiivisuus) ja sitten hydrolysoi a (1 → 6) -glykosidisen sidoksen ja vapauttaa glukoosimolekyylin haarapisteessä (glukosidaasiaktiivisuus). Entsyymin vaikutuksen jälkeen glykogeenifosforylaasi aktivoituu uudelleen. Glukoosi-1-fosfaatti, joka on pilkottu glykogeenifosforylaasin vaikutuksen alaisena, muunnetaan glukoosi-6-fosfaatiksi (entsyymi on fosfoglukomutaasi). Lihaksissa glukoosi-6-fosfaatti ei muutu vapaaksi glukoosiksi ja sitä käytetään pääasiallisena energialähteenä. Maksassa (ja myös munuaisissa) on entsyymi glukoosi-6-fosfataasi, jonka vaikutuksesta muodostuu vapaata glukoosia. Koska jälkimmäinen pystyy kulkemaan solujen plasmamembraanin läpi solunulkoiseen tilaan, maksa on tärkein elin, joka tukee normaalia verensokeritasoa. ^ Nb! Glykogeenin aineenvaihdunnan säätely Organispesifinen glykogeeni on sytosolissa yhdessä entsyymien kanssa, jotka syntetisoivat ja tuhoavat sen, joten on olemassa suuri todennäköisyys, että aineenvaihdunnan kieroutuneessa ympyrässä käytetään glykogeenin hajoamistuotteita välittömästi syntetisoimiseksi ja edellyttävät näiden prosessien osallistujien välisten suhteiden hienoa säätämistä. Tärkeimmät säännellyt entsyymit ovat glykogeenisyntaasi ja fosforylaasi. Kukin näistä entsyymeistä voi olla kahdessa konformaatiotilassa: aktiivinen (R, rento) ja inaktiivinen (T, korosti) ja sääntelijät tukevat näitä tiloja vastavuoroisesti. Jos jokin entsyymeistä on R-konformaatiossa, toinen on T: ssä ja päinvastoin. Jokaisella entsyymillä on omat allosteeriset säätimet, ja myös rakenteen kovalenttisella muunnoksella on tärkeä rooli niiden säätelyssä. Glykogenofosforylaasi on homodimeeri, jonka molekyylipaino on 97 kDa. Molemmat alayksiköt ovat mukana aktiivisen keskuksen muodostamisessa. Tärkeä rooli glykogeenifosforolyysin katalyysissä on fosfopyridoksaalilla, joka on kovalenttisesti sitoutunut aktiivisen keskuksen lysiiniin. Glykogeeniä maksassa ja lihaksissa käytetään eri tavoin, mikä vaikuttaa fosforylaasin aktiivisuuden säätelyyn näissä elimissä. Lihasfosforylaasi voi olla kahdessa fosforyloidussa muodossa (R-muoto, fosforylaasi a) ja defosforyloitu (T-muoto, fosforylaasi b). Yhden muodon siirtymistä toiseen katalysoi entsyymikinaasifosforylaasi, joka fosforyloi seriinifosforylaasia. Rauhaslihassa fosforylaasi on vallitseva b. Lihasfosforylaasin AMP: n ja ATP: n allosteeriset säätimet. Ne sitoutuvat erityiseen nukleotidia sitovaan keskukseen. Sitoutuminen AMP: hen muuntaa fosforylaasin b aktiiviseksi R-konformaatioksi ja ATP: stä T-konformaatioon. Glukoosi-6-fosfaatti stabiloi myös T-konformaatiota. Maksan fosforylaasi ei ole herkkä AMP: n vaikutukselle, mutta glukoosi estää aktiivisuuden fosforylaasia, mikä on tärkeää verensokeritason säätelyssä, jonka lähde on maksa glykogeeni. Glykogeenisyntaasi voi olla myös kahdessa konformaatiotilassa: glykogeenisyntaasi b on inaktiivinen, ATP: n, ADP: n allosteerisen mekanismin ja glykogeenisyntaasin a aktiivinen, glukoosi-6-fosfaatin aktivoimana. Ensisijaisten glykogeeni-aineenvaihduntaentsyymien kovalenttinen modifiointi ilmaistaan syklissä "fosforylaatio-defosforylaatio". Näitä prosesseja katalysoivat erityiset proteiinikinaasit, jotka ovat osa solujen hormonien vaikutuksen kaskadimekanismeja. Fosforylaatio glykogeenifosforylaasissa tapahtuu fosforylaasikinaasin osallistuessa. Tämä on monimutkainen entsyymi, jonka molekyylipaino on 1200 kDa ja joka koostuu neljästä alayksikkötyypistä:
Fruktoosi ja galaktoosinvaihto
Fruktoosi- ja galaktoosi-aineenvaihdunta sisältää tapoja käyttää niitä muiden aineiden (heteropolysakkaridien, laktoosin jne.) Synteesiin ja osallistumiseen kehon energiansaantiin. Jälkimmäisessä tapauksessa fruktoosi ja galaktoosi muuttuvat maksassa joko glukoosiksi tai sen aineenvaihdunnan välituotteiksi. Näin ollen fruktoosi ja galaktoosi yhdessä glukoosin kanssa voidaan hapettaa CO: ksi.2 ja H2O tai käytetään glykogeenin ja triasyyliglyserolien synteesissä.
Fruktoosin ja galaktoosin heikentyneen aineenvaihdunnan syy voi olla sellaisten entsyymien vika, jotka katalysoivat niiden aineenvaihdunnan välireaktioita. Nämä häiriöt ovat suhteellisen harvinaisia, mutta ne voivat olla varsin vakavia, koska fruktoosin ja galaktoosin kumuloituneet välituotemolekyylit ovat myrkyllisiä.
A. Fruktoosin metabolia
Merkittävä määrä fruktoosia, joka muodostuu sakkaroosin hajoamisesta ennen portaalin laskimojärjestelmään siirtymistä, muunnetaan glukoosiksi jo suoliston soluissa. Toinen fruktoosin osa imeytyy kantajaproteiinin avulla, so.
Fruktoosi-aineenvaihdunta (kuvio 7-69) alkaa fosforylaatioreaktiolla (reaktio 1), jota katalysoi fruktoinaasi fruktoosi-1-fosfaatin muodostamiseksi. Entsyymiä esiintyy maksassa sekä munuaisissa ja suolistossa. Tällä entsyymillä on absoluuttinen spesifisyys, joten toisin kuin glukinaasi, insuliini ei vaikuta sen aktiivisuuteen. Jälkimmäinen seikka selittää, miksi fruktoosin erittyminen virtsaan diabeetikoilla ja terveillä potilailla ei eroa. Fruktoosi-1-fosfaattia ei voida muuntaa fruktoosi-6-fosfaatiksi vastaavan entsyymin puuttumisen vuoksi. Sen sijaan fruktoosi-1-fosfataldolaasi (aldolaasi B) katkaisee fruktoosi-1-fosfaatin glyseraldehydiksi ja dihydroksiasetoni-3-fosfaatiksi (reaktio 2). Jälkimmäinen on glykolyysin välituote ja se muodostuu fruktoosi-1,6-bisfosfaatti-aldolaasin (aldolaasi A) katalysoiman reaktion aikana. Glyseraldehydi voidaan sisällyttää glykolyysiin sen fosforylaation jälkeen, kun ATP osallistuu (reaktio 3). Kaksi triosifosfaattimolekyyliä hajoavat joko glykolyyttisen reitin varrella tai kondensoituvat fruktoosi-1,6-bisfosfaatin muodostamiseksi ja sitten osallistuvat glukoogeneesiin (reaktiot 8, 7, 5, 9). Fruktoosi maksassa on pääosin toinen tapa. Osa dihydroksiasetoni-3-fosfaatista voidaan pelkistää glyserol-3-fosfaatiksi ja osallistua triasyyliglyserolien synteesiin.
Kuva 7-69. Fruktoosin aineenvaihdunta ja - fruktoosin konversio dihydroksiasetoni-3-fosfaatiksi ja glyseraldehydi-3-fosfaatiksi; b - polku fruktoosin sisällyttämiseen glykolyysiin ja glukooneeneesiin; - polku, jossa fruktoosi sisällytetään glykogeenin synteesiin.
On huomattava, että fruktoosin sisällyttäminen fruktoosi-1-fosfaatin aineenvaihduntaan läpäisee fosfofrukokinaasin (reaktio 6) katalysoiman vaiheen, joka on glukoosi-katabolian nopeuden metabolisen kontrollin kohta. Tämä seikka voi selittää, miksi fruktoosin määrän lisääntyminen kiihdyttää maksassa tapahtuvia prosesseja, jotka johtavat rasvahappojen synteesiin, sekä niiden esteröintiä triasyyliglyserolien muodostumisen myötä.
B. Fruktoosin metabolian häiriöt
Fruktoosin aineenvaihdunnan häiriöt, jotka johtuvat entsyymien puutteesta, heijastuvat taulukossa. 7-5.
Taulukko 7-5. Fruktoosin metabolian häiriöt