Ваш конспект

Углеводы: строение, переваривание и метаболизм

Ключевые тезисы:

• Углеводы — органические вещества с общей формулой Cₘ(H₂O)ₙ, где соотношение H:O как в воде (2:1).
• Основные функции: энергетическая, структурная, запасающая.
• Классифицируются по количеству "кирпичиков": моно-, ди- и полисахариды.
• Переваривание углеводов — многоэтапный процесс с участием специфических ферментов.
• Метаболизм глюкозы регулируется гормонами (инсулин, глюкагон, адреналин) и зависит от состояния организма.

Классификация и строение

Моносахариды (один "кирпичик"):

• Глюкоза, фруктоза, галактоза, дезоксирибоза.

Дисахариды (два остатка моносахаридов):

• Сахароза (глюкоза + фруктоза).
• Лактоза (галактоза + глюкоза).
• Мальтоза (глюкоза + глюкоза).

Полисахариды (много остатков):

• Гомополисахариды (состоят из одного типа моносахарида, например, глюкозы):
  • Крахмал (перевариваемый): состоит из амилозы (линейная цепь, α-1,4-связи) и амилопектина (разветвленный, α-1,4 и α-1,6-связи).
  • Гликоген (перевариваемый): структурный аналог крахмала с большей степенью ветвления (примерно 1 ветвление на 10 остатков).
  • Целлюлоза (неперевариваемый): содержит β-1,4-связи, которые не расщепляются ферментами человека.
• Гетерополисахариды (состоят из разных моносахаридов).

Переваривание углеводов

Процесс гидролиза гликозидных связей ферментами-гидролазами (гликозидазами).

1. В полости рта: α-амилаза слюны (оптимум pH 6.5-6.8) расщепляет α-1,4-связи в крахмале до декстринов.
2. В желудке: переваривание не происходит из-за кислой среды (амилаза инактивируется).
3. В тонком кишечнике:
   • Полостное пищеварение: панкреатическая α-амилаза (pH 7.5-8.0) гидролизует крахмал и декстрины до мальтозы и изомальтозы.
   • Пристеночное пищеварение: ферменты на мембранах энтероцитов расщепляют дисахариды:
     • Сахаразо-изомальтазный комплекс: сахароза, изомальтоза.
     • β-глюкозидазный комплекс (лактаза): лактоза.
     • Гликоамилазный комплекс: мальтоза, олигосахариды.

Всасывание:

• Из просвета кишки в энтероцит: облегченная диффузия и активный симпорт с Na⁺.
• Из энтероцита в кровь: только облегченная диффузия.

Динамика уровня глюкозы в крови

• Норма натощак: 3.3 – 5.5 ммоль/л (80 – 100 мг/дл).
• Абсорбтивный период (после еды): уровень может повышаться до ~50%.
• Постабсорбтивный период (через 1.5-2 часа после еды): уровень возвращается к норме.

Транспорт глюкозы в ткани

Осуществляется белками-переносчиками семейства GLUT.

• GLUT-4 (инсулин-зависимый): находится в мышцах и жировой ткани. В отсутствие инсулина локализуется в цитоплазме. Связывание инсулина с рецептором запускает каскад, приводящий к встраиванию GLUT-4 в мембрану.

Начало метаболизма глюкозы в клетке

Первый шаг — фосфорилирование до глюкозо-6-фосфата (Г-6-Ф).

• Гексокиназа: в большинстве тканей, высокое сродство к глюкозе (Км ≈ 0.1 ммоль/л).
• Глюкокиназа: только в печени и поджелудочной железе, низкое сродство (Км ≈ 10 ммоль/л). Активна при высоких концентрациях глюкозы (абсорбтивный период).

Далее Г-6-Ф может включаться в пути:

• Синтез гликогена (гликогенез).
• Гликолиз (→ пируват → лактат или цикл Кребса).
• Пентозофосфатный путь (синтез нуклеотидов).
• Синтез аминокислот и липогенез.

Синтез гликогена (гликогенез)

Гликоген — разветвленный гомополисахарид глюкозы (депо в печени ~100 г, в мышцах ~250 г). Синтезируется в абсорбтивный период.

Этапы синтеза:

1. Глюкоза → Г-6-Ф (гексокиназа/глюкокиназа).
2. Г-6-Ф → Глюкозо-1-фосфат (фосфоглюкомутаза).
3. Глюкозо-1-фосфат + UTP → UDP-глюкоза + PPi (фермент: UDP-глюкозопирофосфорилаза).
4. Присоединение остатков глюкозы от UDP-глюкозы к праймеру (белок гликогенин) с образованием α-1,4-связей (фермент: гликогенсинтаза).
5. Образование ветвлений: фермент ветвления (гликоген-4-6-трансфераза) переносит фрагмент из 6-8 остатков с конца цепи, образуя α-1,6-связь.

Распад гликогена (гликогенолиз)

Этапы распада:

1. Гликогенфосфорилаза последовательно отщепляет глюкозные остатки с фосфорилированием, образуя глюкозо-1-фосфат (работает до 4 остатков перед точкой ветвления).
2. При остатке в 4 глюкозы включается олигосахаридтрансфераза (переносит 3 остатка на другую цепь).
3. Оставшаяся α-1,6-связь расщепляется α-1,6-гликозидазой (деветвящий фермент).
4. Глюкозо-1-фосфат → Г-6-Ф (фосфоглюкомутаза).

Дальнейшая судьба Г-6-Ф:

• В мышцах: нет глюкозо-6-фосфатазы, поэтому Г-6-Ф идет на гликолиз для нужд самой мышцы.
• В печени: есть глюкозо-6-фосфатаза. Она отщепляет фосфат, образуя свободную глюкозу, которая может выйти в кровь для поддержания ее уровня (особенно в постабсорбтивный период и при голодании).

Гормональная регуляция метаболизма гликогена

Ключевые гормоны:

• Инсулин (абсорбтивный период) → стимулирует синтез, тормозит распад.
• Глюкагон (постабсорбтивный период, голодание) → стимулирует распад в печени.
• Адреналин (стресс, нагрузка) → стимулирует распад в печени и мышцах.

Основные ферменты-мишени:

• Гликогенсинтаза (синтез). Активна в дефосфорилированной форме.
• Гликогенфосфорилаза (распад). Активна в фосфорилированной форме.
• Регуляторные ферменты: киназа фосфорилазы и фосфопротеинфосфатаза гранул гликогена.

Механизмы:

• Инсулин (через тирозинкиназную активность рецептора) → активация фосфопротеинфосфатазы → дефосфорилирование и инактивация киназы фосфорилазы и гликогенфосфорилазы + дефосфорилирование и активация гликогенсинтазы. Итог: синтез ↑, распад ↓.
• Глюкагон/Адреналин (β₂-путь) (через аденилатциклазную систему) → активация протеинкиназы А → фосфорилирование и инактивация гликогенсинтазы + фосфорилирование и активация киназы фосфорилазы → активация гликогенфосфорилазы. Итог: синтез ↓, распад ↑.
• Адреналин (α₁-путь) / Мышечная работа (через инозитолфосфатную систему/повышение Ca²⁺) → активация кальмодулин-зависимой киназы фосфорилазы → активация гликог