Углеводы перевариваются соком. Все о медицине. Суточная норма углеводов

Давайте сначала разберемся, зачем нужны углеводы вообще.

Как известно, углеводы обеспечивают наш организм энергией, которую мытратим на все основные процессы: обогрев тела, двигательную активность, умственную деятельность. Почему же тогда диетологи не разрешают нам есть булочки или вкусные чипсы? Ведь это тоже углеводы, а они, по утверждению тех же диетологов, нам совершенно необходимы.

Дело в том, что углеводы, по скорости усваивания организмом, подразделяются на быстрые и медленные .

Быстрые углеводы (или простые) — это те, которые усваиваются буквально сразу, как попадают в желудок.

За переработку углеводов отвечает инсулин, вырабатываемый поджелудочной железой. Когда мы съедаем какое-то количество, например, сахара, он тут же начинает свою работу: быстренько захватывают всю партию углеводов и перерабатывают в энергию.

А если мы ели не сахар, а скажем, пончик? Тогда вместе с сахаром в организм поступило некоторое (довольно внушительное) количество жира. В этом случае, инсулин изымает углеводы, насыщая тело энергией, а жир ему перерабатывать «лень». И правда, зачем, ему ковыряться в жирах, если наш мозг дает сигнал, что получил достаточно топлива.

Но инсулин также отвечает и за обмен жиров, поэтому, недолго думая, весь жир он переносит в запасники, которые мы видим в зеркале или воочию, пытаясь в очередной раз застегнуть юбку.

И что нам делать, совсем не есть углеводов? Оказывается, нет, употреблять углеводы нужно, но выбирать лучше медленные углеводы.

Медленные (или сложные) углеводы — это те, которые усваиваются организмом постепенно, сахар они выделяют медленно, а значит, мозг дольше не подаст сигнал о голоде.

Именно с этим явлением мы сталкиваемся, когда садимся на диету. Неправильно подобранные углеводы заставляют нас страдать от чувства голода. Быстрые моментально усваиваются, а излишки уносятся в кладовые. И только медленные способны сохранить чувство сытости надолго.

У вас могло создаться немного неверное представление о том, что быстрые углеводы это именно сахар. Нет, тут есть еще один немаловажный нюанс.

Быстрые углеводы характеризуются не просто быстрой усвояемостью, но и способностью быстро и на короткий промежуток времени поднимать уровень глюкозы в крови, который затем так же стремительно падает.

Медленные углеводы обладают другим качеством, они поднимают уровень глюкозы не столь стремительно и способны поддерживать его на должном уровне достаточно продолжительное время, не позволяя мозгу требовать еще еды.

На основании скорости, с которой усваиваются углеводы из тех или иных продуктов, была выведена новая единица — гликемический индекс. Чем он выше, тем быстрее углевод.

И возглавляет топ быстрых углеводов отнюдь не сахар, как можно было предположить. До него идут печеный картофель, кукурузные хлопья, мед и другие продукты, включая даже морковь. В чем же причина?

По всей видимости, в крахмале. Вам, наверное, приходилось слышать выражение «крахмалистые овощи и фрукты», к ним относятся бананы, свекла, морковь и многое другое. Так вот, все это — тоже быстрые углеводы.

Значит, подбирая рацион для диетического питания, нам нужно ориентироваться не столько на калорийность, сколько на значение гликемического индекса продуктов. Овощи и фрукты, близкие по калорийности, могут существенно различаться по содержанию быстрых и медленных углеводов. А значит, салат из морковки задержится в желудке на более короткий срок, чем, скажем, фруктовый из фруктов с низким гликемическим индексом.

Если сильно не вдаваться в подробности, то можно выделить основные признаки большинства продуктов с быстрыми углеводами.

В первую очередь, конечно, сладкие продукты . Сахар хоть и не первое место занимает, но все же достаточно быстро усваивается. Если продукт сладкий на вкус, в нем обязательно есть много простых углеводов.

Затем следует обратить внимание на, скажем, консистенцию продукта . Твердый фрукт или овощ чаще всего содержит больше медленных углеводов, а мягкий — быстрых. Хотя та же морковка в этом плане вреднее бананов.

Следующий момент — консервированные и обработанные продукты. Для консервации часто используют глюкозу, а значит, гликемический индекс у такой пищи будет выше. То же самое можно сказать про продукты быстрого питания. То количество простых углеводов, которое вы съедите вместе с сухариками и чипсами, не идет ни в какое сравнение с тем, что вы употребите с тарелкой жареной картошки с куском черного хлеба.

Конечно, по этим признакам хорошо определять вредность готовых продуктов или пищи, калорийность и сладость которой, не вызывают сомнений.

Если же вы собираетесь сесть на диету, основанную на разграничении быстрых и медленных углеводов, то лучше ориентироваться на специальные таблицы, где указан гликемический индекс продуктов. Такая есть в диете раздельного питания и других, похожих на этот методах.

Если у вас уже есть опыт использования такого метода, будем рады услышать ваши рекомендации.

быстрые углеводы медленные углеводы быстрые и медленные углеводы

Рафинированный сахар — самый сладкий яд

Почему сахар токсичен для тела?

В 1957 году доктор Вильям Мартин дал следующее определение токсичной пищи: "Это вещество, которое не переваривается или накапливается в теле, что приводит или может привести к развитию заболеваний". Мартин определил рафинированный сахар как токсин, так как он лишен своей жизненной силы, витаминов и минералов. Все, что остается в таком сахаре — рафинированные углеводы.

Природа поставляет в каждое растение в достаточном количестве витамины и минералы, чтобы потом при использовании растения в пищу организм мог их переработать. Однако все полезные вещества теряются при промышленной обработке растений. Природные минералы, которые содержатся в сахарной свекле или в тростниковом сахаре, отсутствуют в рафинированном сахаре, произведенном из них.

Сахар сушит и выщелачивает тело, выводя из него ценные витамины и минералы. Эти вещества расходуются из-за сахара, который извлекает эти вещества для собственного переваривания, дальнейшей детоксикации организма от продуктов переваривания сахара и вывода их из организма.

Сахар, потребляемый каждый день, дает постоянную повышенную кислотность, и все больше минералов требуется поставлять из отдаленных участков тела в систему пищеварения для восстановления баланса. В результате много кальция выводится из костей и зубов, что ведет к их разрушению, и в целом, — к ослаблению организма.

Повышенное количество сахара в итоге влияет на каждый орган в теле. Вначале он откладывается в печени в форме гликогена. Если сахар потребляется каждый день, то печень начнет расширяться. Когда она достигнет своего максимального объема, избыток гликогена из печени попадет в кровь в форме жирных кислот. Они разносятся по всем частям тела и откладываются в наименее активных его участках: в области живота, седалища, груди, бедер.

Когда эти относительно безопасные места полностью заполнены, жирные кислоты идут в более активные органы, такие как сердце и почки. Они начинают замедлять свою работу, их ткани деградируют и превращаются в жир. Все тело начинает страдать от сниженной работоспособности сердца и почек, что ведет к повышенному кровяному давлению.

Кровеносная и лимфатическая системы работают хуже. Иммунная выносливость организма падает по отношению к бактериям, жаре, холоду и т.д.

Фредрик Бантинг, один из тех, кто открыл инсулин, побывав в Панаме в 1929 году, обнаружил любопытные результаты, наблюдая за работниками на сахарных плантациях. У тех, кто ел рафинированный сахар, диабет бы широко распространен. У тех, кто еле необработанный сахарный тростник, этого не наблюдалось.

Рафинированный сахар и продукты питания

Одно время сахар рекламировали как вещество, которое может дать много энергии. Позже, когда стало понятно, что избыток калорий из сахара ни к чему хорошему не приводит, стали рекламировать сахар как химически чистый продукт. Как будто слова "химически чистый" автоматически означают "полезный для здоровья". Также часто в рекламе продукции или на упаковках вместо рафинированного сахара пишут — углеводы.

В химии сахара классифицируются как углеводы, т.е. соединения, состоящие из углерода и водорода. Однако, когда слово углеводы используют при маркировке продуктов питания, без расшифровки того, о каких именно соединениях идет речь, это часто вводит в заблуждение.

То есть люди зачастую не знают, что именно входит в состав этих углеводов в данном продукте. Какой вид сахара? Есть несколько видов сахаров.

Глюкоза — сахар, который находится во фруктах и овощах. Глюкоза — важнейшее вещество, участвующее в обмене веществ у всех растений и животных. В организме человека глюкоза также играет очень важную роль.
Фруктоза — сахар, находящийся во фруктах.
Лактоза — молочный сахар.
Сахароза — рафинированный сахар (о котором и идет речь), промышленно производимый сахар из свеклы или сахарного тростника.

Если глюкоза — важнейший элемент для обмена веществ в нашем теле, то сахароза — нечто новое и неестественное для тела.

Употребляя в пищу рафинированный сахар и белую муку вместо цельной муки и природных сахаров из овощей и фруктов, мы изменяем баланс обмена веществ в организме. Одна ложка сахара в кофе после сэндвича достаточна, чтобы превратить ваш желудок в бродильный аппарат. Одна банка газированного напитка с гамбургером превращает ваш желудок в винокуренный завод.

Как переваривается сахар?

Сахара не перевариваются во рту (как зерно) или в желудке (как мясо). Когда их есть отдельно, они быстро идут из желудка в тонкий кишечник. Когда сахар принимаются с другой пищей (например, с хлебом и мясом, как в сэндвиче), они задерживаются в желудке на какое-то время. В то время как желудок работает над переработкой протеинов животного происхождения и переработкой очищенного крахмала, сахар гарантирует быструю кислотную ферментацию в желудке, что совсем ни к чему.

Когда мы потребляем комплексные сахара, кушая фрукты или мед, они разбиваются при переваривании на простые моносахариды — важные вещества для нашего здоровья.

Когда мы потребляем рафинированный сахар вместе с другой пищей, богатой крахмалом, в желудке запускается процесс ферментации, и в результате образуются двуокись углерода, уксусная кислота, спирт и вода. Кроме воды все остальные продукты такого процесса вредны.

Когда мы едим отдельно пищу, богатую протеинами, она в желудке разбивается на аминокислоты, которые очень необходимы в обмене веществ. Но если мы едим протеины с сахаром, в желудке образуются птомаины и лейкомаины, вредные субстанции, которые не нужны для обмена веществ.

Читайте также:

Углеводы являются основной составной частью пищевого рациона человека, т.к их потребляют примерно в 4 раза больше, чем жиров и белков. Они выполняют в организме многие разнообразные функции, но главная из них – энергетическая.

Средняя потребность в углеводах составляет 350-500 г/сут. Углеводы необходимо для биосинтеза нуклеиновых кислот, заменимых аминокислот как составная структурная часть клеток. Они имеют регуляторное, защитную и пластическое значение.

По пищевой ценности углеводы делятся на усвояемые и неусвояемые. Усвояемые углеводы перевариваются и метаболизируются в организме человека. К ним относится глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, мальтоза, α-глюкановые полисахариды- крахмал, декстрины и гликоген.

Неусвояемые углеводы не расщепляются ферментами, секретируемыми в пищеварительном тракте человека. К неусвояемым углеводам относятся раффинозные олигосахариды и не α- глюкановые полисахариды – целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества, лигнин, камеди и слизи.

Усвояемые углеводы. Наибольшей пищевой ценностью обладают альдозы (глюкоза, галактоза, манноза, ксилоза), а также кетоза (фруктоза).

Насколько быстры быстрые углеводы и почему так тормозят медленные? Развеиваем мифы об углеводах!

Потребление глюкозы и фруктозы- двух наиболее распространенных в природе моносахаридов –достигает 20% общего потребления углеводов. Из кишечника углеводы всасываются в кровь только в виде глюкозы и фруктозы.

Основными пищевыми дисахаридами в питании человека являются сахароза и лактоза.

Сахар, основным компонентом которого является сахароза, выполняет в организме роль энергоносителя.

Наиболее частое и серьезное последствия избыточного потребления рафинированного сахара- нарушение обмена веществ, прежде всего обмена углеводов.

Лактоза – наиболее важный углевод в период грудного вскармливания и при искусственном кормлении грудных детей. Основными источниками лактозы в пищевых продуктах являются молоко (4,8-5,2%), сливки (3,7%), сметана и кефир (3.1-3,6%).

Среди полисахаридов растительных продуктов наибольшее значение в питании человека имеет крахмал. Для усвоения крахмала требуется значительно больше времени, чем для усвоения сахара. Конечный продукт расщепления крахмала –глюкоза -поступает в кровь медленно, концентрация ее поддерживается на одном уровне. Больше всего крахмала содержится в хлебопродуктах (40-73%), семенах бобовых растений (40-45%) и картофеле(15%)

В животных продуктах содержится относительно небольшое количество другого усвояемого полисахарида, близкого по химическому строению крахмалу, — гликогена (в печени 2-10%, в мышечной ткани 0,3-1,0%)

При недостатке углеводов в организме появляются слабость, головокружение, головная боль, чувство голода, сонливость, потливость, дрожь в руках.

Неусвояемые углеводы. Основными неусвояемыми углеводами являются так называемые “пищевые волокна” – смесь различных структурных полисахаридов растительных клеток- целлюлоза, гемицеллюлоза и пектиновых веществ, лигнина и неструктурных полисахаридов. Встречающихся в натуральном виде продуктов питания, -камедей, слизей и полисахаридов, используемых в качестве пищевых добавок.

Целлюлоза – основной структурный компонент оболочки растительной клетки. Основное ее физиологическое действие – это способность связывать воду (до 0,4 г воды на 1г клетчатки) .

Гемицеллюлозы – полисахариды клеточной оболочки, состоящие из полимеров глюкозы и гексозы. Они способны также удерживать воду и связывать катионы.

Пектиновые вещества – гликаногалактуронаны – основной компонент растений и водорослей. Одним из важнейших свойств пектиновых веществ является комплексообразующая способность, основанная на взаимодействии и молекулы пектина с ионами тяжелых металлов и радионуклидов.Это дает основание рекомендовать пектин для включения его в рацион питания лиц, находящихся в среде, загрязненной радио нуклидами, и имеющих контакт с тяжелыми металлами. Профилактическая норма пектина, утвержденная ВОЗ, составляет 2-4г в сутки.

Лигнины представляют собой безуглеводные вещества клеточной оболочки, состоящие из полимеров ароматических спиртов. Лигнины в человеческом организме способны связывать соли желчной кислоты и другие органические вещества, а также замедлять или нарушать абсорбцию пищевых веществ в толстом кишечники.

Камеди – сложное неструктурированные полисахариды, они растворимы в воде, обладают вязкостью, содержат глюкуроновую и галактуроновую кислоты, способны участвовать в связывании микроэлементов с четной валентностью.

Таким образом, пищевые волокна – один из компонентов комплексной профилактики нарушений жирового обмена, атеросклероза, сахарного диабета, желчногокаменной болезни. В последние годы появились данные, свидетельствующие о том, что недостаток пищевых волокон вызывает развитие мочекаменной болезни, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, подагры, кариеса и даже варикозного расширения вен.

Суточная норма пищевых волокон для взрослого человека 25-30 г.

Основным источником пищевых волокон являются зерновые продукты, фрукты, орехи и овощи.

Пищевые волокна влияют на функцию толстого кишечника. Они стимулируют перистальтику, усиливают выделение желчи.

В тоже время избыточное потребление пищевых волокон скорее вредно, чем полезно. Оно может привести к неполному перевариванию пищи, нарушению всасывания кишечники макро- и микроэлементов, а также жирорастворимых витаминов. Чрезмерное поступление пищевых волокон вызывает поносы, дискомфорт от избыточного образования газов в кишечнике, боли в животе.

Всасыванию в кишечнике подвергаются только моносахариды: глюкоза, галактоза, фруктоза. Поэтому олиго- и полисахариды, поступающие в организм с пищей, должны гидролизоваться ферментными системами с образованием моносахаридов. На рис. 5.11 схематично изображена локализация ферментативных систем, участвующих в переваривании углеводов, которое начинается в ротовой полости с действия ротовой -амилазы и далее продолжается в разных отделах кишечника с помощью панкреатической -амилазы, сахаразо-изомальтазного, гликоамилазного, -гликозидазного (лактазного), трегалазного комплексов.

Рис. 5.11. Схема локализации ферментных систем переваривания углеводов

5.2.1. Переваривание углеводов с помощью ротовой и панкреатической  -амилаз ( -1,4-гликозидаз). Поступившие с пищей полисахариды, а именно крахмал (состоит из линейного полисахарида амилозы, в которой глюкозильные остатки связаны -1,4-глико-зидными связями, и амилопектина, разветвленного полисахарида, где обнаруживаются также и -1,6-гликозидные связи), начинают гидролизоваться уже в ротовой полости после смачивания слюной, содержащей гидролитический фермент -амилазу (-1,4-гликози-дазу) (К.Ф. 3.2.1.1), расщепляющую в крахмале 1,4-гликозидные связи, но не действующую на 1,6-гликозидные связи.

Кроме того, время контакта фермента с крахмалом в ротовой полости мало, поэтому крахмал переваривается частично, образуя крупные фрагменты  декстрины и немного дисахарида мальтозы. Дисахариды не подвергаются гидролизу под действием амилазы слюны.

При попадании в желудок в кислой среде амилаза слюны ингибируется, процесс переваривания может происходить только внутри пищевого кома, где активность амилазы может сохраняться на некоторое время, пока рН во всем куске не станет кислым. В желудочном соке отсутствуют ферменты, расщепляющие углеводы, возможен лишь незначительный кислотный гидролиз гликозидных связей.

Основным местом гидролиза олиго- и полисахаридов является тонкий кишечник, в разных отделах которого секретируются определенные гликозидазы.

В двенадцатиперстной кишке содержимое желудка нейтрализуется секретом поджелудочной железы, содержащим бикарбонаты НСО 3  и имеющим рН 7,58,0. В секрете поджелудочной железы обнаруживается панкреатическая амилаза, которая гидролизует -1,4-гликозидные связи в крахмале и декстринах с образованием дисахаридов мальтозы (в этом углеводе два остатка глюкозы связаны -1,4-гликозидной связью) и изомальтозы (в этом углеводе два остатка глюкозы, находящихся в местах разветвления в молекуле крахмала и связанных -1,6-гликозидными связями). Образуются также олигосахариды с содержанием 810 остатков глюкозы, связанных как -1,4-гликозидными, так и -1,6-гликозидными связями.

Обе амилазы являются эндогликозидазами. Панкреатическая амилаза также не гидролизует -1,6-гликозидные связи в крахмале и -1,4-гликозидные связи, которыми остатки глюкозы соединены в молекуле целлюлозы.

Целлюлоза проходит через кишечник неизмененной и служит балластным веществом, придавая пище объем и способствуя процессу пищеварения. В толстом кишечнике под действием бактериальной микрофлоры целлюлоза может частично гидролизоваться с образованием спиртов, органических кислот и СО 2 , которые могут выступать в качестве стимуляторов перистальтики кишечника.

Образовавшиеся в верхних отделах кишечника мальтоза, изомальтоза и триозосахариды далее подвергаются гидролизу в тонком кишечнике под действием специфических гликозидаз. Дисахариды пищи, сахароза и лактоза, также гидролизуются специфическими дисахаридазами тонкого кишечника.

В просвете кишечника активность олиго- и дисахаридаз низкая, но большинство ферментов связано с поверхностью эпителиальных клеток, которые в кишечнике расположены на пальцеобразных выростах  ворсинках и сами, в свою очередь, покрыты микроворсинками, все эти клетки образуют щеточную каемку, увеличивающую поверхность контакта гидролитических ферментов с их субстратами.

Расщепляющие гликозидные связи в дисахаридах, ферменты (дисахаридазы) сгруппированы в ферментные комплексы, располагающиеся на наружней поверхности цитоплазматической мембраны энтероцитов: сахаразо-изомальтазный, гликоамилазный, -гликози- дазный.

5.2.2. Сахаразо-изомальтазный комплекс. Этот комплекс состоит из двух полипептидных цепей и прикрепляется к поверхности энтероцита с помощью трансмембранного гидрофобного домена, расположенного в N-концевой части полипептида. Сахаразо-изомальтазный комплекс (К.Ф. 3.2.1.48 и 3.2.1.10) расщепляет -1,2- и -1,6-гликозидные связи в сахарозе и изомальтозе.

Оба фермента комплекса способны гидролизовать также и -1,4-гликозидные связи в мальтозе и мальтотриозе (трисахарид, содержащий три остатка глюкозы и образующийся при гидролизе крахмала).

Хотя комплекс обладает довольно высокой мальтазной активностью, гидролизуя 80 % мальтозы, образующейся при переваривании олиго- и полисахаридов, основной его специфичностью является все же гидролиз сахарозы и изомальтозы, скорость гидролиза гликозидных связей в которых больше, чем скорость гидролиза связей в мальтозе и мальтотриозе. При этом сахаразная субъединица представляет собой единственный фермент кишечника, гидролизующий сахарозу. Комплекс локализован в основном в тощей кишке, в проксимальной и дистальной частях кишечника содержание сахаразо-изомальтазного комплекса незначительно.

5.2.3. Гликоамилазный комплекс. Этот комплекс (К.Ф. 3.2.1.3 и 3.2.1.20) гидролизует -1,4-гликозидные связи между остатками глюкозы в олигосахаридах. Аминокислотная последовательность гликоамилазного комплекса имеет 60 %-ю гомологию с последовательностью сахаразо-изомальтазного комплекса. Оба комплекса относятся к семейству 31 гликозилгидролаз. Являясь экзогликозидазой, фермент действует с восстанавливающего конца, может расщеплять также и мальтозу, выступая в этой реакции в качестве мальтазы (при этом гликоамилазный комплекс гидролизует оставшиеся 20 % образовавшейся при переваривании олиго- и полисахаридов мальтозы). В состав комплекса входят две каталитические субъединицы, имеющие небольшие отличия в субстратной специфичности. Наибольшую активность комплекс проявляет в нижних отделах тонкого кишечника.

5.2.4.  -Гликозидазный комплекс (лактаза). Этот ферментный комплекс осуществляет гидролиз -1,4-гликозидных связей между галактозой и глюкозой в лактозе.

Гликопротеин связан с щеточной каемкой и неравномерно распределен по всему тонкому кишечнику. С возрастом активность лактазы падает: она максимальна у младенцев, у взрослых составляет менее 10 % от уровня активности фермента, выделенного у детей.

5.2.5. Трегалаза . Этот фермент (К.Ф. 3.2.1.28) представляет собой гликозидазный комплекс, гидролизующий связи между мономерами в трегалозе, дисахариде, обнаруженном в грибах и состоящем из двух глюкозильных остатков, связанных гликозидной связью между первыми аномерными атомами углерода.

Из углеводов пищи в результате действия гликозилгидролаз образуются моносахариды: в большом количестве глюкоза, фруктоза, галактоза, в меньшей степени  манноза, ксилоза, арабиноза, которые всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок и транспортируются через мембраны этих клеток с помощью специальных механизмов.

5.2.6. Транспорт моносахаридов через мембраны эпителиальных клеток кишечника. Перенос моносахаридов в клетки слизистой кишечника может осуществляться путем облегченной диффузии и активного транспорта. В случае активного транспорта глюкоза переносится через мембрану вместе с ионом Na + одним белком-переносчиком, причем эти вещества взаимодействуют с разными участками данного белка (рис. 5.12). Ион Na + поступает в клетку по градиенту концентрации, а глюкоза  против градиента концентрации (вторично-активный транспорт), поэтому чем больше градиент , тем больше перенесется в энтероциты глюкозы. При снижении концентрации Na + во внеклеточной жидкости уменьшается поступление глюкозы. Градиент концентраций Na + , лежащий в основе активного симпорта, обеспечивается действием Na + , К + -АТРазы, которая работает как насос, выкачивающий из клетки Na + в обмен на ион К + . Таким же образом по механизму вторично-активного транспорта в энтероциты поступает галактоза.

Рис. 5.12. Поступление моносахаридов в энтероциты. SGLT1  натрий-зависимый транспортер глюкозы/галактозы в мембране эпителиальных клеток; Na + , K + -АТРаза на базолатеральной мембране создает градиент концентраций ионов натрия и калия, необходимый для функционирования SGLT1. GLUT5 транспортирует через мембрану внутрь клетки преимущественно фруктозу. GLUT2 на базолатеральной мембране осуществляет транспорт глюкозы, галактозы и фруктозы из клетки (согласно )

Благодаря активному транспорту энтероциты могут поглощать глюкозу при ее низкой концентрации в просвете кишечника. При высокой концентрации глюкозы она поступает в клетки путем облегченной диффузии с помощью специальных белков-переносчиков (транспортеров). Таким же образом переносится внутрь эпителиальных клеток фруктоза.

В кровеносные сосуды моносахариды поступают из энтероцитов в основном с помощью облегченной диффузии. Половина глюкозы через капилляры ворсинок по воротной вене транспортируется в печень, половина доставляется кровью к клеткам других тканей.

5.2.7. Транспорт глюкозы из крови в клетки. Поступление глюкозы из крови в клетки осуществляется путем облегченной диффузии, т. е. скорость транспорта глюкозы определяется градиентом ее концентраций по обе стороны мембраны. В клетках мышц и жировой ткани облегченная диффузия регулируется гормоном поджелудочной железы  инсулином. В отсутствие инсулина мембрана клеток не содержит транспортеров глюкозы. Белок-переносчик (транспортер) глюкозы из эритроцитов (GLUT1), как видно из рис. 5.13, представляет собой трансмембранный белок, состоящий из 492 аминокислотных остатков и имеющий доменную структуру. Полярные аминокислотные остатки располагаются по обе стороны мембраны, гидрофобные локализованы в мембране, пересекая ее несколько раз. На внешней стороне мембраны есть участок связывания глюкозы. При связывании глюкозы изменяется конформация переносчика, и участок связывания моносахарида оказывается открытым внутрь клетки. Глюкоза переходит внутрь клетки, отделяясь от белка-переносчика.

5.2.7.1. Транспортеры глюкозы: ГЛЮТ 1, 2, 3, 4, 5. Во всех тканях обнаружены транспортеры глюкозы, которых существует несколько разновидностей, получивших нумерацию в порядке их обнаружения. Описано пять видов ГЛЮТ, имеющих сходную первичную структуру и доменную организацию.

ГЛЮТ 1, локализованный в мозге, плаценте, почках, толстом кишечнике, эритроцитах, осуществляет поступление глюкозы в мозг.

ГЛЮТ 2 переносит глюкозу из органов, выделяющих ее в кровь: энтероцитов, печени, транспортирует в -клетки островков Лангерханса поджелудочной железы.

ГЛЮТ 3 обнаружен во многих тканях, включая мозг, плаценту, почки, обеспечивает приток глюкозы к клеткам нервной ткани.

ГЛЮТ 4 переносит глюкозу в клетки мышц (скелетных и сердечных) и жировой ткани, является инсулинзависимым.

ГЛЮТ 5 обнаружен в клетках тонкого кишечника, возможно, переносит и фруктозу.

Все переносчики могут располагаться как в цитоплазматических

Рис. 5.13. Структура белка-переносчика (транспортера) глюкозы из эритроцитов (ГЛЮТ1) (согласно )

везикулах клеток, так и в плазматической мембране. В отсутствие инсулина ГЛЮТ 4 располагается только внутри клетки. Под влиянием инсулина везикулы переносятся к плазматической мембране, сливаются с ней и ГЛЮТ 4 встраивается в мембрану, после этого транспортер осуществляет облегченную диффузию глюкозы в клетку. После снижения концентрации инсулина в крови транспортеры снова возвращаются в цитоплазму и транспорт глюкозы в клетку прекращается.

В работе транспортеров глюкозы выявлены различные нарушения. При наследственном дефекте белков-переносчиков развивается инсулинонезависимый сахарный диабет. Кроме дефектов белка, встречаются и другие нарушения, обусловленные: 1) дефектом передачи сигнала инсулина о перемещении транспортера к мембране, 2) дефектом перемещения транспортера, 3) дефектом включения белка в мембрану, 4) нарушением отшнуровывания от мембраны.

5.2.8. Инсулин. Это соединение является гормоном, секретируемым -клетками островков Лангерханса поджелудочной железы. Инсулин представляет собой полипептид, состоящий из двух полипептидных цепей: одна содержит 21 аминокислотный остаток (цепь А), другая  30 аминокислотных остатков (цепь В). Цепи соединены между собой двумя дисульфидными связями: А7В7, А20В19. Внутри А-цепи есть внутримолекулярная дисульфидная связь между шестым и одиннадцатым остатками. Гормон может существовать в двух конформациях: Т и R (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Пространственная структура мономерной формы инсулина: а  инсулин свиньи, Т-конформация, б  инсулин человека, R-конформа- ция (А-цепь изображена красным цветом, В-цепь  желтым ) (согласно )

Гормон может существовать в виде мономера, димера и гексамера. В гексамерной форме инсулин стабилизируется ионом цинка, образующего координационные связи с His10 В-цепи всех шести субъединиц (рис. 5.15).

Инсулины млекопитающих имеют большую гомологию по первичной структуре с инсулином человека: так, в инсулине свиньи только одна замена  вместо треонина на карбоксильном конце В-цепи стоит аланин, в инсулине быка три других аминокислотных остатка в сравнении с инсулином человека. Наиболее часто замены встречаются в положениях 8, 9 и 10 цепи А, но они не оказывают существенного влияния на биологическую активность гормона.

Замены аминокислотных остатков в положениях дисульфидных связей, гидрофобных остатков в С- и N-концевых участках А-цепи и в С-концевых участках В-цепи встречаются очень редко, что свидетельствует о значимости этих участков в проявлении биологической активности инсулина. В формировании активного центра гормона принимают участие остатки Phe24 и Phe25 В-цепи и С- и N-конце- вые остатки А-цепи.

Рис. 5.15. Пространственная структура гексамера инсулина (R 6) (согласно )

5.2.8.1. Биосинтез инсулина. Инсулин синтезируется в виде предшественника  препроинсулина, содержащего 110 аминокислотных остатков, на полирибосомах в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме. Биосинтез начинается с образования сигнального пептида, который проникает в просвет эндоплазматического ретикулума и направляет движение растущего полипептида. В конце синтеза сигнальный пептид длиной в 24 аминокислотных остатка отщепляется от препроинсулина с образованием проинсулина, который содержит 86 аминокислотных остатков и переносится в аппарат Гольджи, где в цистернах происходит дальнейшее созревание инсулина. Пространственная структура проинсулина представлена на рис. 5.16.

В процессе длительного созревания под действием сериновых эндопептидаз РС2 и РС1/3 происходит расщепление сначала пептидной связи между Arg64 и Lys65, потом гидролиз пептидной связи, образованной Arg31 и Arg32, с отщеплением С-пептида, состоящего из 31 аминокислотного остатка. Превращение проинсулина в инсулин, содержащий 51 аминокислотный остаток, заканчивается гидролизом остатков аргинина на N-конце А-цепи и С-конце В-цепи под действием карбоксипептидазы Е, которая проявляет специфичность, аналогичную карбоксипептидазе В, т. е. гидролизует пептидные связи, иминогруппа которой принадлежит основной аминокислоте (рис. 5.17 и 5.18).

Рис. 5.16. Предположительная пространственная структура проинсулина в конформации, способствующей протеолизу. Красными шариками выделены аминокислотные остатки (Arg64 и Lys65; Arg31 и Arg32), пептидные связи между которыми подвергаются гидролизу в результате процессинга проинсулина (согласно )

Инсулин и С-пептид в эквимолярных количествах поступают в секреторные гранулы, где инсулин, взаимодействуя с ионом цинка, образует димеры и гексамеры. Секреторные гранулы, сливаясь с плазматической мембраной, секретируют инсулин и С-пептид во внеклеточную жидкость в результате экзоцитоза. Время полупревращения инсулина в плазме крови составляет 310 мин, С-пептида − около 30 мин. Инсулин подвергается распаду под действием фермента инсулиназы, этот процесс протекает в печени и почках.

5.2.8.2. Регуляция синтеза и секреции инсулина. Главным регулятором секреции инсулина является глюкоза, которая регулирует экспрессию гена инсулина и генов белков, участвующих в обмене основных энергоносителей. Глюкоза может непосредственно связываться с транскрипционными факторами − в этом проявляется прямое влияние на скорость экспрессии гена. Возможно вторичное влияние на секрецию инсулина и глюкагона, когда освобождение инсулина из секреторных гранул активирует транскрипцию мРНК инсулина. Но секреция инсулина зависит от концентрации ионов Са 2+ и уменьшается при их дефиците даже при высокой концентрации глюкозы, которая активирует синтез инсулина. Кроме того, она тормозится адреналином при его связывании с  2 -рецепторами. Стимуляторами секреции инсулина выступают гормоны роста, кортизол, эстрогены, гормоны желудочно-кишечного тракта (секретин, холецистокинин, желудочный ингибирующий пептид).

Рис. 5.17. Синтез и процессинг препроинсулина (согласно )

Секреция инсулина -клетками островков Лангерханса в ответ на повышение концентрации глюкозы в крови реализуется следующим образом:

Рис. 5.18. Процессинг проинсулина в инсулин путем гидролиза пептидной связи между Arg64 и Lys65, катализируемого сериновой эндопептидазой РС2, и расщепления пептидной связи между Arg31 и Arg32 под действием сериновой эндопептидазы РС1/3, превращение заканчивается отщеплением остатков аргинина на N-конце А-цепи и С-конце В-цепи под действием карбоксипептидазы Е (отщепляемые остатки аргинина изображены в кружочках). В результате процессинга, кроме инсулина, образуется С-пептид (согласно )

1) глюкоза транспортируется в -клетки белком-переносчиком ГЛЮТ 2;

2) в клетке глюкоза подвергается гликолизу и далее окисляется в дыхательном цикле с образованием АТР; интенсивность синтеза АТР зависит от уровня глюкозы в крови;

3) под действием АТР происходит закрытие ионных калиевых каналов и деполяризация мембраны;

4) деполяризация мембраны вызывает открытие потенциал-зависимых кальциевых каналов и вход кальция в клетку;

5) повышение уровня кальция в клетке активирует фосфолипазу C, расщепляющую один из мембранных фосфолипидов  фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат  на инозитол-1,4,5-трифосфат и диацил- глицерол;

6) инозитолтрифосфат, связываясь с рецепторными белками эндоплазматического ретикулума, вызывает резкое повышение концентрации связанного внутриклеточного кальция, что приводит к высвобождению заранее синтезированного инсулина, хранящегося в секреторных гранулах.

5.2.8.3. Механизм действия инсулина. Основное действие инсулина на мышечные и жировые клетки заключается в усилении транспорта глюкозы через мембрану клетки. Стимуляция инсулином приводит к увеличению скорости поступления глюкозы внутрь клетки в 20−40 раз. При стимуляции инсулином наблюдается увеличение в 5−10 раз содержания транспортных белков глюкозы в плазматических мембранах при одновременном уменьшении на 50−60 % их содержания во внутриклеточном пуле. Требующееся при этом количество энергии в виде АТР необходимо в основном для активации инсулинового рецептора, а не для фосфорилирования белка-транспортера. Стимуляция транспорта глюкозы увеличивает потребление энергии в 20−30 раз, тогда как для перемещения транспортеров глюкозы требуется лишь незначительное ее количество. Транслокация транспортеров глюкозы к мембране клетки наблюдается уже через несколько минут после взаимодействия инсулина с рецептором, и для ускорения или поддержания процесса циклирования белков-транспортеров необходимо дальнейшее стимулирующее влияние инсулина.

Своё действие на клетки инсулин, как и другие гормоны, осуществляет через соответствующий белок-рецептор. Инсулиновый рецептор представляет собой сложный интегральный белок клеточной мембраны, состоящий из двух -субъединиц (130 kDа) и двух -субъединиц (95 кДа); первые расположены целиком вне клетки, на ее поверхности, вторые пронизывают плазматическую мембрану.

Рецептор к инсулину представляет собой тетрамер, состоящий из двух внеклеточных -субъединиц, взаимодействующих с гормоном и связанных друг с другом дисульфидными мостиками между цистеинами 524 и триплетом Cys682, Cys683, Cys685 обеих -субъединиц (см. рис. 5.19, а ), и двух трансмембранных -субъеди- ниц, проявляющих тирозинкиназную активность, связанных дисульфидным мостиком между Cys647 () и Cys872. Полипептидная цепь -субъединицы молекулярной массой 135 kDa содержит 719 амино-

Рис. 5.19. Структура димера инсулинового рецептора: а  модульная структура инсулинового рецептора. Вверху − -субъединицы, связанные дисульфидными мостиками Cys524, Cys683685 и состоящие из шести доменов: двух содержащих лейциновые повторы L1 и L2, цистеин-богатой области СR и трех фибронектиновых доменов типа III Fn o , Fn 1 , ID (домена внедрения). Внизу − -субъединицы, связанные с -субъединицей дисульфидным мостиком Cys647Cys872 и состоящие из семи доменов: трех фибронектиновых доменов ID, Fn 1 и Fn 2 , трансмембранного домена ТМ, примыкающего к мембране домена JM, тирозинкиназного домена ТК, С-концевого СТ; б  пространственное расположение рецептора, один димер изображен в цвете, другой  белый, А  активирующая петля, противоположная месту связывания гормона, Х (красный)  С-концевая часть -субъединицы, Х (черный)  N-концевая часть -субъединицы, желтые шарики 1,2,3  дисульфидные связи между остатками цистеина в положениях 524, 683685, 647872 (согласно )

кислотных остатков и состоит из шести доменов: двух содержащих лейциновые повторы доменов L1 и L2, цистеин-богатой области СR, где локализуется центр связывания инсулина, и трех фибронектиновых доменов типа III Fn o , Fn 1 , Ins (домена внедрения) (см. рис. 5.18). -Субъединица включает 620 аминокислотных остатков, имеет молекулярную массу 95 kDa и состоит из семи доменов: трех фибронектиновых доменов ID, Fn 1 и Fn 2 , трансмембранного домена ТМ, примыкающего к мембране домена JM, тирозинкиназного до- мена ТК, С-концевого СТ. На рецепторе обнаружено два места связывания инсулина: одно с высоким сродством, другое  с низким. Для проведения сигнала гормона в клетку необходимо связывание инсулина с центром высокого сродства. Этот центр формируется при связывании инсулина из L1, L2 и CR доменов одной -субъединицы и фибронектиновых доменов другой, при этом расположение -субъединиц противоположно относительно друг друга, как это показано на рис. 5.19, с.

В отсутствие взаимодействия инсулина с центром высокого сродства рецептора -субъединицы отодвинуты от -субъединиц выступом (cam), являющимся частью CR домена, что препятствует контакту активирующей петли (А-loop) тирозинкиназного домена одной -субъединицы с сайтами фосфорилирования на другой -субъ-единице (рис. 5.20, б ). При связывания инсулина с центром высокого сродства инсулинового рецептора изменяется конформация рецептора, выступ более не препятствует сближению - и -субъединиц, активирующие петли ТК доменов взаимодействуют с сайтами фосфорилирования тирозинов на противоположном ТК домене, происходит трансфосфорилирование -субъединиц по семи остаткам тирозина: Y1158, Y1162, Y1163 активирующей петли (это киназный регуляторный домен), Y1328, Y1334 СТ домена, Y965, Y972 JM домена (рис. 5.20, а ), что приводит к повышению тирозинкиназной активности рецептора. В позиции 1030 ТК находится остаток лизина, входящий в каталитический активный центр − АТР-связывающий центр. Замена этого лизина на многие другие аминокислоты путем сайтнаправленного мутагенеза уничтожает тирозинкиназную активность инсулинового рецептора, но не нарушает связывания инсулина. Однако присоединение инсулина к такому рецептору никакого действия на клеточный метаболизм и пролиферацию не оказывает. Фосфорилирование некоторых остатков серина-треонина, наоборот, снижает сродство к инсулину и уменьшает тирозинкиназную активность.

Известно несколько субстратов инсулинового рецептора: ИРС-1 (субстрат инсулинового рецептора), ИРС-2, белки семейства STAT (signal transducer and activator of transcription − переносчики сигнала и активаторы транскрипции подробно рассмотрены нами в Части 4 «Биохимические основы защитных реакций»).

ИРС-1 представляет собой цитоплазматический белок, связывающийся с фосфорилированными тирозинами ТК инсулинового рецептора своим SH2-доменом и фосфорилируемый тирозинкиназой рецептора немедленно после стимуляции инсулином. От степени фосфорилирования субстрата зависит увеличение или уменьшение клеточного ответа на инсулин, амплитуда изменений в клетках и чувствительность к гормону. Повреждения гена ИРС-1 могут быть причиной инсулинзависимого диабета. Пептидная цепь ИРС-1 содержит около 1200 аминокислотных остатков, 2022 потенциальных центров фосфорилирирования по тирозину и около 40 центров фосфорилирования по серину-треонину.

Рис. 5.20. Упрощенная схема структурных изменений при связывании инсулина с инсулиновым рецептором: а  изменение конформации рецептора в результате связывания гормона в центре высокого сродства приводит к смещению выступа, сближению субъединиц и трансфосфорилированию ТК доменов; б  в отсутствие взаимодействия инсулина с центром связывания высокого сродства на инсулиновом рецепторе выступ (саm) препятствует сближению - и -субъединиц и трансфосфорилированию ТК доменов. A-петля  активирующая петля ТК домена, цифры 1 и 2 в кружочке  дисульфидные связи между субъединицами, ТК  тирозинкиназный домен, С  каталитический центр ТК, set 1 и set 2  аминокислотные последовательности -субъединиц, формирующие место высокого сродства инсулина к рецептору (cогласно )

Фосфорилирование ИРС-1 по нескольким тирозиновым остаткам придает ему способность соединяться с белками, содержащими SH2-домены: тирозинфосфатазой syp, p85-субъединицей ФИ-3-киназы (фосфатидилинозитол-3-киназы), адапторным белком Grb2, протеинтирозинфосфатазой SH-PTP2, фосфолипазой С, GAP (активатором малых GTP-связывающих белков). В результате взаимодействия ИРС-1 с подобными белками генерируются множественные нисходящие сигналы.

Рис. 5.21. Транслокация белков-переносчиков глюкозы ГЛЮТ 4 в мышечных и жировых клетках из цитоплазмы в плазматическую мембрану под действием инсулина. Взаимодействие инсулина с рецептором приводит к фосфорилированию субстрата инсулинового рецептора (ИРС), связывающего ФИ-3-киназу (ФИ3К), катализирующую синтез фосфолипида фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфата (PtdIns(3,4,5)P 3). Последнее соединение, связывая плекстриновые домены (РН), мобилизует к клеточной мембране протеинкиназы PDK1, PDK2 и РКВ. PDK1 фосфорилирует РКВ по Thr308, активируя ее. Фосфорилированная РКВ ассоциирует с везикулами, содержащими ГЛЮТ 4, вызывая их транслокацию в плазматическую мембрану, приводящую к усилению транспорта глюкозы внутрь мышечных и жировых клеток (согласно )

Стимулируемая фосфорилированным ИРС-1 фосфолипаза С гидролизует фосфолипид клеточной мембраны фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат с образованием двух вторичных мессенджеров: инозитол-3,4,5-трифосфата и диацилглицерина. Инозитол-3,4,5-трифос- фат, действуя на ионные каналы эндоплазматического ретикулума, высвобождает из него кальций. Диацилглицерин действует на кальмодулин и протеинкиназу С, которая фосфорилирует различные субстраты, приводя к изменению активности клеточных систем.

Фосфорилированный ИРС-1 активирует также ФИ-3-киназу, катализирующую фосфорилирование фосфатидилинозитола, фосфатидилинозитол-4-фосфата и фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата по положению 3 с образованием соответственно фосфатидилинозитол-3-фосфата, фосфатидилинозитол-3,4-дифосфата и фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфата.

ФИ-3-киназа представляет собой гетеродимер, содержащий регуляторную (р85) и каталитическую (р110) субъединицы. В регуляторной субъединице есть два SH2-домена и SH3-домен, поэтому ФИ-3-киназа с высоким сродством присоединяется к ИРС-1. Образовавшиеся в мембране производные фосфатидилинозитола, фосфорилированные по положению 3, связывают белки, содержащие так называемый плекстриновый (РН) домен (домен проявляет высокое сродство к фосфатидилинозитол-3-фосфатам): протеинкиназу PDK1 (фосфатидилинозитид-зависимую киназу), протеинкиназу В (РКВ).

Протеинкиназа В (РКВ) состоит из трех доменов: N-концевого плекстринового, центрального каталитического и С-концевого регуляторного. Плекстриновый домен необходим для активации РКВ. Связавшись с помощью плекстринового домена вблизи клеточной мембраны, РКВ сближается с протеинкиназой PDK1, которая через

свой плекстриновый домен также локализуется вблизи клеточной мембраны. PDK1 фосфорилирует Thr308 киназного домена РКВ, что приводит к активации РКВ. Активированная РКВ фосфорилирует киназу 3 гликогенсинтазы (по положению Ser9), вызывая инактивацию фермента и тем самым процесс синтеза гликогена. Фосфорилированию подвергается также ФИ-3-фосфат-5-киназа, действующая на везикулы, в которых белки-переносчики ГЛЮТ 4 хранятся в цитоплазме адипоцитов, вызывая перемещение транспортеров глюкозы к клеточной мембране, встраивание в нее и трансмембранный перенос глюкозы в мышечные и жировые клетки (рис. 5.21).

Инсулин не только влияет на поступление глюкозы в клетку с помощью белков-переносчиков ГЛЮТ 4. Он участвует в регуляции метаболизма глюкозы, жиров, аминокислот, ионов, в синтезе белков, оказывает влияние на процессы репликации и транскрипции.

Влияние на метаболизм глюкозы в клетке осуществляется путем стимулирования процесса гликолиза с помощью повышения активности ферментов, участвующих в этом процессе: глюкокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы, гексокиназы. Инсулин посредством аденилатциклазного каскада активирует фосфатазу, дефосфорилирующую гликогенсинтазу, что приводит к активации синтеза гликогена (рис. 5.22) и ингибированию процесса его распада. Ингибируя фосфоенолпируваткарбоксикиназу, инсулин тормозит процесс глюконеогенеза.

Рис. 5.22. Схема синтеза гликогена

В печени и жировой ткани под действием инсулина стимулируется синтез жиров путем активации ферментов: ацетилСоА-карбоксилазы, липопротеинлипазы. При этом распад жиров тормозится, так как активируемая инсулином фосфатаза, дефосфорилируя гормончувствительную триацилглицеринлипазу, ингибирует этот фермент и концентрация циркулирующих в крови жирных кислот уменьшается.

В печени, жировой ткани, скелетных мышцах, сердце инсулин влияет на скорость транскрипци более сотни генов.

5.2.9. Глюкагон. В ответ на уменьшение концентрации глюкозы в крови -клетки островков Лангерханса поджелудочной железы вырабатывают «гормон голода»  глюкагон, который представляет собой полипептид молекулярной массы 3 485 Da, состоящий из 29 аминокислотных остатков.

Действие глюкагона противоположно эффектам инсулина. Инсулин способствует запасанию энергии, стимулируя гликогенез, липогенез и синтез белка, а глюкагон, стимулируя гликогенолиз и липолиз, вызывает быструю мобилизацию источников потенциальной энергии.

Рис. 5.23. Структура проглюкагона человека и тканеспецифический процессинг проглюкагона в пептиды-производные из проглюкагона: в поджелудочной железе из проглюкагона образуются глюкагон и MPGF (mayor proglucagon fragment); в нейроэндокринных клетках кишечника и некоторых отделах центральной нервной системы генерируются глицентин, оксинтомодулин, GLP-1 (пептид, получаемый из проглюкагона), GLP-2, два промежуточных пептида (intervening peptide  IP), GRPP  glicentin-related pancreatic polypeptide (полипептид из поджелудочной железы − производное глицентина) (cогласно )

Гормон синтезируется -клетками островков Лангерханса поджелудочной железы, а также в нейроэндокринных клетках кишечника и в центральной нервной системе в виде неактивного предшественника  проглюкагона (молекулярной массы 9 000 Da), содержащего 180 аминокислотных остатков и подвергающегося процессингу с помощью конвертазы 2 и образующего несколько пептидов разной длины, в их числе глюкагон и два глюкагон-подобных пептида (glucagon like peptide  GLP-1, GLP-2, глицентин) (рис. 5.23). 14 из 27 аминокислотных остатков глюкагона идентичны таковым в молекуле другого гормона желудочно-кишечного тракта  секретина.

Для связывания глюкагона с рецепторами реагирующих на него клеток необходима целостность его последовательности 127 с N-конца. Важную роль в проявлении эффектов гормона играет остаток гистидина, расположенный на N-конце, а в связывании с рецепторами  фрагмент 2027.

В плазме крови глюкагон не связывается с каким-либо транспортным белком, время полупревращения его равно 5 мин, в печени он разрушается протеиназами, при этом распад начинается с расщепления связи между Ser2 и Gln3 и удаления дипептида с N-конца.

Секреция глюкагона подавляется глюкозой, но стимулируется белковой пищей. GLP-1 ингибирует секрецию глюкагона и стимулирует секрецию инсулина.

Глюкагон оказывает действие только на гепатоциты и жировые клетки, имеющие в плазматической мембране рецепторы к нему. В гепатоцитах, связываясь с рецепторами на плазматической мембране, глюкагон посредством G-белка активирует аденилатциклазу, катализирующую образование сАМР, который, в свою очередь, приводит к активации фосфорилазы, ускоряющей распад гликогена, и ингибированию гликогенсинтазы и торможению образования гликогена. Глюкагон стимулирует глюконеогенез, индуцируя синтез ферментов, участвующих в этом процессе: глюкозо-6-фосфатазы, фосфоенолпируваткарбоксикиназы, фруктозо-1,6-дифосфатазы. Суммарный эффект глюкагона в печени сводится к повышенному образованию глюкозы.

В жировых клетках гормон также, используя аденилатциклазный каскад, активирует гормончувствительную триацилглицеринлипазу, стимулируя липолиз. Глюкагон повышает секрецию катехоламинов мозговым веществом надпочечников. Участвуя в реализации реакций типа «бей или беги», глюкагон повышает доступность энергетических субстратов (глюкозы, свободных жирных кислот) для скелетных мышц и усиливает кровоснабжение скелетных мышц за счёт усиления работы сердца.

Глюкагон не оказывает действия на гликоген скелетных мышц из-за практически полного отсутствия в них глюкагоновых рецепторов. Гормон вызывает увеличение секреции инсулина из β-клеток поджелудочной железы и торможение активности инсулиназы.

5.2.10. Регуляция метаболизма гликогена. Накопление глюкозы в организме в виде гликогена и его распад согласуются с потребностями организма в энергии. Направление процессов метаболизма гликогена регулируется механизмами, зависимыми от действия гормонов: в печени инсулина, глюкагона и адреналина, в мышцах инсулина и адреналина. Переключение процессов синтеза или распада гликогена происходит при переходе от абсорбтивного периода к постабсорбтивному или при смене состояния покоя на физическую работу.

5.2.10.1. Регуляция активности гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. При изменении концентрации глюкозы в крови происходит синтез и секреция инсулина и глюкагона. Эти гормоны регулируют процессы синтеза и распада гликогена, воздействуя на активность ключевых ферментов этих процессов: гликогенсинтазу и гликогенфосфорилазу путем их фосфорилирования-дефосфорилиро- вания.

Рис. 5.24 Активация гликогенфосфорилазы фосфорилированием остатка Ser14 с помощью киназы гликогенфосфорилазы и инактивация с помощью фосфатазы, катализирующей дефосфорилирование остатка серина (согласно )

Оба фермента существуют в двух формах: фосфорилированной (активная гликогенфосфорилаза а и неактивная гликогенсинтаза) и дефосфорилированной (неактивная фосфорилаза b и активная гликогенсинтаза) (рис. 5.24 и 5.25). Фосфорилирование осуществляется киназой, катализирующей перенос фосфатного остатка от АТР на остаток серина, а дефосфорилирование катализирует фосфопротеинфосфатаза. Активности киназы и фосфатазы также регулируются путем фосфорилирования-дефосфорилирования (см. рис. 5.25).

Рис. 5.25. Регуляция активности гликогенсинтазы. Фермент активируется действием фосфопротеинфосфатазы (РР1), дефосфорилирующей три остатка фосфосерина вблизи С-конца в гликогенсинтазе. Киназа 3 гликогенсинтазы (GSK3), катализирующая фосфорилирование трех остатков серина в гликогенсинтазе, ингибирует синтез гликогена и активируется фосфорилированием с помощью казеинкиназы (СКII). Инсулин, глюкоза и глюкозо-6-фосфат активируют фосфопротеинфосфатазу, а глюкагон и адреналин (эпинефрин) ее ингибируют. Инсулин тормозит действие киназы 3 гликогенсинтазы (согласно )

сАМР-зависимая протеинкиназа А (РКА) фосфорилирует киназу фосфорилазы, переводя ее в активное состояние, которая в свою очередь фосфорилирует гликогенфосфорилазу. Синтез сАМР стимулируется адреналином и глюкагоном.

Инсулин посредством каскада с участием Ras-белка (сигнальный Ras-путь) активирует протеинкиназу рр90S6, фосфорилирующую и тем самым активирующую фосфопротеинфосфатазу. Активная фосфатаза дефосфорилирует и инактивирует киназу фосфорилазы и гликогенфосфорилазу.

Фосфорилирование с помощью РКА гликогенсинтазы приводит к ее инактивации, а дефосфорилирование с помощью фосфопротеинфосфатазы активирует фермент.

5.2.10.2. Регуляция метаболизма гликогена в печени. Изменение концентрации глюкозы в крови изменяет и относительные концентрации гормонов: инсулина и глюкагона. Отношение концентрации инсулина к концентрации глюкагона в крови называется «инсулин-глюкагоновым индексом». В постабсорбтивный период индекс снижается и на регуляцию концентрации глюкозы в крови оказывает влияние концентрация глюкагона.

Глюкагон, как приведено выше, активирует выделение в кровь глюкозы за счет распада гликогена (активации гликогенфосфорилазы и ингибирования гликогенсинтазы) или путем синтеза из других веществ  глюконеогенеза. Из гликогена образуется глюкозо-1-фосфат, изомеризующийся в глюкозо-6-фосфат, под действием глюкозо-6-фосфатазы гидролизуемый с образованием свободной глюкозы, способной выйти из клетки в кровь (рис. 5.26).

Действие адреналина на гепатоциты сходно с действием глюкагона в случае использования  2 -рецепторов и обусловлено фосфорилированием и активацией гликогенфосфорилазы. В случае взаимодействия адреналина с  1 -рецепторами плазматической мембраны трансмембранная передача гормонального сигнала осуществляется с использованием инозитолфосфатного механизма. В обоих случаях активируется процесс распада гликогена. Использование того или иного типа рецептора зависит от концентрации адреналина в крови.

Рис. 5.26. Схема фосфоролиза гликогена

В период пищеварения инсулин-глюкагоновый индекс повышается и преобладает влияние инсулина. Инсулин снижает концентрацию глюкозы в крови, активирует, фосфорилируя через Ras-путь, фосфодиэстеразу сАМР, гидролизующую этот вторичный посредник с образованием АМР. Инсулином активируется также через Ras-путь фосфопротеинфосфатаза гранул гликогена, дефосфорилирующая и активирующая гликогенсинтазу и инактивирующая киназу фофорилазы и саму гликогенфосфорилазу. Инсулин индуцирует синтез глюкокиназы для ускорения фосфорилирования глюкозы в клетке и включения ее в гликоген. Таким образом, инсулин активирует процесс синтеза гликогена и тормозит его распад.

5.2.10.3. Регуляция метаболизма гликогена в мышцах. В случае интенсивной работы мышц распад гликогена ускоряется адреналином, связывающимся с  2 -рецепторами и через аденилатциклазную систему приводящим к фосфорилированию и активации киназы фосфорилазы и гликогенфосфорилазы и ингибированию гликогенсинтазы (рис. 5.27 и 5.28). В результате дальнейшего превращения глюкозо-6-фосфата, образовавшегося из гликогена, синтезируется АТР, необходимый для осуществления интенсивной работы мышц.

Рис. 5.27. Регуляция активности гликогенфосфорилазы в мышцах (согласно )

В состоянии покоя гликогенфосфорилаза мышц неактивна, так как находится в дефосфорилированном состоянии, но распад гликогена происходит за счет аллостерической активации гликогенфосфорилазы b с помощью АМР и ортофосфата, образующихся при гидролизе АТР.

Рис. 5.28. Регуляция активности гликогенсинтазы в мышцах (соглас- но )

При умеренных мышечных сокращениях аллостерически (ионами Са 2+) может активироваться киназа фосфорилазы. Концентрация Са 2+ увеличивается при сокращении мышц в ответ на сигнал двигательного нерва. При затухании сигнала уменьшение концентрации Са 2+ одновременно «выключает» активность киназы, таким образом

ионы Са 2+ участвуют не только в мышечном сокращении, но и в обеспечении энергией этих сокращений.

Ионы Са 2+ связываются с белком кальмодулином, в данном случае выступающим одной из субъединиц киназы. Мышечная киназа фосфорилазы имеет строение  4  4  4  4 . Каталитическими свойствами обладает только -субъединица, - и -субъединицы, являясь регуляторными, фосфорилируются по остаткам серина с помощью РКА, -субъединица идентична белку кальмодулину (подробно рассмотрен в разд. 2.3.2 части 2 «Биохимия движения»), связывает четыре иона Са 2+ , что приводит к конформационным изменениям, активации каталитической -субъединицы, хотя киназа остается в дефосфорилированном состоянии.

В период пищеварения в состоянии покоя в мышцах также происходит синтез гликогена. Глюкоза поступает в мышечные клетки с помощью белков-переносчиков ГЛЮТ 4 (их мобилизация в клеточную мембрану под действием инсулина подробно рассмотрена в разд. 5.2.4.3 и на рис. 5.21). Влияние инсулина на синтез гликогена в мышцах осуществляется также посредством дефосфорилирования гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы.

5.2.11. Неферментативное гликозилирование белков. Одним из видов посттрансляционной модификации белков является гликозилирование остатков серина, треонина, аспарагина, гидроксилизина с помощью гликозилтрансфераз. Поскольку в крови в период пищеварения создается высокая концентрация углеводов (восстанавливающих сахаров), возможно неферментативное гликозилирование белков, липидов и нуклеиновых кислот, получившее название гликирование. Продукты, образующиеся в результате многоступенчатого взаимодействия сахаров с белками, называются продуктами конечного гликозилирования (AGEs  Advanced Glycation End-products) и обнаружены во многих белках человека. Период полураспада этих продуктов более длительный, чем белков (от нескольких месяцев до нескольких лет), и скорость их образования зависит от уровня и длительности экспозиции с редуцирующим сахаром. Предполагается, что именно с их образованием связаны многие осложнения, возникающие при диабете, при болезни Альцгеймера, при катаракте.

Процесс гликирования можно разделить на две фазы: раннюю и позднюю. На первой стадии гликирования происходит нуклеофильная атака карбонильной группы глюкозы -аминогруппой лизина или гуанидиниевой группы аргинина, в результате которой образуется лабильное основание Шиффа – N ‑гликозилимин (рис. 5.29).Образование основания Шиффа – процесс относительно быстрый и обратимый.

Далее происходит перегруппировка N ‑гликозилимина с образованием продукта Амадори – 1‑амино‑1‑дезоксифруктозы. Скорость этого процесса ниже, чем скорость образования гликозилимина, но существенно выше, чем скорость гидролиза основания Шиффа,

Рис. 5.29. Схема гликирования белка. Открытая форма углевода (глюкозы) реагирует с -аминогруппой лизина с образованием Шиффова основания, подвергающегося перегруппировке Амадори в кетоамин через промежуточное образование еноламина. Перегруппировка Амадори ускоряется, если вблизи остатка лизина располагаются остатки аспартата и аргинина. Кетоамин далее может давать разнообразные продукты (продукты конечного гликирования  AGE). На схеме приведена реакция со второй молекулой углевода с образованием дикетоамина (согласно )

поэтому белки, содержащие остатки 1‑амино‑1‑дезоксифруктозы, накапливаются в крови.Модификации остатков лизина в белках на ранней стадии гликирования, по-видимому, способствует наличие в непосредственной близости от реагирующей аминогруппы остатков гистидина, лизина или аргинина, которые осуществляют кислотно-основной катализ процесса, а также остатки аспартата, оттягивающего протон от второго атома углерода сахара. Кетоамин может связать еще один остаток углевода по иминогруппе с образованием дважды гликированного лизина, превращающегося в дикетоамин (см. рис. 5.29).

Поздняя стадия гликирования, включающая дальнейшие превращения N ‑гликозилимина и продукта Амадори, – более медленный процесс, приводящий к образованию стабильных продуктов конечного гликирования (AGEs). В последнее время появились данные о непосредственном участии в формировании AGEs α‑дикарбо-нильных соединений (глиоксаля, метилглиоксаля, 3‑дезоксиглю-козона), образующихся in vivo как при деградации глюкозы, так и в результате превращений основания Шиффа при модификации лизина в составе белков глюкозой (рис. 5.30). Специфические редуктазы и сульгидрильные соединения (липоевая кислота, глутатион) способны трансформировать реактивные дикарбонильные соединения в неактивные метаболиты, что отражается в уменьшении образования продуктов конечного гликирования.

Реакции α‑дикарбонильных соединений с ε‑аминогруппами остатков лизина или гуанидиниевыми группировками остатков аргинина в белках приводят к образованию белковых сшивок, которые ответственны за осложнения, вызванные гликированием белков, при диабете и других заболеваниях. Кроме того, в результате последовательной дегидратации продукта Амадори при С4 и С5 образуются 1‑амино‑4‑дезокси‑2,3‑дион и -ендион, которые также могут участвовать в образовании внутримолекулярных и межмолекулярных белковых сшивок.

Среди AGEs охарактеризованы N ε ‑карбоксиметиллизин (CML) и N ε ‑карбоксиэтиллизин (CEL), бис(лизил)имидазольные аддукты (GOLD  глиоксаль-лизил-лизил-димер, MOLD  метилглиоксаль-лизил-лизил-димер, DOLD  дезоксиглюкозон-лизил-лизил-димер), имидазолоны (G‑H, MG‑H и 3DG‑H), пирралин, аргпиримидин, пентозидин, кросслин и весперлизин.На рис. 5.31 приведены некоторые

Рис. 5.30. Схема гликирования белков в присутствии D‑глюкозы. В рамке показаны основные предшественники продуктов AGE, образующиеся в результате гликирования (согласно )

конечные продукты гликирования. Например, пентозидин и карбоксиметиллизин (СМL)  конечные продукты гликирования, образующиеся в условиях окисления, обнаружены в долгоживущих белках: коллагене кожи и кристаллине хрусталика. Карбоксиметиллизин привносит в белок отрицательно заряженную карбоксильную группу вместо положительно заряженной аминогруппы, что может привести к изменению заряда на поверхности белка, к изменению пространственной структуры белка. СМL является антигеном, узнаваемым антителами. Количество этого продукта увеличивается линейно с возрастом. Пентозидин представляет собой кросс-линк (продукт поперечной сшивки) между продуктом Амадори и остатком аргинина в любом положении белка, образуется из аскорбата, глюкозы, фруктозы, рибозы, обнаружен в тканях мозга пациентов с болезнью Альцгеймера, в коже и плазме крови больных диабетом.

Конечные продукты гликирования могут способствовать свободно-радикальному окислению, изменению заряда на поверхности белка, необратимой сшивке между различными участками белка, что

нарушает их пространственную структуру и функционирование, делает устойчивыми к ферментативному протеолизу. В свою очередь, свободно-радикальное окисление может вызывать неферментативный протеолиз или фрагментацию белков, перекисное окисление липидов.

Образование конечных продуктов гликирования на белках базальной мембраны (коллаген IV типа, ламинин, гепарансульфат протеогликан) приводит к ее утолщению, сужению просвета капилляров и нарушению их функции. Эти нарушения внеклеточного матрикса изменяют структуру и функцию сосудов (снижение эластичности сосудистой стенки, изменение ответа на сосудорасширяющее действие оксида азота), способствуют более ускоренному развитию атеросклеротического процесса.

Конечные продукты гликирования (КПГ) влияют также на экспрессию некоторых генов, связываясь со специфическими КПГ-рецепторами, локализованными на фибробластах, Т-лимфоцитах, в почках (мезангиальные клетки), в стенке сосудов (эндотелий и гладкомышечные клетки), в мозге, а также в печени и селезенке, где они выявляются в наибольшем количестве, т. е. в тканях, богатых макрофагами, которые опосредуют трансдукцию этого сигнала посредством увеличения образования свободных радикалов кислорода. Последние, в свою очередь, активируют транскрипцию ядерного NF-kB фактора  регулятора экспрессии многих генов, отвечающих на различные повреждения.

Одним из эффективных способов предупреждения нежелательных последствий неферментативного гликозилирования белков является снижение калорийности пищи, что отражается в снижении концентрации глюкозы в крови и уменьшении неферментативного присоединения глюкозы к долгоживущим белкам, например к гемоглобину. Снижение концентрации глюкозы приводит к снижению как гликозилирования белков, так и перекисного окисления липидов. Негативный эффект гликозилирования обусловлен как нарушением структуры и функций при присоединении глюкозы к долгоживущим белкам, так и происходящим вследствие этого окислительным повреждением белков, вызванным свободными радикалами, образующимися при окислении сахаров в присутствии ионов переходных металлов. Нуклеотиды и ДНК подвергаются также неферментативному гликозилированию, что приводит к мутациям из-за прямого повреждения ДНК и инактивации систем репарации, вызывает повышенную ломкость хромосом. В настоящее время изучаются подходы к предупреждению влияния гликирования на долгоживущие белки с помощью фармакологических и генетических воздействий.

Обмен и функции углеводов.

В организме человека имеется несколько десятков разных моносахаридов и очень много разных олиго – и полисахаридов. Функции углеводов в организме заключаются в следующем:

1) Углеводы служат источником энергии: за счет их окисления удовлетворяется примерно половина всей потребности человека в энергии. В энергетическом обмене главная роль принадлежит глюкозе и гликогену.

2) Углеводы входят в состав структурно – функциональных компонентов клеток. К ним относятся пентозы нуклеотидов и нуклеиновых кислот, углеводы гликолипидов и гликопротеинов, гетерополисахариды межклеточного вещества.

3) Из углеводов в организме могут синтезироваться соединения других классов, в частности липиды и некоторые аминокислоты.

Таким образом, углеводы выполняют многообразные функции, и каждая из них жизненно важна для организма. Но если говорить о количественной стороне, то первое место принадлежит использованию углеводов в качестве источника энергии.

Наиболее распространенный углевод животных – глюкоза. Она играет роль связующего звена между энергетическими и пластическими функциями углеводов, поскольку из глюкозы могут образоваться все другие моносахариды, и наоборот – разные моносахариды могут превращаться в глюкозу.

Источником углеводов организма служат углеводы пищи – главным образом крахмал, а также сахароза и лактоза. Кроме того, глюкоза может образовываться в организме из аминокислот, а также из глицерина, входящего в состав жиров.

Переваривание углеводов

Углеводы пищи в пищеварительном тракте распадаются на мономеры при действии гликозидаз – ферментов, катализирующих гидролиз гликозидных связей.

Переваривание крахмала начинается уже в ротовой полости: в слюне содержится фермент амилаза (α-1,4-гликозидаза), расщепляющий α-1,4-гликозидные связи. Поскольку пища в ротовой полости находится недолго, то крахмал здесь переваривается лишь частично. Основным местом переваривания крахмала служит тонкий кишечник, куда поступает амилаза в составе сока поджелудочной железы. Амилаза не гидролизует гликозидную связь в дисахаридах.

Мальтоза, лактоза и сахароза гидролизуются специфическими гликозидазами - мальтазой, лактазой и сахаразой соответственно. Эти ферменты синтезируются в клетках кишечника. Продукты переваривания углеводов (глюкоза, галактоза, фруктоза) поступают в кровь.

Рис.1 Переваривание углеводов

Сохранение постоянства концентрации глюкозы в крови является результатом одновременного протекания двух процессов: поступления глюкозы в кровь из печени и потребления ее из крови тканями, где она и используется на энергетический материал.

Рассмотрим синтез гликогена .

Гликоген – сложный углевод животного происхождения, полимер, мономером которого являются остатки α-глюкозы, которые связаны между собой через 1-4, 1-6 гликозидными связями, но имеют более ветвистое строение, чем крахмал (до 3000 остатков глюкозы). Молекулярный вес гликогена очень велик – ОН лежит в пределах от 1 до 15 миллионов. Очищенный гликоген – белый порошок. Он хорошо растворяется в воде, может быть осажден из раствора спиртом. С «I» дает бурую окраску. В печени находится в виде гранул в комплексе с белками клеток. Количество гликогена в печени может достигнуть 50-70 г – это общий резерв гликогена; составляет от 2 до 8 % массы печени. Гликоген также содержится в мышцах, где он образует локальный резерв , в незначительном количестве он содержится в других органах и тканях, включая жировую ткань. Гликоген в печени представляет собой мобильный резерв углеводов, голодание в течение 24 часов полностью его истощает. По данным Уайта и соавторов, скелетная мышца содержит примерно 2/3 всего гликогена тела (в связи с большой массой мышц большая часть гликогена находится в них) – до 120 г (для мужчины весом 70 кг), но в скелетных мышцах его содержание от 0,5 до 1 % от массы. В отличие от гликогена печени мышечный гликоген не истощается так легко при голодании даже в течение длительного времени. Механизм синтеза гликогена в печени из глюкозы в настоящее время выяснен. В печеночных клетках глюкоза подвергается фосфорилированию при участии фермента гексокиназы с образованием глюкозы-6-Ф.

Рис.2 Схема синтеза гликогена

1. Глюкоза + АТФ гексоки наза Глюкоза-6-Ф + АДФ

2. Глюкоза-6-Ф фосфоглюкомутаза Глюкоза-1-Ф

(вовлекается в синтез)

3. Глюкоза-1-Ф + УТФ глюкозо-1-Ф уридил трансфераза УДФ-1-глюкоза + Н 4 Р 2 О 7

4. УДФ-1-глюкоза + гликоген гликогенсинтаза Гликоген + УДФ

(затравка)

Образовавшийся УДФ может вновь фосфорилироваться за счет АТФ и весь цикл превращений глюкозы-1-Ф повторяется снова.

Активность фермента гликогенсинтазы регулируется путем ковалентной модификации. Этот фермент может находиться в двух формах: гликогенсинтазы I (independent – независимая от глюкозы-6-Ф) и гликогенсинтазы D (dependent – зависимая от глюкозы-6-Ф).

Протеинкиназа фосфорилирует при участии АТФ (не фосфорилирует форму I-фермента, переводя ее в фосфорилированную форму D-фермента, у которого фосфорилированы гидроксильные группы серина).

АТФ + ГС – ОН протеинкиназа АДФ + ГС – О – Р – ОН

Гликогенсинтаза I Гликогенсинтаза D

I-форма гликогенсинтазы более активна, чем D-форма, однако, D-форма является аллостерическим ферментов, активируемым специфическим оферентом – глюкоза-6-Ф . В покоящейся мышце фермент находится в I-форме не фосфорилир. активной форме , в сокращающей мышце фермент фосфорилирован D-формой и почти неактивен. В присутствии достаточно высокой концентрации глюкозо-6-фосфата D-форма проявляет полную активность. Следовательно , фосфорилирование и дефосфорилирование гликоген синтазы играет ключевую роль в тонкой регуляции синтеза гликогена.

Регуляция синтеза гликогена :

В регуляции сахара в крови большую роль играет ряд эндокринных желез, в частности поджелудочная железа.

Инсулин образуется в В-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы в виде проинсулина . При превращении в инсулин полипептидная цепь проинсулина расщепляется в двух точках, вычленяется средний неактивный фрагмент из 22 аминокислотных остатков.

Инсулин снижает содержание сахара в крови, задерживает распад гликогена в печени и способствует отложению гликогена в мышцах.

Гормон глюкагон действует в противоположность инсулину как гиперглинемический.

Надпочечники также принимают участие в регуляции содержания сахара в крови. Импульсы со стороны ЦНС вызывают добавочное выделение адреналина, образующегося в мозговом веществе надпочечников. Адреналин повышает активность фермента фосфогилазы , который стимулирует расщепление гликогена. В результате содержание сахара в крови повышается. Наступает так называемый гипергликелин (эмоциональное возбуждение перед стартом, перед экзаменом).

Кортикостероиды в отличие от адреналина стимулируют образование глюкозы из безазотистых остатков аминокислот.

Гликогенолиз

Благодаря способности к отложению гликогена в основном в печени и мышцах, и в меньшей степени в других органах и тканях создаются условия для накопления в норме резервов углеводов. При повышении энергозатрат происходит усиление распада гликогена до глюкозы.

Мобилизация гликогена может протекать двумя путями: 1-й – фосфоролитическим и 2-ой – гидролитическим .

Фосфоролиз играет ключевую роль в мобилизации гликогена, переводя его из запасной в метаболически активную форму в присутствии фермента фосфорилазы.

Рис.3 Гормональная регуляция фосфоролитического отщепления остатка глюкозы от гликогена.

Процесс распада гликогена начинается с действия гормонов адреналина и глюкагона, которые неактивную аденилатциклазу переводят в активную. Она в свою очередь способствует образованию из АТФ – цАМФ. Под действием активной протеинкиназы и киназы фосфорилазы «в» происходит превращение неактивной фосфорилазы «в» в активную «а».

Фермент фосфорилаза существует в двух формах: фосфорилазы «в» - неактивная (димер), фосфорилазы «а» - активная (тетрамер). Каждая из субъединиц содержит остаток фосфосерина, который имеет важное значение для каталитической активности и молекулу кофермента пиридоксальфосфата, связанную ковалентной связью с остатком лизина.

2 м. фосфорилазы «в» + 4 АТФ Mg ++ 1м. фосфорилазы «а» + 4 АДФ

Киназа фосфорилазы активная действует на гликоген в присутствии Н 3 РО 4 , что приводит к образованию глюкозо-1-фосфата. Образовавшийся глюкозо-1-фосфат под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-6-фосфат. Образование свободной глюкозы происходит под действием глюкозо-6-фосфатазы.

Глюконеогенез

Синтез гликогена может осуществляться и из неуглеводных субстратов, этот процесс получил название глюконеогенеза . Субстратом в глюконеогенезе может выступить лактат (молочная кислота), образовавшаяся при анаэробном окислении глюкозы

(гликолизе). За счет простого обращения реакций гликолиза этот процесс протекать не может из-за нарушения констант равновесия, катализируемых рядом ферментов .

Рис.4 Гликолиз и глюконеогенез

Обращение этих реакций достигается в результате следующих процессов:

Основной путь превращения ПВК в оксалоацетат локализован в митохондриях . После прохождения через мембрану митохондрий

ПВК карбоксилируется до оксалоацетата и выходит из митохондрий в форме малата (этот путь в количественном отношении более важен) и вновь в цитоплазме превращается в оксалоацетат . Образовавшийся оксалоацетат в цитоплазме происходит его превращение до глюкозы-6-Ф. Дефосфорилирование ее осуществляется глюкозо-6-фосфатазой в эндоплазматической ретикулуме, до глюкозы .

Гликолиз

Гликолиз – сложный ферментативный процесс превращения глюкозы, протекающий при недостаточном потреблении О 2 . Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота.

Рис.4 Гликолиз и глюконеогенез

Суммарное уравнение гликолиза можно представить следующим образом:

С 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Ф Н 2CН 3 СН(ОН)СООН + 2АТФ + 2Н 2 О

Биологическое значение гликолиза :

I. Обратимость гликолиза – из молочной кислоты вследствие глюконеогенеза может образоваться глюкоза.

II. Образование фосфорилированных соединений – гексоз и триоз, которые легче превращаются в организме.

III. Процесс гликолиза очень важен в условиях высокогорья, при кратковременной физической нагрузке, а так же при заболеваниях, сопровождающихся гипоксией.

Непереносимость углеводов – это неспособность тонкой кишки полностью перерабатывать питательные углеводы (сахара и крахмалы). Заболевание, как правило, связано с дефицитом ферментов необходимых для пищеварения. Непереносимость лактозы при этом является наиболее широко распространенным типом данного заболевания, затрагивающим около двадцати процентов детей и до семидесяти процентов взрослого населения по всему миру.

Что такое углеводы

Углеводы являются основным источником энергии, и, наряду с жирами и белками, одним из трех основных питательных веществ. Углеводы классифицируются в соответствии с их структурой, основанной на количестве основного сахара или сахарида.

Моносахарид (простой сахар) – самый простой углевод. Простые сахара включают глюкозу, фруктозу и галактозу. Простые сахара имеют важное значение для пищеварения, и могут быть поглощены в тонкой кишке.

Две молекулы простых сахаров, связанные друг с другом, образуют дисахарид. Дисахариды, присутствующие в пище, это мальтоза (продукт переваривания крахмала), сахароза (сахар) и лактоза (сахар в молоке). Эти дисахариды в кишечнике разделяются ферментами на две молекулы простых сахаров и поглощаются организмом.

Полисахариды являются гораздо более сложными углеводами, состоящими из множества молекул простых сахаров. Наиболее важные из них – гликоген и крахмал.

Как происходит переваривание сахаров

Переваривание пищи начинается во рту, переходит в желудок, а затем в тонкий кишечник. По пути, специфические ферменты необходимы для переработки различных типов сахаров, и они представляют собой вещества, которые действуют как катализатор для производства химических изменений. Ферменты лактазы, мальтазы и изомальтазы (сахаразы) необходимы, чтобы расщепить дисахариды; в случае сбоев или нарушений данного процесса может возникнуть непереносимость углеводов.

Виды непереносимости углеводов

Непереносимость углеводов может быть врожденной, первичной или вторичной.

1. Врожденное состояние вызывается ферментными дефектами при рождении. Так, аластазия является очень редким врожденным состоянием и результатом генетического дефекта, который вызывает полное отсутствие лактазы, фермента, необходимого для переваривания молочного сахара.
2. Первичная непереносимость бывает вызвана дефектом фермента в течение долгого времени. Наиболее распространенной болезнью в данном случае является непереносимость лактозы.
3. Вторичная непереносимость углеводов часто вызывается заболеванием или расстройством желудочно-кишечного тракта, и исчезает, когда основная причина излечивается. Вторичные состояния включают в себя дефицит белка, панкреатит, целиакию, синдром короткого кишечника и некоторые кишечные инфекции. Хроническая почечная недостаточность и некоторые лекарства также могут вызвать признаки вторичной непереносимости углеводов.

Причины непереносимости углеводов

Ферменты играют важную роль в расщеплении углеводов в формы, которые могут усваиваться и использоваться организмом. Так, крахмал расщепляется на дисахариды амилазой, ферментом слюны. Дисахариды мальтоза, сахароза и лактоза не могут быть поглощены, пока они не были разделены на простые молекулы сахара соответствующими ферментами, присутствующими в клетках желудочно-кишечного тракта . Если все эти процессы не завершены, пищеварение прерывается.

Хотя и не часто, дефицит в ферментах, необходимых для переваривания лактозы, мальтозы и сахарозы иногда присутствует при рождении. Количество кишечных ферментов лактазы обычно уменьшается естественным образом с возрастом, но и это происходит в разной степени.

Пищеварительные болезни, такие, как целиакия, кишечные инфекции и травмы, также могут уменьшить количество продуцируемых ферментов. В случае с онкологическими больными, лечение с помощью лучевой терапии или химиотерапии может повлиять на клетки в кишечнике, которые обычно секретируют лактазу, что приводит к непереносимости.

Симптомы непероносимости углеводов

Тяжесть симптомов зависит от степени дефицита фермента, и колеблется от легкого метеоризма до тяжелой диареи. В случае дефицита лактазы, неперевареный молочный сахар остается в кишечнике, где затем ферментируется нормальными кишечными бактериями. Это вызывает газообразование, вздутие живота и метеоризм. В случае с растущим ребенком, основными симптомами являются диарея и неспособность набрать вес. Лактазная недостаточность вызывает желудочно-кишечные расстройства, начинающиеся от тридцати минут до двух часов после употребления продуктов, содержащих лактозу.

Пищевая непереносимость может быть спутана с пищевой аллергией, так как симптомы тошноты, вздутия живота, метеоризма и диареи присутствуют и в первом случае, и во втором. Пищевая непереносимость, между тем, включает физические реакции на пищевой продукт или пищевую добавку, и не связаны с иммунной реакцией.

Нерасщепленные сахара приводят к водянистой диарее (осмотическая диарея). С поносом могут выводиться и другие питательные вещества из кишечника, прежде чем они могут быть поглощены.

Когда обратиться к врачу

Необходимо обратиться к гастроэнтерологу, если у вас имеются следующие симптомы:

• абдоминальная боль,

Подпишитесь на наш Ютуб-канал !

• рвота или диарея,
• постоянные или сильные боли в животе,
• необъяснимая потеря веса,
• ректальное кровотечение,
• кровь или слизь в стуле,
• лихорадка.

Диагностика заболевания

Врач может рекомендовать диету без лактозы в течение двух или трех недель, чтобы определить, является ли непереносимость лактозы источником симптомов. В этот период нужно избегать любых продуктов, содержащих лактозу.

Диагноз непереносимости углеводов или лактозы ставится при наличии симптомов, связанных с состоянием. Кроме того, гастроэнтеролог может подтвердить диагноз после опроса о физическом здоровье пациента, выполнения физической экспертизы и на основании результатов лабораторных тестов, чтобы исключить другие условия, которые схожи с углеводной непереносимостью.

При подозрении на непереносимость углеводов, диагноз может быть подтвержден с помощью оральных тестов на толерантность.

При непереносимости лактозы у младенцев и детей младшего возраста, педиатры рекомендуют просто заменить коровье молоко на соевые смеси. При необходимости, образец кала может быть исследован на кислотность. Неадекватное переваривание лактозы приводит к увеличению кислоты в отходах кишечника и к присутствию глюкозы.

Лечение углеводной непереносимости

Объем лечебных мероприятий зависит от конкретной формы заболевания. Для вторичной непереносимости углеводов обычно достаточно вылечить основное заболевание: например, избавиться от панкреатита, гастрита или энтероколита.

Сложнее дела обстоят при первичной непереносимости — то есть вызванной недостатком или отсутствием в организме определенного фермента. В этом случае все зависит от вида ферментопатии. Но в общем базовый принцип лечения один: прописывается диетотерапия и назначается лечебное питание.

При лактазной недостаточности у маленьких детей, находящихся на грудном вскармливании, им назначается прием искусственного фермента лактазы. «Искусственникам» назначается кормление безлактазными смесями из соевого белка. При галактоземии грудное вскармливание полностью прекращается. В дальнейшем ребенок переводится на строгую диету, при которой в продуктах полностью отсутствует галактоза.

Источниками углеводов для пациентов с указанными видами заболеваний служат продукты с фруктозой.

Важно! Альтернативные методы лечения, такие как гомеопатия, натуропатия, народная медицина, при непереносимости углеводов категорически противопоказаны. Например, все гомеопатические препараты изготавливаются на основе сахара, который при данной патологии противопоказан и может нанести вред.

Питательные проблемы

Так как имеются значительные различия в степени непереносимости, лечение должно быть адаптировано для каждого больного индивидуально. Молочных продуктов следует избегать пациентам с признаками непереносимости лактозы.

Молочные продукты являются важным источником кальция. Поэтому людям, которые уменьшают или строго ограничивают потребление этих продуктов, возможно, придется рассмотреть другие способы получения достаточного количества кальция. Прием добавок кальция или других продуктов с высоким содержанием этого элемента может быть необходим для удовлетворения рекомендованной суточной потребности. Кроме того, продукты с высоким содержанием витамина А , рибофлавина и витамина В 12 должны быть включены в ежедневный рацион, чтобы компенсировать питательные вещества, содержащиеся в коровьем молоке.

Предотвращение углеводной непереносимости

Так как причины дефицита фермента, ведущего к непереносимости углеводов, неизвестны, то нет никакого способа, чтобы предотвратить это состояние.

Отказ от ответственности: Информация, представленная в этой статье про непереносимость углеводов, предназначена только для информирования читателя. Она не может быть заменой для консультации профессиональным медицинским работником.

На процесс всасывания углеводов в кровь человека влияет ряд факторов, и это не только процесс расщепления.

• Простые углеводы имеют простейшую структуру молекулы, а поэтому легко усваиваются в организме. Результатом этого процесса является быстрое увеличение уровня сахара в составе крови.
• Молекулярная структура сложных углеводов несколько иная. Для их усвоения необходимо предварительное расщепление до простых сахаров.

Для больного диабетом опасно не просто увеличение уровня сахара, а его быстрое повышение. При такой ситуации происходит стремительное всасывание углеводов в желудочно-кишечном тракте в кровь, которая так же быстро насыщается глюкозой. Все это приводит к появлению .

Факторы, которые влияют на всасывание углеводов

Назовем все те факторы, от которых напрямую зависит скорость, с которой всасываются углеводы.

1. Структура углеводов – сложная или простая.
2. Консистенция принимаемой пищи – еда с большим содержанием клетчатки способствует более медленному всасыванию углеводов.
3. Температурный режим пищи – охлажденная еда значительно снижает процесс всасывания.
4. Наличие в составе пищи жиров – продукты с большим содержанием жира ведут к медленному всасыванию углеводов.
5. Специальные препараты , которые замедляют процесс всасывания – например, Глюкобай.

Продукты с содержанием углеводов

Исходя из скорости всасывания, все продукты с содержанием углеводов можно условно разделить такие группы:

• Имеющие в составе «мгновенный» сахар. В результате их употребления концентрация сахара в крови повышается моментально, то есть сразу же после приема пищи или вовремя него. «Моментальный» сахар есть в составе , глюкозы, сахарозы и мальтозы.
• Имеющие в своем составе сахар «быстрый». При употреблении таких продуктов сахар в крови начинает повышаться примерно через 15 минут после приема пищи. Эти продукты перерабатываются в желудочно-кишечном тракте в течение одного-двух часов. «Быстрый» сахар содержится в составе сахарозы и фруктозы, которые дополняются пролонгаторами процесса всасывания (сюда можно отнести ).
• Имеющие в своем составе сахар «медленный». Концентрация сахара в крови начинает медленно повышаться примерно через 30 минут после еды. Продукты перерабатываются в желудочно-кишечном тракте в течение двух и более часов. «Медленный» сахар – это крахмал, лактоза, сахароза, фруктоза, которые сочетаются с сильным пролонгатором всасывания.

Приведем примеры для пояснения вышесказанного:

1. Всасывание чистой глюкозы, например, принятой в виде таблеток, происходит мгновенной. С подобной скоростью происходит всасывание фруктозы, содержащейся во фруктовом соке, а также мальтозы из кваса или пива. В этих напитках полностью отсутствует клетчатка, которая могла бы замедлить процесс всасывания.
2. Во фруктах же клетчатка присутствует, а поэтому мгновенное всасывание уже невозможно. Углеводы всасываются быстро, однако, не моментально, как в случае с соками, полученными из фруктов.
3. Пища, приготовленная из муки, содержит в себе не только клетчатку, но и крахмал. Поэтому здесь процесс всасывания существенно замедленный.