Обмен углеводов в организме животного

Содержание

Введение

Биологическая роль углеводов

Действие ферментов пищеварительного тракта на углеводы

Гидролиз целлюлозы (клетчатки)

Всасывание продуктов распада углеводов

Анаэробное расщепление углеводов

Гликолиз:

А) Баланс гликолиза

Б) Суммарная реакция гликолиза

Пентозофосфатный (апотомический) путь окисления углеводов

Биосинтез углеводов

Патология углеводного обмена

Список использованной литературы

Введение

Углеводы, класс органических веществ, которые характеризуются тем, что при одной альдегидной или кетонной группе имеют несколько спиртовых групп (альдегидополиспирты или кетополиспирты)

Биологическая роль углеводов

В организме человека и животных углеводы выполняют следующие функции:

1. Являются легкоусвояемыми энергетическими веществами: глюкоза, фруктоза, галактоза, которые расщепляясь быстро выделяют энергию.

2. Углеводы – основное кормовое средство для животных. Составляют 60-70% рациона.

3. Углеводы являются резервными энергетическими веществами: гликоген у животных, крахмал у растений.

4. Углеводы выполняют структурообразующую функцию – из клетчатки построен скелет растений. В организме человека и животного структурную функцию выполняют гетерополисахариды: гликопротеиды, гликолипиды; они участвуют в образовании клеточных оболочек – мембран, а мукополисахриды покрывают клетки пищеварительного тракта, защищая от инфекции, то есть выполняют защитные функции.

Благодаря углеводам живые организмы косвенно усваивают энергию солнечного света. Ежегодно в мире синтезируется 1011
тонн углеводов.

Обмен липидов включает следующие процессы: гидролиз сложных углеводов в пищеварительном тракте, всасывание моносахаридов в кишечнике и транспорт их к тканям; расщепление и синтез сахаров в клетках тканей; выведение конечных продуктов (метаболитов) из организма.

Катаболизм углеводов обеспечивает организм энергией и углеводородными компонентами, необходимыми дл построения других органических веществ. При анаболизме (биосинтезе) образуются резервные углеводы (гликоген) и легкоусвояемые углеводы (глюкоза), а также гетерополисахариды, выполняющие структурные, защитные и другие функции в организме животных. Кроме того, промежуточные продукты обмена углеводов (s-фосфоглицериновая, кифовиноградная, уксусная кислоты и др.) являются необходимыми компонентами в биосинтезе липидов, белков и т.д., поэтому углеводный обмен является одним из важнейших связующих звеньев метаболизма других веществ в организме.

Действие ферментов пищеварительного тракта на углеводы

В ротовой полости распад крахмала катализируют содержащиеся в слюне ферменты α-амилаза и мальтоза. Они гидролизуют α- гликозидные связи 1-4.

1 4

О

Под действием одних молекул крахмал может распадаться до молекул мальтозы и глюкозы. Но поскольку пища в ротовой полости находится непродолжительное время, то гидролиз крахмала под действием амилазы слюны незначительный. И кроме того, в отличие от человека у животных эти ферменты малоактивны, у свиней в 100 раз, а у крс – в 1000 раз активность их ниже чему человека. У крс слюна выполняет в основном роль увлажнителя корма, происходит образование кома. Ферменты амилаза и мальтаза действуют почти в нейтральной среде рН = 6,8 – 7,0, активируют с NaCL. Поэтому когда пищевой ком из ротовой полости поступает в желудок, то там расщепление крахмала продолжается под действием амилазы слюны до тех пор, пока позволяет рН, затем начинается протеолиз. Таким образом, переваривание в желудке идет короткое время.

Дальнейшее переваривание крахмала и других сахаров идет в тонком отделе кишечника, в 12 – перстной кишке, под действием амилазы и мальтозы поджелудочной железы, которые расщепляют α 1- 4-гликозидные связи в крахмале. Связи 1 – 6 разрывает фермент декстриназа. В тонком отделе кишечника эти ферменты действуют при рН = 7.8 и расщепляют крахмал до дисахаров мальтоз. Затем мальтоза гидролизуется мальтазой до двух молекул α,d – глюкозы и фруктозы; лактаза, расщепляющая лактозу до глюкозы и галактозы. Все ферменты переваривания углеводов относятся к классу гидролаз, то есть расщепляют гликозидные связи с присоединение молекул воды.

Гидролиз целлюлозы (клетчатки)

У травоядных (полигастричных) животных протекает под действием ферментов, синтезируемых микроорганизмами. У жвачных эти процессы происходят в рубце, у лошадей - в слепой кишке, у других животных – в толстом отделе кишечника.

Так, клетчатка распадается под действием целлюлоз до дисахаридов и целлобиоз, затем целлобиозы под действием целлобиазы гидролизуются до двух молекул β-d- глюкозы. Эти ферменты целлюлоза и целлобиаза расщепляют β- 1-4- гликозидные связи:

1 4

О

Затем β-d- глюкоза в рубце подвергается брожению под действием соответствующих ферментов, выделяемых с образованием летучих жирных кислот (ЛЖК): пировиноградной, уксусной, молочной, масляной, пропионовой, а также газов СО2
, СН4
.

ЛЖК являются энергетическим материалом, за счет их у крс удовлетворяется потребность в энергии более, чем на 40%. Они всасываются в кровь в преджелудках и других отделах пищеварительного тракта и вступают в обменные процессы.

При поедании животными кормов, хорошо подвергающихся бродильным процессам, в рубце может наблюдаться острая тимпания (вздутие, вследствие образования большого количества метана и СО2
в желудке), животное может погибнуть от удушья. Чтобы это предотвратить, надо добавлять к корму крахмал и сахар, то есть картофель и свеклу. При этом бактериальное разложение клетчатки ухудшается, так как микробы начинают усваивать более доступный материал.

Всасывание продуктов распада углеводов

Моносахариды всасываются в кровь слизистыми оболочками тонких кишок и частично в желудке. Процесс всасывания сложен и недостаточно изучен. Всосавшись в кровь, моносахариды с током крови по воротной вене доставляются в печень, где глюкоза фосфорилируется, а ее избыток идет на биосинтез гликогена, который откладывается в гепатоцитах.

Часть глюкозы, потупившей в печень или «мобилизованной» из нее путем распада гликогена, направляется в большой круг кровообращения и разносится во все ткани.

Благодаря резервированию избытка глюкозы в гликоген, а также при необходимости «мобилизации» ее из гликогена уровень сахара в крови поддерживается в определенных пределах: у свиней – 80-100 мг%, крс – 40-60мг%, у лошадей – 80-120мг%. Эти процессы регулируются гормонами, вырабатываемыми железами внутренней секреции.

Так, гормоны надпочечников – адреналин и норадреналин повышают уровень сахара в крови. Это явление называется гипергликемия. Гормон поджелудочной железы инсулин, наоборот, понижает уровень сахара в крови. Развивается гипогликемия. Инсулин стимулирует синтез гликогена из глюкозы. Выведение сахара с мочой называется гликозурия.

Расщепление углеводов в тканях происходит аэробным (с доступом кислорода) и анаэробным (без доступа кислорода) путями.

Анаэробное расщепление углеводов

Его называют гликолиз и гликогенолиз. Гликогенолиз – это когда расщепление начинается с гликогена, а гликолиз – когда с глюкозы. Происходит в цитоплазме. Гликогенолиз начинается с фосфоролиза гликогена. Фосфоролиз – это реакция расщепления вещества с присоединением элементов фосфорной кислоты.

ОН

n глюкоза(гликоген) + Н3
РО4
ФОСФОРИЛАЗА
(n-1) глюкоза + Н – С – О – Р = О

Н – С – ОН Н – С – ОН ОН

Н –С – ОН НО – С – Н О

НО – С – Н О Н – С – ОН фосфоглюкомутаза

Н – С – ОН Н – С

Н – С НО ОН СН2
ОН

СН2
– О – Р =О Глюкозо – 1 – фосфат

Глюкозо – 6 – фосфат

Гликолиз

Н – С – ОН Н – С – ОН

Н – С – ОН Н – С – ОН

НО – С – Н О + АТФ НО – С – Н О

Н – С – ОН фосфогексакиназа Н – С – ОН

Н – С Н – С НО ОН

СН2
ОН СН2
– О – Р = О

α,d – глюкоза глюкозо – 6 – фосфат

С образованием глюкозо – 6 – фосфата пути гликолиза и гликогенолиза совпадают. Глюкозо – 6 – фосфат занимает ключевое место в обмене углеводов. Он вступает в следующие метаболические пути:

глюкозо – 6 – фосфат

глюкоза + Н3
РО4
фруктозо – 6 – фосфат
пентозный путь распада

(поступает в кровь и др. ткани) углеводов

дальнейшие этапы гликолиза и гликогенолиза

Далее глюкозо – 6 фосфат под действием фермента фосфофруктоизомеразы превращается во фруктозо – 6 – фосфат.

Н – С – ОН СН2
ОН

Н –С – ОН С – ОН

НО – С – Н О фосфофруктоизомераза НО – С – Н

Н – С – ОН Н – С – ОН О

Н – С НО ОН Н – С НО ОН

СН2
– О – Р = О СН2
– О – Р = О

Глюкозо – 6 фосфат фруктозо – 6- фосфат

Затем под действием фермента фосфофруктокиназы фруктозо – 6 – фосфат вступает в реакцию трансфосфорилирования с АТФ с образованием фруктозо – 1,6 – дифосфата.

СН2
ОН СН2
– О – Р = О

С – ОН С – ОН НО ОН

НО – С – Н + АТФ НО – С – Н

Н – С – ОН О фосфофруктокиназа Н – С – ОН О

Н – С НО ОН Н – С НО ОН

СН2
– О – Р = О СН2
– О – Р = О

Фруктозо – 1,6 - дифосфат

Фосфофруктокиназа – аллостерический (регулирующий) фермент, то есть он регулирует скорость образования фруктозо – 1,6 – дифосфата и всех последующих реакций гликолиза. Активирует его АМФ и АДФ, синтезирует АТФ. При онкологических заболеваниях фосфофруктокиназа не ингибируется , идет непрерывный распад сахара.

Далее фруктозо – 1,6 – дифосфат под действием фермента альдозы (класс лиаз) расщепляется на две фосфотриозы: фосфодиоксиацетон и 3- фосфоглицериновый альдегид.

ОН НО

СН2
– О – Р = О СН2
– О – Р = О

С – ОН НО С = О ОН

НО – С – Н СН2
ОН

Н – С – ОН О альдолаза фосфодиоксиацетон изомераза

Н – С НО ОН Н – С = О

СН2
– О – Р = О Н – С – ОН НО

Фруктозо – 1,6 – дифосфат СН2
– О – Р = О

ОН

3 – фосфоглицериновый альдегид

В дальнейшем происходит распад 3 – фосфоглицеринового альдегида, а фосфодиоксиацетон будет переходить в него под действием изомеразы. В конечном итоге из фруктозо – 1,6 – дифосфата будет образовываться 2 молекулы 3- фосфоглицеринового альдегида. С образованием двух триоз заканчивается 1 этап гликолиза. 2 этап – окисление 3- фосфоглицеринового альдегида до конечного продукта – молочной кислоты.

Окисление 3- фосфоглицеринового альдегида идет под действием дегидрогеназы 3- фосфоглицеринового альдегида, содержащей сульфгидрильную группы (НS-
) за счет остатка цистеина, входящего в активный центр этого фермента. Коферментом является НАД.

НО ОН 2АТФ

Н – С = О 2НАДН2
О = С – О ~ Р = О + 2 АДФ

2 Н – С – ОН НО + 2НАД +2 Н3
РО4
2 Н – С – ОН НО фосфокиназа

СН2
– О – Р = О дегидрогеназа СН2
– О – Р = О

ОН НО

3 – фосфоглицериновый альдегид 1,3 – дифосфоглицериновая кислота

НО – С = О

2 Н – С – ОН НО

СН2
– О – Р = О

ОН

При этом энергия анаэробного окисления 3- фосфоглицеринового альдегида не рассеивается в виде тепла, а утилизируется в макроэргических фосфорных связях 1,3 – дифосфоглицериновой кислоты. Затем, этот остаток фосфорной кислоты с макроэргической связью переносятся на АДФ , в результате чего образуется АТФ. Затем под действием фосфоглицеромутазы фосфорная группа перемещается от третьего углеродного атома ко второму.

НО – С = О НО – С = О НО

2 Н – С – ОН НО фосфоглицеромутаза Mg+2
2 Н – С – О – Р = О

СН2
– О – Р = О СН2
ОН НО

ОН 2 – фосфоглицериновая кислота

3 – фосфоглицериновая кислота

Дегидратация 2 – фосфоглицериновой кислоты:

НО – С = О НО - Н2
О НО – С = О НО

2 Н – С – О – Р = О ЕНОЛГИДРАЗА
Mg,
Mn
2 С – О ~ Р = О

СН2
ОН ОН СН2
ОН

2 – фосфоглицериновая к-та 2 – фосфоенолпируват