формулы соединений образующихся как при обмене углеводов так и при обмене жиров
XII. Взаимосвязь обменов углеводов, белков и жиров
Обмен веществ в организме характеризуется тесной взаимосвязью между углеводами, белками и жирами. В организме белки, жиры и углеводы пищи в результате различных превращений теряют свои специфические свойства и часто образуют химические вещества одинаковой структуры. Углеводы, белки и жиры в пищеварительном тракте расщепляются до мономеров, которыми являются: моносахариды, аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. В клетках организма происходит их дальнейший распад с образованием ряда конечных продуктов, в том числе CH3CO
SKoA. Последний образуется при окислении глюкозы, распаде жирных кислот, дезаминировании аминокислот. С другой стороны, ацетил-Ко А независимо от пути его образования участвует в синтезе определенных для каждого организма веществ: жирных кислот, углеводов, холестерина, желчных кислот, некоторых гормонов, витамина D. Он также служит одним из основных поставщиков энергии, главным «горючим» организма, так как при окислении его в цикле Кребса выделяется большое количество энергии, которая в виде АТФ обеспечивает жизнедеятельность всех клеток нашего тела. Поэтому, например, при недостатке в пище жиров, дефицит СН3СО
SKoA будет покрываться за счет повышенного распада углеводов и белков.
Взаимосвязь обмена углеводов и жиров
Первым ярким доказательством возможности превращения жиров в углеводы были наблюдения над зимнеспящими животными, у которых на зиму почти полностью исчезали жировые запасы, а содержание гликогена в мышцах практически не снижалось. Окончательно этот вопрос был решен с применением меченых атомов. Уксусную кислоту, являющуюся общим продуктом обмена жиров и углеводов, метили по углероду и скармливали животным. Радиоактивность была обнаружена как в углеводах, так и жирах. Это позволило высказать предположение, что в организме в зависимости от потребности клеток жиры могут превратиться в углеводы (схема).
Взаимоотношение между распадом жирных кислот и углеводов
Взаимосвязь обмена углеводов и белков
При распаде белков в организме появляются аминокислоты, часть из которых может превратиться в углеводы. При дезаминировании аланина, аспарагиновой, глютаминовой кислот, серина, орнитина и т. д. образуются вещества, которые прямо или косвенно принимают участие в образовании углеводов. Этот процесс называется глюконеогенезом, регулируется глюкокортикоидами, гормонами коры надпочечников, является своеобразным компенсаторным механизмом снабжения организма энергией при недостатке углеводов. Это имеет место, например, при сахарном диабете, когда снижается процесс использования глюкозы клетками, испытывающими дефицит энергии.
Распад углеводов приводит к образованию пировиноградной кислоты, которая путем восстановительного (!) аминирования или переаминирования дает начало аланину, аспарагиновой и глютаминовой аминокислотам.
Взаимосвязь обмена белков и жиров
О взаимосвязи этих видов обмена известно мало. Возможно, что превращение аминокислот в жирные кислоты происходит через образование вначале углеводов, хотя некоторые аминокислоты (лейцин, фенилаланин, тирозин), дающие в качестве промежуточных продуктов ацетоуксусную кислоту, могут сразу превращаться в жирные кислоты. По-видимому, процесс синтеза аминокислот из жиров протекает ограниченно и относится к некоторым заменимым аминокислотам.
Связь между обменом углеводов и липидов
С вопросом о возможности превращения липидов в углеводы дело обстоит сложнее. Если в отношении глицерина такое превращение хорошо известно (фосфорилирование глицерина и окисление глицерофосфата в фосфоглицериновый альдегид – промежуточный метаболит гликолиза), то механизм превращения жирных кислот в углеводы в организме человека в настоящее время дискутируется. В пользу признания возможности синтеза углеводов из липидов говорит тот факт, что во время спячки животных наблюдается резкое снижение дыхательного коэффициента (до 0,5). Такое падение дыхательного коэффициента объясняется превращением липидов в углеводы, которое сопровождается поглощением кислорода, так как углеводы содержат больше кислорода, чем липиды.
Помимо прямых переходов метаболитов этих классов веществ друг в друга, существует тесная энергетическая связь, когда энергетические потребности могут обеспечиваться окислением какого-либо одного класса органических веществ при недостаточном поступлении с пищей других.
Существуют регуляторные механизмы, обеспечивающие как взаимопревращения белков, липидов и углеводов, так и интеграцию энергии. Движущей силой, вероятнее всего, является энергетическое состояние клетки, в частности, отношение АМФ/АТФ. Оно влияет на активность ключевых ферментов гликолиза, ЦТК, синтеза жирных кислот и т.д.
Скорость распада одних питательных веществ и биосинтеза других определяется физиологическим состоянием и потребностями организма в энергии и метаболитах. Таким образом, обмен веществ имеет ряд реакций, чаще обратимых, которые связывают между собой обмен белков, липидов и углеводов в единый процесс (рис. 18).
Рис. 18. Взаимосвязь обмена белков, жиров и углеводов
Благодаря обмену веществ клетки в организме функционируют с наименьшей затратой энергии и веществ. Это осуществляется в результате сбалансированной работы регуляторных систем внутриклеточного метаболизма, таких как внутриклеточная, гормональная и нервная регуляция.
Взаимосвязь обмена углеводов и жиров
Конечными продуктами обмена веществ являются СО2, Н2О и мочевина. Углекислый газ, образующийся при декарбоксилировании углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот поступает в общий фонд его в организме и затем используется для синтеза жирных кислот, пуриновых оснований, некоторых аминокислот.
Большое значение имеют промежуточные продукты различных веществ, например, ацетил КоА. Он образуется в ходе окисления глюкозы, жирных кислот, некоторых аминокислот. Он необходим для данного организма жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов желчных кислот и служит основным источником энергии. Поэтому при недостатке в пище жиров дефицит ацетила КоА будет покрываться за счет повышенного распада углеводов и белков и наоборот.
Наряду с этими связями существуют и более специфические механизмы взаимодействий.
Изучение общих путей метаболизма углеводов и жиров четко показывает их связь, когда промежуточные продукты распада углеводов могут стать исходными веществами для синтеза жиров и наоборот.
Глюкоза глицерин жирные
Холестерин Ацетоновые тела
Так, трифосфоглицериновый альдегид и ацетил КоА, образующийся при распаде углеводов, может стать источником синтеза глицерина и жирных кислот, которые в свою очередь образуют жиры (ожирение при избытке углеводов, откармливание с\х животных избытком углеводов). Ацетил КоА участвует также в цикле Кребса, в образовании холестерина, ацетоновых тел.
Эта схема иллюстрирует и обратную возможность превращения жиров в углеводы.
Глицерин через трифосфоглицериновый альдегид может включиться в синтез гликогена, а ацетил КоА, как продукт β-окисления жирных кислот, через ряд превращений приводит к образованию ПВК.
Формулы соединений образующихся как при обмене углеводов так и при обмене жиров
3. Обмен углеводов и жиров
Обмен углеводов
В течение жизни человек съедает около 10 т углеводов. Углеводы поступают в организм главным образом в виде крахмала. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками. Особенно богата углеводами растительная пища: хлеб, крупы, овощи, фрукты. Продукты животного происхождения (за исключением молока) содержат мало углеводов.
Если содержание глюкозы в крови увеличивается до 0,17%, то она начинает выводиться из организма с мочой.
Обычно при употреблении большого количества углеводов в моче появляется сахар, и этим самым выравнивается содержание сахара в крови.
Однако в крови может быть и стойкое повышение содержания сахара, которое не выравнивается. Это происходит при нарушении функции желез внутренней секреции (например, поджелудочной железы), что приводит к развитию заболевания сахарного диабета. При этом заболевании утрачивается способность связывать сахар в гликоген и начинается усиленное выделение сахара с мочой.
Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Глюкоза входит в состав цитоплазмы и, следовательно, необходима при образовании новых клеток, особенно в период роста.
Углеводы имеют важное значение и в обмене веществ центральной нервной системы. При резком снижении количества сахара в крови отмечаются расстройства деятельности нервной системы. Наступают судороги, бред, потеря сознания, изменение деятельности сердца. Если такому человеку ввести в кровь глюкозу или дать съесть обычный сахар, то через некоторое время эти тяжелые симптомы исчезают.
Полностью сахар из крови не исчезает даже при отсутствии его в пище, так как в организме углеводы могут образовываться из белков и жиров.
Обмен жиров
Общее количество жира в организме человека колеблется в широких пределах и составляет в среднем 10-12% массы тела, а в случаях ожирения может достигать 50% массы тела. Количество запасного жира зависит от характера питания, количества потребляемой пищи, пола, возраста и т. п.
Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в основном в лимфу и лишь частично в кровь.
Жирные кислоты в процессе всасывания омыляются, т. е. вместе со щелочами и желчными кислотами образуют растворимые комплексы, проходящие через слизистую оболочку кишки. Уже в клетках кишечного эпителия синтезируется жир, свойственный данному организму.
Через лимфатическую и кровеносную систему жиры поступают главным образом в жировую ткань, которая имеет для организма значение депо жира. Много жира в подкожной клетчатке, вокруг некоторых внутренних органов (например, почек), а также в печени и мышцах.
Жир используется организмом как богатый источник энергии. При распаде 1 г жира в организме освобождается энергии в два с лишним раза больше, чем при распаде такого же количества белков или углеводов. Жиры входят и в состав клеток (цитоплазма, ядро, клеточные мембраны), где их количество устойчиво и постоянно. Скопления жира могут выполнять и другие функции. Например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный жир предохраняет почку от ушибов и т. д.
Недостаток жиров в пище нарушает деятельность центральной нервной системы и органов размножения, снижает выносливость к различным заболеваниям.
Жиры синтезируются в организме не только из глицерина и жирных кислот, но и из продуктов обмена белков и углеводов.
На этом основана практика откорма сельскохозяйственных животных на сало.
Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму (линолевая, линоленовая и арахидоновая), должны поступать в организм в готовом виде, так как не способны им синтезироваться. Непредельные жирные кислоты содержатся в растительных маслах (больше всего их в льняном и конопляном масле). Много линолевой кислоты и в подсолнечном масле. Этим объясняется высокая питательная ценность маргарина, в котором содержится значительное количество растительных жиров.
С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (витамины A, D, Е и др.), имеющие для человека жизненно важное значение.
На 1 кг массы взрослого человека в сутки должно поступать с пищей 1,25 г жиров (60-80 г в сутки).
Взаимосвязь обменов жиров и углеводов.
Обмен углеводов и липидов тесно взаимосвязан как в физиологических условиях, так и при патологии. Эта взаимосвязь возможна благодаря наличию общих метаболитов в обмене углеводов и липидов.
Углеводы могут использоваться для синтеза различных классов липидов.
Некоторые возможные пути перехода углеводов в липиды:
· Глюкоза→ацетил-КоА→жирные кислоты, холестерин→липиды
· Глюкоза→ ацетил-КоА→ холестерин→ стероиды
· Глюкоза→НАДФН2(пентозофосфатный путь)→синтез жирных кислот, синтез сфингозина, синтез холестерина.
У детей углеводы очень активно используются для синтеза липидов.
Схема взаимодействия углеводного и липидного обмена.
Инсулин- гипогликемическое действие (снижает содержание глюкозы в крови). Механизм действия инсулина сложен и многообразен усиливается использование глюкозы в тканях для синтеза гликогена, синтеза жиров, синтеза некоторых аминокислот.
Глюкагон- гипергликемическое действие. Активирует липолиз
Адреналин — облад.гипергликемическим эффектом путём активации распада гликогена в печени.активирует липолиз
Ожирением называется хроническая патология обмена веществ, проявляющееся избыточным развитием жировой ткани, развивающееся при длительном нарушении энергетического баланса, когда поступление энергии с пищей превышает энергетические затраты организма.Общее ожирение обусловлено усилением синтеза и торможением мобилизации жира из жировых депо. Синтез жира в жировых депо резко увеличивается при избыточном поступлении в организм жира и углеводов, чему способствуют повышение аппетита и переедание. Синтез жира требует достаточно большого количества инсулина, который тормозит активность липазы жировых клеток
. Мобилизация жира из жировых депо происходит при дефиците углеводов как важнейшего энергетического субстрата (сахарный диабет, углеводное голодание), что ведет к усиленному образованию контринсулярных гормонов и превалированию их эффектов. Катехоламины, соматотропин, кортикотропин, глюкортикоиды, воздействуя на мембраны клеток жировых депо, активируют аденилциклазу, которая обеспечивает образование ЦАМФ. Последняя активирует гормончувствительную липазу, обеспечивающую расщепление триглицеридов. Жирные кислоты и глицерин поступают в кровь. 7
Ацетоновые тела
Распад липидов ведёт к образованию веществ, называемых ацетоновыми телами. К ацетоновым телам относятся:
В патологических условиях при высокой концентрации ацетоновых тел развивается кетоацидоз. Основными причинами кетоацидоза являются длительное углеводное голодание и сахарный диабет.
накопление в моче кетонов (кетонурия) и крови