Одним из интегральных показателей внутренней среды, отражающим обмен в организме углеводов, белков и жиров, является концентрация в крови глюкозы. Она является не только источником энергии для синтеза жиров и белков, но и субстратом для их синтеза. В печени происходит новообразование углеводов из жирных кислот и аминокислот.
Нормальное функционирование клеток нервной системы, поперечнополосатых и гладких мышц, для которых глюкоза является важнейшим энергосубстратом, возможно при условии, что приток к ним глюкозы обеспечит их энергетические потребности. Это достигается при содержании в литре крови у человека в среднем 1 г (0,8—1,2 г) глюкозы (рис. 12.2). Из схемы на этом рисунке следует, что при нормальном уровне содержания глюкозы в крови происходит образование гликогена в печени и мышцах, синтез жиров, ее потребление клетками мозга, мышцами и другими тканями. В условиях гипергликемии избыточное количество глюкозы удаляется из крови через почки, увеличивается синтез гликогена. При гипогликемии усиливается гликогенолиз под влиянием адреналина и глюкагона.
Сдвиги в концентрации глюкозы в крови от «заданного» (константного) значения воспринимаются глюкорецепторами гипоталамуса, который реализует свои регулирующие влияния на клетки через симпатический и парасимпатические отделы вегетативной нервной системы. Эти влияния обусловливают срочное повышение или снижение выработки инсулина, глюкагона и адреналина эндокринным аппаратом поджелудочной железы и надпочечников. Более медленный эффект гипоталамических влияний осуществляется через гормоны гипофиза. Для поддержания константного уровня концентрации глюкозы существует и более короткая петля обратной связи — влияние глюкозы, циркулирующей в крови, непосредственно на бета-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы, вырабатывающих гормон инсулин.
При снижении содержания глюкозы в литре крови до уровня менее 0,5 г, вызванном голоданием, передозировкой инсулина, имеет место недостаточность снабжения энергией клеток мозга. Нарушение их функций проявляется учащением сердцебиения, слабостью и тремором мышц, головокружением, усилением потоотделения, ощущением голода. При дальнейшем снижении концентрации глюкозы в крови указанное состояние, именуемое гипогликемией, может перейти в гипогликемическую кому, характеризующуюся угнетением функций мозга вплоть до потери сознания. Введение в кровь глюкозы, прием сахарозы, инъекция глюкагона предупреждают или ослабляют эти проявления гипогликемии. Кратковременное повышение уровня глюкозы в крови (гипергликемия) не представляет угрозы для здоровья человека.
В крови организма человека обычно содержится около 5 г глюкозы. При среднесуточном потреблении с пищей взрослым человеком, занимающимся физическим трудом, 430 г углеводов в условиях относительного покоя, тканями ежеминутно потребляется около 0,3 г глюкозы. При этом запасов глюкозы в циркулирующей крови достаточно для питания тканей на 3—5 мин и без ее восполнения неминуема гипогликемия. Потребление глюкозы возрастает при физической и психоэмоциональной нагрузках. Так как периодический (несколько раз в день) прием углеводов с пищей не обеспечивает постоянного и равномерного притока глюкозы из кишечника в кровь, в организме существуют механизмы, восполняющие убыль глюкозы из крови в количествах, эквивалентных ее потреблению тканями. При достаточном уровне концентрации глюкозы в крови она частично превращается в запасаемую форму — гликоген. При уровне более 1,8 г в литре крови происходит выведение ее из организма с мочой.
Избыток глюкозы, поступившей из кишечника в кровь воротной вены, поглощается гепатоцитами. При повышении в них концентрации глюкозы активируются ферменты углеводного обмена печени, превращающие глюкозу в гликоген. В ответ на повышение уровня сахара в крови, протекающей через поджелудочную железу, возрастает секреторная активность бета-клеток островков Лангерганса. В кровь выделяется большее количество инсулина — единственного гормона, обладающего резким понижающим концентрацию сахара в крови действием. Под влиянием инсулина повышается проницаемость для глюкозы плазматических мембран клеток мышечной и жировой тканей. Инсулин активирует в печени и мышцах процессы превращения глюкозы в гликоген, улучшает ее поглощение и усвоение скелетными, гладкими и сердечной мышцами. Под влиянием инсулина в клетках жировой ткани из глюкозы синтезируются жиры. Одновременно выделяющийся в больших количествах инсулин тормозит распад гликогена печени и глюконеогенез.
Содержание глюкозы в крови оценивается глюкорецепторами переднего гипоталамуса, а также его полисенсорными нейронами. В ответ на повышение уровня глюкозы в крови выше «заданного значения» (>1,2 г/л) возрастает активность нейронов гипоталамуса, которые посредством влияния парасимпатической нервной системы на поджелудочную железу усиливают секрецию инсулина.
При понижении уровня глюкозы в крови уменьшается ее поглощение гепатоцитами. В поджелудочной железе снижается секреторная активность бета-клеток, уменьшается секреция инсулина. Тормозятся процессы превращения глюкозы в гликоген в печени и мышцах, уменьшается поглощение и усвоение глюкозы скелетными и гладкими мышцами, жировыми клетками. При участии этих механизмов замедляется или предотвращается дальнейшее понижение уровня глюкозы в крови, которое могло бы привести к развитию гипогликемии.
При уменьшении концентрации глюкозы в крови имеет место повышение тонуса симпатической нервной системы. Под ее влиянием усиливается секреция в мозговом веществе надпочечников адреналина и норадреналина. Адреналин, стимулируя распад гликогена в печени и мышцах, вызывает повышение концентрации сахара в крови. Норадреналин обладает слабовыраженной способностью повышать уровень глюкозы в крови.
Под влиянием симпатической нервной системы стимулируется выработка альфа-клетками поджелудочной железы глюкагона, который активирует распад гликогена печени, стимулирует глюконеогенез и приводит к повышению уровня глюкозы в крови.
Понижение в крови концентрации глюкозы, являющейся для организма одним из наиболее важных энергетических субстратов, вызывает развитие стресса. В ответ на снижение уровня сахара крови глюкорецепторные нейроны гипоталамуса через рилизинг-гормоны стимулируют секрецию гипофизом в кровь гормона роста и адренокортикотропного гормона.
Под влиянием гормона роста уменьшается проницаемость клеточных мембран для глюкозы, усиливается глюконеогенез, активируется секреция глюкагона, в результате чего уровень сахара в крови увеличивается.
Секретируемые под действием адренокортикотропного гормона в коре надпочечников глюкокортикоиды активируют ферменты глюконеогенеза и этим способствуют увеличению содержания сахара в крови.
Регуляция обмена веществ и энергии в организме находится под контролем нервной системы и ее высших отделов. Об этом свидетельствуют факты условно-рефлекторного изменения интенсивности метаболизма у спортсменов в предстартовом состоянии, у рабочих перед началом выполнения тяжелой физической работы, у водолазов перед их погружением в воду. В этих случаях увеличивается скорость потребления организмом кислорода, возрастает минутный объем дыхания, минутный объем кровотока, усиливается энергообмен.
Развивающееся при снижении в крови содержания глюкозы, свободных жирных кислот, аминокислот чувство голода обусловливает поведенческую реакцию, направленную на поиск и прием пищи и восполнение в организме питательных веществ.
источник
Поддержание оптимальной концентрации глюкозы в крови — результат действия множества факторов, сочетание слаженной работы многих систем организма. Ведущая роль в поддержании динамического равновесия между процессами образования и утилизации глюкозы принадлежит гормональной регуляции.
В среднем уровень глюкозы в крови здорового человека, в зависимости от давности употребления пищи, колеблется от 2,7 до 8,3 (норма натощак 3,3 — 5,5) ммоль/л, однако сразу после приёма пищи концентрация резко возрастает на короткое время.
Две группы гормонов противоположно влияют на концентрацию глюкозы в крови:
единственный гипогликемический гормон — инсулин
и гипергликемические гормоны (такие как глюкагон, гормон роста и гормоны надпочечников), которые повышают содержание глюкозы в крови
Когда уровень глюкозы снижается ниже нормального физиологического значения, секреция инсулина бета-клетками снижается, но в норме никогда не прекращается. Если же уровень глюкозы падает до опасного уровня, высвобождаются так называемые контринсулиновые (гипергликемические) гормоны (наиболее известны глюкокортикоиды и глюкагон — продукт секреции альфа-клеток панкреатических островков), которые вызывают высвобождение глюкозы в кровь. Адреналин и другие гормоны стресса сильно подавляют выделение инсулина в кровь.
Точность и эффективность работы этого сложного механизма является непременным условием нормальной работы всего организма, здоровья. Длительное повышенное содержание глюкозы в крови (гипергликемия) является главным симптомом и патогенетической сущностью сахарного диабета. Гипогликемия — понижение содержания глюкозы в крови — часто имеет ещё более серьёзные последствия. Так, экстремальное падение уровня глюкозы может быть чревато развитием гипогликемической комы и смертью.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8584 — 
| 7404 — 
или читать все.
85.95.189.26 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
источник
Нормальный уровень глюкозы в крови составляет 3,5 – 5,55 ммоль.
Гипогликемия– это снижение уровня глюкозы в крови. Различают физиологическую и патологическую гипогликемию.
Причины физиологической гипогликемии:
1) физический труд (повышенные затраты)
2) беременность и лактация
Причины патологической гипогликемии:
1) нарушение депонирования глюкозы в печени
2) нарушение всасывания углеводов в ЖКТ
3) нарушение мобилизации гликогена
6) приём в– ганглиоблокаторов
Гипергликемия– это повышение уровня глюкозы в крови.
2) избыток контринсумерных гормонов, которые препятствуют утилизации глюкозы мышечной тканью и одновременно стимулируют глюконеогенез
5) расстройство мозгового кровообращения
6) заболевания печени воспалительного или дегенеративного характера
Уровень глюкозы в крови является одним из гомеостатических параметров. Регуляция уровня глюкозы в крови – это сложный комплекс механизмов, обеспечивающий постоянство энергетического гомеостаза для наиболее жизненно важных органов (мозг, эритроциты). Глюкоза – главный и едва не единственный субстрат энергетического обмена. Существует два механизма регуляции:
Постоянный (через гормональное влияние)
Срочный механизм срабатывает практически всегда при действии на организм любых экстремальных факторов. Он осуществляется по классической модели (через зрительный анализатор воспринимается информация об опасности. Возбуждение из одного очага в коре распространяется по всем зонам коры. Затем возбуждение передаётся на гипоталамус, где находится центр симпатической нервной системы. По спинному мозгу импульсы поступают в симпатический ствол и по постганглионарным волокнам к коре надпочечников. При этом происходит выброс адреналина, который запускает аденилатциклазный механизм мобилизации гликогена).
Срочный механизм поддерживает стабильную гликемию на протяжении 24 часов. В дальнейшем запас гликогена уменьшается и уже спустя 15 – 16 часов подключается постоянный механизм, в основе которого лежит глюконеогенез. После истощения запасов гликогена, возбуждённая кора продолжает посылать импульсы в гипоталамус. Отсюда выделяются либерины, которые с током крови заносятся переднюю долю гипофиза, которая, в свою очередь, синтезирует в кровоток СТГ, АКТГ, ТТГ, которые в свою очередь стимулируют выброс трийодтиронина и тиреотропина. Эти гормоны стимулируют липолиз. Тиреотропные гормоны активируют протеолиз, в результате чего образуются свободные аминокислоты, которые как и продукты липолиза используются как субстраты глюконеогенеза и цикла трикарбоновых кислот.
В ответ на повышение уровня глюкозы в крови, происходит выброс инсулина, однако вследствие того, что жирные кислоты и выделяемые гормоны выключают гликолиз в мышечной ткани, потребление глюкозы мышцами не происходит, вся глюкоза сохраняется для мозга и эритроцитов.
В условиях длительного воздействия отрицательных факторов на организм (постоянный стресс) может возникнуть дефицит инсулина, что является одной из причин сахарного диабета.
источник
Нервная регуляция концентрации глюкозы в крови выражается в положительном влиянии n.vagus на секрецию инсулина и тормозящем влиянии на этот процесс симпатической иннервации. Кроме этого, выделение адреналина в кровь подвержено симпатическим влияниям.
Основными факторами гормональной регуляции являются глюкагон, адреналин,
глюкокортикоиды, соматотропный гормон с одной стороны, и инсулин с другой. Инсу-
лин является единственным гормоном организма, действие которого нацелено на снижение уровня глюкозы крови. При его влиянии глюкозу поглощают мышцы и жировая ткань. Все остальные гормоны увеличивают гликемию, влияя на печень.
Повышение ГлюТ 4-зависимого транспорта
Активация гликогенолиза в печени
Усиление синтеза гликогена
Активация гликогенолиза в печени
Активация гликолиза и ЦТК
Уменьшение проницаемости мембран для
Снижение концентрации глюкозы крови инсулином достигается следующими путями:
переход глюкозы в клетки – активация белков-транспортеров ГлюТ 4 на цитоплаз-
вовлечение глюкозы в гликолиз – повышение синтеза глюкокиназы – фермента,
получившего название «ловушка для глюкозы», стимуляция синтеза других ключевых
ферментов гликолиза – фосфофруктокиназы, пируваткиназы,
o увеличение синтеза гликогена – активация гликогенсинтазы и стимуляция ее синтеза, что облегчает превращение излишков глюкозы в гликоген,
o активация пентозофосфатного пути – индукция синтеза глюкозо-6-фосфат-
дегидрогеназы и 6-фосфоглюконатдегидрогеназы,
o усиление липогенеза – вовлечение глюкозы в синтез триацилглицеролов (см «Липиды», «Синтез триацилглицеролов»).
Многие ткани совершенно нечувствительны к действию инсулина, их называют инсулиннезависимыми . К ним относятся нервная ткань, стекловидное тело, хрусталик, сетчатка, клубочковые клетки почек, эндотелиоциты, семенники и эритроциты.
Глюкагон повышает содержание глюкозы крови:
o увеличивая мобилизацию гликогена через активацию гликогенфосфорилазы,
o стимулируя глюконеогенез – повышение работы ферментов пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируват-карбоксикиназы, фруктозо-1,6-дифосфатазы.
Адреналин вызывает гипергликемию:
o активируя мобилизацию гликогена – стимуляция гликогенфосфорилазы,
Глюкокортикоиды повышают глюкозу крови o за счет подавления перехода глюкозы в клетку,
o стимулируя глюконеогенез – увеличивают синтез ферментов пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируват-карбоксикиназы, фруктозо-1,6-дифосфатазы.
источник
Контроль метаболизма углеводов в организме человека осуществляется единой нейрогуморальной системой. Однако в ее работе можно выделить три группы механизма:
1. Контроль с помощью нервных механизмов. Возбуждение того или иного отдела ЦНС далее передача импульса по нервным стволам, далее выделение медиаторов и далее воздействие на обмен углеводов в клетке.
2. Контроль с помощью нейрогормональных механизмов. Возбуждение подкорковых метаболических центров, выделение гормонов гипоталамуса, выделение гормонов гипофиза, выделение гормонов периферических желез внутренней секреции и наконец воздействие гормонов на метаболизм углеводов в клетке.
3. Контроль с помощью метаболитно-гуморальных механизмов. Например повышение концентрации глюкозы в крови приводит к повышению продукции инсулина b клетками, а далее следует активация процессов усвоения глюкозы клетками.
Одной из важнейших задач системы регуляции обмена углеводов является поддержание концентрации глюкозы в крови на определенном уровне (в пределах 3,3-5,5 млмоль/л). Эта концентрация обеспечивает нормальное снабжение клеток различных органов и тканей этим моносахаридом, который служит для них источником энергии и источником пластического материала.
Постоянная концентрация глюкозы в крови — есть результат очень сложного баланса процессов поступления глюкозы в кровь и процессов ее утилизации в органах и тканях.
Важную роль в поддержании концентрации глюкозы играет эндокринная система человека. Целый ряд гормонов повышает содержание глюкозы в крови: глюкагон, адреналин, соматотропин (СТГ), йодированные тиронины, глюкокортикоиды (кортизол).
Глюкагон повышает содержание глюкозы в крови за счет стимуляции процессов мобилизации гликогена в печени. Он стимулирует процесс глюконеогенеза, за счет повышения активности одного из фермента глюконеогенеза: фруктоза-1,6-бисфосфотазу.
Глюкагон выделяется a-клетками островков Лангерганса при снижении концентрации глюкозы в крови. Поскольку ответная реакция на повышение содержания глюкагона в крови базируется на изменении активности уже имеющихся в клетках ферментов, наблюдается быстрое повышение концентрации глюкозы в крови. Глюкагон не оказывает не оказывает влияние на скорость расщепления гликогена в мышцах, поскольку мышцы не имеют рецепторов к этому гормону.
Адреналин. Он секретируется в кровь мозговым вещ-вом надпочечников в экстремальных ситуациях.
В первую очередь адреналин стимулирует расщепление гликогена в мышцах и таким образом обеспечивает миоциты энергетическим топливом. Однако в мышцах нет фермента глюкоза-6-фосфотазы, поэтому при расщеплении гликогена в мышцах свободной глюкозы образуется и она не поступает в кровь, т.е. за счет усиления скорости распада гликогена поддерживается энергетика самих мышц. В то же время адреналин способен ускорять расщепление гликогена в печени за счет активации фосфорилазы. Образующаяся глюкоза поступает из гепатоцитов в кровь, что приводит к повышению ее концентрации, поэтому все ситуации сопровождающиеся выбросом адреналина или введением адреналина естественно сопровождается повышением концентрации глюкозы в крови. Это повышение содержания глюкозы развивается очень быстро, поскольку как и в случае глюкагона обусловлено повышением активности имеющихся в гепатоцитах ферментов.
Кортизол. Как и другие глюкокортикоиды вызывает повышение содержания глюкозы в крови за счет 2 основных эффектов:
Во-первых он тормозит поступление глюкозы из крови в клетки ряда перефирических тканей( мышечная соединительная )
Во-вторых кортизол является основным стимулятором глюконеогенеза. Причем стимуляция глюконеогенеза является главным механизмом ответственным за увеличение концентрации глюкозы при выбросе кортизола или при его введении.
Эффект кортизола развивается медленно содержание глюкозы в крови начинает повышаться через 4-6 часов после введения или выброса и достигает максимума примерно через сутки. Повышение содержания глюкозы в крови при действии кортизола сопровождается одновременно увеличением содержания гликогена в печени. В то же время при введении глюкагона содержание гликогена в печени снижается.
Соматотропный гормон гипофиза так же в целом вызывает повышение содержания глюкозы в крови.
Но следует помнить, что введение этого гормона вызывает 2-х фазный ответ:
1 в течении первой четверти часа содержание глюкозы в крови снижается,
2 а затем развивается продолжительное повышение ее уровня в крови.
Механизм этой ответной реакции окончательно не выяснен. Предполагают, что на первом этапе происходит небольшое нарастание содержание инсулина в крови. За счет чего и происходит снижение содержания глюкозы. В более отдаленные периоды повышение содержания глюкозы в крови является следствием нескольких эффектов.
Во-первых это уменьшение поступления глюкозы в некоторые ткани (мышцы).
Во-вторых повышение поступления в кровь глюкагона из поджелудочной железы.
В-третьих уменьшение скорости окисления глюкозы в клетках в результате повышенного поступления в клетки жирных кислот (более высокое энергетическое топливо). Жир. кис. ингибируют пируваткиназу. Длительное введение соматотропного гормона приводит к развитию сахарного диабета.
Тироксин (Т4, тетрайодтиранин). Известно, что при гипертириозе окисление глюкозы идет с нормальной или повышенной скоростью. Содержание глюкозы натощак повышенно, одновременно у больных снижено содержание гликогена в печени.
Инсулин — гормон снижающий содержание глюкозы в крови. Выделяется в кровь b-клетками в ответ на повышение содержание глюкозы в крови. Снижение содержания глюкозы в крови обусловлено тремя группами эффектов:
1. Инсулин повышает проницаемость клеточных мембран для глюкозы за счет активации белка-переносчика и способствует переходу глюкозы из крови и межклеточной жидкости в клетки.
2. Инсулин улучшает усвоение глюкозы клетками
а) стимулирует фосфорилирование глюкозы и ее окислительный распад
б) ускоряет синтез гликогена
в) превращение глюкозы в триглицериды
3. Тормозит процессы глюконеогенеза и расщепление гликогена в гепатоцитах до глюкозы.
Ответная реакция на введение или выброс инсулина развивается быстро. В физиологическом плане гормоны глюкагон и инсулин не являются антагонистами. Глюкагон обеспечивает перевод резервного гликогена в глюкозу, а инсулин обеспечивает поступление этой глюкозы из крови в клетки перефирических тканей и ее последующую утилизацию в клетках.
Почему их нельзя считать антагонистами?
В суммарном плане влияние на концентрацию глюкозы их можно назвать антагонистами один гипергликемический, другой гипогликемический, однако в физиологическом плане их нельзя назвать антагонистами, поскольку один за счет распада гликогена увеличивает концентрацию глюкозы, а второй (инсулин) обеспечивает проникновение этой глюкозы и ее последующую утилизацию.
Синтез гликозаминокликанов стимулируется тестостероном и соматотропным гормоном, причем под действием соматотропина в печени синтезируется пептид (инсулиноподобный фактор роста). Именно пептид является истинным стимулятором синтеза гетерополисахаридов межклеточного вещества соединительной ткани. Синтез гликозаминогликанов тормозят глюкокортикоиды. Замечено, что в местах инъекции кортизола количество межклеточного вещества в соединительной ткани уменьшается.
Изменения в крови и появление в моче
Повышение показателя имеет место при диабете, гипертиреозе, аденокортицизме (гиперфункции коры надпочечников), гиперпитуитаризме, иногда при заболеваниях печени.
Снижение показателя имеет место при гиперин-сулинизме, недостаточности функции надпочечников, гипопитуитаризме при печеночной недостаточности (иногда), функциональной гипогликемии и при приеме гипогликемических препаратов.
Глюкоза в нормальной моче имеется в виде следов и не превышает 0,02 %, что обычными качественными методами не определяется. Появление сахара в моче (глюкозурия) может быть в физиологических условиях обусловлено пищей с больших содержанием углеводов, после лекарств, например диуретин, кофеин, кортикостроиды. Патологическая глюкозурия чаще всего бывает при сахарном диабете, реже при тиреотоксикозе, синдроме Иценко — Кушинга и т. д.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 9513 — | 7533 — или читать все.
85.95.189.26 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
источник
Нервная регуляция концентрации глюкозы в крови выражается в положительном влиянии n.vagus на секрецию инсулина и тормозящем влиянии на этот процесс симпатической иннервации. Кроме этого, выделение адреналина в кровь подвержено симпатическим влияниям.
Основными факторами гормональной регуляции являются глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды, соматотропный гормон с одной стороны, и инсулин с другой. Все гормоны, кроме инсулина, влияя на печень, увеличивают гликемию.
Уменьшение концентрации глюкозы в крови инсулином достигается следующими путями:
- переход глюкозы в клетки – активация белков-транспортеров ГлюТ 4 на цитоплазматической мембране,
- вовлечение глюкозы в гликолиз – повышение синтеза глюкокиназы – фермента, получившего название «ловушка для глюкозы», стимуляция синтеза других ключевых ферментов гликолиза – фосфофруктокиназы , пируваткиназы ,
- увеличение синтеза гликогена – активация гликогенсинтазы и стимуляция ее синтеза, что облегчает превращение излишков глюкозы в гликоген,
- активация пентозофосфатного пути – индукция синтеза глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы и 6-фосфоглюконатдегидрогеназы ,
- усиление липогенеза – вовлечение глюкозы в синтез триацилглицеролов или фосфолипидов.
Многие ткани совершенно нечувствительны к действию инсулина, их называют инсулиннезависимыми. К ним относятся нервная ткань, стекловидное тело, хрусталик, сетчатка, клубочковые клетки почек, эндотелиоциты, семенники и эритроциты.
Глюкагон повышает содержание глюкозы крови:
- увеличивая мобилизацию гликогена через активацию гликогенфосфорилазы ,
- стимулируя глюконеогенез – повышение работы ферментов пируваткарбоксилазы , фосфоенолпируват-карбоксикиназы , фруктозо-1,6-дифосфатазы .
Адреналин вызывает гипергликемию:
- активируя мобилизацию гликогена – стимуляция гликогенфосфорилазы ,
Глюкокортикоиды повышают глюкозу крови
- за счет подавления перехода глюкозы в клетку,
- стимулируя глюконеогенез – увеличивают синтез ферментов пируваткарбоксилазы , фосфоенолпируват-карбоксикиназы , фруктозо-1,6-дифосфатазы .
В таблице кратко сформулированы основные аспекты гормональных влияний:
- Повышение ГлюТ 4-зависимого транспорта глюкозы в клетки
- Усиление синтеза гликогена
- Активация ПФП
- Активация гликолиза и ЦТК
- Активация гликогенолиза в печени
Глюкагон
- Активация гликогенолиза в печени
- Стимуляция глюконеогенеза
- Усиление глюконеогенеза
- Уменьшение проницаемости мембран для глюкозы
В качестве итога вышесказанному представлен рисунок:
источник
Результат регуляции метаболических путей превращения глюкозы — постоянство концентрации глюкозы в крови.
Концентрация глюкозы в артериальной крови в течение суток поддерживается на постоянном уровне 60-100 мг/дл (3,3-5,5 ммоль/л). После приёма углеводной пищи уровень глюкозы возрастает в течение примерно 1 ч до 150 мг/дл (
8 ммоль/л, алиментарная гипергликемия), а затем возвращается к нормальному уровню (примерно через 2 ч). На рисунке 7-59 представлен график изменений концентрации глюкозы в крови в течение суток при трёхразовом приёме пищи.
Рис. 7-59. Изменение концентрации глюкозы в крови в течение суток. А, Б — период пищеварения; В, Г — постабсорбтивный период. Стрелкой указано время приёма пищи, пунктиром показана нормальная концентрация глюкозы.
А. Регуляция содержания глюкозы в крови в абсорбтивном и постабсорбтивном периодах
Для предотвращения чрезмерного повышения концентрации глюкозы в крови при пищеварении основное значение имеет потребление глюкозы печенью и мышцами, в меньшей мере — жировой тканью. Следует напомнить, что более половины всей глюкозы (60%), поступающей из кишечника в воротную вену, поглощается печенью. Около 2/3 этого количества откладывается в печени в форме гликогена, остальная часть превращается в жиры и окисляется, обеспечивая синтез АТФ. Ускорение этих процессов инициируется повышением инсулин-глюкагонового индекса. Другая часть глюкозы, поступающей из кишечника, попадает в общий кровоток. Примерно 2/3 этого количества поглощается мышцами и жировой тканью. Это обусловлено увеличением проницаемости мембран мышечных и жировых клеток для глюкозы под влиянием высокой концентрации инсулина. Глюкоза в мышцах откладывается в форме гликогена, а в жировых клетках превращается в жиры. Остальная часть глюкозы общего кровотока поглощается другими клетками (инсулинонезависимыми).
При нормальном ритме питания и сбалансированном рационе концентрация глюкозы в крови и снабжение глюкозой всех органов поддерживается главным образом за счёт синтеза и распада гликогена. Лишь к концу ночного сна, т. е. к концу самого большого перерыва между приёмами пищи, может несколько увеличиться роль глюконеогенеза, значение которого будет возрастать, если завтрак не состоится и голодание продолжится (рис. 7-60).
Рис. 7-60. Источники глюкозы в крови в период пищеварения и во время голодания. 1 — в период пищеварения углеводы пищи являются основным источником глюкозы в крови; 2 — в постабсорбтивный период печень поставляет глюкозу в кровь за счёт процессов гликогенолиза и глюконеогенеза, причём в течение 8-12 ч уровень глюкозы в крови поддерживается в основном за счёт распада гликогена; 3 — глюконеогенез и гликоген в печени участвуют в равной степени в поддержании нормальной концентрации глюкозы; 4 — в течение суток гликоген печени практически полностью исчерпывается, и скорость глюконеогенеза увеличивается; 5 — при длительном голодании (1 нед и более) скорость глюконеогенеза уменьшается, но глюконеогенез остаётся единственным источником глюкозы в крови.
Б. Регуляция содержания глюкозы в крови при длительном голодании
При голодании в течение первых суток исчерпываются запасы гликогена в организме, и в дальнейшем источником глюкозы служит только глюконеогенез (из лактата, глицерина и аминокислот). Глюконеогенез при этом ускоряется, а гликолиз замедляется вследствие низкой концентрации инсулина и высокой концентрации глюкагона (механизм этого явления описан ранее). Но, кроме того, через 1-2 сут существенно проявляется действие и другого механизма регуляции — индукции и репрессии синтеза некоторых ферментов: снижается количество гликолитических ферментов и, наоборот, повышается количество ферментов глюконеогенеза. Изменение синтеза ферментов также связано с влиянием инсулина и глюкагона (механизм действия рассматривается в разделе 11).
Начиная со второго дня голодания достигается максимальная скорость глюконеогенеза из аминокислот и глицерина. Скорость глюконеогенеза из лактата остаётся постоянной. В результате синтезируется около 100 г глюкозы ежесуточно, главным образом в печени.
Следует отметить, что при голодании глюкоза не используется мышечными и жировыми клетками, поскольку в отсутствие инсулина не проникает в них и таким образом сберегается для снабжения мозга и других глюкозозависимых клеток. Поскольку при других условиях мышцы — один из основных потребителей глюкозы, то прекращение потребления глюкозы мышцами при голодании имеет существенное значение для обеспечения глюкозой мозга. При достаточно продолжительном голодании (несколько дней и больше) мозг начинает использовать и другие источники энергии (см. раздел 8).
Вариантом голодания является несбалансированное питание, в частности такое, когда по калорийности рацион содержит мало углеводов — углеводное голодание. В этом случае также активируется глюконеогенез, и для синтеза глюкозы используются аминокислоты и глицерол, образующиеся из пищевых белков и жиров.
В. Регуляция содержания глюкозы в крови в период покоя и вовремя физической нагрузки
Как в период покоя, так и во время продолжительной физической работы сначала источником глюкозы для мышц служит гликоген, запасённый в самих мышцах, а затем глюкоза крови. Известно, что 100 г гликогена расходуется на бег примерно в течение 15 мин, а запасы гликогена в мышцах после приёма углеводной пищи могут составлять 200-300 г. На рисунке 7-61 представлены значения гликогена печени и глюконеогенеза для обеспечения глюкозой работы мышц разной интенсивности и продолжительности. Регуляция мобилизации гликогена в мышцах и печени, а также глюконеогенеза в печени описана ранее (главы VII, X).
Рис. 7-61. Вклад гликогена печени и глюконеогенеза в поддержание уровня глюкозы крови в период покоя и во время продолжительных физических упражнений. Тёмная часть столбика — вклад гликогена печени в поддержание уровня глюкозы в крови; светлая — вклад глюконеогенеза. При увеличении продолжительности физической нагрузки с 40 мин (2) до 210 мин (3) распад гликогена и глюконеогенез практически в равной степени обеспечивают кровь глюкозой. 1 — состояние покоя (постабсорбтивный период); 2, 3 — физическая нагрузка.
Итак, изложенные сведения позволяют сделать вывод о том, что координация скоростей гликолиза, глюконеогенеза, синтеза и распада гликогена с участием гормонов обеспечивает:
• предотвращение чрезмерного повышения концентрации глюкозы в крови после приёма пищи;
• запасание гликогена и его использование в промежутках между приёмами пищи;
• снабжение глюкозой мышц, потребность которых в энергии быстро возрастает при мышечной работе;
• снабжение глюкозой клеток, которые при голодании в качестве источника энергии используют преимущественно глюкозу (нервные клетки, эритроциты, мозговое вещество почек, семенники).
источник
Поддержание уровня глюкозы в крови и других тканях осуществляется нейрогуморальной системой.
1. Ауторегуляция на клеточном уровне осуществляется путём либо аллостерических механизмов изменения активности ферментов, либо путём фосфорилирования — дефосфорилирования. Например, АТФ и АДФ являются аллостерическими регуляторами ферментов гликолиза и глюконеогенеза: высокая концентрация АТФ активирует ферменты глюконеогенеза, а высокая концентрация АДФ активируют ключевые ферменты гликолиза. Высокая концентрация сукцинил -КоА является аллостерическим активатором фермента пируваткарбоксилазы (много янтарной кислоты, активен ЦТК, поэтому активируется глюконеогенез, требующий затрат АТФ из ЦТК).
2. Гормональный механизмрегуляции углеводного обмена заключается в изменении активности ферментов аллостерическим путем, либо путем фосфорилирования –дефосфорилирования ферментов. Свой эффект гормоны реализуют с участием посредников, например, ц-АМФ.
Адреналин – гормон мозгового слоя надпочечников. Рецепторы к адреналину содержатся в печени, жировой ткани,мышцах. Он обладает гипергликемическим действием путем активации распада гликогена.
Глюкагон– гормон поджелудочной железы с гипергликемическим действием. Глюкагон усиливает распад гликогена путем активации фосфоролиза в печени.
Гормоны адреналин и глюкагоносуществляют свое действие по следующей схеме:
Увеличение содержания ц-АМФ увеличение активности
Протеинкиназы увеличение активности фосфорилазы
Увеличение скорости распада гликогена с образованием глюкозы.
Инсулин –гормон белковой природы, вырабатывается поджелудочной железой. Обладает гипогликемическим действием (снижение уровня глюкозы в крови). Инсулин активирует синтез активного фермента гексокиназы и увеличивает проницаемость клеток для глюкозы. В клетках глюкоза используется для синтеза гликогена, и тормозится процесс распада гликогена и глюконеогенез.
Кортикотропин, соматотропин –гормоны гпофиза, обладают гипергликемическим действием, т.е. повышают уровень глюкозы в крови.
Кортизон, кортизол (глюкокортикоиды) — гормоны коркового слоя надпочечников. Органами – мишенями являются мышечная, соединительная ткани, печень. Обладают гипергликемическим действием за счет активации процесса глюконеогенеза.
Тироксин, трийодтиронин – гормоны щитовидной железы. Оказывают гипергликемическое действие за счет активации глюконеогенеза.
Патологии углеводного обмена
Увеличение содержания глюкозы в крови — гипергликемия может происходить вследствие чрезмерно интенсивного глюконеогенеза либо в результате понижения способности утилизации глюкозы тканями, например при нарушении процессов ее транспорта через клеточные мембраны.
Понижение содержания глюкозы в крови — гипогликемия — может являться симптомом различных болезней и патологических состояний, причем особенно уязвимым в этом отношении является мозг: следствием гипогликемии могут быть необратимые нарушения его функций.
Генетически обусловленные дефекты ферментов У. о. являются причиной многих наследственных болезней. Примером генетически обусловленного наследственного нарушения обмена моносахаридов может служить галактоземия, развивающаяся в результате дефекта синтеза фермента галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы. Признаки галактоземии отмечают также при генетическом дефекте УДФ-глюкоза-4-эпимеразы. Характерными признаками галактоземии являются гипогликемия, галактозурия, появление и накопление в крови наряду с галактозой галактозо-1-фосфата, а также снижение массы тела, жировая дистрофия и цирроз печени, желтуха, катаракта, развивающаяся в раннем возрасте, задержка психомоторного развития. При тяжелой форме галактоземии дети часто погибают ни первом году жизни вследствие нарушений функций печени или пониженной сопротивляемости инфекциям.
Примером наследственной непереносимости моносахаридов является непереносимость фруктозы, которая вызывается генетическим дефектом фруктозофосфатальдолазы и в ряде случаев — снижением активности фруктоза-1,6-дифосфат-альдолазы. Болезнь характеризуется поражениями печени и почек. Для клинической картины характерны судороги, частая рвота, иногда коматозное состояние. Симптомы заболевания появляются в первые месяцы жизни при переводе детей на смешанное или искусственное питание. Нагрузка фруктозой вызывает резкую гипогликемию.
Заболевания, вызванные дефектами ферментов, участвующих в обмене олигосахаридов, в основном заключаются в нарушении расщепления и всасывания углеводов пищи, что происходит главным образом в тонкой кишке.
Мальтоза и низкомолекулярные декстрины, образовавшиеся из крахмала и гликогена пищи под действием a-амилазы слюны и сока поджелудочной железы, лактоза молока и сахароза расщепляются дисахаридазами (мальтазой, лактазой и сахаразой) до соответствующих моносахаридов в основном в микроворсинках слизистой оболочки тонкой кишки, а затем, если процесс транспорта моносахаридов не нарушен, происходит их всасывание. Отсутствие или снижение активности дисахаридаз к слизистой оболочке тонкой кишки служит главной причиной непереносимости соответствующих дисахаридов, что часто приводит к поражению печени и почек, является причиной диареи, метеоризма (см. Мальабсорбциисиндром). Особенно тяжелыми симптомами характеризуется наследственная непереносимость лактозы, обнаруживающаяся обычно с самого рождения ребенка.
Для диагностики непереносимости сахаров применяют обычно нагрузочные пробы с введением натощак углевода, непереносимость которого подозревают. Более точный диагноз может быть поставлен путем биопсии слизистой оболочки кишечника и определения в полученном материале активности дисахаридаз. Лечение состоит в исключении из пищи продуктов, содержащих соответствующий дисахарид. Больший эффект наблюдают, однако, при назначении ферментных препаратов, что позволяет таким больным употреблять обычную пищу. Например, в случае недостаточности лактазы, содержащий ее ферментный препарат, желательно добавлять в молоко перед употреблением его в пищу. Правильный диагноз заболеваний, вызванных недостаточностью дисахаридаз, крайне важен. Наиболее частой диагностической ошибкой в этих случаях являются установление ложного диагноза дизентерии, других кишечных инфекций, и лечение антибиотиками, приводящее к быстрому ухудшению состояния больных детей и тяжелым последствиям.
Заболевания, вызванные нарушением обмена гликогена, составляют группу наследственных энзимопатий, объединенных под названиемгликогенозов. Гликогенозыхарактеризуются избыточным накоплением гликогена в клетках, которое может также сопровождаться изменением структуры молекул этого полисахарида. Гликогенозы относят к так называемым болезням накопления. Гликогенозы (гликогенная болезнь) наследуются по аутосомно-рецессивному или сцепленному с полом типу. Почти полное отсутствие в клетках гликогена отмечают при агликогенозе, причиной которого является полное отсутствие или сниженная активность гликогенсинтетазы печени. Заболевания, вызванные нарушением обмена различных гликоконъюгатов, в большинстве случаев являются следствием врожденных нарушений распада гликолипидов, гликопротеинов или гликозаминогликанов (мукополисахаридов) в различных органах. Они также являются болезнями накопления. В зависимости от того, какое соединение аномально накапливается в организме, различают гликолипидозы, гликопротеиноды, мукополисахаридозы. Многие лизосомные гликозидазы, дефект которых лежит в основе наследственных нарушений углеводного обмена, существуют в виде различных форм, так называемых множественных форм, или изоферментов. Заболевание может быть вызвано дефектом какого-либо одного изофермента. Так, например. болезнь Тея — Сакса — следствие дефекта формы AN-ацетилгексозаминидазы (гексозаминидазы А), в то время как дефект форм А и В этого фермента приводит к болезни Сандхоффа. Большинство болезней накопления протекает крайне тяжело, многие из них пока неизлечимы. Клиническая картина при различных болезнях накопления может быть сходной, и, напротив, одно и то же заболевание может проявляться по-разному у разных больных. Поэтому необходимо в каждом случае устанавливать ферментный дефект, выявляемый большей частью в лейкоцитах и фибробластах кожи больных. В качестве субстратов применяют гликоконьюгаты или различные синтетические гликозиды. При различных мукополисахаридозах, а также при некоторых других болезнях накопления (например, при маннозидозе) выводятся с мочой в значительных количествах различающиеся по структуре олигосахариды. Выделение этих соединений из мочи и их идентификацию проводят с целью диагностики болезней накопления.
При некоторых заболеваниях серьезные нарушения У. о. возникают вторично. Примером такого заболевания является диабет сахарный, обусловленный либо поражением b-клеток островков поджелудочной железы, либо дефектами в структуре самого инсулина или его рецепторов на мембранах клеток инсулинчувствительных тканей. Алиментарные гипергликемия и гиперинсулинемия ведут к развитию ожирения, что увеличивает липолиз и использование неэтерифицированных жирных кислот (НЭЖК) в качестве энергетического субстрата. Это ухудшает утилизацию глюкозы в мышечной ткани и стимулирует глюконеогенез. В свою очередь, избыток в крови НЭЖК и инсулина ведет к увеличению синтеза в печени триглицеридов (см. Жиры) и холестерины и, соответственно, к увеличению концентрации в крови липопротеиновочень низкой и низкой плотности. Одной из причин, способствующих развитию таких тяжелых осложнений при диабете, как катаракта, нефропатия, англопатия и гипоксия тканей, является неферментативное гликозилирование белков.
Мукополисахаридозы— наследственные тяжёлые заболевания, проявляющиеся значительными нарушениями в умственном развитии детей, поражениями сосудов, помутнением роговицы, деформациями скелета, уменьшением продолжительности жизни. В основе мукополисахаридозов лежат наследственные дефекты каких-либо гидролаз, участвующих в катаболизме гликозаминогликанов. Эти заболевания характеризуются избыточным накоплением гликозаминогликанов в тканях, приводящим к деформации скелета и увеличению органов, содержащих большие количества внеклеточного матрикса. Обычно поражаются ткани, в которых в норме синтезируются наибольшие количества гликозаминогликанов. В лизосомах при этом накапливаются не полностью разрушенные гликозаминогликаны, а с мочой выделяются их олигосахаридные фрагменты. Известно несколько типов мукополисахаридозов, вызванных дефектами разных ферментов гидролиза гликозаминогликанов. Основные типы мукополисахаридозов приведены в таблице.
Для постановки диагноза конкретного заболевания обычно определяют активность лизосомальных гидролаз. Так как эти болезни в настоящее время не поддаются лечению, необходимо проводить пренатальную диагностику при подозрении на носительство дефектных генов.
Типы мукополисахаридозов
| Название болезни | Продукты накопления | Дефектный фермент | Симптомы болезни |
| Болезнь Гурлера | Дерматансульфат Гепарансульфат | α-L-идуронидаза | наблюдается утолщение костей черепа и уменьшение массы головного мозга; нервные клетки изменены ,нарушен рост костей; обнаруживается фиброз миокарда, стенок сосудов оболочек мозга. |
| Болезнь Гюнтера | Дерматансульфат | Идуронатсульфатаза | Вследствие мутации происходит усиленный синтез пигмента – предшественника порфирина, что приводит к его повышенному содержанию в эритроцитах (до 25 раз). Хроническая фоточувствительность. Вследствие выделения избытка пигмента, моча приобретает кроваво-красный цвет, повышенное оволосение. |
| Болезнь Санфилиппо | Гепарансульфат | Гепарансульфатаза, М-ацетил-α-В-глюкозаминидаза или ацетилтрансфераза | Отставание в росте, легкие скелетные изменения, иногда небольшое увеличение печени и селезенки, развивается судорожный синдром. Заболевание характеризуется грубыми нарушениями психики, умственной отсталостью (деменцией), ригидностью суставов. |
| Болезнь Моркио | Кератансульфат Хондроитин-6-сульфат | Хондроитинсульфат – N-ацетилгалактоз-амин -6 сульфатсульфатаза | Характеризуется карликовостью (рост взрослого больного около 100 см), непропорциональным телосложением (относительно короткое туловище, микроцефалия, короткая шея), грубыми чертами лица и значительными деформациями скелета, особенно грудной клетки (куриная, бочкообразная, килеобразная), кифозом или сколиозом грудного и поясничного отделов позвоночника. Тугоподвижность в суставах. |
| Болезнь Слая | Хондроитинсульфаты | β-глюкуронидаза | Паховые и пупочные грыжи, низкий рост, килевидная грудная клетка, тораколюмбальный кифоз, косолапость, повторные легочные инфекции. Типичны грубые черты лица с запавшей переносицей, вывернутыми вперед ноздрями. Возможно развитие кардиомиопаии, артериальной гипертензии. |
| Болезнь Марото-Лами | Дерматансульфат | Хондроитинсульфат — N-ацетилгалактозамин-4-сульфатсульфатаза | Характерно отставание в росте, грубые черты лица, малые размеры верхней челюсти, короткая шея, бочкообразная грудная клетка, укороченные ключицы. Отмечаются сгибательные контрактуры суставов верхних конечностей (больные не могут поднять руки вверх); с возрастом появляются контрактуры в суставах нижних конечностей, нарушается походка. Часто присоединяются острые респираторные вирусные инфекции. |
Мальабсорбция– группа заболеваний, связанная с нарушением:
1. переваривания углеводов в ЖКТ (дефект ферментов);
2. нарушение всасывания продуктов распада моносахаридов.
Примером первой группы заболеваний является лактазная недостаточность (дисахаридазная).
У детей различают 2 формы:
— транзиторная (до года жизни), связанная с незрелостью фермента лактазы;
— генетическая – мутация гена, ответственного за синтез фермента лактазы.
— дефект лактазы вследствие экспрессии гена лактазы
возрастного характера, при этом непереносимость молока чаще наблюдается у лиц африканского и азиатского происхождения. Средняя частота данной формы заболевания в странах Европы – 7-12%, в Китае 80%, в отдельных районах Африки – 97% (исторически сложившийся рацион питания);
— приобретенного характера — при кишечных заболеваниях (гастриты, колиты, энтериты). Как известно, активность лактазы ниже, чем других дисахаридаз, поэтому понижение её активности становится более заметным.
Во всех случаях наблюдается осмотическая диарея, которую вызывают нерасщепленные дисахариды и невсосавшиеся моносахариды, поступающие в дистальные отделы кишечника. Они изменяют осмотическое давление, частично подвергаются ферментативному расщеплению микроорганизмами с образованием кислот, газов, усиливается приток воды в кишечник, увеличивается объем кишечного содержимого, увеличивается перистальтика, появляются метеоризм и боли.
Эталоны решения задач
1. Дайте название приведенному моносахариду:
Этот моносахарид содержит в цепи шесть атомов углерода, из которых три являются хиральными, и одну оксо-группу. Особенности расположения гидроксильных групп при углеродных атомах С-3, С-4 и С-5 указывают на то, что данный моносахарид является
D-фруктозой.
2. Для моносахарида, представленного в форме:
1) укажите возможные формы, в которых он может существовать в растворе;
2) обсудите возможность образования циклических форм с участием гидроксильных групп при С-2 и С-3;
3) определите, какая форма представлена данной формулой;
4) приведите открытую форму этого моносахарида и назовите ее.
1) В водных и спиртовых растворах этот моносахарид существует одновременно в открытой форме (оксоформе) и циклических формах — фуранозной (α- и β-) и пиранозной (α- и β-), которые образуются за счет взаимодействия соответствующих гидроксильных групп и альдегидной группы моносахарида;
2) циклические формы с участием гидроксильных групп при С-2 и С-3 не образуются, так как возникающие при этом трех- и четырехчленные циклы неустойчивы;
3) данная формула отвечает α-D-пиранозной форме;
4) приведенной циклической форме соответствует следующая открытая форма:
Особенности расположения гидроксильных групп при углеродных атомах С-2, С-3, С-4 и С-5 указывают на то, что данный моносахарид является D-глюкозой.
3. Приведите все формы, в которых существует глюкоза в водном растворе и назовите их.
1) К какому типу относится реакция образования циклической формы?
2) Какая форма образуется преимущественно?
3) Как называется особенность моносахаридов образовывать в растворе различные формы?
4) От чего зависит соотношение аномеров в растворе?
В водном растворе D-глюкоза существует в следующих формах:
Названия образующихся соединений: α-D-глюкопираноза (I), β-D-глюкопираноза (II), β-D-глюкофураноза (III), α-D-глюкофураноза (IV).
1) Реакция образования циклической формы является внутримолекулярной реакцией циклизации.
2) В растворе моносахарида преимущественно образуются пиранозные формы как термодинамически более устойчивые.
3) Особенность моносахаридов образовывать в растворе различные формы называется мутаротацией.
4) Соотношение α- и β-аномеров зависит главным образом от природы растворителя.
4. Изобразите схему реакции взаимодействия галактозы с метиловым спиртом в присутствии сухого HCl. Назовите продукт реакции. Почему реакция протекает только с участием определенной гидроксильной группы моносахарида?
Название продуктов реакции: метил-α-D-галактопиранозид (I); метил-β-D-галактопиранозид (II).
Взаимодействие реагента только с гликозидной гидроксильной группой обусловлено повышенной реакционной способностью полуацетального углеродного атома С-1.
5. Изобразите схему реакции алкилгалогенида с моносахаридом:
Назовите продукты реакции.
Особенности расположения гидроксильных групп при углерод-ных атомах С-2, С-3, и С-4 указывают на то, что данная циклическая форма соответствует D-глюкозе, поэтому основные продукты реакции называются: метил-2,3,4,6-тетра-O-метил-α-D-глюкопиранозид (I) и метил-2,3,4,6-тетра-O-метил-β-D-глюкопиранозид (II).
Участие в реакции всех гидроксильных групп моносахарида объясняется условиями ее протекания (щелочная среда) и активностью карбокатиона CH3 + как электрофила.
6. Изобразите схему реакции гидролиза приведенного моно-сахарида и назовите продукты реакции:
Какая группа подвергается гидролизу и почему?
Так как в качестве субстрата в реакции участвует фуранозная форма оксометилпроизводного D-рибозы, то продукты реакции имеют следующие названия: 2,3,5-три-O-метил-α-D-рибофураноза (I) и 2,3,5-три-O-метил-β-D-рибофураноза (II).
Гидролизу подвергается только метокси-группа при С-1, что объясняется повышенной по сравнению с другими атомами углерода фуранозного цикла электрофильностью атома С-1, вызванной влиянием соседнего атома кислорода, проявляющего свойства акцептора электронов.
7. Изобразите схему реакции уксусного ангидрида с D-глюкопиранозой. Назовите продукт реакции.
Название продуктов реакции: 1,2,3,4,6-пента-O-ацил-α-D-глюко-пираноза (I) и 1,2,3,4,6-пента-O-ацил-β-D-глюкопираноза (II).
Ацилирование всех гидроксильных групп в пиранозном цикле
D-глюкозы вызвано высокой ацилирующей способностью уксусного ангидрида.
8. Приведите схему реакции восстановления D-ксилозы водородом. Назовите продукт реакции.
Название продукта реакции — ксилит. Восстановлению подвергается в первую очередь альдегидная группа, так как карбо-нильный атом углерода имеет более высокую степень окисления (+2), чем атомы углерода, связанные с гидроксильными группами (+1).
9. Приведите схему изомеризации глюкозы в разбавленном водном щелочном растворе при комнатной температуре. Назовите продукты реакции. В чем заключается роль среды?
В разбавленных растворах щелочей при комнатной температуре происходит изомеризация D-глюкозы, в результате которой образуется равновесная смесь моносахаридов, различающихся конфигурацией атомов С-1 и С-2. Продуктами изомеризации
D-глюкозы являются D-манноза (I) и D-фруктоза (II).
Щелочная среда катализирует превращение D-глюкозы в ендиольную форму из-за повышенной подвижности атома водорода при С-2, вызванной соседством с двумя электроноакцепторными группами — альдегидной и гидроксильной.
10. Чем обусловлено образование циклических форм сахаридов? В чем заключается сущность явления мутаротации сахаридов в растворе? Покажите это на примере мальтозы. Все ли сахариды мутаротируют в растворе?
Образование циклических форм связано со способностью углеводородной цепи сахарида принимать выгодную клешнеобразную пространственную конформацию, вследствие чего альдегидная и гидроксильная группа оказываются сближенными. В результате нуклеофильной атаки гидроксила по карбонильному атому углерода происходить внутримолекулярная циклизация с образованием дополнительного хирального центра на месте атома С-1, ранее входившего в состав карбонильной группы. Этот атом называется аномерным, а два соответствующих стереоизомера — α- и β-аномерами.
Таким образом, сущность явления мутаротации заключается в том, что многие сахариды существуют в растворе одновременно в виде в двух форм — открытой и циклической, что приводит к появлению α- и β-аномеров:
Мутаротации в растворе подвергаются моносахариды, а также некоторые дисахариды, которые имеют в составе гликозидный гидроксил, не участвующий в образовании гликозидной связи. Такие дисахариды называют восстанавливающими (лактоза, мальтоза, целлобиоза и др.).
В невосстанавливающих дисахаридах гликозидная связь образуется за счет гидроксильных групп при аномерных атомах углерода. В них отсутствуют свободные полуацетальные гидроксильные группы, поэтому растворы таких дисахаридов, например сахарозы, не мутаротируют.
Вопросы для самоконтроля
1. Какой сахарид входит в состав большинства полисахаридов?
2. Какие из углеводов не подвергаются гидролизу?
3. В каких формах существуют в растворе моносахариды?
4. Чем вызвано большое число стереомеров в моносахаридах?
5. Почему гликозиды не обладают восстанавливающими свойствами?
6. Почему гликозиды гидролизуются разбавленными водными растворами кислот, но устойчивы к гидролизу в щелочной среде?
7. Чем вызвана повышенная реакционная способность гликозидного гидроксила?
8. Чем вызвано большее содержание в растворе пиранозной формы моносахаридов по сравнению с фуранозной?
9. Приведите примеры восстанавливающих и невосстанавливающих дисахаридов. Чем они отличаются по химическому строению?
10. Какие соединения образуются при гидролизе гликозидов?
11. Как осуществить стереоспецифическое гидролитическое расщепление α- и β-гликозидов?
12. С помощью какого реактива можно доказать восстанавливающие свойства целлобиозы?
13. Какие реактивы используются для обнаружения кетоз?
14. Можно ли обнаружить гликозиды с помощью реактивов Бенедикта и Фелинга?
15. Что образуется в результате мутаротации растворов моносахаридов?
16. Какие моносахариды и где встречаются в свободном виде?
17. Какой дисахарид встречается в молоке и в чем проявляются его полезные свойства для человека в раннем возрасте?
18. Как используется целлюлоза и ее производные?
19. Как используется глюкоза в медицинской практике?
20. В каких растениях содержится значительное количество сахарозы?
21. Какие производные углеводов являются эффективными средствами для лечения заболеваний сердца?
Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 422 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ
источник