Метаболизм это википедия – Признаки повышенного и замедленного метаболизма, список продуктов,ускоряющих обмен веществ

Содержание

Обсуждение:Обмен веществ — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Rename icon.svg Эта статья была переименована по результатам обсуждения от 8 июня 2013 года.
Старое название Метаболизм было изменено на новое: Обмен веществ.
Для повторного выставления статьи на переименование нужны веские основания, иначе такое действие будет нарушать правила (см. п. 8).

Неспешно делаю перевод английской статьи у себя в песочнице Meddoc13 08:35, 19 августа 2010 (UTC)
Вывел на всеобщее обозрение основную часть перевода. Продолжение следует. Meddoc13 09:47, 23 августа 2010 (UTC)

Ну уж магний-то надо бы упомянуть. Вставил. Shenikolaj2008 14:26, 5 сентября 2010 (UTC)

  • Отлично —Sirozha.ru 14:33, 6 сентября 2010 (UTC)

Цитирую «Неорганические элементы играют важнейшую роль в обмене веществ.» Можно поподробнее про

неорганические и органические элементы? Мне всегда казалось, что неорганические и органические — это соединения. А тут весь абзац — какой-то бред, непонятно, что пытался сказать автор. 188.168.177.51 17:35, 29 мая 2015 (UTC)

Алхимия в названии[править код]

Минералы уж никак не могут быть биогенными веществами, а тем более молекулами, так как они — ГЕОгенные вещества. С гораздо большим основанием к биогенным минералам можно было бы отнести нефтепродукты и янтарь, но их-то как раз к минералам и не относят. Очевидно появление в названии термина «минералы» связано с каким-то источником 18 — начала 19 века, задолго до Брокгауза и Ефрона, когда о природе органических веществ было очень мало что известно, но были широко распространены представления о гомункулусе и зарождении жизни в камнях, пыли и т.д. Переименовал в «Неорганические вещества и кофакторы». 109.188.127.36 18:10, 20 июля 2016 (UTC)

  • for example, a decrease in the amount of product can increase the flux through the pathway to compensate.
    • при переводе откуда-то появился «поток энергии» —Sirozha.ru 10:06, 23 сентября 2010 (UTC)

Почему метаболизм, а не обмен веществ?[править код]

Откуда взялся метаболизм? По-русски эти процессы всегда назывались обмен веществ, по-немецки тоже (Stoffwechsel). Ural X 08:03, 5 сентября 2011 (UTC)

  • Это очевидные синонимы—Meddoc13 10:33, 5 сентября 2011 (UTC)
    • Это понятно, поэтому и вопрос, по каким причинам выбран именно метаболизм в качестве названия. 69.76.218.241 11:05, 5 сентября 2011 (UTC)
      • Для меня это не принципиально. Можете запустить КПМ—Meddoc13 11:55, 5 сентября 2011 (UTC)
        • на русском языке это называется и так, и так —Sirozha.ru 03:38, 6 сентября 2011 (UTC)
          • Так давайте придерживаться русского варианта, раз оба термина синонимы, всё-таки без нужды не имеет смысла браться за метаболизм. С ув. Ural X 14:46, 14 сентября 2011 (UTC)

Метаболизм конечно хорошее слово, но давайте придерживаться словаря славянских языков когда при этом есть такая хорошая возможность. Extreemator 14:40, 8 июня 2013 (UTC)

Википедия:Рецензирование/Обмен веществ.

обмен веществ происходит В КЛЕТКЕ. об этом написано в любом учебнике. капилляр — это посредник между кровью и межклеточным веществом. органические молекулы движутся из крови через капилляр в межклеточное вещество, откуда захватываются клетками, и туда же попадают продукты катаболизма —Sirozha.ru 06:25, 25 июля 2011 (UTC)

  • Обмен веществ происходит между клетками организма и межклеточной жидкостью, постоянство состава которой поддерживается кровообращением: за время прохождении крови в капиллярах через проницаемые стенки капилляров плазма крови 40 раз полностью обновляется с интерстициальной жидкостью Физиологию человека под редакцией Р.Шмидта и Г.Тевса в 3-х томах. М.:Мир,1996 с. 521. // golfi w
    • В этот раз вы почти правы… —Sirozha.ru 02:25, 27 июля 2011 (UTC)

Интересно, почему «вы почти правы»? а как метаболизм может преобразовывать продукты жизнедеятельности клеток, тем более доставлять их к месту назначения?—Golfi w 19:59, 13 августа 2012 (UTC)

Скорость обмена веществ[править код]

Мне кажется, в статье необходимо рассмотреть понятие скорости обмена веществ (сейчас она упоминается единожды во введении, в виде красной ссылки), т. к. это, возможно, самый популярный в бытовом общении контекст употребления слова «метаболизм». LoKi 14:50, 4 июня 2012 (UTC)

Катаболизм — Википедия

Катаболи́зм (от греч. καταβολή, «сбрасывание, разрушение»), также энергетический обмен, или диссимиляция — процесс метаболического распада (деградации) сложных веществ на более простые или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с освобождением энергии в виде тепла и в виде молекулы АТФ, универсального источника энергии всех биохимических процессов.[1] Катаболические реакции лежат в основе диссимиляции: утраты сложными веществами своей специфичности для данного организма в результате распада до простых.

Примерами катаболизма являются:

Интенсивность катаболических процессов и преобладание тех или иных катаболических процессов в качестве источников энергии в клетках регулируется гормонами. Например:

C6h22O6+6O2⟶6CO2+6h3O+Q{\displaystyle {\ce {{C6h22O6}+ 6 {O2}-> 6 {CO2}+ 6 {h3O}+ {Q}}}}
(точнее, увеличивая её анаболизм, индуцируя накопление глюкозы в виде гликогена в печени и мышечной ткани, уменьшая тем самым концентрацию глюкозы в крови и лимфе, опосредуя гипогликемию),
  • инсулин, напротив, ускоряет катаболизм глюкозы и тормозит катаболизм белков.

Катаболизм является противоположностью анаболизма — процессу синтеза или ресинтеза новых, более сложных, соединений из более простых, протекающему с расходованием, затратой энергии АТФ. Соотношение катаболических и анаболических процессов в клетке регулируется гормонами. Например, адреналин или глюкокортикоиды сдвигают баланс обмена веществ в клетке в сторону преобладания катаболизма, а инсулин, соматотропин, тестостерон — в сторону преобладания анаболизма.

Пластический и энергетический обмены[править | править код]

Питательные вещества — это любое вещество, пригодное для еды и питья живым организмам для пополнения запасов энергии и необходимых ингредиентов для нормального течения химических реакций обмена веществ: белков, жиров, углеводов, витаминов, минералов и микроэлементов.

Метаболизм — это совокупность всех химических реакций, происходящих в организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечение его энергии. Выделяют две составные части метаболизма — катаболизм и анаболизм.

Катаболизм (энергетический обмен) — процесс метаболического распада, разложения на более простые вещества (дифференциация) или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ.

Анаболизм (пластический обмен) — совокупность химических процессов, составляющих одну из сторон обмена веществ в организме, направленных на образование клеток и тканей. За счет анаболизма происходит рост, развитие и деление каждой клетки.

Обмен веществ между организмом и окружающей средой — необходимое условие существования живых существ, это один из основных признаков живого. Из внешней среды организм получает кислород, органические вещества, минеральные соли, воду. Во внешнюю среду отдаёт конечные продукты распада: углекислый газ, излишки воды, минеральных солей, мочевину, соли мочевой кислоты и некоторые другие вещества.

У человека в течение жизни почти все клетки организма сменяются несколько раз. Кровь за год полностью обновляется 3 раза, за сутки меняется 450 млрд эритроцитов, до 30 млрд лейкоцитов, 1/75 всех костных клеток скелета, до 50 % эпителиальных клеток желудка и кишечника.

Энергия, высвобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается ею в виде высокоэнергетических соединений, как правило, в виде АТФ. АТФ — нуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты, соединяющихся между собой макроэргическими связями.

В этих связях запасена энергия, которая высвобождается при их разрыве:

  • АТФ+Н2О -> АДФ+Н3РО4+Q1,
  • АДФ+Н2О->АМФ+Н3РО4+Q2,
  • АМФ+Н2О->аденин+рибоза+Н3РО4+Q3,

где АТФ-аденозинтрифосфорная кислота; АДФ-аденозиндифосфорная кислота; АМФ-аденонмонофосфорная кислота; Q1 = Q2 = 30,6 кДж.

Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется благодаря процессу фосфорилирования. Фосфорилирование — присоединение остатка фосфорной кислоты к АДФ (АДФ+Ф->АТФ). В результате превращений эти вещества попадают в клетки. Здесь они расщепляются (глюкоза — до воды и углекислого газа). Высвобожденная энергия используется клетками для поддержания своей жизнедеятельности. Этот процесс называется энергетическим обменом. Пластический и энергетический обмены происходят одновременно и неразрывно связаны друг с другом, но не всегда являются уравновешенными. Чаще всего это связано с возрастом человека.

I этап, подготовительный[править | править код]

Сложные органические соединения распадаются на простые под действием пищеварительных ферментов, при этом выделяется только тепловая энергия.

  • Белки → аминокислоты
  • Жиры → глицерин и жирные кислоты
  • Крахмал → глюкоза

II этап, гликолиз (бескислородный)[править | править код]

Осуществляется в цитоплазме, с мембранами не связан. В нём участвуют ферменты; расщеплению подвергается глюкоза и происходит образование двух молекул пировиноградной кислоты CH

3COCOOH. 60 % энергии рассеивается в виде тепла, а 40 % — используется для синтеза 2 молекул АТФ. Кислород не участвует.

C6h22O6⟶2Ch4COCOOH+2АТФ{\displaystyle {\ce {{C6h22O6}-> 2{Ch4COCOOH}+ 2 {АТФ}}}}

III этап, клеточное дыхание (кислородный)[править | править код]

Осуществляется в митохондриях, связан с матриксом митохондрий и внутренней мембраной. В нём участвуют ферменты, кислород. Расщеплению подвергается молочная кислота. СО2 выделяется из митохондрий в окружающую среду. Атом водорода включается в цепь реакций, конечный результат которых — синтез АТФ.

  • Биологический энциклопедический словарь / глав. ред. М. С. Гиляров. — М.: Советская энциклопедия, 1986. — С. 250.

Метаболизм (архитектура) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 сентября 2018; проверки требуют 2 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 сентября 2018; проверки требуют 2 правки.

Метаболи́зм (фр. métabolisme от греч. μεταβολή — «превращение, изменение») — течение в архитектуре и градостроительстве середины XX в., представлявшее альтернативу господствовавшей в то время в архитектуре идеологии функционализма. Зародилось в Японии в конце 50-х годов XX века. В основу теории метаболизма лёг принцип индивидуального развития живого организма (онтогенеза) и коэволюции. Метаболизм не сто́ит, однако, путать с органической архитектурой и эко-теком, в которых подражание живой природе не развёрнуто во времени и затрагивает, главным образом, принципы формообразования.

Вот как определял концепцию метаболизма один из её главных идеологов, Киёнори Кикутакэ:

«Японцы привыкли к неразрывности традиции, одной из основ устойчивости нашей цивилизации.

Поэтому и концепция метаболистической архитектуры восходит к истокам японской строительной традиции, предлагая алгоритм её изменения.

Безусловно, непросто кратко определить все то, о чем я размышлял, создавая эту теорию. Для меня в понятии «метаболизм» самым важным была возможность перестройки сооружения и замены его составляющих в соответствии с требованиями, которые предъявляет наш быстроизменяющийся мир.

Движение метаболистов не было данью моде и не создавалось мною для того, чтобы стать её законодателем. В Европе это движение превратилось в модное течение, а в нашей стране, основанной на древних традициях, оно получило иное развитие. Для Японии это был вопрос будущего нашей цивилизации. Поэтому необходимо было учитывать, будет ли нужна Японии наша концепция. При этом мы верили, что такой подход к архитектуре и вообще к построению нового мирного общества будет полезен для развития и других стран.

Вообще, в Японии всегда уделялось особое внимание законам эволюции животного и растительного мира. Поэтому природные закономерности стали одной из основ архитектурного метаболизма. Возможно, по похожим биологическим законам должна развиваться и архитектура. Современные технологии позволяют реализовывать самые смелые проекты, поэтому есть надежда, что опыт метаболистов найдет своё применение и в XXI веке.[1]
»

Особенностями архитектурного языка метаболистов стали незавершенность, «недосказанность», относительная «деструктивность» и открытость структуры зданий для «диалога» с изменяющимся архитектурным, культурным и технологическим контекстом городской среды. Распространён приём акцентирования внимания на пустоте, с целью создания эффекта «материализации внимания», визуальное закрепление незастроенных и неосвоенных пространств при помощи символических пространственных структур. При этом создаётся некое промежуточное пространство (иначе — мезопространство), которое согласно теории метаболизма являет собой недостающее звено между архитектурой (как в высшей степени упорядоченной средой обитания) и окружающим хаосом изменчивой городской среды или «вакуумом» природного ландшафта. В структуре как отдельных зданий, так и их комплексов и даже целых городов, разработанных под влиянием идей метаболизма, всегда чётко прослеживается вре́менная и постоянная составляющие. Ещё один признак такой архитектуры — её модульность, ячеистость, нагляднее всего иллюстрируемый на примере башни «Накагин» (Nakagin Capsule Tower) (архитектор К. Курокава).

Следует, однако, заметить, что алгоритмы, заложенные в проектах метаболистов, на практике не всегда воспроизводятся и срабатывают должным образом. Тем не менее, эти заранее разработанные «сценарии» жизни зданий и городов играют существенную роль в обосновании проектных решений, а их наглядное представление в виде видеороликов и т.п. служит эффектным дополнением к архитектурной визуализации проекта.

Википедия:Рецензирование/Метаболизм — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

< Википедия:Рецензирование Перейти к навигации Перейти к поиску

Выставляю на рецензию с целью выдвижения в хорошие статьи. Статья была переведена мной из англовики и далее доработана в основном Участник:Sirozha.—Meddoc13 10:34, 19 сентября 2010 (UTC)

  • В ближайшее время доработаю перевод. Думаю, что никаких проблем на ВП:КХС не возникнет —Sirozha.ru 11:44, 19 сентября 2010 (UTC)
    • Викифицируйте сноски согласно шаблонам {{книга}}, {{cite web}}, {{cite news}} и т.д. (DOI можно вставить в шаблон {{статья}}). — HarDNox¿ 17:21, 28 сентября 2010 (UTC)
      • Сноски оформлены шаблонами {{cite journal }} и подобными. Перевикификация в шаблон {{статья}} представляется во-первых, крайне трудоемкой, а во-вторых, совершенно необязательной —Sirozha.ru 04:44, 29 сентября 2010 (UTC)
        • Я подозреваю, что многие параметры альтернативных русских вариантов намного лучше помогают правильно понять информацию об источнике. Я с этой проблемой при переводах статей часто встречаюсь, и стараюсь переделывать под русские версии сносок. — HarDNox¿ 10:44, 29 сентября 2010 (UTC)
  • В данной статье 150 сносок. Оформленных в шаблон. Зачем тратить впустую кучу времени? Ссылка на ДОИ, ссылка на пабмем работает. —Sirozha.ru 14:32, 29 сентября 2010 (UTC)
    • Ну дело ваше. Я думал, что будет немного лучше, если про оформление Хороших и Избранных статей будут чуть больше присматривать, согласно правилам. — HarDNox¿ 16:53, 29 сентября 2010 (UTC)
      • Если автор перевода или любой другой участник решит исправить 150+ сносок из cite article в статья, возражать не буду. Но не считаю это обязательным —Sirozha.ru 17:03, 29 сентября 2010 (UTC)
        • Если википедия русская — значит она должна иметь русское оформление, понятное русскоязычным. Лично я не понимаю что такое 1234 (123) в большинстве сносок. А вот … В. 1234 — № 123 — … для меня понятнее. — HarDNox¿ 17:21, 29 сентября 2010 (UTC)
          • Ну на всякий случай сообщу вам, что 27 (3) означает — третий номер из 27 тома журнала —Sirozha.ru 06:29, 30 сентября 2010 (UTC)
            • Упс… — HarDNox¿ 10:54, 30 сентября 2010 (UTC)

Впринципе, хорошая статья, однако меня немного удручают сноски, которые стоят после точки (должны быть перед, вроде бы это устоявшаяся практика). — HarDNox¿ 04:08, 13 октября 2010 (UTC)

по ГОСТу после точки—Sirozha.ru 04:54, 13 октября 2010 (UTC)
Окей (хотя я буду перед точкой ставить). Однако становится неясным одно: к какому предложению добавлен источник. — HarDNox¿ 10:43, 13 октября 2010 (UTC)
  • Мне кажется было бы логичней раздел история перенести вперед. goga312 02:18, 15 октября 2010 (UTC)
    • В русскоязычном разделе ВП история обычно идет в первой части статьи, в англоязычном, откуда был сделан перевод — в заключительной. Думаю, что по сложившейся традиции, действительно, Историю лучше перенести в начало статьи —Sirozha.ru 05:17, 15 октября 2010 (UTC)

Статья Метаболизм * — исчерпывающая. Единственное к ней замечание: некорректно приравнивать Метаболизм с обменаом веществ. Ибо обмен веществ – более широкое понятие, нежели набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни.Так как Метаболизм лишь первый этап обмена веществ. Второй, не менее важный этап обмена веществ, – доставка продуктов Метаболизма и жизнедеятельности клеток, включая гормоны и ферменты, к месту назначения, происходит через проницаемые стенки капилляров и посредством циркуляции крови в сердечно-сосудистой системе, т.е.посредством кровообращения. Считаю целесообразным создать статью «Обмен веществ».—Golfi w 07:36, 14 августа 2012 (UTC)

Регуляторы метаболизма железа — Википедия

Железо является важным элементом в биологии, необходимым для многочисленных клеточных процессов. Избыток или недостаток железа может принести вред организму.

У млекопитающих нет контролируемых механизмов выведения избытка железа, следовательно, гомеостаз железа в организме регулируется в местах абсорбции и утилизации отходов. Печень стала основным местом системной регуляции железа, являясь местом, где вырабатывается железо-регуляторный гормон гепсидин.

Гепсидин является негативным регулятором поглощения и переработки железа. Он связывается с единственным известным клеточным экспортером железа ферропортином и вызывает его интернализацию и деградацию, тем самым уменьшая отток железа из клеток-мишеней и снижая уровень сывороточного железа. Большая часть исследований в области метаболизма железа сосредоточена на регуляции гепсидина и его взаимодействия с ферропортином.

Схематическое изображение основных молекул и путей регуляции экспрессии гена HAMP в гепатоцитах и функции HAMP в регуляции FPN. IL-6, интерлейкин 6; IL-6-R, рецептор IL-6; BMP6, костный морфогенетический белок 6; BMP-R, рецептор BMP; HJV, гемоювелин; МТ-2, матриптаза-2; HFE, белок гемохроматоза; GDF15, фактор дифференциации роста 15; ERFE, эритроферрон; DMT1, двухвалентный металлический транспортер 1; DcytB, дуоденальный цитохром B.

Приблизительно 2 мг железа всасывается ежедневно в двенадцатиперстной кишке и проксимальном отделе тонкой кишки. Это компенсируется потерями в результате шелушения кожи, отслоения эпителиальных клеток кишечника и кровопотери. Тело человека не имеет контролируемых механизмов выведения железа, поэтому уровень железа в организме балансируется путем регулирования поглощения железа. Железо в рационе находится в форме Fe3+, степень окисления сначала нужно уменьшить до Fe2+, прежде чем оно может быть поглощено; это достигается действием мембраносвязанной железоредуктазы двенадцатиперстной кишки.[1]

Для входа в системную циркуляцию железу необходимо пересечь базолатеральную мембрану кишечных энтероцитов. Это достигается единственным известным экспортером железа, ферропортином, белком трансмембранного домена, кодируемым SLC40A1 геном.[2][3][4]

Ферропортин является единственным известным белок-экспортёром клеточного железа. Это выражено наиболее высоко в макрофагах, дуоденальных энтероцитах и ​​гепатоцитах, то есть в тех типах клеток, что участвуют в переработке железа, абсорбции и хранении.[4] Экспрессию ферропортина можно контролировать на транскрипционном, трансляционном и посттрансляционном уровне.

мРНК ферропортин содержит функциональный IRE (Iron response element) в его 5’UTR и, подобно H и L ферритину, его перевод подавляется в условиях дефицита железа, с результирующим сокращением экспорта клеточного железа.[4]

На системном уровне наиболее важный механизм, регулирующий ферропортин, включает печеночный железо-регуляторный гормон гепсидин. Гепсидин первоначально был идентифицирован в плазме и моче как маленький, состоящий из 25 аминокислот, печеночный антимикробный пептид. Гепсидин уменьшает клеточный экспорт железа путем связывания с ферропортином и вызывает его интернализацию и деградацию.[5][6]

Основные молекулы и пути, ответственные за железо, воспаление и эритропоэтическую регуляцию гепсидин в гепатоцитах изображены вверху рисунка. Роль гепсидина из гепатоцитов в регуляции всасывания железа у энтероцитов двенадцатиперстной кишки и рециклинг железа в макрофагах через его взаимодействие с FPN изображены в нижней части рисунка. Маленькие красные круги обозначают железо.

Ферроптоз – это форма регулированной гибели клеток, что происходит в результате железо-зависимого перекисного окисления липидов.

Впервые ферроптоз был описан в 2012 году при проведении высокопроизводительного скрининга молекул, которые избирательно убивают клетки с гиперэкспрессией онкогенного HRas.[7] Однако последующие работы показали, что клетки с активированной HRas не являются единственными мишенями.  Ферроптоз также вовлечен в патологическую гибель клеток, связанную с дегенеративными заболеваниями (то есть заболеваниями Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона), канцерогенезом, инсультом, внутримозговым кровоизлиянием, черепно-мозговой травмой, ишемией-реперфузионным повреждением и дегенерацией почек у млекопитающих, а также участвует при тепловом стрессе у растений.[8]

Ферроптоз значительно отличается от таких процессов, как апоптоз, некроз и аутофагия.[7] Морфологически ферроптоз характеризуется уменьшенным размером митохондрий с увеличенной плотностью их мембран.[7][9] Для ферроптоза не характерно фрагментация ядра, маргинация хроматина, активации каспаз, а также истощение внутриклеточных запасов АТФ. Механистически ферроптоз вызывает гибель клеток путем накопления липидных ROS (активных форм кислорода), что нарушает целостность клеток, текучесть и проницаемость мембран.

Таким образом, образование ROS под действием ионов железа или же ферментов, кофактором которых выступают ионы ферума, является первопричиной ферроптотической гибели клеток.[10] Так увеличение внутриклеточной концентрации железа или активности трансферрина способствуют возрастанию чувствительности клеток к ферроптозу. И наоборот, хелатирования железа снижает ферроптоз.[11]

В ферроптозе также отыграют роль и другие источники ROS. В некоторых клетках ферменты семейства NOX вносят важный вклад в этот процесс, в особенности NOX1 (NAPDH -оксидаза 1), что способствует выработке NAPDH, и в последствии активных форм кислорода.[7] NAPDH продуцируется несколькими клеточными реакции, но пентозофосфатный путь особенно важен для ферроптоза в Ras-мутированных раковых клетках.

Модуляторы и ингибиторы ферроптоза[править | править код]

Модуляторы ферроптоза были определены путем изучения ферроптических механизмов. Так разделяют индукторы I и II классов.

Индукторы ферроптоза класса I косвенно снижают функцию GPX4 (глутатион-зависимой пероксидазы), истощая GSH (глутатион).

Индукторы ферроптоза класса I включают:

  • Эрастин, производные эрастина (альдегид эрастин, морфолин эрастин II и пиперазин эрастин)
  • Бутионинсульфоксимин
  • DPI2
  • Глутамат
  • Ланперизон
  • Сульфасалазин
  • SRS13-45, SRS13-60  
  • Сорафениб

Индукторы ферроптоза класса II напрямую ингибируют функцию GPX4 и включают DPI7, DPI10, DPI12, DPI13, DPI17, DPI18, DPI19, ML162 и RSL3.[7]

Ингибиторы ферроптоза проявляют различные механизмы действия, что в основном нацелены на уменьшение концентрации ROS. К ним относятся:

  • Антиоксиданты
  • Ферростатин-1 и его производные (SRS8-72, SRS11-92, SRS12-45, SRS13-35, SRS13-37, SRS16-86)[11]
  • β-меркаптоэтанол
  • Хелаторы железа: десфероксамин, 2,2-бипиридил и циклопироксоламин
  • Циклогексимид
  • Феноксиуксусная кислота
  • Эбселен

Изучение заболеваний, связанных с дефицитом железа или избытка железа было ключом к улучшению понимания гомеостаза железа и его регуляции. Дефицит железа является наиболее часто встречающимся среди прочих необходимых элементов во всем мире. Согласно данным ВОЗ, примерно 25% населения страдает от железодефицитной анемии.[12] Причиной этой анемии может послужить как низкое потребление железа, так и инфекционные болезни и другие причины хронического воспаления, которые уменьшают поглощение и доступность железа. Избыток железа, в свою очередь, также может нанести вред здоровью. Избыток железа обычно наследуется и обусловлен первичными дефектами в молекулах, регулирующих гомеостаз железа и называются наследственными гемохроматозом. Избыточное накопление железа в тканях может привести к повреждению тканей и заболеваний, в том числе фиброзу печени, сахарному диабету, артропатии, дисфункции эндокринной системы и кардиомиопатии.[13]

Железо, из-за своей способности участвовать в окислительно –восстановительных процессах и образовании свободных радикалов, может стать косвенной причиной развития рака. Также известно, что железо играет определенную роль в микроокружении опухоли и в метастазе.

В популяционных исследованиях используются четыре основных подхода для изучения взаимосвязи между железом и риском развития рака. Один был нацелен на определение связанного с трансферрином (TF) ионов железа (Fe3 +). Второй аналитический подход исследовал связь между потреблением железа в рационе и риском развития рака. Так было показано повышения риска развития колоректального рака при более высоком потреблении железа. Также были подходы, что заключались в использовании генетически индуцированного накопления железа. В совокупности они подтверждают модель, в которой повышенные уровни железа в организме связаны с повышенным риском развития рака.[14]

Для злокачественных клеток замечена характерное повышение внутриклеточной концентрации железа, что стимулирует активность железо зависимых белков и способствует усилению пролиферации.

Внутриклеточные процессы с участием железа и их связь с раком[править | править код]

Накопление железа[править | править код]

Многие исследования показали, что раковые клетки имеют повышенную экспрессию трансферринового рецептора 1 (TFRC1), что связывает трансферрин и необходим для связывания железа и регуляции роста клеток. Особенно это проявляется при раке молочных желез, клеток почек и немиелиновых клеток легких.

Экспрессия TFRC1 регулируется на посттранскрипционном уровне IRP в ответ на внутриклеточные уровни железа. TFRC1 также является прямой транскрипционной мишенью онкопротеина c-Myc.

В дополнение к увеличению усвоения железа раковые клетки могут увеличивать концентрацию внутриклеточного железа за счет модулирования уровня ферритина, что выступает пулом железа. Ферритин накапливает избыточное железо, тем самым предотвращая образование ROS под действием ионов ферума. Гипо экспрессия ферритина наблюдается во многих раковых тканях, включая рак молочной железы, поджелудочной железы и гепатоцеллюлярный рак, лимфому Ходжкина и мультиформную глиобластому.

Отток железа[править | править код]

Отток железа, опосредованный FPN-1 (ferroportin-1) и контролируемый пептидным гормоном гепсидином, играет важную роль в росте опухоли и метастазировании. Изменение регуляции FPN-1 наблюдается при многих типах рака (молочной железы, простаты, гепатоцеллюлярного рака).

Экспрессия FPN-1 регулируется на транскрипционном, посттранскрипционном и посттрансляционном уровнях. В макрофагах FPN-1 транскрипционно регулируется гемом, который увеличивает транскрипцию FPN-1 путем модуляции связывания Bach2 (BTB domain and CNC homolog 1). Bach2 с элементом антиоксидантного ответа (ARE) присутствует в промоторной последовательности FPN-1 и репрессирует его транскрипцию.[15] Гем вызывает деградацию Bach2, что приводит к угнетению процесса транскрипции. Другим фактором, влияющим на транскрипцию FPN-1, является гипоксия; активация индуцируемого гипоксией фактора (HIF) в энтероцитах усиливает экспрессию FPN-1.

Посттранскрипция, FPN-1 регулируется IRP. Большинство типов клеток преимущественно экспрессируют мРНК изоформы 1a FPN-1, которая содержит 5′-IRE. В условиях дефицита железа IRP связываются с 5′-IRE, репрессируя трансляцию FPN-1 и снижая экспрессию FPN-1 на клеточной мембране.

FPN-1 также регулируется посттрансляционно пептидным гормоном гепсидином, который связывается с FPN-1, что приводит к его протеолизу в лизосомах.

Механизмы, лежащие в основе снижения экспрессии FPN-1 в раковых клетках, до конца не изучены.

Железо и микроокружение опухоли[править | править код]

Опухоли существуют в богатой микросреде, которая включает эндотелиальные клетки и макрофаги. Недавно было показано, что M2-поляризованные макрофаги вызывают такую экспрессию генов, что влияет на отток железа: увеличение ферропортина и уменьшение ферритина.[16] Таким образом кондиционированная среда из макрофагов М2 способствует накоплению избытка железа и пролиферации опухолевых клеток. Ферритин, который наиболее известен своей ролью пула внутриклеточного железа, также секретируется макрофагами. Он может способствовать ангиогенезу опухоли, связывая расщепленный высокомолекулярный кининоген (HMWK; также известный как кининоген 1), которая является эндогенным ангиогенезным ингибитором.[17]

  1. A. T. McKie. An Iron-Regulated Ferric Reductase Associated with the Absorption of Dietary Iron // Science. — 2001-03-02. — Т. 291, вып. 5509. — С. 1755–1759. — DOI:10.1126/science.1057206.
  2. Adriana Donovan, Alison Brownlie, Yi Zhou, Jennifer Shepard, Stephen J. Pratt. Positional cloning of zebrafish ferroportin1 identifies a conserved vertebrate iron exporter (англ.) // Nature. — 2000-2. — Vol. 403, iss. 6771. — P. 776–781. — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687. — DOI:10.1038/35001596.
  3. A. T. McKie, P. Marciani, A. Rolfs, K. Brennan, K. Wehr. A novel duodenal iron-regulated transporter, IREG1, implicated in the basolateral transfer of iron to the circulation // Molecular Cell. — 2000-2. — Т. 5, вып. 2. — С. 299–309. — ISSN 1097-2765.
  4. 1 2 3 Sherry Abboud, ¶, David J. Haile, ¶. A Novel Mammalian Iron-regulated Protein Involved in Intracellular Iron Metabolism (англ.) // Journal of Biological Chemistry. — 2000-06-30. — Vol. 275, iss. 26. — P. 19906–19912. — ISSN 1083-351X 0021-9258, 1083-351X. — DOI:10.1074/jbc.M000713200.
  5. A. Krause, S. Neitz, H. J. Mägert, A. Schulz, W. G. Forssmann. LEAP-1, a novel highly disulfide-bonded human peptide, exhibits antimicrobial activity // FEBS letters. — 2000-09-01. — Т. 480, вып. 2-3. — С. 147–150. — ISSN 0014-5793.
  6. Christina H. Park, Erika V. Valore, Alan J. Waring, Tomas Ganz. Hepcidin, a Urinary Antimicrobial Peptide Synthesized in the Liver (англ.) // Journal of Biological Chemistry. — 2001-03-16. — Vol. 276, iss. 11. — P. 7806–7810. — ISSN 1083-351X 0021-9258, 1083-351X. — DOI:10.1074/jbc.M008922200.
  7. 1 2 3 4 5 Scott J. Dixon, Kathryn M. Lemberg, Michael R. Lamprecht, Rachid Skouta, Eleina M. Zaitsev. Ferroptosis: An Iron-Dependent Form of Nonapoptotic Cell Death (англ.) // Cell. — 2012-5. — Vol. 149, iss. 5. — P. 1060–1072. — DOI:10.1016/j.cell.2012.03.042.
  8. Brent R. Stockwell, José Pedro Friedmann Angeli, Hülya Bayir, Ashley I. Bush, Marcus Conrad. Ferroptosis: A Regulated Cell Death Nexus Linking Metabolism, Redox Biology, and Disease (англ.) // Cell. — 2017-10. — Vol. 171, iss. 2. — P. 273–285. — DOI:10.1016/j.cell.2017.09.021.
  9. Andreas Linkermann, Rachid Skouta, Nina Himmerkus, Shrikant R. Mulay, Christin Dewitz. Synchronized renal tubular cell death involves ferroptosis // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2014-11-25. — Т. 111, вып. 47. — С. 16836–16841. — ISSN 1091-6490. — DOI:10.1073/pnas.1415518111.
  10. Scott J. Dixon, Brent R. Stockwell. The role of iron and reactive oxygen species in cell death // Nature Chemical Biology. — 2014-1. — Т. 10, вып. 1. — С. 9–17. — ISSN 1552-4469. — DOI:10.1038/nchembio.1416.
  11. 1 2 Wan Seok Yang, Brent R. Stockwell. Synthetic lethal screening identifies compounds activating iron-dependent, nonapoptotic cell death in oncogenic-RAS-harboring cancer cells // Chemistry & Biology. — 2008-3. — Т. 15, вып. 3. — С. 234–245. — ISSN 1074-5521. — DOI:10.1016/j.chembiol.2008.02.010.
  12. Erin McLean, Mary Cogswell, Ines Egli, Daniel Wojdyla, Bruno de Benoist. Worldwide prevalence of anaemia, WHO Vitamin and Mineral Nutrition Information System, 1993–2005 (англ.) // Public Health Nutrition. — 2009-4. — Vol. 12, iss. 04. — P. 444. — ISSN 1475-2727 1368-9800, 1475-2727. — DOI:10.1017/S1368980008002401.
  13. C. Niederau, R. Fischer, A. Pürschel, W. Stremmel, D. Häussinger. Long-term survival in patients with hereditary hemochromatosis // Gastroenterology. — 1996-4. — Т. 110, вып. 4. — С. 1107–1119. — ISSN 0016-5085.
  14. Suzy V. Torti, Frank M. Torti. Iron and cancer: more ore to be mined (англ.) // Nature Reviews Cancer. — 2013-5. — Vol. 13, iss. 5. — P. 342–355. — ISSN 1474-1768 1474-175X, 1474-1768. — DOI:10.1038/nrc3495.
  15. Wenli Guo, Shuping Zhang, Yue Chen, Daoqiang Zhang, Lin Yuan. An important role of the hepcidin-ferroportin signaling in affecting tumor growth and metastasis // Acta Biochimica Et Biophysica Sinica. — 2015-9. — Т. 47, вып. 9. — С. 703–715. — ISSN 1745-7270. — DOI:10.1093/abbs/gmv063.
  16. Stefania Recalcati, Massimo Locati, Agnese Marini, Paolo Santambrogio, Federica Zaninotto. Differential regulation of iron homeostasis during human macrophage polarized activation // European Journal of Immunology. — 2010-3. — Т. 40, вып. 3. — С. 824–835. — ISSN 1521-4141. — DOI:10.1002/eji.200939889.
  17. David H. Manz, Nicole L. Blanchette, Bibbin T. Paul, Frank M. Torti, Suzy V. Torti. Iron and cancer: recent insights: Iron and cancer (англ.) // Annals of the New York Academy of Sciences. — 2016-3. — Vol. 1368, iss. 1. — P. 149–161. — DOI:10.1111/nyas.13008.

Наследственные болезни обмена веществ — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 10 июня 2019; проверки требуют 2 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 10 июня 2019; проверки требуют 2 правки.

Наследственные нарушения обмена веществ включают в себя большую группу наследственных заболеваний, затрагивающих расстройства метаболизма. Такие нарушения составляют значительную часть группы метаболических расстройств (метаболические заболевания). Наследственными называются такие заболевания человека, которые вызваны перестройками и нарушениями в генетическом материале организма – хромосомах и генах. Среди наследственных заболеваний человека одно из самых значительных мест занимают наследственные болезни обмена. В настоящее время[когда?] эта группа включает около 700 различных заболеваний[источник не указан 195 дней].

Развитие большинства из них является следствием дефекта единичных генов, кодирующих индивидуальные ферменты, которые обеспечивают превращение одних веществ (субстраты) в другие (продукты). В большинстве случаев таких расстройств патогенным является накопление веществ, обладающих токсическим действием или нарушающих способность синтеза других жизненно важных соединений. Для наследственных болезней обмена веществ иногда используется синонимичный термин «врождённые ошибки метаболизма» ферментопатии.

Термин врожденное нарушение обмена веществ был предложен в начале XXI века британским врачом сэром Арчибальдом Гародом (1857—1936), который известен благодаря разработанной им классической концепции метаболического блока как основы патогенеза наследственных нарушений обмена веществ.

Его труд «Врождённые нарушения обмена веществ»[1], написанный по результатам многолетнего изучения природы и наследования алкаптонурии лёг в основу дальнейших исследований генетически обусловленных врождённых нарушений обмена веществ.

Традиционно наследственные болезни обмена веществ разделялись на нарушения обмена углеводов, аминокислот, органических кислот, или лизосомные болезни накопления. Однако в последние десятилетия были открыты сотни новых наследственных нарушений обмена, и эти категории сильно разрослись.

В настоящее время выделяют следующие основные классы наследственных метаболических расстройств. Приведены характерные примерами для каждого класса, однако многие другие не попали в эти категории. Где возможно, приведён шифр по МКБ-10.

С развитием метабономики и метаболомики, а также фармакогенетики, всё большее и большее значение приобретает исследование роли отдельных генов в формировании наследственных нарушений обмена, ферментопатий

Углеводный обмен — Википедия

Углеводный обмен, или метаболизм углеводов в организмах животных и человека. Метаболизм углеводов в организме человека состоит из следующих процессов:

  1. Расщепление в пищеварительном тракте поступающих с пищей поли- и дисахаридов до моносахаридов, дальнейшее всасывание моносахаридов из кишечника в кровь.
  2. Синтез и распад гликогена в тканях (гликогенез и гликогенолиз), прежде всего в печени.
  3. Гликолиз — распад глюкозы. Первоначально под этим термином обозначали только анаэробное брожение, которое завершается образованием молочной кислоты (лактата) или этанола и углекислого газа. В настоящее время понятие «гликолиз» используется более широко для описания распада глюкозы, проходящего через образование глюкозо-6-фосфата, фруктозо-1,6-дифосфата и пирувата как в отсутствие, так и в присутствии кислорода. В последнем случае употребляется термин «аэробный гликолиз», в отличие от «анаэробного гликолиза», завершающегося образованием молочной кислоты или лактата.
  4. Анаэробный путь прямого окисления глюкозы или, как его называют, пентозофосфатный путь (пентозный цикл).
  5. Взаимопревращение гексоз.
  6. Анаэробный метаболизм пирувата. Этот процесс выходит за рамки углеводного обмена, однако может рассматриваться как завершающая его стадия: окисление продукта гликолиза — пирувата.
  7. Глюконеогенез — образование углеводов из неуглеводных продуктов (пирувата, лактата, глицерина, аминокислот, липидов, белков и т. д.).

Углеводы входят в состав живых организмов и вместе с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами определяют специфичность их строения и функционирования. К углеводам относят соединения, обладающие разнообразными и зачастую сильно отличающимися функциями. Углеводы участвуют во многих метаболических процессах, но прежде всего они являются основными поставщиками энергии. На долю углеводов приходится примерно 75 % массы пищевого суточного рациона и более 50 % от суточного количества необходимых калорий. Однако неправильно сводить функцию углеводов только к энергетическому обеспечению процессов жизнедеятельности организма. Следует отметить и структурную роль углеводов. Так, в виде гликозаминогликанов углеводы входят в состав межклеточного матрикса. Большое число белков (ферменты, белки-транспортёры, белки-рецепторы, гормоны) — гликопротеины, углеводная составляющая которых повышает их специфичность. Например, различия в строении олигосахаридных фрагментов клеточной оболочки эритроцитов обеспечивают групповую принадлежность крови. Из углеводов в процессе метаболизма образуется большое число органических соединений, которые служат исходными субстратами для синтеза липидов, аминокислот, нуклеотидов. Производные углеводов — глюкурониды — участвуют в детоксикации ксенобиотиков и инактивации веществ эндогенного происхождения[1]. Углеводы могут быть синтезированы в организме с использованием других метаболитов: некоторых аминокислот, глицерина, молочной кислоты. Углеводы нельзя считать незаменимыми компонентами пищи. Однако если исключить углеводы из диеты, то следствием может быть гипогликемия, для компенсации которой будут расходоваться белки и липиды. Таким образом, углеводы — обязательные пищевые компоненты, потому что помимо их основной энергетической функции (клеточные «дрова») углеводы участвуют во многих метаболических клеточных процессах[2].

  • Углеводы, потребляемые с пищей
  • Лактоза или молочный сахар, впервые была обнаружена в коровьем молоке, откуда и получила своё название.

  • Мальтоза или солодовый сахар, входит в состав семян зерновых культур (ячменя, ржи, пшеницы итд.).

  • Сахароза — один из самых потребляемых углеводов в мире.

Переваривание и всасывание углеводов[править | править код]

Пищеварение углеводов можно разделить на несколько этапов:

  • Пищеварение, происходящее в полости рта
  • Пищеварение в желудке
  • Пищеварение и всасывание в тонком кишечнике.

Эпителиальные клетки кишечника способны всасывать только моносахариды. Поэтому процесс переваривания заключается в ферментативном гидролизе гликозидных связей в углеводах, имеющее олиго- или полисахаридное строение.

Переваривание углеводов в полости рта[править | править код]

В полости рта начинается расщепление крахмала (и гликогена) под действием фермента слюны — амилазы. Известны 3 вида амилаз, которые различаются главным образом по конечным продуктам их ферментативного действия:

  • α-амилаза
  • β-амилаза
  • γ-амилаза

α-Амилаза (КФ 3.2.1.1) расщепляет в полисахаридах внутренние α-1,4-связи, поэтому её иногда называют эндоамилазой. Молекула α-амилазы содержит в своих активных центрах ионы Ca2+ необходимые для ферментативной активности. Кроме того, характерной особенностью α-амилазы животного происхождения является способность активироваться одновалентными анионами. Прежде всего Сl.

Структура α-амилазы слюнных желез. Катион кальция показан жёлтым цветом, анион хлора — зелёным.

Слюнная α-амилаза представляет собой смесь близких электрофоретически разделяемых изоферментов. Каждый из них — одноцепочечный полипептид (мол. масса 56000 Да), к которому присоединен олигосахарид. Структура этого олигосахарида, а также число его молекул на одну молекулу белка и способ прикрепления к белку неизвестны. Удивительно, что не существует соответствующих ферментов в слюне некоторых приматов, например у бабуинов или резусов.

В ротовой полости не может происходить полное расщепление крахмала, так как действие фермента на крахмал кратковременно. Кроме того, амилаза слюны не расщепляет α- 1,6-гликозидные связи (связи в местах разветвлений), поэтому крахмал переваривается лишь частично с образованием крупных фрагментов — декстринов и небольшого количества мальтозы. Следует отметить, что амилаза слюны не гидролизует гликозидные связи в дисахаридах.

Под действием β-амилазы от крахмала отщепляется дисахарид мальтоза, то есть β-амилаза является экзоамилазой. Она обнаружена у высших растений где играет важную роль в мобилизации резервного (запасного) крахмала.

γ-Амилаза отщепляет один за другим глюкозные остатки от конца полигликозидной цепочки. Различают 2 вида γ-амилаз: кислые и нейтральные, в зависимости от того в какой области pH они проявляют максимальную активность. В органах и тканях человека и млекопитающих кислая γ-амилаза локализована в лизосомах, а нейтральная — в микросомах и гиалоплазме. Амилаза слюны является α-амилазой. Под влиянием этого фермента происходят первые фазы распада крахмала (или гликогена) с образованием декстринов (в небольшом количестве образуется и мальтоза). Затем пища смешанная со слюной попадает в желудок.

Желудочный сок не содержит ферментов расщепляющие сложные углеводы (например целлюлозу). В желудке действие α-амилазы слюны прекращается так как желудочное содержимое имеет очень кислую среду (pH 1,5 — 2,5). Однако в более глубоких слоях пищевого комка, куда не сразу проникает желудочный сок, действие амилазы некоторое время продолжается и происходит расщепление полисахаридов с образованием декстринов и мальтозы. Наиболее важная фаза распада крахмала (или гликогена) протекает в двенадцатиперстной кишке под действием α-амилазы поджелудочного сока. Здесь pH возрастает до нейтральных значений, при этих условиях α-амилаза панкреатического сока обладает почти максимальной активностью. Этот фермент завершает превращение крахмала и гликогена в мальтозу, начатое амилазой слюны.

Переваривание углеводов в кишечнике[править | править код]

Расщепление крахмала и гликогена до мальтозы в кишечнике происходит под действием 3-х ферментов:

  • панкреатической α-амилазы
  • амило-1,6-глюкозидазы
  • олиго-1,6-глюкозидазы

Образующаяся мальтоза оказывается только временным продуктом, так как она быстро гидролизуется под влиянием фермента мальтазы (α-глюкозидазы) на 2 молекулы глюкозы. Кишечный сок также содержит активную сахаразу, под действием которой образуются глюкоза и фруктоза.

Панкреатическая α-амилаза[править | править код]

В двенадцатиперстной кишке рН среды желудочного содержимого нейтрализуется, так как секрет поджелудочной железы имеет рН 7,5-8,0 и содержит гидрокарбонаты (НСО3). С секретом поджелудочной железы в кишечник поступает панкреатическая α-амилаза. Этот фермент гидролизует α-1,4-гликозидные связи в крахмале и декстринах.

Продукты переваривания крахмала на этом этапе — дисахарид мальтоза, содержащая 2 остатка глюкозы, связанные α-1,4-связью. Из тех остатков глюкозы, которые в молекуле крахмала находятся в местах разветвления и соединены α-1,6-гликозидной связью, образуется дисахарид изомальтоза. Кроме того, образуются олигосахариды, содержащие 3-8 остатков глюкозы, связанные α-1,4- и α-1,6-связями

α-Амилаза поджелудочной железы, так же, как α-амилаза слюны, действует как эндогликозидаза. Панкреатическая α-амилаза не расщепляет α-1,6-гликозидные связи в крахмале. Этот фермент также не гидролизует β-1,4-гликозидные связи, которыми соединены остатки глюкозы в молекуле целлюлозы. Целлюлоза, таким образом, проходит через кишечник неизменённой. Тем не менее непереваренная целлюлоза выполняет важную функцию балластного вещества, придавая пище дополнительный объём и положительно влияя на процесс переваривания. Кроме того, в толстом кишечнике целлюлоза может подвергаться действию бактериальных ферментов и частично расщепляться с образованием спиртов, органических кислот и СО2. Продукты бактериального расщепления целлюлозы важны как стимуляторы перистальтики кишечника.

Мальтоза, изомальтоза и триозосахариды, образующиеся в верхних отделах кишечника из крахмала, — промежуточные продукты. Дальнейшее их переваривание происходит под действием специфических ферментов в тонком кишечнике. Дисахариды пищи сахароза и лактоза также гидролизуются специфическими дисахаридазами в тонком кишечнике.

Особенность переваривания углеводов в тонком кишечнике заключается в том, что активность специфических олиго- и дисахаридаз в просвете кишечника низкая. Но ферменты активно действуют на поверхности эпителиальных клеток кишечника.

Тонкий кишечник изнутри имеет форму пальцеобразных выростов — ворсинок, покрытых эпителиальными клетками. Эпителиальные клетки, в свою очередь, покрыты микроворсинками, обращёнными в просвет кишечника. Эти клетки вместе с ворсинками образуют щёточную каёмку, благодаря которой увеличивается поверхность контакта гидролитических ферментов и их субстратов в содержимом кишечника. На 1 мм2 поверхности тонкой кишки у человека приходится 80-140 млн ворсинок.

Ферменты, расщепляющие гликозидные связи в дисахаридах (дисахаридазы), образуют ферментативные комплексы, локализованные на наружной поверхности цитоплазматической мембраны энтероцитов.

Сахаразо-изомальтазный комплекс[править | править код]

Этот ферментативный комплекс состоит из двух полипептидных цепей и имеет доменное строение. Сахаразо-изомальтазный комплекс прикрепляется к мембране микроворсинок кишечника с помощью гидрофобного (трансмембранного) домена, образованного N-концевой частью полипептида. Каталитический центр выступает в просвет кишечника. Связь этого пищеварительного фермента с мембраной способствует эффективному поглощению продуктов гидролиза клеткой.

Сахаразо-изомальтазный комплекс гидролизует сахарозу и изомальтозу, расщепляя α-1,2- и α-1,6-гликозидные связи. Кроме того, оба ферментных домена имеют мальтазную и мальтотриазную активности, гидролизуя α-1,4-гликозидные связи в мальтозе и мальтотриозе (трисахарид, образующийся из крахмала). На долю сахаразо-изомальтазного комплекса приходится 80 % от всей мальтазной активности кишечника. Но несмотря на присущую ему высокую мальтазную активность, этот ферментативный комплекс назван в соответствии с основной специфичностью. К тому же сахаразная субъединица — единственный фермент в кишечнике, гидролизующий сахарозу. Изомальтазная субъединица с большей скоростью гидролизует гликозидные связи в изомальтозе, чем в мальтозе и мальтотриозе.

В тощей кишке содержание сахаразо-изомальтазного ферментативного комплекса достаточно высокое, но оно снижается в проксимальной и дистальной частях кишечника.

Гликоамилазный комплекс[править | править код]

Этот ферментативный комплекс катализирует гидролиз α-1,4-связи между глюкозными остатками в олигосахаридах, действуя с восстанавливающего конца. По механизму действия этот фермент относят к экзогликозидазам. Комплекс расщепляет также связи в мальтозе, действуя как мальтаза. В гликоамилазный комплекс входят две разные каталитические субъединицы, имеющие небольшие различия в субстратной специфичности. Гликоамилазная активность комплекса наибольшая в нижних отделах тонкого кишечника.

β-Гликозидазный комплекс (лактаза)[править | править код]

Лактаза расщепляет β-1,4-гликозидные связи между глюкозой и галактозой в лактозе.

Этот ферментативный комплекс по химическому составу является гликопротеином. Лактаза, как и другие гликозидазные комплексы, связана с щёточной каёмкой и распределена неравномерно по всему тонкому кишечнику. Активность лактазы колеблется в зависимости от возраста. Так, активность лактазы у плода особенно повышена в более поздние сроки беременности и сохраняется на высоком уровне до 5-7 летнего возраста. Затем активность фермента снижается, составляя у взрослых 10 % от уровня активности, характерного для детей.

Трегалаза[править | править код]

Трегалаза (КФ 3.2.1.28) — также гликозидазный комплекс, гидролизующий связи между мономерами в трегалозе — дисахариде, содержащемся в грибах.

Совместное действие всех перечисленных ферментов завершает переваривание пищевых олиго- и полисахаридов с образованием моносахаридов, основной из которых — глюкоза. Кроме глюкозы, из углеводов пищи также образуются фруктоза и галактоза, в меньшем количестве — манноза, ксилоза, арабиноза.

Всасывание моносахаридов в кишечнике[править | править код]

Моносахариды образовавшиеся в результате переваривания, всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок с помощью специальных механизмов транспорта через мембраны клеток.

Транспорт моносахаридов в клетки слизистой оболочки кишечника может осуществляться разными способами: путём облегчённой диффузии и активного транспорта. В случае активного транспорта глюкоза и Na+ проходят через мембраны с люминальной стороны, связываясь с разными участками белка-переносчика. При этом Na+ поступает в клетку по градиенту концентрации, и одновременно глюкоза транспортируется против градиента концентрации (вторично-активный транспорт). Следовательно, чем больше градиент Na+, тем больше поступление глюкозы в энтероциты. Если концентрация Na+ во внеклеточной жидкости уменьшается, транспорт глюкозы снижается. Градиент концентрации Na+, являющийся движущей силой активного сим-порта, создаётся работой Nа+, К+-АТФ-азы. Перенос в клетки слизистой оболочки кишечника по механизму вторично-активного транспорта характерен также для галактозы.

При разной концентрации глюкозы в просвете кишечника «работают» различные механизмы транспорта. Благодаря активному транспорту эпителиальные клетки кишечника могут поглощать глюкозу при её очень низкой концентрации в просвете кишечника. Если же концентрация глюкозы в просвете кишечника велика, то она может транспортироваться в клетку путём облегчённой диффузии. Таким же способом может всасываться и фруктоза. Следует отметить, что скорость всасывания глюкозы и галактозы гораздо выше, чем других моносахаридов.

После всасывания моносахариды (главным образом, глюкоза) покидают клетки слизистой оболочки кишечника через мембрану, обращённую к кровеносному капилляру, с помощью облегчённой диффузии. Часть глюкозы (более половины) через капилляры кишечных ворсинок попадает в кровеносную систему и по воротной вене доставляется в печень. Остальное количество глюкозы поступает в клетки других тканей.

Транспорт глюкозы из крови в клетки[править | править код]

Потребление глюкозы клетками из кровотока происходит также путём облегчённой диффузии. Следовательно, скорость трансмембранного потока глюкозы зависит только от градиента её концентрации. Исключение составляют клетки мышц и жировой ткани, где облегчённая диффузия регулируется инсулином (гормон поджелудочной железы). В отсутствие инсулина плазматическая мембрана этих клеток непроницаема для глюкозы, так как она не содержит белки-переносчики (транспортёры) глюкозы. Транспортёры глюкозы называют также рецепторами глюкозы. Например, описан транспортёр глюкозы, выделенный из эритроцитов. Это трансмембранный белок, полипептидная цепь которого построена из 492 аминокислотных остатков и имеет доменную структуру. Полярные домены белка расположены по разные стороны мембраны, гидрофобные располагаются в мембране, пересекая её несколько раз. Транспортёр имеет участок связывания глюкозы на внешней стороне мембраны. После присоединения глюкозы конформация белка изменяется, в результате чего глюкоза оказывается связанной с белком в участке, обращённом внутрь клетки. Затем глюкоза отделяется от транспортёра, переходя внутрь клетки. Считают, что способ облегчённой диффузии по сравнению с активным транспортом предотвращает транспорт ионов вместе с глюкозой, если она транспортируется по градиенту концентрации.

Глюкозные транспортёры[править | править код]

Глюкозные транспортёры или ГЛЮТ представляют собой несколько семейств мембранных белков, обнаруженных во всех тканях организма млекопитающих. На данный момент существуют несколько десятков разновидностей ГЛЮТ, они пронумерованы в соответствии с порядком их обнаружения[3].

Структура белков семейства ГЛЮТ отличается от белков, транспортирующих глюкозу через мембрану в кишечнике и почках против градиента концентрации. Описанные 4 типа ГЛЮТ имеют сходные первичную структуру и доменную организацию (все 4 типа относятся к I классу переносчиков глюкозы). ГЛЮТ-5 имеет несколько иную структуру и относится ко II классу переносчиков глюкозы.

Распределение белков-транспортёров глюкозы (ГЛЮТ)

Типы ГЛЮТ Локализация в органах
ГЛЮТ-1 Преимущественно в мозге, плаценте, почках, толстом кишечнике.
ГЛЮТ-2 Преимущественно в печени, почках, β-клетках островков Лангерганса, эритроцитах.
ГЛЮТ-3 Во многих тканях, включая мозг, плаценту, почки.
ГЛЮТ-4(инсулинзависимый) В мышцах (скелетных и сердечной), жировой ткани. Содержится в отсутствии инсулина почти полностью в цитоплазме.
ГЛЮТ-5 В апикальном отделе энтероцитов тонкого кишечника. Является переносчиком фруктозы[4].

Все типы ГЛЮТ могут находиться как в плазматической мембране, так и в цитозольных везикулах. ГЛЮТ-4 (и в меньшей мере ГЛЮТ-1) почти полностью находятся в цитоплазме клеток. Влияние инсулина на такие клетки приводит к перемещению везикул, содержащих ГЛЮТ, к плазматической мембране, слиянию с ней и встраиванию транспортёров в мембрану. После чего возможен облегчённый транспорт глюкозы в эти клетки. После снижения концентрации инсулина в крови транспортёры глюкозы снова перемещаются в цитоплазму, и поступление глюкозы в клетку прекращается.

Перемещение глюкозы из первичной мочи в клетки почечных канальцев происходит вторично-активным транспортом, подобно тому, как это осуществляется при всасывании глюкозы из просвета кишечника в энтероциты. Благодаря этому глюкоза может поступать в клетки даже в том случае, если её концентрация в первичной моче меньше, чем в клетках. При этом глюкоза реабсорбируется из первичной мочи почти полностью (99 %).

Известны различные нарушения в работе транспортёров глюкозы. Наследственный дефект этих белков может лежать в основе инсулинонезависимого сахарного диабета В то же время причиной нарушения работы транспортёра глюкозы может быть не только дефект самого белка. Нарушения функции ГЛЮТ-4 возможны на следующих этапах:

  1. передача сигнала инсулина о перемещении этого транспортёра к мембране;
  2. перемещение транспортёра в цитоплазме;
  3. включение в состав мембраны;
  4. отшнуровывание от мембраны и т. д.

Нарушения переваривания и всасывания углеводов[править | править код]

В основе патологии переваривания и всасывания углеводов могут быть причины двух типов:

  1. дефекты ферментов, участвующих в гидролизе углеводов в кишечнике;
  2. нарушение всасывания продуктов переваривания углеводов в клетки слизистой оболочки кишечника.

В обоих случаях возникает осмотическая диарея, которую вызывают нерасщеплённые дисахариды или невсосавшиеся моносахариды. Эти невостребованные углеводы поступают в дистальные отделы кишечника, изменяя осмотическое давление содержимого кишечника. Кроме того, оставшиеся в просвете кишечника углеводы частично подвергаются ферментативному расщеплению микроорганизмами с образованием органических кислот и газов. Всё вместе приводит к притоку воды в кишечник, увеличению объёма кишечного содержимого, усилению перистальтики, спазмам и болям, а также метеоризму.

Термином «мальабсорбция» называют недостаточное всасывание переваренных продуктов углеводов. Но поскольку клинические проявления при недостаточном переваривании и всасывании сходны, то термином «мальабсорбция» называют оба вида нарушений.

Нарушение переваривания углеводов в кишечнике[править | править код]

Нарушения переваривания могут быть связаны как с недостаточной активностью отдельных дисахаридаз, так и с недостаточностью всего ферментативного комплекса, например сахаразо-изомальтазного.

Известны наследственные и приобретённые формы недостаточности активности ферментов. Симптомы врождённых форм проявляются достаточно рано, например после первых кормлений грудным молоком (при дефиците лактазы), после перехода на искусственное вскармливание или при добавлении в рацион сахара и крахмала (при дефиците ос-амилазы или специфических дисахаридаз). В случае недостаточного лечения врождённые формы патологии сопровождаются хроническим дисбактериозом и нарушениями физического развития ребёнка.

Приобретённые формы патологии могут наблюдаться при кишечных заболеваниях, например гастритах, колитах, энтеритах. Следует заметить, что в этих случаях особенно заметно снижение активности лактазы. Как уже говорилось, активность лактазы в кишечнике ниже, чем других дисахаридаз, поэтому уменьшение её активности становится заметным для организма в первую очередь.

Дефицит лактазы у взрослых людей может иметь и другую причину. Возможно снижение экспрессии гена лактазы возрастного характера. Уже упоминалось, что активность лактазы у взрослых людей в норме значительно ниже, чем у детей. Поэтому снижение активности лактазы относительно уже имеющегося низкого уровня у отдельных людей может проявляться непереносимостью молока. Носителями патологии, связанной с дефицитом лактазы, являются чаще всего лица африканского и азиатского происхождения. Средняя частота данной формы патологии в странах Европы составляет 7-12 %, в Китае — 80 %, в отдельных районах Африки — до 97 %. Подобные наблюдения распространения лактазной недостаточности связывают с исторически сложившимся рационом питания и отсутствием молочного скотоводства в упомянутых регионах. Примеры и причины нарушения переваривания дисахаридов перечислены в таблице.

Существуют редкие формы нарушения переваривания углеводов. Например, известна наследственная недостаточность трегалазы, которая проявляется диспепсией после употребления грибов, содержащих трегалозу.

В отдельных случаях мальабсорбция может быть вызвана несколькими причинами. Например, после операции на желудке возможны ухудшение смешивания пищи с пищеварительными соками, снижение их секреции, ускорение прохождения пищи через кишечник, колонизация бактериями слепой и приводящей петель.

Нарушения всасывания моносахаридов[править | править код]

Для диагностики различных нарушений переваривания используют пробы с нагрузкой определёнными углеводами. Нарушения всасывания могут быть следствием дефекта какого-либо компонента (белка или фермента), участвующего в системе транспорта моносахаридов через мембрану. Описаны патологии, связанные с дефектом натрийзависимого белка переносчика глюкозы. Недостаточность кишечных дисахаридаз можно диагностировать с помощью введения дисахарида и последующего определения концентрации глюкозы в крови. Для большей чувствительности этот тест проводят, вводя сначала дисахарид (50 г), а затем эквивалентное количество составляющих его моносахаридов (по 25 г каждого). После нагрузки концентрация глюкозы в крови увеличивается примерно на 50 % относительно нормы. При патологии отмечают незначительную гипергликемию.

Нарушения переваревания дисахаридов

Причина заболевания Клинические проявления и лабораторные данные
Наследственный дефицит лактазы Встречается относительно редко.

После приёма молока наблюдаются рвота, диарея, спазмы и боли в животе, метеоризм. Симптомы развиваются сразу после рождения.

Недостаточность лактазы вследствие снижения экспрессии гена фермента в онтогенезе Характерна для взрослых и детей старшего возраста.

Является следствием возрастного снижения количества лактазы. Симптомы непереносимости молока аналогичны наследственной форме дефицита лактозы.

Недостаточность лактазы вторичного характера Это временная, приобретённая форма. Непереносимость молока может быть следствием кишечных заболеваний, например, колитов, гастритов. Кроме того, временный дефицит лактазы может быть следствием операций на ЖКТ.
Наследственная недостаточность сахаразо-изомальтазного комплекса Проявляется, когда в рацион детей добавляют сахарозу и крахмал. Больные дети обычно неохотно едят сладкое. После нагрузки сахарозой отмечается незначительная гипергликемия. Другие сахара (глюкоза, фруктоза, лактоза) переносятся хорошо.
Приобретённая недостаточность сахаразо-изомальтазного комплекса Может возникать вследствие кишечных заболеваний. Проявляется диспепсией, провоцируемой крупами, крахмалом, а также пивом и другими напитками на основе солода.

Если тест при нагрузке моносахаридом сопровождается адекватным повышением его концентрации в крови, а нагрузка дисахаридом не даёт нормальной реакции, то это, скорее всего, указывает на дефект кишечной дисахаридазы, а не системы транспорта.

О недостаточности лактазы можно судить, определяя водород в выдыхаемом воздухе (водородный тест). Водород образуется в результате действия бактериальных ферментов на лактозу.

Многие ткани синтезируют в качестве резервной формы глюкозы гликоген. Синтез и распад гликогена обеспечивают постоянство концентрации глюкозы в крови и создают депо для её использования тканями по мере необходимости.

Гликоген — одна из самых главных форм запасания углеводов у грибов, животных и человека.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *