В превод от немски нишестето означава „силно брашно“. Като комплексно нишесте, то се състои от два полимера: амилоза (25%) и амилопектин (75%). Външно нишестето е без вкус и мирис, практически неразтворимо в студена вода, но набъбва в гореща вода, като същевременно придобива свойствата на паста. При стискане с пръсти белият прах издава характерно скърцане. Когато се гледа под микроскоп, гранулиран
Първо при разграждането на нишестето се образува полизахаридът декстрин – продукт от частичното разграждане на нишестето. Декстрините могат да бъдат получени чрез бързо нагряване на нишесте, съдържащо 10-20% вода.
Такъв продукт на разграждане на нишесте като декстрин намери широко приложение в националната икономика. Декстрините се използват за производството на лепила, използвани в различни индустрии, например за етикетиране на контейнери или залепване на опаковъчни торби. В леярската промишленост декстринът се използва за свързване на формовъчен пясък, а в леката промишленост за увеличаване на плътността на текстилните бои. Декстринът намира приложение в хранително-вкусовата промишленост като основен носител на хранителни прахове и багрила.
Малтозата, която се състои от две молекули глюкоза, има друго име - малцова захар, която се използва при дестилация и пивоварство. В природата се намира в големи количества в покълнали зърна от зърнени култури, особено много малтоза в ечемик и ръж. Чистата малтоза се произвежда изключително за лабораторни цели в малки количества.
Нишестето е сложен въглехидрат, намиращ се в стъблата и листата на повечето растения и се произвежда от растенията в резерв. За храна хората отдавна използват зърнени култури, богати на нишесте, като ориз, пшеница, ръж и др. Богат на нишесте и любим на всички картофи, той е най-популярният и разпространен. Това вещество е един от най-важните продукти за човешкото тяло. Разграждането на нишестето става под въздействието на ензими, докато разграждането на веществото започва в човешката уста. Човешката слюнка, съдържаща ензима А-амилаза, частично превръща нишестето в малтоза.
В стомашната среда разграждането на нишестето не се извършва поради неактивността на ензима А-амилаза в киселата среда на стомаха. Ето защо първоначалното старателно дъвчене на храната има голямо значениеза по-нататъшно разграждане и усвояване на нишестето от човешкото тяло. В дванадесетопръстника, под въздействието на А-амилазата, съдържаща се в стомашния сок, по време на разграждането на нишестето се образува малтозен бизахарид. Освен това малтозата бързо се разгражда на две молекули глюкоза, които се абсорбират от човешкото тяло поради секретирания от панкреаса инсулин, без който усвояването на глюкозата от човешкото тяло е невъзможно. Когато нишестето се разгражда, се образува глюкоза и процесът на усвояване на глюкозата става постепенно, което води до значително намаляване на натоварването на панкреатичната система, следователно консумацията на достатъчно количество растително нишесте в храната може да служи като профилактика на диабета.
По този начин крайният продукт от разграждането на нишестето е глюкозата, най-известният прост въглехидрат, необходим за подхранване на мозъчната тъкан и различни човешки мускули.
Нишестето се използва широко в хранително-вкусовата промишленост, то е един от многофункционалните спомагателни продукти. Използва се главно в сгъстители и стабилизатори, за да придаде на продуктите правилния вид и текстура.
В червата се абсорбират само монозахариди: глюкоза, галактоза, фруктоза. Следователно олиго- и полизахаридите, които влизат в тялото с храната, трябва да бъдат хидролизирани от ензимни системи, за да образуват монозахариди. На фиг. 5.11 схематично показва локализацията на ензимните системи, участващи в храносмилането на въглехидратите, което започва в устната кухина с действието на пероралната -амилаза и след това продължава в различни части на червата с помощта на панкреатична -амилаза, сукраза-изомалтаза , гликоамилаза, -гликозидаза (лактаза), трехалазни комплекси.
Ориз. 5.11. Схема на локализация на ензимните системи за смилане на въглехидрати
5.2.1. Смилане на въглехидрати от устата и панкреаса -амилаза ( -1,4-гликозидаза).Диетични полизахариди, а именно нишесте (състои се от линеен амилозен полизахарид, в който глюкозилните остатъци са свързани с -1,4-гликозидни връзки, и амилопектин, разклонен полизахарид, където също се намират -1,6-гликозидни връзки), започват да хидролизират още в устната кухина след намокряне със слюнка, съдържаща хидролитичния ензим -амилаза (-1,4-гликозидаза) (EC 3.2.1.1), който разцепва 1,4-гликозидните връзки в нишестето, но не действа на 1,6-гликозидни връзки.
В допълнение, времето за контакт на ензима с нишестето в устната кухина е кратко, така че нишестето се усвоява частично, образувайки големи фрагменти - декстрини и малко малтозен дизахарид. Дизахаридите не се хидролизират от слюнчената амилаза.
Когато влезе в стомаха в кисела среда, слюнчената амилаза се инхибира, процесът на храносмилане може да се случи само в хранителната кома, където активността на амилазата може да продължи известно време, докато рН в цялото парче стане киселинно. В стомашния сок няма ензими, които разграждат въглехидратите, възможна е само лека киселинна хидролиза на гликозидни връзки.
Основното място на хидролиза на олиго- и полизахаридите е тънкото черво, в различни части на което се секретират определени гликозидази.
В дванадесетопръстника съдържанието на стомаха се неутрализира от панкреатичен секрет, съдържащ бикарбонати HCO 3 - и с рН 7,5-8,0. В тайната на панкреаса се открива панкреатична амилаза, която хидролизира -1,4-гликозидните връзки в нишестето и декстрините с образуването на малтозни дизахариди (в този въглехидрат два глюкозни остатъка са свързани с -1,4-гликозиден връзки) и изомалтоза (в този въглехидрат два глюкозни остатъка, разположени в местата на разклоняване в молекулата на нишестето и свързани с α-1,6-гликозидни връзки). Олигозахаридите също се образуват, съдържащи 8-10 глюкозни остатъка, свързани чрез -1,4-гликозидни и -1,6-гликозидни връзки.
И двете амилази са ендогликозидази. Панкреасната амилаза също не хидролизира -1,6-гликозидните връзки в нишестето и -1,4-гликозидните връзки, чрез които глюкозните остатъци са свързани в целулозната молекула.
Целулозата преминава през червата непроменена и служи като баласт, придавайки обем на храната и улеснявайки процеса на храносмилане. В дебелото черво, под действието на бактериална микрофлора, целулозата може частично да се хидролизира с образуването на алкохоли, органични киселини и CO 2, които могат да действат като стимуланти на чревната подвижност.
Захарите малтоза, изомалтоза и триоза, образувани в горната част на червата, се хидролизират допълнително в тънките черва от специфични гликозидази. Диетичните дизахариди, захароза и лактоза, също се хидролизират от специфични дизахаридази в тънките черва.
В чревния лумен активността на олиго- и дизахаридазите е ниска, но повечето ензими са свързани с повърхността на епителните клетки, които в червата са разположени върху пръстовидни израстъци - вили и от своя страна са покрити с микровили, всички тези клетки образуват четкова граница, която увеличава контактната повърхност на хидролитичните ензими с техните субстрати.
Разцепвайки гликозидни връзки в дизахаридите, ензимите (дизахаридазите) се групират в ензимни комплекси, разположени на външната повърхност на цитоплазмената мембрана на ентероцитите: сукраза-изомалтаза, гликоамилаза, -гликозидаза.
5.2.2. Сукразо-изомалтазен комплекс.Този комплекс се състои от две полипептидни вериги и е прикрепен към повърхността на ентероцита с помощта на трансмембранен хидрофобен домен, разположен в N-терминалната част на полипептида. Комплексът сукраза-изомалтаза (EC 3.2.1.48 и 3.2.1.10) разцепва -1,2- и -1,6-гликозидните връзки в захарозата и изомалтозата.
И двата ензима от комплекса са способни да хидролизират α-1,4-гликозидните връзки в малтозата и малтотриозата (тризахарид, съдържащ три глюкозни остатъка и образуван по време на хидролизата на нишестето).
Въпреки че комплексът има доста висока малтазна активност, хидролизирайки 80% от малтозата, образувана по време на смилането на олиго- и полизахариди, основната му специфика все още е хидролизата на захароза и изомалтоза, скоростта на хидролиза на гликозидни връзки, в която е по-голяма от скоростта на хидролизата на връзките в малтозата и малтотриозата. Захарозната субединица е единственият чревен ензим, който хидролизира захарозата. Комплексът е локализиран главно в йеюнума, в проксималните и дисталните части на червата съдържанието на захаразо-изомалтазния комплекс е незначително.
5.2.3. гликоамилазен комплекс.Този комплекс (EC 3.2.1.3 и 3.2.1.20) хидролизира -1,4-гликозидните връзки между глюкозните остатъци в олигозахаридите. Аминокиселинната последователност на гликоамилазния комплекс има 60% хомология с последователността на сукраза-изомалтазния комплекс. И двата комплекса принадлежат към семейството на 31 гликозил хидролази. Тъй като е екзогликозидаза, ензимът действа от редуциращия край, той може също да разгражда малтозата, действайки като малтаза в тази реакция (в този случай гликоамилазният комплекс хидролизира останалите 20% от малтозните олиго- и полизахариди, образувани по време на храносмилането ). Комплексът включва две каталитични субединици с леки разлики в субстратната специфичност. Комплексът е най-активен в долните части на тънките черва.
5.2.4. -Гликозидазен комплекс (лактаза).Този ензимен комплекс хидролизира -1,4-гликозидните връзки между галактозата и глюкозата в лактозата.
Гликопротеинът е свързан с границата на четката и е неравномерно разпределен в тънките черва. С възрастта активността на лактазата намалява: тя е максимална при кърмачета, при възрастни е по-малко от 10% от нивото на ензимна активност, изолирано при деца.
5.2.5. Трегалаза. Този ензим (EC 3.2.1.28) е гликозидазен комплекс, който хидролизира връзките между мономерите в трехалозата, дизахарид, открит в гъбите и състоящ се от два глюкозилни остатъка, свързани чрез гликозидна връзка между първите аномерни въглероди.
В резултат на действието на гликозил хидролазите се образуват монозахариди от хранителните въглехидрати в резултат на действието на гликозил хидролазите: глюкоза, фруктоза, галактоза в голямо количество и в по-малка степен - маноза, ксилоза, арабиноза, които са абсорбира се от епителните клетки на йеюнума и илеума и се транспортира през мембраните на тези клетки с помощта на специални механизми.
5.2.6. Транспорт на монозахариди през мембраните на чревните епителни клетки.Трансферът на монозахаридите в клетките на чревната лигавица може да се осъществи чрез улеснена дифузия и активен транспорт. В случай на активен транспорт, глюкозата се транспортира през мембраната заедно с Na + йон от един протеин носител и тези вещества взаимодействат с различни части на този протеин (фиг. 5.12). Na + йонът навлиза в клетката по градиента на концентрация, а глюкозата срещу градиента на концентрация (вторичен активен транспорт), следователно, колкото по-голям е градиентът, толкова повече глюкоза ще се прехвърли към ентероцитите. С намаляване на концентрацията на Na + в извънклетъчната течност, доставката на глюкоза намалява. Концентрационният градиент на Na +, лежащ в основата на активния симпорт, се осигурява от действието на Na +, K + -ATPase, която работи като помпа, изпомпваща Na + от клетката в замяна на K + йон. По същия начин галактозата навлиза в ентероцитите по механизма на вторичен активен транспорт.
Ориз. 5.12. Навлизане на монозахариди в ентероцитите. SGLT1 - натрий-зависим транспортер на глюкоза/галактоза в мембраната на епителните клетки; Na +, K + -ATPase върху базолатералната мембрана създава концентрационен градиент на натриеви и калиеви йони, необходими за функционирането на SGLT1. GLUT5 транспортира основно фруктоза през мембраната в клетката. GLUT2 върху базолатералната мембрана транспортира глюкоза, галактоза и фруктоза извън клетката (според )
Благодарение на активния транспорт, ентероцитите могат да абсорбират глюкоза при ниска концентрация в чревния лумен. При висока концентрация на глюкоза тя навлиза в клетките чрез улеснена дифузия с помощта на специални белтъци-носители (транспортери). По същия начин фруктозата се пренася в епителните клетки.
Монозахаридите навлизат в кръвоносните съдове от ентероцитите главно чрез улеснена дифузия. Половината от глюкозата през капилярите на вилите през порталната вена се транспортира до черния дроб, половината се доставя от кръвта до клетките на други тъкани.
5.2.7. Транспорт на глюкоза от кръвта до клетките.Навлизането на глюкоза от кръвта в клетките се осъществява чрез улеснена дифузия, т.е. скоростта на транспортиране на глюкозата се определя от градиента на нейните концентрации от двете страни на мембраната. В мускулните клетки и мастната тъкан улеснената дифузия се регулира от панкреатичния хормон инсулин. При липса на инсулин клетъчната мембрана не съдържа глюкозни транспортери. Глюкозният транспортер (транспортьор) от еритроцитите (GLUT1), както се вижда на фиг. 5.13 е трансмембранен протеин, състоящ се от 492 аминокиселинни остатъка и имащ доменна структура. Полярните аминокиселинни остатъци са разположени от двете страни на мембраната, хидрофобните са локализирани в мембраната, пресичайки я няколко пъти. От външната страна на мембраната има място за свързване на глюкозата. Когато глюкозата се свърже, конформацията на носителя се променя и мястото на свързване на монозахарида става отворено вътре в клетката. Глюкозата преминава в клетката, отделяйки се от протеина носител.
5.2.7.1. Преносители на глюкоза: GLUT 1, 2, 3, 4, 5.Глюкозни транспортери са открити във всички тъкани, от които има няколко разновидности, номерирани по реда на тяхното откриване. Описани са пет типа GLUT, които имат подобна първична структура и организация на домейна.
GLUT 1, локализиран в мозъка, плацентата, бъбреците, дебелото черво, еритроцитите, доставя глюкоза на мозъка.
GLUT 2 транспортира глюкозата от органите, които я отделят в кръвта: ентероцити, черен дроб, транспортира я до β-клетките на Лангерхансовите острови на панкреаса.
GLUT 3 се намира в много тъкани, включително мозъка, плацентата, бъбреците и осигурява приток на глюкоза към клетките на нервната тъкан.
GLUT 4 транспортира глюкозата в мускулните клетки (скелетни и сърдечни) и мастната тъкан и е инсулинозависим.
GLUT 5 се намира в клетките на тънките черва и може също да понася фруктоза.
Всички носители могат да бъдат разположени както в цитоплазмата
Ориз. 5.13. Структурата на протеина носител на глюкоза (транспортьор) от еритроцитите (GLUT1) (според)
везикули в клетките и в плазмената мембрана. При липса на инсулин, GLUT 4 се намира само вътре в клетката. Под въздействието на инсулина везикулите се транспортират до плазмената мембрана, сливат се с нея и GLUT 4 се включва в мембраната, след което транспортерът улеснява дифузията на глюкозата в клетката. След намаляване на концентрацията на инсулин в кръвта транспортерите се връщат отново в цитоплазмата и транспортирането на глюкоза в клетката спира.
Установени са различни нарушения в работата на преносителите на глюкоза. При наследствен дефект в протеините-носители се развива инсулинонезависим захарен диабет. В допълнение към протеиновите дефекти има и други нарушения, причинени от: 1) дефект в предаването на инсулиновия сигнал за движението на транспортера към мембраната, 2) дефект в движението на транспортера, 3) дефект в включването на протеина в мембраната, 4) нарушение на връзката от мембраната.
5.2.8. Инсулин.Това съединение е хормон, секретиран от β-клетките на Лангерхансовите острови на панкреаса. Инсулинът е полипептид, състоящ се от две полипептидни вериги: едната съдържа 21 аминокиселинни остатъка (верига А), другата съдържа 30 аминокиселинни остатъка (верига В). Веригите са свързани помежду си с две дисулфидни връзки: A7-B7, A20-B19. Вътре в А-веригата има вътрешномолекулна дисулфидна връзка между шестия и единадесетия остатък. Хормонът може да съществува в две конформации: T и R (фиг. 5.14).
Ориз. 5.14. Пространствена структура на мономерната форма на инсулин: а свински инсулин, Т-конформация, b човешки инсулин, R-конформация (показана е А-веригата червенцвят, B-верига жълто) (Според )
Хормонът може да съществува като мономер, димер и хексамер. В хексамерната форма инсулинът се стабилизира от цинков йон, който координира с His10 B веригата на всичките шест субединици (фиг. 5.15).
Инсулините на бозайниците имат голяма хомология в първичната структура с човешкия инсулин: например в свинския инсулин има само едно заместване - вместо треонин в карбоксилния край на В-веригата има аланин, в говеждия инсулин има три други аминокиселини остатъци в сравнение с човешки инсулин. Най-често заместванията се появяват в позиции 8, 9 и 10 на А веригата, но те не влияят значително на биологичната активност на хормона.
Заместванията на аминокиселинните остатъци в позициите на дисулфидните връзки, хидрофобните остатъци в С- и N-крайните участъци на А-веригата и в С-крайните участъци на В-веригата са много редки, което показва важността на тези региони в проявата на биологичната активност на инсулина. Остатъците Phe24 и Phe25 на В-веригата и С- и N-терминалните остатъци на А-веригата участват в образуването на активния център на хормона.
Ориз. 5.15. Пространствена структура на инсулиновия хексамер (R 6) (според )
5.2.8.1. биосинтеза на инсулин.Инсулинът се синтезира като прекурсор, препроинсулин, съдържащ 110 аминокиселинни остатъка, върху полирибозоми в грапавия ендоплазмен ретикулум. Биосинтезата започва с образуването на сигнален пептид, който навлиза в лумена на ендоплазмения ретикулум и насочва движението на нарастващия полипептид. В края на синтеза сигналният пептид, дълъг 24 аминокиселинни остатъка, се разцепва от препроинсулин, за да образува проинсулин, който съдържа 86 аминокиселинни остатъка и се прехвърля в апарата на Голджи, където в резервоарите се извършва по-нататъшно узряване на инсулина. Пространствената структура на проинсулина е показана на фиг. 5.16.
В процеса на продължително съзряване, под действието на серинови ендопептидази PC2 и PC1/3, първо се разцепва пептидната връзка между Arg64 и Lys65, след това пептидната връзка, образувана от Arg31 и Arg32, се хидролизира, като С-пептидът се състои от 31 аминокиселинните остатъци се разцепват. Превръщането на проинсулин в инсулин, съдържащ 51 аминокиселинни остатъка, завършва с хидролиза на аргининови остатъци в N-края на А-веригата и С-края на В-веригата под действието на карбоксипептидаза Е, която проявява специфичност, подобна на карбоксипептидаза В, т.е. хидролизира пептидните връзки, имино групата, която принадлежи към основната аминокиселина (фиг. 5.17 и 5.18).
Ориз. 5.16. Предложена пространствена структура на проинсулин в конформация, която насърчава протеолизата. Червените топчета показват аминокиселинни остатъци (Arg64 и Lys65; Arg31 и Arg32), пептидните връзки между които претърпяват хидролиза в резултат на обработка на проинсулин (според )
Инсулинът и С-пептидът в еквимоларни количества влизат в секреторните гранули, където инсулинът, взаимодействайки с цинковия йон, образува димери и хексамери. Секреторните гранули, сливайки се с плазмената мембрана, секретират инсулин и С-пептид в извънклетъчната течност в резултат на екзоцитоза. Полуживотът на инсулина в кръвната плазма е 3-10 минути, на С-пептида е около 30 минути. Инсулинът се разгражда под действието на ензима инсулиназа, този процес се извършва в черния дроб и бъбреците.
5.2.8.2. Регулиране на синтеза и секрецията на инсулин.Основният регулатор на инсулиновата секреция е глюкозата, която регулира експресията на инсулиновия ген и протеиновите гени, участващи в метаболизма на основните енергийни носители. Глюкозата може директно да се свърже с транскрипционните фактори, което има пряк ефект върху скоростта на генната експресия. Възможен е вторичен ефект върху секрецията на инсулин и глюкагон, когато освобождаването на инсулин от секреторните гранули активира транскрипцията на иРНК на инсулин. Но секрецията на инсулин зависи от концентрацията на Ca 2+ йони и намалява с техния дефицит дори при висока концентрация на глюкоза, която активира синтеза на инсулин. В допълнение, той се инхибира от адреналина, когато се свързва с 2 рецепторите. Стимулаторите на инсулиновата секреция са хормони на растежа, кортизол, естрогени, хормони на стомашно-чревния тракт (секретин, холецистокинин, стомашен инхибиторен пептид).
Ориз. 5.17. Синтез и обработка на препроинсулин (според )
Секрецията на инсулин от β-клетките на Лангерхансовите острови в отговор на повишаване на концентрацията на глюкоза в кръвта се осъществява, както следва:
Ориз. 5.18. Преработка на проинсулин в инсулин чрез хидролиза на пептидната връзка между Arg64 и Lys65, катализирана от серин ендопептидаза PC2, и разцепване на пептидната връзка между Arg31 и Arg32 от серин ендопептидаза PC1/3, превръщането завършва с разцепване на аргининови остатъци при N -края на А-веригата и С-края на В-веригите под действието на карбоксипептидаза Е (отцепените аргининови остатъци са показани в кръгове). В резултат на обработката, в допълнение към инсулина, се образува С-пептид (според)
1) глюкозата се транспортира в -клетките от протеина носител GLUT 2;
2) в клетката глюкозата претърпява гликолиза и се окислява допълнително в респираторния цикъл с образуването на АТФ; интензивността на синтеза на АТФ зависи от нивото на глюкозата в кръвта;
3) под действието на АТФ каналите на калиеви йони се затварят и мембраната се деполяризира;
4) деполяризацията на мембраната предизвиква отваряне на волтаж-зависими калциеви канали и навлизане на калций в клетката;
5) повишаването на нивото на калций в клетката активира фосфолипаза С, която разцепва един от мембранните фосфолипиди - фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат - в инозитол-1,4,5-трифосфат и диацилглицерол;
6) инозитол трифосфат, свързващ се с рецепторните протеини на ендоплазмения ретикулум, предизвиква рязко повишаване на концентрацията на свързан вътреклетъчен калций, което води до освобождаване на предварително синтезиран инсулин, съхраняван в секреторни гранули.
5.2.8.3. Механизъм на действие на инсулина.Основният ефект на инсулина върху мускулните и мастните клетки е да увеличи транспорта на глюкоза през клетъчната мембрана. Стимулирането с инсулин води до увеличаване на скоростта на навлизане на глюкоза в клетката с 20-40 пъти. Когато се стимулира с инсулин, се наблюдава 5-10-кратно увеличение на съдържанието на глюкозни транспортни протеини в плазмените мембрани с едновременно намаляване с 50-60% на съдържанието им във вътреклетъчния пул. Необходимото количество енергия под формата на АТФ е необходимо главно за активирането на инсулиновия рецептор, а не за фосфорилирането на транспортния протеин. Стимулирането на транспорта на глюкоза увеличава потреблението на енергия с 20-30 пъти, докато само малко количество глюкоза е необходимо за придвижване на глюкозните транспортери. Транслокацията на глюкозни транспортери към клетъчната мембрана се наблюдава още няколко минути след взаимодействието на инсулина с рецептора и са необходими допълнителни стимулиращи ефекти на инсулина, за да се ускори или поддържа процесът на цикъл на транспортните протеини.
Инсулинът, подобно на други хормони, действа върху клетките чрез съответния рецепторен протеин. Инсулинът рецептор е сложен интегрален протеин на клетъчната мембрана, състоящ се от две -субединици (130 kDa) и две -субединици (95 kDa); първите са разположени изцяло извън клетката, на нейната повърхност, вторите проникват през плазмената мембрана.
Инсулиновият рецептор е тетрамер, състоящ се от две извънклетъчни α-субединици, взаимодействащи с хормона и свързани помежду си чрез дисулфидни мостове между цистеини 524 и триплета Cys682, Cys683, Cys685 на двете α-субединици (виж Фиг. 5.19, а), и две трансмембранни -субединици, проявяващи тирозин киназна активност, свързани чрез дисулфиден мост между Cys647 () и Cys872. Полипептидната верига на α-субединица с молекулно тегло 135 kDa съдържа 719 амино-
Ориз. 5.19. Структура на димера на инсулиновия рецептор: а модулна структура на инсулиновия рецептор. По-горе - α-субединици, свързани чрез дисулфидни мостове Cys524, Cys683-685 и състоящи се от шест домена: два, съдържащи левцинови повторения L1 и L2, богат на цистеин CR регион и три фибронектинови домена тип III Fn o, Fn 1, ID (въведение домейн). По-долу - -субединици, свързани с -субединица чрез дисулфидния мост Cys647Cys872 и състоящи се от седем домена: три фибронектинови домена ID, Fn 1 и Fn 2, трансмембранен домен TM, съседен на мембраната на JM домейна, тирозин киназен домен TK, C-терминал ST; b пространствено разположение на рецептора, единият димер е изобразен в цвят, другият е бял, A активираща бримка срещу мястото на свързване на хормона, X (червено) С-терминална част на -субединица, X (черно) N -крайна част на -субединица, жълти топчета 1,2,3 - дисулфидни връзки между цистеинови остатъци на позиции 524, 683-685, 647-872 (според )
киселинни остатъци и се състои от шест домена: два домена L1 и L2, съдържащи левцинови повторения, богата на цистеин CR област, където се намира мястото на свързване на инсулина, и три фибронектинови домена тип III Fno, Fn 1, Ins (въвеждащ домейн) (вж. Фиг. 5.18). -субединицата включва 620 аминокиселинни остатъка, има молекулно тегло 95 kDa и се състои от седем домена: три фибронектинови домена ID, Fn 1 и Fn 2, трансмембранен TM домен, JM домейн, съседен на мембраната, TK тирозин киназен домен и С-краен СТ. На рецептора бяха открити две места за свързване на инсулин: едното с висок афинитет, другото с нисък афинитет. За да пренесе хормонален сигнал в клетката, инсулинът трябва да се свърже с място с висок афинитет. Този център се образува, когато инсулинът се свързва от L1, L2 и CR домейните на една -субединица и фибронектиновите домени на друга, докато разположението на -субединиците е противоположно една на друга, както е показано на фиг. 5.19, с.
При липса на инсулиново взаимодействие с центъра на висок афинитет на рецептора, -субединиците се отдалечават от -субединиците чрез издатина (cam), която е част от CR домейна, което предотвратява контакта на активиращата верига (A -примка) на тирозин киназния домен на една -субединица с места за фосфорилиране на друга -субединица (Фигура 5.20, b). Когато инсулинът се свърже с центъра с висок афинитет на инсулиновия рецептор, конформацията на рецептора се променя, издатината вече не пречи на α- и β-субединиците да се приближат, активиращите вериги на TK домейните взаимодействат с местата за фосфорилиране на тирозин на противоположната TK домейн, трансфосфорилирането на β-субединици се извършва при седем тирозинови остатъка: Y1158, Y1162, Y1163 на активиращата верига (това е киназен регулаторен домен), Y1328, Y1334 на ST домейна, Y965, Y972 на JM домейна (фиг. 5.20). , а), което води до повишаване на тирозин киназната активност на рецептора. На позиция 1030 на ТК има лизинов остатък, включен в каталитично активния център - АТФ-свързващият център. Заместването на този лизин с много други аминокиселини чрез сайт-насочена мутагенеза премахва тирозин киназната активност на инсулиновия рецептор, но не нарушава свързването на инсулина. Въпреки това, свързването на инсулин към такъв рецептор няма ефект върху клетъчния метаболизъм и пролиферацията. Фосфорилирането на някои серин-треонинови остатъци, напротив, намалява афинитета към инсулина и намалява активността на тирозин киназата.
Известни са няколко субстрата на инсулиновия рецептор: IRS-1 (субстрат на инсулиновия рецептор), IRS-2, протеини от семейството STAT (сигнален трансдюсер и активатор на транскрипция - сигналните трансдюсери и активаторите на транскрипция са разгледани подробно в част 4 "Биохимични основи на защитата" реакции").
IRS-1 е цитоплазмен протеин, който се свързва с фосфорилираните тирозини на инсулиновия рецептор TK с неговия SH2 домен и се фосфорилира от тирозин киназата на рецептора веднага след инсулинова стимулация. Степента на фосфорилиране на субстрата зависи от увеличаването или намаляването на клетъчния отговор към инсулина, амплитудата на промените в клетките и чувствителността към хормона. Увреждането на гена IRS-1 може да е причина за инсулинозависим диабет. Пептидната верига IRS-1 съдържа около 1200 аминокиселинни остатъка, 20-22 потенциални центъра за фосфорилиране на тирозин и около 40 центъра за фосфорилиране на серин-треонин.
Ориз. 5.20. Опростена схема на структурни промени в свързването на инсулин към инсулиновия рецептор: а промяна в конформацията на рецептора в резултат на свързване на хормона в центъра с висок афинитет води до изместване на издатината, конвергенция на субединици и трансфосфорилиране на TK домени; b при липса на инсулиново взаимодействие с мястото на свързване с висок афинитет на инсулиновия рецептор, издатината (cam) предотвратява приближаването на - и -субединици и трансфосфорилирането на TK домейни. A-loop - активираща верига на TK домейна, числа 1 и 2 в кръг - дисулфидни връзки между субединици, TK - тирозин киназен домен, C - каталитичен център на TK, набор 1 и набор 2 - аминокиселинни последователности на -субединици които образуват място с висок афинитет на инсулина към рецептора (според )
Фосфорилирането на IRS-1 при няколко тирозинови остатъка му дава способността да се свързва с протеини, съдържащи SH2 домени: тирозин фосфатаза syp, p85 субединица на PHI-3-киназа (фосфатидилинозитол-3-киназа), адаптерен протеин Grb2, протеин тирозин фосфатаза SH- PTP2, фосфолипаза С, GAP (активатор на малки GTP-свързващи протеини). В резултат на взаимодействието на IRS-1 с подобни протеини се генерират множество сигнали надолу по веригата.
Ориз. 5.21. Транслокация на глюкозни транспортни протеини GLUT 4 в мускулни и мастни клетки от цитоплазмата към плазмената мембрана под действието на инсулин. Взаимодействието на инсулина с рецептора води до фосфорилиране на субстрата на инсулиновия рецептор (IRS), който свързва PI-3-киназата (PI3K), която катализира синтеза на фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфат фосфолипида (PtdIns(3, 4,5)P3). Последното съединение, чрез свързване на плекстринови домени (PH), мобилизира протеин кинази PDK1, PDK2 и PKV към клетъчната мембрана. PDK1 фосфорилира RKB при Thr308, като го активира. Фосфорилираният RKV се свързва с везикули, съдържащи GLUT4, причинявайки тяхното преместване към плазмената мембрана, което води до повишен транспорт на глюкоза в мускулни и мастни клетки (според )
Стимулирана от фосфорилиран IRS-1, фосфолипаза С хидролизира фосфолипида на клетъчната мембрана фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат, за да образува два вторични носителя: инозитол-3,4,5-трифосфат и диацилглицерол. Инозитол-3,4,5-трифосфатът, действайки върху йонните канали на ендоплазмения ретикулум, освобождава калций от него. Диацилглицеролът действа върху калмодулин и протеин киназа С, които фосфорилират различни субстрати, което води до промяна в активността на клетъчните системи.
Фосфорилираният IRS-1 също активира PHI-3-киназа, която катализира фосфорилирането на фосфатидилинозитол-4-фосфат и фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат в позиция 3, за да се образува фосфатидилинозитол-3-фосфат, фосфатидилинозитол-3,4-дифосфат и фосфатидилинозитол, съответно -3,4,5-трифосфат.
PHI-3-киназата е хетеродимер, съдържащ регулаторни (р85) и каталитични (р110) субединици. Регулаторната субединица има два SH2 домена и SH3 домен, така че PI-3 киназата се прикрепя към IRS-1 с висок афинитет. Фосфатидилинозитол производни, образувани в мембраната, фосфорилирани в позиция 3, свързват протеини, съдържащи така наречения плекстринов (PH) домен (домейнът проявява висок афинитет към фосфатидилинозитол-3-фосфати): протеин киназа PDK1 (фосфатидилинозитид-зависима киназа), протеин киназа В (PKV).
Протеин киназа B (PKB) се състои от три домена: N-краен плекстрин, централен каталитичен и С-терминален регулаторен. Домейнът на плектрин е необходим за активиране на RKV. Чрез свързване с помощта на плекстриновия домен близо до клетъчната мембрана, PKV се доближава до протеин киназата PDK1, която чрез
неговият плекстринов домен също е локализиран близо до клетъчната мембрана. PDK1 фосфорилира Thr308 на PKV киназния домен, което води до PKV активиране. Активираният PKV фосфорилира гликоген синтаза киназа 3 (в позиция Ser9), причинявайки инактивиране на ензима и по този начин процеса на синтез на гликоген. Phi-3-фосфат-5-киназата също претърпява фосфорилиране, което действа върху везикули, в които GLUT 4 протеините носители се съхраняват в цитоплазмата на адипоцитите, причинявайки движението на глюкозните транспортери към клетъчната мембрана, включването в нея и трансмембранния транспорт на глюкозата в мускулни и мастни клетки (фиг. 5.21).
Инсулинът влияе не само върху навлизането на глюкозата в клетката с помощта на протеините носители GLUT 4. Той участва в регулирането на метаболизма на глюкоза, мазнини, аминокиселини, йони, в синтеза на протеини и влияе върху процесите на репликация и транскрипция.
Ефектът върху метаболизма на глюкозата в клетката се осъществява чрез стимулиране на процеса на гликолиза чрез повишаване на активността на ензимите, участващи в този процес: глюкокиназа, фосфофруктокиназа, пируват киназа, хексокиназа. Инсулинът чрез аденилатциклазната каскада активира фосфатазата, която дефосфорилира гликоген синтазата, което води до активиране на синтеза на гликоген (фиг. 5.22) и инхибиране на процеса на неговото разграждане. Чрез инхибиране на фосфоенолпируват карбоксикиназата, инсулинът инхибира процеса на глюконеогенеза.
Ориз. 5.22. Диаграма на синтеза на гликоген
В черния дроб и мастната тъкан, под действието на инсулина, синтезът на мазнини се стимулира чрез активиране на ензими: ацетил-КоА карбоксилаза, липопротеин липаза. В същото време разграждането на мазнините се инхибира, тъй като инсулин-активираната фосфатаза, дефосфорилираща хормон-чувствителната триацилглицерол липаза, инхибира този ензим и концентрацията на мастни киселини, циркулиращи в кръвта, намалява.
В черния дроб, мастната тъкан, скелетните мускули и сърцето инсулинът влияе върху скоростта на транскрипция на повече от сто гена.
5.2.9. Глюкагон.В отговор на намаляване на концентрацията на глюкоза в кръвта, -клетките на Лангерхансовите острови на панкреаса произвеждат "хормона на глада" - глюкагон, който е полипептид с молекулно тегло 3485 Da, състоящ се от 29 аминокиселини. остатъци.
Действието на глюкагона е противоположно на действието на инсулина. Инсулинът насърчава съхранението на енергия чрез стимулиране на гликогенезата, липогенезата и протеиновия синтез, а глюкагонът, чрез стимулиране на гликогенолизата и липолизата, предизвиква бързо мобилизиране на потенциални източници на енергия.
Ориз. 5.23. Структурата на човешкия проглюкагон и тъканно-специфичното обработване на проглюкагона в пептиди, получени от проглюкагон: глюкагон и MPGF (майор проглюкагон фрагмент) се образуват от проглюкагон в панкреаса; Глицентин, оксинтомодулин, GLP-1 (пептид, получен от проглюкагон), GLP-2, два междинни пептида (интервенционен пептид - IP), GRPP - панкреатичен полипептид, свързан с глицентин (полипептид от панкреаса - производно на глицентин) (според )
Хормонът се синтезира от α-клетките на Лангерхансовите острови на панкреаса, както и в невроендокринните клетки на червата и в централната нервна система под формата на неактивен прекурсор, проглюкагон ( молекулно тегло 9000 Da), съдържащ 180 аминокиселинни остатъка и се обработва от конвертаза 2 и образува няколко пептида с различна дължина, включително глюкагон и два глюкагоноподобни пептида (глюкагоноподобен пептид GLP-1, GLP-2, глицентин) (фиг. 5.23). ). 14 от 27-те аминокиселинни остатъка на глюкагона са идентични с тези в молекулата на друг хормон на стомашно-чревния тракт, секретин.
За да се свърже глюкагонът с рецепторите на реагиращите клетки, е необходима целостта на неговата последователност 1-27 от N-края. Важна роля в проявата на ефектите на хормона играе хистидиновият остатък, разположен в N-края, и при свързването с рецепторите, фрагментът 20-27.
В кръвната плазма глюкагонът не се свързва с никакъв транспортен протеин, неговият полуживот е 5 минути, в черния дроб се разрушава от протеинази, докато разграждането започва с разцепването на връзката между Ser2 и Gln3 и отстраняването на дипептида от N-края.
Секрецията на глюкагон се инхибира от глюкоза, но се стимулира от протеинови храни. GLP-1 инхибира секрецията на глюкагон и стимулира секрецията на инсулин.
Глюкагонът има ефект само върху хепатоцитите и мастните клетки, които имат рецептори за него в плазмената мембрана. В хепатоцитите, чрез свързване с рецепторите на плазмената мембрана, глюкагонът активира аденилат циклазата, която катализира образуването на сАМР, посредством G-протеин, което от своя страна води до активиране на фосфорилазата, която ускорява разграждането на гликогена и инхибиране на гликоген синтазата и инхибиране на образуването на гликоген. Глюкагонът стимулира глюконеогенезата чрез индуциране на синтеза на ензими, участващи в този процес: глюкозо-6-фосфатаза, фосфоенолпируват карбоксикиназа, фруктозо-1,6-дифосфатаза. Крайният ефект на глюкагона в черния дроб е да увеличи производството на глюкоза.
В мастните клетки хормонът също, използвайки аденилат циклазната каскада, активира чувствителната към хормона триацилглицерол липаза, стимулирайки липолизата. Глюкагонът повишава секрецията на катехоламини от надбъбречната медула. Участвайки в осъществяването на реакции като "борба или бягство", глюкагонът увеличава наличността на енергийни субстрати (глюкоза, свободни мастни киселини) за скелетните мускули и увеличава кръвоснабдяването на скелетните мускули чрез увеличаване на работата на сърцето.
Глюкагонът няма ефект върху гликогена на скелетните мускули поради почти пълното отсъствие на глюкагонови рецептори в тях. Хормонът предизвиква повишаване на инсулиновата секреция от β-клетките на панкреаса и инхибиране на инсулиназната активност.
5.2.10. Регулиране на метаболизма на гликогена.Натрупването на глюкоза в тялото под формата на гликоген и нейното разграждане са съобразени с енергийните нужди на тялото. Посоката на процесите на метаболизма на гликогена се регулира от механизми, зависещи от действието на хормоните: в черния дроб - инсулин, глюкагон и адреналин; в мускулите - инсулин и адреналин. Превключването на процесите на синтез или разграждане на гликоген се случва по време на прехода от периода на абсорбция към периода след абсорбция или когато състоянието на покой се промени към физическа работа.
5.2.10.1. Регулиране на активността на гликогенфосфорилазата и гликогенсинтазата.Когато концентрацията на глюкоза в кръвта се промени, се получава синтез и секреция на инсулин и глюкагон. Тези хормони регулират процесите на синтез и разграждане на гликоген, като влияят върху активността на ключовите ензими на тези процеси: гликоген синтаза и гликоген фосфорилаза чрез тяхното фосфорилиране-дефосфорилиране.
Ориз. 5.24 Активиране на гликоген фосфорилаза чрез фосфорилиране на Ser14 остатъка от гликоген фосфорилаза киназа и инактивиране от фосфатаза, катализираща дефосфорилирането на сериновия остатък (съгласно )
И двата ензима съществуват в две форми: фосфорилирана (активна гликоген фосфорилаза аи неактивна гликоген синтаза) и дефосфорилиран (неактивна фосфорилаза bи активна гликоген синтаза) (Фигури 5.24 и 5.25). Фосфорилирането се извършва от киназа, катализираща прехвърлянето на фосфатен остатък от АТФ към серинов остатък, а дефосфорилирането се катализира от фосфопротеин фосфатаза. Киназната и фосфатазната активност също се регулират чрез фосфорилиране-дефосфорилиране (виж Фиг. 5.25).
Ориз. 5.25. Регулиране на активността на гликоген синтазата. Ензимът се активира от действието на фосфопротеин фосфатаза (PP1), която дефосфорилира три фосфосеринови остатъка близо до С-края в гликоген синтазата. Гликоген синтаза киназа 3 (GSK3), която катализира фосфорилирането на три серинови остатъка в гликоген синтазата, инхибира синтеза на гликоген и се активира от фосфорилиране на казеин киназа (CKII). Инсулинът, глюкозата и глюкозо-6-фосфатът активират фосфопротеин фосфатазата, докато глюкагонът и епинефринът (епинефрин) я инхибират. Инсулинът инхибира действието на гликоген синтаза киназа 3 (според)
cAMP-зависимата протеин киназа А (PKA) фосфорилира фосфорилаза киназа, превръщайки я в активно състояние, което на свой ред фосфорилира гликоген фосфорилаза. Синтезът на cAMP се стимулира от адреналин и глюкагон.
Инсулинът чрез каскада, включваща Ras протеина (Ras сигнален път) активира протеин киназата pp90S6, която фосфорилира и по този начин активира фосфопротеин фосфатазата. Активната фосфатаза дефосфорилира и инактивира фосфорилаза киназата и гликоген фосфорилазата.
Фосфорилирането от PKA на гликоген синтазата води до нейното инактивиране, а дефосфорилирането от фосфопротеин фосфатаза активира ензима.
5.2.10.2. Регулиране на метаболизма на гликогена в черния дроб.Промяната в концентрацията на глюкоза в кръвта също променя относителните концентрации на хормони: инсулин и глюкагон. Съотношението на концентрацията на инсулин към концентрацията на глюкагон в кръвта се нарича "инсулин-глюкагонов индекс". В постабсорбционния период индексът намалява и регулирането на концентрацията на кръвната захар се влияе от концентрацията на глюкагон.
Глюкагонът, както бе споменато по-горе, активира освобождаването на глюкоза в кръвта поради разграждането на гликоген (активиране на гликоген фосфорилазата и инхибиране на гликоген синтазата) или чрез синтез от други вещества - глюконеогенеза. От гликоген се образува глюкозо-1-фосфат, който се изомеризира в глюкозо-6-фосфат, който се хидролизира под действието на глюкозо-6-фосфатаза до образуване на свободна глюкоза, която може да напусне клетката в кръвта (фиг. 5.26).
Действието на адреналина върху хепатоцитите е подобно на действието на глюкагона в случай на използване на 2 рецептори и се дължи на фосфорилирането и активирането на гликоген фосфорилазата. В случай на взаимодействие на адреналин с 1 рецепторите на плазмената мембрана, трансмембранното предаване на хормоналния сигнал се осъществява чрез инозитол фосфатния механизъм. И в двата случая се активира процесът на разграждане на гликогена. Използването на един или друг тип рецептор зависи от концентрацията на адреналин в кръвта.
Ориз. 5.26. Схема на фосфоролиза на гликоген
По време на храносмилането индексът инсулин-глюкагон се повишава и влиянието на инсулина преобладава. Инсулинът намалява концентрацията на глюкоза в кръвта, активира, чрез фосфорилиране по Ras пътя, cAMP фосфодиестераза, която хидролизира този втори пратеник с образуването на AMP. Инсулинът също така активира чрез пътя на Ras фосфопротеин фосфатазата на гликогенните гранули, която дефосфорилира и активира гликоген синтазата и инактивира фосфорилаза киназата и самата гликоген фосфорилаза. Инсулинът индуцира синтеза на глюкокиназа за ускоряване на фосфорилирането на глюкозата в клетката и включването й в гликогена. По този начин инсулинът активира процеса на синтез на гликоген и инхибира разграждането му.
5.2.10.3. Регулиране на метаболизма на гликогена в мускулите.В случай на интензивна мускулна работа, разграждането на гликогена се ускорява от адреналин, който се свързва с 2 рецепторите и чрез аденилатциклазната система води до фосфорилиране и активиране на фосфорилаза киназа и гликоген фосфорилаза и инхибиране на гликоген синтаза (фиг. 5.27 и 5.28). В резултат на по-нататъшното преобразуване на глюкозо-6-фосфат, образуван от гликоген, се синтезира АТФ, който е необходим за осъществяването на интензивна мускулна работа.
Ориз. 5.27. Регулиране на активността на гликогенфосфорилазата в мускулите (според)
В покой мускулната гликоген фосфорилаза е неактивна, тъй като е в дефосфорилирано състояние, но се получава разграждане на гликоген поради алостерично активиране на гликоген фосфорилаза b с помощта на AMP и ортофосфат, образуван по време на хидролизата на АТФ.
Ориз. 5.28. Регулиране на активността на гликоген синтазата в мускулите (според)
При умерени мускулни контракции фосфорилаза киназата може да се активира алостерично (чрез Ca 2+ йони). Концентрацията на Ca 2+ се увеличава с мускулна контракция в отговор на сигнал от двигателен нерв. Когато сигналът е отслабен, намаляването на концентрацията на Ca 2+ едновременно "изключва" киназната активност, като по този начин
Ca 2+ йони участват не само в мускулната контракция, но и в осигуряването на енергия за тези контракции.
Ca 2+ йони се свързват с протеина калмодулин, в този случай действайки като една от киназните субединици. Мускулната фосфорилаза киназа има структурата 4 4 4 4. Само -субединица има каталитични свойства, - и -субединици, които са регулаторни, се фосфорилират в серинови остатъци с помощта на PKA, -субединица е идентична с протеина калмодулин (обсъден подробно в раздел 2.3.2, част 2 " Биохимия на движението"), свързва четири Ca 2+ йона, което води до конформационни промени, активиране на каталитичната -субединица, въпреки че киназата остава в дефосфорилирано състояние.
По време на храносмилането в покой се получава и синтез на мускулен гликоген. Глюкозата навлиза в мускулните клетки с помощта на протеини носители GLUT 4 (тяхната мобилизация в клетъчната мембрана под действието на инсулин е разгледана подробно в раздел 5.2.4.3 и на фиг. 5.21). Влиянието на инсулина върху синтеза на гликоген в мускулите се осъществява и чрез дефосфорилирането на гликоген синтазата и гликоген фосфорилазата.
5.2.11. Неензимно гликозилиране на протеини.Един от видовете пост-транслационна модификация на протеини е гликозилирането на остатъци на серин, треонин, аспарагин и хидроксилизин с помощта на гликозилтрансферази. Тъй като по време на храносмилането в кръвта се създава висока концентрация на въглехидрати (редуциращи захари), е възможно неензимно гликозилиране на протеини, липиди и нуклеинови киселини, наречено гликиране. Продуктите, получени в резултат на многоетапното взаимодействие на захари с протеини, се наричат крайни продукти на напреднало гликиране (AGE) и се намират в много човешки протеини. Полуживотът на тези продукти е по-дълъг от този на протеините (от няколко месеца до няколко години), а скоростта на тяхното образуване зависи от нивото и продължителността на излагане на редуцираща захар. Предполага се, че много усложнения, произтичащи от диабета, болестта на Алцхаймер и катаракта, са свързани с тяхното образуване.
Процесът на гликиране може да бъде разделен на две фази: ранна и късна. В първия етап на гликирането се получава нуклеофилна атака на карбонилната група на глюкозата от -аминогрупата на лизин или гуанидинова група на аргинин, което води до образуването на лабилна база на Шиф - н-гликозилимин (фиг. 5.29) Образуването на базата на Шиф е относително бърз и обратим процес.
Следва пренареждането н-гликозилимин с образуването на продукта на Амадори - 1-амино-1-дезоксифруктоза. Скоростта на този процес е по-ниска от скоростта на образуване на гликозилимин, но значително по-висока от скоростта на хидролиза на основата на Шиф,
Ориз. 5.29. Диаграма на протеиновата гликация. Отворената форма на въглехидрат (глюкоза) реагира с -амино групата на лизин, за да образува база на Шиф, която претърпява пренареждане на Амадори до кетоамин чрез междинно образуване на еноламин. Пренареждането на Амадори се ускорява, ако остатъците от аспартат и аргинин са разположени близо до остатъка от лизин. Кетоаминът може допълнително да даде различни продукти (крайни продукти на гликиране - AGE). Диаграмата показва реакцията с втората въглехидратна молекула за образуване на дикетоамин (според )
следователно, протеини, съдържащи 1-амино-1-дезоксифруктозни остатъци, се натрупват в кръвта Модификациите на лизиновите остатъци в протеините в ранен стадий на гликиране очевидно се улесняват от присъствието на хистидинови, лизинови или аргининови остатъци в непосредствена близост до реагиращата аминогрупа, която извършва киселина - основната катализа на процеса, както и остатъците от аспартат, издърпвайки протон от втория въглероден атом на захарта. Кетоаминът може да свърже друг въглехидратен остатък в имино групата, за да образува двойно гликиран лизин, който се превръща в дикетоамин (виж Фиг. 5.29).
Късен етап на гликиране, включително по-нататъшни трансформации н‑гликозилимин и продукта на Амадори, по-бавен процес, водещ до образуването на стабилни крайни продукти на гликиране (AGE). AT последно времесе появиха данни за прякото участие в образуването на AGEs на α-дикарбонилни съединения (глиоксал, метилглиоксал, 3-дезоксиглюкозон), които се образуват в vivoкакто по време на разграждането на глюкозата, така и в резултат на трансформации на базата на Шиф по време на модификацията на лизин в състава на протеини с глюкоза (фиг. 5.30). Специфични редуктази и сулхидрилни съединения (липоева киселина, глутатион) са в състояние да трансформират реактивните дикарбонилни съединения в неактивни метаболити, което се отразява в намаляване на образуването на крайни продукти на гликиране.
Реакциите на α-дикарбонилни съединения с ε-аминогрупи на лизинови остатъци или гуанидиниеви групи на аргининови остатъци в протеини водят до образуването на протеинови кръстосани връзки, които са отговорни за усложненията, причинени от протеиновата гликация при диабет и други заболявания. Освен това, в резултат на последователна дехидратация на продукта на Амадори при С4 и С5, се образуват 1-амино-4-деокси-2,3-дион и -енедион, които също могат да участват в образуването на вътрешномолекулни и междумолекулни протеинови кръстосани връзки .
Сред AGEs характеризира н ε ‑карбоксиметиллизин (CML) и н ε -карбоксиетиллизин (CEL), бис(лизил)имидазолови адукти (GOLD - глиоксал-лизил-лизил-димер, MOLD - метилглиоксал-лизил-лизил-димер, DOLD - деоксиглюкозон-лизил-лизил-димер), имидазолони (G-H, MG‑ H и 3DG-H), пиралин, арпиримидин, пентозидин, крослин и весперлизин. 5.31 показва някои
Ориз. 5.30. Схема на протеинова гликация в присъствието на D-глюкоза. Кутията показва основните прекурсори на продуктите на AGE, получени в резултат на гликиране (според )
крайни продукти на гликирането. Например, пентозидин и карбоксиметил лизин (CML), крайни продукти на гликиране, образувани при окислителни условия, се намират в дълготрайни протеини: кожен колаген и кристалин на лещата. Карбоксиметиллизинът въвежда в протеина отрицателно заредена карбоксилна група вместо положително заредена аминогрупа, което може да доведе до промяна в заряда на повърхността на протеина, до промяна в пространствената структура на протеина. CML е антиген, разпознат от антитела. Количеството на този продукт нараства линейно с възрастта. Пентозидинът е омрежване (продукт на омрежване) между продукта на Амадори и аргининов остатък във всяка позиция на протеина, образува се от аскорбат, глюкоза, фруктоза, рибоза, намиращи се в мозъчните тъкани на пациенти с Алцхаймер заболяване, в кожата и кръвната плазма на пациенти с диабет.
Крайните продукти на гликирането могат да насърчат свободно-радикалното окисление, промени в заряда на повърхността на протеина, необратимо омрежване между различни протеинови региони, което
нарушава тяхната пространствена структура и функциониране, прави ги устойчиви на ензимна протеолиза. На свой ред свободнорадикалното окисление може да причини неензимна протеолиза или фрагментация на протеини, липидна пероксидация.
Образуването на крайни продукти на гликиране върху протеини на базалната мембрана (колаген тип IV, ламинин, хепаран сулфат протеогликан) води до нейното удебеляване, стесняване на капилярния лумен и нарушаване на тяхната функция. Тези нарушения на извънклетъчния матрикс променят структурата и функцията на кръвоносните съдове (намаляване на еластичността на съдовата стена, промяна в отговор на вазодилатиращия ефект на азотния оксид), допринасят за по-ускореното развитие на атеросклеротичния процес.
Крайните продукти на гликирането (AGEs) също влияят върху експресията на някои гени чрез свързване към специфични AGE рецептори, локализирани във фибробласти, Т-лимфоцити, в бъбреците (мезангиални клетки), в съдовата стена (ендотел и гладкомускулни клетки), в мозъка , както и в черния дроб и далака, където те са най-изобилни, т.е. в тъканите, богати на макрофаги, които медиират трансдукцията на този сигнал чрез увеличаване на образуването на свободни кислородни радикали. Последните от своя страна активират транскрипцията на ядрения фактор NF-kB, който регулира експресията на много гени, които реагират на различни увреждания.
Един от ефективните начини за предотвратяване на нежеланите последици от неензимното гликозилиране на протеини е намаляването на калоричното съдържание на храната, което се отразява в намаляване на концентрацията на глюкоза в кръвта и намаляване на неензимното свързване на глюкоза към дълготрайни протеини, като хемоглобин. Намаляването на концентрацията на глюкоза води до намаляване както на протеиновото гликозилиране, така и на липидната пероксидация. Отрицателният ефект на гликозилирането се дължи както на нарушение на структурата и функциите, когато глюкозата е прикрепена към дълготрайни протеини, така и на полученото окислително увреждане на протеините, причинено от свободните радикали, образувани по време на окисляването на захарите в присъствието на йони на преходни метали . Нуклеотидите и ДНК също претърпяват неензимно гликозилиране, което води до мутации, дължащи се на директно увреждане на ДНК и инактивиране на възстановителните системи, което води до повишена крехкост на хромозомите. Понастоящем се проучват подходи за предотвратяване на ефекта на гликирането върху дълготрайни протеини, като се използват фармакологични и генетични интервенции.
Екология на потреблението. Тялото не знае как да абсорбира нишестето просто така, за това трябва да се получи огромно количество. химична реакцияза превръщането на най-сложното нишесте в прости захари, само тялото знае и може да ги усвои.
Тялото просто не знае как да абсорбира нишестета, за това трябва да се появят огромен брой химични реакции, за да се превърне най-сложното нишесте в прости захари, само тялото знае и може да ги абсорбира.
Преобразуването на нишестето в организма е насочено главно към задоволяване на нуждата от захар. Освен това технологията за превръщане на нишестето в усвоими прости захари е не само сложна, трудоемка и значително удължена във времето (от 2 до 4 часа).
Изисква колосален разход на енергия и биологично активни вещества (витамини В, В2, В3, РР, С и др.). Без достатъчно количество витамини и микроелементи (и кой от нас има достатъчно от тях?), Нишестето практически не се усвоява: ферментира, гние, отравя, запушва капилярната мрежа.
Нишестето е практически неразтворимо в нито един от известните разтворители. Има само свойството колоидна разтворимост. Изследването на колоидни разтвори на нишесте показа, че неговият разтвор не се състои от отделни молекули на нишестето, а от първични частици - мицели, включително голям брой молекули.
Нишестето съдържа две фракции полизахариди:
- амилаза
- амилопектин
драстично различни свойства.
Амилази в нишесте 15-25%.
Разтваря се в гореща вода (80°C), образувайки бистър колоиден разтвор.
Амилопектинът съставлява 75-85% от нишестеното зърно.
По този начин, когато са изложени на нишесте топла водаобразува се разтвор на амилаза, който е силно кондензиран с набъбнал амилопектин.
Получената гъста вискозна маса се нарича паста. Същата паста се образува и в стомашно-чревния тракт. И колкото по-фино е смляно брашното, от което се пекат нашите хлябове, тестени изделия и т.н., толкова по-добре лепне тази паста!
Той се слепва, запушва смукателните микровили дванадесетопръстникаи долните части на тънките черва, изключвайки ги от храносмилането, първо частично, след това почти напълно.
Именно тук се крие причината за лошото усвояване на витамини и микроелементи. Неадекватното усвояване на йод (нишестето го прави почти несмилаемо) води до много заболявания (до рак), но най-специфичното заболяване е хипотиреоидизмът, тоест недостатъчната функция на щитовидната жлеза. А причината е все същата - "затрупване" с нишестета (и други шлаки) на съединителната тъкан, разрастването на самата щитовидна жлеза.
В дебелото черво тази маса от нишесте, дехидратирана, полепва по стените на дебелото черво, образувайки фекални камъни. Тези дълготрайни отлагания изключват буквално работата (предимно кръвоснабдяването) на тези органи
който осигурява хранителни вещества на специфично място на абсорбция в дебелото черво.
Камъните блокират усвояването, поради което хранителните вещества не влизат в тялото, първо отслабва, след това атрофира и се разболява. Нарушава се микрофлората на дебелото черво, неговата киселинност, способността му да произвежда незаменими аминокиселини.
ПЕЧЕН КАРТОФ. Най-коварният начин да навредите на тялото.
Гликемичният индекс на печени картофи е 95. Това е по-високо от захарта и меда, взети заедно. Тоест, почти мигновено печен картоф повишава съдържанието на захар до възможно най-високия. Излишната захар задейства процеса на "отлагане на мазнини". Така тялото регулира количеството глюкоза.
След като изпита пълното насищане, поради ниското съдържание на калории след час, а може би дори по-рано, човек отново ще изпита чувство на глад. После още и още. Цикълът на ядене на картофи става безкраен. В този случай човек ще започне доста да наддава на тегло.
На тази основа бързото хранене никога няма да се откаже от картофите, тъй като това ще означава намаляване на печалбите.
Пържени картофи и пържени картофи. Най-тежкият удар по тялото.
По време на пържене влагата се изпарява от картофите. Заменя се с мазнини. Калоричното съдържание на картофите започва да се покачва и често надхвърля марката 400 (въглехидрати). На фона на бързата смилаемост, очевидно цялата тази мазнина ще бъде под кожата ви.
Клубените, лежащи на светлина, стават зелени, те натрупват най-силната отрова - соланин. Особено много от него в покълнали. В големи дози соланинът разрушава червените кръвни клетки и има потискащ ефект върху централната нервна система.
Поглъщането на соланин в организма причинява дехидратация, треска, конвулсии.
За един отслабен организъм всичко това може да се превърне в фатален изход.
Никаква термична обработка няма да помогне за неутрализиране на отровата.
Според австрийски учени соланинът има неблагоприятен ефект, когато съдържанието му се повиши до 40 милиграма на 100 грама картофи. През есента 100 грама прясно изкопани картофи съдържат не повече от 10 милиграма соланин.
През пролетта може да се окаже, че е три пъти повече и е концентрирано главно в зелените зони на грудката и по-близо до кората.
Картофите могат да се консумират само МЛАДИ, не по-стари от 2 месеца
Как да заменим картофите?????
КАРТОФИТЕ ЛЕСНО СЕ ЗАМЕНЯТ С РЯПА и ТОПИНАМБУР. публикувани
Хранителните въглехидрати в храносмилателния тракт се разграждат до мономери под действието на гликозидази, ензими, които катализират хидролизата на гликозидни връзки.
Смилането на нишестето започва още в устната кухина: слюнката съдържа ензима амилаза (α-1,4-гликозидаза), който разцепва α-1,4-гликозидните връзки. Тъй като храната не остава дълго в устната кухина, тук нишестето се усвоява само частично. Основното място за смилане на нишестето е тънкото черво, където амилазата навлиза от панкреатичния сок. Амилазата не хидролизира гликозидната връзка в дизахаридите.
Малтозата, лактозата и захарозата се хидролизират от специфични гликозидази – съответно малтаза, лактаза и сукраза. Тези ензими се синтезират в клетките на червата. Продуктите от смилането на въглехидратите (глюкоза, галактоза, фруктоза) влизат в кръвта.
Фиг. 1Смилане на въглехидрати
Поддържането на постоянна концентрация на глюкоза в кръвта е резултат от едновременното протичане на два процеса: навлизането на глюкоза в кръвта от черния дроб и нейното потребление от кръвта от тъканите, където се използва като енергиен материал.
Обмисли синтез на гликоген.
Гликоген – сложен въглехидратот животински произход, полимер, чийто мономер е α-глюкозни остатъци, които са свързани помежду си чрез 1-4, 1-6 гликозидни връзки, но имат по-разклонена структура от нишестето (до 3000 глюкозни остатъци). Молекулното тегло на гликогена е много голямо - ОН варира от 1 до 15 милиона. Пречистеният гликоген е бял прах. Той е силно разтворим във вода и може да се утаи от разтвор с алкохол. С "I" дава кафяв цвят. В черния дроб е под формата на гранули в комбинация с клетъчни протеини. Количеството гликоген в черния дроб може да достигне 50-70 g - това е общ резервгликоген; съставлява от 2 до 8% от масата на черния дроб. Гликогенът се намира и в мускулите, където се образува местен резерват, в малки количества се намира в други органи и тъкани, включително мастната тъкан. Гликогенът в черния дроб е подвижен резерв от въглехидрати, гладуването за 24 часа го изчерпва напълно. Според Уайт и съавтори, скелетните мускули съдържат приблизително 2/3 от общия телесен гликоген (поради голямата маса на мускулите, по-голямата част от гликогена е в тях) - до 120 g (за мъж с тегло 70 kg) , но в скелетните мускули съдържанието му е от 0 ,5 до 1% от теглото. За разлика от чернодробния гликоген, мускулният гликоген не се изчерпва толкова лесно, когато гладувате, дори за дълги периоди от време. Механизмът на синтеза на гликоген в черния дроб от глюкоза вече е изяснен. В чернодробните клетки глюкозата се фосфорилира с участието на ензима хексокиназас образуването на глюкоза-6-P.
Фиг.2Диаграма на синтеза на гликоген
1. Глюкоза + ATP хексокиназа Glucose-6-P + ADP
2. Глюкоза-6-Р фосфоглюкомутаза Глюкоза-1-Р
(участват в синтеза)
3. Глюкоза-1-P + UTP глюкоза-1-P уридил трансфераза UDP-1-глюкоза + H 4 P 2 O 7
4. UDP-1-глюкоза + гликоген гликоген синтаза Гликоген + UDP
(семена)
Полученият UDP може отново да бъде фосфорилиран от ATP и целият цикъл на трансформации на глюкоза-1-P се повтаря отново.
Активността на ензима гликоген синтаза се регулира чрез ковалентна модификация. Този ензим може да бъде в две форми: гликоген синтаза I (независима - независима от глюкоза-6-P) и гликоген синтаза D (зависима - зависима от глюкоза-6-P).
протеин киназафосфорилира с участието на АТФ (не фосфорилира формата на I-ензима, превръщайки го във фосфорилираната форма на D-ензима, в която хидроксилните групи на серина са фосфорилирани).
И четем:
В стомашния тракт на хората и животните нишестето се хидролизира и се превръща в глюкоза, която се усвоява от организма. Междинните продукти на хидролизата на нишестето са декстрини.
Нишестето, като хранителна добавка, се използва за сгъстяване на много храни, приготвяне на желе, дресинги и сосове.
Нишестето е най-изобилният въглехидрат в човешката диета и се намира в много основни храни. Основните източници на нишесте в света са зърнените култури: ориз, пшеница, царевица; различни кореноплодни зеленчуци, включително картофи, както и маниока. Повечето други нишестени храни растат само в определени климатични условия, като: ръж, ечемик, елда, овес, просо, жълъди, банани, кестени, сорго, сладки картофи, хлебно дърво, ямс, таро, чилим, арарут, аракача, кана, таро, Японски kandyk, pueraria lobata, malanga, tuberous oxalis, pinnately cut takka, sago и много видове бобови растения като леща, градински боб, боб мунг, грах, нахут.
Добре познатите ястия, съдържащи нишесте, включват: хляб, палачинки, юфка, тестени изделия, зърнени храни, желе и различни плоски хлябове, включително тортили.
За храносмилателните ензими разграждането на кристалното нишесте (клас PK3) е донякъде трудно. Суровото нишесте се усвоява лошо в дванадесетопръстника и тънко черво, а бактериалното разграждане ще се извърши главно в дебелото черво. Храните с много амилоза са по-малко смилаеми от тези с амилопектин. В същото време дори резистентното (несмилаемо) нишесте (класове PK2, PK3, PK4) играе своята физиологична роля: намалява нивата на захарта след хранителна хипергликемия (повишаване на концентрацията на глюкоза в кръвта, особено важно за пациентите диабет), образува органични киселини – енергията на епитела на дебелото черво, подпомага имунитета на чревния тракт, противовъзпалителната защита на организма и др. За да се увеличи усвояемостта на нишестето, то се обработва термично. Ето защо, преди хората да започнат да използват огъня - зърнените храни и други храни с високо съдържание на нишесте не са били най-много по най-добрия начинполучаване на енергията на тялото (за разлика от протеиновите храни).
Желатинирането и желатинирането на нишестето, като например по време на печене на торта, може да бъде намалено от захарта, която се конкурира за вода, което подобрява текстурата на нишестето, предотвратявайки слепването.
Всичко изглежда добре и дори прекрасно. Но се оказва, че тялото получава „висококалорично гориво“ под формата на нишесте, а излишъкът от това гориво започва да се съхранява под формата на мазнини и с тях отлага мастноразтворими токсини, вместо да изхвърля тях. Това се улеснява от факта, че разграждането на нишестето става в СТОМАХА, а токсините се изхвърлят от черния дроб с жлъчката! Тези. вредата не е директна и зависи от количеството входящо нишесте и енергийната консумация на тялото. „Всичко е отрова, всичко е лекарство“, както казваше Парацелз и беше прав.
