Kako se probava odvija u ustima? Nb! Glukoza različitim mehanizmima ulazi u stanice različitih organa.

U crijevima se apsorbiraju samo monosaharidi: glukoza, galaktoza, fruktoza. Stoga oligo- i polisaharidi koji ulaze u organizam s hranom moraju biti hidrolizirani enzimskim sustavima kako bi nastali monosaharidi. Na sl. 5.11 shematski prikazuje lokalizaciju enzimskih sustava uključenih u probavu ugljikohidrata, koja počinje u usne šupljine od djelovanja oralne -amilaze, a zatim se nastavlja u različitim dijelovima crijeva uz pomoć kompleksa -amilaze gušterače, saharaze-izomaltaze, glikoamilaze, -glikozidaze (laktaze), trehalaze.

Riža. 5.11. Shema lokalizacije enzimskih sustava probave ugljikohidrata

5.2.1. Probava ugljikohidrata putem usta i gušterače -amilaza ( -1,4-glikozidaza). Dijetetski polisaharidi, odnosno škrob (sastoji se od linearnog polisaharida amiloze, u kojem su glukozilni ostaci povezani -1,4-glikozidnim vezama, i amilopektina, razgranatog polisaharida, gdje se također nalaze -1,6-glikozidne veze), počinju hidrolizirati već u usnoj šupljini nakon vlaženja pljuvačkom koja sadrži hidrolitički enzim -amilazu (-1,4-glikozidazu) (EC 3.2.1.1), koja cijepa 1,4-glikozidne veze u škrobu, ali ne djeluje na 1,6-glikozidnim vezama.

Osim toga, vrijeme kontakta enzima sa škrobom u usnoj šupljini je kratko, pa se škrob djelomično probavlja, stvarajući velike fragmente – dekstrine i nešto maltoznog disaharida. Disaharidi se ne hidroliziraju amilazom sline.

Ulaskom u želudac u kiseloj sredini dolazi do inhibicije amilaze sline, proces probave može se dogoditi samo unutar prehrambene kome, gdje aktivnost amilaze može potrajati neko vrijeme dok pH u cijelom komadu ne postane kiseli. U želučanom soku nema enzima koji razgrađuju ugljikohidrate, moguća je samo lagana kisela hidroliza glikozidnih veza.

Glavno mjesto hidrolize oligo- i polisaharida je tanko crijevo u čijim se različitim dijelovima luče određene glikozidaze.

U duodenumu se sadržaj želuca neutralizira sekrecijom gušterače koja sadrži bikarbonate HCO 3 - i ima pH 7,5-8,0. U tajni gušterače nalazi se amilaza pankreasa, koja hidrolizira -1,4-glikozidne veze u škrobu i dekstrinima uz nastanak maltoznih disaharida (u ovom ugljikohidratu dva ostatka glukoze su povezana -1,4-glikozidnim veze) i izomaltozu (u ovom ugljikohidratu, dva ostatka glukoze smještena na mjestima grananja u molekuli škroba i povezana α-1,6-glikozidnim vezama). Također nastaju oligosaharidi koji sadrže 8-10 ostataka glukoze povezanih -1,4-glikozidnom i -1,6-glikozidnom vezom.

Obje amilaze su endoglikozidaze. Amilaza gušterače također ne hidrolizira -1,6-glikozidne veze u škrobu i -1,4-glikozidne veze, kojima su ostaci glukoze povezani u molekuli celuloze.

Celuloza nepromijenjena prolazi kroz crijeva i služi kao balastna tvar, dajući volumen hrani i olakšavajući proces probave. U debelom crijevu, pod djelovanjem bakterijske mikroflore, celuloza se može djelomično hidrolizirati uz stvaranje alkohola, organskih kiselina i CO 2 koji mogu djelovati kao stimulansi crijevne pokretljivosti.

Šećeri maltoze, izomaltoze i trioze koji nastaju u gornjem dijelu crijeva dodatno se hidroliziraju u tankom crijevu pomoću specifičnih glikozidaza. Disaharide u prehrani, saharozu i laktozu, također hidroliziraju specifične disaharidaze u tankom crijevu.

U lumenu crijeva, aktivnost oligo- i disaharidaza je niska, ali većina enzima je povezana s površinom epitelnih stanica, koje se u crijevu nalaze na prstastim izraslinama - resicama i zauzvrat su prekrivene mikrovila, sve te stanice tvore četkicu koja povećava kontaktnu površinu hidrolitičkih enzima s njihovim supstratima.

Cijepajući glikozidne veze u disaharidima, enzimi (disaharidaze) se grupiraju u enzimske komplekse smještene na vanjskoj površini citoplazmatske membrane enterocita: saharaza-izomaltaza, glikoamilaza, -glikozidaza.

5.2.2. Kompleks saharaza-izomaltaza. Ovaj kompleks se sastoji od dva polipeptidna lanca i vezan je za površinu enterocita pomoću transmembranske hidrofobne domene smještene u N-terminalnom dijelu polipeptida. Kompleks saharaza-izomaltaza (EC 3.2.1.48 i 3.2.1.10) cijepa -1,2- i -1,6-glikozidne veze u saharozi i izomaltozi.

Oba enzima kompleksa također su sposobna hidrolizirati α-1,4-glikozidne veze u maltozi i maltotriozi (trisaharid koji sadrži tri ostatka glukoze i nastaje tijekom hidrolize škroba).

Iako kompleks ima prilično visoku maltaznu aktivnost, hidrolizirajući 80% maltoze nastale tijekom probave oligo- i polisaharida, njegova je glavna specifičnost i dalje hidroliza saharoze i izomaltoze, brzina hidrolize glikozidnih veza u kojoj je veća od brzina hidrolize veza u maltozi i maltotriozi. Podjedinica saharoze jedini je crijevni enzim koji hidrolizira saharozu. Kompleks je uglavnom lokaliziran u jejunumu, a u proksimalnom i distalnom dijelu crijeva sadržaj kompleksa saharaza-izomaltaza je neznatan.

5.2.3. kompleks glikoamilaze. Ovaj kompleks (EC 3.2.1.3 i 3.2.1.20) hidrolizira -1,4-glikozidne veze između ostataka glukoze u oligosaharidima. Aminokiselinska sekvenca kompleksa glikoamilaze ima 60% homologije sa sekvencom kompleksa saharaza-izomaltaza. Oba kompleksa pripadaju obitelji 31 ​​glikozil hidrolaze. Budući da je egzoglikozidaza, enzim djeluje s reduciranog kraja, također može razgraditi maltozu, djelujući kao maltaza u ovoj reakciji (u ovom slučaju kompleks glikoamilaze hidrolizira preostalih 20% maltoznih oligo- i polisaharida nastalih tijekom probave ). Kompleks uključuje dvije katalitičke podjedinice s malim razlikama u specifičnosti supstrata. Kompleks je najaktivniji u donjim dijelovima tankog crijeva.

5.2.4.  -Glikozidazni kompleks (laktaza). Ovaj enzimski kompleks hidrolizira -1,4-glikozidne veze između galaktoze i glukoze u laktozi.

Glikoprotein je povezan s rubom četkice i neravnomjerno je raspoređen po tankom crijevu. S godinama se aktivnost laktaze smanjuje: najveća je u dojenčadi, u odraslih je manja od 10% razine aktivnosti enzima izolirane u djece.

5.2.5. Tregalaza. Ovaj enzim (EC 3.2.1.28) je kompleks glikozidaze koji hidrolizira veze između monomera u trehalozi, disaharidu koji se nalazi u gljivama i koji se sastoji od dva glukozilna ostatka povezana glikozidnom vezom između prvih anomernih ugljika.

Kao rezultat djelovanja glikozil hidrolaza, iz ugljikohidrata hrane kao rezultat djelovanja glikozil hidrolaza nastaju monosaharidi: glukoza, fruktoza, galaktoza u velikoj količini, au manjoj mjeri - manoza, ksiloza, arabinoza, koji su apsorbiraju epitelne stanice jejunuma i ileuma i transportiraju se kroz membrane tih stanica pomoću posebnih mehanizama.

5.2.6. Prijenos monosaharida kroz membrane crijevnih epitelnih stanica. Prijenos monosaharida u stanice crijevne sluznice može se provesti olakšanom difuzijom i aktivnim transportom. U slučaju aktivnog transporta, glukoza se transportira kroz membranu zajedno s Na + ionom jednim proteinom nosačem, a te tvari stupaju u interakciju s različitim dijelovima ovog proteina (slika 5.12). Ion Na + ulazi u stanicu uz gradijent koncentracije, a glukoza  protiv gradijenta koncentracije (sekundarni aktivni transport), dakle, što je veći gradijent, to će se više glukoze prenijeti u enterocite. Sa smanjenjem koncentracije Na + u izvanstaničnoj tekućini, smanjuje se opskrba glukozom. Gradijent koncentracije Na + koji je u osnovi aktivnog simporta osigurava djelovanje Na +, K + -ATPaze, koja radi kao pumpa koja pumpa Na + iz stanice u zamjenu za K + ion. Na isti način, galaktoza ulazi u enterocite mehanizmom sekundarnog aktivnog transporta.

Riža. 5.12. Ulazak monosaharida u enterocite. SGLT1 - o natriju ovisan transporter glukoze/galaktoze u membrani epitelnih stanica; Na + , K + -ATPaza na bazolateralnoj membrani stvara gradijent koncentracije natrijevih i kalijevih iona neophodan za funkcioniranje SGLT1. GLUT5 uglavnom prenosi fruktozu kroz membranu u stanicu. GLUT2 na bazolateralnoj membrani prenosi glukozu, galaktozu i fruktozu iz stanice (prema )

Zbog aktivnog transporta, enterociti mogu apsorbirati glukozu u njezinoj niskoj koncentraciji u lumenu crijeva. Pri visokoj koncentraciji glukoze dolazi u stanice olakšanom difuzijom uz pomoć posebnih proteina nosača (transportera). Na isti način, fruktoza se prenosi u epitelne stanice.

Monosaharidi ulaze u krvne žile iz enterocita uglavnom olakšanom difuzijom. Polovica glukoze se kroz kapilare resica kroz portalnu venu transportira do jetre, pola se krvlju isporučuje u stanice drugih tkiva.

5.2.7. Prijenos glukoze iz krvi u stanice. Ulazak glukoze iz krvi u stanice provodi se olakšanom difuzijom, tj. brzina transporta glukoze određena je gradijentom njezinih koncentracija s obje strane membrane. U mišićnim stanicama i masnom tkivu olakšanu difuziju regulira inzulin hormon gušterače. U nedostatku inzulina, stanična membrana ne sadrži prijenosnike glukoze. Transporter (transporter) glukoze iz eritrocita (GLUT1), kao što se vidi na Sl. 5.13 je transmembranski protein koji se sastoji od 492 aminokiselinske ostatke i ima strukturu domene. Polarni aminokiselinski ostaci nalaze se s obje strane membrane, hidrofobni su lokalizirani u membrani, prelazeći je nekoliko puta. Na vanjskoj strani membrane nalazi se mjesto za vezanje glukoze. Kada je glukoza vezana, konformacija nosača se mijenja, a mjesto vezanja monosaharida postaje otvoreno unutar stanice. Glukoza prolazi u stanicu, odvajajući se od proteina nosača.

5.2.7.1. Transporteri glukoze: GLUT 1, 2, 3, 4, 5. Transporteri glukoze pronađeni su u svim tkivima, kojih ima nekoliko varijanti, numeriranih redoslijedom njihova otkrića. Opisano je pet tipova GLUT-ova koji imaju sličnu primarnu strukturu i organizaciju domene.

GLUT 1, lokaliziran u mozgu, posteljici, bubrezima, debelom crijevu, eritrocitima, opskrbljuje mozak glukozom.

GLUT 2 prenosi glukozu iz organa koji je luče u krv: enterocita, jetre, transportira je do β-stanica Langerhansovih otočića gušterače.

GLUT 3 se nalazi u mnogim tkivima, uključujući mozak, posteljicu, bubrege, te osigurava dotok glukoze u stanice živčanog tkiva.

GLUT 4 prenosi glukozu u mišićne stanice (skeletne i srčane) i masno tkivo te je ovisan o inzulinu.

GLUT 5 se nalazi u stanicama tankog crijeva i također može tolerirati fruktozu.

Svi prijenosnici mogu se nalaziti i u citoplazmi

Riža. 5.13. Struktura proteina nosača (transportera) glukoze iz eritrocita (GLUT1) (prema)

vezikule u stanicama i u plazma membrani. U nedostatku inzulina, GLUT 4 se nalazi samo unutar stanice. Pod utjecajem inzulina, vezikule se transportiraju do plazma membrane, spajaju se s njom, a GLUT 4 se ugrađuje u membranu, nakon čega transporter olakšava difuziju glukoze u stanicu. Nakon smanjenja koncentracije inzulina u krvi, transporteri se ponovno vraćaju u citoplazmu i transport glukoze u stanicu prestaje.

Uočeni su različiti poremećaji u radu transportera glukoze. S nasljednim defektom proteina nosača razvija se dijabetes melitus neovisan o inzulinu. Osim proteinskih nedostataka, postoje i drugi poremećaji uzrokovani: 1) kvarom u prijenosu inzulinskog signala o kretanju transportera na membranu, 2) kvarom u kretanju transportera, 3) kvarom u uključivanje proteina u membranu, 4) kršenje vezivanja s membrane.

5.2.8. Inzulin. Ovaj spoj je hormon koji luče β-stanice Langerhansovih otočića gušterače. Inzulin je polipeptid koji se sastoji od dva polipeptidna lanca: jedan sadrži 21 aminokiselinski ostatak (lanac A), drugi sadrži 30 aminokiselinskih ostataka (lanac B). Lanci su međusobno povezani s dvije disulfidne veze: A7-B7, A20-B19. Unutar A-lanca postoji intramolekularna disulfidna veza između šestog i jedanaestog ostatka. Hormon može postojati u dvije konformacije: T i R (slika 5.14).

Riža. 5.14. Prostorna struktura monomernog oblika inzulina: a svinjski inzulin, T-konformacija, b ljudski inzulin, R-konformacija (prikazano je A-lanac Crvena boja, B-lanac  žuta boja) (prema )

Hormon može postojati kao monomer, dimer i heksamer. U heksamernom obliku, inzulin je stabiliziran ionom cinka koji koordinira s His10 B lancem svih šest podjedinica (slika 5.15).

Inzulini sisavaca imaju veliku homologiju u primarnoj strukturi s ljudskim inzulinom: na primjer, u inzulinu svinja postoji samo jedna supstitucija - umjesto treonina na karboksilnom kraju B-lanca nalazi se alanin, u goveđem inzulinu postoje tri druge aminokiseline rezidue u usporedbi s ljudskim inzulinom. Najčešće se zamjene događaju na pozicijama 8, 9 i 10 A lanca, ali ne utječu značajno na biološku aktivnost hormona.

Zamjene aminokiselinskih ostataka na pozicijama disulfidnih veza, hidrofobnih ostataka u C- i N-terminalnim regijama A-lanca i u C-terminalnim regijama B-lanca vrlo su rijetke, što ukazuje na važnost ovih regije u manifestaciji biološke aktivnosti inzulina. Phe24 i Phe25 ostaci B-lanca i C- i N-terminalni ostaci A-lanca sudjeluju u stvaranju aktivnog centra hormona.

Riža. 5.15. Prostorna struktura inzulinskog heksamera (R 6) (prema )

5.2.8.1. biosinteza inzulina. Inzulin se sintetizira kao prekursor, preproinzulin, koji sadrži 110 aminokiselinskih ostataka, na poliribosomima u grubom endoplazmatskom retikulumu. Biosinteza počinje stvaranjem signalnog peptida koji ulazi u lumen endoplazmatskog retikuluma i usmjerava kretanje polipeptida koji raste. Na kraju sinteze, signalni peptid, dužine 24 aminokiselinske ostatke, cijepa se od preproinzulina da nastane proinzulin koji sadrži 86 aminokiselinskih ostataka i prenosi se u Golgijev aparat, gdje dolazi do daljnjeg sazrijevanja inzulina u spremnicima. Prostorna struktura proinzulina prikazana je na sl. 5.16.

U procesu produljenog sazrijevanja, pod djelovanjem serinskih endopeptidaza PC2 i PC1/3, prvo se cijepa peptidna veza između Arg64 i Lys65, zatim se hidrolizira peptidna veza koju čine Arg31 i Arg32, pri čemu se C-peptid sastoji od 31 aminokiselinski ostaci koji se cijepaju. Pretvorba proinzulina u inzulin koji sadrži 51 aminokiselinski ostatak završava hidrolizom argininskih ostataka na N-kraju A-lanca i C-kraju B-lanca pod djelovanjem karboksipeptidaze E, koja pokazuje specifičnost sličnu karboksipeptidaza B, tj. hidrolizira peptidne veze, imino skupinu koja pripada glavnoj aminokiselini (sl. 5.17 i 5.18).

Riža. 5.16. Predložena prostorna struktura proinzulina u konformaciji koja potiče proteolizu. Crvene kuglice označavaju ostatke aminokiselina (Arg64 i Lys65; Arg31 i Arg32), peptidne veze između kojih se hidrolizuju kao rezultat obrade proinzulina (prema )

Inzulin i C-peptid u ekvimolarnim količinama ulaze u sekretorne granule, gdje inzulin, u interakciji s cinkovim ionom, tvori dimere i heksamere. Sekretorne granule, spajajući se s plazma membranom, luče inzulin i C-peptid u izvanstaničnu tekućinu kao rezultat egzocitoze. Poluživot inzulina u krvnoj plazmi je 3-10 min, a C-peptida oko 30 min. Inzulin se razgrađuje djelovanjem enzima inzulinaze, taj se proces odvija u jetri i bubrezima.

5.2.8.2. Regulacija sinteze i lučenja inzulina. Glavni regulator lučenja inzulina je glukoza, koja regulira ekspresiju gena inzulina i proteinskih gena uključenih u metabolizam glavnih nositelja energije. Glukoza se može izravno vezati na faktore transkripcije, što ima izravan učinak na brzinu ekspresije gena. Moguć je sekundarni učinak na lučenje inzulina i glukagona, kada oslobađanje inzulina iz sekretornih granula aktivira transkripciju inzulinske mRNA. No, lučenje inzulina ovisi o koncentraciji iona Ca 2+ i smanjuje se s njihovim nedostatkom čak i pri visokoj koncentraciji glukoze, što aktivira sintezu inzulina. Osim toga, inhibira ga adrenalin kada se veže na  2 receptore. Stimulatori lučenja inzulina su hormoni rasta, kortizol, estrogeni, hormoni gastrointestinalnog trakta (sekretin, kolecistokinin, želučani inhibitorni peptid).

Riža. 5.17. Sinteza i obrada preproinzulina (prema )

Lučenje inzulina β-stanicama Langerhansovih otočića kao odgovor na povećanje koncentracije glukoze u krvi ostvaruje se na sljedeći način:

Riža. 5.18. Prerada proinzulina u inzulin hidrolizom peptidne veze između Arg64 i Lys65, katalizirane serinskom endopeptidazom PC2, i cijepanjem peptidne veze između Arg31 i Arg32 pomoću serinske endopeptidaze PC1/3, pretvorba završava cijepanjem argininskih N ostataka -kraja A-lanca i C-kraja B-lanaca pod djelovanjem karboksipeptidaze E (odcijepljeni ostaci arginina prikazani su u krugovima). Kao rezultat obrade, osim inzulina, nastaje C-peptid (prema)

1) glukoza se transportira u -stanice pomoću proteina nosača GLUT 2;

2) u stanici glukoza prolazi kroz glikolizu i dalje se oksidira u respiratornom ciklusu uz stvaranje ATP-a; intenzitet sinteze ATP-a ovisi o razini glukoze u krvi;

3) pod djelovanjem ATP-a zatvaraju se kalijevi ionski kanali i depolarizira se membrana;

4) depolarizacija membrane uzrokuje otvaranje naponsko ovisnih kalcijevih kanala i ulazak kalcija u stanicu;

5) povećanjem razine kalcija u stanici aktivira se fosfolipaza C, koja cijepa jedan od membranskih fosfolipida - fosfatidilinozitol-4,5-difosfat - na inozitol-1,4,5-trifosfat i diacilglicerol;

6) inozitol trifosfat, vežući se na receptorske proteine ​​endoplazmatskog retikuluma, uzrokuje nagli porast koncentracije vezanog intracelularnog kalcija, što dovodi do oslobađanja prethodno sintetiziranog inzulina pohranjenog u sekretornim granulama.

5.2.8.3. Mehanizam djelovanja inzulina. Glavni učinak inzulina na mišićne i masne stanice je povećanje transporta glukoze kroz staničnu membranu. Stimulacija inzulinom dovodi do povećanja brzine ulaska glukoze u stanicu za 20-40 puta. Kada se stimulira inzulinom, postoji 5-10 puta povećanje sadržaja proteina za transport glukoze u plazma membranama uz istovremeno smanjenje za 50-60% njihovog sadržaja u unutarstaničnom bazenu. Potrebna količina energije u obliku ATP-a potrebna je uglavnom za aktivaciju inzulinskog receptora, a ne za fosforilaciju proteina transportera. Poticanje transporta glukoze povećava potrošnju energije za 20-30 puta, dok je samo mala količina glukoze potrebna za pomicanje transportera glukoze. Translokacija prijenosnika glukoze na staničnu membranu uočava se već nekoliko minuta nakon interakcije inzulina s receptorom, a potrebni su daljnji stimulativni učinci inzulina kako bi se ubrzao ili održao proces kruženja proteina prijenosnika.

Inzulin, kao i drugi hormoni, djeluje na stanice putem odgovarajućeg receptorskog proteina. Inzulinski receptor je složeni integralni protein stanične membrane koji se sastoji od dvije -podjedinice (130 kDa) i dvije -podjedinice (95 kDa); prvi se nalaze u cijelosti izvan stanice, na njezinoj površini, drugi prodiru u plazma membranu.

Inzulinski receptor je tetramer koji se sastoji od dvije izvanstanične α-podjedinice koje su u interakciji s hormonom i međusobno povezane disulfidnim mostovima između cisteina 524 i Cys682, Cys683, Cys685 tripleta obje α-podjedinice (vidi sliku 5.19, a), i dvije transmembranske -podjedinice koje pokazuju aktivnost tirozin kinaze povezane disulfidnim mostom između Cys647 () i Cys872. Polipeptidni lanac α-podjedinice molekularne težine 135 kDa sadrži 719 amino-

Riža. 5.19. Struktura dimera inzulinskog receptora: a modularna struktura inzulinskog receptora. Iznad - α-podjedinice povezane disulfidnim mostovima Cys524, Cys683-685 i sastoje se od šest domena: dvije koje sadrže leucinske ponavljanja L1 i L2, CR regiju bogatu cisteinom i tri domene fibronektina tipa III Fn o, Fn 1, ID (uvod domena). Ispod - -podjedinice povezane s -podjedinicom disulfidnim mostom Cys647Cys872 i koje se sastoje od sedam domena: tri fibronektinske domene ID, Fn 1 i Fn 2, transmembranska domena TM susjedna membrani JM domene kinaze, tyros TK, C-terminal ST; b prostorni raspored receptora, jedan dimer je prikazan u boji, drugi je bijele boje, A  aktivacijska petlja nasuprot mjesta vezanja hormona, X (crveno)  C-terminalni dio -podjedinice, X (crno)  N -terminalni dio -podjedinice, žute kuglice 1,2,3 - disulfidne veze između cisteinskih ostataka na pozicijama 524, 683-685, 647-872 (prema)

kiselih ostataka i sastoji se od šest domena: dvije domene L1 i L2 koje sadrže leucinske ponavljanja, CR regiju bogatu cisteinom gdje se nalazi centar za vezanje inzulina i tri domene fibronektina tipa III Fn o , Fn 1 , Ins (uvodna domena) (vidi Slika 5.18). -podjedinica uključuje 620 aminokiselinskih ostataka, ima molekularnu težinu od 95 kDa, a sastoji se od sedam domena: tri domene fibronektina ID, Fn 1 i Fn 2, transmembranska TM domena, JM domena uz membranu, TK domenu tirozin kinaze i C-terminalni CT. Na receptoru su pronađena dva mjesta vezanja inzulina: jedno s visokim afinitetom, drugo s niskim afinitetom. Za prijenos hormonskog signala u stanicu, inzulin se mora vezati na mjesto visokog afiniteta. Ovaj centar nastaje kada se inzulin veže na L1, L2 i CR domene jedne -podjedinice i fibronektinske domene druge, dok je raspored -podjedinica suprotan jedna drugoj, kao što je prikazano na slici. 5.19, S.

U nedostatku interakcije inzulina s centrom visokog afiniteta receptora, -podjedinice se odmiču od -podjedinica izbočenjem (cam), koje je dio CR domene, što sprječava kontakt aktivacijske petlje (A -petlja) domene tirozin kinaze jedne -podjedinice s fosforilacijskim mjestima na drugoj - podjedinici (slika 5.20, b). Kada se inzulin veže na centar visokog afiniteta inzulinskog receptora, konformacija receptora se mijenja, izbočina više ne sprječava približavanje α- i β-podjedinica, aktivacijske petlje TK domena stupaju u interakciju s tirozinskim fosforilacijskim mjestima na suprotnim TK. domene, transfosforilacija β-podjedinica događa se na sedam tirozinskih ostataka: Y1158, Y1162, Y1163 aktivacijske petlje (ovo je regulatorna domena kinaze), Y1328, Y1334 ST domene, Y965, YM52 domene (sl. , a), što dovodi do povećanja aktivnosti receptora tirozin kinaze. Na poziciji 1030 TK nalazi se lizinski ostatak uključen u katalitički aktivni centar - centar za vezanje ATP-a. Zamjena ovog lizina mnogim drugim aminokiselinama mutagenezom usmjerenom na mjesto ukida aktivnost tirozin kinaze inzulinskog receptora, ali ne narušava vezanje inzulina. Međutim, vezanje inzulina na takav receptor nema utjecaja na metabolizam i proliferaciju stanica. Fosforilacija nekih ostataka serin-treonina, naprotiv, smanjuje afinitet za inzulin i smanjuje aktivnost tirozin kinaze.

Poznato je nekoliko supstrata inzulinskih receptora: IRS-1 (supstrat inzulinskog receptora), IRS-2, proteini iz obitelji STAT (pretvornik signala i aktivator transkripcije - pretvarači signala i aktivatori transkripcije detaljno su obrađeni u 4. dijelu "Biokemijske osnove obrane reakcije").

IRS-1 je citoplazmatski protein koji se svojom SH2 domenom veže na fosforilirane tirozine inzulinskog receptora TK i fosforilira ga tirozin kinaza receptora neposredno nakon stimulacije inzulinom. Stupanj fosforilacije supstrata ovisi o povećanju ili smanjenju staničnog odgovora na inzulin, amplitudi promjena u stanicama i osjetljivosti na hormon. Oštećenje gena IRS-1 može biti uzrok dijabetesa ovisnog o inzulinu. IRS-1 peptidni lanac sadrži oko 1200 aminokiselinskih ostataka, 20-22 potencijalna centra za fosforilaciju tirozina i oko 40 centara za fosforilaciju serina-treonina.

Riža. 5.20. Pojednostavljena shema strukturnih promjena kada se inzulin veže na inzulinski receptor: a promjena konformacije receptora kao posljedica vezanja hormona na centar visokog afiniteta dovodi do pomicanja izbočine, konvergencije podjedinica i transfosforilacije TK domena; b u nedostatku interakcije inzulina s veznim mjestom visokog afiniteta na inzulinskom receptoru, izbočina (cam) sprječava približavanje - i -podjedinica i transfosforilaciju TK domena. A-petlja - aktivacijska petlja TK domene, brojevi 1 i 2 u krugu - disulfidne veze između podjedinica, TK - domena tirozin kinaze, C - katalitički centar TK, set 1 i set 2 - aminokiselinske sekvence -podjedinica koji tvore mjesto visokog afiniteta inzulina prema receptoru (prema )

Fosforilacija IRS-1 na nekoliko ostataka tirozina daje mu sposobnost da se veže na proteine ​​koji sadrže SH2 domene: tirozin fosfataza syp, p85 podjedinica PHI-3-kinaze (fosfatidilinozitol-3-kinaza), adapter protein Grb2, protein tirozin SH-phos PTP2, fosfolipaza C, GAP (aktivator malih GTP-vezujućih proteina). Kao rezultat interakcije IRS-1 sa sličnim proteinima, generira se više nizvodnih signala.

Riža. 5.21. Translokacija proteina prijenosnika glukoze GLUT 4 u mišićnim i masnim stanicama iz citoplazme u plazma membranu pod djelovanjem inzulina. Interakcija inzulina s receptorom dovodi do fosforilacije supstrata inzulinskog receptora (IRS) koji veže PI-3-kinazu (PI3K), koja katalizira sintezu fosfatidilinozitol-3,4,5-trifosfat fosfolipida (PtdIns(3, 4,5)P3). Potonji spoj, vežući plekstrinske domene (PH), mobilizira protein kinaze PDK1, PDK2 i PKV na staničnu membranu. PDK1 fosforilira RKB na Thr308, aktivirajući ga. Fosforilirani RKV se povezuje s vezikulama koje sadrže GLUT4, uzrokujući njihovu translokaciju u plazma membranu, što dovodi do povećanog transporta glukoze u mišićne i masne stanice (prema )

Potaknuta fosforiliranim IRS-1, fosfolipaza C hidrolizira fosfolipidni fosfatidilinozitol-4,5-difosfat stanične membrane da nastane dva sekundarna glasnika: inozitol-3,4,5-trifosfat i diacilglicerol. Inozitol-3,4,5-trifosfat, djelujući na ionske kanale endoplazmatskog retikuluma, oslobađa kalcij iz njega. Diacilglicerol djeluje na kalmodulin i protein kinazu C, koji fosforilira različite supstrate, što dovodi do promjene aktivnosti staničnog sustava.

Fosforilirani IRS-1 također aktivira PHI-3-kinazu, koja katalizira fosforilaciju fosfatidilinozitol-4-fosfata i fosfatidilinozitol-4,5-difosfata na poziciji 3 da nastane fosfatidilinozitol-3-fosfatifosfat,3-fosfatidifosfat, i fosfatidilinozitol, odnosno -3,4,5-trifosfat.

PHI-3-kinaza je heterodimer koji sadrži regulatorne (p85) i katalitičke (p110) podjedinice. Regulatorna podjedinica ima dvije SH2 domene i SH3 domenu, tako da se PI-3 kinaza veže na IRS-1 s visokim afinitetom. Derivati ​​fosfatidilinozitola nastali u membrani, fosforilirani na poziciji 3, vežu proteine ​​koji sadrže tzv. plextrin (PH) domenu (domena pokazuje visok afinitet za fosfatidilinozitol-3-fosfate): protein kinaza PDK1 (protein ovisan o fosfatidilinositidili) kinaza B (PKV).

Protein kinaza B (PKB) sastoji se od tri domene: N-terminalnog plekstrina, središnjeg katalitičkog i C-terminalnog regulatornog. Plektrin domena je potrebna za aktivaciju RKV. Vezivanjem uz pomoć plekstrinske domene u blizini stanične membrane, PKV se približava protein kinazi PDK1, koja preko

njegova plekstrinska domena također je lokalizirana u blizini stanične membrane. PDK1 fosforilira Thr308 domene PKV kinaze, što rezultira aktivacijom PKV. Aktivirani PKV fosforilira glikogen sintazu kinazu 3 (na položaju Ser9), uzrokujući inaktivaciju enzima, a time i proces sinteze glikogena. Phi-3-fosfat-5-kinaza također prolazi kroz fosforilaciju, koja djeluje na vezikule u kojima su proteini nosači GLUT 4 pohranjeni u citoplazmi adipocita, uzrokujući pomicanje transportera glukoze na staničnu membranu, ugradnju u nju i transmembranski transport glukoze u mišićne i masne stanice (slika 5.21).

Inzulin ne utječe samo na ulazak glukoze u stanicu uz pomoć proteina nosača GLUT 4. On je uključen u regulaciju metabolizma glukoze, masti, aminokiselina, iona, u sintezi proteina te utječe na procese replikacija i transkripcija.

Utjecaj na metabolizam glukoze u stanici provodi se poticanjem procesa glikolize povećanjem aktivnosti enzima uključenih u ovaj proces: glukokinaze, fosfofruktokinaze, piruvat kinaze, heksokinaze. Inzulin kroz kaskadu adenilat ciklaze aktivira fosfatazu, koja defosforilira glikogen sintazu, što dovodi do aktivacije sinteze glikogena (slika 5.22) i inhibicije procesa njegove razgradnje. Inhibirajući fosfoenolpiruvat karboksikinazu, inzulin inhibira proces glukoneogeneze.

Riža. 5.22. Dijagram sinteze glikogena

U jetri i masnom tkivu pod djelovanjem inzulina stimulira se sinteza masti aktivacijom enzima: acetil-CoA karboksilaze, lipoprotein lipaze. Istodobno se inhibira razgradnja masti, budući da inzulinom aktivirana fosfataza, defosforilirajući triacilglicerol lipazu osjetljivu na hormone, inhibira ovaj enzim i smanjuje se koncentracija masnih kiselina koje cirkuliraju u krvi.

U jetri, masnom tkivu, skeletnim mišićima i srcu inzulin utječe na brzinu transkripcije više od stotinu gena.

5.2.9. Glukagon. Kao odgovor na smanjenje koncentracije glukoze u krvi, -stanice Langerhansovih otočića gušterače proizvode "hormon gladi" - glukagon, koji je polipeptid molekularne težine 3485 Da, koji se sastoji od 29 aminokiselina. ostaci.

Djelovanje glukagona suprotno je učincima inzulina. Inzulin potiče pohranu energije stimulirajući glikogenezu, lipogenezu i sintezu proteina, a glukagon, stimulirajući glikogenolizu i lipolizu, uzrokuje brzu mobilizaciju potencijalnih izvora energije.

Riža. 5.23. Struktura ljudskog proglukagona i tkivno-specifična obrada proglukagona u peptide izvedene iz proglukagona: glukagon i MPGF (mayor proglucagon fragment) nastaju iz proglukagona u gušterači; Glycentin, oksintomodulin, GLP-1 (peptid izveden iz proglukagona), GLP-2, dva intermedijarna peptida (intervencijski peptid - IP), GRPP - glicentin-srodan polipeptid gušterače (polipeptid iz gušterače - derivat glicentina) (prema

Hormon se sintetizira u -stanicama Langerhansovih otočića gušterače, kao i u neuroendokrinim stanicama crijeva i u središnjem živčanom sustavu u obliku neaktivnog prekursora  proglukagona (molekulske mase 9000 Da), koji sadrži 180 aminokiselinskih ostataka i podvrgnuti obradi pomoću konvertaze 2 i formiranju nekoliko peptida različite duljine, uključujući glukagon i dva glukagonu slična peptida (glukagonu sličan peptid  GLP-1, GLP-2, glicentin) (slika 5.23). 14 od 27 aminokiselinskih ostataka glukagona identično je onima u molekuli drugog hormona gastrointestinalnog trakta, sekretina.

Za vezanje glukagona na receptore stanica koje reagiraju, potreban je integritet njegove sekvence 1-27 od N-kraja. Važnu ulogu u očitovanju djelovanja hormona ima histidinski ostatak koji se nalazi na N-kraju, a u vezivanju na receptore, fragment 20-27.

U krvnoj plazmi glukagon se ne veže ni na jedan transportni protein, poluživot mu je 5 minuta, u jetri ga uništavaju proteinaze, dok razgradnja počinje cijepanjem veze između Ser2 i Gln3 i uklanjanjem dipeptida. od N-kraja.

Glukoza inhibira lučenje glukagona, ali ga potiče proteinska hrana. GLP-1 inhibira lučenje glukagona i stimulira lučenje inzulina.

Glukagon djeluje samo na hepatocite i masne stanice koje za njega imaju receptore u plazma membrani. U hepatocitima, vezanjem za receptore na plazma membrani, glukagon aktivira adenilat ciklazu, koja katalizira stvaranje cAMP, pomoću G-proteina, što zauzvrat dovodi do aktivacije fosforilaze koja ubrzava razgradnju glikogena. , te inhibiciju glikogen sintaze i inhibiciju stvaranja glikogena. Glukagon stimulira glukoneogenezu inducirajući sintezu enzima uključenih u ovaj proces: glukoza-6-fosfataza, fosfoenolpiruvat karboksikinaza, fruktoza-1,6-difosfataza. Neto učinak glukagona u jetri je povećanje proizvodnje glukoze.

U masnim stanicama, hormon također, koristeći kaskadu adenilat ciklaze, aktivira triacilglicerol lipazu osjetljivu na hormone, stimulirajući lipolizu. Glukagon povećava lučenje kateholamina u srži nadbubrežne žlijezde. Sudjelujući u provođenju reakcija poput „bori se ili bježi“, glukagon povećava dostupnost energetskih supstrata (glukoze, slobodne masne kiseline) za skeletne mišiće te povećava prokrvljenost skeletnih mišića povećavajući rad srca.

Glukagon nema utjecaja na glikogen skeletnih mišića zbog gotovo potpune odsutnosti glukagonskih receptora u njima. Hormon uzrokuje povećanje lučenja inzulina iz β-stanica gušterače i inhibiciju aktivnosti inzulinaze.

5.2.10. Regulacija metabolizma glikogena. Nakupljanje glukoze u tijelu u obliku glikogena i njezina razgradnja u skladu su s energetskim potrebama tijela. Smjer metabolizma glikogena reguliran je mehanizmima koji ovise o djelovanju hormona: u jetri inzulin, glukagon i adrenalin, u mišićima inzulin i adrenalin. Prebacivanje procesa sinteze ili razgradnje glikogena događa se tijekom prijelaza iz razdoblja apsorpcije u razdoblje nakon apsorpcije ili kada se stanje mirovanja promijeni u fizički rad.

5.2.10.1. Regulacija aktivnosti glikogen fosforilaze i glikogen sintaze. Kada se promijeni koncentracija glukoze u krvi dolazi do sinteze i izlučivanja inzulina i glukagona. Ovi hormoni reguliraju procese sinteze i razgradnje glikogena utječući na aktivnost ključnih enzima tih procesa: glikogen sintaze i glikogen fosforilaze kroz njihovu fosforilaciju-defosforilaciju.

Riža. 5.24 Aktivacija glikogen fosforilaze fosforilacijom Ser14 ostatka glikogen fosforilaznom kinazom i inaktivacija fosfatazom koja katalizira defosforilaciju serinskog ostatka (prema )

Oba enzima postoje u dva oblika: fosforilirani (aktivna glikogen fosforilaza a i neaktivna glikogen sintaza) i defosforilirana (neaktivna fosforilaza b i aktivna glikogen sintaza) (Slike 5.24 i 5.25). Fosforilacija se provodi kinazom koja katalizira prijenos fosfatnog ostatka s ATP-a na ostatak serina, a defosforilaciju katalizira fosfoprotein fosfataza. Aktivnosti kinaze i fosfataze također su regulirane fosforilacijom-defosforilacijom (vidi sliku 5.25).

Riža. 5.25. Regulacija aktivnosti glikogen sintaze. Enzim se aktivira djelovanjem fosfoprotein fosfataze (PP1), koja defosforilira tri fosfoserinska ostatka blizu C-terminusa u glikogen sintazi. Glikogen sintaza kinaza 3 (GSK3), koja katalizira fosforilaciju tri serinska ostatka u glikogen sintazi, inhibira sintezu glikogena i aktivira se fosforilacijom kazein kinaze (CKII). Inzulin, glukoza i glukoza-6-fosfat aktiviraju fosfoprotein fosfatazu, dok je glukagon i epinefrin (epinefrin) inhibiraju. Inzulin inhibira djelovanje glikogen sintaze kinaze 3 (prema)

cAMP-ovisna protein kinaza A (PKA) fosforilira fosforilaznu kinazu, pretvarajući je u aktivno stanje, koje zauzvrat fosforilira glikogen fosforilazu. Sintezu cAMP-a stimuliraju adrenalin i glukagon.

Inzulin kroz kaskadu koja uključuje Ras protein (Ras signalni put) aktivira protein kinazu pp90S6, koja fosforilira i time aktivira fosfoprotein fosfatazu. Aktivna fosfataza defosforilira i inaktivira fosforilaznu kinazu i glikogen fosforilazu.

Fosforilacija glikogen sintaze s PKA dovodi do njezine inaktivacije, a defosforilacija fosfoprotein fosfatazom aktivira enzim.

5.2.10.2. Regulacija metabolizma glikogena u jetri. Promjena koncentracije glukoze u krvi također mijenja relativne koncentracije hormona: inzulina i glukagona. Omjer koncentracije inzulina i koncentracije glukagona u krvi naziva se "inzulin-glukagon indeks". U postapsorpcijskom razdoblju indeks se smanjuje, a na regulaciju koncentracije glukoze u krvi utječe koncentracija glukagona.

Glukagon, kao što je već spomenuto, aktivira oslobađanje glukoze u krv zbog razgradnje glikogena (aktivacija glikogen fosforilaze i inhibicije glikogen sintaze) ili sintezom iz drugih tvari – glukoneogenezom. Iz glikogena nastaje glukoza-1-fosfat koji izomerizira u glukoza-6-fosfat, koji se hidrolizira djelovanjem glukoza-6-fosfataze u slobodnu glukozu koja može napustiti stanicu u krv (slika 5.26).

Djelovanje adrenalina na hepatocite slično je djelovanju glukagona u slučaju korištenja 2 receptora i posljedica je fosforilacije i aktivacije glikogen fosforilaze. U slučaju interakcije adrenalina s  1 -receptorima plazma membrane, transmembranski prijenos hormonskog signala provodi se mehanizmom inozitol fosfata. U oba slučaja aktivira se proces razgradnje glikogena. Korištenje jedne ili druge vrste receptora ovisi o koncentraciji adrenalina u krvi.

Riža. 5.26. Shema fosforolize glikogena

Tijekom probave raste inzulinsko-glukagonski indeks i prevladava utjecaj inzulina. Inzulin smanjuje koncentraciju glukoze u krvi, aktivira, fosforilacijom putem Ras puta, cAMP fosfodiesterazu, koja hidrolizira ovaj drugi glasnik s stvaranjem AMP. Inzulin također aktivira putem Ras puta fosfoprotein fosfatazu granula glikogena, koja defosforilira i aktivira glikogen sintazu i inaktivira fosforilaznu kinazu i samu glikogen fosforilazu. Inzulin inducira sintezu glukokinaze kako bi se ubrzala fosforilacija glukoze u stanici i njezino ugrađivanje u glikogen. Dakle, inzulin aktivira proces sinteze glikogena i inhibira njegovu razgradnju.

5.2.10.3. Regulacija metabolizma glikogena u mišićima. U slučaju intenzivnog rada mišića, razgradnju glikogena ubrzava adrenalin, koji se veže na 2 receptore i preko sustava adenilat ciklaze dovodi do fosforilacije i aktivacije fosforilazne kinaze i glikogen fosforilaze i inhibicije glikogen sintaze (Sl.27 i 5.5. 5.28). Kao rezultat daljnje pretvorbe glukoza-6-fosfata koji nastaje iz glikogena, sintetizira se ATP, koji je neophodan za provedbu intenzivnog rada mišića.

Riža. 5.27. Regulacija aktivnosti glikogen fosforilaze u mišićima (prema)

U mirovanju mišićna glikogen fosforilaza je neaktivna, jer je u defosforiliranom stanju, ali dolazi do razgradnje glikogena zbog alosterične aktivacije glikogen fosforilaze b uz pomoć AMP i ortofosfata koji nastaje tijekom hidrolize ATP-a.

Riža. 5.28. Regulacija aktivnosti glikogen sintaze u mišićima (prema)

Uz umjerene mišićne kontrakcije, fosforilaza kinaza se može aktivirati alosterički (pomoću Ca 2+ iona). Koncentracija Ca 2+ raste s kontrakcijom mišića kao odgovor na signal motornog živca. Kada je signal oslabljen, smanjenje koncentracije Ca 2+ istovremeno "isključuje" aktivnost kinaze, tako da

Ca 2+ ioni sudjeluju ne samo u kontrakciji mišića, već i u osiguravanju energije za te kontrakcije.

Ca 2+ ioni se vežu na protein kalmodulina, u ovom slučaju djelujući kao jedna od podjedinica kinaze. Mišićna fosforilaza kinaza ima strukturu  4  4  4  4. Samo -podjedinica ima katalitička svojstva, - i -podjedinice, budući da su regulacijske, fosforiliraju se na serinskim ostacima pomoću PKA, -podjedinica je identična proteinu kalmodulina (detaljno raspravljano u odjeljku 2.3.2, 2. dio "). Biochemistry of Movement"), veže četiri Ca 2+ iona, što dovodi do konformacijskih promjena, aktivacije katalitičke -podjedinice, iako kinaza ostaje u defosforiliranom stanju.

Tijekom probave u mirovanju dolazi i do sinteze mišićnog glikogena. Glukoza ulazi u mišićne stanice uz pomoć proteina nosača GLUT 4 (njihova mobilizacija u staničnu membranu pod djelovanjem inzulina detaljno je razmotrena u odjeljku 5.2.4.3 i na slici 5.21). Utjecaj inzulina na sintezu glikogena u mišićima također se provodi kroz defosforilaciju glikogen sintaze i glikogen fosforilaze.

5.2.11. Neenzimska glikozilacija proteina. Jedna od vrsta posttranslacijskih modifikacija proteina je glikozilacija ostataka serina, treonina, asparagina i hidroksilizina pomoću glikoziltransferaza. Budući da se tijekom probave u krvi stvara visoka koncentracija ugljikohidrata (reducirajućih šećera), moguća je neenzimska glikozilacija proteina, lipida i nukleinskih kiselina, nazvana glikacija. Proizvodi koji su rezultat višestupanjske interakcije šećera s proteinima nazivaju se krajnjim proizvodima napredne glikacije (AGE) i nalaze se u mnogim ljudskim proteinima. Poluživot ovih proizvoda je duži od poluživota proteina (od nekoliko mjeseci do nekoliko godina), a brzina njihovog stvaranja ovisi o razini i trajanju izlaganja redukcijskom šećeru. Pretpostavlja se da su mnoge komplikacije koje proizlaze iz dijabetesa, Alzheimerove bolesti i katarakte povezane s njihovim nastankom.

Proces glikacije može se podijeliti u dvije faze: ranu i kasnu. U prvoj fazi glikacije dolazi do nukleofilnog napada karbonilne skupine glukoze od strane -amino skupine lizina ili gvanidinijeve skupine arginina, što rezultira stvaranjem labilne Schiffove baze - N-glikozilimin (slika 5.29) Stvaranje Schiffove baze je relativno brz i reverzibilan proces.

Slijedi preuređenje N-glikozilimin s stvaranjem Amadori produkta - 1-amino-1-deoksifruktoze. Brzina ovog procesa je niža od brzine stvaranja glikozilimina, ali znatno veća od brzine hidrolize Schiffove baze,

Riža. 5.29. Dijagram glikacije proteina. Otvoreni oblik ugljikohidrata (glukoza) reagira s -amino grupom lizina kako bi se formirala Schiffova baza, koja prolazi kroz preuređenje Amadorija u ketoamin kroz međuformiranje enolamina. Amadorijevo preuređenje se ubrzava ako se ostaci aspartata i arginina nalaze u blizini ostatka lizina. Ketoamin dalje može dati razne proizvode (krajnji proizvodi glikacije - AGE). Dijagram prikazuje reakciju s drugom molekulom ugljikohidrata da nastane diketoamin (prema )

stoga se u krvi nakupljaju proteini koji sadrže ostatke 1-amino-1-deoksifruktoze.Modifikacije lizinskih ostataka u proteinima u ranoj fazi glikacije, očito su olakšane prisutnošću ostataka histidina, lizina ili arginina u neposrednoj blizini reakcijsku amino skupinu, koja provode kiselinu- glavnu katalizu procesa, kao i ostatke aspartata, povlačeći proton iz drugog ugljikovog atoma šećera. Ketoamin može vezati drugi ostatak ugljikohidrata na imino skupini da nastane dvostruko glikirani lizin, koji se pretvara u diketoamin (vidi sliku 5.29).

Kasni stadij glikacije, uključujući daljnje transformacije N-glikozilimin i proizvod Amadori, sporiji proces koji dovodi do stvaranja stabilnih krajnjih produkata glikacije (AGE). Nedavno su se pojavili podaci o izravnom sudjelovanju u stvaranju AGE-ova α-dikarbonilnih spojeva (glioksal, metilglioksal, 3-deoksiglukozon) koji nastaju u vivo kako tijekom razgradnje glukoze tako i kao rezultat transformacija Schiffove baze tijekom modifikacije lizina u sastavu proteina s glukozom (slika 5.30). Specifične reduktaze i sulhidrilni spojevi (lipoična kiselina, glutation) mogu transformirati reaktivne dikarbonilne spojeve u neaktivne metabolite, što se odražava u smanjenju stvaranja krajnjih produkata glikacije.

Reakcije α-dikarbonilnih spojeva s ε-amino skupinama lizinskih ostataka ili gvanidinijevim skupinama ostataka arginina u proteinima dovode do stvaranja proteinskih poprečnih veza koje su odgovorne za komplikacije uzrokovane glikacijom proteina kod dijabetesa i drugih bolesti. Osim toga, kao rezultat uzastopne dehidracije Amadori produkta na C4 i C5, nastaju 1-amino-4-deoksi-2,3-dion i -endion, koji također mogu sudjelovati u stvaranju intramolekularnih i intermolekularnih proteinskih poprečnih veza .

Među AGE obilježenim N ε -karboksimetillizin (CML) i N ε -karboksietillizin (CEL), bis(lizil)imidazolni adukti (GOLD - glioksal-lizil-lizil-dimer, MOLD - metilglioksal-lizil-lizil-dimer, DOLD - deoksiglukozon-lizil-lizil-dimer), imidazoloni, MG H i 3DG‑H), piralin, argipirimidin, pentosidin, crosslin i vesperlizin. 5.31 prikazuje neke

Riža. 5.30. Shema glikacije proteina u prisutnosti D-glukoze. Okvir prikazuje glavne prekursore AGE proizvoda koji nastaju glikacijom (prema )

krajnji produkti glikacije. Na primjer, pentosidin i karboksimetil lizin (CML), krajnji proizvodi glikacije nastali u oksidativnim uvjetima, nalaze se u dugovječnim proteinima: kožnom kolagenu i kristalinu leće. Karboksimetillizin uvodi u protein negativno nabijenu karboksilnu skupinu umjesto pozitivno nabijene amino skupine, što može dovesti do promjene naboja na površini proteina, do promjene prostorne strukture proteina. CML je antigen koji prepoznaju antitijela. Količina ovog proizvoda raste linearno s godinama. Pentosidin je poprečna veza (proizvod unakrsnog povezivanja) između Amadori proizvoda i argininskog ostatka u bilo kojem položaju proteina, formira se od askorbata, glukoze, fruktoze, riboze, koji se nalaze u tkivima mozga pacijenata s Alzheimerom bolesti, u koži i krvnoj plazmi bolesnika s dijabetesom.

Krajnji proizvodi glikacije mogu potaknuti oksidaciju slobodnih radikala, promjene naboja na površini proteina, nepovratno umrežavanje između različitih proteinskih regija, što

remeti njihovu prostornu strukturu i funkcioniranje, čini ih otpornima na enzimsku proteolizu. Zauzvrat, oksidacija slobodnih radikala može uzrokovati neenzimsku proteolizu ili fragmentaciju proteina, peroksidaciju lipida.

Stvaranje krajnjih produkata glikacije na proteinima bazalne membrane (kolagen tip IV, laminin, heparan sulfat proteoglikan) dovodi do njezina zadebljanja, sužavanja lumena kapilara i narušavanja njihove funkcije. Ove povrede izvanstaničnog matriksa mijenjaju strukturu i funkciju krvnih žila (smanjenje elastičnosti vaskularne stijenke, promjena kao odgovor na vazodilatacijski učinak dušikovog oksida), pridonose bržem razvoju aterosklerotskog procesa.

Krajnji proizvodi glikacije (AGE) također utječu na ekspresiju nekih gena vežući se na specifične AGE receptore lokalizirane na fibroblastima, T-limfocitima, u bubrezima (mesangijalne stanice), u vaskularnoj stijenci (endotel i glatke mišićne stanice), u mozgu , kao i u jetri i slezeni, gdje ih ima najviše, tj. u tkivima bogatim makrofagima, koji posreduju u transdukciji ovog signala povećavajući stvaranje slobodnih radikala kisika. Potonji pak aktiviraju transkripciju nuklearnog faktora NF-kB, koji regulira ekspresiju mnogih gena koji reagiraju na razne ozljede.

Jedan od učinkovitih načina sprječavanja neželjenih posljedica neenzimske glikozilacije proteina je smanjenje kalorijskog sadržaja hrane, što se ogleda u smanjenju koncentracije glukoze u krvi i smanjenju neenzimskog vezanja proteina. glukoze u dugovječne proteine, kao što je hemoglobin. Smanjenje koncentracije glukoze dovodi do smanjenja glikozilacije proteina i peroksidacije lipida. Negativan učinak glikozilacije posljedica je i kršenja strukture i funkcija kada je glukoza vezana na dugovječne proteine, i rezultirajućeg oksidativnog oštećenja proteina uzrokovanog slobodnim radikalima koji nastaju tijekom oksidacije šećera u prisutnosti iona prijelaznih metala. . Nukleotidi i DNK također prolaze neenzimsku glikozilaciju, što dovodi do mutacija zbog izravnog oštećenja DNK i inaktivacije sustava popravka, što uzrokuje povećanu krhkost kromosoma. Trenutno se proučavaju pristupi kako bi se spriječio učinak glikacije na dugovječne proteine ​​korištenjem farmakoloških i genetskih intervencija.

Tema lekcije: Probava u ustima. gutanja.

Moto lekcije:"Tko dobro žvače, dugo živi."

Zadaci:

• obrazovne:
  • formirati kod učenika nove anatomske i fiziološke pojmove o hranjivim tvarima, probavi, građi i funkcijama probavnih organa, enzimima, probavnim žlijezdama, apsorpciji, higijenskim uvjetima za normalnu probavu.
  • razviti sposobnost eksperimentiranja, rada s knjigom, potkrijepiti pravila probavne higijene.
• obrazovne:
  • za tjelesno-higijenski odgoj, objasniti higijenske uvjete normalne prehrane, dokazati štetnost pušenja i pijenja alkohola, ovisnost zdravlja i uspješnosti ljudi o prevenciji i liječenju gastrointestinalnih bolesti.
• obrazovne:
  • korištenjem aktivnih, problemsko-tragačkih metoda nastave, pitanja za razmišljanje i samostalan rad s udžbenikom, razvijati kreativno mišljenje, govor i kognitivne sposobnosti učenika.

Oprema: tab. "Shema strukture probavnih organa", "Neuvjetovani refleks sline", tab. "Uvjetno refleksno lučenje sline".

Laboratorijska oprema za demonstraciju iskustva: 2 komada uštirkane gaze, šibice, vata, Petrijeva zdjelica (ili obični tanjurić) s jodom i čaša čiste vode.

Glavni sadržaj lekcije:

1. Probava u usnoj šupljini:
- uloga zuba u mehaničkoj obradi hrane;
- žlijezde slinovnice i njihove funkcije (opće karakteristike)
2. Higijenska pravila za njegu zuba i usne šupljine.
3. Kemijska obrada hrane u usnoj šupljini. Enzimi sline i specifičnosti njihovog djelovanja (laboratorijski rad).
4. Refleksna regulacija salivacije (shema bezuvjetnog refleksa sline; primjeri uvjetovanog refleksa salivacije).
5. Gutanje.

Glavne faze lekcije:

1. Mobiliziranje i aktiviranje početka lekcije. Stvaranje problematične situacije postavljanjem pitanja „Što je zdravlje? Zašto se ljudi pozdravljaju?
2. Razgovor frontalnog pretraživanja za rješavanje problematičnog pitanja.
3. Ažuriranje znanja. Provjera znanja o prethodnoj temi.
4. Objašnjenje glavnog materijala. Priča učitelja, frontalno popunjavanje tablice. Bilješke u bilježnici.
5. Djelomično pojačanje.
6. Laboratorijski rad. Heuristički (metoda djelomične pretrage). Objašnjenje svrhe pokusa sa slinom (očekivani rezultat nije prijavljen).
7. Kratak sažetak o tome kako se eksperiment izvodi i što u isto vrijeme učiniti.
8. Organizacija samostalnog rada, proučavanje rezultata iskustva, oblikovanje bilježnica (kratko izvješće i zaključak).
9. Generalizacija i konsolidacija.
10. Operativna dijagnostika kvalitete osposobljavanja pomoću “jesu li tvrdnje istinite”.
11. Završavajući lekciju apelom na moto: "Tko dobro žvače, dugo živi."

TIJEKOM NASTAVE

1. Ažuriranje znanja

A. Što je zdravlje? Zašto se pozdravljaju? (Razgovor sa studentima)
B. Koja je važnost probave?
Odgovor učenika: "Za kemijsku i mehaničku obradu hrane"

Današnja svrha naše lekcije:

1) otkriti važnost mehaničke i kemijske obrade hrane u usnoj šupljini;
2) upoznati enzime koji u usnoj šupljini razgrađuju tvari sline na jednostavnije.

Morate saznati kako i što se događa s hranom u usnoj šupljini, istražiti učinak enzima na škrob.

2. Anketa

1. Rad za školskom pločom.

Dovedite u red.

Pisanje na ploči: meso, riba, mlijeko, kruh, vermicelli, masti, ugljikohidrati, povrće, voće.

2. Sakupite probavni trakt na magnetsku ploču (sl. u udžbeniku).

3. Napišite slijed probavnog trakta.

Studentska evidencija.

Usta--> ždrijelo--> jednjak--> želudac--> tanko crijevo--> debelo crijevo--> rektum--> anus.

Paralelni rad s razredom

Ponavljanje osnovnih bioloških pojmova (duž lanca) pojam – definicija.

Proizvodi, prehrana, probava, enzimi, organ, tkivo, organizam, stanica, jednjak, hranjive tvari, anatomija, biologija, higijena, fiziologija.

Dečki su završili svoj posao za pločom - izgovaraju svoje odgovore.
Sažima ponavljanje domaće zadaće i prijelaz na novu temu.
Pitanja za raspravu.
Koji put mora proći proizvod da bi ga tijelo apsorbiralo i dospjelo do svake stanice?
Koja vrsta hranjive tvari uključeno u hranu?
Proteini, masti, ugljikohidrati (odgovor učenika).
Gdje se odvija razgradnja ovih tvari? (odgovaraju učenici).
Na koje se tvari razlažu te tvari?
Proteini su aminokiseline
Masti - glicerin
Ugljikohidrati su škrob.

Učitelj, nastavnik, profesor: Danas je potrebno razmotriti razgradnju ugljikohidrata.

3. Nova tema

Upisivanje u bilježnicu teme lekcije.

Objašnjenje gradiva.

Pitanja za raspravu.

• Zašto pogled na izrezani limun izaziva salivaciju?
• Zašto se ne preporučuje pričati dok jedete?

(Odgovori se razlikuju).

Učitelj radi za pločom, učenici pišu u bilježnice.
Što se događa u usnoj šupljini?

Ispunjavanje tablice:

4. Učvršćivanje

1. Što se događa u usnoj šupljini?

• Provjera hrane (38 - 52 C).
• Mehanička obrada hrane.
• Vlaženje pljuvačkom.
• Dezinfekcija.
• Kemijska obrada hrane.
• Formiranje bolusa za hranu.
• Gutanje.

2. Laboratorijski rad.

"Djelovanje sline na škrob" pomoću testa bez cijevi sa slinom.
Prije nastave učenicima se na stolu daju dva komada uštirkane gaze, šibice, vata, čaša čiste vode.
Učenici ukratko govore o probavnim enzimima, razgradnji škroba u ustima i gutanju.
Kao rezultat ovog razgovora učenici bi trebali ponoviti opća svojstva enzimi:
1) Enzimi su katalizatori i stoga mogu ubrzati određene procese.
2) Enzimi djeluju samo na određene supstrate.
3) Enzimi mogu djelovati samo pod određenim temperaturnim uvjetima i u određenoj sredini: kiseloj, lužnatoj, neutralnoj.

4) Enzimi – bjelančevine, kada se prokuhaju, uništavaju se i gube enzimska svojstva.

Svojstva probavnih enzima:

1) Enzimi sline djeluju na ugljikohidrate sline, pretvaraju škrob u glukozu. Škrob je netopiv, ne može se apsorbirati u krv, ali se glukoza apsorbira.

2) Enzimi sline djeluju na škrob. Oni razgrađuju te tvari u proizvode koji se mogu apsorbirati u krv i limfu.

Vježbajte. Dokažite da su enzimi sline sposobni razgraditi škrob.

Rezultati eksperimenta u bilježnici.

Zaključak(praviti bilješke).

3. Jesu li istinite tvrdnje:

1) U usnoj šupljini dolazi samo do mehaničke obrade hrane. (-)
2) Slina se ispušta u usnu šupljinu samo tijekom obroka. (-)
3) Enzimi sline razgrađuju škrob u glukozu. (+)
4) Slinu proizvode tri para žlijezda slinovnica. (+)
5) Enzimi usporavaju proces probave. (-)
6) Razgradnja ugljikohidrata počinje u usnoj šupljini. (+)
7) Epiglotis sprječava ulazak hrane u Dišni putevi. (+)
8) Žlijezde slinovnice proizvode enzime koji razgrađuju ugljikohidrate. (+)
9) Lizozim nagriza caklinu. (-)
10) Svaka čeljust ima 4 sjekutića. (+)

5. Sažetak lekcije

6. Domaća zadaća

Usna šupljina uključuje predvorje i sama usta. Predvorje tvore usne, vanjska strana obraza, zubi i desni. Usne su izvana prekrivene tankim slojem epitela, s unutarnje strane obložene sluznicom koja je nastavak unutarnje strane obraza. Čvrsto pokrijte zube, pričvršćene na zubno meso uz pomoć gornje i donje uzde.

Usta se formiraju od:

• bukalna sluznica;
• sjekutići, očnjaci, veliki i mali kutnjaci;
• desni;
• Jezik;
• meko i tvrdo nepce.

Riža. 1. Građa usne šupljine.

Više detalja o građi usne šupljine prikazano je u tablici.

Riža. 2. Unutarnja struktura zub.

Funkcije

Glavne funkcije usne šupljine u procesu probave:

TOP 1 članakkoji je čitao uz ovo

• prepoznavanje okusa;
• mljevenje krute hrane;
• davanje tjelesne temperature ulaznim proizvodima;
• formiranje bolusa hrane;
• razgradnja šećera;
• zaštita od prodora patogenih mikroorganizama.

Glavnu funkciju probave u ljudskoj usnoj šupljini obavlja slina. Žlijezde slinovnice, smještene u sluznici, vlaže hranu uz pomoć izlučene sline i jezika, tvoreći grudu hrane.
Postoje tri para velikih žlijezda:

• parotidni;
• submandibularni;
• sublingvalno.

Riža. 3. Položaj žlijezda slinovnica.

Slina je 99% vode. Preostali postotak je biološki djelatne tvari pokazujući različita svojstva.
Slina sadrži:

• lizozim - antibakterijski enzim;
• mucin - proteinska viskozna tvar koja veže čestice hrane u jednu grudicu;
• amilaze i maltaze - enzimi koji razgrađuju škrob i druge složene šećere.

Enzimi su proteinski spojevi koji ubrzavaju kemijske reakcije. Oni su katalizator u razgradnji hrane.

Slina sadrži male količine drugih katalitičkih enzima, kao i organske soli i mikroelemente.

Digestija

Ukratko opišite kako se probava odvija u usnoj šupljini, kako slijedi:

• komad hrane ulazi u šupljinu kroz sjekutiće;
• na trošak mišiće za žvakanje držeći čeljust, počinje proces žvakanja;
• kutnjaci melju hranu, koja je obilno navlažena slinom;
• obrazi, jezik i tvrdo nepce smotaju grudu hrane;
• Meko nepce i jezik guraju pripremljenu hranu niz grlo.

Hrana koja ulazi u usnu šupljinu nadražuje receptore različite namjene (temperaturni, taktilni, olfaktorni), koji reagiraju stvaranjem sline, želučanog soka, žuči.

Što smo naučili?

Usna šupljina je od velike važnosti u procesu probave. Kroz obraze, zube, jezik ulazna hrana se drobi i kreće u ždrijelo. Hrana navlažena pljuvačkom omekšava i lijepi se u jednu grudu hrane. Enzimi u slini započinju probavu razgradnjom škroba i drugih šećera.

Tematski kviz

Procjena izvješća

Prosječna ocjena: četiri . Ukupno primljenih ocjena: 440.