Название «углеводы» сохранилось с тех времен, когда строение этих соединений еще не было известно, но был установлен их состав, которому соответствует формула Cn(H 2 O) m . Поэтому углеводы относили к гидратам углерода, т.е. к соединениям углерода и воды – «углеводам». В наше время большинство углеводов выражают формулой C n H 2n O n .
1. Углеводы используются с глубокой древности - самым первым углеводом (точнее смесью углеводов), с которой познакомился человек, был мёд.
2. Родиной сахарного тростника является северо-западная Индия-Бенгалия. Европейцы познакомились с тростниковым сахаром благодаря походам Александра Македонского в 327 г. до н.э.
3. Свекловичный сахар в чистом виде был открыт лишь в 1747 г. немецким химиком А. Маргграфом.
4. Крахмал был известен ещё древним грекам.
5. Целлюлоза, как составная часть древесины, используется с глубокой древности.
6. Термин слова “сладкий” и окончание - оза- для сахаристых веществ было предложено французским химиком Ж. Дюла в 1838 г. Исторически сладость была главным признаком, по которому то или иное вещество относили к углеводам.
7. В 1811 г. русский химик Кирхгоф впервые получил глюкозу гидролизом крахмала, а впервые правильную эмпирическую формулу глюкозы предложил шведский химик Я. Берцемус в 1837 г. С 6 Н 12 О 6
8. Синтез углеводов из формальдегида в присутствии Са(ОН) 2 был произведён А.М. Бутлеровым в 1861 г.
Глюкоза является бифункциональным соединением, т.к. содержит функциональные группы – одну альдегидную и 5 гидроксильных. Таким образом, глюкоза - многоатомный альдегидоспирт.
Структурная формула глюкозы имеет вид:
Сокращённая формула имеет вид:
Молекула глюкозы может существовать в трех изомерных формах, причем две из них являются циклическими, одна – линейной.
Все три изомерных формы находятся в динамическом равновесии между собой:
циклическая [(альфа-форма) (37%)] <--> линейная (0,0026%) <--> циклическая [(бета-форма) (63%)]
Циклические альфа- и бета- формы глюкозы представляют собой пространственные изомеры, отличающиеся положением полуацетального гидроксила относительно плоскости кольца. В альфа-глюкозе этот гидроксил находится в транс-положении к гидроксиметильной группе -СН 2 ОН, в бета-глюкозе – в цис-положении.
Химические свойства глюкозы:
Свойства, обусловленные наличием альдегидной группы:
1. Реакции окисления:
а) с Cu(OH) 2:
C 6 H 12 O 6 + Cu(OH) 2 ↓ ------> ярко-синий раствор
2.Реакция восстановления:
c водородом H 2:
В этой реакции может принимать участие лишь линейная форма глюкозы.
Свойства обусловленные наличием нескольких гидроксильных групп (ОН):
1. Реагирует с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров
(пять гидроксильных групп глюкозы вступают в реакцию с кислотами):
2. Как многоатомный спирт реагирует с гидроксидом меди (II) c образованием алкоголя-та меди (II):
Специфические свойства
Большое значение имеют процессы брожения глюкозы, происходящие под действием органических катализаторов-ферментов (они вырабатываются микроорганизмами).
а) спиртовое брожение (под действием дрожжей):
б) молочнокислое брожение (под действием молочнокислых бактерий):
г) лимоннокислое брожение:
д) ацетон-бутанольное брожение:
Получение глюкозы
1.Синтез глюкозы из формальдегида в присутствии гидроксида кальция (ре-акция Бутлерова):
2. Гидролиз крахмала (реакция Киргофа):
Биологическое значение глюкозы, её применение
Глюкоза
- необходимый компонент пищи, один из главных участников обмена веществ в организме, очень питательна и легко усваивается. При её окислении выделяется больше трети используемой в организме энергий ресурс - жиры, но роль жиров и глюкозы в энергетике разных органов различна. Сердце в качестве топлива используется жирные кислоты. Скелетным мышцам глюкоза нужна для “запуска”, а вот нервные клетки, в том числе и клетки головного мозга работают только на глюкозе. Их потребность составляет 20-30% вырабатываемой энергии. Нервным клеткам энергия нужна каждую секунду, а глюкозу организм получает при приёме пищи. Глюкоза легко усваивается организмом, поэтому ее используют в медицине в качестве укрепляющего лечебного средства. Специфические олигосахариды определяют группу крови. В кондитерском деле для изготовления мармелада, карамели, пряников и т.д. Большое значение имеют процессы брожения глюкозы. Так, например, при квашении капусты, огурцов, молока происходит молочнокислое брожение глюкозы, также как и при силосовании кормов. На практике используется и спиртовое брожение глюкозы, например, при производстве пива.
Углеводы действительно самые распространенные органические вещества на Земле, без которых невозможно существование живых организмов. В живом организме в процессе метаболизма глюкоза окисляется с выделением большого количества энергии:
Мы живем за счет энергии нашего организма, обеспечивающей все необходимые процессы жизнедеятельности. Только благодаря ей мы имеем возможность дышать, смеяться, радоваться каждому новому дню и счастливым мгновениям нашей жизни. Без энергии невозможна работа электротехники, компьютеров, предметов нашего обихода, а самое главное, без этой составляющей не может существовать живой организм.
Источником этой самой энергии, ее поставщиком в нашем организме является соединение под названием глюкоза - представитель моносахаридов. Строение, свойства и применение вещества будут рассмотрены в нашей статье.
Что представляет собой глюкоза?
Глюкозу еще называют "виноградным сахаром", так как наибольшее ее количество обнаружено именно в соке винограда. Также достаточно большое содержание во всех спелых фруктах и ягодах, помимо этого, глюкоза входит в состав сахара и меда.
"Виноградный сахар" представляет собой бесцветное кристаллическое соединение в виде порошка, хорошо растворимое в воде и имеющее сладкий вкус. Температура плавления колеблется в пределах 146 градусов. Данное соединение относится к группе многоатомных спиртов и моносахаридов, то есть тем группам веществ, которые при гидролизе (растворении в воде) не распадаются на более простые составляющие молекулы.
Применение глюкозы очень обширно.
Глюкоза образуется в процессе фотосинтеза в зеленых частях растений, а из нее, в свою очередь, синтезируется гликоген, который при взаимодействии с креатинфосфатом трансформируется в аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ), являющуюся основным поставщиком энергии.
Польза "виноградного сахара" для организма
Рассмотрим химические свойства глюкозы, применение ее в различных областях.
Поскольку это моносахарид, то сразу после употребления в пищу глюкозы она достаточно быстро всасывается в кишечнике, после чего осуществляются процессы, направленные на ее окисление, для выделения свободной и так необходимой для нашего организма энергии. Помимо этого, она очень питательна и является основным источником энергии для адекватного функционирования головного мозга. На самом деле энергия, которая образуется в процессе окисления, составляет около одной трети всей энергии живого организма.
Глюкоза: свойства и применение
Однако, как и во всем, здесь также необходим баланс. Все хорошо в меру: так, при недостатке энергии мы становимся вялыми, теряем концентрацию, у нас снижается внимание. И наоборот, при повышении ее уровня усиливается синтез основного гормона-антагониста глюкозы - гормона поджелудочной железы инсулина, что приводит, соответственно, к снижению уровня концентрации сахара в крови. При нарушении этих взаимодействий развивается такое эндогенное заболевание, как сахарный диабет.
Являясь небольшим соединением, природный сахар участвует в образовании более сложно устроенных соединений, таких как, например, крахмал и гликоген. Именно эти полисахариды и составляют основу для хрящевой ткани, связок и волос.
Как она накапливается?
Наш организм достаточно запаслив, поэтому "откладывает" гликоген (основной углеводный запас) на непредвиденные ситуации (например, тяжелые физические нагрузки). Глюкоза накапливается в мышечной ткани, в крови (с концентрацией равной 0,1-0,12 % всего сахара) и в отдельных клетках. Теперь совершенно очевидным становится тот факт, что уровень сахара повышается после приема пищи и снижается при физических нагрузках и голодании. Это приводит к развитию такого патологического состояния, как гипогликемия, с развитием и нарастанием степени возбудимости, беспокойства в сопровождении мышечной дрожи и обмороков.
Применение глюкозы в спорте
Используется в качестве средства для повышения уровня выносливости, обеспечивает наивысший уровень работоспособности спортсменов и атлетов, так как калорийность ее практически в два раза ниже, чем жирной пищи. Но в то же время окисляется она значительно быстрее, тем самым обеспечивая достаточно стремительное поступление в кровь «быстрого углевода», что так необходимо после проведенных изнурительных тренировок или соревнований. Для достижения этих целей глюкоза применяется в виде таблетированных препаратов, инфузионных и инъекционных растворов либо изотонического раствора (растворяют в воде).
Показания к применению глюкозы будут многообразны.
Очень важна глюкоза для культуристов, так как при ее недостатке не только наблюдается упадок сил ухудшение клеточного и, как следствие, тканевого метаболизма, но и значительно уменьшается возможность набора массы тела. Почему так происходит?
Ведь спортсмен в данной ситуации сознательно употребляет огромное количество сахара, так почему тогда мы наблюдаем потерю в весе? Парадокс заключается в том, что в это же самое время культуристы очень много тренируются. Помимо этого, огромные дозы глюкозы значительно увеличивают уровень холестерина, а также способствуют развитию такой эндокринной патологии, как сахарный диабет. Глюкоза откладывается в виде жировых соединений, с которыми, по сути, и борется спортсмен.
Строение, свойства, применение глюкозы изучаются давно.
Правила употребления
Существуют правила употребления этого сахара: перед непосредственным началом тренировки не стоит увлекаться сладкими напитками, так как это грозит обморочными состояниями в результате резкого падения концентрации глюкозы за счет выработки инсулина. Наиболее оптимален прием глюкозы сразу по окончании занятий, в период так называемого углеводного окна. Для приготовления вышеупомянутого изотонического напитка необходимо взять 14 таблеток глюкозы, каждая весом по 0,5 грамм, и литр простой очищенной кипяченой воды. Далее необходимо развести сахар в жидкости и принимать каждые 15-20 минут в течение часа.
Применение в промышленности
- Пищевая отрасль промышленности: в качестве заменителя сахарозы, как сырье для производства диетических продуктов.
- Кондитерская отрасль: входит в состав конфет, шоколада, тортов; производство патоки необходимой для приготовления мармелада и пряников.
- Производство мороженого основано на способности глюкозы понижать уровень замерзания данного продукта, повышая тем временем его плотность и твердость.
- Изготовление хлебобулочных продуктов питания: создает благоприятные условия для процессов брожения, что влечет за собой улучшение не только вкусовых свойств, но и органолептических.
Каково еще применение таблеток глюкозы?
Применение в медицине
Природный сахар обладает дезинтоксикационными и метаболическими свойствами, на чем и основано его применение во врачебной практике.
Моносахарид выпускается в виде следующих форм:
- Глюкоза в таблетках. Инструкция по применению говорит, что в ней содержится по 0,5 грамм сухого вещества декстрозы. При пероральном (через рот) применении оказывает сосудорасширяющее и седативное влияние, восполняя энергетические запасы организма, тем самым способствуя повышению интеллектуального уровня развития и физической активности человека.
- В виде раствора для инфузионных вливаний. На один литр 5 % раствора глюкозы приходится 50,0 грамм сухого вещества декстрозы, 10 % раствора, соответственно, содержат 100,0 г, в 20 % смеси - 200,0 г действующего вещества. При этом необходимо учитывать, что 5 % раствор сахарида изотоничен кровяной плазме, поэтому введение ее в виде инфузии способствует нормализации кислотно-щелочного баланса и водно-электролитного равновесия.
- Раствор в виде внутривенных инъекций способствует повышению осмотического давления крови, расширению сосудов, усиленного оттока жидкости из тканей, повышению мочеобразования, что, в свою очередь, обеспечивает активацию процессов обмена веществ, находящихся в печени и нормализации сократительной деятельности сердечной мышцы.
Показания к применению
Инструкция по применению глюкозы указывает, что показаниями к применению служат:
- Низкая концентрация уровня сахара крови (явления гипогликемии, гипогликемической комы).
- Значительные умственные (интеллектуальные) и физические нагрузки.
- Для скорейшего восстановления в период реабилитации после оперативных вмешательств либо затянувшихся заболеваний.
- В качестве комплексной терапии при декомпенсации патологических процессов, представленных в виде недостаточности сердечной деятельности, кишечных патологий, геморрагических диатезов, либо заболеваниях, затрагивающих печень или почки.
- Коллаптоидное состояние.
- Шоковое состояние любого генеза.
- Обезвоживание независимо от источника происхождения.
- Период интоксикации наркотическими препаратами, различными химическими соединениями.
- У беременных женщин с целью увеличения прибавки в весе у плода.
Особые указания
К глюкозе инструкция по применению подтверждает, что концентрированные растворы (10 %, 25 %, 40 %) применяются только для проведения внутривенных способов введения одновременно не более 20-50 миллилитров, за исключением экстренных ситуаций в виде массивной кровопотери, гипогликемии. В этих случаях вливается до 300 миллилитров в день. Врач должен помнить, а пациент учитывать синергическое взаимодействие (взаимное усиливающее влияние друг на друга) глюкозы и аскорбиновой кислоты. Таблетированные препараты же принимаются в дозировке 1-2 штуки с увеличением до 10 в зависимости от необходимости.
Необходимо в обязательном порядке принимать во внимание, что у декстрозы есть способность ослаблять действие гликозидов для сердца тем, что происходит их инактивация и окисление. Соответственно, нужно делать перерыв между приемами этих средств. Также эффективность следующих лекарств снижается под действием глюкозы:
- нистатин;
- анальгетики;
- стрептомицин;
- адреномиметические средства.
Если у человека гипонатриемия и почечная недостаточность, то принимать глюкозу необходимо с осторожностью, постоянно держать под контролем показатели центральной гемодинамики. По показаниям назначают во время беременности и лактации. Детям до 5 лет таблетированную форму не назначают по той причине, что они не могут еще рассасывать таблетку под языком. Часто назначают препарат глюкозы при алкогольной интоксикации и различных отравлениях.
Противопоказания к применению глюкозы
Не назначают препарат, когда у человека имеется:
- сахарный диабет;
- любое патологическое состояние, сопровождающееся падением уровня сахара в крови;
- случаи индивидуальной непереносимости (развитие явлений лекарственной либо пищевой аллергии).
Заключение
Нужно понимать, что необходимо разумное употребление как глюкозы, так и всех продуктов питания, лекарственных препаратов. В ином случае это грозит сбоем в регуляции, в частности эндокринной системы, снижением уровня не только работоспособности и физической активности, но и качества жизни.
Нами рассмотрена глюкоза - представитель моносахаридов. Химическое строение, свойства, применение подробно описаны.
Глюкоза (декстроза) – моносахарид, являющийся универсальным источником энергии для человека. Это конечный продукт гидролиза ди – и полисахаридов. Соединение открыто английским врачом Уильямом Праутом в 1802 году.
Глюкоза или виноградный сахар – важнейшее питательное вещество для центральной нервной системы человека. Оно обеспечивает нормальное функционирование организма при сильной физической, эмоциональной, интеллектуальной нагрузках и быстрое реагирование мозга на форс – мажорные ситуации. Другими словами, глюкоза – реактивное топливо, поддерживающее все процессы жизнедеятельности на клеточном уровне.
Структурная формула соединения – C6H12O6.
Глюкоза представляет собой кристаллическое вещество сладкого вкуса, без запаха, хорошо растворимое в воде, концентрированных растворах серной кислоты, хлорида цинка, реактиве Швейцера. В природе образуется в результате фотосинтеза растений, в промышленности – путем гидролиза целлюлозы, .
Молярная масса соединения – 180,16 грамм на моль.
Сладость глюкозы вдвое ниже, чем сахарозы.
Используют в кулинарии, медицинской промышленности. Препараты на ее основе применяют для снятия интоксикации и определения наличия, типа сахарного диабета.
Рассмотрим гипергликемия/гипогликемия – что это такое, польза и вред глюкозы, где содержится, использование в медицине.
Суточная норма
Для питания клеток головного мозга, эритроцитов крови, поперечно – полосатых мышц и обеспечения организма энергией человеку нужно съедать «свою» индивидуальную норму. Для ее вычисления умножьте фактический вес тела на коэффициент 2,6. Полученное значение – суточная потребность вашего организма в моносахариде.
При этом, работникам умственного труда (офисным сотрудникам), выполняющим вычислительно–планирующие операции, спортсменам и людям, испытывающим тяжелые физические нагрузки дневную норму следует увеличить. Поскольку данные операции требуют большего количества затрачиваемой энергии.
Потребность в глюкозе снижается при малоподвижном образе жизни, склонности к сахарному диабету, избыточном весе. В данном случае для выработки энергии организм будет использовать не легко усваиваемый сахарид, а запасы жира.
Помните, глюкоза в умеренных дозах – это лекарство и «топливо» для внутренних органов, систем. При этом, чрезмерное употребление сладости превращает ее в яд, оборачивая полезные свойства во вред.
Гипергликемия и гипогликемия
У здорового человека уровень глюкозы в крови натощак составляет 3,3 – 5,5 миллимоль на литр, после приема пищи он повышается до отметки 7,8.
Если данный показатель ниже нормы – развивается гипогликемия, выше – гипергликемия. Любые отклонения от допустимого значения вызывают нарушения в организме, часто – необратимые расстройства.
Повышенное содержание глюкозы в крови увеличивает выработку инсулина, что ведет к интенсивной работе поджелудочной железы «на износ». В результате орган начинает истощаться, возникает риск развития сахарного диабета, страдает иммунитет. При достижении концентрации глюкозы в крови до 10 миллимоль на литр, печень перестает справляться со своими функциями, нарушается работа кровеносной системы. Переизбыток сахара преобразовывается в триглицериды (жировые клетки), которые провоцируют появление ишемической болезни, атеросклероза, гипертонии, инфаркт сердца, кровоизлияния в мозг.
Главная причина развития гипергликемии – нарушение функционирования поджелудочной железы.
Продукты, снижающие сахар в крови:
- овсяная каша;
- омары, лангусты, крабы;
- сок черники;
- помидоры, топинамбур, черная смородина;
- соевый сыр;
- листья салата, тыква;
- зеленый чай;
- авокадо;
- мясо, рыба, курица;
- лимон, грейпфрут;
- миндаль, кешью, арахис;
- бобовые;
- арбуз;
- чеснок и лук.
Падение глюкозы в крови приводит к недостаточному питанию мозга, ослаблению организма, что рано или поздно приводит к обмороку. Человек теряет силы, появляется мышечная слабость, апатия, физические нагрузки даются с трудом, ухудшается координация, возникает ощущение беспокойства, помрачение сознания. Клетки находятся в состоянии голодания, замедляется их деление и регенерация, возрастает риск отмирания тканей.
Причины гипогликемии: алкогольное отравление, отсутствие сладких продуктов в рационе питания, онкологические заболевания, дисфункция щитовидной железы.
Для поддержания глюкозы в крови в пределах нормы обратите внимание на работу инсулярного аппарата, обогатите ежедневное меню полезными природными сладостями, содержащими моносахарид. Помните, низкий уровень инсулина препятствует полноценному всасыванию соединения, как следствие развивается гипогликемия. При этом, адреналин, наоборот, поможет ее увеличить.
Польза и вред
Главные функции глюкозы – питательная и энергетическая. Благодаря им она поддерживает биение сердца, дыхание, мышечное сокращение, работу мозга, нервной системы и регулирует температуру тела.
Значение глюкозы в организме человека:
- Участвует в обменных процессах, выступает наиболее усвояемым энергоресурсом.
- Поддерживает работоспособность организма.
- Питает клетки головного мозга, улучшает память, обучаемость.
- Стимулирует работу сердца.
- Быстро утоляет чувство голода.
- Снимает стресс, корректирует психическое состояние.
- Ускоряет восстановление мышечной ткани.
- Помогает печени в нейтрализации токсических веществ.
Сколько лет глюкозу используют для интоксикации организма, при гипогликемии. Моносахарид входит в состав кровезаменителей, противошоковых препаратов, используемых для лечения болезней печени и центральной нервной системы.
Помимо положительного влияния, глюкоза способна нанести вред организму людей в преклонном возрасте, больным с нарушенным обменом веществ и привести к следующим последствиям:
- ожирению;
- развитию тромбофлебита;
- перегрузке поджелудочной железы;
- возникновению аллергических реакций;
- возрастанию холестерина;
- появлению воспалительных, сердечных заболеваний, расстройству коронарного кровообращения;
- артериальной гипертензии;
- повреждению сетчатки глаза;
- эндотелиальной дисфункции.
Помните, доставка моносахарида в организм должна в полной мере компенсироваться расходом калорий на энергетические нужды.
Источники
Моносахарид содержится в мышечном гликогене животных, крахмале, ягодах и фруктах. 50 % энергии, необходимой для организма, человек получает за счет гликогена (отложенного в печени, мышечной ткани) и употребления глюкозосодержащих продуктов.
Главный природный источник соединения – мед (80 %), он содержит в своем и другой полезный углевод – фруктозу.
| Наименование продукта | Содержание моносахарида в 100 граммах, грамм |
|---|---|
| Сахар – рафинад | 99,7 |
| Пчелиный мед | 80,1 |
| Мармелад | 79,2 |
| Пряники | 77,6 |
| Макароны | 70,5 |
| Сладкая соломка | 69,1 |
| Финики | 69,0 |
| Перловая крупа | 66,8 |
| Курага | 66,1 |
| Изюм | 65,6 |
| Яблочное повидло | 65,0 |
| Шоколад | 63,2 |
| Рис | 62,2 |
| Овсянка | 61,7 |
| Кукуруза | 61,3 |
| Гречка | 60,3 |
| Хлеб белый | 52,8 |
| Хлеб ржаной | 44,2 |
| Сливочное мороженое | 21,2 |
| Картофель | 8,0 |
| Яблоки | 7,8 |
| Виноград | 7,7 |
| Свекла | 6,6 |
| Морковь | 5,6 |
| Вишня | 5,4 |
| Черешня | 5,4 |
| Молоко | 4,4 |
| Крыжовник | 4,3 |
| Тыква | 4,1 |
| Бобовые | 4,1 |
| Капуста | 4,0 |
| Малина | 3,8 |
| Помидоры | 3,3 |
| Творог | 3,2 |
| Сметана | 3,0 |
| Сливы | 3,0 |
| Печень | 2,7 |
| Клубника | 2,6 |
| Клюква | 2,4 |
| Арбуз | 2,3 |
| Апельсины | 2,3 |
| 2,1 | |
| Мандарины | 2,0 |
| Сыр | 2,0 |
| Персики | 2,0 |
| Груша | 1,7 |
| Черная смородина | 1,4 |
| Огурцы | 1,2 |
| Масло | 0,4 |
| Яйца | 0,3 |
Глюкоза в медицине: форма выпуска
Препараты глюкозы относят к дезинтоксикационным и метаболическим средствам. Их спектр действия направлен на улучшение обменных и окислительно–восстановительных процессов в организме. Действующим веществом данных медикаментов является декстрозы моногидрат (сублимированная глюкоза в комбинации со вспомогательными веществами).
Формы выпуска и фармакологические свойствамоносахарида:
- Таблетки, содержащие 0,5 грамм сухой декстрозы. При пероральном приёме глюкоза оказывает сосудорасширяющее и седативное действие (умеренно выраженное). Кроме того, препарат восполняет запасы энергии, повышая интеллектуальную и физическую продуктивность.
- Раствор для инфузий. В литре 5 % глюкозы присутствует 50 грамм безводной декстрозы, в 10 % составе – 100 грамм вещества, в 20 % смеси – 200 грамм , в 40 % концентрате – 400 грамм сахарида. Учитывая, что 5 % раствор сахарида изотоничен относительно плазмы крови, введение препарата в кровоток помогает нормализовать кислотно–щелочное и водно–электролитное равновесия в организме.
- Раствор для внутривенных инъекций. В миллилитре 5 % концентрата содержится 50 миллиграмм высушенной декстрозы, в 10 % – 100 миллиграмм, в 25 % – 250 миллиграмм, в 40 % – 400 миллиграмм. При внутривенном введении глюкоза повышает осмотическое кровяное давление, расширяет сосуды, увеличивает мочеобразование, усиливает отток жидкости из тканей, активизирует обменные процессы в печени, нормализует сократительную функцию миокарда.
Помимо этого, сахарид используют для искусственного лечебного питания, в том числе энтерального и парентерального.
В каких случаях и в какой дозировке назначают «медицинскую» глюкозу?
Показания к применению:
- гипоглекемия (пониженная концентрация сахара в крови);
- нехватка углеводного питания (при умственных и физических перегрузках);
- реабилитационный период после затяжных заболеваний, в том числе инфекционных (как дополнительное питание);
- декомпенсация сердечной деятельности, кишечные инфекционные патологии, болезни печени, геморрагические диатезы (в комплексной терапии);
- коллапс (внезапное падение кровяного давления);
- обезвоживание, вызванное рвотой, диареей или хирургическим вмешательством;
- интоксикация или отравление (в том числе наркотиками, мышьяком, кислотами, окисью углерода, фосгеном);
- для увеличения размеров плода при беременности (в случае подозрения на малый вес).
Кроме того, «жидкую» глюкозу используют для разведения лекарственных средств, вводимых парентерально.
Изотонический глюкозный раствор (5 %) вводят следующими способами:
- подкожно (однократная порция – 300 – 500 миллилитров);
- внутривенно капельно (максимальная скорость введения – 400 миллилитров в час, суточная норма для взрослых – 500 – 3000 миллилитров, дневная доза для детей – 100 – 170 миллилитров раствора на килограмм веса ребёнка, для новорожденных данный показатель снижается до 60);
- в виде клизм (разовая порция вещества варьируется от 300 до 2000 миллилитров, в зависимости от возраста и состояния больного).
Гипертонические концентраты глюкозы (10 %, 25 % и 40 %) используются только для внутривенных инъекций. Причём за один приём вводят не более 20 – 50 миллилитров раствора. Однако, при больших кровопотерях, гипогликемии гипертоническую жидкость применяют для инфузионных вливаний (100 – 300 миллилитров в сутки).
Помните, фармакологические свойства глюкозы усиливают (1 %), инсулин, метиленовый синим (1%).
Таблетки глюкозы принимают перорально по 1 – 2 штуки в сутки (при необходимости дневную порцию увеличивают до 10 драже).
Противопоказания к приёму глюкозы:
- сахарный диабет;
- патологии, сопровождающиеся повышением концентрации сахара в крови;
- индивидуальная непереносимость глюкозы.
Побочные эффекты:
- гипергидратация (вследствие введения объёмных порций изотонического раствора);
- снижение аппетита;
- некроз подкожной клетчатки (при попадании гипертонического раствора под кожу);
- острая сердечная недостаточность;
- воспаления вен, тромбозы (из –за быстрого введения раствора);
- нарушение функции инсулярного аппарата.
Помните, слишком быстрое введение глюкозы чревато гипергликемией, осмотическим диурезом, гиперволемией, гиперглюкозурией.
Вывод
Глюкоза – важный питательный элемент для организма человека.
Потребление моносахарида должно быть разумным. Чрезмерный или недостаточный прием подрывает иммунитет, нарушает обмен веществ, вызывает проблемы со здоровьем (приводит в дисбаланс работу сердечной, эндокринной, нервной систем, снижает мозговую активность).
Чтобы организм находился на высоком уровне работоспособности и получал достаточно энергии, избегайте изнуряющих физических нагрузок, стрессов, следите за работой печени, поджелудочной железы, употребляйте полезные углеводы (крупы, фрукты, овощи, сухофрукты, мед). При этом, откажитесь от приема «пустых» калорий, представленных тортами, пирожными, конфетами, печеньем, вафлями.
Глюкоза – это такой вид простого сахара (моносахарид). Название происходит от древне-греческого слова «сладкий». Также ее называют виноградным сахаром или десктрозой. В природе это вещество встречается в соке многих ягод и фруктов. А еще глюкоза является одним из основных продуктов фотосинтеза.
Молекулы глюкозы является частью более сложных сахаров: полисахаридов (целлюлозы, крахмала, гликогена) и некоторых дисахаридов (мальтозы, лактозы и сахарозы). И она же является конечным продуктом гидролиза (распада) большинства сложных сахаров. Например дисахариды, попадая к нам в желудок, быстро распадаются на глюкозу и фруктозу.
Свойства глюкозы
В чистом виде это вещество в виде кристаллов, без выраженного цвета и запаха, сладкое на вкус и хорошо растворимое в воде. Есть вещества и послаще глюкозы, например сахароза слаще ее в целых 2 раза!
Какая польза от глюкозы?
Глюкоза – это основной и самый универсальный источник энергии для метаболических процессов в организме человека и животных. Даже наш мозг остро нуждается в глюкозе и начинает активно посылать сигналы в виде чувства голода, при ее дефиците. Организм людей и животных запасает ее в виде гликогена, а растения запасают в виде крахмала. Более половины всей биологической энергии мы получаем из процессов преобразования глюкозы! Для этого наш организм подвергает ее гидролизу, в результате которого одна молекула глюкозы превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (название страшное, но вещество очень важное). И вот здесь-то начинается самое интересное!
Разные превращения глюкозы в энергию
Дальнейшее превращение глюкозы происходит по разному, в зависимости от условий в которых оно происходит:
- Аэробный путь. Когда кислорода достаточно – пировиноградная кислота превращается в особый фермент, который участвует в цикле Кребса (процесс катаболизма и образования различных веществ).
- Анаэробный путь. Если кислорода недостаточно, то распад пировиноградной кислоты сопровождается выделением лактата (молочной кислоты). По распространенному мнению именно из-за лактата у нас болят мышцы после тренировки . (на самом деле это не совсем так).
Уровень глюкозы в крови регулируется специальным гормоном – инсулином .
Применение чистой глюкозы
В медицине глюкозу применяют для снятия интоксикации организма, потому что она обладает универсальным антитоксическим действием. И с ее помощью эндокринологи могут определить наличие и тип сахарного диабета у пациента, для этого проводится стресс-тест с вводом высокого количества глюкозы в организм. Определение глюкозы в крови это обязательный этап диагностики сахарного диабета.
Норма глюкозы в крови
Примерный уровень глюкозы в крови норма для разного возраста:
- у детей до 14 лет - 3,3–5,5 ммоль/л
- у взрослых с 14 до 60 лет - 3,5–5,8 ммоль/л
С возрастом и при беременности уровень глюкозы в крови может повыситься. Если у Вас, по результатам анализа сильно превышены показатели сахара, то незамедлительно обратитесь к врачу!
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина
на тему: Биологическая роль глюкозы в организме
Выполнил:
Шамсидинов Шохиёржон Фазлиддин угли
Тамбов 2016
1. Глюкоза
1.1 Свойства и функции
2.1 Катаболизм глюкозы
2.4 Синтез глюкозы в печени
2.5 Синтез глюкозы из лактата
Использованные литературы
1. Глюкоза
1.1 Свойства и функции
Глюкомза (от др.-греч. глхкэт сладкий) (C 6 H 12 O 6), или виноградный сахар, или декстроза, встречается в соке многих фруктов и ягод, в том числе и винограда, от чего и произошло название этого вида сахара. Является моносахаридом и шестиатомным сахаром (гексозой). Глюкозное звено входит в состав полисахаридов (целлюлоза, крахмал, гликоген) и ряда дисахаридов (мальтозы, лактозы и сахарозы), которые, например, в пищеварительном тракте быстро расщепляются на глюкозу и фруктозу.
Глюкоза относится к группе гексоз, может существовать в виде б-глюкозы или в-глюкозы. Отличие между этими пространственными изомерами заключается в том, что при первом атоме углерода у б-глюкозы гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца, а у в-глюкозы -- над плоскостью.
Глюкоза является бифункциональным соединением, т.к. содержит функциональные группы - одну альдегидную и 5 гидроксильных. Таким образом, глюкоза - многоатомный альдегидоспирт.
Структурная формула глюкозы имеет вид:
Сокращенная формула
1.2 Химические свойства и строение глюкозы
Экспериментально установлено, что в молекуле глюкозы присутствуют альдегидная и гидроксильная группы. В результате взаимодействия карбонильной группы с одной из гидроксильных глюкоза может существовать в двух формах: открытой цепной и циклической.
В растворе глюкозы эти формы находятся в равновесии друг с другом.
Например, в водном растворе глюкозы существуют следующие структуры:
Циклические б- и в-формы глюкозы представляют собой пространственные изомеры, отличающиеся положением полуацетального гидроксила относительно плоскости кольца. В б-глюкозе этот гидроксил находится в транс-положении к гидроксиметильной группе -СН 2 ОН, в в-глюкозе - в цис-положении. С учетом пространственного строения шестичленного цикла формулы этих изомеров имеют вид:
В твёрдом состоянии глюкоза имеет циклическое строение. Обычная кристаллическая глюкоза - это б- форма. В растворе более устойчива в-форма (при установившемся равновесии на неё приходится более 60% молекул). Доля альдегидной формы в равновесии незначительна. Это объясняет отсутствие взаимодействия с фуксинсернистой кислотой (качественная реакция альдегидов).
Для глюкозы кроме явления таутомерии характерны структурная изомерия с кетонами (глюкоза и фруктоза - структурные межклассовые изомеры)
Химические свойства глюкозы:
Глюкоза обладает химическими свойствами, характерными для спиртов и альдегидов. Кроме того, она обладает и некоторыми специфическими свойствами.
1. Глюкоза - многоатомный спирт.
Глюкоза с Cu(OH) 2 даёт раствор синего цвета (глюконат меди)
2. Глюкоза - альдегид.
а) Реагирует с аммиачным раствором оксидом серебра с образованием серебряного зеркала:
СН 2 ОН-(СНОН) 4 -СНО+Ag 2 O > СН 2 ОН-(СНОН) 4 -СОOH + 2Ag
глюконовая кислота
б) С гидроксидом меди даёт красный осадок Cu 2 O
СН 2 ОН-(СНОН) 4 -СНО + 2Cu(OH) 2 > СН 2 ОН-(СНОН) 4 -СОOH + Cu 2 Ov + 2H 2 O
глюконовая кислота
в) Восстанавливается водородом с образованием шестиатомного спирта (сорбита)
СН 2 ОН-(СНОН) 4 -СНО + H 2 > СН 2 ОН-(СНОН) 4 -СH 2 OH
3. Брожение
а) Спиртовое брожение (для получения спиртных напитков)
С 6 H 12 O 6 > 2СH 3 -CH 2 OH + 2CO 2 ^
этиловый спирт
б) Молочнокислое брожение (скисание молока, квашение овощей)
C 6 H 12 O 6 > 2CH 3 -CHOH-COOH
молочная кислота
1.3 Биологическое значение глюкозы
Глюкоза - необходимый компонент пищи, один из главных участников обмена веществ в организме, очень питательна и легко усваивается. При её окислении выделяется больше трети используемой в организме энергий ресурс - жиры, но роль жиров и глюкозы в энергетике разных органов различна. Сердце в качестве топлива используется жирные кислоты. Скелетным мышцам глюкоза нужна для “запуска”, а вот нервные клетки, в том числе и клетки головного мозга работают только на глюкозе. Их потребность составляет 20-30% вырабатываемой энергии. Нервным клеткам энергия нужна каждую секунду, а глюкозу организм получает при приёме пищи. Глюкоза легко усваивается организмом, поэтому ее используют в медицине в качестве укрепляющего лечебного средства. Специфические олигосахариды определяют группу крови. В кондитерском деле для изготовления мармелада, карамели, пряников и т.д. Большое значение имеют процессы брожения глюкозы. Так, например, при квашении капусты, огурцов, молока происходит молочнокислое брожение глюкозы, также как и при силосовании кормов. На практике используется и спиртовое брожение глюкозы, например, при производстве пива. Целлюлоза - исходное вещество для получения шелка, ваты, бумаги.
Углеводы действительно самые распространенные органические вещества на Земле, без которых невозможно существование живых организмов.
В живом организме в процессе метаболизма глюкоза окисляется с выделением большого количества энергии:
C 6 H 12 O 6 +6O 2 ??? 6CO 2 +6H 2 O+2920кДж
2. Биологическая роль глюкозы в организме
Глюкоза -- основной продукт фотосинтеза, образуется в цикле Кальвина. В организме человека и животных глюкоза является основным и наиболее универсальным источником энергии для обеспечения метаболических процессов.
2.1 Катаболизм глюкозы
Катаболизм глюкозы является основным поставщиком энергии для процессов жизнедеятельности организма.
Аэробный распад глюкозы -- это предельное ее окисление до CO 2 и H 2 O. Этот процесс, являющийся основным путем катаболизма глюкозы у аэробных организмов, может быть выражен следующим суммарным уравнением:
С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 > 6СО 2 + 6Н 2 О + 2820 кДж/моль
Аэробный распад глюкозы включает несколько стадий:
* аэробный гликолиз -- процесс окисления глюкозы с образованием двух молекул пирувата;
* общий путь катаболизма, включающий превращение пирувата в ацетил-СоА и его дальнейшее окисление в цитратном цикле;
* цепь переноса электронов на кислород, сопряженная с реакциями дегидрирования, происходящими в процессе распада глюкозы.
В определённых ситуациях обеспечение кислородом тканей может не соответствовать их потребностям. Например, на начальных стадиях интенсивной мышечной работы при стрессе сердечные сокращения могут не достигать нужной частоты, а потребности мышц в кислороде для аэробного распада глюкозы велики. В подобных случаях включается процесс, который протекает без кислорода и заканчивается образованием лактата из пировиноградной кислоты.
Этот процесс называют анаэробным распадом, или анаэробным гликолизом. Анаэробный распад глюкозы энергетически малоэффективен, но именно этот процесс может стать единственным источником энергии для мышечной клетки в описанной ситуации. В даньнейшем, когда снабжение мышц кислородом будет достаточным в результате перехода сердца на ускоренный ритм, анаэробный распад переключается на аэробный.
Аэробным гликолизом называют процесс окисления глюкозы до пировиноградной кислоты, протекающий в присутствии кислорода. Все ферменты, катализирующие реакции этого процесса, локализованы в цитозоле клетки.
1. Этапы аэробного гликолиза
В аэробном гликолизе можно выделить 2 этапа.
1. Подготовительный этап, в ходе которого глюкоза фосфорилируется и расщепляется на две молекулы фосфотриоз. Эта серия реакций протекает с использованием 2 молекул АТФ.
2. Этап, сопряжённый с синтезом АТФ. В результате этой серии реакций фосфотриозы превращаются в пируват. Энергия, высвобождающаяся на этом этапе, используется для синтеза 10 моль АТФ.
2. Реакции аэробного гликолиза
Превращение глюкозо-6-фосфата в 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата
Глюкозо-6-фосфат, образованный в результате фосфорилирования глюкозы с участием АТФ, в ходе следующей реакции превращается в фруктозо-6-фосфат. Эта обратимая реакция изомеризации протекает под действием фермента глюкозофосфатизомеразы.
Пути катаболизма глюкозы. 1 - аэробный гликолиз; 2, 3 - общий путь катаболизма; 4 - аэробный распад глюкозы; 5 - анаэробный распад глюкозы (в рамке); 2 (в кружке) - стехиометрический коэффициент.
Превращение глюкозо-6-фосфата в триозофосфаты.
Превращение глицеральдегид-3-фосфата в 3-фосфоглицерат.
Эта часть аэробного гликолиза включает реакции, связанные с синтезом АТФ. Наиболее сложной в данной серии реакций является реакция превращения глицеральдегид-3-фосфата в 1,3-бисфосфоглицерат. Это превращение - первая реакция окисления в ходе гликолиза. Реакцию катализирует глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, которая является NAD-зависимым ферментом. Значение данной реакции заключается не только в том, что образуется восстановленный кофермент, окисление которого в дыхательной цепи сопряжено с синтезом АТФ, но также и в том, что свободная энергия окисления концентрируется в макроэргической связи продукта реакции. Глицеральдегид- 3 -фосфатдегидрогеназа содержит в активном центре остаток цистеина, сульфгидрильная группа которого принимает непосредственное участие в катализе. Окисление глицеральдегид-3-фосфата приводит к восстановлению NAD и образованию с участием Н 3 РО 4 высокоэнергетической ангидридной связи в 1,3-бисфосфоглицерате в положении 1. В следующей реакции высокоэнергетический фосфат передаётся на АДФ с образованием АТФ
Образование АТФ описанным способом не связано с дыхательной цепью, и его называют субстратным фосфорилированием АДФ. Образованный 3-фосфоглицерат уже не содержит макроэргической связи. В следующих реакциях происходят внутримолекулярные перестройки, смысл которых сводится к тому, что низкоэнергетический фосфоэфир переходит в соединение, содержащее высокоэнергетический фосфат. Внутримолекулярные преобразования заключаются в переносе фосфатного остатка из положения 3 в фосфоглицерате в положение 2. Затем от образовавшегося 2-фосфоглицерата отщепляется молекула воды при участии фермента енолазы. Название дегидратирующего фермента дано по обратной реакции. В результате реакции образуется замещённый енол - фосфоенолпируват. Образованный фосфоенолпируват - макроэргическое соединение, фосфатная группа которого переносится в следующей реакции на АДФ при участии пируваткиназы (фермент также назван по обратной реакции, в которой происходит фосфорилирование пирувата, хотя подобная реакция в таком виде не имеет места).
Превращение 3-фосфоглицерата в пируват.
3. Окисление цитоплазматического NADH в митохондриалъной дыхательной цепи. Челночные системы
NADH, образующийся при окислении глицеральдегид-3-фосфата в аэробном гликолизе, подвергается окислению путём переноса атомов водорода в митохондриальную дыхательную цепь. Однако цитозольный NADH не способен передавать водород на дыхательную цепь, потому что митоховдриальная мембрана для него непроницаема. Перенос водорода через мембрану происходит с помощью специальных систем, называемых "челночными". В этих системах водород транспортируется через мембрану при участии пар субстратов, связанных соответствующими дегидрогеназами, т.е. с обеих сторон митохондри-альной мембраны находится специфическая дегидрогеназа. Известны 2 челночные системы. В первой из этих систем водород от NADH в цитозоле передаётся на дигидроксиацетонфосфат ферментом глицерол-3-фосфатдегидрогеназой (NAD-зависимый фермент, назван по обратной реакции). Образованный в ходе этой реакции глицерол-3-фосфат, окисляется далее ферментом внутренней мембраны митохондрий - глицерол-3-фосфатдегидрогеназой (FAD-зависимым ферментом). Затем протоны и электроны с FADH 2 переходят на убихинон и далее по ЦПЭ.
Глицеролфосфатная челночная система работает в клетках белых мышц и гепатоцитов. Однако в клетках сердечных мышц митохондриальная глицерол-3-фосфатдегидрогеназа отсутствует. Вторая челночная система, в которой участвуют малат, цитозольная и митоховдриальная малат-дегидрогеназы, является более универсальной. В цитоплазме NADH восстанавливает оксалоа-цетат в малат, который при участии переносчика проходит в митохондрии, где окисляется в оксалоацетат NAD-зависимой маЛатдегидрогеназой (реакция 2). Восстановленный в ходе этой реакции NAD отдаёт водород в митоховдриальную ЦПЭ. Однако образованный из малата оксалоацетат выйти самостоятельно из митохондрий в цитозоль не может, так как мембрана митохондрий для него непроницаема. Поэтому оксалоацетат превращается в аспартат, который и транспортируется в цитозоль, где снова превращается в оксалоацетат. Превращения оксалоацетата в аспартат и обратно связаны с присоединением и отщеплением аминогруппы. Эта челночная система называется малат-аспартатной. Результат её работы - регенерация цитоплазматического NAD+ из NADH.
Обе челночные системы существенно отличаются по количеству синтезированного АТФ. В первой системе соотношение Р/О равно 2, так как водород вводится в ЦПЭ на уровне KoQ. Вторая система энергетически более эффективна, так как передаёт водород в ЦПЭ через митохондриальный NAD+ и соотношение Р/О близко к 3.
4. Баланс АТФ при аэробном гликолизе и распаде глюкозы до СО 2 и Н 2 О.
Выход АТФ при аэробном гликолизе
На образование фруктозо-1,6-бисфосфата из одной молекулы глюкозы требуется 2 молекулы АТФ. Реакции, связанные с синтезом АТФ, происходят после распада глюкозы на 2 молекулы фосфотриозы, т.е. на втором этапе гликолиза. На этом этапе происходят 2 реакции субстратного фосфорилирования и синтезируются 2 молекулы АТФ. Кроме того, одна молекула глицеральдегид-3-фосфата дегидрируется (реакция 6), a NADH передаёт водород в митохондриальную ЦПЭ, где синтезируется 3 молекулы АТФ путём окислительного фосфорилирования. В данном случае количество АТФ (3 или 2) зависит от типа челночной системы. Следовательно, окисление до пирувата одной молекулы глицеральдегид-3-фосфата сопряжено с синтезом 5 молекул АТФ. Учитывая, что из глюкозы образуются 2 молекулы фосфотриозы, полученную величину нужно умножить на 2 и затем вычесть 2 молекулы АТФ, затраченные на первом этапе. Таким образом, выход АТФ при аэробном гликолизе составляет (5Ч2) - 2 = 8 АТФ.
Выход АТФ при аэробном распаде глюкозы до конечных продуктов в результате гликолиза образуется пируват, который далее окисляется до СО 2 и Н 2 О в ОПК. Теперь можно оценить энергетическую эффективность гликолиза и ОПК, которые вместе составляют процесс аэробного распада глюкозы до конечных продуктов Таким образом, выход АТФ при окислении 1 моль глюкозы до СО 2 и Н 2 О составляет 38 моль АТФ. В процессе аэробного распада глюкозы происходят 6 реакций дегидрирования. Одна из них протекает в гликолизе и 5 в ОПК.Субстраты для специфических NAD-зависимых дегидрогеназ: глицеральдегид-3-фосфат, жируват, изоцитрат, б-кетоглутарат, малат. Одна реакция дегидрирования в цитратном цикле под действием сукцинатдегидрогеназы происходит с участием кофермента FAD. Общее количество АТФ, синтезированное путём окислительного фофорилирования, составляет 17 моль АТФ на 1 моль глицеральдегидфосфата. К этому необходимо прибавить 3 моль АТФ, синтезированных путём субстратного фосфорилирования (две реакции в гликолизе и одна в цитратном цикле).Учитывая, что глюкоза распадается на 2 фос-фотриозы и что стехиометрический коэффициент дальнейших превращений равен 2, полученную величину надо умножить на 2, а из результата вычесть 2 моль АТФ, использованные на первом этапе гликолиза.
Анаэробный распад глюкозы (анаэробный гликолиз).
Анаэробным гликолизом называют процесс расщепления глюкозы с образованием в качестве конечного продукта лактата. Этот процесс протекает без использования кислорода и поэтому не зависит от работы митохондриальной дыхательной цепи. АТФ образуется за счёт реакций субстратного фосфорилирования. Суммарное уравнение процесса:
С 6 Н 12 0 6 + 2 Н 3 Р0 4 + 2 АДФ = 2 С 3 Н 6 О 3 + 2 АТФ + 2 Н 2 O.
Анаэробный гликолиз.
При анаэробном гликолизе в цитозоле протекают все 10 реакций, идентичных аэробному гликолизу. Лишь 11-я реакция, где происходит восстановление пирувата цитозольным NADH, является специфической для анаэробного гликолиза. Восстановление пирувата в лактат катализирует лактатдегидро-геназа (реакция обратимая, и фермент назван по обратной реакции). С помощью этой реакции обеспечивается регенерация NAD+ из NADH без участия митохондриальной дыхательной цепи в ситуациях, связанных с недостаточным снабжением клеток кислородом.
2.2 Значение катаболизма глюкозы
Основное физиологическое назначение катаболизма глюкозы заключается в использовании энергии, освобождающейся в этом процессе для синтеза АТФ
Аэробный распад глюкозы происходит во многих органах и тканях и служит основным, хотя и не единственным, источником энергии для жизнедеятельности. Некоторые ткани находятся в наибольшей зависимости от катаболизма глюкозы как источника энергии. Например, клетки мозга расходуют до 100 г глюкозы в сутки, окисляя её аэробным путём. Поэтому недостаточное снабжение мозга глюкозой или гипоксия проявляются симптомами, свидетельствующими о нарушении функций мозга (головокружения, судороги, потеря сознания).
Анаэробный распад глюкозы происходит в мышцах, в первые минуты мышечной работы, в эритроцитах (в которых отсутствуют митохондрии), а также в разных органах в условиях ограниченного снабжении их кислородом, в том числе в клетках опухолей. Для метаболизма клеток опухолей характерно ускорение как аэробного, так и анаэробного гликолиза. Но преимущественный анаэробный гликолиз и увеличение синтеза лактата служит показателем повышенной скорости деления клеток при недостаточной обеспеченности их системой кровеносных сосудов.
Кроме энергетической функции, процесс катаболизма глюкозы может выполнять и анаболические функции. Метаболиты гликолиза используются для синтеза новых соединений. Так,фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат участвуют в образовании рибозо-5-фосфата - структурного компонента нуклеотидов; 3-фосфоглицерат может включаться в синтез аминокислот, таких как серии, глицин, цистеин (см. раздел 9). В печени и жировой ткани ацетил-КоА, образующийся из пирувата, используется как субстрат при биосинтезе жирных кислот, холестерина, а дигидроксиацетонфосфат как субстрат для синтеза глицерол-3-фосфата.
Восстановление пирувата в лактат.
2.3 Регуляция катаболизма глюкозы
Поскольку основное значение гликолиза состоит в синтезе АТФ, его скорость должна коррелировать с затратами энергии в организме.
Большинство реакций гликолиза обратимы, за исключением трёх, катализируемых гексокиназой (или глюкокиназой), фосфофруктокиназой и пируваткиназой. Регуляторные факторы, изменяющие скорость гликолиза, а значит и образование АТФ, направлены на необратимые реакции. Показателем потребления АТФ является накопление АДФ и АМФ. Последний образуется в реакции, катализируемой аденилаткиназой: 2 АДФ - АМФ + АТФ
Даже небольшой расход АТФ ведёт к заметному увеличению АМФ. Отношение уровня АТФ к АДФ и АМФ характеризует энергетический статус клетки, а его составляющие служат аллостерическими регуляторами скорости как общего пути катаболизма, так и гликолиза.
Существенное значение для регуляции гликолиза имеет изменение активности фосфофруктокиназы, потому что этот фермент, как упоминалось ранее, катализирует наиболее медленную реакцию процесса.
Фосфофруктокиназа активируется АМФ, но ингибируется АТФ. АМФ, связываясь с аллостерическим центром фосфофруктокиназы, увеличивает сродство фермента к фруктозо-6-фосфату и повышает скорость его фосфорилирования. Эффект АТФ на этот фермент - пример гомотропного ашюстеризма, поскольку АТФ может взаимодействовать как с аллостерическим, так и с активным центром, в последнем случае как субстрат.
При физиологических значениях АТФ активный центр фосфофруктокиназы всегда насыщен субстратами (в том числе АТФ). Повышение уровня АТФ относительно АДФ снижает скорость реакции, поскольку АТФ в этих условиях действует как ингибитор: связывается с аллостерическим центром фермента, вызывает конфор-мационные изменения и уменьшает сродство к его субстратам.
Изменение активности фосфофруктокиназы способствует регуляции скорости фосфорилирования глюкозы гексокиназой. Снижение активности фосфофруктокиназы при высоком уровне АТФ ведёт к накоплению как фруктозо-6-фосфата, так и глюкозо-6-фосфата, а последний ингибирует гексокиназу. Следует напомнить, что гексокиназа во многих тканях (за исключением печени и в-клеток поджелудочной железы) ингибируется глюкозо-6-фосфатом.
При высоком уровне АТФ снижается скорость цикла лимонной кислоты и дыхательной цепи. В этих условиях процесс гликолиза также замедляется. Следует напомнить, что аллостерическая регуляция ферментов ОПК и дыхательной цепи также связана с изменением концентрации таких ключевых продуктов, как NADH, АТФ и некоторых метаболитов. Так, NADH, накапливаясь в том случае, если не успевает окислиться в дыхательной цепи, ингибирует некоторые аллостерические ферменты цитратного цикла
Регуляция катаболизма глюкозы в скелетных мышцах.
2.4 Синтез глюкозы в печени (глюконеогенез)
Некоторые ткани, например мозг, нуждаются в постоянном поступлении глюкозы. Когда поступление углеводов в составе пищи недостаточно, содержание глюкозы в крови некоторое время поддерживается в пределах нормы за счёт расщепления гликогена в печени. Однако запасы гликогена в печени невелики. Они значительно уменьшаются к 6-10 ч голодания и практически полностью исчерпываются после суточного голодания. В этом случае в печени начинается синтез глюкозы de novo - глюконеогенез.
Глюконеогенез - процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. Процесс протекает в основном в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек, а также в слизистой оболочке кишечника. Эти ткани могут обеспечивать синтез 80-100 г глюкозы в сутки. На долю мозга при голодании приходится большая часть потребности организма в глюкозе. Это объясняется тем, что клетки мозга не способны, в отличие от других тканей, обеспечивать потребности в энергии за счёт окисления жирных кислот. Кроме мозга, в глюкозе нуждаются ткани и клетки, в которых аэробный путь распада невозможен или ограничен, например эритроциты (они лишены митохондрий), клетки сетчатки, мозгового слоя надпочечников и др.
Первичные субстраты глюконеогенеза - лактат, аминокислоты и глицерол. Включение этих субстратов в глюконеогенез зависит от физиологического состояния организма.
Лактат - продукт анаэробного гликолиза. Он образуется при любых состояниях организма в эритроцитах и работающих мышцах. Таким образом, лактат используется в глюконеогенезе постоянно.
Глицерол высвобождается при гидролизе жиров в жировой ткани в период голодания или при длительной физической нагрузке.
Аминокислоты образуются в результате распада мышечных белков и включаются в глюконеогенез при длительном голодании или продолжительной мышечной работе.
2.5 Синтез глюкозы из лактата
Лактат, образованный в анаэробном гликолизе, не является конечным продуктом метаболизма. Использование лактата связано с его превращением в печени в пируват. Лактат как источник пирувата важен не столько при голодании, сколько при нормальной жизнедеятельности организма. Его превращение в пируват и дальнейшее использование последнего являются способом утилизации лактата. Лактат, образовавшийся в интенсивно работающих мышцах или в клетках с преобладающим анаэробным способом катаболизма глюкозы, поступает в кровь, а затем в печень. В печени отношение NADH/NAD+ ниже, чем в сокращающейся мышце, поэтому лактатдегидрогеназная реакция протекает в обратном направлении, т.е. в сторону образования пирувата из лактата. Далее пируват включается в глюконеогенез, а образовавшаяся глюкоза поступает в кровь и поглощается скелетными мышцами. Эту последовательность событий называют "глюкозо-лактатным циклом", или "циклом Кори" . Цикл Кори выполняет 2 важнейшие функции: 1 - обеспечивает утилизацию лактата; 2 - предотвращает накопление лактата и, как следствие этого, опасное снижение рН (лактоацидоз). Часть пирувата, образованного из лактата, окисляется печенью до СО 2 и Н 2 О. Энергия окисления может использоваться для синтеза АТФ, необходимого для реакций глюконеогенеза.
Цикл Кори (глюкозолактатный цикл). 1 - поступление лаюгата из сокращающейся мышцы с током крови в печень; 2 - синтез глюкозы из лактата в печени; 3 - поступление глюкозы из печени с током крови в работающую мышцу; 4 - использование глюкозы как энергетического субстрата сокращающейся мышцей и образование лактата.
Лактоацидоз. Термин "ацидоз" обозначает увеличение кислотности среды организма (снижение рН) до значений, выходящих за пределы нормы. При ацидозе либо увеличивается продукция протонов, либо происходит снижение их экскреции (в некоторых случаях и то и другое). Метаболический ацидоз возникает при увеличении концентрации промежуточных продуктов обмена (кислотного характера) вследствие увеличения их синтеза или уменьшения скорости распада или выведения. При нарушении кислотно-основного состояния организма быстро включаются буферные системы компенсации (через 10-15 мин). Лёгочная компенсация обеспечивает стабилизацию соотношения НСО 3 -/Н 2 СО 3 , которая в норме соответствует 1:20, а при ацидозе уменьшается. Лёгочная компенсация достигается увеличением объёма вентиляции и, следовательно, ускорением выведения СО 2 из организма. Однако основную роль в компенсации ацидоза играют почечные механизмы с участием аммиачного буфера. Одной из причин метаболического ацидоза может быть накопление молочной кислоты. В норме лактат в печени превращается обратно в глюкозу путём глюконеогенеза либо окисляется. Кроме печени, другим потребителем лактата служат почки и сердечная мышца, где лактат может окисляться до СО 2 и Н 2 О и использоваться как источник энергии, особенно при физической работе. Уровень лактата в крови - результат равновесия между процессами его образования и утилизации. Кратковременный компенсированный лактоацидоз встречается довольно часто даже у здоровых людей при интенсивной мышечной работе. У нетренированных людей лактоацидоз при физической работе возникает как следствие относительного недостатка кислорода в мышцах и развивается достаточно быстро. Компенсация осуществляется путём гипервентиляции.
При некомпенсированном лактоацидозе содержание лактата в крови увеличивается до 5 ммоль/л (в норме до 2 ммоль/л). При этом рН крови может составлять 7,25 и менее (в норме 7,36-7,44). Повышение содержания лактата в крови может быть следствием нарушения метаболизма пирувата
Нарушения метаболизма пирувата при лактоацидозе. 1 - нарушение использования пирувата в глюконеогенезе; 2 - нарушение окисления пирувата. глюкоза биологический катаболизм глюконеогенез
Так, при гипоксии, возникающей вследствие нарушения снабжения тканей кислородом или кровью, уменьшается активность пируватдегидрогеназного комплекса и снижается окислительное декарбоксилирование пирувата. В этих условиях равновесие реакции пируват - лактат сдвинуто в сторону образования лактата. Кроме того, при гипоксии уменьшается синтез АТФ, что следовательно, ведёт к снижению скорости глюконеогенеза - другого пути утилизации лактата. Повышение концентрации лактата и снижение внутриклеточного рН отрицательно влияют на активность всех ферментов, в том числе и пируваткарбоксилазы, катализирующей начальную реакцию глюконеогенеза.
Возникновению лактоацидоза также способствуют нарушения глюконеогенеза при печёночной недостаточности различного происхождения. Кроме того, лактоацидозом может сопровождаться гиповитаминоз В 1 , так как производное этого витамина (тиаминдифосфат) выполняет коферментную функцию в составе ПДК при окислительном декарбоксилировании пируват. Дефицит тиамина может возникать, например, у алкоголиков с нарушенным режимом питания.
Итак, причинами накопления молочной кислоты и развития лактоацидоза могут быть:
активация анаэробного гликолиза вследствие тканевой гипоксии различного происхождения;
поражения печени (токсические дистрофии, цирроз и др.);
нарушение использования лактата вследствие наследственных дефектов ферментов глюконеогенеза, недостаточности глюкозо-6-фосфатазы;
нарушение работы ПДК вследствие дефектов ферментов или гиповитаминозов;
применение ряда лекарственных препаратов, например бигуанидов (блокаторы глюконеогенеза, используемые при лечении сахарного диабета).
2.6 Синтез глюкозы из аминокислот
В условиях голодания часть белков мышечной ткани распадается до аминокислот, которые далее включаются в процесс катаболизма. Аминокислоты, которые при катаболизме превращаются в пируват или метаболиты цитратного цикла, могут рассматриваться как потенциальные предшественники глюкозы и гликогена и носят название гликогенных. Например, окса-лоацетат, образующийся из аспарагиновой кислоты, является промежуточным продуктом как цитратногр цикла, так и глюконеогенеза.
Из всех аминокислот, поступающих в печень, примерно 30% приходится на долю аланина. Это объясняется тем, что при расщеплении мышечных белков образуются аминокислоты, многие из которых превращаются сразу в пируват или сначала в оксалоацетат, а затем в пируват. Последний превращается в аланин, приобретая аминогруппу от других аминокислот. Аланин из мышц переносится кровью в печень, где снова преобразуется в пируват, который частично окисляется и частично включается в глюкозонеогенез. Следовательно, существует следующая последовательность событий (глюкозо-аланиновый цикл): глюкоза в мышцах > пируват в мышцах > аланин в мышцах > аланин в печени > глюкоза в печени > глюкоза в мышцах. Весь цикл не приводит к увеличению количества глюкозы в мышцах, но он решает проблемы транспорта аминного азота из мышц в печень и предотвращает лактоацидоз.
Глюкозо-аланиновый цикл
2.7 Синтез глюкозы из глицерола
Глицерол могут использовать только те ткани, в которых имеется ферментглицеролкиназа, например печень, почки. Этот АТФ-зависимый фермент катализирует превращение глицерола в б-глицерофосфат (глицерол-3-фосфат).При включении глицерол-3-фосфата в глюконеогенез происходит его дегидрирование NAD-зависимой дегидрогеназой с образованием дигидроксиацетон-фосфата, который далее превращается в глюкозу.
Превращение глицерола в дигидрокси-ацетонфосфат
Таким образом, мы можем сказать, что биологическая роль глюкозы в организме очень большая. Глюкоза является один из основным источником энергии нашего организма. Она представляет собой легко усвояемым источником ценного питания, повышающим энергетические запасы организма и улучшающим его функции. Основное значение в организме в том, что она наиболее универсальным источником энергии для обеспечения метаболических процессов.
В организме человека применение гипертонического раствора глюкозы способствует расширению сосудов, усилению сократительной деятельности сердечной мышцы и увеличению объема мочи. Как общеукрепляющее средство глюкоза применяется при хронических заболеваниях, которые сопровождаются физическим истощением. Дезинтоксикационные свойства глюкозы обусловлены ее способностью активизировать функции печени по обезвреживанию ядов, а также уменьшением концентрации токсинов в крови в результате увеличения объема циркулирующей жидкости и усиленного мочеотделения. Кроме этого у животных она депонируется в виде гликогена, у растений -- в виде крахмала, полимер глюкозы -- целлюлоза является основной составляющей клеточных оболочек всех высших растений. У животных глюкоза помогает пережить заморозки.
Коротко говоря, глюкоза один из жизненноважных веществ в жизнедеятельности живых организмов.
Список использованной литературы
1. Биохимия: учебник для вузов/ под ред. Е.С.Северина - 5-е изд., - 2014. - 301-350 ст.
2. Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин «Биологическая химия».
3. Клиническая эндокринология. Руководство / Н. Т. Старкова. - издание 3-е, переработанное и дополненное. - Санкт-Петербург: Питер, 2002. - С. 209-213. - 576 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Классификация и распространение углеводов, их значение для жизнедеятельности человека. Использование рефрактометрии в анализе глюкозы. Анализ глюкозы как альдегидоспирта, влияние щелочей, окислителей и кислот на препараты. Стабилизация растворов глюкозы.
курсовая работа , добавлен 13.02.2010
Особенности распределения глюкозы в крови. Краткая характеристика сути основных современных методов определения глюкозы в крови. Методики усовершенствования процесса измерения уровня глюкозы в крови. Оценка гликемии при диагностике сахарного диабета.
статья , добавлен 08.03.2011
Физические свойства глюкозы. Основные пищевые продукты, насыщенные углеводами. Правильное соотношение углеводов, жиров и белков как основа здорового питания. Поддержание уровня глюкозы в крови, иммунной функции. Повышение содержания инсулина в крови.
презентация , добавлен 15.02.2014
Потребление головным мозгом кислорода, глюкозы. Аэробное окисление глюкозы в головном мозге и механизмы его регуляции. Цикл трикарбоновых кислот и механизмы, контролирующие его скорость в мозге. Энергообеспечение специфических функций нервной ткани.
курсовая работа , добавлен 26.08.2009
Рассмотрение строения молекулы инсулина, связей аминокислот. Изучение особенностей синтеза белкового гормона в кровь, описание схемы превращения. Регуляция секреции инсулина в организме. Действие данного гормона по снижению содержания глюкозы в крови.
презентация , добавлен 12.02.2016
Определение глюкозы в крови на анализаторе глюкозы ECO TWENTY. Определение креатинина, мочевины, билирубина в крови на биохимическом анализаторе ROKI. Исследование изменения биохимических показателей крови при беременности. Оценка полученных данных.
отчет по практике , добавлен 10.02.2011
Строение и функция почек, теория образования мочи. Особенности строения нефрона. Физические свойства мочи и клинико-диагностическое значение. Виды протеинурий, методы качественного и количественного определения белка в моче. Определение глюкозы в моче.
шпаргалка , добавлен 24.06.2010
Эпидемиология сахарного диабета, метаболизм глюкозы в организме человека. Этиология и патогенез, панкреатическая и внепанкреатическая недостаточность, патогенез осложнений. Клинические признаки сахарного диабета, его диагностика, осложнения и лечение.
презентация , добавлен 03.06.2010
Изучение радионуклидного томографического метода исследования внутренних органов человека и животного. Анализ распределения в организме активных соединений, меченых радиоизотопами. Описания методики оценки метаболизма глюкозы в сердце, легких и мозге.
реферат , добавлен 15.06.2011
Причины диабетической (кетоацидотической) комы - состояния, развивающегося в результате недостатка инсулина в организме у больных сахарным диабетом. Начальные проявления его декомпенсации. Гомеостаз глюкозы у человека. Этиология и проявления гипогликемии.
