Лекции по "Биологии"

1) Обмен веществ в организме. Процессы катаболизма и анаболизма. Эндергонические и Экзергонические реакции в живой клетке.В процессе обмена веществ осуществляется связь внешней среды и организма. Обмен веществ включает 3 этапа: поступление веществ в организм, метаболизм и выделение конечных продуктов из организма.

Катаболизм - процесс расщепления органических молекул до конечных продуктов. Конечные продукты превращений органических веществ у животных и человека - СО2, Н2О и мочевина. В процессы катаболизма включаются метаболиты, образующиеся как при пищеварении, так и при распаде структурно-функциональных компонентов клеток.

Реакции катаболизма сопровождаются выделением энергии (экзергонические реакции-ΔG если, то реакция протекает самопроизвольно и сопровождается уменьшением свободной энергии, если при этом абсолютное значение ΔG велико, то реакция идёт практически до конца, и её можно рассматривать как необратимую).

Анаболизм объединяет биосинтетические процессы, в которых простые строительные блоки соединяются в сложные макромолекулы, необходимые для организма. В анаболических реакциях используется энергия, освобождающаяся при катаболизме (эндергонические реакции- если ΔG положительно, то реакция будет протекать только при поступлении свободной энергии извне; такие реакции называют эндергоническими. Если абсолютное значение ΔG велико, то система устойчива, и реакция в таком случае практически не осуществляется. При ΔG, равном нулю, система находится в равновесии).

2) Тканевое дыхание. АТФ как макроэргическое соединение. Цикл АТФ-АДФ. Виды фосфорилирования как реакции образования АТФ. Тканевое дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды. Высвобожденная энергия запасается в химических связях макроэргических соединений (АТФ и др.) и может быть использована по мере необходимости.

К группе высокоэнергетических фосфатов, помимо АТФ, относят енолфосфаты, ангидриды и фосфогуанидины. АТФ - молекула, богатая энергией, поскольку она содержит две фосфоангидридные связи (β, γ). При гидролизе концевой фосфоангидридной связи АТФ превращается в АДФ и ортофосфат Рi.

Окислительное фосфорилирование и субстратное фосфорилирование

3) Окис-е фосф-е: сущноть процесса, обобщённая схема. Строение митохондрий и локализация в них компонентов окислительного фосфорилирования. Синтез АТФ из АДФ и Н3РО4 за счёт энергии переноса электронов по ЦПЭ называют окислительным фосфорилированием.

Первый процесс - перенос электронов от восстановленных коферментов NADH и FADH2 через ЦПЭ на кислород - экзергонический. 

NADH + Н+ +1/2 O2 → NAD+ + H2O + 52 ккал/моль(≈220 кДж/моль).

Второй процесс - фосфорилирование АДФ, или синтез АТФ, - эндергонический:

АДФ + Н3РО4+7,3 ккал/моль (30,5 кДж/моль) = АТФ + Н2О.

Митохо́ндрия— двумембранная гранулярная или нитевидная органелла, имеющая наружнюю мембрану, межмембранное пространство, внутреннюю мембрану и матрикс.

Перенос электронов по дыхательной цепи от NADH к кислороду сопровождается выкачиванием протонов из матрикса митохондрий через внутреннюю мембрану в межмембранное

пространство. На эту работу затрачивается часть энергии электронов, переносимых по ЦПЭ.

4) Дыхательная цепь- ключевой компонент митохондриальной системы окислительного фотсфорилирования . Структурная организация дыхательной цепи. Митохондриальная цепь переноса электронов как часть системы дыхания всего организма. Основные переносчики электронов встроены во внутреннюю мембрану митохондрий и организованы в 4 комплекса:

На первом этапе дегидрогеназы катализируют отщепление водорода от различных субстратов. Если субстратами служат а-гидрокси-кислоты малат, изоцитрат, 3-гидроксибутират, водород переносится на NAD+. Образовавшийся NADH в дыхательной цепи, в свою очередь, окисляется NADH-дегидрогеназой.

Если субстратом служат такие соединения, как сукцинат или глицерол-3-фосфат, акцептором водорода служат FAD-зависимые дегидрогеназы. От NADH и FADH2 электроны и протоны передаются на убихинон и далее через цепь цитохромов к молекулярному кислороду.

1. NADH-дегидрогеназа, комплекс I; 2. Коэнзим Q, убихинон; 3. рН2-дегидрогеназа, комплекс III;   4. Цитохром с; 5. Цитохромоксидаза, комплекс IV; 6. Сукцинатдегидрогеназа, комплекс II;

5) НАД- зависимые и флавиновые дегидрогеназы. НАДН-дегидрогеназы. Особенности состава, строения, функций. Коферменты компонентов дыхательной цепи митохондрий. Перенос электронов от окисляемых субстратов к кислороду происходит в несколько этапов.

Никотинамидзависимые дегидрогеназы содержат в качестве коферментов NAD+ или NADP+ из витамина РР ,входят в состав активных центров дегидрогеназ, но могут обратимо диссоциировать из комплекса с апоферментами и включаются в состав фермента в ходе реакции. Субстраты NAD- и NADP-зависимых дегидрогеназ находятся в матриксе митохондрий и в цитозоле. Рабочей частью никотинамидных коферментов служит никотинамид.

R-CHOH-R1 + NAD+↔ R-CO-R1 + NADH + Н+.

Флавиновые дегидрогеназы содержат в качестве коферментов FAD или FMN. Эти коферменты образуются в организме человека из витамина В2). Флавиновые коферменты прочно связаны с апоферментами. Рабочей частью FAD и FMN служит изоаллоксазиновая сопряжённая циклическая система.

R-CH2-CH2-R1 + Е (FAD) ↔ R-CH=CH-R1 + Е (FADH2),

 где Е - белковая часть фермента

Большинство FAD-зависимых дегидрогеназ –белки, локализованные в матриксе митохондрий. Исключение сукцинат-дегидрогеназа. К FMN-содержащим ферментам принадлежит NADH-дегидрогеназа, которая также локализована во внутренней мембране митохондрий; она окисляет NADH, образующийся в митохондриальном матриксе.

NADH-дегидрогеназа (NADH-Q-редуктаза, комплекс I) состоит из нескольких полипептидных цепей. Роль простетической группы играет FMN. Единственный субстрат фермента - NADH, с которого 2 электрона и протон переносятся на FMN с образованием FMNH2. Второй протон поглощается из матрикса.

NADH + Н+ + Е (FMN) → NAD+ + Е (FMNH2).

С FMNH2 электроны переносятся затем на ряд железо-серных белков (FeS) железо-серных центров, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. Известны 3 типа FeS-центров (FeS, Fe2S2, Fe4S4). От железо-серных центров электроны переносятся на кофермент Q (убихинон).  Е (FMNH2) + Q → Е (FMN) + QH2

6) Убихинол-дегидрогеназа (цитохром с-редуктаза). Цитохром с-оксидаза. Особенности состава, строения, функций. Компоненты дыхательной цепи митохондрий. Молекулы убихинона в зависимости от источника, из которого они выделены, различаются длиной углеводородной цепи. В процессе переноса электронов с NADH-дегидрогеназы через FeS на убихинон он обратимо превращается в гидрохинон. Убихинон выполняет коллекторную функцию, присоединяя электроны от NADH-дегидрогеназы и других флавинзависимых дегидрогеназ, в частности, от сукцинат-дегидрогеназы.

 Е (FMNH2) + Q → Е (FMN) + QH2.

QН2-дегидрогеназа (коэнзим Q-цитохром с-ре-уктаза, комплекс III) состоит из 2 типов цитохромов (b1 и b2) и цитохрома с1. QН2-дегидрогеназа переносит электроны от убихинола на цитохром с. В цитохромах типа b гем не связан ковалентно с белком, а в цитохромах с1 и с он присоединяется к белку при помощи тиоэфирных связей.

Цитохром с - периферический водорастворимый мембранный белок с молекулярной массой 12 500 Д, имеющий одну полипептидную цепь из 100 аминокислотных остатков, и молекулу гема, ковалентно связанную с полипептидом. Содержит гем.

7) Трансмембранный электрохимический потенциал как  промежуточная форма энергии при окислительном фосфорилировании. Н- АТФ- синтаза: биологическая роль, локализация, строение, механизм синтеза АТФ. Протоны, перенесённые из матрикса в межмембранное пространство, не могут вернуться обратно в матрикс, создаётся протонный градиент, при котором концентрация протонов в межмембранном пространстве больше, а рН меньше, чем в матриксе. Появляется разность потенциалов по обе стороны мембраны. В совокупности электрический и концентрационный градиенты составляют электрохимический потенциал ΔμН+ - источник энергии для синтеза АТФ. Образования ΔμН+, происходит на участках ЦПЭ, соответствующих расположению комплексов I, III и IV. Важную роль в этом процессе играет KoQ, переносит электроны от комплекса I к комплексу III и протоны из матрикса в межмембранное пространство. Донором электронов для комплекса III служит восстановленный убихинон (QH2), а акцептором - цитохром с.  мембране существует стационарный общий фонд Q/QH2, из которого каждая молекула QH2 в одном цикле обеспечивает перенос протонов из матрикса в межмембранное пространство и электронов, которые в конечном итоге поступают на кислород.

АТФ-синтаза (Н+-АТФ-аза) - интегральный белок внутренней мембраны митохондрий. Он расположен в непосредственной близости к дыхательной цепи. АТФ-синтаза состоит из 2 белковых комплексов, обозначаемых как F0 и F1. Комплекс F1 состоит из 9 субъединиц (Зα, 3β, γ, ε, δ). Субъединицы аир уложены попарно, образуя "головку"; между α- и β-субъединицами располагаются 3 активных центра, в которых происходит синтез АТФ; γ-, ε-, δ- субъединицы связывают комплекс F1 с F0.

 Повышение концентрации  протонов в межмембранном пространстве  активирует АТФ-синтазу. Электрохимический потенциал ΔμH+ заставляет протоны двигаться по каналу АТФ-синтазы в матрикс. Параллельно под действием ΔμH+ происходят конформационные изменения в парах α, β-субъединиц белка F1, в результате чего из АДФ и неорганического фосфата образуется АТФ.

8) Регуляция функционирования системы окислительного фосфорилирования. Дыхательный контроль.  Ингибиторы ферментов ЦПЭ. Разобщение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Терморегуляторная функция тканевого дыхания. Окислительное фосфорилирование регулируется с помощью  НАДН-дегидрогеназы, сукцинат –дегидрогеназы, QH2- дегидрогеназы, цитохромоксидазы, Атф- синтазы.

Окисление молекулы NADH в ЦПЭ сопровождается образованием 3 молекул АТФ; Отношение количества фосфорной кислоты (Р), использованной на фосфорилирование АДФ, к атому кислорода (О), поглощённого в процессе дыхания, называют коэффициентом окислительного фосфорилирования и обозначают Р/О. Следовательно, для NADH Р/О = 3, для сукцината Р/О - 2.

Окисление субстратов и фосфорилирование АДФ в митохондриях прочно сопряжены. Скорость использования АТФ регулирует скорость потока электронов в ЦПЭ. Если АТФ не используется и его концентрация в клетках возрастает, то прекращается и поток электронов к кислороду. С другой стороны, расход АТФ и превращение его в АДФ увеличивает окисление субстратов и поглощение кислорода. Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ называют дыхательным контролем.

Ингибиторы NADH-дегйдрогеназы: ротенон-высокотоксичное вещество, содержащееся в некоторых водорослях и являющееся ядом для рыб; амитал - лекарственный препарат из группы барбитуратов. Ингибитор QН2 дегидрогеназы - антимицин А, токсичный антибиотик, продуцируемый одним из штаммов Streptomyces. Ингибиторы цитохромоксидазы - цианид, СО, H2S. Цианид наиболее токсичен для человека; он присоединяется к Fe3+ цитохромоксидазы и блокирует перенос электронов к кислороду.

Некоторые химические вещества (протонофоры) могут переносить протоны или другие ионы (ионофоры) из межмембранного пространства через мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В результате этого исчезает электрохимический потенциал и прекращается синтез АТФ. Это явление называют разобщением дыхания и фосфорилирования. В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается. В этом случае скорость окисления NADH и FADH2 возрастает, возрастает и количество поглощённого кислорода, но энергия выделяется в виде теплоты, и коэффициент Р/О резко снижается.

Терморегуляторная функция тканевого дыхания на синтез молекул АТФ расходуется примерно 40-45% всей энергии электронов, переносимых по ЦПЭ, приблизительно 25% тратится на работу по переносу веществ через мембрану. Остальная часть энергии рассеивается в виде теплоты и используется теплокровными животными на поддержание температуры тела. Кроме того, дополнительное образование теплоты может происходить при разобщении дыхания и фосфорилирования. У новорождённых, а также зимнеспящих животных существует особая ткань, специализирующаяся на теплопродукции посредством разобщения дыхания и фосфорилирования - бурый жир. Около 10% всех белков приходится на так называемый разобщающий белок (РБ-1) - термогенин.

При охлаждении стимулируется освобождение норадреналина из окончаний симпатических нервов. В результате происходят активация липазы в жировой ткани и мобилизация жира из жировых депо.

9) Катаболзм оновных пищевых веществ (углеводы, жира, аминокислоты и белки). Понятие об общем и специфических путях катаболизма. Общий путь катаболизма, окисление пирувата и ацетил- КоА. Биологическое значение, локализация в клетке. Углеводы, жирные кислоты и большинство аминокислот окисляются в конечном счёте через цикл лимонной кислоты до СО2 и Н2О. углеродный скелет превращается в двухуглеродный фрагмент в форме ацетил-КоА в этой форме большая часть "топливных" молекул включается в цикл лимонной кислоты. источником ацетил-КоА служит пировиноградная кислота.

Окислительное декарбоксилирование пирувата происходит в матриксе митохондрий.

Превращение пирувата в ацетил-КоА

СН3-СО-СООН + NAD+ + HSKoA → CH3-CO ∼SKoA + NADH + H+ + CO2

Стадия I. пируват соединяется с ТДФ в составе Е1 и подвергается декарбоксилированию.

Пируват + Е1-ТДФ → Гидроксиэтил-ТДФ + CO2

Стадия II. Дигидролипоилтрансацетилаза (Е2) катализирует перенос атома водорода и ацетильной группы от ТДФ на окисленную форму липоиллизиновых групп с образованием ацетилтиоэфира липоевой кислоты (рис. 6-21).

Стадия III. На стадии III КоА взаимодействует с ацетильным производным Е2, в результате чего образуются ацетил-КоА и полностью восстановленный липоильный остаток, простетическая группа Е2 (рис. 6-23).

Стадия IV. На стадии IV дигидролипоилде-гидрогеназа (Е3) катализирует перенос атомов водорода от восстановленных липоильных групп на FAD - простетическую группу фермента Е3.

Стадия V . На стадии V восстановленный FADH2 передаёт водород на NAD+ с образованием NADH.

10) Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты: биологическое значение, последовательность реакций. Механизмы регуляции скорости. Стадия I. пируват соединяется с ТДФ в составе Е1 и подвергается декарбоксилированию.

Пируват + Е1-ТДФ → Гидроксиэтил-ТДФ + CO2

Стадия II. Дигидролипоилтрансацетилаза (Е2) катализирует перенос атома водорода и ацетильной группы от ТДФ на окисленную форму липоиллизиновых групп с образованием ацетилтиоэфира липоевой кислоты (рис. 6-21).

Стадия III. На стадии III КоА взаимодействует с ацетильным производным Е2, в результате чего образуются ацетил-КоА и полностью восстановленный липоильный остаток, простетическая группа Е2 (рис. 6-23).

Стадия IV. На стадии IV дигидролипоилде-гидрогеназа (Е3) катализирует перенос атомов водорода от восстановленных липоильных групп на FAD - простетическую группу фермента Е3.

Стадия V . На стадии V восстановленный FADH2 передаёт водород на NAD+ с образованием NADH.

Структурное объединение 3 видов ферментов создаёт возможности для координации отдельных этапов сложной ферментативной реакции.

Окислительное декарбоксилирование пирувата сопровождается образованием NADH, поставляющим электроны в дыхательную цепь и обеспечивающим синтез 3 молей АТФ на 1 моль пирувата путём окислительного фосфорилирования.

Так как отношения ДДФ/АТФ и NADH/NAD+ в клетке относительно постоянны, ускорение утилизации АТФ приводит к повышению концентрации АДФ и ускорению окисления NADH в дыхательной цепи. Повышение концентрации NAD+, в свою очередь, стимулирует окислительное декарбоксилирование пирувата.

11) Пируватдегидрогеназный комплекс животных. Строение, коферменты активных центров, тонкий механизм катаболизма. Образование ацетил-КоА из пирувата - необратимый ключевой этап метаболизма. Животные не способны к превращению ацетил-КоА в глюкозу. Активность регулируется:

Ковалентная модификация ПДК осуществляется фосфорилированием и дефосфорилированием. В состав ПДК входят 2 регуляторных субъединицы. Киназа ПДК, фосфорилирует ПДК. Фосфатаза, дефосфорилирует фермент, превращая его в активную форму.

 При повышении концентрации  АДФ ПДК находится в нефосфорилированной активной форме. Этот эффект усиливается в некоторых клетках при повышении концентрации внутриклеточного Са2+, который активирует фосфатазу ПДК.

 Продукты пируватдегидрогеназной реакции (ацетил-КоА и NADH) аллостерически активируют киназу ПДК. Активированная киназа фос-форилирует и инактивирует ПДК.

 Пируват аллостерически активирует нефосфорилированную форму ПДК, действуя согласованно с другими субстратами - NAD+ и КоА. Активация ПДК происходит также под влиянием инсулина. В клетках миокарда ПДК активируется адреналином, однако это влияние адреналина не связано с изменением концентрации цАМФ.

12) Цикл Лимонной кислоты: биологическая роль, последовательность реакций, характеристика ферментов. Цикл лимонной кислоты (цитратный цикл, цикл Кребса, цикл трикарбоновых кислот, ЦТК) - заключительный этап катаболизма, в котором углерод ацетильного остатка ацетил- КоА окисляется до 2 молекул СО2. Атомы водорода, освобождающиеся в окислительно-восстановительных реакциях, доставляются в ЦПЭ при участии NAD- и FAD-зависимых дегидрогеназ, в результате чего происходят синтез воды и окислительное фосфорилирование АДФ.

2.Превращение  цитрата в изоцитрат

Обратимая. Фермент, катализирующий эту реакцию, назван аконитазой по промежуточному продукту, цис-аконитовой кислоте, которая предположительно образуется в реакции. Однако это соединение не обнаруживается в свободном виде, так как не отделяется от активного центра фермента до завершения реакции.

3.Окислительное  декарбоксилирование изоцитрата

Эту реакцию катализирует изоцитратдегидрогеназа. Существуют 2 формы изоцитратдегидрогеназы: одна содержит в качестве коферментa NAD+, вторая - NADP+. NAD-зависимый фермент. Самая медленная реакция цитратного цикла. АДФ - аллостерический активатор фермента.

4. α-кетоглутаратдегидрогеназный  комплекс, он состоит из 3 ферментов: α-кетоглутаратдекарбоксилазы, дигидролипоилтранссукцинилазы и дигидролипоилдегидрогеназы. Кроме того, в этот ферментный комплекс входят 5 коферментов: тиаминдифосфат, кофермент А, липоевая кислота, NAD+ и FAD.

5. Превращение  сукцинил-КоА в сукцинат

Сукцинил-КоА - высокоэнергетическое соединение  ΔG0'= -35,7 кДж/моль. сопряжён с реакцией фосфорилирования гуанозиндифосфата (ГДФ) до гуанозинтрифосфата (ГТФ).

ГТФ + АДФ ↔ ГДФ + АТФ.

6. Дегидрирование  сукцината

 Сукцинат дегидрогеназа прочно связана с внутренней митохондриальной мембраной. Она состоит из 2 субъединиц, одна из которых связана с FAD. Кроме того, обе субъединицы содержат железо-серные центры; одна - Fe2S2, a другая - Fe4S4. В железо-серных центрах атомы железа меняют свою валентность, участвуя в транспорте электронов.

7.Образование  малата из фумарата

 Фумараза - олигомерный белок, состоящий из 4 идентичных полипептидных цепей. Он расположен в матриксе митохондрий. Фумаразу относят к ферментам с абсолютной субстратной специфичностью: она катализирует гидратацию только транс-формы фумарата.

8.Дегидрирование  малата

 В заключительной стадии  цитратного цикла малат дегидрируется с образованием оксалоа-цетата Реакцию катализирует NAD-зависимая малатдегидрогеназа, содержащаяся в матриксе митохондрий.

13) Ключевые реакции лимонной кислоты. Механизмы регуляции скорости цикла лимонной кислоты. Образованием оксалоацетата завершается один оборот цитратного цикла. В одном обороте цикла лимонной кислоты в 2 реакциях декарбоксилирования (превращение изоцитрата в а-кетоглутарат и ос-кетоглутарата в сукцинил-КоА) происходит образование 2 молекул СО2. В 4 реакциях цитратного цикла происходит дегидрирование с образованием восстановленных коферментов: 3 молекул NADH+H+ и 1 молекулы FADH2. B составе сукцинатдегидрогеназы.

Наконец, на один оборот цикла затрачивается 2 молекулы воды: одна - на стадии образования цитрата, вторая - на стадии гидратации фумарата.

В ЦТК важнейшая регуляторная реакция - образование цитрата из оксалоацетата и ацетил-КоА, катализируемая цитратсинтазой. ускоряется при повышении концентрации оксалоацетата - и тормозится продуктом реакции - цитратом. Когда отношение NADH/NAD+ снижается, скорость окисления маната в оксалоацетат возрастает. Повышение концентрации оксалоацетата ускоряет цитратсинтазную реакцию. Скорость реакции снижается при повышении концентрации АТФ, сукцинил-КоА и длинноцепочечных жирных кислот.

 Изоцитратдегидрогеназа, присоединение изоцитрата  увеличивая скорость присоединения субстрата. Увеличение активности изоцитратдегидрогеназы снижает концентрацию цитрата, что, в свою очередь, уменьшает ингибирование цитратсинтазы продуктом реакции. При повышении концентрации NADH активность фермента снижается.

α-Кетоглутаратдегидрогеназный комплекс, не имеет в своём составе регуляторных субъединиц. Главный механизм - ингибирование реакции NADH и сукцинил-КоА.

α-Кетоглутаратдегидрогеназный комплекс, как и Изоцитратдегидрогеназа, активируется Са2+, а при повышении концентрации АТФ скорости обеих реакций снижаются.

14) Анаболитическая функция общего пути катаболизма. Цикл лимонной кислоты - В нём осуществляются окислительные превращения энергетических субстратов до конечных продуктов  СО2 и Н2О и происходит образование субстратов для других метаболических путей

Некоторые промежуточные продукты цикла лимонной кислоты: α-кетоглутарат, сукцинат, оксалоацетат могут использоваться для синтеза заменимых аминокислот

 Реакции, обеспечивающие  пополнение фонда промежуточных  продуктов ЦТК, называются анаплеротическими (пополняющими). Важнейшая из них - реакция синтеза оксалоацетата из пирувата. Эту реакцию катализирует митохондриальный фермент - пируваткарбоксилаза.

 Пируваткарбоксилаза - регуляторный фермент. Если концентрация ацетил-КоА увеличивается, то он действует как аллостерический активатор пируваткарбоксилазы, ускоряя образование оксалоацетата.

Малат и изоцитрат обеспечивают образование около половины общего фонда NADPH, используемого в восстановительных синтезах; вторая половина образуется в пентозофосфатном пути превращения глюкозы.

15) Энергетическая функция ОПК. Гипоэнергетические состояния. Причины развития гипоксии. Энергетическая функция ОПК: итогом цикла Лимонной кислоты является 3НАДН+Н и 1FADH2 на них приходится 11 молекул АТФ, получаемых окислительным фосфорилирование и 1 мол-ла АТФ образуетс путём субстратного фосфорилирования в процессе реакции превращения сукцинилКоА в сукцинат, сопровождающаяся реакцией ГДФ+Pi -> ГТФ. 3 молекулы АТФ приходится на НАДН+Н. Итого получается 15 мол АТФ.

Все живые клетки постоянно нуждаются в АТФ для осуществления различных видов жизнедеятельности.

Состояния, при которых синтез АТФ снижен, объединяют термином "гипоэнергетические". Причинами гипоэнергетических состояний могут быть голодание, гиповитаминозы В1, РР, В2; гипоксия.

 Гипоксия может возникнуть: при недостатке кислорода во  вдыхаемом воздухе; при заболеваниях  лёгких и нарушении лёгочной  вентиляции; при нарушениях кровообращения, вызванных заболеваниями сердца, спазмом и тромбозом сосудов, кровопотерей. Причинами гипоксии  могут быть также наследственные  или приобретенные нарушения  структуры гемоглобина . Частой причиной  гипоэнергетических состояний могут быть нарушения процессов использования кислорода в клетках.

 Причинами этих нарушений  могут быть:

действие ингибиторов и разобщителей в ЦПЭ;

железодефицитные анемии;

снижение уровня гемоглобина и других железосодержащих белков (цитохромов, FeS-белков), в результате чего нарушаются перенос электронов и синтез АТФ;

наследственные дефекты ферментов ЦПЭ и цитратного цикла.

16) Углеводы. Определение. Особенности химического состава и строения углеводов. Классификация углеводов по химической структуре. Углеводы входят в состав живых организмов и вместе с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами определяют специфичность их строения и функционирования. Участвуют во многих метаболических процессах, являются основными поставщиками энергии, структурную роль углеводов, гликопротеины- углеводная составляющая которых повышает их специфичность. Из углеводов в процессе метаболизма образуется большое число органических соединений, которые служат исходными субстратами для синтеза липидов, аминокислот, нуклеотидов. Производные углеводов - глюкурониды - участвуют в детоксикации ксенобиотиков и инактивации веществ эндогенного происхождения.

Моносахариды – простые углеводы, производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу. В зависимости от положения в молекуле карбонильной группы моносахариды подразделяют на альдозы и кетозы.

 Альдозы содержат функциональную альдегидную группу -НС=О, тогда как кетозы содержат кетонную группу >С=О.

Олигосахариды содержат несколько (от двух до десяти) остатков моносахаридов, соединённых гликозидной связью. Дисахариды - наиболее распространённые олигомерные углеводы, встречающиеся в свободной форме, т.е. не связанной с другими соединениями. По химической природе дисахариды представляют собой гликозиды, которые содержат 2 моносахарида, соединённые гликозидной связью в α- или β-конфигурации. В пище содержатся в основном такие дисахариды, как сахароза, лактоза и мальтоза

Структурные различия между полисахаридами определяются:

строением моносахаридов, составляющих цепь;

типом гликозидных связей, соединяющих мономеры в цепи;

последовательностью остатков моносахаридов в цепи.

 В зависимости от  строения остатков моносахаридов  полисахариды можно разделить  на гомополисахариды (все мономеры идентичны) и гетерополисахариды (мономеры различны). Оба типа полисахаридов могут иметь как линейное расположение мономеров, так и разветвлённое.

 В зависимости от  выполняемых ими функций полисахариды  можно разделить на 3 основные  группы:

резервные полисахариды, выполняющие энергетическую функцию.

структурные полисахариды, обеспечивающие клеткам и органам механическую прочность полисахариды, входящие в состав межклеточного матрикса, принимают участие в образовании тканей, а также в пролиферации и дифференцировке клеток.

17) Биологические функции углеводов. Соответствие химической структуры этих соединений выполняемым функциям. Сахароза - растворимый дисахарид со сладким вкусом. Источником сахарозы служат растения, особенно сахарная свёкла, сахарный тростник. Последнее объясняет возникновение тривиального названия сахарозы - "тростниковый сахар".

Лактоза - молочный сахар; важнейший дисахарид молока млекопитающих. В коровьем молоке содержится до 5% лактозы, в женском молоке - до 8%. В лактозе аномерная ОН-группа первого углеродного атома остатка D-галактозы связана β-гликозидной связью с четвёртым углеродным атомом D-глюкозы (β-1,4-связь). Поскольку аномерный атом углерода остатка глюкозы не участвует в образовании гликозидной связи, следовательно, лактоза относится к восстанавливающим сахарам.

Мальтоза поступает с продуктами, содержащими частично гидролизованный крахмал, например, солод, пиво. Мальтоза также образуется при расщеплении крахмала в кишечнике. Мальтоза состоит из двух остатков D-глюкозы, соединённых α-1,4-гликозидной связью.

Изомальтоза - промежуточный продукт, образующийся при расщеплении крахмала в кишечнике. Состоит из двух остатков D-глюкозы, но соединены эти моносахариды α-1,6-гликозидной связью.

Крахмал - наиболее важный углеводный компонент пищевого рациона. Это резервный полисахарид растений, содержащийся в наибольшем количестве (до 45% от массы сухого вещества) в зёрнах злаков (пшеница, кукуруза, рис и др.), а также луковицах, стеблях и клубнях растений (в картофеле примерно 65%). 

Целлюлоза (клетчатка) - основной структурный полисахарид растений. Это самое распространённое органическое соединение на земле. Доля целлюлозы в клеточных стенках растений составляет 40-50%. Целлюлоза имеет молекулярную массу порядка 106 Д, длина молекулы может доходить до 6-8 мкм. линейный полисахарид гомогликан, построенный из остатков глюкозы, соединённых между собой β-1,4-гликозидными связями. Пищеварительная система человека не имеет ферментов, гидролизующих β-связи в полисахаридах. Поэтому целлюлоза - неиспользуемый углевод, но этот пищевой компонент необходим для нормального протекания переваривания.

Гликоген - полисахарид животных и человека. Так же, как крахмал в растениях, гликоген в клетках животных выполняет резервную функцию, но, так как в пище содержится лишь небольшое количество гликогена, он не имеет пищевого значения.

18) Переваривание и всасывание углеводов в желудочно-кишечном тракте человека. Ферменты, принимающие участие в этих процессах. В ротовой полости  слюна на 99% состоит из воды и обычно имеет рН 6,8 присутствует гидролитический фермент α-амилаза (α-1,4-гликозидаза)

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

Сахаразо-изомальтазный комплекс гидролизует сахарозу и изомальтозу, расщепляя α-1,2- и α-1,6-гликозидные связи. Кроме того, оба ферментных домена имеют мальтазную и мальтотриазную активности, гидролизуя α-1,4-гликозидные связи в мальтозе и мальтотриозе

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

β-Гликозидазный комплекс (лактаза)Лактаза расщепляет β-1,4-гликозидные связи между галактозой и глюкозой в лактозе

Трегалаза - также гликозидазный комплекс, гидролизующий связи между мономерами в тре-галозе - дисахариде, содержащемся в грибах. Трегалоза состоит из двух глюкозных остатков, связанных гликозидной связью между первыми аномерными атомами углерода.

19) Синтез гликогена в тканях. Ферменты участвующие в этих процессах, лимитирующие стадии . Особенности строения ферментов. Регуляция процесса.

является эндергоническим, т.е. требующим затрат энергии

Синтез гликогена. 1 - глюкокиназа или гексокиназа; 2 - фосфоглюкомутаза; 3 - УДФ-глюкрпирофосфорилаза; 4 - гликогенсинтаза (глюкозилтрансфераза); 5 - фермент "ветвления" (амило-1,4 → 1,6-глюкозилтрансфераза), светлые и заштрихованные кружки - глюкозные остатки, закрашенные кружки - глюкозные остатки в точке ветвления.

гликоген в клетке никогда не расщепляется полностью, синтез гликогена осуществляется путём удлинения уже имеющейся молекулы полисахарида, называемой "затравка", или "праймер".

20) Распад гликогена в тканях. Регуляция процесса. Особенности запасания и мобилизации глюкозы в печени и скелетной мускулатуре. Сопряжённость этих процессов с питанием и физическими нагрузками.

В рамке - фрагмент гликогена с точкой ветвления. Закрашенный кружок - глюкозный остаток, связанный α-1,6-гликозидной связью; светлые и заштрихованные кружки - глюкозные остатки в линейных участках и боковых ветвях, связанные α-1,4-гликозидной связью. 1 - Гликогенфосфорилаза; 2 - олигосахаридтрансфераза; 3 - α-1,6-глюкозидаза.

Происходят в ответ на повышение потребности организма в глюкозе. Гликоген печени распадается в основном в интервалах между приёмами пищи, кроме того, этот процесс в печени и мышцах ускоряется во время физической работы.

В рамке - фрагмент гликогена с точкой ветвления. Закрашенный кружок - глюкозный остаток, связанный α-1,6-гликозидной связью; светлые и заштрихованные кружки - глюкозные остатки в линейных участках и боковых ветвях, связанные α-1,4-гликозидной связью. 1 - Гликогенфосфорилаза; 2 - олигосахаридтрансфераза; 3 - α-1,6-глюкозидаза.

Происходят в ответ на повышение потребности организма в глюкозе. Гликоген печени распадается в основном в интервалах между приёмами пищи, кроме того, этот процесс в печени и мышцах ускоряется во время физической работы.

21) Гликолиз. Химические реакции и ферменты.

22) Анаэробное окисление глюкозы. Энергетический эффект. Гликолитичекая оксидоредукция. Субстратное фосфорилирование. Возможность протекания  анаэробного окисления в тканях человека. Биологическое значение процесса.

1 моль глюкозы без участия  митохондриальной дыхательной цепи сопровождается синтезом 2 моль АТФ и 2 моль лактата. АТФ образуется за счёт 2 реакций субстратного фосфорилирования.

В условиях интенсивной мышечной работы бывают ситуации, когда в клетку  не успевает поступать кислород. При этом распад углеводов временно протекает в анаэробных условиях.

Возникает сопряжение между двумя реакциями, которое называется гликолитическая оксидоредукция:

 Реакции гликолитической оксидоредукции полностью обратимы. В отсутствие кислорода сколько НАДН2 образуется на 6-й стадии, столько же НАДН2 и отдаст свой водород на ПВК.

23) Ключевые реакции гликолиза, механизмы регуляции скорости их протекания. Основные аллостерические регуляторы. 1.Из глюкозы получают глюкозо-6-фотсфат под действием фермента гексокиназы, ингибиромом которого являемся фруктозо-6 фосфат, с затратой энергии, реакция необратима!

2.Из глюкозо-6-фосфата получают  фруктозо-6 – фосфат, под действием  глюкозо-6-фосфатизомеразы

3.Из фруктозо-6 – фосфата  получают фруктозо-1,6-фосфат под  действием фосфофруктокиназы, которая активируется АМФ, ингибируется АТФ, с затратой энергии, реакция необратима!

4.Из фруктозо-1,6-фосфат  получают диоксиацетонфосфат и глицеральдегид-3-фосфат под действием альдолазы

5. Из диоксиацетонфосфата получают глицеральдегид-3-фосфат под действием триозофосфатизомеразы

6. Из глицеральдегид-3-фосфата  получают 1,3-дифосфоглицерат под  действием глицероальдегидофосфатдегидрогеназы, сопровождается регенерацией НАД+ до НАДН

7. Из 1,3-дифосфоглицерата  получают 3-фосфоглицерат под действием  фосфоглицераткиназы с затратой энергии

8. Из 3-фосфоглицерата получают 2-фосфоглицерат под действием  фермента фосфоглицератмутаза, имеющем регуляторный фермент 2,3БФГ

9. Из 2-фосфоглицерата получают  фософенолпируват под действием эналазы с образованием воды

10. Из фосфоенолпирувата образуется пируват под действием пируват киназы с образованием АТФ, реакция необратима!

24)Аэробный распад глюкозы. Локализация основных этапов.

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.

Подготовительный этап, в ходе которого глюкоза фосфорилируется и расщепляется на две молекулы фосфотриоз. Эта серия реакций протекает с использованием 2 молекул АТФ.

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.

25) Глюконеогенез, определение. Альтернативные реакции гликолиза. Биологическое значение процесса. 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.

гликолиз протекает в цитозоле, а часть реакций глюконеогенеза происходит в митохондриях.

Суммарный результат глюконеогенеза из пирувата выражается следующим уравнением: 
2 Пируват + 4 АТФ + 2 ГТФ + 2 (NADH + Н+)+ 4 Н20 → Глюкоза + 4 АДФ + 2 ГДФ + 6 H3PO4 + 2 NAD+

Суммарный результат глюконеогенеза из пирувата выражается следующим уравнением: 
2 Пируват + 4 АТФ + 2 ГТФ + 2 (NADH + Н+)+ 4 Н20 → Глюкоза + 4 АДФ + 2 ГДФ + 6 H3PO4 + 2 NAD+

26) Аллостерическая регуляция гликолиза и глюконеогеза в печени. Субстратные циклы. Аллостерическая регуляция скорости гликолиза, зависимая от изменения соотношения АТФ/АДФ, направлена на изменение скорости использования глюкозы непосредственно клетками печени. Глюкоза в клетках печени используется не только для синтеза гликогена и жиров, но также и как источник энергии для синтеза АТФ. Основными потребителями АТФ в гепатоцитах являются процессы трансмембранного переноса веществ, синтез белков, гликогена, жиров, глюконеогенез. От скорости утилизации АТФ в этих процессах зависит скорость его синтеза. АТФ, АДФ и АМФ, а также NAD+ и NADH служат аллостерическими эффекторами некоторых гликолитических ферментов и ферментов глюконеогенеза. В частности, АМФ активирует фосфофруктокиназу и ингибирует фруктозо-1,6-бисфосфатазу. АТФ и NADH ингибируют пируваткиназу, а АДФ активирует пируваткарбоксилазу. Следовательно, при усилении расходования АТФ и снижении его концентрации с одновременным увеличением концентрации АМФ, активируется гликолиз и образование АТФ, а глюконеогенез при этом замедляется. Кроме того, от соотношения АТФ/АДФ, АМФ и NAD/ NADH зависит скорость реакций общего пути катаболизма 

По сравнению с другими органами печень отличается наиболее сложным обменом глюкозы. Кроме пары противоположных процессов (синтеза и распада гликогена), в печени могут происходить ещё два противоположно направленных процесса - гликолиз и глюконеогенез. В большинстве других органов происходит только гликолиз. Переключение печени с гликолиза на глюконеогенез и обратно происходит с участием инсулина и глюкозагона и осуществляется с помощью:

аллостерической регуляции активности ферментов;

ковалентной модификации ферментов путём фосфорилирования/дефосфорилирования;

индукции/репрессии синтеза ключевых ферментов.

Регуляторные воздействия направлены на ферменты, катализирующие необратимые стадии гликолиза и глюконеогенеза, сочетание которых называют "субстратными", или "холостыми" циклами.

"Субстратные" циклы - парные комбинации процессов синтеза и распада метаболитов.

Изменение в печени гликолитического направления на глюконеогенез и обратно при смене абсорбтивного состояния на постабсорбтивное или при голодании происходит главным образом в результате регуляции активности ферментов, катализирующих реакции субстратных циклов. Эти циклы обозначены цифрами I, II, III на рис. 7-54, представляющем общую картину регуляции гликолиза и глюконеогенеза в печени.

Направление реакции первого субстратного цикла регулируется главным образом концентрацией глюкозы. При пищеварении концентрация глюкозы в крови повышается (до 8-10 ммоль/л). Активность глюкокиназы в этих условиях максимальна. Вследствие этого ускоряется гликолитическая реакция образования глюкозо-6-фосфата.

Направление реакций второго субстратного цикла зависит от активности фосфофруктокиназы и фосфатазы фруктозо-1,6-бисфосфата. Активность этих ферментов зависит от концентрации фруктозо-2,6-бисфосфата. Киназную и фосфатазную реакции катализируют разные активные центры БИФ. Один из активных центров ингибирован. фруктозо-2,6-бисфосфата активирует фос-фофруктокиназу ,снижает ингибирующее действие АТФ и повышает его сродство к фруктозо-6-фосфату, ингибирует фруктозо-1,6-бисфосфатазу ,в абсорбтивном периоде уровень фруктозо-2,6-бисфосфата повышается, что приводит к активации фосфофруктокиназы и ускорению гликолиза.

В регуляции третьего субстратного цикла основная роль принадлежит пируваткиназе, фосфорилированная форма которой неактивна, а дефосфорилированная - активна

27) Гормональная регуляция гликолиза, глюконеогенеза и обмена гликогена. Взаимосвязь с ритмом питания. Инсулин - белковый гормон, синтезируется и секретируется в кровь р-клетками островков Лангерханса поджелудочной железы, β-клетки чувствительны к изменениям содержания глюкозы в крови и секретируют инсулин в ответ на повышение её содержания после приёма пищи. Транспортный белок (ГЛЮТ-2), обеспечивающий поступление глюкозы в β-клетки, отличается низким сродством к ней.

Глюкагон - "гормон голода", вырабатываемый α-клетками поджелудочной железы в ответ на снижение уровня глюкозы в крови. По химической природе глюкагон - пептид.

Адреналин выделяется из клеток мозгового вещества надпочечников в ответ на сишалы нервной системы, идущие из мозга при возникновении экстремальных ситуаций (например, бегство или борьба), требующих внезапной мышечной деятельности. Адреналин является сигналом "тревоги". Он должен мгновенно обеспечить мышцы и мозг источником энергии.

28) Пути образования и утилизации лактата в печени и мышцах. Лактатдегидрогеназа. Цикл Кори. 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" (рис. 7-50). 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 СО2 и Н2О. Энергия окисления может использоваться для синтеза АТФ, необходимого для реакций глюконеогенеза.

29) Пентозофосфатный путь превращения глюкозы. Биологическая функция. Схема процесса лимитирующая реакция. Окислительный и неокислительный этапы, Обратимость неокислительной стадии.

Пентозофосфатный путь, называемый также гексомонофосфатным шунтом, служит альтернативным путём окисления глюкозо-6-фосфата. Пентозофосфатный путь состоит из 2 фаз (частей) - окислительной и неокислительной.

В окислительной фазе глюкозо-6-фосфат необратимо окисляется в пентозу - рибулозо-5-фосфат, и образуется восстановленный NADPH.

В неокислительной фазе рибулозо-5-фосфат обратимо превращается в рибозо-5-фосфат и метаболиты гликолиза.

Пентозофосфатный путь обеспечивает клетки рибозой для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов и гидрированным ко-ферментом NADPH, который используется в восстановительных процессах.

Суммарное уравнение пентозофосфатного пути выражается следующим образом:

3 Глюкозо-6-фосфат + 6 NADP+ → 3 СО2 + 6 (NADPH + Н+) + 2 Фруктозо-6-фосфат + Глицеральдегид- 3 -фосфат.

Ферменты пентозофосфатного пути, так же, как и ферменты гликолиза, локализованы в цитозоле.

Наиболее активно Пентозофосфатный путь протекает в жировой ткани, печени, коре надпочечников, эритроцитах, молочной железе в период лактации, семенниках.

Окислительный этап: Первая реакция дегидрирования - превращение глюкозо-6-фосфата в глюконолактон-6-фосфат - катализируется МАDР+-зависимой глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой и сопровождается окислением альдегидной группы у первого атома углерода и образованием одной молекулы восстановленного кофермента NADPH. Фермент 6-фосфоглюконатдегидрогеназа катализирует вторую реакцию дегидрирования окислительной части, в ходе которой происходит также и декарбоксилирование. При этом углеродная цепь укорачивается на один атом углерода, образуется рибулозо-5-фосфат и вторая молекула гидрированного NADPH.

Неокислительный этап пентозофосфатного пути включает серию обратимых реакций, в результате которых рибулозо-5-фосфат превращается в рибозо-5-фосфат и ксилулозо-5-фосфат, и далее за счёт переноса углеродных фрагментов в метаболиты гликолиза - фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат.

30)Нарушение углеводного обмена. Гипо- и гепергликемия. Инсулин и углеводный обмен, сахарный диабет. Гипергликемия – это медицинский термин, который применяют для обозначения высокого содержания сахара в крови. Уровень сахара в норме регулирует гормон инсулин. При сахарном диабете инсулин не вырабатывается в должном количестве. А значит, поддержание уровня сахара в крови в пределах нормы является основной задачей лечения. Гипергликемию у диабетиков может вызвать чрезмерное и неправильное питание, недостаточная физическая нагрузка, пропуск очередного введения инсулина или приема сахароснижающих препаратов, стресс, инфекционные заболевания и даже менструации. Гипогликемия – это медицинский термин, который означает низкий уровень сахара в крови. Это состояние возникает только у больных, получающих сахароснижающие препараты (инсулин или сахароснижающие таблетки), и является осложнением не заболевания, а лечения.  
Причины снижения сахара в крови могут быть самые разные: пропуск приема пищи, чрезмерная физическая нагрузка, прием алкоголя, стрессовая ситуация и т.д.

Сахарный диабет.

Пищевые продукты содержат различные типы углеводов. Некоторые из них, такие как глюкоза, состоят из одного шестичленного гетероциклического углеводного кольца и всасываются в кишечнике без изменений. Другие, такие как сахароза (дисахарид) или крахмал (полисахарид), состоят из двух или более связанных между собой пятичленных или шестичленных гетероциклов. Эти вещества подвергаются расщеплению под действием различных ферментов желудочно-кишечного тракта до молекул глюкозы и других простых сахаров, и, в конечном счёте, также всасываются в кровь. Помимо глюкозы в кровь поступают и такие простые молекулы, как фруктоза, которые в печени превращаются в глюкозу. Таким образом, глюкоза является основным углеводом крови и всего организма. Ей принадлежит исключительная роль в обмене веществ организма человека: она является основным и универсальным источником энергии для всего организма. Многие органы и ткани (например, мозг) могут использовать в качестве источника энергии только глюкозу.[13]

Основную роль в регуляции углеводного обмена организма играет гормон поджелудочной железы — инсулин. Он представляет собой белок, синтезируемый в β-клетках островков Лангерганса (скопление эндокринных клеток в ткани поджелудочной железы) и призван стимулировать переработку глюкозы клетками. Почти все ткани и органы (например, печень, мышцы, жировая ткань) способны перерабатывать глюкозу только в его присутствии. Эти ткани и органы называются инсулинзависимыми. Другие ткани и органы, например мозг, не нуждаются в инсулине для того, чтобы перерабатывать глюкозу, и потому называются инсулиннезависимыми.[14]

Непереработанная глюкоза депонируется (запасается) в печени и мышцах в виде полисахарида гликогена, который в дальнейшем может быть снова превращён в глюкозу. Но для того, чтобы превратить глюкозу в гликоген, тоже нужен инсулин.

В норме содержание глюкозы в крови колеблется в достаточно узких пределах: от 70 до 110 мг/дл (миллиграмм на децилитр) (3,3—5,5 ммоль/л) утром после сна и от 120 до 140 мг/дл после еды. Это происходит благодаря тому, что поджелудочная железа производит тем больше инсулина, чем выше уровень глюкозы в крови.

При недостаточности инсулина (сахарный диабет 1-го типа) или нарушении механизма взаимодействия инсулина с клетками организма (сахарный диабет 2-го типа)глюкоза накапливается в крови в больших количествах (гипергликемия), а клетки организма (за исключением инсулиннезависимых органов) лишаются основного источника энергии.