הטמעת חלבונים, שומנים, פחמימות. עומס גליקמי. ביוכימיה של תזונה ועיכול. עיכול וספיגה של חלבונים, שומנים, פחמימות

יש המאמינים שפחמימות, שומנים וחלבונים תמיד נספגים לחלוטין בגוף. אנשים רבים חושבים שבכלל כל הקלוריות הקיימות בצלחת שלהם (וכמובן, מחושבות) ייכנסו לזרם הדם וישאירו את חותמן על הגוף. למעשה, הכל שונה. הבה נבחן את הספיגה של כל אחד מהמאקרו-נוטריינטים בנפרד.

עיכול (הטמעה)- זהו שילוב של תהליכים מכניים וביוכימיים, שבגללם המזון שנספג באדם הופך לחומרים הנחוצים לתפקוד הגוף.

תהליך העיכול מתחיל בדרך כלל כבר בפה, ולאחר מכן המזון הלעוס נכנס לקיבה, שם הוא עובר טיפולים ביוכימיים שונים (בשלב זה מעבדים בעיקר חלבון). התהליך ממשיך פנימה מעי דקשם, בהשפעת אנזימי מזון שונים, פחמימות מומרות לגלוקוז, שומנים מתפרקים לחומצות שומן ומונוגליצרידים, וחלבונים לחומצות אמינו. כל החומרים הללו, הנספגים דרך דפנות המעי, נכנסים לזרם הדם ונושאים בכל הגוף.

ספיגת מאקרונוטריינטים

ספיגת מקרו-נוטריינטים אינה נמשכת שעות ואינה נמתחת לאורך כל 6.5 המטרים מעי דק. הטמעה של פחמימות ושומנים ב-80% וחלבונים ב-50% מתבצעת במהלך 70 הסנטימטרים הראשונים של המעי הדק.

עיכול פחמימות

הַטמָעָה סוגים שונים קורה אחרת כי יש להם שונה מבנה כימי . כדי לדמיין את ההבדל הזה ואת עקרונות העיכול, הצעדים העיקריים עבור פשוט ו פחמימות מורכבותמוצג באינפוגרפיקה למטה.

כיצד ומדוע קצב הספיגה של פחמימות שונות שונה?

גָבוֹהַ אינדקס הגליקמימשמעות המוצר היא שכתוצאה מהעיכול שלו, העלייה ברמות הגלוקוז בדם תהיה משמעותית. קצרהאינדקס הגליקמי של מוצר מצביע על כך שספיגתו בגוף לא תשנה משמעותית את תכולת הגלוקוז בדם.

דיאטה המבוססת על מזונות דלי GI יעילה ביותר עבור אנשים עם סוכרת.

על מנת לקבוע את האינדקס הגליקמי של מזון, נלקחת מנה המכילה 50 גרם או 25 גרם פחמימה ניתנת לעיכול (כלומר, כל הפחמימות הבלתי ניתנות לעיכול במוצר מופחתות). מוצרים אלו מוצעים בדרך כלל לקבוצה של 8-10 אנשים שלא אכלו מאתמול (כלומר שמרו צום לילה). מדידות של רמות הסוכר בדם (בשיטת מקל אצבע) מתבצעות במרווחים של 15-30 דקות למשך שעתיים.

תוצאות המדידה מאפשרות לשחזר את הגרף (ראה תמונה), שבו כל השטח מתחת לעקומה המתקבלת משקף את העלייה הכוללת ברמות הסוכר בדם. ערך זה מחולק במספר המתקבל מהתקן (גלוקוז או לחם לבן) ומוכפל ב-100 כדי לקבל אחוז.

בגרף ניתן לראות כיצד המוצרים עם משמעות שונה GIs משנים את רמת הגלוקוז (גליקמיה) בדם לאחר צריכה. לארוחת בוקר עם אינדקס גליקמי גבוה יש עלייה גבוהה ברמות הגלוקוז, בעוד שלארוחת בוקר עם GI נמוך יש עקומה שטוחה יותר.

חשוב לציין כי שיא הגליקמיה מתרחש בערך באותו זמן עבור כל סוגי הפחמימות, ללא קשר אם ההרכב המולקולרי שלהן מורכב או פשוט.

בדרך זו, מושגים פופולריים של מהיר ו פחמימות איטיותאינם נכונים.מחקרים רבים הראו כי בתיאוריה המקורית, קצב כניסת הגלוקוז לזרם הדם היה בטעות כקצב העיכול, שאכן שונה עבור פחמימות שונות.

במהלך שלושת העשורים האחרונים, חוקרים מדדו את האינדקס הגליקמי של כמה אלפי מזונות.

חשוב להבין זאתאינדקס גליקמי אינו ערך קבוע . ערכו תלוי במספר פרמטרים: מקור, מגוון ומגוון המוצר (לדגנים, פירות), דרגת הבשלה (לפירות), טיפול תרמי והידרותרמי, סוג עיבוד המוצר (ריסוק, טחינה לקמח), כמו גם כן מאפיינים אישייםגוף כל אדם וגורמים נוספים.

אינדקס הגליקמי מוצרים מסוימיםעשוי להיות תלוי גם במה משתמשים במוצרים אלה. שמן זיתאו משהו חומצי כמו חומץ או מיץ לימון, יכול להאט את הפיכת העמילן לסוכר ובכך להוריד את האינדקס הגליקמי.

זה לא הגיוני להסתכל רק על פרמטר אחד - יש צורך לשקול את התמונה בצורה מורכבת.

"למזונות מסוימים (כמו גזר, אבטיח) יש GI גבוה, אבל ההגשה הסטנדרטית שלהם מכילה כל כך מעט פחמימות שההשפעה על רמות הסוכר בדם היא זניחה. אחרים (למשל. סודה מתוקה) בעלי GI מתון מכיוון שהם מכילים כמות נכבדת של פרוקטוז, שיש לו השפעה מינורית יחסית על רמות הסוכר בדם. אבל הם יכולים גם להיות גבוהים בגלוקוז, מה שמעלה את רמות הסוכר בדם", מזהיר ד"ר פרנק הו, פרופסור לתזונה ואפידמיולוגיה בבית הספר לבריאות הציבור של הרווארד.

בנוסף ל-GI לוויסות רמות הגלוקוז בדם, התזונאים התבקשו גם לקחת בחשבוןעומס גליקמי של מוצרים (GL).

עומס גליקמי (GL) לוקח בחשבון גם את ה-GI של מזון וגם את כמות הפחמימות שבו. זה לא נדיר שלמזונות בעלי GI גבוה יש GL נמוך.נוסחה לחישוב GN:

דוגמא:

• קישואים מוכן (GI=75). GN \u003d 75 * 4.9 / 100 \u003d 3.68.
• בייגל חיטה (GI=72). GN \u003d 72 * 58.5 / 100 \u003d 42.12.

סולם רמות GN:

• GN≤10- רמה מינימלית;
• GN = 11-19- רמה בינונית;
• GN ≥20- מוגבה.

בְּ השנים האחרונותבקהילה המדעית הייתה דעה לגבי הצורך לשנות את הערכת ה-GI.

מחקרים מראים ש-GI ו-GL אינם קריטריונים אמינים מספיק לבחירת מזונות המכילים פחמימות, מכיוון שהם אינם מאפשרים דיוק גבוה לייעל את רמות הגלוקוז בעת גיבוש דיאטה.

אינדקס גליקמי של מזונות וירידה במשקל

ישנן עדויות מדעיות רבות לכך שדיאטות GI נמוך יכולות להשפיע לטובה על ירידה במשקל.ישנם מנגנונים ביוכימיים רבים המעורבים בכך, אך נציין את הרלוונטיים ביותר עבורנו:

1. מזונות בעלי GI נמוך גורמים לך להרגיש מלא יותר ממזונות בעלי GI גבוה.
2. לאחר אכילת מזונות בעלי GI גבוה עולות רמות האינסולין, מה שממריץ את ספיגת הגלוקוז והשומנים לשרירים, לתאי שומן ולכבד, ובו זמנית עוצר את פירוק השומנים. כתוצאה מכך, רמות הגלוקוז ו חומצות שומןבדם נופל, וזה מעורר רעב וארוחה חדשה.
3. מזונות עם GIs שונים משפיעים על פירוק השומנים בדרכים שונות במהלך מנוחה ובמהלך אימוני ספורט. גלוקוז ממזונות בעלי GI נמוך אינו מופקד באותה פעילה בגליקוגן, אך במהלך האימון, הגליקוגן אינו נשרף באופן פעיל, מה שמעיד על שימוש מוגבר בשומנים למטרה זו.

מדוע העדפת חיטה מלאה על פני קמח חיטה?

• ככל שהמוצר טחון דק יותר (הכוונה בעיקר לדגנים), כך ה-GI של המוצר גבוה יותר.

הבדל בין קמח חיטה(GI 85) וחיטה (GI 15) נופלים תחת שני הקריטריונים הללו. זה אומר, שרמת הגלוקוז בדם לאחר אכילת קמח עולה בצורה חדה יותר מאשר לאחר אכילת דגנים מלאים, כמו בולגור או כוסמין.

מדוע אנו ממליצים על סלק וירקות אחרים עם GI גבוה?

• ככל שהמזון מכיל יותר סיבים, כך ה-GI שלו נמוך יותר.
• כמות הפחמימות במוצר חשובה לא פחות מה-GI.

סלק - זה מקור לפחמימותעם עוד תוכן גבוהסיבים מאשר קמח. למרות שיש לו אינדקס גליקמי גבוה, יש לו תוכן נמוךפחמימות, כלומר עומס גליקמי נמוך יותר. במקרה הזה, למרות העובדה שיש לו GI זהה לזה של מוצר דגנים, כמות הגלוקוז שנכנסת לדם תהיה הרבה פחות.כאשר אנו משווים יבולים שלמים לגידולים מעובדים, חשוב לא לשכוח את כל המיקרו והפיטונוטריינטים הקיימים ב מוצרים טבעייםואשר לא מתקבלים בצורה תעשייתית.

10.3.1 האתר העיקרי של עיכול שומנים הוא החלק העליוןמעי דק. נחוץ לעיכול שומנים התנאים הבאים: נוכחות של אנזימים ליפוליטים; תנאים לאמולסיפיקציה של שומנים; · ערכי pH אופטימליים של המדיום (בתוך 5.5 - 7.5). 10.3.2 אנזימים שונים מעורבים בפירוק שומנים. שומנים תזונתייםאצל מבוגר, הם מפוצלים בעיקר על ידי ליפאז לבלב; ליפאז נמצא גם במיץ המעיים, ברוק; אצל תינוקות, ליפאז פעיל בקיבה. ליפאזות שייכים לקבוצת ההידרולאזות, הם מייצרים קשרי אסטר -O-CO- עם יצירת חומצות שומן חופשיות, דיאצילגליצרולים, מונואצילגליצרולים, גליצרול (איור 10.3). איור 10.3. תרשים של הידרוליזה של שומן. גליצרופוספוליפידים הנבלעים עם מזון נחשפים להידרולאזות ספציפיות - פוספוליפאזות, אשר מבקעות קשרי אסטר בין מרכיבי הפוספוליפידים. הספציפיות של הפעולה של פוספוליפאזות מוצגת באיור 10.4. איור 10.4. הספציפיות של הפעולה של אנזימים המפרקים פוספוליפידים. תוצרי הידרוליזה של פוספוליפידים הם חומצות שומן, גליצרול, פוספט אנאורגני, בסיסים חנקן (כולין, אתנולמין, סרין). אסטרים של כולסטרול תזונתיים עוברים הידרוליזה על ידי כולסטרול אסטראז בלבלב ליצירת כולסטרול וחומצות שומן. 10.3.3 הבן את תכונות המבנה חומצות מרהותפקידם בעיכול השומן. חומצות מרה - מוצר סופיחילוף החומרים של כולסטרול, נוצרים בכבד. אלה כוללים: חומצות כוליות (3,7,12-טריאוקסיכולניות), כנודיאוקסיכוליות (3,7-דיאוקסיכולניות) ודאוקסיכוליות (3,12-דיאוקסיכולניות) (איור 10.5, א). שתי הראשונות הן חומצות מרה ראשוניות (הנוצרות ישירות בהפטוציטים), דאוקסיכוליות - משניות (כיוון שהיא נוצרת מחומצות מרה ראשוניות בהשפעת המיקרופלורה של המעיים). במרה, חומצות אלו קיימות בצורה מצומדת, כלומר. בצורה של תרכובות עם גליצין H2N-CH2-COOH או טאורין H2N-CH2-CH2-SO3H (איור 10.5, ב). איור 10.5. המבנה של חומצות מרה לא מצומדות (א) ו-מצומדות (ב). 15.1.4 לחומצות מרה תכונות אמפיפיליות: קבוצות הידרוקסיל ושרשרת הצד הינן הידרופיליות, המבנה המחזורי הידרופובי. תכונות אלו קובעות את השתתפותן של חומצות מרה בעיכול שומנים: 1) חומצות מרה מסוגלות לחלב שומנים, המולקולות שלהן נספגות על פני השטח של טיפות שומן עם חלקן הלא קוטבי, בעוד שקבוצות הידרופיליות מקיימות אינטראקציה עם המדיום המימי שמסביב. כתוצאה מכך, מתח הפנים בממשק שבין השלב השומני והמימי יורד, וכתוצאה מכך נשברות טיפות שומן גדולות לקטנות יותר; 2) חומצות מרה, יחד עם קוליפאז מרה, מעורבות בהפעלה של ליפאז לבלב, ומעבירות את ה-pH האופטימלי שלו לצד החומצה; 3) חומצות מרה יוצרות קומפלקסים מסיסים במים עם תוצרים הידרופוביים של עיכול שומן, התורמים לספיגתן בדופן המעי הדק. חומצות מרה, החודרות בתהליך הספיגה יחד עם תוצרי הידרוליזה לאנטרוציטים, דרך מערכת פורטללהיכנס לכבד. חומצות אלו יכולות להיות מופרשות מחדש במרה למעי ולהשתתף בתהליכי העיכול והספיגה. ניתן לבצע זרימת דם אנטרוהפטית כזו של חומצות מרה עד 10 פעמים או יותר ביום. 15.1.5 תכונות הספיגה של מוצרי הידרוליזה של שומן במעי מוצגות באיור 10.6. בתהליך העיכול של טריאצילגליצרולים במזון, כ-1/3 מהם מתפצלים לחלוטין לגליצרול וחומצות שומן חופשיות, כ-2/3 עוברים הידרוליזה חלקית ליצירת מונו-ודיאצילגליצרולים, חלק קטן אינו מבוקע כלל. גליצרול וחומצות שומן חופשיות באורך שרשרת של עד 12 אטומי פחמן מסיסים במים וחודרים לאנטרוציטים, ומשם דרך וריד השער לכבד. חומצות שומן ארוכות יותר ומונו-אצילגליצרולים נספגים בהשתתפות חומצות מרה מצומדות היוצרות מיצלות. נראה כי שומנים לא מעוכלים נספגים על ידי תאי רירית המעי על ידי פינוציטוזיס. כולסטרול בלתי מסיס במים, כמו חומצות שומן, נספג במעי בנוכחות חומצות מרה. איור 10.6. עיכול וספיגה של אצילגליצרולים וחומצות שומן.

10.3.1. האתר העיקרי של עיכול שומנים הוא המעי הדק העליון. התנאים הבאים נחוצים לעיכול שומנים:

• נוכחות של אנזימים ליפוליטים;
• תנאים לאמולסיפיקציה של שומנים;
• ערכי pH אופטימליים של המדיום (בתוך 5.5 - 7.5).

10.3.2. אנזימים שונים מעורבים בפירוק שומנים. שומנים תזונתיים אצל מבוגר מתפרקים בעיקר על ידי ליפאז לבלב; ליפאז נמצא גם במיץ המעיים, ברוק; אצל תינוקות, ליפאז פעיל בקיבה. ליפאזות שייכים לקבוצת ההידרולאזות, הם מייצרים קשרי אסטר -O-CO-עם היווצרות חומצות שומן חופשיות, דיאצילגליצרולים, מונואצילגליצרולים, גליצרול (איור 10.3).

איור 10.3.תרשים של הידרוליזה של שומן.

גליצרופוספוליפידים תזונתיים נחשפים להידרולאזים ספציפיים - פוספוליפאזות המבקעות קשרי אסטר בין מרכיבי הפוספוליפידים. הספציפיות של הפעולה של פוספוליפאזות מוצגת באיור 10.4.

איור 10.4.הספציפיות של הפעולה של אנזימים המפרקים פוספוליפידים.

תוצרי הידרוליזה של פוספוליפידים הם חומצות שומן, גליצרול, פוספט אנאורגני, בסיסים חנקן (כולין, אתנולמין, סרין).

אסטרים של כולסטרול תזונתיים עוברים הידרוליזה על ידי כולסטרול אסטראז בלבלב ליצירת כולסטרול וחומצות שומן.

10.3.3. להבין את המאפיינים המבניים של חומצות מרה ותפקידן בעיכול שומנים. חומצות מרה הן התוצר הסופי של חילוף החומרים של כולסטרול ומיוצרות בכבד. אלה כוללים: חומצות כוליות (3,7,12-טריאוקסיכולניות), כנודיאוקסיכוליות (3,7-דיאוקסיכולניות) ודאוקסיכוליות (3,12-דיאוקסיכולניות) (איור 10.5, א). שתי הראשונות הן חומצות מרה ראשוניות (הנוצרות ישירות בהפטוציטים), דאוקסיכוליות - משניות (כיוון שהיא נוצרת מחומצות מרה ראשוניות בהשפעת המיקרופלורה של המעיים).

במרה, חומצות אלו קיימות בצורה מצומדת, כלומר. בצורה של תרכובות עם גליצין H2נ-CH2 -COOHאו טאורין H2נ-CH2 -CH2 -SO3H(איור 10.5, ב).

איור 10.5.המבנה של חומצות מרה לא מצומדות (א) ו-מצומדות (ב).

15.1.4. לחומצות מרה יש אמפיפיליתמאפיינים: קבוצות הידרוקסיל ושרשרת צד הינם הידרופיליים, המבנה המחזורי הידרופובי. תכונות אלה קובעות את השתתפותן של חומצות מרה בעיכול שומנים:

1) חומצות מרה מסוגלות מתחלבשומנים, המולקולות שלהם עם החלק הלא קוטבי שלהם נספגות על פני השטח של טיפות שומן, באותו זמן, קבוצות הידרופיליות מקיימות אינטראקציה עם הסביבה המימית שמסביב. כתוצאה מכך, מתח הפנים בממשק שבין השלב השומני והמימי יורד, וכתוצאה מכך נשברות טיפות שומן גדולות לקטנות יותר;

2) חומצות מרה, יחד עם קוליפאז מרה, מעורבות ב הפעלה של ליפאז לבלב, העברת ה-pH האופטימלי שלו לצד החומצי;

3) חומצות מרה יוצרות קומפלקסים מסיסים במים עם מוצרים הידרופוביים של עיכול שומן, מה שתורם להן יְנִיקָהלתוך דופן המעי הדק.

חומצות מרה, החודרות לאנטרוציטים יחד עם תוצרי ההידרוליזה במהלך הספיגה, חודרות לכבד דרך מערכת הפורטל. חומצות אלו יכולות להיות מופרשות מחדש במרה למעי ולהשתתף בתהליכי העיכול והספיגה. כגון זרימת דם אנטרוהפטיתניתן לתת חומצות מרה עד 10 פעמים או יותר ביום.

15.1.5. תכונות הספיגה של מוצרי הידרוליזה של שומן במעי מוצגות באיור 10.6. בתהליך העיכול של טריאצילגליצרולים במזון, כ-1/3 מהם מתפצלים לחלוטין לגליצרול וחומצות שומן חופשיות, כ-2/3 עוברים הידרוליזה חלקית ליצירת מונו-ודיאצילגליצרולים, חלק קטן אינו מבוקע כלל. גליצרול וחומצות שומן חופשיות באורך שרשרת של עד 12 אטומי פחמן מסיסים במים וחודרים לאנטרוציטים, ומשם דרך וריד השער לכבד. חומצות שומן ארוכות יותר ומונו-אצילגליצרולים נספגים בהשתתפות חומצות מרה מצומדות, הנוצרות מיצלות.נראה כי שומנים לא מעוכלים נספגים על ידי תאי רירית המעי על ידי פינוציטוזיס. כולסטרול בלתי מסיס במים, כמו חומצות שומן, נספג במעי בנוכחות חומצות מרה.

איור 10.6.עיכול וספיגה של אצילגליצרולים וחומצות שומן.

רק חד סוכרים נספגים במעי: גלוקוז, גלקטוז, פרוקטוז. לכן, אוליגו ופוליסכרידים הנכנסים לגוף עם מזון חייבים לעבור הידרוליזה על ידי מערכות אנזימים ליצירת חד סוכרים. על איור. 5.11 מתאר באופן סכמטי את הלוקליזציה של מערכות אנזימטיות המעורבות בעיכול פחמימות, שמתחילה ב חלל פהמפעולת -עמילאז דרך הפה ולאחר מכן ממשיך בחלקים שונים של המעי בעזרת -עמילאז בלבלב, סוקראז-איזומלטאז, גליקואמילאז, -גליקוזידאז (לקטאז), קומפלקסים של טרהלאז.

אורז. 5.11. תכנית לוקליזציה של מערכות אנזימטיות של עיכול פחמימות

5.2.1. עיכול פחמימות דרך הפה והלבלב -עמילאז ( -1,4-גליקוזידאז).פוליסכרידים תזונתיים, כלומר עמילן (מורכב מפוליסכר עמילוז ליניארי, שבו שרידי גלוקוזיל מקושרים בקשרים -1,4-glycosidic, ועמילופקטין, פוליסכריד מסועף, שבו נמצאים גם קשרים -1,6-glycosidic). מתחילים לבצע הידרוליזה כבר בחלל הפה לאחר הרטבה ברוק המכיל את האנזים ההידרוליטי -עמילאז (-1,4-glycosidase) (EC 3.2.1.1), אשר מבקע קשרים 1,4-גליקוזידים בעמילן, אך אינו פועל על קשרים 1,6 גליקוזידיים.

בנוסף, זמן המגע של האנזים עם עמילן בחלל הפה קצר, ולכן העמילן מתעכל חלקית ויוצר שברים גדולים - דקסטרינים ומעט דו-סוכר מלטוז. דיסכרידים אינם עוברים הידרוליזה על ידי עמילאז הרוק.

כאשר נבלע פנימה סביבה חומציתעמילאז הרוק מעוכב, תהליך העיכול יכול להתרחש רק בתוך תרדמת המזון, שם פעילות העמילאז יכולה להימשך זמן מה עד שה-pH בכל החלק הופך לחומצי. במיץ הקיבה אין אנזימים המפרקים פחמימות, רק הידרוליזה חומצית קלה של קשרים גליקוזידיים אפשרית.

האתר העיקרי להידרוליזה של אוליגו ופוליסכרידים הוא המעי הדק, שבחלקים שונים שלו מופרשים גליקוזידאזות מסוימות.

בתריסריון מנוטרלת תכולת הקיבה על ידי הפרשת לבלב המכילה ביקרבונטים HCO 3 - ובעלת pH של 7.5-8.0. בסוד הלבלב נמצא עמילאז הלבלב, אשר מבצע הידרוליזה של קשרים -1,4-glycosidic בעמילן ודקסטרינים עם יצירת דו-סוכרים מלטוז (בפחמימה זו, שני שאריות גלוקוז מקושרות באמצעות -1,4-glycosidic קשרים) ואיזומלטוזה (בפחמימה זו, שני שיירי גלוקוז הממוקמים באתרי ההסתעפות במולקולת העמילן ומקושרים על ידי קשרים α-1,6-glycosidic). נוצרים גם אוליגוסכרידים המכילים 8-10 שאריות גלוקוז המקושרות בשני קשרים -1,4-glycosidic ו--1,6-glycosidic.

שתי העמילאזות הן אנדוגליקוזידאזות. עמילאז הלבלב גם אינו מבצע הידרוליזה של קשרים -1,6-glycosidic בעמילן ו--1,4-glycosidic, שבאמצעותם מחוברים שאריות גלוקוז במולקולת התאית.

תאית עוברת במעיים ללא שינוי ומשמשת כחומר נטל, נותן נפח מזון ומקל על תהליך העיכול. במעי הגס, תחת פעולת מיקרופלורה חיידקית, ניתן לבצע הידרוליזה חלקית של תאית עם היווצרות של אלכוהול, חומצות אורגניות ו-CO 2, שיכולים לשמש כממריצים לתנועתיות המעיים.

סוכרי המלטוז, האיזומלטוז והטריוז הנוצרים במעי העליון עוברים הידרוליזה נוספת במעי הדק על ידי גליקוזידאזות ספציפיות. דו-סוכרים תזונתיים, סוכרוז ולקטוז, עוברים גם הידרוליזה על ידי דו-סוכרים ספציפיים במעי הדק.

בלומן המעי, הפעילות של אוליגו ודיסכרידאזות נמוכה, אך רוב האנזימים קשורים לפני השטח של תאי אפיתל, אשר במעי ממוקמים על יציאות דמויות אצבעות - villi, ובתמורה, מכוסים עם microvilli, כל התאים הללו יוצרים גבול מברשת שמגדיל את משטח המגע של אנזימים הידרוליטיים עם המצעים שלהם.

ביקוע קשרים גליקוזידיים בדיסכרידים, אנזימים (דיסכרידים) מקובצים לקומפלקסים של אנזימים הממוקמים על פני השטח החיצוניים של הממברנה הציטופלזמית של האנטרוציטים: סוקראז-איזומלטאז, גליקואמילאז, -גליקוזידאז.

5.2.2. קומפלקס סוכראז-איזומלטאז.קומפלקס זה מורכב משתי שרשראות פוליפפטידים והוא מחובר לפני השטח של האנטרוציט באמצעות תחום הידרופובי טרנסממברני הממוקם בחלק ה-N-טרמינלי של הפוליפפטיד. קומפלקס הסוקראז-איזומלטאז (EC 3.2.1.48 ו-3.2.1.10) מבקע קשרים -1,2- ו--1,6-glycosidic בסוכרוז ובאיזומלטוז.

שני האנזימים של הקומפלקס מסוגלים גם לבצע הידרוליזה של קשרים α-1,4-glycosidic במלטוז ובמלטוטריוז (טריסכריד המכיל שלושה שאריות גלוקוז ונוצר במהלך הידרוליזה של עמילן).

למרות שלקומפלקס פעילות מלטאז גבוהה למדי, תוך הידרוליזה של 80% מהמלטוז שנוצר במהלך עיכול אוליגו ופוליסכרידים, הספציפיות העיקרית שלו היא עדיין הידרוליזה של סוכרוז ואיזומלטוזה, שקצב ההידרוליזה של קשרים גליקוזידיים בהם גדול מ- קצב ההידרוליזה של קשרים במלטוז ובמלטוטריוז. תת-יחידת הסוכרוז היא האנזים המעי היחיד המיידר את הסוכרוז. הקומפלקס ממוקם בעיקר בג'חנון; בחלקים הפרוקסימליים והדיסטליים של המעי, התוכן של קומפלקס הסוקראז-איזומלטז אינו משמעותי.

5.2.3. קומפלקס גליקומילאז.קומפלקס זה (EC 3.2.1.3 ו- 3.2.1.20) מבצע הידרוליזה של קשרים -1,4-glycosidic בין שאריות גלוקוז באוליגוסכרידים. לרצף חומצות האמינו של קומפלקס הגליקואמילאז יש 60% הומולוגיה עם הרצף של קומפלקס הסוקראז-איזומלטאז. שני הקומפלקסים שייכים למשפחה של 31 glycosyl hydrolases. בהיותו אקסוגליקוזידאז, האנזים פועל מהקצה המצמצם, הוא יכול גם לפצח מלטוז, ופועל כמלטאז בתגובה זו (במקרה זה, קומפלקס הגליקואמילאז מבצע הידרוליזה של 20% הנותרים של אוליגו-ופוליסכרידים המלטוז הנוצרים במהלך העיכול) . הקומפלקס כולל שתי יחידות משנה קטליטיות עם הבדלים קלים בספציפיות המצע. הקומפלקס פעיל ביותר בחלקים התחתונים של המעי הדק.

5.2.4.  -קומפלקס גליקוזידאז (לקטאז).קומפלקס אנזים זה מבצע הידרוליזה של הקשרים -1,4-glycosidic בין גלקטוז וגלוקוז בלקטוז.

הגליקופרוטאין קשור לגבול המברשת והוא מופץ בצורה לא אחידה בכל המעי הדק. עם הגיל, פעילות הלקטאז יורדת: היא מקסימלית אצל תינוקות, אצל מבוגרים היא פחות מ-10% מרמת פעילות האנזים המבודדת בילדים.

5.2.5. טרגאלאז. אנזים זה (EC 3.2.1.28) הוא קומפלקס גליקוזידאז העושה הידרוליזה של קשרים בין מונומרים בטרהלוז, דו-סוכר המצוי בפטריות ומורכב משני שאריות גלוקוזיל המקושרות בקשר גליקוזידי בין הפחמנים האנומריים הראשונים.

כתוצאה מפעולת גליקוזילהידרולאזות נוצרים חד סוכרים מפחמימות מזון: גלוקוז, פרוקטוז, גלקטוז בכמויות גדולות, ובמידה פחותה - מנוז, קסילוז, ארבינוז, הנספגים בתאי האפיתל של הרזים והרזים. מְעִיומועברים דרך ממברנות התאים הללו באמצעות מנגנונים מיוחדים.

5.2.6. הובלה של חד סוכרים על פני ממברנות של תאי אפיתל מעיים.העברת חד-סוכרים לתוך תאי רירית המעי יכולה להתבצע על ידי דיפוזיה קלה והובלה פעילה. במקרה של הובלה פעילה, גלוקוז מועבר דרך הממברנה יחד עם יון Na + על ידי חלבון נשא אחד, וחומרים אלו מקיימים אינטראקציה עם חלקים שונים של חלבון זה (איור 5.12). יון ה-Na+ נכנס לתא לאורך שיפוע הריכוז, וגלוקוז  כנגד שיפוע הריכוז (הובלה פעילה משנית), לכן, ככל שהגרדיאנט גדול יותר, יותר גלוקוז יועבר לאנטרוציטים. עם ירידה בריכוז Na + בנוזל החוץ תאי, אספקת הגלוקוז פוחתת. שיפוע הריכוז של Na+ שבבסיס הסימפורט הפעיל מסופק על ידי הפעולה של Na + , K + -ATPase, הפועלת כמשאבה השואבת Na + מהתא בתמורה ליון K+. באותו אופן, גלקטוז נכנס לאנטרוציטים במנגנון של תחבורה פעילה משנית.

אורז. 5.12. כניסת חד סוכרים לאנטרוציטים. SGLT1 - טרנספורטר של גלוקוז/גלקטוז תלוי נתרן בממברנה של תאי אפיתל; Na + , K + -ATPase על הממברנה הבסיסית יוצר שיפוע ריכוז של יוני נתרן ואשלגן הנחוצים לתפקוד SGLT1. GLUT5 מעביר בעיקר פרוקטוז דרך הממברנה לתוך התא. GLUT2 על הממברנה הבסיסית מעביר גלוקוז, גלקטוז ופרוקטוז אל מחוץ לתא (לפי )

בשל הובלה פעילה, אנטרוציטים יכולים לספוג גלוקוז בריכוז נמוך שלו בלומן המעי. בריכוז גבוה של גלוקוז הוא חודר לתאים על ידי דיפוזיה קלה בעזרת חלבוני נשא מיוחדים (טרנספורטרים). באותו אופן, פרוקטוז מועבר לתאי האפיתל.

מונוסכרידים נכנסים לכלי הדם מאנטרוציטים בעיקר על ידי דיפוזיה קלה. מחצית מהגלוקוז דרך הנימים של ה-villi דרך וריד השער מועבר לכבד, חצי מועבר בדם לתאים של רקמות אחרות.

5.2.7. הובלת גלוקוז מהדם לתאים.כניסת הגלוקוז מהדם לתאים מתבצעת על ידי דיפוזיה קלה, כלומר, קצב הובלת הגלוקוז נקבע על ידי שיפוע הריכוזים שלו משני צידי הממברנה. בתאי שריר וברקמת השומן, הדיפוזיה הקלה מווסתת על ידי הורמון הלבלב אינסולין. בהיעדר אינסולין, קרום התא אינו מכיל טרנספורטרים של גלוקוז. טרנספורטר הגלוקוז (טרנספורטר) מאריתרוציטים (GLUT1), כפי שניתן לראות באיור. 5.13 הוא חלבון טרנסממברני המורכב מ-492 שיירי חומצות אמינו ובעל מבנה דומיין. שאריות חומצות אמינו קוטביות ממוקמות משני צידי הממברנה, הידרופוביות ממוקמות בממברנה, חוצות אותה מספר פעמים. על בחוץלממברנה יש אתר קשירה לגלוקוז. כאשר גלוקוז נקשר, הקונפורמציה של הנשא משתנה, ואתר הקישור של החד-סוכר הופך פתוח בתוך התא. הגלוקוז עובר לתוך התא, נפרד מהחלבון הנשא.

5.2.7.1. מעבירי גלוקוז: GLUT 1, 2, 3, 4, 5.בכל הרקמות נמצאו מעבירי גלוקוז, מהם יש כמה סוגים, הממוספרים לפי סדר גילוים. מתוארים חמישה סוגים של GLUTs בעלי מבנה ראשוני וארגון דומים דומים.

GLUT 1, הממוקם במוח, בשליה, בכליות, במעי הגס, באריתרוציטים, מספק גלוקוז למוח.

GLUT 2 מעביר גלוקוז מהאיברים המפרישים אותו לדם: אנטרוציטים, כבד, מעביר אותו לתאי ה-β של האיים של לנגרהנס של הלבלב.

GLUT 3 נמצא ברקמות רבות, כולל המוח, השליה, הכליות, ומספק זרימה של גלוקוז לתאי רקמת העצבים.

GLUT 4 מעביר גלוקוז לתאי שריר (שלד ולב) ולרקמת השומן, והוא תלוי באינסולין.

GLUT 5 נמצא בתאי המעי הדק ועשוי לסבול גם פרוקטוז.

כל הנשאים יכולים להיות ממוקמים הן בציטופלזמה

אורז. 5.13. המבנה של חלבון נושא הגלוקוז (טרנספורטר) מאריתרוציטים (GLUT1) (לפי)

שלפוחיות של תאים, וכן פנימה קרום פלזמה. בהיעדר אינסולין, GLUT 4 ממוקם רק בתוך התא. בהשפעת האינסולין, שלפוחיות מועברות לממברנת הפלזמה, מתמזגות איתה, ו-GLUT 4 משולב בממברנה, ולאחר מכן הטרנספורטר מקל על דיפוזיה של גלוקוז לתא. לאחר ירידה בריכוז האינסולין בדם, הטרנספורטרים חוזרים שוב לציטופלזמה והובלת הגלוקוז לתא נעצרת.

הפרעות שונות זוהו בעבודה של מובילי גלוקוז. עם פגם תורשתי בחלבונים נשאים, מתפתחת סוכרת שאינה תלויה באינסולין. בנוסף לפגמים בחלבונים, קיימות הפרעות נוספות הנגרמות כתוצאה מ: 1) פגם בהעברת אות האינסולין על תנועת הטרנספורטר לממברנה, 2) ליקוי בתנועת הטרנספורטר, 3) פגם ב הכללת החלבון בממברנה, 4) הפרה של השרוך ​​מהממברנה.

5.2.8. אִינסוּלִין.תרכובת זו היא הורמון המופרש על ידי תאי ה-β של האיים של לנגרהנס של הלבלב. אינסולין הוא פוליפפטיד המורכב משתי שרשראות פוליפפטידים: האחת מכילה 21 שיירי חומצות אמינו (שרשרת A), השנייה מכילה 30 שיירי חומצות אמינו (שרשרת B). השרשראות מחוברות ביניהן על ידי שני קשרים דיסולפידים: A7-B7, A20-B19. בתוך שרשרת A יש קשר דיסולפיד תוך מולקולרי בין השרידים השישי והאחד עשר. ההורמון יכול להתקיים בשתי קונפורמציות: T ו-R (איור 5.14).

אורז. 5.14. מבנה מרחבי של הצורה המונומרית של אינסולין: א אינסולין חזיר, קונפורמציה T, ב אינסולין אנושי, קונפורמציה R (שרשרת A מוצגת אָדוֹםצבע, שרשרת B  צהוב) (לפי )

ההורמון יכול להתקיים כמונומר, דימר והקסאמר. בצורה ההקסאמרית, האינסולין מיוצב על ידי יון אבץ שמתאם עם שרשרת His10 B של כל ששת יחידות המשנה (איור 5.15).

לאינסולין יונקים יש הומולוגיה גדולה במבנה הראשוני עם אינסולין אנושי: למשל, באינסולין חזיר יש רק תחליף אחד - במקום ת'רונין בקצה הקרבוקסיל של שרשרת B יש אלנין, באינסולין בקר יש שלוש חומצות אמינו אחרות שאריות בהשוואה לאינסולין אנושי. לרוב, החלפות מתרחשות בעמדות 8, 9 ו-10 של שרשרת A, אך הן אינן משפיעות באופן משמעותי על הפעילות הביולוגית של ההורמון.

החלפות של שיירי חומצות אמינו במיקומים של קשרי דיסולפיד, שיירים הידרופוביים באזורי C-ו-N-טרמינליים של שרשרת A ובאזורים-C-טרמינליים של שרשרת B הם נדירים מאוד, מה שמעיד על חשיבותם של אלו. אזורים בביטוי הפעילות הביולוגית של אינסולין. שיירי Phe24 ו-Phe25 של שרשרת B ושאריות C ו-N טרמינליות של שרשרת A לוקחים חלק ביצירת המרכז הפעיל של ההורמון.

אורז. 5.15. מבנה מרחבי של הקסאמר אינסולין (R 6) (לפי )

5.2.8.1. ביוסינתזה של אינסולין.אינסולין מסונתז כמבשר, פרפרואינסולין, המכיל 110 שאריות חומצות אמינו, על גבי פוליריבוזומים ברשת האנדופלזמית המחוספסת. הביוסינתזה מתחילה ביצירת פפטיד אות החודר ללומן של הרשת האנדופלזמית ומכוון את תנועת הפוליפפטיד הגדל. בתום הסינתזה, פפטיד האות, באורך 24 שאריות חומצות אמינו, מבוקע מפרה-פרואינסולין ליצירת פרואינסולין, המכיל 86 שאריות חומצות אמינו ומועבר למנגנון גולגי, שם מתרחשת הבשלה נוספת של אינסולין במיכלים. המבנה המרחבי של פרואינסולין מוצג באיור. 5.16.

בתהליך של התבגרות ארוכת טווח, תחת פעולתם של סרין אנדופפטידאזות PC2 ו- PC1/3, תחילה מבוקע הקשר הפפטיד בין Arg64 ל- Lys65, לאחר מכן עובר הקשר הפפטיד שנוצר על ידי Arg31 ו- Arg32, כאשר ה-C-peptide מורכב של 31 שאריות חומצות אמינו המבוקעות. ההמרה של פרואינסולין לאינסולין המכיל 51 שאריות חומצות אמינו מסתיימת בהידרוליזה של שאריות ארגינין בקצה ה-N של שרשרת ה-A ובקצה ה-C של שרשרת ה-B בפעולה של carboxypeptidase E, המציג סגוליות דומה ל- carboxypeptidase B, כלומר, מבצע הידרוליזה של קשרי פפטיד, קבוצת האימינו השייכת לחומצת האמינו הראשית (איור 5.17 ו-5.18).

אורז. 5.16. מבנה מרחבי מוצע של פרואינסולין במבנה המקדם פרוטאוליזה. כדורים אדומים מציינים שאריות חומצות אמינו (Arg64 ו-Lys65; Arg31 ו-Arg32), קשרים פפטידים שביניהם עוברים הידרוליזה כתוצאה מעיבוד פרואינסולין (לפי )

אינסולין ו-C-פפטיד בכמויות שווה-מולריות נכנסות לגרגירי הפרשה, כאשר האינסולין, באינטראקציה עם יון האבץ, יוצר דימרים והקסמרים. גרגירי הפרשה, המתמזגים עם קרום הפלזמה, מפרישים אינסולין ו-C-peptide לנוזל החוץ-תאי כתוצאה מאקסוציטוזיס. זמן מחצית החיים של אינסולין בפלזמה בדם הוא 3-10 דקות, זה של C-peptide הוא כ-30 דקות. האינסולין עובר פירוק על ידי פעולת האנזים אינסולין, תהליך זה מתרחש בכבד ובכליות.

5.2.8.2. ויסות סינתזה והפרשת אינסולין.הרגולטור העיקרי של הפרשת אינסולין הוא גלוקוז, המווסת את הביטוי של גן האינסולין וגנים חלבוניים המעורבים בחילוף החומרים של נושאי האנרגיה העיקריים. גלוקוז יכול להיקשר ישירות לגורמי שעתוק - זה בא לידי ביטוי השפעה ישירהעל קצב ביטוי הגנים. תיתכן השפעה משנית על הפרשת אינסולין וגלוקגון, כאשר שחרור האינסולין מגרגירי הפרשה מפעיל את שעתוק ה-mRNA של אינסולין. אבל הפרשת האינסולין תלויה בריכוז יוני Ca 2+ ויורדת עם מחסורם גם בריכוז גבוה של גלוקוז, המפעיל את הסינתזה של האינסולין. בנוסף, הוא מעוכב על ידי אדרנלין כאשר הוא נקשר ל- 2 קולטנים. הממריצים של הפרשת אינסולין הם הורמוני גדילה, קורטיזול, אסטרוגנים, הורמונים של מערכת העיכול (סקרטין, כולציסטוקינין, פפטיד מעכב קיבה).

אורז. 5.17. סינתזה ועיבוד של פרפרואינסולין (על פי )

הפרשת אינסולין על ידי תאי β של האיים של לנגרהנס בתגובה לעלייה בריכוז הגלוקוז בדם מתבצעת באופן הבא:

אורז. 5.18. עיבוד של פרואינסולין לאינסולין על ידי הידרוליזה של הקשר הפפטידי בין Arg64 ל- Lys65, מזורז על ידי סרין אנדופפטידאז PC2, ופירוק הקשר הפפטיד בין Arg31 ו- Arg32 על ידי סרין אנדופפטידאז PC1/3, ההמרה מסתיימת בביקוע של שאריות ארגינין ב-N -הקצה של שרשרת A ו-C-terminus B תחת הפעולה של carboxypeptidase E (מפורקים שאריות ארגינין מוצגים במעגלים). כתוצאה מהעיבוד, בנוסף לאינסולין, נוצר פפטיד C (לפי)

1) גלוקוז מועבר לתוך תאי  על ידי חלבון הנשא GLUT 2;

2) בתא, הגלוקוז עובר גליקוליזה ומתחמצן עוד יותר במחזור הנשימה עם היווצרות ATP; עוצמת סינתזת ה-ATP תלויה ברמת הגלוקוז בדם;

3) תחת פעולת ATP, תעלות יוני אשלגן סגורות והממברנה מפורקת;

4) דה-פולריזציה של הממברנה גורמת לפתיחת תעלות סידן תלויות מתח ולכניסת סידן לתא;

5) עלייה ברמת הסידן בתא מפעילה את פוספוליפאז C, המבקע את אחד הפוספוליפידים הממברניים - פוספטידילינוזיטול-4,5-דיפוספט - לאינוזיטול-1,4,5-טריפוספט ודיצילגליצרול;

6) אינוזיטול טריפוספט, הנקשר לחלבוני הקולטן של הרשת האנדופלזמית, גורם לעלייה חדה בריכוז הסידן התוך תאי הקשור, מה שמוביל לשחרור אינסולין מסונתז מראש המאוחסן בגרגירי הפרשה.

5.2.8.3. מנגנון הפעולה של אינסולין.ההשפעה העיקרית של אינסולין על תאי שריר ושומן היא הגברת הובלת הגלוקוז על פני קרום התא. גירוי עם אינסולין מוביל לעלייה בקצב כניסת הגלוקוז לתא פי 20-40. בגירוי עם אינסולין, ישנה עלייה של פי 5-10 בתכולת חלבוני הובלת גלוקוז בממברנות הפלזמה עם ירידה בו-זמנית של 50-60% מתכולתם במאגר התוך-תאי. כמות האנרגיה הנדרשת בצורת ATP נדרשת בעיקר להפעלת הקולטן לאינסולין, ולא לזרחון של חלבון הטרנספורטר. גירוי של הובלת גלוקוז מגדיל את צריכת האנרגיה פי 20-30, בעוד שרק כמות קטנה של גלוקוז נדרשת כדי להזיז מובילי גלוקוז. טרנסלוקציה של טרנספורטרים של גלוקוז לממברנת התא נצפית כבר כמה דקות לאחר האינטראקציה של אינסולין עם הקולטן, ונדרשות השפעות מעוררות נוספות של אינסולין כדי להאיץ או לשמור על תהליך מחזוריות של חלבוני טרנספורטר.

אינסולין, כמו הורמונים אחרים, פועל על תאים דרך חלבון הקולטן המתאים. הקולטן לאינסולין הוא חלבון ממברנת תא אינטגרלי מורכב המורכב משתי תת-יחידות  (130 kDa) ושתי תת-יחידות  (95 kDa); הראשונים ממוקמים לגמרי מחוץ לתא, על פני השטח שלו, האחרונים חודרים לממברנת הפלזמה.

הקולטן לאינסולין הוא טטרמר המורכב משתי תת-יחידות α חוץ-תאיות המקיימות אינטראקציה עם ההורמון ומחוברות זו לזו באמצעות גשרים דיסולפידים בין ציסטינים 524 לטריפלט Cys682, Cys683, Cys685 של שתי תת-יחידות ה-α (ראה איור 5.19, א), ושתי יחידות משנה  טרנסממברניות המציגות פעילות טירוזין קינאז המקושרת על ידי גשר דיסולפיד בין Cys647 () ל-Cys872. שרשרת הפוליפפטיד של תת-היחידה α עם משקל מולקולרי של 135 kDa מכילה 719 אמינו-

אורז. 5.19. מבנה דימר קולטן אינסולין: א מבנה מודולרי של קולטן האינסולין. למעלה - תת-יחידות α מקושרות על ידי גשרי דיסולפיד Cys524, Cys683-685 ומורכבות משישה תחומים: שניים המכילים לאוצין חוזרים L1 ו-L2, אזור CR עשיר בציסטאין ושלושה תחומי פיברונקטין מסוג III Fn o , Fn 1 , ID (מבוא דומיין). להלן - -תת-יחידות המשויכות ל--subunit על ידי גשר הדיסולפיד Cys647Cys872 ומורכבות משבעה תחומים: שלושה תחומים פיברונקטין ID, Fn 1 ו-Fn 2, transmembrane domain TM צמוד לממברנה של דומיין ה-JM domain kinase, TK, C-terminal ST; ב סידור מרחבי של הקולטן, דימר אחד מוצג בצבע, השני לבן, A  לולאה מפעילה מול אתר הקישור ההורמון, X (אדום)  חלק C-טרמינלי של תת-היחידה , X (שחור)  חלק N-טרמינלי של תת-היחידה , כדורים צהובים 1,2,3 - קשרי דיסולפיד בין שאריות ציסטאין בעמדות 524, 683-685, 647-872 (לפי )

שיירי חומצה ומורכב משישה תחומים: שני תחומים L1 ו-L2 המכילים חזרות לאוצין, אזור CR עשיר בציסטאין, שבו נמצא מרכז הקישור לאינסולין, ושלושה תחומי פיברונקטין מסוג III Fn o , Fn 1 , Ins (תחום הקדמה) ( ראה איור 5.18). תת-יחידת ה- כוללת 620 שיירי חומצות אמינו, משקל מולקולרי של 95 kDa, והיא מורכבת משבעה תחומים: שלושה תחומי פיברונקטין ID, Fn 1 ו-Fn 2, תחום TM transmembrane, תחום JM צמוד לממברנה, TK תחום טירוזין קינאז, ו-CT מסוף. נמצאו שני אתרי קישור לאינסולין על הקולטן: אחד עם זיקה גבוהה, השני עם זיקה נמוכה. כדי להעביר אות הורמון לתוך התא, אינסולין חייב להיקשר לאתר בעל זיקה גבוהה. מרכז זה נוצר כאשר אינסולין נקשר מתחומים L1, L2 ו-CR של תת-יחידה אחת ומתחומי הפיברונקטין של אחרת, בעוד שהסידור של תת-יחידות  מנוגד זו לזו, כפי שמוצג באיור. 5.19, עם.

בהיעדר אינטראקציה לאינסולין עם מרכז הזיקה הגבוהה של הקולטן, תת-יחידות  מוזזות מתת-יחידות  על ידי בליטה (קאם), שהיא חלק מתחום ה-CR, המונעת מגע של הלולאה המפעילה (A -לולאה) של תחום הטירוזין קינאז של תת-יחידת  אחת עם אתרי זרחון בתת-יחידה אחרת - (איור 5.20, ב). כאשר אינסולין נקשר למרכז הזיקה הגבוה של קולטן האינסולין, הקונפורמציה של הקולטן משתנה, הבליטה כבר לא מונעת מתת-היחידות -ו- להתקרב, לולאות ההפעלה של תחומי TK מקיימות אינטראקציה עם אתרי זרחון טירוזין ב-TK הנגדי. תחום, טרנספוספורילציה של תת-יחידות  מתרחשת בשבעה שיירי טירוזין: Y1158 , Y1162, Y1163 של הלולאה המפעילה (זהו תחום רגולטורי קינאז), Y1328, Y1334 של תחום ST, Y965, Y.Figin (J.Fig domain (J.Fig domain) , א), מה שמוביל לעלייה בפעילות הטירוזין קינאז של הקולטן. בעמדה 1030 של ה-TK יש שארית ליזין הנכללת במרכז הפעיל הקטליטי - מרכז ה-ATP-binding. החלפה של ליזין זה בחומצות אמינו רבות אחרות על ידי מוטגנזה מכוונת אתרים מבטלת את פעילות הטירוזין קינאז של הקולטן לאינסולין אך אינה פוגעת בקשירה לאינסולין. עם זאת, להוספת אינסולין לקולטן כזה אין השפעה על חילוף החומרים והתפשטות התא. זרחון של חלק משרידי סרין-תרונין, להיפך, מפחית את הזיקה לאינסולין ומפחית את פעילות טירוזין קינאז.

ידועים מספר מצעים לקולטן לאינסולין: IRS-1 (מצע קולטן לאינסולין), IRS-2, חלבונים ממשפחת STAT (מתמר אותות ומפעיל שעתוק - מתמרי אותות ומפעילי שעתוק נדונים בפירוט בחלק 4 "בסיס ביוכימי להגנה תגובות").

IRS-1 הוא חלבון ציטופלזמי הנקשר לטירוזין המזרחן של קולטן האינסולין TK עם תחום ה-SH2 שלו ומזרחן על ידי הטירוזין קינאז של הקולטן מיד לאחר גירוי האינסולין. מידת הזרחון של המצע תלויה בעלייה או ירידה בתגובה התאית לאינסולין, משרעת השינויים בתאים וברגישות להורמון. נזק לגן IRS-1 עלול להיות הגורם לסוכרת תלוית אינסולין. שרשרת הפפטידים IRS-1 מכילה כ-1200 שאריות של חומצות אמינו, 20-22 מרכזי זרחון פוטנציאליים של טירוזין וכ-40 מרכזי זרחון סרין-תראון.

אורז. 5.20. תכנית פשוטה שינויים מבנייםכאשר אינסולין נקשר לקולטן לאינסולין: א שינוי בקונפורמציה של הקולטן כתוצאה מקשירת הורמונים במרכז הזיקה הגבוהה מוביל לעקירה של הבליטה, התכנסות תת-יחידות וטרנספוספורילציה של תחומי TK; ב בהיעדר אינטראקציה לאינסולין עם אתר הקישור בעל הזיקה הגבוהה על קולטן האינסולין, הבליטה (קאם) מונעת התקרבות של תת-יחידות  ו- וטרנספוספורילציה של תחומי TK. A-loop - לולאה מפעילה של תחום TK, מספרים 1 ו-2 במעגל - קשרי דיסולפיד בין יחידות משנה, TK - תחום טירוזין קינאז, C - מרכז קטליטי של TK, סט 1 וקבוצה 2 - רצפי חומצות אמינו של תת יחידות  היוצרים מקום בעל זיקה גבוהה של אינסולין לקולטן (לפי )

זרחון של IRS-1 במספר שיירי טירוזין נותן לו את היכולת להיקשר לחלבונים המכילים תחומי SH2: טירוזין פוספטאז סיp, תת-יחידה p85 של PHI-3-kinase (phosphatidylinositol-3-kinase), חלבון מתאם Grb2, חלבון טירוזין phosphatase. PTP2, phospholipase C, GAP (מפעיל חלבונים קטנים קושרי GTP). כתוצאה מהאינטראקציה של IRS-1 עם חלבונים דומים, נוצרים אותות מרובים במורד הזרם.

אורז. 5.21. טרנסלוקציה של חלבוני טרנספורטר גלוקוז GLUT 4 בתאי שריר ושומן מהציטופלזמה לממברנת הפלזמה בפעולת האינסולין. האינטראקציה של אינסולין עם הקולטן מובילה לזרחון של מצע הקולטן לאינסולין (IRS) הקושר את PI-3-kinase (PI3K), אשר מזרז את הסינתזה של הפוספוליפיד הפוספאטידילינוזיטול-3,4,5-טריפוספט (PtdIns(3, 4,5)P3). התרכובת האחרונה, על ידי קשירת תחומי פלקסטרין (PH), מגייסת את חלבוני קינאזות PDK1, PDK2 ו-PKV לממברנת התא. PDK1 מזרחן RKB ב-Thr308, מפעיל אותו. RKV מזורחן מתקשר עם שלפוחיות המכילות GLUT4, וגורם לטרנסלוקציה שלהם לממברנת הפלזמה, מה שמוביל להובלה מוגברת של גלוקוז לתוך תאי שריר ותאי שומן (על פי )

מגורה על ידי IRS-1 פוספוריל, פוספוליפאז C מבצע הידרוליזה של קרום התא פוספוליפיד פוספטידילינוזיטול-4,5-דיפוספט ליצירת שני שליחים שניים: אינוזיטול-3,4,5-טריפוספט ודיאצילגליצרול. אינוזיטול-3,4,5-טריפוספט, הפועל על תעלות היונים של הרשת האנדופלזמית, משחרר ממנו סידן. דיאצילגליצרול פועל על קלמודולין וחלבון קינאז C, אשר מזרחן מצעים שונים, מה שמוביל לשינוי בפעילות המערכות התאיות.

IRS-1 מזרחן מפעיל גם את PHI-3-kinase, המזרז את הזרחון של פוספטידילינוזיטול-4-פוספט, ופוספטידילינוזיטול-4,5-דיפוספט בעמדה 3 ליצירת פוספטידילינוזיטול-3-פוספטידיל, פוספטידיל, 4-זיטול, פוספטידיל, 4-זיטול-פוספטיל, 4,5-דיפוספט. ו-phosphatidylinositol, בהתאמה.-3,4,5-טריפוספט.

PHI-3-kinase הוא הטרודימר המכיל תת-יחידות מווסתות (p85) וקטליטיות (p110). ליחידת המשנה הרגולטורית יש שני תחומי SH2 ותחום SH3, כך שקינאז PI-3 מתחבר ל-IRS-1 בזיקה גבוהה. נגזרות של פוספטידילינוזיטול הנוצרות בממברנה, מפוספסות בעמדה 3, קושרות חלבונים המכילים את מה שנקרא תחום פלקסטרין (PH) (התחום מפגין זיקה גבוהה לפוספטידילינוזיטול-3-פוספטים): פרוטאין קינאז PDK1 (פרוטאין תלוי פוספטידילינוזיטי), קינאז B (PKV).

חלבון קינאז B (PKB) מורכב משלושה תחומים: פלסטרין N-טרמינלי, קטליטי מרכזי ורגולטורי C-טרמינלי. תחום הפלטרין נדרש להפעלת RKV. על ידי קשירה בעזרת תחום הפלסטרין ליד קרום התא, מתקרב PKV לחלבון קינאז PDK1, אשר באמצעות

תחום הפלסטרין שלו ממוקם גם ליד קרום התא. PDK1 מזרחן את Thr308 של תחום PKV kinase, וכתוצאה מכך הפעלת PKV. Activated PKV phosphorylates glycogen synthase kinase 3 (בעמדה Ser9), וגורם לחוסר הפעלה של האנזים ובכך לתהליך סינתזת הגליקוגן. Phi-3-phosphate-5-kinase עובר גם זרחון, הפועל על שלפוחיות בהן מאוחסנים חלבוני נשא GLUT 4 בציטופלזמה של אדיפוציטים, מה שגורם לתנועת טרנספורטרים של גלוקוז לממברנת התא, שילוב בו והובלה טרנסממברנית של גלוקוז. לתוך תאי שריר ושומן (איור 5.21).

אינסולין משפיע לא רק על כניסת הגלוקוז לתא בעזרת חלבוני נשא GLUT 4. הוא מעורב בוויסות חילוף החומרים של גלוקוז, שומנים, חומצות אמינו, יונים, בסינתזה של חלבונים, ומשפיע על תהליכים של שכפול ותעתוק.

ההשפעה על חילוף החומרים של הגלוקוז בתא מתבצעת על ידי גירוי תהליך הגליקוליזה על ידי הגברת פעילות האנזימים המעורבים בתהליך זה: גלוקוקינאז, פוספופרוקטוקינאז, פירובאט קינאז, הקסופינאז. האינסולין, דרך מפל האדנילאט ציקלאז, מפעיל את הפוספטאז, הגורם לדה-פוספורילציה של גליקוגן סינתאז, מה שמוביל להפעלת סינתזת הגליקוגן (איור 5.22) ועיכוב תהליך פירוקו. על ידי עיכוב phosphoenolpyruvate carboxykinase, אינסולין מעכב את תהליך הגלוקוניאוגנזה.

אורז. 5.22. תרשים של סינתזת גליקוגן

בכבד וברקמת השומן, תחת פעולת האינסולין, מעוררת סינתזה של שומנים על ידי הפעלת אנזימים: אצטיל-CoA carboxylase, ליפופרוטאין ליפאז. במקרה זה, פירוק השומנים מעוכב, שכן פוספטאז המופעל באינסולין, דה-פוספורילציה של הטריאצילגליצרול ליפאז הרגיש להורמונים, מעכב אנזים זה וריכוז חומצות השומן שמסתובבות בדם יורד.

בכבד, רקמת שומן, שרירי שלד, אינסולין לב משפיע על קצב השעתוק של יותר ממאה גנים.

5.2.9. גלוקגון.בתגובה לירידה בריכוז הגלוקוז בדם, תאי ה- של האיים של לנגרהנס של הלבלב מייצרים את "הורמון הרעב" - גלוקגון, שהוא פוליפפטיד במשקל מולקולרי 3485 Da, המורכב מ-29 חומצות אמינו. שאריות.

הפעולה של גלוקגון הפוכה להשפעות האינסולין. אינסולין מקדם אגירת אנרגיה על ידי גירוי גליקוגנזה, ליפוגנזה וסינתזת חלבונים, וגלוקגון, על ידי גירוי גליקוגנוליזה וליפוליזה, גורם לגיוס מהיר של מקורות אנרגיה פוטנציאליים.

אורז. 5.23. המבנה של פרוגלוקגון אנושי ועיבוד ספציפי לרקמות של פרוגלוקגון לפפטידים שמקורם בפרוגלוקגון: גלוקגון ו-MPGF (שבר פרוגלוקגון ראשי) נוצרים מפרוגלוקגון בלבלב; בתאים הנוירואנדוקריניים של המעי ובחלקים מסוימים של מערכת העצבים המרכזית, גליצנטין, אוקסינטומודולין, GLP-1 (פפטיד שמקורו בפרוגלוקגון), GLP-2, שני פפטידים ביניים (פפטיד מתערב - IP), GRPP - קשור לגליצנטין פוליפפטיד לבלב (פוליפפטיד מהלבלב - נגזרת של גליקנטין) (לפי )

ההורמון מסונתז על ידי תאי  של האיים של לנגרהנס של הלבלב, כמו גם בתאים הנוירואנדוקריניים של המעי ובמערכת העצבים המרכזית בצורה של מבשר לא פעיל  פרוגלוקגון (משקל מולקולרי 9,000 Da), המכיל 180 שיירי חומצות אמינו ועוברים עיבוד באמצעות convertase 2 ויוצרים מספר פפטידים באורכים שונים, כולל גלוקגון ושני פפטידים דמויי גלוקגון (גלוקגון דמוי פפטיד  GLP-1, GLP-2, גליצנטין) (איור 5.23). 14 מתוך 27 שאריות חומצות האמינו של גלוקגון זהות לאלו במולקולה של הורמון אחר של מערכת העיכול, סודין.

כדי לקשור את הגלוקגון לקולטנים של תאים מגיבים, נדרשת שלמות הרצף 1-27 שלו מקצה N. תפקיד חשובשאריות ההיסטידין הממוקמות בקצה ה-N ממלאות תפקיד בביטוי ההשפעות של ההורמון, והפרגמנט 20-27 ממלא תפקיד בקשירה לקולטנים.

בפלזמה בדם הגלוקגון אינו נקשר לשום חלבון הובלה, זמן מחצית החיים שלו הוא 5 דקות, בכבד הוא נהרס על ידי פרוטאינזים, בעוד שהפירוק מתחיל בביקוע הקשר בין Ser2 ל-Gln3 והסרת הדיפפטיד מסוף N.

הפרשת גלוקגון מעוכבת על ידי גלוקוז אך מעוררת על ידי מזונות חלבונים. GLP-1 מעכב הפרשת גלוקגון וממריץ הפרשת אינסולין.

לגלוקגון יש השפעה רק על הפטוציטים ותאי שומן שיש להם קולטנים עבורו בממברנת הפלזמה. בהפטוציטים, על ידי קשירה לקולטנים על ממברנת הפלזמה, גלוקגון מפעיל את אדנילט ציקלאז, המזרז את היווצרות cAMP, באמצעות חלבון G, אשר בתורו מוביל להפעלה של פוספורילאז, המזרז את פירוק הגליקוגן. , ועיכוב של גליקוגן סינתאז ועיכוב יצירת גליקוגן. גלוקגון ממריץ גלוקונאוגנזה על ידי השראת סינתזה של אנזימים המעורבים בתהליך זה: גלוקוז-6-פוספטאז, פוספואנולפירובאט קרבוקסיקינאז, פרוקטוז-1,6-דיפוספטאז. ההשפעה נטו של גלוקגון בכבד היא הגברת ייצור הגלוקוז.

בתאי שומן, ההורמון גם, באמצעות מפל האדנילאט ציקלאז, מפעיל את הטריאצילגליצרול ליפאז הרגיש להורמונים, וממריץ ליפוליזה. גלוקגון מגביר את הפרשת הקטכולאמינים על ידי מדוללת יותרת הכליה. על ידי השתתפות ביישום תגובות כגון "הילחם או ברח", הגלוקגון מגביר את הזמינות של מצעי אנרגיה (גלוקוז, חומצות שומן חופשיות) לשרירי השלד ומגביר את אספקת הדם לשרירי השלד על ידי הגברת עבודת הלב.

לגלוקגון אין השפעה על הגליקוגן בשריר השלד בשל היעדר כמעט מוחלט של קולטני גלוקגון בהם. ההורמון גורם לעלייה בהפרשת האינסולין מתאי β של הלבלב ולעיכוב פעילות אינסולין.

5.2.10. ויסות חילוף החומרים של גליקוגן.הצטברות הגלוקוז בגוף בצורת גליקוגן ופירוקו תואמים את צרכי האנרגיה של הגוף. כיוון תהליכי חילוף החומרים של גליקוגן מווסת על ידי מנגנונים התלויים בפעולת ההורמונים: בכבד, אינסולין, גלוקגון ואדרנלין; בשרירים, אינסולין ואדרנלין. החלפת תהליכי הסינתזה או פירוק הגליקוגן מתרחשת במהלך המעבר מתקופת הספיגה לתקופה שלאחר הספיגה או כאשר מצב המנוחה משתנה לעבודה פיזית.

5.2.10.1. ויסות פעילות גליקוגן פוספורילאז וגליקוגן סינתאז.כאשר ריכוז הגלוקוז בדם משתנה, מתרחשת סינתזה והפרשה של אינסולין וגלוקגון. הורמונים אלו מווסתים את תהליכי סינתזה ופירוק גליקוגן על ידי השפעה על פעילות האנזימים המרכזיים של תהליכים אלו: גליקוגן סינתאז וגליקוגן פוספורילאז באמצעות זרחון-דה-פוספורילציה שלהם.

אורז. 5.24 הפעלה של גליקוגן פוספורילאז על ידי זרחון של שייר Ser14 על ידי גליקוגן פוספורילאז קינאז ואי-אקטיבציה על ידי פוספטאז המזרז את הדה-פוספורילציה של שארית הסרין (לפי )

שני האנזימים קיימים בשתי צורות: פוספורילציה (גליקוגן פוספורילאז פעיל אוגליקוגן סינתאז לא פעיל) ו-dephosphorylated (פוספורילאז לא פעיל בוגליקוגן סינתאז פעיל) (איורים 5.24 ו-5.25). זרחון מתבצע על ידי קינאז המזרז את העברה של שארית פוספט מ-ATP לשארית סרין, והדה-פוספורילציה מזורזת על ידי פוספרוטאין פוספטאז. פעילויות קינאז ופוספטאז מווסתות גם על ידי זרחון-דה-פוספורילציה (ראה איור 5.25).

אורז. 5.25. ויסות פעילות גליקוגן סינתאז. האנזים מופעל על ידי פעולתו של פוספרוטאין פוספטאז (PP1), אשר דה-פוספורילט שלושה שיירי פוספוסרין בסמוך לקצה ה-C בגליקוגן סינתאז. גליקוגן סינתאז קינאז 3 (GSK3), המזרז את הזרחון של שלושה שיירי סרין בגליקוגן סינתאז, מעכב את סינתזת הגליקוגן ומופעל על ידי זרחון קזאין קינאז (CKII). אינסולין, גלוקוז וגלוקוז-6-פוספט מפעילים את הפוספופרוטאין פוספטאז, בעוד שגלוקגון ואפינפרין (אפינפרין) מעכבים אותו. אינסולין מעכב את פעולת הגליקוגן סינתאז קינאז 3 (לפי)

cAMP תלוי חלבון קינאז A (PKA) phosphorylates phosphorylase kinase, והופך אותו למצב פעיל, שבתורו מזרחן גליקוגן phosphorylase. סינתזת cAMP מעוררת על ידי אדרנלין וגלוקגון.

אינסולין דרך מפל המערב את חלבון Ras (מסלול איתות Ras) מפעיל את החלבון קינאז pp90S6, אשר מזרחן ובכך מפעיל פוספופרוטאינים פוספטאז. פוספטאז פעיל גורם לדה-פוספורילאז ולנטרל פוספורילאז קינאז וגליקוגן פוספורילאז.

זרחון על ידי PKA של גליקוגן סינתאז מוביל לביטול שלו, ודה-פוספורילציה על ידי פוספופרוטאינים פוספטאז מפעילה את האנזים.

5.2.10.2. ויסות חילוף החומרים של גליקוגן בכבד.שינוי בריכוז הגלוקוז בדם משנה גם את הריכוזים היחסיים של ההורמונים: אינסולין וגלוקגון. היחס בין ריכוז האינסולין לריכוז הגלוקגון בדם נקרא "אינדקס אינסולין-גלוקגון". בתקופה שלאחר הספיגה, המדד יורד וויסות ריכוז הגלוקוז בדם מושפע מריכוז הגלוקגון.

גלוקגון, כאמור לעיל, מפעיל את שחרור הגלוקוז לדם עקב פירוק הגליקוגן (הפעלת גליקוגן פוספורילאז ועיכוב הגליקוגן סינתאז) או על ידי סינתזה מחומרים אחרים - גלוקונאוגנזה. מגליקוגן נוצר גלוקוז-1-פוספט, המתאזמר לגלוקוז-6-פוספט, אשר עובר הידרוליזה על ידי פעולת גלוקוז-6-פוספטאז ליצירת גלוקוז חופשי שיכול לצאת מהתא לדם (איור 5.26).

פעולת האדרנלין על הפטוציטים דומה לפעולת גלוקגון במקרה של שימוש בקולטנים  2 והיא נובעת מזרחון והפעלה של גליקוגן פוספורילאז. במקרה של אינטראקציה של אדרנלין עם קולטני  1 של קרום הפלזמה, העברת האות ההורמונלית הטרנסממברנית מתבצעת באמצעות מנגנון אינוזיטול פוספט. בשני המקרים מופעל תהליך פירוק הגליקוגן. השימוש בקולטן מסוג זה או אחר תלוי בריכוז האדרנלין בדם.

אורז. 5.26. תכנית של זרחון גליקוגן

במהלך העיכול, מדד האינסולין-גלוקגון עולה והשפעת האינסולין שולטת. אינסולין מפחית את ריכוז הגלוקוז בדם, מפעיל, על ידי זרחון דרך מסלול Ras, cAMP phosphodiesterase, אשר מבצע הידרוליזה של השליח השני הזה עם היווצרות AMP. אינסולין מפעיל גם באמצעות מסלול Ras phosphoprotein phosphatase של גרגירי גליקוגן, אשר דה-פוספורילט ומפעיל גליקוגן סינתאז ומשבית את phosphorylase kinase ו-glycogen phosphorylase עצמו. אינסולין גורם לסינתזה של גלוקוקינאז כדי להאיץ את הזרחון של הגלוקוז בתא ושילובו בגליקוגן. לפיכך, אינסולין מפעיל את תהליך סינתזת הגליקוגן ומעכב את פירוקו.

5.2.10.3. ויסות חילוף החומרים של גליקוגן בשרירים.במקרה של עבודת שרירים אינטנסיבית, פירוק הגליקוגן מואץ על ידי אדרנלין, הנקשר לקולטני  2 ובאמצעות מערכת האדנילט ציקלאז מוביל לזרחון והפעלה של פוספורילאז קינאז וגליקוגן פוספורילאז ועיכוב של גליקוגן סינתאז. 5.28). כתוצאה מההמרה הנוספת של גלוקוז-6-פוספט הנוצר מגליקוגן, מסונתז ATP, הכרחי ליישום עבודת שרירים אינטנסיבית.

אורז. 5.27. ויסות פעילות גליקוגן פוספורילאז בשרירים (על פי)

במנוחה, גליקוגן פוספורילאז בשריר אינו פעיל, מכיוון שהוא במצב דה-פוספוריל, אך פירוק גליקוגן מתרחש עקב הפעלה אלוסטרית של גליקוגן פוספורילאז b בעזרת AMP ואורתופוספט הנוצרים במהלך הידרוליזה של ATP.

אורז. 5.28. ויסות פעילות גליקוגן סינתאז בשרירים (על פי)

עם התכווצויות שרירים מתונות, ניתן להפעיל phosphorylase kinase באופן אלוסטרי (על ידי יוני Ca 2+). ריכוז Ca 2+ עולה עם התכווצות השריר בתגובה לאות עצבי מוטורי. כאשר האות מוחלש, ירידה בריכוז Ca 2+ "מכבה" בו זמנית את פעילות הקינאז, ובכך

יוני Ca 2+ מעורבים לא רק בהתכווצות השרירים, אלא גם במתן אנרגיה להתכווצויות אלו.

יוני Ca 2+ נקשרים לחלבון קלמודולין, ובמקרה זה פועלים כאחת מתת-יחידות הקינאז. לשריר פוספורילאז קינאז יש את המבנה  4  4  4  4. רק לתת-יחידה  יש תכונות קטליטיות, - ו--יחידות, בהיותן מווסתות, מפוספסות בשאריות סרין באמצעות PKA, תת-היחידה  זהה לחלבון הקלמודולין (נדון בפירוט בסעיף 2.3.2, חלק 2 " Biochemistry of Movement"), קושר ארבעה יוני Ca 2+, מה שמוביל לשינויים קונפורמטיביים, הפעלה של תת-היחידה הקטליטית , למרות שהקינאז נשאר במצב דה-פוספוריל.

במהלך עיכול במנוחה מתרחשת גם סינתזת גליקוגן בשריר. גלוקוז חודר לתאי שריר בעזרת חלבוני נשא GLUT 4 (הגיוס שלהם לממברנת התא תחת פעולת האינסולין נדון בהרחבה בסעיף 5.2.4.3 ובאיור 5.21). השפעת האינסולין על סינתזה של גליקוגן בשרירים מתבצעת גם באמצעות דה-פוספורילציה של גליקוגן סינתאז וגליקוגן פוספורילאז.

5.2.11. גליקוזילציה לא אנזימטית של חלבונים.אחד מסוגי השינוי של חלבונים לאחר תרגום הוא הגלוקוזילציה של שרידי סרין, תראונין, אספרגין והידרוקסיליזין באמצעות גליקוזילטרנספראזות. מאז הדם במהלך העיכול יוצר ריכוז גבוהפחמימות (הפחתת סוכרים), גליקוזילציה לא אנזימטית של חלבונים, שומנים וחומצות גרעין, הנקראת גליקציה, אפשרית. מוצרים הנובעים מאינטראקציה רב-שלבית של סוכרים עם חלבונים נקראים מוצרים סופיים של גליקציה מתקדמים (AGEs) ונמצאים בחלבונים אנושיים רבים. זמן מחצית החיים של מוצרים אלו ארוך מזה של חלבונים (ממספר חודשים עד מספר שנים), וקצב היווצרותם תלוי ברמת ומשך החשיפה להפחתת הסוכר. ההנחה היא שסיבוכים רבים הנובעים מסוכרת, מחלת אלצהיימר וקטרקט קשורים להיווצרותם.

ניתן לחלק את תהליך הגליקציה לשני שלבים: מוקדם ומאוחר. בשלב הראשון של הגליקציה, מתרחשת התקפה נוקלאופילית של קבוצת הקרבוניל של גלוקוז על ידי קבוצת -אמינו של ליזין או קבוצת הגואנידיניום של ארגינין, וכתוצאה מכך נוצר בסיס שיף לאבילי - נ-גליקוסילימין (איור 5.29) היווצרות בסיס שיף היא תהליך מהיר יחסית והפיך.

הבא מגיע הסידור מחדש נ-גליקוסילימין עם היווצרות המוצר Amadori - 1-amino-1-deoxyfructose. קצב תהליך זה נמוך מקצב היווצרות גליקוזילימין, אך גבוה משמעותית מקצב ההידרוליזה של בסיס שיף,

אורז. 5.29. תרשים של גליקציה של חלבון. הצורה הפתוחה של הפחמימה (גלוקוז) מגיבה עם קבוצת ה--אמינו של ליזין ליצירת בסיס שיף, שעובר סידור מחדש של Amadori לקטואמין דרך היווצרות ביניים של אנולמין. סידור מחדש של Amadori מואץ אם שאריות אספרטאט וארגינין ממוקמות ליד שאריות הליזין. קטואמין יכול לאחר מכן לתת מגוון מוצרים (תוצרי סופי של גליקציה - AGE). התרשים מציג את התגובה עם מולקולת הפחמימה השנייה ליצירת דיקטואמין (לפי )

לכן, חלבונים המכילים שאריות 1-amino-1-deoxyfructose מצטברים בדם. שינויים של שאריות ליזין בחלבונים בשלב מוקדם של הגליקציה, ככל הנראה, מתאפשרים על ידי נוכחות של שאריות היסטידין, ליזין או ארגינין בסביבה הקרובה של קבוצת האמינו המגיבה, שמבצעת חומצה- הזרז העיקרי של התהליך, כמו גם שאריות אספרטאט, המושכות פרוטון מאטום הפחמן השני של הסוכר. קטואמין יכול לקשור שארית פחמימה נוספת בקבוצת האימינו ליצירת ליזין מסוכר כפול, שהופך לדיקטואמין (ראה איור 5.29).

שלב מאוחר של הגליקציה, כולל טרנספורמציות נוספות נ‑glycosylimine והמוצר Amadori, תהליך איטי יותר המוביל להיווצרות של תוצרי קצה גליקציוניים יציבים (AGEs). בְּ בתקופה האחרונההופיעו נתונים על השתתפות ישירה ביצירת AGEs של תרכובות α-dicarbonyl (glyoxal, methylglyoxal, 3-deoxyglucozone), אשר נוצרות ב vivoהן במהלך הפירוק של גלוקוז והן כתוצאה מתמורות של בסיס שיף במהלך השינוי של ליזין בהרכב חלבונים עם גלוקוז (איור 5.30). רדוקטאזים ותרכובות סולהידריליות ספציפיות (חומצה ליפואית, גלוטתיון) מסוגלים להפוך תרכובות דיקרבוניל תגובתיות למטבוליטים לא פעילים, מה שמתבטא בירידה ביצירת תוצרי סופי של גליקציה.

תגובות של תרכובות α-דיקרבוניל עם קבוצות ε-אמינו של שאריות ליזין או קבוצות גואנידיום של שאריות ארגינין בחלבונים מובילות ליצירת קישורי חלבון צולבים, שאחראים לסיבוכים הנגרמים מגליקציית חלבון בסוכרת ומחלות אחרות. בנוסף, כתוצאה מהתייבשות רציפה של המוצר Amadori ב-C4 ו-C5, נוצרים 1-אמינו-4-דאוקסי-2,3-דיון ו-אנדיון, שיכולים להשתתף גם ביצירת קישורי חלבון תוך מולקולריים ואינטרמולקולריים. .

בין AGEs מאופיינים נ ε - קרבוקסימטילליזין (CML) ו נ ε -carboxyethyllysine (CEL), bis(lysyl)imidazole adducts (GOLD - glyoxal-lysyl-lysyl-dimer, MOLD - methylglyoxal-lysyl-lysyl-dimer, DOLD - deoxyglucoson-lysyl-lysyl-dimer), imidazolones (G-H, MG-MG- H ו-3DG-H), פיררלין, ארגפירימידין, פנטוזידין, קרוסלין ווספרליזין. 5.31 מראה כמה

אורז. 5.30. ערכת הגלוקציה של חלבון בנוכחות D-glucose. התיבה מציגה את המבשרים העיקריים של מוצרי AGE הנובעים מגליקציה (לפי )

תוצרים סופיים של גליקציה. לדוגמה, פנטוזידין ו-CML (Carboxymethyl Lysine), תוצרי קצה של גליקציה הנוצרים בתנאים חמצוניים, נמצאים בחלבונים ארוכי חיים: קולגן העור וקריסטלין העדשה. Carboxymethyllysine מכניס לחלבון קבוצת קרבוקסיל טעון שלילי במקום קבוצת אמינו טעונה חיובית, מה שיכול להוביל לשינוי במטען על פני החלבון, לשינוי במבנה המרחבי של החלבון. CML הוא אנטיגן המוכר על ידי נוגדנים. הכמות של מוצר זה עולה באופן ליניארי עם הגיל. פנטוסידין הוא חיבור צולב (תוצר צולב) בין מוצר אמאדורי לשארית ארגינין בכל מיקום של החלבון, הוא נוצר מאסקורבט, גלוקוז, פרוקטוז, ריבוז, המצוי ברקמות המוח של חולי אלצהיימר, בעור ובדם של חולי סוכרת.

תוצרי קצה גלייקציה יכולים לקדם חמצון של רדיקלים חופשיים, שינוי מטען על פני החלבון, קישור צולב בלתי הפיך בין חלקים שונים של החלבון, אשר

משבש את המבנה והתפקוד המרחביים שלהם, הופך אותם לעמידים בפני פרוטאוליזה אנזימטית. בתורו, חמצון של רדיקלים חופשיים יכול לגרום לפרוטוליזה לא אנזימטית או לפרגמנטציה של חלבונים, חמצון שומנים.

היווצרות תוצרים סופיים של גליקציה על חלבוני קרום בסיס (קולגן מסוג IV, laminin, heparan sulfate proteoglycan) מובילה לעיבוי שלו, להצרת לומן הנימים ולהפרעה בתפקודם. הפרות אלו של המטריצה ​​החוץ-תאית משנות את המבנה והתפקוד של כלי הדם (ירידה באלסטיות של דופן כלי הדם, שינוי בתגובה להשפעת הרחבת כלי הדם של תחמוצת החנקן), תורמות להתפתחות מואצת יותר של התהליך הטרשתי.

תוצרי קצה של גליקציה (AGEs) משפיעים גם על הביטוי של מספר גנים על ידי קשירה לקולטני AGE ספציפיים הממוקמים על פיברובלסטים, לימפוציטים מסוג T, בכליות (תאי mesangial), בדופן כלי הדם (אנדותל ותאי שריר חלק), במוח. , כמו גם בכבד ובטחול, שם הם נמצאים רוב, כלומר, ברקמות עשירות במקרופאגים, המתווכים את התמרה של אות זה על ידי הגברת היווצרות רדיקלים חופשיים של חמצן. האחרונים, בתורם, מפעילים את השעתוק של הגורם הגרעיני NF-kB, המווסת את הביטוי של גנים רבים המגיבים לנזקים שונים.

אחת הדרכים היעילות למנוע את ההשלכות הלא רצויות של גליקוזילציה לא אנזימטית של חלבונים היא הפחתת תכולת הקלוריות במזון, המתבטאת בירידה בריכוז הגלוקוז בדם ובירידה בהתקשרות הלא אנזימטית של חלבונים. גלוקוז לחלבונים ארוכים, כגון המוגלובין. ירידה בריכוז הגלוקוז מובילה לירידה הן בגליקוזילציה של חלבון והן בחימצון שומנים. ההשפעה השלילית של גליקוזילציה נובעת הן מהפרה של המבנה והתפקודים כאשר גלוקוז מחובר לחלבונים ארוכים, והן כתוצאה מהנזק החמצוני לחלבונים הנגרם על ידי רדיקלים חופשיים הנוצרים במהלך חמצון סוכרים בנוכחות יוני מתכת מעבר. . נוקלאוטידים ודנ"א עוברים גם גליקוזילציה לא אנזימטית, מה שמוביל למוטציות עקב פגיעה ישירה בדנ"א ואי-אקטיבציה של מערכות תיקון, מה שגורם לשבירות מוגברת של כרומוזומים. נכון לעכשיו, נבדקות גישות למניעת השפעת הגליקציה על חלבונים ארוכים באמצעות התערבויות פרמקולוגיות וגנטיות.

כל אורגניזם חי ניזון ממזון אורגני, אשר נהרס בו מערכת עיכולומשתתף ב חילוף חומרים תאי. ועבור חומר כמו חלבון, עיכול פירושו פירוק מוחלט למונומרים המרכיבים אותו. המשמעות היא שהמשימה העיקרית של מערכת העיכול היא הרס המבנה המשני, השלישוני או התחום של המולקולה, ולאחר מכן סילוק חומצות אמינו. ייקרע אחר כך מערכת דםדרך תאי הגוף, שם יסונתזו מולקולות חלבון חדשות הנחוצות לחיים.

עיכול חלבון אנזימטי

חלבון הוא מקרומולקולה מורכבת, דוגמה לביופולימר המורכב מחומצות אמינו רבות. וכמה מולקולות חלבון מורכבות לא רק משאריות חומצות אמינו, אלא גם ממבני פחמימות או שומנים. חלבונים אנזימטיים או תחבורה עשויים אפילו להכיל יון מתכת. לרוב במזון יש מולקולות חלבון שנמצאות בבשר מהחי. הן גם מולקולות פיברילריות מורכבות עם שרשרת חומצות אמינו ארוכה.

לפירוק חלבונים במערכת העיכול, קיים קבוצה של אנזימי פרוטאוליזה. אלה הם פפסין, טריפסין, כימוטריפסין, אלסטאז, גזטריקסין, כימוזין. עיכול סופיחלבונים מתרחשים במעי הדק תחת פעולתם של פפטיד הידרולאזות ודיפפטידאזות. זוהי קבוצה של אנזימים המפרקים את הקשר הפפטיד בחומצות אמינו ספציפיות למהדרין. משמעות הדבר היא שנדרש אנזים אחד כדי לשבור את הקשר הפפטידי בין השאריות של חומצת האמינו סרין, ויש צורך באנזים אחד כדי לשבור את הקשר שנוצר על ידי תריאונין.

אנזימי עיכול חלבון מחולקים לסוגים בהתאם למבנה המרכז הפעיל שלהם. אלו הם פרוטאזות סרין, תראונין, אספארטיל, גלוטמין וציסטאין. במבנה המרכז הפעיל שלהם, הם מכילים חומצת אמינו מסוימת, שבגללה הם קיבלו את שמם.

מה קורה לחלבון בקיבה?

אנשים רבים אומרים בטעות שהקיבה היא איבר העיכול העיקרי. זוהי טעות נפוצה, שכן עיכול המזון נצפה חלקית כבר בחלל הפה, שם חלק קטן מהפחמימות נהרס. כאן מתרחשת ספיגה חלקית. אבל תהליכי העיכול העיקריים אכן מתרחשים במעי הדק. יחד עם זאת, למרות נוכחותם של פפסין, כימוסין, גזטריקסין ו של חומצה הידרוכלורית, עיכול של חלבונים בקיבה אינו מתרחש. חומרים אלה תחת פעולת דנטורציה של חומצה פרוטאוליטית וחומצה הידרוכלורית, כלומר, מאבדים את המבנה המרחבי המיוחד שלהם. Chymosin גם מקלקל חלבון חלב.

אם נבטא את תהליך עיכול החלבון באחוזים, אז כ-10% מההרס של כל מולקולת חלבון מתרחש בקיבה. המשמעות היא שבקיבה אף חומצת אמינו אחת לא מתנתקת מהמקרומולקולה ואינה נספגת בדם. החלבון רק מתנפח ומעצבן כדי להגדיל את מספר האתרים הזמינים לאנזימים פרוטאוליטיים לעבודה בתריסריון. המשמעות היא שתחת פעולתו של פפסין, מולקולת החלבון גדלה בנפח, וחושפת יותר קשרים פפטידים, אשר לאחר מכן מחוברים אנזימים פרוטאוליטייםמיץ לבלב.

עיכול חלבון בתריסריון

לאחר הקיבה, מזון מעובד וטחון בקפידה, מעורבב עם מיץ קיבהומוכן לשלבים נוספים של עיכול, נכנס לתריסריון. זו עלילה מערכת עיכולממוקם ממש בתחילת המעי הדק. כאן, פיצול נוסף של מולקולות מתרחש תחת פעולתם של אנזימי הלבלב. זה יותר אגרסיבי ויותר חומרים פעיליםמסוגל לפצל שרשרת פוליפפטיד ארוכה.

תחת הפעולה של טריפסין, אלסטאז, כימוטריפסין, carboxypeptidases A ו-B, מולקולת החלבון מפוצלת לשרשרות קטנות רבות יותר. למעשה, לאחר שעבר תְרֵיסַריוֹןעיכול החלבונים במעי רק מתחיל. ואם מבוטא באחוזים, אז לאחר עיבוד בולוס המזון, חלבונים מתעכלים בכ-30-35%. ה"פירוק" המלא שלהם למונומרים המרכיבים יתבצע במעי הדק.

תוצאות של עיכול חלבון הלבלב

עיכול חלבונים בקיבה ובתריסריון הוא שלב הכנה הדרוש לפיצול של מקרומולקולות. אם חלבון באורך שרשרת של 1000 חומצות אמינו נכנס לקיבה, אז הפלט מהתריסריון יהיה, למשל, 100 מולקולות עם 10 חומצות אמינו כל אחת. זהו נתון היפותטי, שכן האנדופפטיזים שהוזכרו לעיל אינם מחלקים את המולקולה למקטעים שווים. המסה שתתקבל תכיל מולקולות באורך שרשרת של 20 חומצות אמינו, ו-10 ו-5. המשמעות היא שתהליך הריסוק הוא כאוטי. מטרתו היא לפשט בצורה מקסימלית את העבודה של אקסופפטאזות במעי הדק.

עיכול במעי הדק

עבור כל חלבון בעל מולקולריות גבוהה, העיכול הוא הרס מוחלט שלו למונומרים המרכיבים את המבנה הראשוני. ובמעי הדק, תחת פעולת אקסופפטידאזות, מושג הפירוק של אוליגופפטידים לחומצות אמינו בודדות. אוליגופפטידים הם השאריות שהוזכרו לעיל של מולקולת חלבון גדולה, המורכבת מ מספר גדולחומצות אמינו. הפיצול שלהם ניתן להשוואה מבחינת עלויות האנרגיה עם סינתזה. לכן, עיכול חלבונים ופחמימות הוא תהליך עתיר אנרגיה, וכך גם עצם הספיגה של חומצות האמינו שנוצרות על ידי תאי האפיתל.

עיכול פריאטלי

העיכול במעי הדק נקרא פריאטלי, מכיוון שהוא מתרחש על הקפלים של הווילי. אפיתל מעישבו מרוכזים אנזימי אקסופפטידאז. הם מתחברים למולקולת האוליגופפטיד ומעבירים הידרוליזה של הקשר הפפטיד. לכל סוג של חומצת אמינו יש אנזים משלו. כלומר, כדי לשבור את הקשר שנוצר על ידי אלנין, צריך את האנזים אלנין-אמינופפטידאז, גליצין - גליצין-אמינופפטידאז, לאוצין - לאוצין-אמינופטידאז.

בגלל זה עיכול חלבוןלוקח הרבה זמן ודורש הרבה אנזימי עיכול סוגים שונים. הלבלב אחראי לסינתזה שלהם. תפקודו מושפע בחולים שמתעללים באלכוהול. אבל כדי לנרמל את המחסור באנזימים על ידי נטילת תכשירים תרופתיים, כמעט בלתי אפשרי.