معلومة

15.4: استقلاب الجليكوجين في الحيوانات - علم الأحياء

15.4: استقلاب الجليكوجين في الحيوانات - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

15.4: استقلاب الجليكوجين في الحيوانات

يحدث انهيار الجليكوجين من خلال التفاعلات الأنزيمية الثلاثة ، جليكوجين فسفوريلاز ، إنزيم إزالة تفرعات الجليكوجين ، وفوسفوجلوكوموتاز. ثلاث خطوات على النحو التالي -

عمل فوسفوريلاز الجليكوجين

يزيل فسفوريلاز الجليكوجين بقايا الجلوكوز مثل alpha-D glucose 1 -phosphate من الطرف غير المختزل ، مع كسر رابطة alpha 1-4 glycosidic بواسطة هجوم الفوسفات غير العضوي ، تتكرر هذه العملية حتى تصل إلى أربعة جلوكوز من نقطة التفرع. يحدث مزيد من الانهيار بعد عمل إنزيم الشطب.

عمل إنزيم يزيل تفرع الجليكوجين

يحفز إنزيم إزالة الامتياز تفاعلين متتاليين لنقل الفرع.

نشاط ترانسبيراز إنزيم الشطب - في هذا التفاعل ، يقوم الإنزيم بنقل السكريات قليلة التفرع من فرع إلى خطي.

نشاط Alpha 1-6 glycosidase من إنزيم إزالة الامتياز - في هذه الخطوة ، يتم التخلص من تكسير إنزيم alpha 1-6 glycoside الذي يرجح جلوكوز واحد.

عمل إنزيم الفوسفوجلوكوموتاز

يقوم بتحويل الجلوكوز 1-فوسفات المعاير إلى جلوكوز 6 فوسفات ، والذي يمكن أن يدخل تحلل السكر.

تم إنشاؤه باستخدام BioRender.com


الجليكوجين والتمثيل الغذائي له: بعض التطورات الجديدة والموضوعات القديمة

الجليكوجين عبارة عن بوليمر متفرع من الجلوكوز يعمل كمخزن للطاقة في أوقات الكفاية الغذائية للاستخدام في أوقات الحاجة. كان التمثيل الغذائي له موضوع تحقيق مكثف ويعرف الكثير عن تنظيمه بواسطة الهرمونات مثل الأنسولين والجلوكاجون والأدرينالين (الإبينفرين). كان هناك جدل حول الأهمية النسبية للخيف مقارنة بالتحكم التساهمي في إنزيم التخليق الحيوي الرئيسي ، سينثيز الجليكوجين ، بالإضافة إلى الأهمية النسبية لدخول الجلوكوز إلى الخلايا مقارنة بتنظيم سينسيز الجليكوجين في تحديد تراكم الجليكوجين. تشمل التطورات الجديدة الهامة في استقلاب الجليكوجين حقيقية النواة على مدى العقد الماضي أو نحو ذلك ما يلي: (1) الهياكل ثلاثية الأبعاد للأنزيمات التخليقية الحيوية الجليكوجينين والجليكوجين سينثيز ، مع الآثار المرتبطة بالآلية والتحكم (2) تحليلات العديد من الفئران المعدلة وراثيًا باستخدام الجليكوجين المتغير الأيض الذي يسلط الضوء على آلية التحكم (3) زيادة التقدير للجوانب المكانية لعملية التمثيل الغذائي للجليكوجين ، بما في ذلك التركيز بشكل أكبر على التحلل الليزوزومي للجليكوجين و (4) فسفرة الجليكوجين والتقدم في دراسة مرض لافورا ، والذي يظهر على شكل مرض تخزين الجليكوجين.

الأرقام

الشكل 1. هيكل الجليكوجين

الشكل 1. هيكل الجليكوجين

( أ ) البلمرة α روابط -1،4-glycosidic و المتفرعة α ...

الشكل 2. جسيمات الجليكوجين

الشكل 2. جسيمات الجليكوجين

تظهر البروتينات الراسخة المرتبطة بالجليكوجين: الإنزيمات الأيضية (البنفسجي) الجليكوجينين ...

الشكل 3. نظرة عامة على استقلاب الجليكوجين

الشكل 3. نظرة عامة على استقلاب الجليكوجين

جلك خارج ، الجلوكوز خارج الخلية Glc في ، داخل الخلايا ...

الشكل 4. هيكل الجليكوجينين في الثدييات

الشكل 4. هيكل الجليكوجينين في الثدييات

( أ ) تمثيل شرائط ديمر الجليكوجينين ...

الشكل 5. السمات التنظيمية للجليكوجين سينسيز

الشكل 5. السمات التنظيمية للجليكوجين سينسيز

الموضح هو مقارنة بين العمارة العامة ...

الشكل 6. مخطط شرائط الجليكوجين حقيقية النواة ...

الشكل 6. مخطط شرائط من سينثاس الجليكوجين حقيقية النواة

يبرز الرسم التخطيطي عمليات إدراج التسلسل و ...

الشكل 7. تنشيط الجلوكوز 6 فوسفات

الشكل 7. تنشيط الجلوكوز 6 فوسفات

يتم إغلاق المواقع النشطة لمركب الجليكوجين في ...

الشكل 8. التفاعلات على الواجهة التنظيمية ...

الشكل 8. التفاعلات في الواجهة التنظيمية في حالات التوافق المختلفة لخميرة سينثاز الجليكوجين

الشكل 9. ارتباط مالتوديكستران في فوسفوفوريلاز الجليكوجين ...

الشكل 9. ارتباط مالتوديكستران في فوسفوفوريلاز الجليكوجين وتركيبات الجليكوجين

الشكل 10. الموقع النشط لخميرة الجليكوجين ...

الشكل 10. الموقع النشط للخميرة سينثاس الجليكوجين

تلك البقايا في Gys2p مسؤولة عن التعرف على ...

الشكل 11. الآلية المحتملة لفسفرة الجليكوجين

الشكل 11. الآلية المحتملة لفسفرة الجليكوجين

يظهر تفاعل سينسيز الجليكوجين المعتاد في ...

الشكل 12. التحكم في تخليق الجليكوجين في ...

الشكل 12. التحكم في تخليق الجليكوجين في العضلات

يزيد كل من الأنسولين والتمارين من امتصاص الجلوكوز ...

الشكل 13. تدهور الجليكوجين

الشكل 13. تدهور الجليكوجين

يتم تحويل الجليكوجين إلى جلوكوز (Glc) من خلال مسارين: (أ) ...

الشكل 14. التفاعلات المبلغ عنها بين لافورين ، مالين ...

الشكل 14. تم الإبلاغ عن التفاعلات بين بروتينات استقلاب اللافورين والمالين والجليكوجين


استقلاب الكربوهيدرات: 10 دورات (مع رسم بياني)

تلقي هذه المقالة الضوء على المسارات / الدورات العشرة الرئيسية لاستقلاب الكربوهيدرات. المسارات / الدورات العشرة لاستقلاب الكربوهيدرات هي:

(1) تحلل السكر (2) تحويل البيروفات إلى أسيتيل COA (3) دورة حامض الستريك (4) استحداث السكر (5) استقلاب الجليكوجين (6) تكوين الجليكوجين (7) تحلل الغليكوجين (8) تحويلة أحادي الفوسفات الهكسوز (9) دورة الجليوكسيلات و (10) ) البناء الضوئي.

الكربوهيدرات هي المصدر الرئيسي للطاقة للخلايا الحية. الجلوكوز أحادي السكاريد هو الجزيء المركزي في استقلاب الكربوهيدرات حيث أن جميع المسارات الرئيسية لاستقلاب الكربوهيدرات مرتبطة به (الشكل 67.3).

يستخدم الجلوكوز كمصدر للطاقة ، ويتم تصنيعه من سلائف غير كربوهيدراتية ويتم تخزينه كجليكوجين لإطلاق الجلوكوز عند الحاجة. السكريات الأحادية الأخرى المهمة في استقلاب الكربوهيدرات هي الفركتوز والجالاكتوز والمانوز.

يبلغ مستوى الجلوكوز في الدم الصائم عند البشر العاديين 60-100 مجم / ديسيلتر (4.5-5.5 مليمول / لتر) ويتم الحفاظ عليه بكفاءة عالية عند هذا المستوى.

تم وصف الخطوط العريضة للمسارات / الدورات الرئيسية لاستقلاب الكربوهيدرات:

دورة # 1. تحلل السكر:

تحلل السكر مشتق من الكلمات اليونانية (جليكوز - حلو أو تحلل سكري - انحلال). إنه مسار عالمي في الخلايا الحية. يُعرَّف تحلل السكر على أنه تسلسل التفاعلات التي تحول الجلوكوز (أو الجليكوجين) إلى البيروفات أو اللاكتات ، مع إنتاج ATP (الشكل 67.4).

السمات البارزه:

1. يحدث تحلل السكر (المعروف أيضًا باسم مسار Embden-Meyerhof) في جميع خلايا الجسم. توجد إنزيمات هذا المسار في الجزء الخلوي للخلية.

2. يحدث تحلل السكر في غياب الأكسجين (اللاهوائي) أو في وجود الأكسجين (الهوائية). اللاكتات هو المنتج النهائي تحت ظروف لاهوائية. في الحالة الهوائية ، يتم تكوين البيروفات ، والتي تتأكسد بعد ذلك إلى ثاني أكسيد الكربون2 و ح2س.

3. تحلل السكر هو مسار رئيسي لتخليق ATP في الأنسجة التي تفتقر إلى الميتوكوندريا ، على سبيل المثال كريات الدم الحمراء ، القرنية ، العدسة ، إلخ.

4. تحلل السكر ضروري جدا للدماغ الذي يعتمد على الجلوكوز للحصول على الطاقة. يجب أن يخضع الجلوكوز في الدماغ لتحلل السكر قبل أن يتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون2 و ح2س.

5. يمكن تلخيص تحلل السكر (اللاهوائي) من خلال التفاعل الصافي

الجلوكوز + 2ADP + 2Pi → 2 لاكتات + 2 ATP

6. سيؤدي عكس تحلل السكر جنبًا إلى جنب مع الترتيبات البديلة التي يتم إجراؤها في خطوات لا رجعة فيها إلى تخليق الجلوكوز (استحداث السكر).

دورة # 2. تحويل بيروفات إلى أسيتيل كوا:

يتم تحويل البيروفات إلى أسيتيل CoA عن طريق نزع الكربوكسيل المؤكسد. هذا تفاعل لا رجوع فيه ، يتم تحفيزه بواسطة مركب متعدد الإنزيمات ، يُعرف باسم معقد البيروفات ديهيدروجينيز (PDH) ، والذي يوجد فقط في الميتوكوندريا. تم العثور على تركيزات عالية من PDH في عضلة القلب والكلى. يتطلب إنزيم PDH خمسة عوامل مساعدة (أنزيمات مساعدة) ، وهي - TPP و lipoamide و FAD و coenzyme A و NAD + (يحتوي ليبو أميد على حمض ليبويك مرتبط بمجموعة ɛ-amino من ليسين).

رد الفعل العام لـ PDH هو:

دورة # 3. دورة حامض الستريك:

دورة حمض الستريك (دورة كريبس أو حمض الكربوكسيل - دورة TCA) هي أهم مسار استقلابي لتزويد الجسم بالطاقة. يتم تصنيع حوالي 65-70٪ من ATP في دورة كريبس. تتضمن دورة حمض الستريك أساسًا أكسدة الأسيتيل CoA إلى CO2 و ح2س.

دورة حمض الستريك هي المسار المؤكسد النهائي المشترك للكربوهيدرات والدهون والأحماض الأمينية. لا توفر هذه الدورة الطاقة فحسب ، بل توفر أيضًا العديد من الوسائط المطلوبة لتخليق الأحماض الأمينية والجلوكوز والهيم وما إلى ذلك. تعد دورة كريبس أهم مسار مركزي يربط تقريبًا جميع المسارات الأيضية الفردية (إما بشكل مباشر أو غير مباشر). توجد إنزيمات دورة TCA في مصفوفة الميتوكوندريا ، على مقربة من سلسلة نقل الإلكترون.

تتضمن دورة كريبس أساسًا مزيجًا من ثنائي أسيتيل كربون CoA مع أربعة أوكسالو أسيتات كربون لإنتاج ستة حمض كربوكسيلي كربوكسيلي ، سترات. في التفاعلات التالية ، يتأكسد الكاربونان إلى ثاني أكسيد الكربون ، ويتجدد أوكسالو أسيتات ويعاد تدويره. يعتبر أوكسالو أسيتات أن يلعب دورًا محفزًا في دورة حمض الستريك. تم تصوير تفاعلات دورة كريبس في الشكل 67.5.

دورة # 4. استحداث السكر:

يُعرف تخليق الجلوكوز أو الجليكوجين من المركبات غير الكربوهيدراتية باسم استحداث السكر. الركائز / السلائف الرئيسية لتكوين السكر هي اللاكتات ، البيروفات ، الأحماض الأمينية السكرية ، البروبيونات والجلسرين.

موقع استحداث السكر:

يحدث استحداث السكر بشكل رئيسي في العصارة الخلوية ، على الرغم من أن بعض السلائف يتم إنتاجها في الميتوكوندريا. يحدث استحداث الجلوكوز في الغالب في الكبد ، وإلى حد ما في مصفوفة الكلى (حوالي عُشر سعة الكبد).

تفاعلات استحداث السكر:

يشبه استحداث السكر إلى حد بعيد المسار المعكوس لتحلل السكر ، على الرغم من أنه ليس الانعكاس الكامل لتحلل السكر. بشكل أساسي ، 3 (من أصل 10) تفاعلات تحلل السكر لا رجعة فيها. التفاعلات السبعة شائعة لكل من تحلل السكر وتكوين السكر. يتم تحفيز الخطوات الثلاث التي لا رجعة فيها لتحلل السكر عن طريق الإنزيمات ، وهي هيكسوكيناز ، فسفوفركتوكيناز ، وبيروفات كيناز.

دورة # 5. استقلاب الجليكوجين:

الجليكوجين هو شكل تخزين الجلوكوز في الحيوانات ، وكذلك النشا في النباتات. يتم تخزينه في الغالب في الكبد (6-8٪) والعضلات (1-2٪). بسبب زيادة كتلة العضلات ، فإن كمية الجليكوجين في العضلات (250 جم) أعلى بثلاث مرات من تلك الموجودة في الكبد (75 جم).

وظائف الجليكوجين:

تتمثل الوظيفة الأساسية للجليكوجين في الكبد في الحفاظ على مستويات الجلوكوز في الدم ، خاصة بين الوجبات. تزداد مخازن الجليكوجين في الكبد في حالة التغذية الجيدة والتي يتم استنفادها أثناء الصيام. يعمل الجليكوجين العضلي كاحتياطي وقود لتزويد ATP أثناء تقلص العضلات.

دورة # 6. تكوين الجليكوجين:

تخليق الجليكوجين من الجلوكوز هو تكوين الجليكوجين. يحدث تكوين الجليكوجين في العصارة الخلوية ويتطلب ATP و UTP ، إلى جانب الجلوكوز.

دورة # 7. تحلل الجليكوجين:

يشكل تحلل الجليكوجين المخزن في الكبد والعضلات تحلل الجليكوجين. لا يمكن عكس مسار تخليق وتحلل الجليكوجين. تقوم مجموعة مستقلة من الإنزيمات الموجودة في العصارة الخلوية بإجراء تحلل الجليكوجين. يتحلل الجليكوجين عن طريق كسر روابط α-1 و 4 و α-1 و 6-glycosidic.

دورة # 8. تحويلة أحادي الفوسفات الهكسوز:

يسمى مسار أحادي الفوسفات الهكسوز أو تحويلة HMP أيضًا مسار فوسفات البنتوز أو مسار الفوسفوجلوكونات. هذا مسار بديل لتحلل السكر ودورة TCA لأكسدة الجلوكوز. ومع ذلك ، فإن تحويلة HMP هي أكثر بنائية بطبيعتها ، لأنها تهتم بالتخليق الحيوي لـ NADPH و pentose & # 8217s.

موقع المسار:

توجد إنزيمات تحويلة HMP في العصارة الخلوية. الأنسجة مثل الكبد والأنسجة الدهنية والغدة الكظرية وخلايا الدم الحمراء والخصيتين والغدة الثديية المرضعة نشطة للغاية في تحويلة HMP. تشارك معظم هذه الأنسجة في التخليق الحيوي للأحماض الدهنية والستيرويدات التي تعتمد على إمداد NADPH.

تفاعلات تحويلة HMP:

يوضح الشكل 67.6 تسلسل تفاعلات تحويلة HMP.

أهمية تحويلة HMP:

تعد تحويلة HMP فريدة من نوعها في إنتاج منتجين مهمين - pentose & # 8217s و NADPH - اللازمان للتفاعلات الحيوية والوظائف الأخرى.

أ. أهمية البنتوز & # 8217s:

في تحويلة HMP ، يتم تحويل hexoses إلى pentose & # 8217s ، وأهمها ريبوز 5-فوسفات. هذا البنتوز أو مشتقاته مفيد لتخليق الأحماض النووية (RNA و DNA) والعديد من النيوكليوتيدات مثل ATP و NAD + و FAD و CoA.

ب. أهمية NADPH:

1. مطلوب NADPH للتخليق الحيوي الاختزالي للأحماض الدهنية والستيرويدات ، وبالتالي فإن تحويلة HMP تكون أكثر نشاطًا في الأنسجة المعنية بتكوين الدهون ، على سبيل المثال الأنسجة الدهنية والكبد وما إلى ذلك.

2. يستخدم NADPH في تخليق بعض الأحماض الأمينية التي تتضمن إنزيم نازعة هيدروجين الجلوتامات.

3. هناك إنتاج مستمر لـ H.2ا2 في الخلايا الحية التي يمكن أن تلحق الضرر الكيميائي بالدهون غير المشبعة والبروتينات والحمض النووي. ومع ذلك ، يتم منع هذا إلى حد كبير من خلال التفاعلات المضادة للأكسدة التي تنطوي على NADPH. الجلوتاثيون بوساطة الحد من H.2ا2 فيما يلي

الجلوتاثيون (منخفض ، GSH) يزيل سموم H.2ا2، يحفز البيروكسيداز هذا التفاعل. NADPH مسؤول عن تجديد الجلوتاثيون المختزل من المؤكسد.

دورة # 9. دورة الجليوكسيلات:

لا تستطيع الحيوانات ، بما في ذلك الإنسان ، القيام بالتخليق الصافي للكربوهيدرات من الدهون. ومع ذلك ، فإن النباتات والعديد من الكائنات الحية الدقيقة مجهزة بآلية التمثيل الغذائي - وهي دورة الجليوكسيلات - لتحويل الدهون إلى كربوهيدرات. هذا المسار مهم جدًا في البذور النابتة حيث يتم تحويل ثلاثي الجلسرين (الدهون) المخزن إلى سكريات لتلبية احتياجات الطاقة.

تعتبر دورة الجليوكسيلات أحد البدائل الابتنائية لدورة حمض الستريك وهي موضحة في الشكل 67.7.

دورة # 10. التمثيل الضوئي:

تخليق الكربوهيدرات في عملية التمثيل الضوئي للنباتات الخضراء. من المسلم به الآن أن التمثيل الضوئي ينطوي في المقام الأول على عملية تحويل الطاقة التي يتم فيها تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية (في شكل مركبات الكربون المؤكسدة).

إنها حقيقة ثابتة أن كل الطاقة التي تستهلكها الأنظمة البيولوجية تنشأ من الطاقة الشمسية المحصورة في عملية التمثيل الضوئي. فيما يلي المعادلة الأساسية لعملية التمثيل الضوئي.

في المعادلة أعلاه ، (CH2O) يمثل الكربوهيدرات. يحدث التمثيل الضوئي في النباتات الخضراء في البلاستيدات الخضراء ، وهي عضيات متخصصة. آلية التمثيل الضوئي معقدة ، وتتضمن العديد من المراحل ، ومشاركة العديد من الجزيئات الكبيرة والجزيئات الكبيرة.

دور نظم الصور:

الخطوة الأولى في عملية التمثيل الضوئي هي امتصاص ثاني أكسيد الكربون ويشار إليه على أنه امتصاص الضوء بواسطة جزيئات الكلوروفيل في البلاستيدات الخضراء. ينتج عن هذا إنتاج طاقة الإثارة التي تنتقل من جزيء الكلوروفيل إلى جزيء آخر ، حتى يتم احتجازه بواسطة مركز تفاعل. يحدث النقل الضوئي للإلكترون إلى متقبل (أنظمة ضوئية) في مركز التفاعل.

يتطلب التمثيل الضوئي في المقام الأول تفاعلات نظامين ضوئيين متميزين (الأول والثاني). يولد نظام الصور الأول مختزلًا قويًا ينتج عنه تكوين NADPH. ينتج نظام ضوئي II مؤكسدًا قويًا يشكل O2 من ح2علاوة على ذلك ، يحدث توليد ATP عندما تتدفق الإلكترونات من النظام الضوئي الثاني إلى النظام الضوئي الأول (الشكل 67.8). وبالتالي ، فإن الضوء مسؤول عن تدفق الإلكترونات من H.2O لـ NADPH مع جيل مصاحب من ATP.

دورة كالفين:

يشار إلى المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي بدورة كالفين. في هذه الدورة ، يتم استخدام ATP و NADPH المنتجين في تفاعل الضوء (الموصوف أعلاه) لتحويل ثاني أكسيد الكربون2 إلى hexoses والمركبات العضوية الأخرى (الشكل 67.9). تبدأ دورة كالفين بتفاعل ثاني أكسيد الكربون2 وريبولوز 1 ، 5-بيسفوسفات لتشكيل جزيئين 3-فوسفوجليسيرات. يمكن تحويل هذا 3-phosphoglycerate إلى فركتوز 6-فوسفات ، جلوكوز 6-فوسفات ومركبات كربون أخرى.


على الأهمية الوظيفية للخلية الخلقية GLYCOGEN *

ملخص

تم العثور على الجليكوجين ليكون مكونًا طبيعيًا لخلايا β البنكرياس في الثدييات. لا تشكل مخازن الجليكوجين هذه رواسب خاملة من الناحية الأيضية ولكنها تمت تعبئتها بسهولة أثناء نقص التروية. كانت هناك علاقة وثيقة بين محتوى الجليكوجين ومستويات الجلوكوز التي تعرضت لها الخلايا β. احتوت الجزر المأخوذة من الفئران المصابة بفرط سكر الدم ، على سبيل المثال ، على 10 مليمول من بقايا الجلوكوزيل (= 1.6 جم جليكوجين) لكل كيلوغرام من الوزن الجاف ، وهو ما يعادل 3 أضعاف ما هو موجود في زملائه الهزيل. كان مستوى الجلوكوز المنخفض غير متوافق مع إنشاء مخازن الجليكوجين الكبيرة. قد يمثل هذا آلية مناسبة للحماية من نقص السكر في الدم العميق عن طريق جعل الخلايا أقل حساسية للمنشطات المختلفة لإطلاق الأنسولين.

أدى مشتق الديبوتريل من 3،5-AMP الدوري وكذلك المركبات (الجلوكاجون والثيوفيلين) المعروف أنها تزيد من كمية هذا النوكليوتيد في جزر البنكرياس إلى خفض مستويات الجليكوجين عند اختبارها في في المختبر نظام مع الجزر الصغيرة. من ناحية أخرى ، فإن الأدرينالين ، الذي يثبط تخليق 3،5-AMP الدوري عن طريق تحفيز مواقع مستقبلات ألفا الأدرينالية ، أدى إلى زيادة مستوى الجليكوجين في جزيرة. كان هناك انخفاض في محتوى الجليكوجين عندما تعرضت الجزر التي تم تشريحها مجهريًا لجليبينكلاميد ، وهو مركب قوي من السلفونيل يوريا خافض لسكر الدم. يمكن تفسير تعبئة السلفونيل يوريا للجليكوجين من حيث "إمكانات الفوسفات" المعدلة مما يؤدي إلى زيادة كميات AMP والفوسفات غير العضوي على حساب ATP.


أمثلة على أمراض تخزين الجليكوجين

هناك فئتان رئيسيتان من أمراض تخزين الجليكوجين: تلك الناتجة عن خلل في توازن الجليكوجين في الكبد وتلك الناتجة عن خلل في توازن الجليكوجين في العضلات. تتسبب الأمراض الناتجة عن خلل تخزين الجليكوجين في الكبد بشكل عام في تضخم الكبد (تضخم الكبد) ونقص السكر في الدم وتليف الكبد (تندب الكبد). تتسبب الأمراض الناتجة عن خلل تخزين الجليكوجين في العضلات بشكل عام في اعتلال عضلي وضعف التمثيل الغذائي. تشمل أمثلة أمراض تخزين الجليكوجين مرض بومبي ومرض مكاردل ومرض أندرسن.

مرض بومبي

يحدث مرض بومبي بسبب طفرات في GAA الجين ، الذي يشفر حمض الليزوزوم α-glucosidase ، ويشار إليه أيضًا باسم حمض المالتاز ، ويؤثر على عضلات الهيكل العظمي والقلب. يشارك حمض المالتاز في انهيار الجليكوجين ، وتؤدي الطفرات المسببة للأمراض إلى تراكم الجليكوجين الضار في الخلية. هناك ثلاثة أنواع من مرض بومبي: شكل البالغين ، وشكل الأحداث ، وشكل الأطفال ، والتي تزداد حدة بشكل تدريجي. يؤدي الشكل الطفولي إلى الوفاة من سنة إلى سنتين إذا تركت دون علاج.

مرض مكاردل

يحدث مرض مكاردل بسبب طفرات في PYGM الجين ، الذي يشفر ميوفوسفوريلاز ، وهو الشكل الإسوي لفوسفوريلاز الجليكوجين الموجود في العضلات. غالبًا ما تُلاحظ الأعراض عند الأطفال ، ولكن قد لا يتم تشخيص المرض حتى سن الرشد. تشمل الأعراض آلام العضلات والتعب ، وقد يكون المرض مهددًا للحياة إذا لم يتم علاجه بشكل صحيح.

مرض أندرسن

يحدث مرض أندرسن بسبب طفرة في GBE1 الجين ، الذي يشفر إنزيم الجليكوجين المتفرّع ، ويؤثر على العضلات والكبد. عادة ما تُلاحظ الأعراض في عمر بضعة أشهر ، وتشمل توقف النمو وتضخم الكبد وتليف الكبد. يمكن أن تكون مضاعفات المرض مهددة للحياة.

1. ما أفضل وصف لوظيفة الجليكوجين؟
أ. يوفر الدعم الهيكلي لخلايا العضلات
ب. عامل نسخ ينظم تمايز الخلايا
ج. يخزن الجلوكوز في النباتات
د. يقي من مستويات الجلوكوز في الدم ويعمل كمصدر للطاقة يتم تعبئته بسهولة

2. ما هو الهرمون الرئيسي الذي يحفز تكسير الجليكوجين؟
أ. جلوكاجون
ب. غدة درقية
ج. الأنسولين
د. الإستروجين

3. ما هي المصائر المحتملة للجلوكوز -1 فوسفات الناتج عن تحلل الجليكوجين؟
أ. التحويل إلى الجلوكوز 6 فوسفات يليه الدخول في مسار التحلل
ب. التحويل إلى الجلوكوز 6 فوسفات متبوعًا بدخول مسار فوسفات البنتوز
ج. التحويل إلى الجلوكوز يليه إطلاقه في مجرى الدم
د. كل ما ورداعلاه


ملخص القسم

يرتبط تفكك وتركيب الكربوهيدرات والبروتينات والدهون بمسارات هدم الجلوكوز. تشمل الكربوهيدرات التي يمكن أن تغذي أيضًا هدم الجلوكوز الجالاكتوز والفركتوز والجليكوجين. هذه ترتبط بتحلل السكر. ترتبط الأحماض الأمينية من البروتينات بتقويض الجلوكوز من خلال البيروفات والأسيتيل CoA ومكونات دورة حمض الستريك. يبدأ تكوين الكوليسترول مع الأسيتيل CoA ، ويتم التقاط مكونات الدهون الثلاثية بواسطة الأسيتيل CoA وتدخل في دورة حمض الستريك.

تمارين

  1. يستخدم الكوليسترول الذي تصنعه الخلايا أي مكون من مسار تحلل السكر كنقطة انطلاق؟
    1. الجلوكوز
    2. أسيتيل CoA
    3. البيروفات
    4. نشبع
    1. تكسير السكريات
    2. تجميع السكريات
    3. تكسير الأحماض الدهنية
    4. إزالة المجموعات الأمينية من الأحماض الأمينية
    1. ب
    2. ج
    3. إنها اقتصادية للغاية. تتحرك الركائز والوسطاء والمنتجات بين المسارات وتقوم بذلك استجابةً لحلقات تثبيط ردود الفعل المضبوطة بدقة والتي تحافظ على التمثيل الغذائي بشكل عام على عارضة متساوية. قد تحدث الوسائط في مسار واحد في مسار آخر ، ويمكن أن تنتقل من مسار إلى آخر بشكل سلس استجابةً لاحتياجات الخلية.

    استقلاب الجليكوجين

    يشمل استقلاب الجليكوجين تكوين الجليكوجين وتحلل الجليكوجين.

    تكوّن الجليكوجين

    إنه تخليق داخل الخلايا للجليكوجين من الجلوكوز. الموقع الرئيسي هو العصارة الخلوية لخلايا الكبد والعضلات. في الكبد ، يشكل 8-10٪ من وزنه الرطب ، وفي العضلات يشكل 1-2٪ من وزنه الرطب. قد تخزن معظم الخلايا الأخرى كميات دقيقة. يتطلب تخليق الجليكوجين من UDPG وجود إنزيمين: جليكوجين سينثيز وإنزيم متفرع.

    سينثيز الجليكوجين

    هذا هو الإنزيم الرئيسي لتخليق الجليكوجين. إنه يحفز نقل وحدات الجلوكوز من UDP-G إلى مادة الجليكوجين التمهيدي (سلسلة موجودة بالفعل من جزيئات الجلوكوز) بحيث1 من الجلوكوز المنشط لـ UDP-G مرتبط بـ C4 من وحدة الجلوكوز الطرفية في تمهيدي الجلوكوجين (نمو الجليكوجين) بواسطة α 1 ، 4 روابط جلوكوزيدية. يمكن تكرار هذه العملية وينتج عنها استطالة في الفروع تصل إلى ما لا يقل عن 11 بقايا جلوكوز. هذا هو الجليكوجين غير الناضج.

    إنزيم متفرع: [amylo (1،4 → 1 ، 6) ترانسجلوكوزيداز]

    ينقل أجزاء من السلسلة الممدودة (الحد الأدنى للطول 6 بقايا جلوكوز) من فرع واحد ليتم ربطها بأقرب سلسلة بواسطة روابط α 1 ، 6 جليكوسيد لتشكيل نقطة تفرع جديدة. يتم استطالة الفروع الجديدة بواسطة سينثيز الجليكوجين وتتكرر العملية.

    أهمية الجليكوجين

    • يعمل الجليكوجين في الكبد كاحتياطي للجلوكوز للحفاظ على تركيز الجلوكوز في الدم خاصة بين الوجبات. بعد 12-18 ساعة من الصيام ، ينضب الجليكوجين في الكبد.
    • الجليكوجين العضلي موجود ليكون بمثابة احتياطي وقود لتوليد ATP داخل العضلات نفسها فقط أثناء التركيز. يتم استنفاد الجليكوجين في العضلات بعد ممارسة الرياضة لفترات طويلة.

    استقلاب الجليكوجين

    تنظيم تكوين الجليكوجين

    التعديل التساهمي بالهرمونات: إنزيم الجليكوجين هو الإنزيم الرئيسي لتكوين الجليكوجين. إنه موجود في شكلين:

    1. شكل نشط منزوع الفسفرة (شكل). تأثير الأنسولين.
    2. شكل فسفري غير نشط (شكل ب). تأثير الجلوكاجون في الكبد وتأثير الإبينفرين في الكبد والعضلات. (راجع هذه التأثيرات في تحلل السكر).

    التنظيم الخيفي لتكوين الجليكوجين:

    • G-6-P ينشط سينسيز الجليكوجين. يعني تراكم G-6-P أن الخلية ليست بحاجة إلى مزيد من الأكسدة وإنتاج ATP.
    • الجليكوجين: يثبط تركيب الجليكوجين.

    تحلل الجليكوجين

    إنه انهيار داخل الخلايا للجليكوجين لتكوين G-1-P والذي يتم تحويله إلى G-6-P. موقعه الرئيسي هو العصارة الخلوية للكبد والعضلات. يتم تحفيزه بواسطة فسفوريلاز الجليكوجين واثنين من الإنزيمات الأخرى.

    فوسفوريلاز الجليكوجين

    الخطوة التي يتم تحفيزها بواسطة الفوسفوريلاز هي تحديد معدل تحلل الجليكوجين. يعمل فوسفوريلاز الجليكوجين النشط في وجود الفوسفات غير العضوي على الروابط α 1 ، 4-glucosidic للأطراف الخارجية (الفروع النهائية) لجزيئات الجليكوجين ، (بين C1 من المخلفات الطرفية و ج4 من النوع المجاور) مما يؤدي إلى تكوين جزيئات متتالية من G-1-P ، وإزالة وحدة جلوكوز واحدة في كل مرة. يتوقف عمل الإنزيم عندما يكون هناك أربعة بقايا جلوكوز على جانبي 16 فرع.

    إنزيم آخر

    α 1،4ألفا 1 ، 4 غلوكان ترانسفيراز. ينقل وحدة ثلاثي السكاريد من فرع إلى آخر ، مما يعرض نقطة الفرع α 1 ، 6.

    إنزيم الشطب: أميلو 1،6 جلوكوزيداز:

    إنه يحفز إزالة بقايا الجلوكوز الأخيرة عند نقطة التفرع عن طريق إضافة H2ينتج O إنتاج الجلوكوز الحر ، مما يترك سلسلة لمزيد من تحلل الفسفور بواسطة إنزيم الفوسفوريلاز. يتم تحويل G-1-P المتكون من الانقسام الفسفوري للجليكوجين إلى G-6-P بواسطة الفوسفوجلوكوموتاز.

    في الكبد والكلى ، يتم تحويل G-6-P إلى جلوكوز مجاني + Pi بواسطة G-6-phosphatase. لذلك ، يمكن للكبد إطلاق الجلوكوز في الدم للحفاظ على مستوى ثابت نسبيًا من الجلوكوز في الدم. في العضلات ، يتم الاحتفاظ بـ G-6-P ولا يمكن أن يكون مختلفًا عن الخلايا بسبب عدم وجود G-6-phosphatase ، لذلك يمكن للعضلات استخدامه لإنتاج ATP لنفسها.

    يعد الانقسام الفسفوري للجليكوجين أكثر فائدة من الانقسام المائي للأسباب التالية:

    1. الوحدات التي تم إطلاقها من تحلل الجليكوجين بواسطة الفوسفوريلاز هي G-6-P والتي ستدخل تحلل الجلوكوز في العضلات دون الحاجة إلى الفسفرة على حساب ATP.
    2. يمكن لـ G-6-P داخل خلايا العضلات & # 8217t أن ينتشر خارج الخلايا ، بينما يمكن أن ينتشر الجلوكوز.

    تنظيم تحلل الجليكوجين

    التعديل التساهمي بالهرمونات: النوربينفرين والإبينفرين (في الكبد والعضلات) أو الجلوكاجون في الكبد يعملان فقط على تنشيط فسفوريلاز الجليكوجين ، بينما يثبطه الأنسولين.

    تفارغية

    1. G-6-P و ATP يمنعان فسفوريلاز الجليكوجين لأن مستوياتهما المرتفعة تشير إلى أن الخلية & # 8217t في حاجة إلى مزيد من الطاقة وليس هناك حاجة لتفكيك الجليكوجين.
    2. يحفز AMP فسفوريلاز الجليكوجين في العضلات.
    3. ينشط الكالسيوم بشكل غير مباشر فسفوريلاز في العضلات والكبد.
    أمراض تخزين الجليكوجين
    • يرجع مرض Von Gierke & # 8217s إلى نقص الجلوكوز 6-فوسفاتيز.
    • تحدث متلازمة ماك آردل بسبب نقص فسفوريلاز العضلات.
    تشمل الأخطاء الأيضية الخلقية بشكل رئيسي:
    1. يعود سبب بيلة الفركتوز الأساسية إلى نقص وراثي في ​​إنزيم الفركتوكيناز. إنها حالة بدون أعراض.
    2. يرجع عدم تحمل الفركتوز الوراثي إلى نقص وراثي في ​​إنزيم الكبد ألدولاز ب. ويتميز بنوبات نقص السكر في الدم التي قد تؤدي إلى الوفاة.

    استقلاب الجالاكتوز

    المصدر الغذائي الرئيسي للجالاكتوز هو اللاكتوز الذي يتم الحصول عليه من الحليب ومنتجات الألبان. يحدث هضم اللاكتوز عن طريق إنزيم اللاكتاز (β-galactosidase) لغشاء الخلية المخاطية المعوية. يمكن أيضًا الحصول على بعض الجالاكتوز عن طريق التحلل الليزوزومي لـ CHO المعقد مثل البروتينات السكرية والجليكوليبيدات ، وهي مكونات غشاء مهمة وكذلك من دوران الجسم وخلايا # 8217. مثل الفركتوز ، فإن دخول الجالاكتوز إلى الخلايا لا يعتمد على الأنسولين.

    الجالاكتوز في الدم هو مرض وراثي ناتج عن نقص الجالاكتوز 1-فوسفات يوريديل ترانسفيراز (الأكثر شيوعًا) أيضًا بسبب العيوب الموروثة في galactokinase ، أو 4-epimerase ، ويتميز بالتخلف العقلي والإسهال وإعتام عدسة العين.


    احتياج الجسم والمغذيات: الإمداد الغذائي

    مينا دبليو لامب ، مارجريت ل. هاردن ، في معنى التغذية البشرية ، 1973

    الكربوهيدرات

    ما هي الكربوهيدرات؟

    الكربوهيدرات هي الوقود المفضل للاستخدام من قبل الجسم وتمثل أكبر مكون منفرد في معظم الأنظمة الغذائية بخلاف الماء. كانت الكربوهيدرات من أوائل العناصر الغذائية التي تم تحديدها كيميائيًا ، وكانت نسبة الهيدروجين إلى الأكسجين 2: 1 ، وهي نفس النسبة الموجودة في الماء - ومن هنا جاء مصطلح الكربوهيدرات.

    في عملية التمثيل الغذائي ، يتأكسد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين في الماء ، وبالتالي إطلاق الطاقة المميزة لهذا النوع من الجزيئات:

    الشكل 5.3. مخطط لإنتاج الطاقة.

    أبسط وحدة هيكلية للكربوهيدرات هي أحادي السكاريد. معظم السكريات الأحادية في الأطعمة عبارة عن سداسيات لأنها تتكون من ستة وحدات كربون ترتبط بها ذرات الهيدروجين والأكسجين على شكل مجموعات هيدروجين (H +) وهيدروكسيل (OH -). السكريات الأحادية الثلاثة في الغذاء التي تطلقها العمليات الهضمية وذات الأهمية في التغذية هي الجلوكوز والفركتوز والجلاكتوز التي تحتوي على نفس عدد وأنواع الذرات - ست ذرات كربون ، واثنتي عشرة ذرة هيدروجين ، وست ذرات أكسجين ، كما هو موضح في الشكل 5.4. . يتم ترتيبها مكانيًا حول سلسلة ذرات الكربون أو تكوينها الدوري. تفسر هذه الترتيبات المختلفة للذرات التباين في قوة التحلية ، والقابلية للذوبان ، والخصائص الأخرى للسكريات الأحادية المختلفة.

    الشكل 5.4. طريقتان لتوضيح بنية الجلوكوز.

    يتم الجمع بين جزيئين من السكريات الأحادية لتشكيل ثنائي السكاريد مع إطلاق جزيء واحد من الماء. وهكذا يتم ربط وحدات الجلوكوز معًا لإنتاج جزيء أكبر ، في هذه الحالة ، مالتوز السكر المزدوج. تسمى هذه العملية تخليق الجفاف. تسمى العملية العكسية ، حيث يتم تكسير المالتوز عن طريق الإضافة الكيميائية للماء بين وحدتين ، بالتحلل المائي. تحدث مثل هذه العمليات ، تخليق الجفاف والتحلل المائي في بناء وتدهور جميع جزيئات الكربوهيدرات الرئيسية (الجزيئات الكبيرة التي يتم بناؤها عن طريق تكرار الوحدات الأصغر) في الخلية الحية.

    الجلوكوز والفركتوز والجلاكتوز عبارة عن ثلاثة سكريات أحادية يتم إطلاقها من الطعام أثناء عمليات الهضم وامتصاصها عن طريق الوريد البابي ليتم نقلها إلى الكبد. من الكبد ، يتم إطلاق الجلوكوز فقط للدوران في الدم. يستخدم الجلوكوز ، الذي يشار إليه أحيانًا باسم سكر العنب أو سكر العنب ، بسهولة من قبل معظم الكائنات الحية كمصدر للطاقة. السكاريد الموجود عادة في الأطعمة هو السكروز واللاكتوز والمالتوز. الأكثر شيوعًا في الاستخدام المنزلي هو السكروز ، المعروف باسم قصب السكر أو بنجر السكر.

    المجموعة الثالثة من الكربوهيدرات ، السكريات - النشويات ، الدكسترين ، الجليكوجين ، والسليلوز ، هي جزيئات معقدة من مئات الوحدات من السكريد الأحادي ، الجلوكوز. يمكن أن تتحلل جزيئات السليلوز والنشا تدريجياً لإنتاج نشا أبسط ، ثم إلى المالتوز ثنائي السكاريد ، وأخيراً إلى الجلوكوز. تستخدم هذه العملية لإنتاج شراب الذرة وسكر الذرة (الجلوكوز) من نشا الذرة. يعتبر شراب الذرة ، وهو خليط من الدكسترين والمالتوز والجلوكوز والجلوكوز ، حوالي نصف حلاوة السكروز. النشا هو احتياطي الطاقة الرئيسي لمعظم النباتات وأحد أهم مصادر الطاقة للإنسان. يخزن الكبد والعضلات البشرية كميات محدودة من الكربوهيدرات على شكل جليكوجين ، يسمى أحيانًا نشا حيواني. في شخص بالغ يتغذى جيدًا ، قد يكون محتوى الجليكوجين في الكبد 100-200 جم أو أقل من رطل في الكبد 3-4 رطل. يشكل محتوى الجليكوجين في لحم البقر أو كبد الخنزير حوالي 2-6٪ من وزنه الخام. هذه الكمية من الجليكوجين مهمة في التخطيط للأنظمة الغذائية التي يتم التحكم فيها بالكربوهيدرات. في العضلات ، يكون تركيز الجليكوجين مؤقتًا ولا يُذكر من حيث الكمية ويستخدم بسرعة في استقلاب الطاقة.

    الشكل 5.5. يطلق الكبد الجلوكوز فقط في الدم.

    السليلوز هو أكثر الكربوهيدرات وفرة في الطبيعة. هذه الجزيئات الكربوهيدراتية المعقدة ، السكريات ، ليس لها حجم ثابت وقد تحتوي على ما يصل إلى 10000 وحدة جلوكوز. يمكن استخدام السليلوز عن طريق اجترار الحيوانات التي تحتوي معدتها المتعددة على كائنات خلية مفردة معينة تسكن الكرش وتؤدي إلى تحلل الجزيئات المعقدة ليس فقط الكربوهيدرات القابلة للاستعمال ولكن أيضًا تركيزات عالية من البروتينات (30-70٪ من بقايا الوزن الجاف).

    تم تطوير استخدام السليلوز كغذاء يمكن استخدامه من قبل منظمة هتلر العلمية قبل الحرب العالمية الثانية. He used soft wood pulp as sources of cellulose to be degradated by strong acids into maltose- and glucose-rich syrups termed “ersatz zucher.” Other cellulose wastes were used to grow torula-type yeasts which produced in a few days, tons of high protein residues of high biological value. Hungry people ate these products, but today no evidence exists of their continued use as food for people who are in less desperate situations and have more abundant food supplies.

    Activities for Student Learning

    You will want to read a chapter on carbohydrates in some selected book (or ones listed in Section 1) to identify the functions performed by carbohydrate in the body.

    Can you enumerate the factors which affect the digestion and absorption of carbohydrates?

    You may plot a bar graph showing the percentage of carbohydrate for the following foods: whole grain bread, molasses, cornflakes, cooked beans, oranges, ground beef, and table sugar.

    When you need to plan a reducing diet, which carbohydrate foods should you include and which should you omit? What is the rationale for such decisions?

    You need to calculate the carbohydrate content of several “made” desserts and note ingredients which are the chief contributors of sugars and starches.

    You will want to survey local food processors and compute the composition of some standard commercial formulas for foods such as pastries, ice creams, etc. and identify their sugar, starch, and fat contents.

    Did you remember to fill in the following?

    Lipids and Fats

    The broad classification of lipids embraces all substances extractable from biological materials with the usual fat solvents (ether, acetone, chloroform, alcohol, etc.) and includes the fat soluble vitamins, fats, and compounds of metabolic importance such as phospholipids, glycolipids, cholesterol, and others.

    What are fats? All fats are insoluble in water other physical and chemical properties vary with the types, proportions, and arrangement of fatty acids in the molecule. The fat macromolecules, like those of carbohydrates, are composed of carbon, hydrogen, and oxygen, yet fats contain over twice the energy value of carbohydrates (nine calories per gram for fats and four calories per gram for carbohydrates). The difference in energy value lies in the proportion of oxidizable elements in the molecule. Fats contain a much higher ratio of carbon and hydrogen in the molecule than of oxygen i.e., less intramolecular oxidation than in carbohydrates. A molecule of fat contains three fatty acids and glycerol, which is a type of alcohol. These are joined together as an ester, a particular type of chemical combination of bonds between certain types of atoms. Because of this structural composition, fats are called triglycerides with structures formed as follows:

    Fig. 5.6 . A lipid releases fatty acids and embraces many substances.

    When a fat molecule is formed, the hydrogen atom of glycerol combines with the hydroxyl radical of the fatty acid to link the glycerol to each of the three fatty acids. Water (HOH) is formed as a by-product. Thus a triglyceride and three molecules of metabolic water are produced. The fatty acids which form a triglyceride may be three molecules of the same fatty acid, of different fatty acids or of any combination. Furthermore, the position on the glycerol occupied by each fatty acid makes a difference. When only one or two molecules of fatty acids are added, the product is a mono- or diglyceride such compounds are used as emulsifying agents in food processing.

    Fatty acids classified according to the number of carbons in the straight chain linkage would have these dimensions:

    Fats composed of shorter chain fatty acids have lower melting points (liquid at room temperatures of 70–72°F) conversely, those with longer chain acids have higher melting points. The properties of fats are dependent both on the length of the chain and on the “degree of saturation” of fatty acids. A carbon atom may have four other atoms bonded to it in a saturated fatty acid, the bonds are saturated or filled to capacity with hydrogen. Note the formula given for stearic acid as compared to oleic and linoleic acids. When the bonds of the carbon atoms are not connected to other elements, two bonds connect two carbon atoms which is referred to as a double bond (note the formula for oleic acid) thus the fatty acid is said to be unsaturated. If only one double bond is present, the fatty acid is called monounsaturated whereas the presence of two or more double bonds is termed polyunsaturated (note the formula for linoleic acid).

    Fats that are solid at room temperature are composed of saturated fatty acids, which is characteristic of most fats of animal origin those liquid at room temperature have a higher percentage of unsaturated fatty acids. For example, large amounts of saturated stearic acid are found in suet, the more unsaturated oleic acid occurs in olive oil, and the polyunsaturated linoleic acid occurs in oils from corn, cottonseed, and soybean.

    All seed oils are liquid at room temperature and contain a high proportion of unsaturated and polyunsaturated fatty acids. Fats from each species of animals and plants are distinctive usually fat from herbivora has more saturated fatty acids than that from sea animals, and fat from four-legged animals is more saturated than that from two-legged ones (poultry), such as beef versus chicken. Oils extracted from seeds are the highest in polyunsaturated fatty acids of all natural fats, whereas oils from fruits may contain up to 90% of the monounsaturated fatty acid, oleic acid (found in olive and coconut oils). The unsaturated fatty acids usually are C18 و ج20 الأحماض.

    Double bonds in fatty acids represent centers of chemical activity when oxidation occurs at the double bond, the change in the fat is identified as rancidity. The ease with which oils become rancid has been a detriment to their use in food. In the 1920s a process was developed that added hydrogen at the double bond and changed an oil into a fat which was solid at room temperature. In fact, the “hardness” of the fat at a given temperature can be controlled by the degree to which the polyunsaturated fatty acids have been changed to monounsaturated and finally to saturated fatty acids. على سبيل المثال:

    Medium chain triglycerides (MCT) have recently become prominent in research and are being provided by a manufacturing company as a special source of fat. These triglycerides contain octanoic and decanoic acids, C8 و ج10 fatty acids, respectively. These triglycerides are digested and absorbed differently from triglycerides composed of long chain fatty acids which comprise about 98% of most dietary fats. Medium chain triglycerides require less enzymes and bile acids for digestion than conventional food fat. They are transported directly by the portal circulation, while regular food fat requires the more complex intestinal micellar formation and chylomicron transport system of the lymph. The usual result is markedly increased availability of fat calories. The MCT may be useful in nutritional management of persons with impaired digestion or malabsorption of fats such as occurs in steatorrhea, neonatal hepatitis, or cirrhosis. The unique MCT oil is a trademark licensed from Dow Chemical Company and is on the market for use in special dietary products prescribed by doctors and sold in pharmacies.

    Even though the body uses fat mainly as fuel, it is essential for health and is indispensable in the diet. However, any attempt to utilize appreciable quantities of fat without concomitant degradation of an adequate amount of carbohydrate can lead to ketosis, hypercholesterolemia, hyperlipemia, or fatty liver.

    Fig. 5.7 . The body uses fat mainly as fuel.

    The current concern about the role of dietary fats in cardiovascular disasters, has directed attention to the ratio of polyunsaturated to saturated fatty acids and to the ratio of short chain to medium to long chain fatty acids. Early research indicated that vegetable oils were effective in reducing serum cholesterol. A standard recommendation found in many diet manuals states specific polyunsaturated/saturated (P/S) ratio of 2:1.

    Activities for Student Learning

    You need to read about lipids and fats in a suitable reference.

    You should determine the physical characteristics (odor, texture, color, taste) of stearic, linoleic, and oleic fatty acids also of margarine, lard, shortening, olive oil, cod liver oil, corn oil, chicken fat, lamb fat, etc. You need to compare the texture to the amount of saturated fatty acids present.

    Prepare a graph showing the percentage of total fat in descending order for the following: lard, butter, margarine, bacon, potato chips, cottonseed oil, avocado, chocolate bar, plain cake, white enriched bread, ground hamburger meat, and mayonnaise.

    Could you plan a diet with the polyunsaturated/saturated (P/S) ratio recommended for healthful living?

    Protein as a Source of Energy

    What Is the Role of Protein as a Source of Energy?

    Proteins are relatively large molecules composed of amino acids linked together through the amine group (–NH2) of one molecule and the carboxyl (-COOH) group of another.

    Any alpha amino acid where R represents any number of different radicals. Alpha refers to the first carbon following the carboxyl group (–COOH).

    The –NH2 – group of any amino acid can combine with the –COOH + group of another, forming a spiral shaped linkage of hundreds of amino acids to synthesize a single protein molecule. This buildup of the specified sequence of amino acid molecules attached by peptide linkage to form a protein molecule is termed protein synthesis. This synthesis occurs in a stepwise progress of two amino acids combining to form a dipeptide:

    After dipeptide formation another amino acid can be added to form a tripeptide and so on until polypeptides and eventually protein molecules have been synthesized. These are reversible reactions and can proceed for synthesis of a protein molecule or for degradation of the protein as occurs during digestion.

    Some 20 amino acids have been identified in natural protein molecules ranging from glycine, the smallest and simplest amino acid, to complex ones such as tryptophan. These amino acids are released from protein molecules by the process of hydrolysis catalyzed by digestive enzymes. Thus dietary proteins furnish amino acids which can be used not only as building material for body tissue, enzymes, and hormones but also can be used as a source of energy. If the total energy intake is too low, additional amino acids must be deaminated and the carbon-hydrogen skeleton can be oxidized to yield energy. In this way protein is used to meet the first demand of the body which is the requirement for energy. If the energy intake is adequate but protein intake is higher than required, the extra amino acids can be used to supply energy or to form fat to be stored in adipose tissue.

    The oxidation of amino acids for energy requires that the amino acid first loses its amino group, leaving the carbon-hydrogen skeleton for oxidation or for fat synthesis. The amino group is removed by processes described as transamination or deamination. Transamination involves the production of other nitrogenous compounds such as those amino acids that can be synthesized in the body. Deamination removes the amino group which is then synthesized into urea which constitutes the main nitrogenous product excreted in the urine.

    Activities for Student Learning

    Please design or diagram the destiny of the protein content of a diet that is deficient in meeting the energy expenditure of a child.

    Explain the role of protein as a source of energy in high protein reducing diets.

    Plan a typical high protein and low calorie regimen for weight reduction, e.g., 100–150 g of protein in a 1200 calorie diet compute the grams of protein, carbohydrate, and fat of the foods to be used as well as the cost of the food in the food groups to prepare this diet.


    Glycogen storage diseases

    Genetic defects have been described for several enzymes of glycogen metabolism. The clinical syndromes associated with these defects are referred to as glycogen storage diseases. While these conditions are not particularly common, they do shed some light on the physiological significance of glycogen metabolism. Some conditions are clinically severe and are the focus of ongoing therapeutic research. A few examples are briefly discussed below.

    Glucose-6-phosphatase deficiency (von Gierke disease)

    • glucose-6-phosphate formed in gluconeogenesis or glycogen degradation cannot be converted to free glucose
    • glucose cannot be exported from liver and kidney cells
    • glycogen builds up in liver and kidneys (organ enlargement and functional impairment)
    • severe hypoglycemia
    • lactic acidosis
    • hyperlipidemia
    • hyperuricemia

    Gluconeogenesis and glycogen degradation in liver and kidneys produce glucose-6-phosphate, which must then be dephosphorylated to glucose in order to be exported into the bloodstream (see slide 8.5.1 ). An enzyme defect for glucose-6-phosphatase prevents glucose release, which causes abnormally low blood glucose levels (hypoglycemia). Some of the surplus glucose-6-phosphate is funnelled into glycogen synthesis, whereas the remainder is converted to pyruvate in glycolysis and either emerges as lactate or, downstream of pyruvate dehydrogenase, is turned into triacylglycerol and cholesterol the excess lactate and lipids account for the clinically observed lactic acidosis and hyperlipidemia, respectively.

    The causation of hyperuricemia—excess blood levels of uric acid, see section 16.5 —is less obvious. During episodes of hypoglycemia, the liver will be intensely stimulated by glucagon and epinephrine and make a forceful but futile attempt to mobilize its stored glycogen. The large amount of glucose-6-phosphate produced in this attempt, which cannot be converted to glucose, ties up and depletes cellular phosphate. This impedes the regeneration of ATP and raises the level of AMP, some of which then enters degradation to uric acid [41] . 50

    The clinical severity of this disease may vary, presumably due to different levels of residual enzyme activity. Some cases may be managed with a diet of frequent, starch-rich meals, which helps to avoid hypoglycemia. In more severe cases, liver transplantation may become necessary.

    Acid maltase deficiency (Pompe disease)

    A homozygous deficiency of acid maltase 51 disrupts lysosomal glycogen degradation and results in glycogen accumulation. Skeletal and heart muscle are more strongly affected than the liver. The tissue section of diseased muscle tissue shows “white holes,” which represent unstained aggregates of glycogen particles. Glycogen accumulation interferes with muscle cell function and contraction, and heart failure—a heavily impacted, severely distended heart is shown here in an X-ray image—leads to death.

    The condition, which is known as Pompe’s disease, can vary in severity complete lack of enzyme activity becomes manifest in infants, whereas mutations that reduce but do not completely inactivate the enzyme will cause milder disease with onset deferred to later childhood or adolescence. The disease can be treated with enzyme replacement therapy. The recombinant enzyme preparation is FDA-approved its price is astronomical. This therapeutic approach is more thoroughly discussed in section 20.3 .

    While the nature of the enzyme defect would lead one to expect involvement of the interior organs (liver and kidney) also, these don’t seem to be prominent in practice, although some degree of hepatomegaly (liver enlargement) is often observed. I have not yet found a clear explanation for the preferential affliction of muscle tissues.

    Muscle phosphorylase deficiency (McArdle’s disease)

    • Deficient glycogen breakdown inhibits rapid ATP replenishment
    • Patients experience rapid exhaustion and muscle pain during exertion
    • Liver phosphorylase and blood glucose homeostasis remain intact

    Since liver and muscle phosphorylase are distinct isozymes, defects usually affect one and spare the other. 52 In McArdle’s disease, the muscle isoform is selectively affected. An unexplained symptom in this disease is the so-called “second wind” phenomenon: during physical activity, patients initially fatigue rapidly, but then recover to a degree under continued exercise. This effect has been ascribed to the activation of protein and amino acid breakdown in muscle [43] .

    The lack of muscle phosphorylase should also inhibit the utilization of muscle glycogen toward blood glucose stabilization by way of the Cori cycle (see slide 8.5.3 ) one might therefore expect that McArdle’s disease might involve episodes of hypoglycemia. Interestingly, however, the literature does not contain reports of hypoglycemia in these patients.

    Lafora disease

    • deficiency for laforin, a glycogen phosphatase
    • accumulation of hyper-phosphorylated glycogen (Lafora bodies)
    • patients develop epilepsy, dementia

    Laforin is a phosphatase that is associated with glycogen particles and removes phosphate groups from glycogen itself [44] . The functional significance of glycogen phosphorylation and dephosphorylation is not clear and you will notice that it was not even mentioned above. However, genetic deficiencies of the phosphatase lead to the accumulation of Lafora bodies, which consist of phosphorylated, poorly branched glycogen molecules. The disease becomes manifest through a specific form of epilepsy (myoclonic seizures) and dementia and is fatal. The CNS symptoms—like the involvement of the kidneys in v. Gierke disease, see above—illustrate that tissues other than liver and muscle contain glycogen as well and may be damaged by its accumulation.


    شاهد الفيديو: Glycogen metabolism. diseases. التمثيل الغذائي شرح بالعربي (كانون الثاني 2023).