Обмен галактозы, фруктозы, маннозы. Взаимопревращение моносахаров в организме. Наследственные нарушения обмена моносахаридов: галактоземия, непереносимость фруктозы.
Взаимопревращения моносахаридов. Свыше 90% всосавшихся моносахаридов (главным
образом глюкозы) через капилляры кишечных ворсинок попадают в кровеносную систему и с током
крови через воротную вену доставляются, прежде всего, в печень. В печени значительная часть
всосавшейся глюкозы превращается в гликоген.
Фруктозав клетках печени вовлекается в метаболизм через реакции фосфорилирования с
образованием фосфоглицеринового альдегида, который в дальнейшем может окисляться в реакциях
гликолиза (см. наглядный материал). В мышцах, почках и жировой ткани фруктоза последовательно
превращается во фруктозо-6-фосфат, а затем во фруктозо-1,6-дифосфат, который вступает в реакции
Маннозав клетках печени посредством реакций фосфорилирования и изомеризации
превращается во фруктозо-6-фосфат и затем вступает в реакции гликолиза.
Галактозав клетках печени при участии ферментов галактокиназы и гектозо-1-
фосфатуридилтрансферазы обратимо превращается в глюкозо-6-фосфат.
1. Непереносимость лактозы:
а) врожденная. Дефект по лактазе в просвете тонкого кишечника. Большой осмотический эффект
невсосавшейся лактозы вызывает приток жидкости в тонкий кишечник, поэтому клиническими
симптомами являются вздутие живота, тошнота, судороги, боль и водная диарея. Наследуется по
б) приобретенная (временная). Может быть, и у взрослых вследствие инфекционных заболеваний
или интенсивного лечения антибактериальными препаратами.
2. Нарушения обмена фруктозы:
а) Фруктоземия (наследственная непереносимость фруктозы). Недостаточность фермента кетозо-1-
фосфат-альдолазы приводит к резкому увеличению концентрации фруктозо-1-фосфата в клетках
печени, вследствие чего развиваются хроническая недостаточность функций печени и почек,
гипогликемия, диарея, рвота, боли в животе.
б) Эссенциальная фруктозурия. Причина: недостаток фруктокиназы. Следствие: нарушение
фосфорилирования фруктозы приводит к повышению содержания фруктозы в крови и аномальному
выведению фруктозы с мочой. Это нарушение не вызывает патологических симптомов.
3. Нарушения обмена галактозы:
а) Галактоземия. Причина: недостаток фермента гексозо-1-фосфатуридилтрансфераза печени.
Больные дети плохо растут, прием молока вызывает рвоту и понос. Происходит увеличение печени и
желтуха. При этом заболевании увеличивается концентрация галактозы и галактозо-1-фосфата.
Галактоземия сопровождается галактозурией. У детей галактоземия приводит к умственной
отсталости и катаракте хрусталика. Определяющим диагностическим критерием служит отсутствие в
б) Недостаток галактокиназы. Происходит накопление галактозы и ее превращение в галактитол. Следствие: раннее развитие катаракты.
Анаэробный гликолиз, повышенная активность анаэробного распада глюкозы у ребенка раннего возраста. Биохимические критерии гликолиза. Связь с возникновением ацидоза.
Особенности гликолиза и его нарушения у детей. У новорожденного аэробные процессы
преобладают над аэробными. Это продолжается в течение первого месяца, пока фетальный Hb F не
заменится на взрослый HbА. У детей высокая скорость аэробных процессов, в ходе которых
вырабатывается АТФ, необходимая для синтетических процессов и роста. Детям требуется больше
УВ в пище в качестве источника энергии. В детском организме анаэробные механизмы распада
глюкозы и получения энергии подключаются при стрессах быстрее, чем у взрослых. Это
свидетельствует о лучшей адаптации организма к экстремальным ситуациям. В подростковом
Читайте также: Как сделать игольницу тыкву из ткани своими руками
возрасте еще не совершенны процессы гормональной регуляции (действие инсулина, глюкагона,
адреналина). Распад гликогена может идти быстро, расход глюкозы большой. Но если не
восполняется количество глюкозы в крови, легко наступает гипогликемия.
Ацидоз – это определённое состояние организма, которое характеризуется нарушением кислотно-щелочного равновесия.
Развитию данного нарушения в организме способствует недостаточное выведение из него органических кислот, а также их окисление.
Значение анаэробного гликолиза:
1. каждая молекула глюкозы в анаэробных условиях снабжает клетку 2-мя молекулами АТФ;
2. промежуточные метаболиты гликолиза (фосфоглицериновый альдегид, фосфодиоксиацетон,
фосфоглицерат, пируват) могут использоваться клеткой в обмене липидов и белков;
3. пируват и НАДН используются в реакциях аэробного окисления глюкозы;
4. восемь реакций гликолиза из 11 обратимые, поэтому возможен синтез глюкозы из лактата
Эффект Пастера. Подавление анаэробного гликолиза аэробным окислением глюкозы.
Факультативные анаэробы потребляют больше глюкозы, т.к. энергоотдача гликолиза – всего 2 АТФ.
При добавлении О2 в среду потребление глюкозы резко уменьшается, т.к. возрастает количество
АТФ, которое блокирует активность гексокиназы и фосфофруктокиназы.
Спиртовое брожение. В процессе спиртового брожения молекула глюкозы в анаэробных
условиях превращается в пируват, который затем декарбоксилируется и восстанавливается при
Свойства D-маннозы: противовоспалительный и противоопухолевый эффекты
Торшин И.Ю., Аполихина И.А., Громов А.Н., Громова О.А.
- Торшин И.Ю. – к.ф-м.н., к.х.н., с.н.с. Институт Фармакоинформатики, ФИЦ «Информатика и Управление» РАН, Scopus Author ID 7003300274
- Аполихина И.А. – заведующая отделением эстетической гинекологии и реабилитации, профессор кафедры акушерства, гинекологии, неонатологии, анестезиологии и реаниматологии ФГБУ «НЦ АГ и П им. В.И. Кулакова», Минздрава России, AuthorID 261593
- Громов А.Н. – в.н.с. ФИЦ ИУ РАН, AuthorID 15082
D -Манноза – эндогенный моносахарид, участвующий в N-гликозилировании более 12 000 белков протеома. N-гликозилирование является пост-трансляционной модификацией белков, которая изменяет стабильность и активность белковых структур в соответствии с потребностями клеток. В частности, N-гликозилирование принципиально необходимо для осуществления функций иммуно-глобулинов (A, D, G, E, M) и других иммунорецепторов [1].
Название молекулы «D-манноза» происходит от древнееврейского слова «манна» ( ). Как известно, манна – та самая спасительная пища, данная израильтянам, ведомым пророком Моисеем, для облегчения их перехода через Синай в Землю Обетованную. В самом деле, D-манноза калорийна, сладковата на вкус, была идентифицирована в ясене манновом (лат. Fraxinus ornus). Выделяясь из листьев Fraxinus ornus, сок растения быстро засыхает, формируя белую мелкую крупку, которую на Ближнем Востоке называют «манной» и до сего времени [2].
D-манноза усваивается микробиотой организма и частично подвергается расщеплению в процессе гликолиза. Многие представители микробиоты человека (лактобациллы, бифидобактерии, непатогенные штаммы E.coli и др.) имеют гены, кодирующие белок XYZ-пермеазы Dманнозы, необходимой для всасывания D-маннозы внутрь бактерий для последующей переработки [3]. D-манноза является метабиотиком (пребиотиком), потенциально поддерживающим рост бифидобактерий лонгум [4].
Фракция D-маннозы, всосавшаяся в кишечнике, фосфорилируется ферментом гексокиназой с образованием D-маннозо-6-фосфата в клетках печени. D-маннозо6-фосфат, при участии фермента D-манноза-6-фосфатизомеразы (ген MPI, белок P34949 по UniProtKB), превращается в D-фруктозо-6-фосфат, расщепляющийся в процессе гликолиза. Синтез D-маннозо-6-фосфата необходим для выполнения основной биологической функции D-маннозы – N-гликозилирования белков протеома [5].
Читайте также: Строение мякоти листа столбчатая ткань губчатая ткань
В целом, экзогенная D-манноза, поступающая из пищи, частично метаболизируется микробиотой и организмом, а непереработанная фракция экзогенной D-маннозы выводится с мочой. Последний факт весьма важен для терапии и профилактики бактериального цистита: ведь моча, насыщенная D-маннозой, таргетно снижает адгезию уропатогенных бактерий (штаммы E.coli, Klebsiella, Proteus и др.) к уротелию почечных лоханок, мочеточников, мочевого пузыря и уретры [6]. При этом, терапия D-маннозой эффективно снижает симптоматику цистита и не проявляет никаких побочных эффектов, присущих антибиотикотерапии. Поэтому D-маннозу следует использовать для лечения цистита у пациентов с аллергией на антибиотики, сахарным диабетом, гипертонией, а также у беременных с преэклампсией [7].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В настоящей работе представлены результаты вычислительного анализа 33 064 публикаций по D-маннозе, найденных в базе данных биомедицинских публикаций PUBMED по запросу «D-mannose OR mannose». Анализ данного массива публикаций выполнен с использованием современных методов анализа больших данных, развиваемых в рамках топологического и метрического подходов к задачам распознавания/классификации 10. В статье представлен анализ 49 научных статей, отвечающих тематике настоящего исследования.
Результаты вычислительного анализа публикаций по D-маннозе
В ходе систематического анализа литературы были определены наиболее информативные ключевые слова, отличающие публикации по специфическим эффектам D-маннозы от публикаций в контроле [12,13]. В качестве контрольной выборки публикаций использовались 33 000 случайно выбранных статей из 556 152 найденных по запросу «glucose NOT D-mannose» в базе данных PUBMED. В результате проведенного анализа текстов были отобраны более 40 информативных ключевых слов, описывающих клинико-фармакологическую специфику D-маннозы (рис. 1).
Рис.1. Количество абстрактов по ключевым словам в публикациях по D-маннозе и в контроле
Fig. 1. The number of abstracts by keywords in publications on D-mannose and in the control
Общие сведения о D-маннозе D-манноза имеет важное значение для осуществления N-гликозилирования белков протеома (в т.ч. белков иммунной системы: комплемента, иммуноглобулинов A, G, E, M и др.). Нарушения процессов N-гликозилирования белков стимулируют дисморфогенез нервной системы, нервнопсихическую отсталость, нарушения регуляции артериального давления, свертываемости крови и иммунодефицит. D-манноза-связывающий лектин и D-маннозный рецептор принципиально важны для поддержки сердечно-сосудистой, иммунной и других систем организма. В частности, концентрации D-манноза-зависимых белков в крови ассоциированы с показателями артериального давления [14].
Первым шагом N-гликозилирования белков протеома является перенос олигосахаридного блока «Glc3Man9GlcNAc2», содержащего 9 остатков D-маннозы, на специфические остатки аспарагина в аминокислотных последовательностях белков, транспортируемых в эндоплазматический ретикулум (рис. 2). Олигосахаридный блок переносится посредством ферментного комплекса олигосахаридтрансферазы (OST). Затем происходит т.н. «вызревание» гликопротеинов в компартменте Гольджи, заключающееся в удалении избыточных остатков глюкозы и D-маннозы и добавлении необходимых остатков N-ацетилглюкозамина, галактозы и сиаловой кислоты.
Читайте также: Оборудование для шелкографии по ткани
Рис. 2.Перенос олигосахаридного блока «Glc3Man9GlcNAc2» – основная реакция N-гликозилирования белков
Fig. 2. Glc3Man9GlcNAc2 oligosaccharide block transfer is the main N-glycosylation reaction of proteins
Как правило, зрелые гликопротеины человека содержат только три остатка D-маннозы, которые «защищены» остатками N-ацетилглюкозамина, галактозы и сиаловой кислоты (рис. 2). Процесс «защиты» остатков D-маннозы чрезвычайно важен для профилактики аутоиммунной патологии и поддержания антибактериального иммунитета. Действительно, «открытые», «незащищенные» остатки D-маннозы часто встречаются на поверхности гликобелков носителей бактериальных и грибковых инфекций. Поэтому, «открытые» остатки D-маннозы распознаются рецептором D-маннозы и распознаются системой врожденного иммунитета как бактериальные липополисахариды [15].
Нами найдено значительное число публикаций (2242 ссылок) по потенциальным противовирусным эффектам D-маннозы (информативные ключевые слова: вирус вакцинии, вирус парагриппа человека, коронавирус, симплекс-вирус, комплемент герпесвирус, папилломавирус, ретровирус, цитомегаловирус). Например, уровни манноза-связывающего лектина ассоциированы с прогрессированием респираторно-синцитиальной инфекции и вируса гепатита В, а уровни рецептора D-маннозы – с развитием хронической печеночной недостаточности вследствие гепатита В 17. Макрофаги человека, дифференцирующиеся при достаточных уровнях витамина D3, ограничивают рост вируса лихорадки денге за счет регуляции рецептора D-маннозы [19]. Лектин водорослей с высоким содержанием D-маннозы эффективно тормозит рост вирус гриппа, а D-маннозный лектин цыплят проявляет противовирусную активность по отношению к вирусу бронхита и др [20,21]. Детальное рассмотрение противовирусных эффектов D-маннозы является темой отдельной статьи. Далее будут рассмотрены участие D-маннозы в поддержании иммунитета и в сдерживании хронического воспаления и перспективы использования D-маннозы для профилактики опухолевых заболеваний.
Участие D-маннозы в поддержании иммунитета и в снижении хронического воспаления
В экспериментах было показано, что D-манноза может ингибировать развитие аутоиммунных заболеваний и снижать уровень хронического воспаления [22]. Систематический анализ показал, что уровни D-маннозы в крови, в моче, в слизи и в других средах организма существенно влияют на прикрепление бактерий к слизистой оболочке тканей. Предотвращая адсорбцию патогенных штаммов кишечной палочки и других бактерий (шигеллы, P. aeruginosa, лейшмании, микобактерии), D-манноза способствует профилактике бактериальных заболеваний и, в т.ч., острого и хронического цистита. В поддержании антибактериального иммунитета особую роль играют упоминаемые ранее белки рецептор D-маннозы (ген CD206) и манноза-связывающий лектин (ген MBL).
Рецептор D-маннозы представляет собой С-лектин, который, в основном, присутствует на поверхности макрофагов, фибробластов и кератиноцитов [23]. Рецептор CD206 распознает «открытые» остатки D-маннозы, N-ацетилглюкозамина и фукозы на гликанах поверхности патогенных микроорганизмов. Тем самым, рецептор D-маннозы опосредует уничтожение Candida albicans и поддерживает врожденный и приобретенный иммунитет [24,25].
D-манноза-связывающий лектин (MBL) играет ключевую роль в активации комплемента – врожденного пути антибактериального иммунитета. Дефицит активности MBL ассоциирован с обострением инфекционных заболеваний. В частности, в проспективном когортном исследовании было показано, что концентрация сывороточного MBL ассоциирована с риском рецидивов заболеваний, вызванных инфекцией Clostridium difficile (n=308). Сравнение с контрольными пациентами с антибиотик-ассоциированной диареей (n=145) показало, что сниженная концентрация MBL (
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом