Моносахариды

1. Моносахариды

Характер карбоксильной группы
альдозы
H
C
O
H C OH
H C OH
H
глицеральдегид
кетозы
Число атомов С в молекуле
триозы,
тетрозы
и т.д.
пентозы
H
H C OH
HO CH2
H C O
H
H
OH
• фосфорные эфиры
• уроновые кислоты
• аминосахара
• и др.
H
H
OH
OH
H
H
OH
OH
H
H
OH
-D-глюкозо-6-фосфат
H
OH
-D-глюкоза
2-
O OH
H
H
PO3
CH2 O
O OH
H
H
-D-фруктоза
Производные моносахаридов:
CH2OH
OH
OH
CH2OH
H
H C OH
дигидроксиацетон
O
гексозы
CH2OH
H
H
OH
OH
H
O OH
H
H
NH2
-D-глюкозамин

2. Олигосахариды

гомоолигосахариды
Мальтоза (глюкоза-глюкоза)
CH2OH
CH2OH
O OH
O
OH
4
1
гетероолигосахариды
Лактоза (галактоза-глюкоза)
CH2OH
O
HO
OH
CH2OH
O OH
H
O
1
OH
4
OH
H
OH
O
OH
OH
OH
OH
-1,4-гликозидная связь
-1,4-гликозидная связь
Сахароза (глюкоза-фруктоза)
CH2OH
O
O
OH
2
1
HO
O
OH
HO
CH2OH
OH
-1,2-гликозидная связь

3. Полисахариды

гомополисахариды
гетерополисахариды
Гликоген – остатки -D-глюкозы,
соединенные -1,4- и -1,6гликозидными связями
CH2OH
O
OH
-1,6-гликозидная
связь
O
HO
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
CH2
O
OH
O
OH
O
OH
O
• гиалуроновая кислота
• хондроитинсульфат
• кератансульфат
• дерматансульфат
• гепарансульфат
• гепарин
O
OH
-1,4-гликозидная связь
O
OH
H3C
H3CO
O

4.

Функции углеводов
энергетическая
резервная
регуляторная
структурная
пластическая

5. Усвоение экзогенных углеводов

гликоген, крахмал
1. Амилаза и мальтаза слюны
2. Амилаза поджелудочной железы
мальтоза
изомальтоза
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
OH
4
1
OH
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
1
3. Изомальтаза
O
OH
6 CH
2
O
OH
3. Мальтаза
OH
глюкоза
OH
OH

6. Усвоение экзогенных углеводов

H2 O
сахароза
глюкоза + фруктоза
сахараза
лактоза
H2 O
лактаза
глюкоза + галактоза
Механизмы всасывания моносахаридов
Активный транспорт
глюкоза
галактоза
Простая диффузия
Облегченная диффузия
фруктоза
рибоза
манноза
ксилоза

7.

Пополнение и расход глюкозного пула
Углеводы
пищи
Глюконеогенез
Распад
гликогена
Взаимные
превращения
моносахаридов
глюкоза
Олиго- и полисахариды
Гликоген
Аминокислоты,
гликопротеиды
Окислительный
распад
Липиды

8. Транспорт глюкозы в клетки

Механизм: облегченная диффузия
гексокиназа
глюкоза АТФ
глюкоза 6 фосфат АДФ
глюкокиназа
В большинство органов и тканей организма глюкоза поступает по
инсулинзависимому механизму. Инсулиннезависимыми являются
только два органа: печень и головной мозг.

9.

Синтез гликогена
АТФ
глюкоза
АДФ
гексокиназа,
глюкокиназа
гл-6-ф
УТФ
ФГМ
2Н3РО4
гл-1-ф
УДФ – глюкоза
УДФ-глюкозопирофосфорилаза
гликогенсинтетаза
УДФ
гликоген(n+1)
Энергетические затраты:
АТФ + УТФ(АТФ) = 2 АТФ
гликоген печени 4,0% = 72 г (масса печени 1,8 кг)
мышечный гликоген 0,7% = 245 г (масса мышц 35 кг)

10. Мобилизация гликогена

Расщепление молекулы вдоль цепи
гликогенn 1 H3 PO4
гликогенn гл 1 ф
гликоген
фосфорилаза
H3 PO4
глюкоза
фосфоглюкомутаза
Н2О
гл 6 ф
глюкозо 6 фосфатаза
Для расщепления молекулы в районе разветвлений необходимы
два дополнительных фермента:
1. дебранчинг (деветвящий) - фермент
2. амило-1,6-гликозидаза.

11. Метаболические пути синтеза и мобилизации гликогена

УТФ
АДФ
АТФ
Гл-6-ф
Гл-1-ф
Ф~Ф
УДФ
УДФ-гл
1
ГЛЮКОЗА
ГЛИКОГЕН
2
Н3РО4
Гл-6-ф
Н2О
2 регуляторных фермента:
Гл-1-ф
Н3РО4
• 1- гликогенсинтетаза
• 2- гликогенфосфорилаза

12.

Регуляция синтеза и распада гликогена
Осуществляется путем ковалентной модификации ферментов
(модификатором является фосфорная кислота)
Гликоген
синтетаза «а»
Гликоген
синтетаза «b»
Гликоген
фосфорилаза «b»
Гликоген
фосфорилаза «а»
глюкоза гликоген
гликоген глюкоза

13. Схема активации расщепления гликогена в гепатоцитах

глюкоза крови
Глюкагон
H–R комплекс
Аденилатциклаза
Синтез цАМФ
из АТФ
Фосфорилирование
киназы фосфорилазы
цАМФ-зависимая
протеинкиназа
Фосфорилирование
гликогенфосфорилазы
Расщепление
гликогена
Фосфорилирование
гликогенсинтетазы
Синтез гликогена
заблокирован
Поступление глюкозы
в кровь

14. Схема активации синтеза гликогена в печени

глюкоза крови
глюкоза в гепатоцитах
Фосфопротеинфосфатаза
Активация
гликогенсинтетаза
Синтез гликогена
глюкоза крови
Инактивация
фосфорилазы

15. Метаболические пути окисления глюкозы

1) Аэробный распад глюкозы до пирувата
и далее до СО2 и Н2О
2) Анаэробный распад глюкозы до пирувата
и далее до лактата (гликолиз)
дихотомический
распад
3) Апотомический распад глюкозы до рибозо-5-фосфата и
НАДФН2 (пентозо-фосфатный цикл)
4) Путь окисления глюкозы до глюкуроновой кислоты

16. Аэробное окисление глюкозы

CH2OH
H
H
OH
OH
H
O OH
O2
G = -2870 кДж/моль
H
H
OH
глюкоза
3 этапа аэробного окисления глюкозы:
1. Расщепление глюкозы до пирувата
2. Окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-КоА
3. Окисление ацетил-КоА в цикле Кребса (ЦТК)
глюкоза
2 пируват
2 H2O
I
2 H2O
2 ацетил-КоА
4 CO2
2 CO2
II
III
+
4 H2O

17. Расщепление глюкозы до пирувата: I стадия

CH2OH
H
H
OH
OH
O OH
H
ADP
ATP
гексокиназа
H
H
OH
глюкоза
H
H
OH
OH
H
H
+
CH2 OPO3H2
фосфодигидроксиацетон
CH
O
C
OH
CH2 OPO3H2
H
HO
H
CH2OH
OH H
фруктоза-6-фосфат
O
CH2 OPO3H2
OH
O
OH
CH2 OPO3H2
3-ФГА
триозофосфатизомераза
3-ФГА
фосфогексоизомераза
фосфофруктокиназа
C
C O
CH
H
CH2 OPO3H2
OH
O
O OH
H
OH
глюкоза-6-фосфат
CH2 OH
H
CH2 OPO3H2
альдолаза
H
ATP
ADP
HO
H
CH2 OPO3H2
OH
H
фруктоза-1,6-бифосфат

18. Расщепление глюкозы до пирувата: II стадия

H
H3PO4 NADH
O
NADH+H
ADP
O
ATP
OH
O
O PO3H2
CH
OH
дегидрогеназа 3-ФГА
CH
CH2 O PO3H2
CH2
OH
фосфоглицерат
киназа
O PO3H2
CH
CH2 O PO3H2
1,3-дифосфоглицериновая
кислота
фосфоглицерат
мутаза
3-ФГА
O
OH
C O
CH3
пируват
ATP
ADP O
пируваткиназа
OH
C O PO3H2
H2O
енолаза
O
OH
CH O PO3H2
CH2
CH2 OH
ФЭП
2-ФГК
OH
3-ФГК

19.

Регуляция I этапа окисления глюкозы
Термодинамический
контроль
Кинетический
контроль
Контроль направления
потока метаболитов по
метаболическому пути
Контроль интенсивности
потока метаболитов по
метаболическому пути
3 необратимые реакции:
1. Образование глюкозо-6фосфата G 0 17кДж / моль
2. Образование фруктозо-1,6бифосфата G 0 14кДж / моль
3. Образование пирувата
G 32кДж / моль
0
Изменение активности аллостерических ферментов:
Гексокиназа
Фосфофруктокиназа
Пируваткиназа

20. Регуляция расщепления глюкозы до пирувата

АТФ
Гл-6-ф
Механизм: аллостерическая модуляция
гексокиназа
глюкоза глюкозо 6 фосфат
АТФ
цитрат
АМФ
фосфофрукто
киназа
фруктозо 6 фосфат
фруктозо 1, 6 бифосфат
АТФ
НАДН+Н
Цитрат
Сукцинил-КоА
Жирные кислоты
Гл-6-ф
Фр-1,6-биф
ФГА
пируваткиназа
фосфоенолпируват пируват

21. Окислительное декарбоксилирование пирувата

CH3
НАД+
НАДН+Н+
CH3
C O
C
COOH
O
пируват
HS-KoA
CO2
S KoA
Ацетил-КоА
пируватдегидрогеназный комплекс
3 фермента + 5 кофакторов
1. пируватдекарбоксилаза (ТДФ) желтый
2. Липоилацетилтрансфераза (КоА,
ЛК) - зеленый
3. Дигидролипоилдегидрогеназа
(НАД+, ФАД) - красный
G 48кДж / моль
0

22. Регуляция активности пируват-дегидрогеназного комплекса

Регуляция активности пируватдегидрогеназного комплекса
2 механизма: аллостерическая модуляция и ковалентная модификация
НАДН+Н
АТФ
Ацетил-КоА
Фосфорилирование
пируват
Дефосфорилирование
пируват
дегидрогеназный
пируват
ацетил КоА
комплекс

23.

Этапы аэробного окисления глюкозы
2АТФ
2АДФ
I. глюкоза
4АДФ
4АТФ
2 ФГА
2 пируват
2НАД
цитозоль
2НАДН2
2СО2
II. 2 пируват
2 ацетилКоА
2НАД
2НАДН2
2ГДФ
2ГТФ
III. 2 ацетилКоА
4 СО2
6НАД
6НАДН2
2ФАД
2ФАДН2
М
И
Т
О
Х
О
Н
Д
Р
И
Я

24.

Энергетический эффект аэробного
окисления глюкозы
Выход АТФ в процессе окислительного фосфорилирования:
Коэф. Р/О НАДН2 = 2,5 АТФ
10 НАДН2 = 25 АТФ
Коэф. Р/О ФАДН2 = 1,5 АТФ
2 ФАДН2 = 3 АТФ
Выход АТФ в процессе субстратного фосфорилирования:
4 АТФ + 2 ГТФ(2 АТФ) = 6 АТФ
Затраты АТФ на первом этапе:
–
2 АТФ
Итого: 25 АТФ + 3 АТФ + 6 АТФ – 2 АТФ = 32 АТФ

25. Пластическая функция аэробного окисления глюкозы

Гл-6-ф → синтез пентоз и глюкуроновой кислоты
Фр-6-ф → синтез аминосахаров
ФГА и ФДА → образование 3-фосфоглицерола
3-ФГК → синтез заменимых аминокислот: сер, гли и цис
ФЭП → синтез сиаловых кислот, используемых при
синтезе гетероолигосахаридов
Пируват → синтез аланина
Ацетил-КоА → синтез жирных кислот и стероидов

26. Превращение галактозы в глюкозу

CH2OH
HO
H
OH
O OH
H
H
H
H
OH
галактоза
ATP
УДФ-глюкоза
CH2OH
ADP
HO
галактокиназа
H
H
OH
Гл-1-ф
O OPO H
3 2
H
H
HO
гексозо-1-фосфатуридилтрансфераза H
H
OH
галактозо-1-фосфат
H
OH
O O UDP
H
H
H
OH
УДФ-галактоза
эпимераза
CH2OH
H
H
OH
O O UDP
H
HO
H
H
OH
УДФ-глюкоза
Галактозо-1-фосфатуридилтрансфераза
CH2OH

27. Начальный этап метаболизма фруктозы

АТФ
Фруктоза
АДФ
Фр-1-ф
фруктокиназа
Фруктозо-1фосфатальдолаза
Глицериновый
альдегид
АТФ
триозокиназа
АДФ
3-ФГА
Фосфодигидроксиацетон
триозофосфатизомераза
З-ФГА

28.

Анаэробный распад глюкозы и гликогена
АТФ
гликоген
глюкоза
АДФ
Н3РО4
гл-1-ф
гл-6-ф
АТФ
АДФ
2 пируват
2 ФГА
2НАДН2
4АДФ
4АТФ
2НАД
= 3 АТФ
гликогенолиз
2 лактат
= 2 АТФ
гликолиз

29.

Апотомический путь окисления глюкозы
Уравнение окислительной стадии:
глюкоза 6 фосфат 2 НАДФ Н 2 О
рибозо 5 фосфат СО2 2 НАДФН 2
Обеспечивает клетки пентозофосфатами (рибозо-5-фосфат) и
восстановленными
эквивалентами в форме НАДФН2,
необходимыми для протекания биосинтетических процессов
(например, для синтеза высших жирных кислот).

30. Глюкуроновый путь окисления глюкозы

Проходит через образование активной УДФ-глюкозы,
которая окисляется затем до глюкуроновой кислоты:
Н2О
УДФ – глюкуроновая
кислота
УДФ - глюкоза
2НАД
2НАДН2
Глюкуроновая кислота участвует в обезвреживании токсинов и
используется для синтеза гетерополи- и олигосахаридов.

31.

Глюконеогенез
- это процесс синтеза глюкозы из неуглеводных компонентов
(лактата, пирувата, глицерина, аланина и других веществ)
уравнение образования глюкозы из лактата:
2 лактат 4 АТФ 2 ГТФ 6 Н 2О
глюкоза 4 АДФ 2 ГДФ 6 Н 3 РО4
глюконеогенез будет протекать лишь при условии
достаточной энергетической обеспеченности клеток

32. Превращение лактата в пируват

O
OH
2 NAD+ 2 NADH+H
O
C
C
2
CH
OH
OH
CH3
2
лактат
дегидрогеназа
лактат
Комплекс НАД-лактатдегидрогеназа
C O
CH3
пируват

33.

Необратимые реакции гликолиза и обходные
пути их преодоления в глюконеогенезе
АДФ
1. Пируваткиназная реакция:
ФЭП
Н2О
Обходной путь: пируват+СО2
АТФ
Ферменты:
АТФ
пируват
Н3РО4
ЩУК
АДФ
ФЭП+СО2
ГТФ
ГДФ
1. Пируваткарбоксилаза
2. Фосфоенолпируваткарбоксикиназа
Пируваткарбоксилаза

34.

Необратимые реакции гликолиза и обходные
пути их преодоления в глюконеогенезе
2. Фосфофруктокиназная реакция: Фр-6-ф
Фр-1,6-диф
АТФ
Н2О
АДФ
Н3РО4
Обходной путь: Фр-1,6-диф
Фермент: Фруктозо-1,6-бифосфатаза
Фр-6-ф

35.

Необратимые реакции гликолиза и обходные
пути их преодоления в глюконеогенезе
3. Гексокиназная реакция: глюкоза
глюкозо-6-ф
АТФ
Н2О
Обходной путь:
АДФ
Н3РО4
гл-6-ф
Фермент: Глюкозо-6-фосфатаза
Молекулярная модель глюкозы
глюкоза

36. Регуляция глюконеогенеза

Механизм: аллостерическая модуляция
АДФ
Ацетил-КоА
пируваткарбоксилаза
пируват ЩУК
АМФ
фр 1,6 бифосфатаза
фруктозо 1, 6 дифосфат
фруктозо 6 фосфат

37. Гликоконъюгаты

Гликолипиды
Гликозаминопротеогликаны
Гликопротеиды
протеогликан
гликопротеин
гликолипид

38. Углеводные компоненты гликозаминопротеогликанов

Гиалуроновая кислота
Сер-О-Ксил-О-Галакт-О-Галакт-О-Глюкурон.-О-Ацетил--О-Глюкурон.-Oк-та
к-та
глюкозn
амин
Полипептидная
цепь
Хондроитинсульфаты
Кератансульфат
Дерматансульфат

39. Синтез углеводных компонентов гликозаминопротеогликанов

УДФксилоза УДФ
УДФ-гал
УДФ-гал
УДФ
УДФ
УДФ-глюкурон.
к-та
УДФ
Сер-----О---Ксилоза-- О --Гал---- О ---Гал-- О --Глюкурон.-Е
Е
Е
кислота
Е
1
2
3
4
УДФ-ацетил
глюкозамин
---
УДФ
УДФ-глюкурон.
к-та
УДФ
--О--Ацетил-- О --Глюкурон.
Е5 глюкоз- Е6 к-та
амин
n
Ферменты: Гликозилтрансферазы
Аппарат Гольджи

40. Синтез углеводных компонентов гликопротеидов

1. Углеводный компонент присоединяется к белку О-гликозидной связью:
Белок Сер О углеводный компонент
Сборка углеводного компонента идет на ППЦ,
синтезированной
на
рибосомах,
путем
последовательного присоединения мономеров.
Ферменты: Гликозилтрансферазы
2. Углеводный компонент присоединяется к белку N-гликозидной связью:
Белок Асп NH углеводный компонент
Углеводный компонент синтезируется на специальном переносчике –
долихолфосфате, который встроен в мембрану ЭПС.

41. Расщепление углеводных компонентов гликоконъюгатов

Ферменты
Сульфатазы
Гликозидазы
Эндогликозидазы
Экзогликозидазы
Период полуобновления:
Гиалуроновой кислоты – 2 – 4 дня
Хондроитинсульфатов – 7 – 16 дней
Лизосомы

42. Общая схема углеводного обмена

43.

Гормональная регуляция уровня глюкозы в
крови
повышение
быстрый эффект
понижение
инсулин
адреналин
действие на распад гликогена
глюкагон
действие на глюконеогенез
кортизол
медленный эффект
увеличение поступления
глюкозы в клетки тканей,
стимуляция синтеза
гликогена и окисления
глюкозы в клетках

44. Регуляция содержания глюкозы в крови

45.

Нарушения обмена углеводов
Первичные нарушения
(Генетические)
• непереносимость лактозы
• галактоземия
• непереносимость фруктозы
• гликогеноз
• агликогеноз
• лизосомные болезни накопления
Вторичные нарушения
развиваются на фоне того
или иного заболевания:
Эндокринные заболевания:
Сахарный диабет
Бронзовая болезнь
Болезнь Иценко-Кушинга
Болезнь Грэйвса
(гипертиреоз)
Заболевания печени,
кишечника, почек и др.

46.

Причины гипо- и гипергликемических
состояний
гипогликемия
N = 3,3 – 5,5 ммоль/л
голодание
нарушение расщепления
и всасывания в ЖКТ
патология печени
снижение секреции
контринсулярных гормонов
избыточная продукция,
передозировка инсулина
значительная физическая
нагрузка, заболевания
хронический алкоголизм
гипергликемия
алиментарная (пища)
нейрогенная (стресс)
повышенная продукция
контринсулярных гормонов
снижение секреции
инсулина
сахарный диабет
инсулинорезистентность
резкая дегидратация
организма