Углеводы. Строение и функции основных углеводов

1.

ТЕМА: УГЛЕВОДЫ
1. Строение и функции основных углеводов пищи
моносахариды
олигосахариды
полисахариды
2. Переваривание углеводов в ЖКТ, всасывание моносахаридов
ферменты, принимающие участие в переваривании углеводов
пути всасывания моносахаридов из кишечника
нарушение переваривания и всасывания углеводов
3. Регуляция содержания глюкозы в крови
норма содержания глюкозы в крови
роль инсулина и контринсулярных гормонов в регуляции содержания глюкозы в крови
4. Метаболизм гликогена
гликоген – как главная форма запасания глюкозы у животных
синтез гликогена – гликогеногенез, роль инсулина
катаболизм гликогена – гликогенолиз, роль глюкагона и адреналина
нарушения метаболизма гликогена - гликогенозы
5. Особенности метаболизма глюкозы
катаболизм глюкозы – аэробный и анаэробный типы гликолиза
синтез глюкозы – глюконеогенез
регуляция гликолиза и глюконеогенеза

2.

Основные углеводы пищи
моносахариды n=1
Состоят только из 1 звена
HO CH2
HO CH2
O
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
D-Глюкоза
D-Манноза
HO CH2
OH
HO
O
OH
OH
O
OH
HO
OH
OH
D-Галактоза
OH
D-Фруктоза

3.

Основные углеводы пищи
олигосахариды 20>n>1
HO
O
HO
HO
D-Глюкоза
1
O
O
OH
D-Глюкоза
1
OH
OH
OH
O
HO
D-Глюкоза
OH
OH
O
O
OH
D-Фруктоза
4
Мальтоза
HO
1
OH
OH
2
OH
OH
HO
Сахароза
O
D-Глюкоза
HO
OH
O
HO
6
OH
OH
OH
O
D-Глюкоза
4
1
O
OH
D-Глюкоза
O O
OH
D-Галактоза
OH
1
OH
OH
OH
OH
Лактоза
OH
Изомальтоза
OH

4.

Основные углеводы пищи
полисахариды n≥20
HO
HO
O
..... 4
O
1
OH
4
OH
O
O
1
OH
OH
O
HO
HO
.....
O
1
OH
4
O
OH
6
1
OH
O
OH
HO
HO
O
O
O
O
4
4
1
OH
4
1
OH
4
O
O
OH
O
OH
1
OH
.....
O
OH
Фрагмент молекулы крахмала (амилопектина) / гликогена
( и гликозидные связи)

5.

Переваривание углеводов в ЖКТ, всасывание моносахаридов
Суточная потребность в углеводах:
~ 300 г (дети)
~ 400-500 г (мужчина, женщина)
~ 600 г (мужчины-спортсмены)
Декстрины
Крахмал (гликоген)
HO
.....
α-Амилаза слюны
(рН 6,5-6,8)
гидролизуемая
связь ( 1,4)
1
OH
OH
HO
6
O
O
1
OH
4
O
O
1
OH
4
OH
O
OH
O
OH
HOH
O
1
1
4
OH
O
OH
O
1
.....
O
OH
4
O
1
OH
OH
OH
OH
4
1
OH
O
.....
O
OH
OH
OH
OH
Декстрин
Крахмал
O
1
4
HO
O
1
O
+
6
O
O
.....
HO
HO
OH
HO
HO
HO
O
O
Амилаза.....
OH
слюны
O
O
.....
Глюкоза
HO
O
Ротовая полость
Мальтоза
изомальтоза
мальтотриоза
Декстрин
Желудок (рН 1,5-2,5)
α-Амилаза панкреатическая
α-Амилаза
(инактивация)
Тонкая кишка
(рН 7,5-8,0)
Гормоны:
секретин
(выработка НСО3-)
HCO3-+H+=H2O+CO2
холецистокинин
(выброс
панкреатической
α-амилазы)
HO
HO
HO
O
O
D-Глюкоза
1
OH
OH
4
O
OH
D-Глюкоза
OH
O
1
4
O
OH
Мальтотриоза
D-Глюкоза
OH
OH
HO
HO
HO
OH
D-Глюкоза
1
OH
OH
O
O
O
4
O
D-Глюкоза
OH
OH
Мальтоза
D-Глюкоза
OH
OH
OH
1
OH
O
6
O
OH
D-Глюкоза
OH
OH
OH
Изомальтоза
OH

6.

Переваривание углеводов в ЖКТ, всасывание моносахаридов
Крахмал (гликоген)
HO
HO
HO
D-Глюкоза
1
OH
OH
4
O
OH
D-Глюкоза
OH
O
1
4
O
OH
Мальтотриоза
D-Глюкоза
OH
OH
D-Глюкоза
1
OH
OH
O
O
O
OH
Глюкоза
HO
HO
HO
O
O
Мальтоза
изомальтоза
мальтотриоза
Декстрины
4
O
D-Глюкоза
OH
OH
D-Глюкоза
1
OH
OH
OH
OH
Мальтоза
O
6
O
OH
D-Глюкоза
OH
OH
OH
Изомальтоза
I. Сахаразно-изомальтазный комплекс
гидролиз гликозидных связей:
α-1,2 (сахароза → глюкоза + фруктоза)
α-1,6 (изомальтоза → глюкоза)
Тонкая кишка
(рН 7,5-8,0)
II. Гликоамилазный комплекс
гидролиз гликозидных связей:
α-1,4 (олигосахариды, мальтоза → глюкоза)
III. β-Гликозидазный комплекс (лактаза)
гидролиз гликозидных связей:
β-1,4 (лактоза → глюкоза + галактоза)
OH

7.

Переваривание углеводов в ЖКТ, всасывание моносахаридов

8.

Всасывание моносахаридов
ворсинками кишечника:
облегченная диффузия
Na+-глюкозный симпорт

9.

Мальабсорбция – нарушение переваривания и/или всасывания
углеводов в кишечнике
(следствие – осмотическая диарея)

10.

Мальабсорбция – нарушение переваривания и/или всасывания
углеводов в кишечнике
(следствие – осмотическая диарея)

11.

Регуляция содержания глюкозы в крови
Глюкоза
крови
(мг/дл)
100
90
Область
нормальных
значений
80
70
Едва заметные неврологические
симптомы; голод.
Выделение адреналина,
глюкагона, кортизола
60
50
40
Апатия
Судороги, кома
Потливость,
дрожь
30
20
Необратимое
повреждение мозга
(если продолжительно)
10
0
Норма глюкозы
в крови:
3,58-6,05 ммоль/л
65-110 мг/дл
Смерть

12.

13.

Основные пути метаболизма глюкозы в клетках

14.

МЕТАБОЛИЗМ ГЛИКОГЕНА
O
NH
HO
O
P O
HO
OH
P
O
CH2
ГЛЮТ-2
O
O
OH
P O
CH2
NH
O
OH
O
OH
P
P O
CH2
N
O
OH
O
4
HO
2 H3PO4
OH
OH
О
NH
O
P
P O
CH2
N
O
OH
OH
Фосфоглюкомутаза
OH
Глюкозо-6-фосфат
З
Е
Н
O
n
ГЛЮТ
OH
OH
OH
OH
D-Глюкоза
OH
D-Глюкоза
CH2
O
OH
P
OH
HO
OH
O
ГликогенH3PO
фосфорилаза
4
OH
O
1
4
HO
4
OH
Глюкозо-1-фосфат
O
З
D-Глюкоза
И
OH
OH
HO
α-1,6-Глюкозидаза
CH2
OH
O
К
O
O
OH
P
HO
OH
CH2
И
HO
OH
OH
O
1 HO
4
O
Г
OH
4
OH
OH
H3PO4
O
1 HO
4
4
O
OH
H3PO4
Гликогенфосфорилаза
OH
OH
ГликогенфосфорилазаГликоген
Гликоген
Г
Л
И
К
1 HO
4
O
OH
OH
OH
4
4
O
OH
Олигосахаридтрансфераза
O
O
Глюкозо-1-фосфат
1 HO
4
Л
OH
OH
Глюкозо-1-фосфат
P
Л
O
O
OH
OH
Растущая цепь
гликогена
HO
OH
O
Гликоген
~350 г
OH
OH
O
О
Гранулы гликогена
в печени
O
CH2
OH
Глюкозо-6-фосфатаза
(в печени)
HO
CH2
O
Г
OH
OH
HO
АДФ
АТФ
OH
Е
Растущая цепь гликогена
Гликоген
~100 г
HO
OH
OH
OH
O
O
4
1
4
HO
HO
Амило-1,4→1,6-глюкозилтрансфераза
(фермент «ветвления»)
OH
OH
Н
O
OH
УДФ
OH
O
O
Глюкозо-1-фосфат
Г
Гексокиназа (Кm <1 ммоль/л)
Глюкокиназа (печень, Кm 10 ммоль/л)
CH2
O
O
OH
O
HO
OH
Е
O
Фосфоглюкомутаза
P
OH
OH
P
HO
O
OH
O
O
HO
HO
O
OH
Гликогенсинтаза
OH
O
CH2
УДФ-глюкопирофосфорилаза
УДФ-глюкоза
Праймер (затравка)
олигосахарид
O
HO
OH
OH
OH
O
УТФ
O
O
N
OH
OH
O
O
O
О
Г
Е
О
Н

15.

Синтез гликогена - гликогеногенез
Происходит в абсорбтивный
период (1-2 ч после приема пищи)
в печени и мышцах
Стимулируется инсулином
Подавляется глюкагоном и
адреналином
Регуляторный фермент –
гликогенсинтаза (активна в
дефосфорилированном состоянии)
Образующаяся разветвленная
молекула гликогена может содержать
до миллиона глюкозных остатков,
депонируется в цитозоле в виде гранул

16.

Мобилизация гликогена - гликогенолиз
Происходит в постабсорбтивный
период и при физической нагрузке,
а также стрессовых воздействиях
Стимулируется глюкагоном и
адреналином
Подавляется инсулином
Регуляторный фермент –
гликогенфосфорилаза (активна в
фосфорилированном состоянии)
В печени образующаяся при
распаде гликогена глюкоза выделяется в кровоток и питает другие ткани
(в печени есть глюкозо-6-фосфатаза),
гликоген мышц используется только
дляработы самой мышцы (в мышцах
нетглюкозо-6-фосфатазы)

17.

Регуляция метаболизма гликогена

18.

Регуляция метаболизма гликогена в печени
OH
Гликогенсинтаза
активная
Инсулин
(сигнальный Ras-путь)
Raf-киназа
HO
Фосфопротеинфосфатаза
неактивная
Адреналин, глюкагон
(аденилатциклазная система)
АТФ
H3PO4
O
Митогенактивируемая
протеинкиназа
P O
HO
Протеинкиназа HO
Фосфопротеинpp90S6
фосфатаза
активная
ц-АМФ
Протеинкиназа А
Регуляция
гликогенсинтазы
АДФ
H2O
O
Гликогенсинтаза
неактивная
P
O
HO OH
OH
Raf-киназа
HO
Фосфопротеинфосфатаза
неактивная
Адреналин, глюкагон
(аденилатциклазная система)
Гликогенфосфорилаза
неактивная
Инсулин
(сигнальный Ras-путь)
O
Митогенактивируемая
протеинкиназа
HO P
Протеинкиназа HO
pp90S6
O
АТФ
H3PO4
O
O
Фосфопротеинфосфатаза
активная
Киназа
Регуляция
фосфорилазы
гликогенфосфорилазы активная
P OH
OH
Протеинкиназа А
АДФ
АДФ
H2O
O
Гликогенфосфорилаза
активная
P
O
HO OH
АТФ
ц-АМФ
OH
Киназа
фосфорилазы
неактивная

19.

Регуляция метаболизма гликогена в мышцах

20.

Гликогенозы – группа молекулярных болезней

21.

Гликогенозы – группа молекулярных болезней

22.

МЕТАБОЛИЗМ ГЛЮКОЗЫ – ГЛИКОЛИЗ И ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ
O
Глюконеогенез
OH
C
2
C
+ 4АТФ + 2ГТФ + 4Н2О + 2НАДН + 2Н+
O
CH3
HO
CH2
АТФ
O
OH
O
HO P
HO
H3PO4
O
HO
- 2 АТФ
O
Анаэробный
гликолиз
(глюкозолактазный цикл)
2 Лактат
OH
D-Глюкоза
Мышечная ткань
2 Лактат
HO
Аэробный гликолиз
+8 АТФ
CH2
O
Эритроциты
+ 2H3PO4 + 2АДФ + 2НАД+
OH
OH
OH
OH
OH
OH
D-Глюкоза
O
OH
OH
Глюкозо-6фосфат
H2O
OH
C
Фосфоглюкоизомераза
2
АТФ
C
O
HO P O CH2
HO
H2C
O
OH
Анаэробный
гликолиз
+2 АТФ
Фосфофруктокиназа
OH
HO
АДФ
II
OH
Фруктозо-6- O
фосфат HO P O CH2
H2C
O
O P
CH2
O
H2C
OH
C
O
H2C
O
O
HO
OH
OH
OH
OH
O
P
Дигидроксиацетонфосфат
+ 2H3PO4 + 2АДФ
OH
OH
D-Глюкоза
O
Фруктозо-1,6-бифосфатаза
HO
OH
O
C
O
H2C
O
OH
OH
O
H
C
H2C
ГлицеральдегидO
3-фосфат
+
P
2 H3PO4 НАД
OH
ГЛЮТ-2
D-Глюкоза
Глицеральдегидфосфатдегидрогеназа
OH
Дигидроксиацетонфосфат
Клетки поджелудочной
железы
OH
Триозофосфатизомераза
P
HO
O
HO
O
OH
D-Глюкоза
O
P
O
HO
(при анаэробном гликолизе)
2 АДФ
Окислительное
фосфорилирование
O
O
O
O
Cl
NHCH2CH2
Глибурид
K+ Глипизид
Глибурид
NHCH2CH2
S
O
N
H3C
Глипизид
O
HO
P
N
H
N
H
O
OH
C
HC
P
O
OH
Пируваткиназа
OH
OH
2-Фосфоглицерат
OH
C
2C
CH2
2+
P
OH
ГДФ, СО2
Фосфоенолпируваткарбоксикиназа
(в цитозоле)
ГТФ
Лактат
Аланин, серин,
глицин, цистеин
OH
C
III 2
C
O
OH
ФосфоенолO
пируват O
Потенциал-зависимый Са -канал
Механизм выброса инсулина
под влиянием инсулина
O
O
O
OH
CH3
Лактатдегидрогеназа
H 2O
O
Енолаза
НАД+
2 АТФ
2 АДФ
O
деполяризация
Ca2+
2 HC
НАДН + Н+
OH
H2C
O
O
N
H2C
OH
C
O
2
O
[Ca2+]
OH
Фосфоглицератмутаза
CH3
гранулы инсулина
O
2 HC
N
H
N
H
O
секреция
инсулина
АТФ-зависимый
К+-канал
S
OH
C
OH
3-Фосфоглицерат
[АТФ]
-6 АТФ
2 АТФ
O
P
Фосфоглицераткиназа
высвобождение
Са2+ из ЭПР
+6 АТФ
на восстановление пирувата до лактата
OH
OH
2 HC OH
Гликолиз
глицерофосфатный и малат-аспартатный челнок
O
O
1,3-Бифосфо- H2C
глицерат
Глюкозо-6-фосфат
в ЦПЭ (при аэробном гликолизе)
2 НАДН + Н+
C
Гексокиназа
Глюкокиназа
ЦТК
+ 2АТФ + 2Н2О
Триозофосфатизомераза
Альдолаза
2 HC OH
OH
OH
CH3
OH
H2C
2
OH
HC
Лактат
Фруктозо-1,6бифосфат
CH2
OH
C
OH
HO
+ 2АТФ + 2Н2О + 2НАДН + 2Н+
O
CH3
Пируват
OH
K+
+ 4АДФ + 2ГДФ + 4Н3РО4 + 2НАД+
OH
O
Глюкозо-6-фосфатаза
OH
OH
Печень
CH2
CH2
Глюкоза
Цикл Кори
2 Лактат
АДФ
I
D-Глюкоза
OH
Глюкоза
Глюконеогенез
Гексокиназа
Глюкокиназа
OH
OH
Пируват
Глюкоза
HO
CH3
OH
Пируват
HCO3- АТФ
O
Оксалоацетат
Пируваткарбоксилаза
(в митохондрии)
АДФ

23.

Особенности метаболизма глюкозы - гликолиз
Аэробный гликолиз
(глюкоза превращается в
2 молекулы пирувата,
образуется 8 АТФ)
Аэробный гликолиз
проходит в клетках,
имеющих митохондрии в
условиях поставки
кислорода в клетки
Анаэробный гликолиз
(глюкоза превращается в
2 молекулы лактата,
образуется 2 АТФ)
Аэробный гликолиз
проходит в клетках,
лишенных митохондрий,
а также в условиях
гипоксии в митохондрийсодержащих клетках

24.

Аэробный
гликолиз

25.

Особенности метаболизма глюкозы глюконеогенез
Активируется на 2 сутки голодания
Протекает преимущественно в печени
Субстраты – лактат, пируват, глицерол,
некоторые аминокислоты
Стимулируется глюкагоном, адреналином,
кортизолом
Тормозится инсулином

26.

Регуляторные ферменты процесса:
1. Глюкокиназа:
Индукция синтеза
(вызывается инсулином)
2. Гексокиназа:
Аллостерическая регуляция (ингибитор – глюкозо-6-фосфат)
3. Фосфофруктокиназа:
Аллостерическая регуляция
(активаторы – АМФ, фруктозо-2,6-бисфосфат)
(ингибиторы – NADH, АТФ)
Индукция синтеза
(вызывается инсулином)
4. Пируваткиназа:
Аллостерическая регуляция
(активатор – фруктозо-1,6-бисфосфат)
(ингибиторы – NADH, АТФ)
Индукция синтеза
(вызывается инсулином)
Фосфорилирование-дефосфорилирование
(активна дефосфорилированная форма)

27.

Регуляторные ферменты процесса:
1. Пируваткарбоксилаза:
Аллостерическая регуляция (ингибитор – АДФ)
2. Фосфоенолпируваткарбоксикиназа:
Индукция синтеза
Репрессия синтеза
(вызывается кортизолом)
(вызывается инсулином)
3. Фруктозо-1,6-бисфосфатаза:
Аллостерическая регуляция
(ингибиторы – АМФ, фруктозо-2,6-бисфосфат)
Репрессия синтеза
(вызывается ↓ инсулин/глюкагонового индекса)
4. Глюкозо-6-фосфатаза:
Репрессия синтеза
(вызывается ↓ инсулин/глюкагонового индекса)

28.

Абсорбтивный
период
Фруктозо-6фосфат
Инсулин
Постабсорбтивный
период
Глюкагон
+
+
Фосфатаза
Фосфофруктокиназа
HO ▬ БИФ ▬ OPO3H2
+
Фруктозо-2,6бисфосфат
Протеинкиназа А
Фруктозо-1,6бисфосфатаза
Фруктозо-1,6бисфосфат
Гликолиз
Глюконеогенез

29.

БЛАГОДАРИМ ЗА
ВНИМАНИЕ !