Метаболизм углеводов

1. Метаболизм углеводов

2.

Поли- и олигосахариды в желудочнокишечном тракте под действием
гликозидаз расщепляются до
моносахаридов и всасываются в кровь.
Гликозидазы –
гидролитические ферменты:
α-, β- и -амилазы, мальтаза, инулиназа,
сахараза, лактаза и др.

3.

Основными путями внутриклеточного
метаболизма углеводов являются:
гликолиз;
гликогенолиз;
пентозомонофосфатный путь;
глюконеогенез;
гликогеногенез.

4. Глюкозо-6-фосфат – ключевой метаболит углеводного обмена

ГЛИКОГЕН
гликогенолиз
гликогеногенез
Г
Л
Ю
Пентозофосфатный
гликолиз
ГЛЮКОЗОпуть
К
О глюконеогенез
6-ФОСФАТ
З
гликогенолиз
глюконеогенез
А
гликолиз
гликогеногенез
ПИРУВАТ
Цикл Кребса
ЛАКТАТ
СО2 И Н2О
ПЕНТОЗЫ
И ДРУГИЕ
САХАРА

5.

Е: гексокиназа
глюкоза + АТФ
глюкозо-6-Ф + АДФ
CH2O PO3H2
H
CH22O~PO
O PO
CH
3H23 2
O
HO
OH
+
O
OH
OH
CH2O
CH
. +
НАДФ НАДФН
Н
НАДФ+ НАДФН Н
HO
HO
OH
. +
OH
OH
глюкозо-6-фосфат
OH
OH

6.

Гликолиз – последовательность реакций
окисления глюкозы в результате которых:
в анаэробных условиях образуется
молочная кислота (лактат);
в аэробных – пировиноградная кислот
(пируват).
Локализация процесса – цитоплазма.

7. Значение гликолиза

Промежуточные метаболиты являются
предшественниками для синтеза аминокислот,
азотистых оснований, липидов и др.
Окисление глюкозы сопровождается
образованием АТФ путем субстратного
фосфорилирования.

8.

В анаэробных условиях гликолиз – это
единственный процесс в клетках, приводящий к
образованию АТФ
В аэробных условиях образующийся пируват
поступает в цикл Кребса, где происходит
дальнейшее полное окисление глюкозы до СО2, Н2О и
выделяется большое количество энергии.

9. Гликолиз – дихотомический путь катаболизма глюкозы

В анаэробных условиях (11 реакций)
С6Н12О6 + 2 АДФ + 2 Н3РО4
глюкоза
2 СН3СНОНСООН + 2АТФ + 2Н2О
лактат
В аэробных условиях (10 реакций)
С6Н12О6 + 2 АДФ + 2 Н3РО4 + 2НАД+
глюкоза
2 СН3СОСООН + 2АТФ + 2Н2О + 2НАДН.Н+
пируват

10.

СТАДИИ ГЛИКОЛИЗА
Подготовительная стадия
(стадия активации глюкозы):
– 5 реакций;
– 1 молекула гексозы (глюкозы) расщепляется на
2 молекулы фосфотриоз (2 глицеральдегидфосфата)
Стадия генерации АТФ:
– 6 (5) реакций;
– энергия окислительных реакций трансформируется
в химическую энергию АТФ (в реакциях субстратного
фосфорилирования)

11.

Подготовительная стадия:
Необратимое образование глюкозо -6-фосфата.
Необратимое образование фруктозо-1,6-дифосфата.
(ключевая реакция, ключевой фермент).
Стадия генерации АТФ:
Обратимая реакция гликолитической оксиредукции
Обратимая реакция образования фсофглицерата их
дифосфоглицерата, сопровождающаяся субстратным
фосфорилированием.
Необратимая реакция образования пирувата из
фосфоенолпирувата, сопровождающаяся субстратным
фосфорилированием.
Механизм регуляции активности
ключевых ферментов гликолиза – аллостерический.

12. Энергетический баланс гликолиза

В анаэробных условиях
Расход АТФ:
в подготовительной стадии гликолиза затрачивается 2
молекулы АТФ на фосфорилирование глюкозы и фруктозо-6
фосфата.
Образование АТФ:
4 молекулы АТФ образуется в реакциях субстратного
фосфорилирования в процессе окисления двух молекул
фосфотриоз
Суммарно – 2 молекулы АТФ.

13.

В аэробных условиях
Расход АТФ:
в подготовительной стадии гликолиза затрачивается 2
молекулы АТФ на фосфорилирование глюкозы и фруктозо-6
фосфата.
Образование АТФ:
4 молекулы АТФ образуется в реакциях субстратного
фосфорилирования в процессе окисления двух молекул
фосфотриоз,
6 молекул АТФ образуется в ходе окислительного
фосфорилирования (при передаче е- в дыхательную цепь
митохондрий от НАДН).
Суммарно – 8 молекул АТФ.

14. ГЛИКОГЕНОЛИЗ

Гликогенолиз – расщепление гликогена по
дихотомическому (гликолитическому) пути.
Внутриклеточное расщепление гликогена
происходит путем фосфоролиза, в результате
которого образуется глюкозо-1-фосфат.

15.

Гликогенолиз – расщепление гликогена по гликолитиче
(дихотомическому) пути окисления .
фосфорилаза
Гликоген + Н3РО4
глюкозо-1-фосфат
фосфоглюкомутаза
глюкозо-1-фосфат
глюкозо-6-фосфат
ГЛИКОЛИЗ

16. Энергетический баланс гликогенолиза

Расход АТФ:
в подготовительной стадии гликогенолиза
затрачивается 1 молекула АТФ на
фосфорилирование фруктозо-6 фосфата.
Образование АТФ:
4 молекулы АТФ образуется в реакциях
субстратного фосфорилирования в процессе
окисления двух молекул фосфотриоз
Суммарно – 3 молекулы АТФ.

17. Регуляция гликогенолиза

Сложный многоступенчатый (каскадный) процесс,
контролируемый гормонами и
нейромедиаторами (с участием вторичных
посредников цАМФ, Са2+).
Ключевой фермент (регуляторный) –
гликогенфосфорилаза.
Активаторы гликогенолиза: адреналин,
глюкагон, норадреналин и др.
Ингибиторы гликогенолиза: инсулин,
простагландины гр.Е и др.

18.

ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ
Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных
соединений по пути обратимых реакций гликолиза.
Необратимые реакции гликолиза
«преодолеваются» обходными путями
глюконеогенеза.

19.

Глюконеогенез
2 Пируват + 4АТФ + 2ГТФ + 2НАДН.Н+ →
→ Глюкоза + 4АДФ + 2ГДФ + 6Н3РО4+ 2НАД+

20.

ГЛИКОГЕНОГЕНЕЗ
Гликогеногенез – синтез гликогена из глюкозы.
Стадии синтеза цепи гликогена
1. Синтез олигосахарида (nmin = 11) – удлинение цепи
с образованием 1,4-связей.
2. Перенос части олигосахарида (nmin = 6) на
затравочную цепь с образованием
1,6-связи – образуется новая ветвь.
3. Удлинение цепей (новой ветви) с образованием
1,4-связей.

21.

⅓ гликогена в организме
накапливается в печени.
Необходим для поддержания
уровня глюкозы в крови
(гликоген→глюкозо-6-фосфат→
глюкоза).
Гранулы гликогена
в гепатоцитах
⅔ гликогена в организме
откладывается в мышцах.
Необходим для восполнения
энергетических потребностей
организма.
В глюкозу не превращается.

22.

Продуктом дихотомического расщепления глюкозы
(гликогена) в аэробных условиях является
пировиноградная кислота

23. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПИРОВИНОГРАДНОЙ КИСЛОТЫ

Мультиферментный пируватдегидрогеназный
комплекс
Локализация: матрикс митохондрий.
ФЕРМЕНТЫ
КОФАКТОРЫ
пируватдегидрогеназа (Е1)
Тиаминпирофосфат (ТПФ)
дигидролипоилацетилтрансфераза (Е2)
Липоевая кислота (ЛК)
дигидролипоилдегидрогеназа (Е3)
ФАД
HS-КоА
НАД+

24.

Энергетический баланс
окислительного декарбоксилирования пирувата:
3 АТФ (образуются при передаче восстановительных
эквивалентов от восстановленного НАДН в
электронтранспортную цепь митохондрий)

25.

Окислительное декарбоксилирование
пировиноградной кислоты –
необратимый процесс

26. Цикл Кребса

Ханс Кребс
(1900-1981)
В 1953 году (совместно
с Ф.-А. Липманом) удостоен
Нобелевской премии в области
физиологии и медицины за
открытие цикла лимонной
кислоты

27.

Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл
лимонной кислоты) – конечный
катаболический путь окисления всех
соединений в аэробных условиях.
Универсальный механизм окисления у всех
живых организмов.
Амфиболический метаболический путь.
Локализация цикла – матрикс митохондрий.
СН3СО~S-КоА + 3НАД+ + ФАД + ГДФ + Фн →
→ 2СО2 + HS-КоА + 3НАДН.Н+ + ФАДН2 + ГТФ

28.

Углеводы, липиды, аминокислоты
Жирные кислоты, стероиды
Аминокислоты,
пиримидины
Жирные кислоты,
стероиды
Аспартат
Углеводы
Н
Н
Н
Н
Н
Аминокислоты
Г
Н
Н
Глутамат
Аминокислоты,
нуклеотиды
Аминокислоты,
пропионилКоА
Протопорфирины
(гем)

29.

Регуляция Цикла Кребса
Лимитирующий фактор цикла Кребса – доступность
оксалоацетата.
Источники оксалоацетата:
- глюкоза (карбоксилирование пирувата, образующегося из
глюкозы);
- аспарагиновая кислота (переаминирование);
- фруктовые кислоты (яблочная, лимонная).

30.

Аллостерическая регуляция ферментов:
Ингибиторы
Активаторы
Цитратсинтаза
цитрат, АТФ, НАДН
Изоцитратдегидрогеназа
АТФ, НАДН
АМФ, АДФ
Сукцинил-КоА,
НАДН
цАМФ
α-Кетоглутаратдегидрогеназа

31.

Гормональный контроль цикла:
Инсулин, адреналин – активируют цикл Кребса,
т.к. инициируют аэробный распад глюкозы;
Глюкагон – тормозит цикл Кребса, т.к. стимулирует
синтез глюкозы.

32.

При полном аэробном окислении глюкозы
образуется максимально 38 молекул АТФ.
НАДН цитоплазматический не может проходить
через митохондриальную мембрану!
В зависимости от того, каким путем
цитоплазматический НАДН передает 2е- в ЭТЦ
митохондрий количество АТФ может изменяться
(36 АТФ).

33.

Глицеролфосфатный челночный механизм*
цитоплазма
митохондрии
Диоксиацетон-3-фосфат
Диоксиацетон-3-фосфат
НАДН.Н+
НАД+
Фермент:
глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа
Глицерол-3-фосфат
ФАДН2
ФАД
Глицерол-3-фосфат
* функционирует в клетках скелетных мышц и мозга

34.

Малат-аспартатный челночный механизм*
цитоплазма
митохондрии
Малат
Малат
НАД+
НАД+
Фермент: малат-дегидрогеназа
НАДН.Н+
НАДН.Н+
Оксалоацетат
Глутамат
Оксалоацетат
Глутамат
α-кетоглутарат
α-кетоглутарат
Аспартат
Аспартат
* Функционирует в клетках печени, сердечной мышцы и др.