Обмін вуглеводів в організмі тварин

1. Обмін вуглеводів в організмі тварин

1. Обмін речовин та енергії – основні
поняття.
2. Перетравлення вуглеводів у ШКТ
жуйних та нежуйних.
3.Основний обмін вуглеводів у
тканинах.
Патології обміну вуглеводів у тварин.

2.

Обмін речовин та енергії в живих
організмах називають метаболізмом.
Процеси метаболізму вивчаються
динамічною біохімією. Метаболізм
включає дві взаємозв'язані ланки:
анаболізм і катаболізм або асиміляцію
та дисиміляцію.
Асиміляція або анаболізм – процес
утворення речовин, притаманних для
даного організму з речовин корму
(уподібнення).

3.

Асиміляція завжди відбувається з
затратою енергії.
Прикладом асиміляції може бути синтез
твердих жирів у жуйних (сала) з рідких
жирів, що надходять з рослинними
кормами (олії).

4.

Дисиміляція (катаболізм) – процес
розщеплення поживних речовин з
вивільненням енергії.
Універсальним джерелом енергії у
живих організмах є АТФ (аденозинтрифосфорна кислота), яка
утворюється з АДФ (аденозиндифосфорної кислоти) і молекули
ортофосфату . Для утворення АТФ
необхідна енергія, яка вивільняється
при розпаді поживних речовин

5.

АТФ складається з азотистої
основи аденіну, моносахариду
рибози та трьох залишків
ортофосфатної кислоти.

6. Будова АТФ

7.

Хімічні зв'язки між 1 та 2 і 2 та 3
залишками фосфатної кислоти містять
велику кількість енергії, яка
виділяється при їх гідролізі
(розщепленні за участю води), такі
зв'язки називають макроергічні. При
відщепленні 2 та 3 залишків
фосфатної кислоти вивільняється від
40 до 60 кДж енергії.

8.

Синтез АТФ відбувається у тварин
двома шляхами:
-окислювальним фосфорилюванням,
коли до АДФ приєднується Н3РО4, при
цьому використовується енергія, що
виділяється при окисленні поживних
речовин;
-субстратним фосфорилюванням –
третій фосфатний залишок
переноситься з інших речовин макроергів

9. Реакції синтезу та розщеплення АТФ

АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + Е
АДФ + Н3РО4 + Е = АТФ + Н2О

10. Субстратне фосфорилювання

11. Перетравлення вуглеводів

Метаболізм у живих організмах
включає три основні етапи:
- підготовчий: розщеплення
складних речовин корму до простих у
ШКТ та їх всмоктування у кров;
- основний: обмін речовин у тканинах;
- заключний: виведення продуктів
обміну з організму

12. Перетравлення у жуйних

Основою раціону у жуйних є:
клітковина (грубі корми), крохмаль (кукурудза, картопля, зелені корми),
сахароза (цукровий та кормовий буряк,
зелені корми).
Перетравлення у жуйних відбувається
в основному у передшлунках під дією
ферментів мікрофлори

13. Будова ШКТ жуйних

14. Перетравлення клітковини

Целюлоза (клітковина) складається
з β, D – глюкози, яка не засвоюється
власними ферментами тварини,
розщеплюють її ферменти мікрофлори
передшлунків (бактерій, найпростіших
(інфузорій), дріжджів). На клітковину
діє фермент целюлаза, який
розщеплює до дисахариду целобіози.

15.

Целобіоза розщеплюється під дією
ферменту целобіази до 2 молекул β,
D – глюкози, яка піддається бродінню –
безкисневому розщепленню.
Сукупність ферментів, що
розщеплюють клітковину, називають
целюлолітичними.

16. Перетравлення крохмалю

На крохмаль діють амілолітичні
ферменти мікрофлори. Спочатку
крохмаль розщеплюється до олігополісахаридів (декстринів і декстранів),
потім до дисахариду мальтози, потім
до α, D – глюкози, яка також
зброджується.

17. Бродіння у передшлунках

У передшлунках відбуваються такі
типи бродіння:
Молочнокисле – молочна кислота
(лактат);
Оцтовокисле – оцтова кислота
(ацетат);
Маслянокисле – масляна кислота
(бутират);

18.

Пропіоновокисле – пропіонова
кислота;
Спиртове – етиловий спирт (етанол);
Метанове – метан.
Кислоти, що утворились при бродінні
називають ЛЖК – леткі жирні кислоти
та КЖК – коротколанцюгові жирні
кислоти

19.

ЛЖК та КЖК всмоктуються у воротну
систему кровотоку, транспортуються
до печінки, де з них синтезуються: α, D
– глюкоза, яка використовується для
синтезу глікогену, амінокислоти,
необхідні для синтезу білків, жирні
кислоти, необхідні для синтезу ліпідів.
У зимово-стійловий період грубі корми
– основа раціону жуйних, тому
клітковина служить джерелом для
синтезу всіх необхідних речовин

20. Перетравлення у нежуйних

У нежуйних основними кормовими
вуглеводами є крохмаль та сахароза у
молочного молодняка – лактоза.
Перетравлення крохмалю
розпочинається у ротовій порожнині
під дією ферменту α – амілази до
декстринів та декстранів.

21.

У шлунку перетравлення
вуглеводів припиняється, оскільки
рН = 1,5 – 2,0 (сильно кисле), і таке
середовище гальмує (інгібує) фермент
α – амілазу. Остаточне перетравлення
вуглеводів відбувається в тонкому
кишковику, найбільш інтенсивно у 12палій кишці під дією панкреатичної α
– амілази полісахариди
розщеплюються до дисахаридів і до
моносахаридів.

22.

Дисахариди розщеплюються у тонкому
кишковику до моносахаридів:
Сахароза під дією ферменту сахарази
до α, D – глюкози та β, D –
фруктози.
Мальтоза під дією ферменту
мальтази до 2 молекул α, D –
глюкози.
Лактоза під дією ферменту лактази
до α, D – глюкози та β, D – галактози.

23.

Моносахариди, що утворились,
потрапляють у стінку тонкого
кишковика і перетворюються на
глюкозу. Універсальним вуглеводом у
крові тварин є α, D – глюкоза, яка
становить 97 – 99% усіх вуглеводіів
крові.

24. Регуляція рівня глюкози у крові

Концентрація глюкози у крові
підтримується на постійному рівні
нейро-гуморальними механізмами
регуляції:
У нежуйних 3,5 – 6,5 (у котів до 7,0,
свині, птахи – до 14) ммоль/л;
У жуйних 2,2 – 3,5 (коні, ВРХ – до 6,1)
ммоль/л

25.

Гормони, що регулюють рівень глюкози
у крові поділяються на дві групи:
Гіперглікемічні – підвищують рівень
глюкози шляхом стимуляції
розщеплення глікогену або синтезу
глюкози з інших речовин. До
гіперглікемічних належать: глюкагон
(підшлункова з-за), гормони
щитоподібної, адреналін, глюкокортикостероїди (наднирники)

26.

Гіпоглікемічний гормон – інсулін
(підшлункова залоза) зменшує рівень
глюкози у крові, збільшує проникність
капілярів для глюкози, стимулює її
вихід з кров'яного русла та перехід у
тканини, стимулює процеси синтезу
глікогену та жирів з глюкози.
За дефіциту інсуліну розвивається
захворювання цукровий діабет, що
характеризується підвищенням
глюкози у крові та її дефіцитом у
тканинах

27. Обмін глікогену

Обмін глікогену складається з двох
взаємопов'язаних процесів:
Синтез глікогену – глікогенез (якщо
джерелом є глюкоза) або
гліконеогенез (якщо джерелом є інші
сполуки), процес іде з затратою енергії,
однак використовується не АТФ, а УТФ
(уридилтрифосфат)

28.

При взаємодії УТФ та глюкози,
утворюється активна її форма УДФ –
глюкоза, яка включається у процес
біосинтезу глікогену.
Глікогенез стимулюються інсуліном.

29.

Глікогеноліз – процес розщеплення
глікогену до глюкози, відбувається
двома шляхами:
- фосфороліз, - до останньої
молекули глюкози приєднується
Н3РО4 і одна молекула глюкози у
вигляді глюкозо-1-фосфату
відщеплюється і т.п.
-гідроліз, - за допомогою води глікоген
розщеплюється до декстринів, потім до
мальтози, мальтоза – до 2 глюкоз

30. Фосфороліз глікогену

31. Основний обмін глюкози

Глюкоза під дією інсуліну потрапляє до
клітин тканин, де розщеплюється з
вивільненням енергії (у деяких
тканинах глюкоза забезпечує більше
90% енергії).
Розщеплення глюкози відбувається
двома шляхами – анаеробним і
аеробним.

32. Анаеробне розщеплення

Анаеробне розщеплення – гліколіз
відбувається без доступу кисню у
всіх тканинах, найбільш інтенсивно у
клітинах, що мають мало мітохондрій:
білі м'язи, еритроцити, кришталик ока,
сім'яники тощо.
Розпочинається анаеробний шлях або
з фосфоролізу глікогену або з
розщеплення глюкози

33.

Гліколіз є специфічним біохімічним
процесом, який називають шлях
Ембдена – Мейергофа – Парнаса.
У результаті анаеробного процесу
розщеплення глюкози
утворюється 2 молекули молочної
кислоти і 2 АТФ.
При гліколізі вивільняється не більше
30% енергії, що є у молекулі глюкози,
основна частина енергії залишається у
МК.

34. Схема гліколізу

35.

Анаеробний і аеробний процеси
конкурують між собою: якщо у клітині
достатньо кисню, то анаеробний
процес гальмується і основна маса
глюкози розщеплюється в аеробному
процесі – ефект Пастера.
Якщо у клітині дефіцит кисню, то
продукти анаеробного розщеплення
гальмують аеробне – ефект Кребтрі

36.

Анаеробне розщеплення є
енергетично невигідним, тому частина
молочної кислоти з клітин через кров
потрапляє у печінку, де з неї
синтезується глюкоза (цикл Корі).

37. Аеробний процес

Аеробне розщеплення глюкози – це
окислення, яке відбувається у
мітохондріях. На відміну від окислення
неорганічних речовин кисень
безпосередньо не приєднується до
глюкози, а процес не супроводжується
виділенням теплоти.

38.

Біологічне окислення (БО) – це
відщеплення протонів Гідрогену
Н+ та електронів е- спеціальними
переносниками, які переносять їх
на кисень, при цьому утворюється
вода, а енергія, що виділяється
при взаємодії водню та кисню
використовується для синтезу
АТФ.

39.

Існує дві групи переносників Н+:
Нікотинзалежні – містять вітамін В5 –
нікотинамід: НАД –
нікотинаміддинуклеотид та НАДФ –
нікотинаміддинуклеотидфосфат.
Флавінзалежні – містять вітамін В2 –
рибофлавін: ФАД –
флавінаденіндинуклеотид та ФМН –
флавінмононуклеотид.
Кожен з них відщеплює 2Н+ і 2е- і
з'єднує з 1 атомом кисню

40.

Якщо переносником є НАД або НАДФ,
то при взаємодії з киснем утворюється
3 молекули АТФ, тобто
1НАДН2 (НАДФН2) = 3АТФ
Якщо переносником є ФАД або ФМН,
то утворюється 2АТФ, тобто:
1ФАДН2 (ФМН) = 2АТФ

41.

Аеробний процес розпочинається з
того, що глюкоза розщеплюється до
молочної кислоти, яка окислюється у
піровиноградну кислоту, при цьому
НАД відщеплює 2Н+ перетворюється у
НАДН2, що еквівалентне 3АТФ

42. Окислення молочної кислоти

43. Окислення ПВК

Реакція окислення ПВК – ключова у
аеробному процесі. Для її здійснення
необхідні вітаміни В1, В2, В3, В5, які
входять до складу ферментів, що
каталізують цей процес.
Основним є вітамін В1 (тіамін), за
його дефіциту реакція не відбувається

44.

У результаті реакції утворюється
універсальний метаболіт ацетил-КоА,
це активна форма оцтової кислоти
(термін КоА означає кофермент А –
речовина, яка переносить залишок
оцтової кислоти – ацетильний
залишок). Ацетил – КоА вважають
універсальним, бо до нього
розщеплюються усі класи речовин у
живих організмах.

45.

Ацетил – КоА включається у цикл
Кребса (цикл трикарбонових кислот
(ЦТК), цикл лимонної кислоти) –
основний процес аеробного
розщеплення вуглеводів

46.

За дефіциту вітаміну В1 реакція
декарбоксилування піровиноградної
кислоти не відбувається, ацетил-КоА
не утворюється і не включається у
цикл Кребса, де утворюється основна
кількість молекул АТФ. Тканини не
отримують енергії, особливо це
важливо для нервової та серцево –
судинної системи, розвивається
захворювання “бері – бері” –
поліневрити, серцево-судинна
недостатність

47.

“Бері-бері” характеризується паралічем
шийних м'язів, закиданням голови
назад, паралічем і парезами кінцівок

48. “Бері – бері”

49. Цикл Кребса

Цикл Кребса – основний процес
аеробного розщеплення вуглеводів, у
ньому ацетил –КоА розщеплюється до
СО2 і НАДН2, остання переносить Н+
до кисню з утворенням Н2О та АТФ,
тобто вуглеводи у цьому циклі
розщеплюються до кінцевих продуктів
(СО2 і Н2О) і на кожен цикл
утворюється 12 АТФ

50.

Для того, щоб цикл Кребса
функціонував необхідна стартова
сполука цього циклу – щавлево –
оцтова кислота (ЩОК), яка
синтезується з ПВК та СО2.
Ацетил – КоА з'єднується з ЩОК з
утворенням цитринової (лимонної
кислоти), яка через ряд реакцій, у яких
відщеплюється СО2 і Н+
перетворюється знову до ЩОК

51. Схема циклу Кребса

52.

Окрім основного шляху розщеплення
глюкози: Глюкоза – молочна кислота –
піровиноградна кислота – ацетил-КоА
– цикл Кребса – СО2 + Н2О + АТФ
існують інші шляхи розщеплення
глюкози у клітинах, зокрема
пентозофосфатний (пентозний)
цикл.

53. Пентозний цикл

Глюкоза використовується не лише
для одержання енергії, з неї
синтезується Н+, який необхідний для
утворення інших речовин, тому у
пентозному шляху одна молекула
глюкози розщеплюється до 6 СО2 і 12
НАДФ Н2 (36 АТФ)

54. Рівняння пентозного циклу

6 Глюкозо – 6 – фосфат + 12 НАДФ =
6СО2 + 12 НАДФ Н2 + Глюкозо – 6 –
фосфат + Н3РО4
Окрім того, що за рахунок пентозного
шляху досить швидко утворюється 36
АТФ, проміжними продуктами цього
циклу є пентози - рибоза

55. Схема пентозного циклу

56. Патології вуглеводного обміну

Гіперглікемія – збільшення концентрації
глюкози у сироватці крові. Спостерігається
при цукровому діабеті, стресі, сказі, як
тимчасове явище після їжі
Гіпоглікемія – зменшення концентрації
глюкози у сироватці крові. Спостерігається
при кетозах, лептоспірозах, хворобах ШКТ,
інсуломах

57.

Глюкозурія - виявлення (поява)
глюкози у сечі. Спостерігається при
цукровому діабеті, хворобах нирок,
деяких судинних патологіях