Строение и обмен углеводов

1.

Строение и
обмен углеводов

2.

Строение и биологическая
роль углеводов

3.

Глюкоза играет исключительно
важную роль в энергетическом обмене
биосферы;
• В процессе фотосинтеза происходит
преобразование лучистой энергии
солнца в химическую энергию связей
образующейся молекулы глюкозы,
которая затем используется всеми
живыми организмами для обеспечения
своей жизнедеятельности:
Солнечная
6 СО2 + 6 Н2О +
энергия
С6Н12О6 + 6 О2

4.

• Благодаря фотосинтезу в процессе
эволюции произошло образование и
накопление в атмосфере Земли
молекулярного кислорода, что
явилось необходимой предпосылкой
для возникновения аэробных
организмов.

5. Строение углеводов

Углеводы – альдегидоспирты или
кетоспирты и их производные:
Н
О
R1 - (OH)n
C
R
C=O
(OH)n
Общая формула
альдегидоспиртов
R2 - (OH)m
Общая формула
кетоспиртов

6. Классификация углеводов

Углеводы
моносахариды олигосахариды полисахариды

7. Моносахариды

• Моносахариды (простые углеводы) не
подвергаются гидролизу, получить из
них путем гидролиза более простые
углеводы невозможно;
• К моносахаридам относятся: рибоза
(С5), дезоксирибоза (С5), глюкоза (С6),
фруктоза (С6), галактоза (С6), и др.

8. Олигосахариды

Олигосахариды состоят из нескольких
(до 10) моносахаридов, соединенных
ковалентными связями;
• При гидролизе распадаются на
молекулы входящих в их состав
моносахаридов;
• В природе часто встречаются
олигосахариды, состоящие из двух
моносахаридов, т.е. дисахариды.

9.

• Сахароза (пищевой сахар) – состоит
из глюкозы и фруктозы;
• Лактоза (молочный сахар) – состоит
из глюкозы и галактозы;
• Мальтоза (солодовый сахар) –
состоит из двух остатков глюкозы.

10. Полисахариды

• Полисахариды представляют собой
длинные неразветвленные или
разветвленные цепи, включающие сотни
и тысячи моносахаридов;
• Наиболее распространенными в природе
являются следующие полисахариды:
целлюлоза (клетчатка), крахмал, гликоген;
• Все они состоят только из глюкозы.

11. Гликоген

• Животного происхождения,
• Состоит из α-глюкозы,
• Связи между мономерами α-гликозидные,
• Молекула разветвлена,
• Основной резервный полисахарид

12. Крахмал

• Растительного происхождения,
• Состоит из α-глюкозы,
• Связи между мономерами α-гликозидные
• Смесь амилозы (неразветвленная
молекула) и амилопектина (разветвленная
молекула)

13. Целлюлоза (клетчатка)

• Растительного происхождения,
• Состоит из β-глюкозы,
• Связи между мономерами β-гликозидные,
• Неразветвленная молекула,
• Самый распространённый полисахарид
на Земле

14.

В природе углеводы содержатся
главным образом в растениях;
• Важнейшим природным углеводом
является глюкоза, которая может
находиться как в свободном виде
(моносахарид), так и в составе
олигосахаридов (сахароза, лактоза и
др.) и полисахаридов (клетчатка,
крахмал, гликоген);
• В организме человека углеводов
около 1 %;
• Главные углеводы человека –
глюкоза и гликоген.

15.

Пространственные формы глюкозы
Ациклическая
(альдегидная)
форма
Циклическая
(полуацетальная)
форма
Эмпирическая формула
глюкозы С6Н12О6

16. Строение глюкозы

С6Н12О6

17.

• В организме глюкоза находится в
основном в крови, где ее содержание
довольно постоянно и колеблется в
узком диапазоне.
• У здорового человека в крови,
взятой для анализа в состоянии
покоя и натощак, концентрация
глюкозы имеет следующие
величины:
3,9 - 6,1 ммоль/л
70 - 110 мг%
0,7 - 1,1 г/л

18.

Гипогликемия - снижение
концентрации глюкозы в крови;
• Наблюдается при голодании и
продолжительной физической работе;
• Гипергликемия – повышение
концентрации глюкозы в крови;
• Отмечается при приеме пищи
(пищевая гипергликемия), при эмоциях
и стрессе (эмоциональная
гипергликемия), при сахарном диабете
(диабетическая гипергликемия).

19.

• Глюкоза выполняет в
организме, в первую очередь,
энергетическую функцию и
является главным источником
энергии.

20.

Обмен углеводов

21.

• В сутки с пищей поступает 400-500 г
углеводов;
• Основным углеводом пищи является
крахмал, содержание которого в
обычном рационе может достигать 80 %;
• В процессе пищеварения пищевые
углеводы под действием амилазы и
других ферментов расщепляются и
превращаются в моносахариды,
главным из которых является глюкоза.

22.

• Клетчатка (целлюлоза), в молекуле
которой остатки глюкозы соединены
β-гликозидными связями, в ходе
пищеварения не расщепляется и,
пройдя через весь кишечник,
выделяется из организма;
• Клетчатку и другие трудно
расщепляемые углеводы часто
называют балластными
веществами или пищевыми
волокнами;

23.

• Балластные вещества выполняют две
важные функции:
• Во-первых, двигаясь по
пищеварительному тракту и касаясь его
стенки, пищевые волокна усиливают
перистальтику, т.е. волнообразное
сокращение тонкой кишки, необходимое
для перемещения пищи;
• Во-вторых, пищевые волокна являются
хорошими сорбентами. На них могут
сорбироваться и затем вместе с ними
покидать организм различные токсичные
вещества и, в том числе, холестерин.

24.

• Образовавшиеся моносахариды
всасываются и по системе воротной
вены поступают в печень;
• В печени бόльшая часть глюкозы
превращается в гликоген;
• Максимальное содержание
гликогена в печени может достигать
5-6 %;
• Синтез гликогена ускоряется
гормоном инсулином;

25.

Между приемами пищи в печени
гликоген распадается и превращается в
глюкозу, которая из печени легко
выходит в большой круг
кровообращения;
• Распад гликогена в печени ускоряется
гормонами: глюкагоном и адреналином;
• Благодаря этим двум процессам –
синтезу и распаду гликогена
концентрация глюкозы в крови
изменяется только в небольшом
диапазоне, и поэтому кровь постоянно
снабжает все органы глюкозой.

26.

Распад гликогена в печени протекает
путем фосфоролиза:
(С6Н10О5)n + m Н3РО4
(С6Н10О5)n-m + m Гл-1-Ф
Исходный
гликоген
Укороченный
гликоген
Гл-1-Ф
Гл-6-Ф
+ Н2О
Глюкоза + Н3РО4

27.

• Синтез гликогена также протекает в
мышцах;
• Ускоряется синтез гликогена в
мышцах инсулином;
• Максимальная концентрация
гликогена в мышцах 2-3 %;
• Синтезу гликогена в мышцах
способствует пищевая гипергликемия;
• Распад гликогена в мышцах
вызывается гормоном адреналином;
• Образовавшаяся глюкозо-6-Ф в
кровь не выходит и используется
мышцами для получения энергии.

28. Синтез гликогена

Гл + АТФ
Гл-6-фосфат
Гл-6-фосфат + УТФ
(С6Н10О5)n + m Гл-УДФ
Гликоген
исходный
УДФ + АТФ
Гл-УДФ
(С6Н10О5)n+m + m УДФ
Гликоген
удлиненный
УТФ + АДФ
Синтез гликогена ускоряется инсулином;
Максимальное содержание гликогена в
печени может достигать 5-6 %.

29.

• Бόльшая часть глюкозы (90-95 %)
используется всеми органами для
получения энергии;
• Такой распад получил название –
гексозодифосфатный путь (ГДФ-путь);
• ГДФ-путь протекает аэробно и
анаэробно;
• Аэробный распад протекает постоянно,
а анаэробной распад при выполнении
интенсивной работы.

30. Аэробный распад углеводов

• Аэробный распад углеводов - сложный,
многостадийный процесс, включающий
десятки промежуточных реакций,
приводящих в конечном итоге к
образованию углекислого газа и воды с
выделением большого количества
энергии;
• Этот процесс можно разделить на три
этапа, последовательно идущих друг за
другом.

31. I этап – образование пирувата из глюкозы (гликогена)

• Первый этап аэробного распада глюкозы
протекает в цитоплазме клеток;
• На этом этапе глюкоза превращается в
пировиноградную кислоту (пируват);
• Итоговое уравнение первого этапа:
С6Н12О6 + О2 + 8 АДФ + 8 Н3РО4
глюкоза
2 С3Н4О3 + 2 Н2О + 8 АТФ
пируват

32.

• Второй и третий этапы аэробного
окисления глюкозы протекают в
митохондриях с участием дыхательной
цепи и поэтому обязательно требуют О2;
• Эти этапы, в отличие от первого,
необратимы.

33. II этап – окислительное декарбоксилирование пирувата

• В ходе второго этапа пировиноградная
кислота превращается в
ацетилкофермент-А.
• Второй этап распада глюкозы протекает
с участием витамина В1 (тиамина)

34. III этап – цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот, ЦТК)

• Цикл Кребса является завершающим
этапом распада не только углеводов, но и
всех остальных классов органических
соединений;
• Образовавшийся ацетилкофермент А
вступает в цикл Кребса и остаток уксусной
кислоты – ацетил окисляется и
превращается в углекислый газ и воду.
• Промежуточные продукты ЦТК (изоцитрат,
α-кетоглутарат, сукцинат, малат) являются
субстратами тканевого дыхания.

35. Итоговое уравнение цикла Кребса

О
СН3-С ~S-KoA + 2 O2 + 12 АДФ + 12 Ф
Ацетил-КоА
HS-KoA + 2 CO2 + H2O + 12 АТФ
Кофермент А

36. Итоговое уравнение аэробного ГДФ-пути распада глюкозы

С6Н12О6 + 6 О2 + 38 АДФ + 38 Н3РО4
6 СО2 + 6 Н2О + 38 АТФ

37. Анаэробный распад глюкозы

• Анаэробный распад глюкозы обычно
протекает в мышцах при выполнении
интенсивных нагрузок;
• Конечным продуктом анаэробного
распада глюкозы является молочная
кислота (лактат):
С6Н12О6 + 2 АДФ + 2 Н3РО4
2 С3Н6О3 + 2 АТФ
Лактат

38. Общая схема распада углеводов

Глюкоза
Гликоген
Пируват
+ О2
без О2
Ацетил-КоА
Лактат
+ О2
СО2
Н 2О