Обмен углеводов

1. Обмен углеводов

лекция

2. План

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Переваривание и всасывание углеводов
Гликолиз – I этап полного окисления глюкозы
Окислительное декарбоксилирование пирувата
– II этап полного окисления глюкозы
Цикл Кребса – III этап полного окисления
глюкозы
Глюконеогенез
Обмен гликогена
Регуляция углеводного обмена
Нарушения углеводного обмена
Значение витаминов в обмене глюкозы

3. Переваривание и всасывание углеводов

α-амилаза

4. Переваривание углеводов

В полости рта амилаза слюны расщепляет
-1,4-гликозидные связи, образуя декстрины.
В верхнем отделе кишечника (12-перстная кишка)
панкреатическая амилаза расщепляет -1,4гликозидные связи.
На поверхности клеток кишечника гидролиз
катализируется ферментами:
сахаразо-изомальтазным комплексом,
сахаразой,
лактазой,
мальтазой
изомалътазой.

5. Всасывание углеводов

• Всасывание моносахаридов из кишечника
в кровь осуществляется транспортерами
ГЛЮТ (белками-переносчиками) путем
облегченной диффузии за счет градиента
концентрации ионов Na+ (симпорт),
создаваемого Na+, К+-АТФ-азой.
• Имеются 5 типов ГЛЮТ:
• ГЛЮТ-1 переносит глюкозу в мозг
• ГЛЮТ-2 – из крови в β-клетки п/ж; из
энтероцитов и печени в кровь
• ГЛЮТ-3 – из крови в ткани
• ГЛЮТ-4 – из крови в клетки мышц и
жировой ткани

6. Нарушения переваривания и всасывания углеводов

МАЛЬАБСОРБЦИЯ
1. Наследственный или приобретенный дефицит
лактазы или сахаро-изомальтазного
комплекса
2. Наследственный или приобретенный дефект
системы транспорта моносахаридов
Клинические проявления:
• Нерасщепленные углеводы и продукты их
переваривания кишечной микрофлорой:
органические кислоты и газы вызывают
приток воды – осмотическую диарею, спазмы,
метеоризм, боли

7. Гликолиз (гликос – сладкий, лизис – расщепление, растворение)

• Аэробный – конечный продукт пируват
Энергетический выход: 8 АТФ
2 АТФ – субстратное фосфорилирование
6 АТФ окислительное фосфорилирование
• Анаэробный – конечный продукт лактат,
протекает в условиях дефицита кислорода
Энергетический выход: 2 АТФ – субстратное
фосфорилирование

8. Значение гликолиза

• Основной путь окисления глюкозы
• В анаэробных условиях гликолиз –
единственный процесс, приводящий к
образованию АТФ
• Образование промежуточных
метаболитов, из которых синтезируются
аминокислоты (пируват), липиды
(треозофосфаты), азотистые основания
и др.

9. Гликолиз

1-я реакция – фосфорилирование глюкозы (необратима)
Фермент Гексокиназа
2-я реакция – изомеризация. Фермент Глюкозо-6фосфатизомераза

10.

3-я реакция – фосфорилирование фруктозо-6-фосфата
Фермент Фосфофруктокиназа (необратима)
6
1
5
2
4
3
4-я реакция: превращение фруктозо-1,6-бисфосфата в
триозофосфаты (Фермент Альдолаза) (I этап)

11. 5-я реакция: реакция изомеризации

Фермент: Триозофосфатизомераза
1
4
2
5
3
6

12. 6-я (глицеральдегидфосфатдегидрогеназа) и 7-я реакции (фосфоглицераткиназа)

Aldehyde
group
1
2
1-й макроэрг
3
1,2-бисфосфоглицерат
1
2
3
NAD+dependent
1-е субстратное
фосфорилирование
1
2
Mixed
anhydride
1
2
3
3
3 АТФ - окислительное
фосфорилирование

13. 8-я и 9-я реакции

Ферменты: Фосфоглицератмутаза, Енолаза –
образование макроэрга фосфоенолпирувата
1
1
2
2
3
3
2-й макроэрг
1
1
2
2
3
3
Фосфоенолпируват

14. 10-реакция – 2-е субстратное фосфорилирование Фермент: Пируваткиназа

15. 11-я реакция – восстановление пирувата в условиях дефицита кислорода

Фермент Лактатдегидрогеназа

16. Окислительное декарбоксилирование пирувата П этап окисления глюкозы (6 АТФ)

3 АТФ - окислительное
фосфорилирование
3 фермента у каждого свой кофермент:
1. Пируватдегидрогеназа – ТДФ
2. Дигидролипоамидацетилтрансфераза –
липоевая кислота
3. Дигидролипоамиддегидрогеназа – ФАДН2
• Коферменты НАД и коэнзим-А находятся в
растворе

17. Механизм реакции окислительного декарбоксилирования пирувата

Тиаминпирофосфат
Липоевая кислота
Коэнзим-А
ФАД
НАД

18. Цикл Кребса III этап окисления глюкозы (24 АТФ из 2 молекул ацетил-коА)

19. Регуляция цитратного цикла

Ключевые ферменты ЦИТРАТСИНТАЗА,
ИЗОЦИТРАТДЕГИДРОГЕНАЗА и
α-КЕГЛУТАРАТДЕГИДРОГЕНАЗНЫЙ комплекс
Повышение концентрации оксалоацетата, АДФ
активирует ключевые ферменты
Повышение концентрации цитрата, НАДН, АТФ,
сукцинил-коА ингибирует ключевые ферменты

20. Значение цикла Кребса

• Играет центральную роль в метаболизме –
общий катаболический путь: «общий котел,
в котором сгорают все органические
соединения»
• Амфиболиты: оксалоацетат, малат
включаются в глюконеогенез; сукцинилКоА в синтез порфиринов; оксалоацетат
и α-кетоглутарат в синтез аминокислот
• Энергетический обмен – НАДН, ФАДН2

21. Глюконеогенез

• При углеводном или полном голодании, а
также при длительной физической работе
концентрация глюкозы в крови
поддерживается за счет глюконеогенеза.
• Глюконеогенез в условиях голодания идет из
гликогенных аминокислот
• При распаде жиров образуется глицерин,
который через диоксиацетонфосфат
включается в глюконеогенез.
• Лактат, образующийся при интенсивной
физической работе в мышцах, в печени
превращается в глюкозу.

22. Глюконеогенез (сходство и отличие с гликолизом)

Синтез глюкозы из пирувата протекает, как
при гликолизе, но в обратном направлении.
1-я реакция фермент пируваткарбоксилаза:
ПВК + СО2 + АТФ → Оксалоацетат + АДФ + Фн
2-я реакция фермент фосфоенолпируваткарбоксикиназа:
Оксалоацетат + ГТФ → Фосфоенолпируват + СО2 + ГДФ
Обходные пути необратисых реакций:
13-я реакция (3-я в гликолизе) фермент фруктозо-1,6бисфосфатаза:
14-я реакция (1-я в гликолизе) фермент глюкозо-6-фосфатаза

23. Гликоген – запасная форма глюкозы

• Гликоген содержит от 6000 до 300000 остатков глюкозы.
Гликоген запасается в клетках печени (7%), в скелетных
мышцах (1-3%), в сердце (0,5%).
Структура гликогена

24. Гликогенез активируется во время пищеварения (абсорбтивный период)

• Биосинтез глюкозо-1-фосфата

25. Гликогенез

УДФ-глюкопирофосфорилаза
Гликогенсинтаза
Амило-1,4→1,6-глюкозилтрансфераза (фермент
ветвления) переносит фрагмент (от 6 до 11 остатков ) с
образованием α-1,6-гликозидной связи

26. Гликогенолиз

• Распад гликогена — гликогенолиз.
• Гликогенолиз, происходит в период между
приемами пищи – постабсобтивный период
• Фермент фосфорилаза расщепляет только α-1,4
гликозидные связи.
• Связи в точке ветвления гидролизуются
ферментом амило-α-1,6-гликозидазой, которая
отщепляет мономер глюкозы в свободном виде.

27.

Гликогенфосфорилаза b
Фн
Фн
Н2 О
АТФ
Адреналин и
глюкагон активируют
гликогенфосфорилазу
АДФ
Гликогенфосфорилаза а
активная
Инсулин активирует гликогенсинтазу и ингибирует гликогенфосфорилазу
Гликогенсинтаза а
активная
Фн
Н2О
АТФ
Фн
Гликогенсинтаза b
АДФ

28. Регуляция метаболизма гликогена

• В основе регуляции обмена гликогена лежит изменение
активности ключевых ферментов гликогенсинтазы и
гликогенфосфорилазы. Регуляция активности этих ферментов
осуществляется путем фосфорилирования —
дефосфорилирования, т.е. ковалентной модификации .
• Гликогенфосфорилаза и Гликогенсинтаза имеют 2 формы:
а – активная и b – неактивная
• Гликогенфосфорилаза в фосфорилированной форме
активная, в дефосфорилированной форме – неактивная
• Гликогенсинтаза в фосфорилированной форме неактивная,
активная, в дефосфорилированной форме – активная
• В абсорбтивный период инсулин ингибирует
Гликогенфосфорилазу и активирует Гликогенсинтазу
• В постабсорбтивный период Адреналин и Глюкагон
активируют Гликогенфосфорилазу

29. Нарушения обмена гликогена

• Гликогенозы – дефект ферментов обмена гликогена:
печеночные и мышечные
• Гликогеноз I типа (болезнь Гирке) - наследственный
дефект синтеза глюкозо-6-фосфатазы в печени и почках.
Болезнь наследуется по аутосомно-рецессивному
типу. Патологические симптомы: увеличены печень,
почки. В результате гипогликемии появляются судороги,
задержка роста. В крови повышается концентрация
лактата и пирувата, что ведет к ацидозу.
Гипертриацилглицеролемия – снижение активности
ЛП-липазы, активируемой инсулином. Гиперурикемия –
следствие активации Пентозофосфатного пути (синтез
рибозо-5-фосфата из глюкозо-6-фосфата)

30. Регуляция углеводного обмена

• Инсулин и глюкагон регулируют активность глюкокиназы
(гексокиназы), фосфофруктокиназы, пируватдегидрогеназного
комплекса (липогенез), гликогенсинтазы путем ковалентной
модификации (фосфорилирования – дефосфорилирования).
• Повышение концентрации глюкозы в абсорбтивный период (во
время пищеварения) увеличивает инсулин/глюкагоновый
индекс и активирует ферменты гликолиза, гликогеноза
• Понижение концентрации глюкозы в постабсорбтивный период
понижает инсулин/глюкагоновый индекс и активирует
глюконеогенез, гликогенолиз
• АТФ/АДФ, АМФ и НАДН/НАД являются эффекторами –
аллостерическими регуляторами скорости гликолиза и
глюконеогенеза
• Адреналин активирует гликогенфосфорилазу в печени и
мышцах при физической нагрузке
• Кортизол активирует глюконеогенез путем индукции генов при
голодании из аминокислот.

31. Нарушения углеводного обмена

• Сахарный диабет: гипергликемия,
глюкозурия
• Увеличение содержания лактата и
пирувата в крови наблюдается при
поражениях паренхимы печени (поздние
стадии гепатита, цирроз печени) в
результате торможения процессов
глюконеогенеза в печени.
• Гликогенозы

32. Гипогликемия

• При гипофизарной кахексии, аддисоновой
болезни, гипотиреозе.
• При аденомах поджелудочной железы
повышается синтез инсулина -клетками
панкреатических островков.
• При голодании, продолжительной физической
работе, приеме -ганглиоблокаторов.
• При беременности, лактации.

33. Значение витаминов в обмене глюкозы

• Авитаминоз В1, В2,, липоевой кислоты,
никотиновой кислоты приводит к накоплению в
организме пирувата, который влияет на
деятельность нервных клеток, приводя к
параличам и потере чувствительности.
• В клетках центральной нервной системы до 90%
пирувата превращается в ацетил-коэнзимА
(СН3СО~SКоА).
В печени декарбоксилируется лишь 15–20%
пирувата. Поэтому клетки центральной нервной
системы более чувствительны к недостатку
витаминов.