Обмен углеводов 2 часть (1)

1.

ФГБОУ ВО «ПИМУ» Минздрава России
кафедра биохимии им. Г.Я.Городисской
Катаболизм глюкозы – гликолиз.
Пентозофосфатный путь как альтернативный путь
окисления глюкозы
2024
Ассистент кафедры биохимии
им. Г.Я. Городисской
Никифорова Ольга Николаевна

2.

Содержание
1. Глюкоза-6-фосфат как важнейший метаболит углеводного обмена.
2.
Гликолиз
основной
путь
катаболизма
глюкозы.
Последовательность
реакций
гликолиза,
гликолитическая
оксидоредукция, пируват как акцептор водорода.
3. Энергетический эффект аэробного, анаэробного гликолиза,
полного аэробного окисления глюкозы до конечных продуктов.
4. Регуляция гликолиза.
5. Значение гликолиза и гликогенолиза.
6. Пентозофосфатный путь. Химизм окислительной части процесса:
субстраты, ферменты, продукты реакций, их дальнейшее
использование.
7. Значение неокислительной части ПФП, связь с гликолизом.
8. Значение ПФП, участие СО2, НАДФН2 и пентоз в синтетических
процессах.

3.

Глюкоза-6 фосфат как важнейший метаболит
углеводного обмена.

4.

Гликолиз - последовательность ферментативных реакций, приводящих к превращению
глюкозы в пируват (или лактат - в анаэробных условиях) с одновременным
образованием АТФ.
Аэробный
гликолиз
активно
протекает во всех клетках, имеющих
митохондрии.
Анаэробный
гликолиз
в
эритроцитах,
роговице
глаза,
опухолевых клетках, мышечной ткани
( на первых этапах сокращения).
Гликолиз, ферментативный распад глюкозы протекает в цитоплазме в 2
стадии:
• первая стадия – неокислительная, подготовительная, энергозатратная,
заканчивается образованием глицероальдегид-3-фосфата;
• вторая стадия – окислительная, энергопродуцирующая.

5.

Подготовительный этап
Регуляторные ферменты:
1. Гексокиназа
+ активирует АДФ, инсулин
- ингибирует глюкозо-6-фосфат, избыток АТФ;
2. Фосфофруктокиназа (лимитирующий фермент)
+ активирует АДФ, АМФ, фруктозо-2,6-бифосфат, инсулин
- ингибирует избыток АТФ, НАДН+Н+, фруктозо-1,6-бифосфат, цитрат.

6.

Окислительный этап
Mg2+
Mg2+
• Субстратное
Регуляторные ферменты:
1. Пируваткиназа
+ активирует инсулин, АМФ
- ингибирует избыток АТФ, НАДН+Н+
фосфорилирование
– это процесс cинтеза
макроэргического соединения АТФ из АДФ + Фн за счет энергии
гидролиза макроэргической связи субстрата без участия кислорода.
• В гликолизе это реакции превращения 1,3-дифосфоглицериновой
кислоты
в
3-фосфоглицериновую
кислоту
и
фосфоенолпировиноградной кислоты в пировиноградную кислоту.

7.

Гликолитическая оксидоредукция
Гликолитическая оксидоредукция - это сочетание процесса окисления
фосфоглицероальдегида и восстановления пировиноградной кислоты
в анаэробном гликолизе.
НАДН+Н+, образующиеся при превращении глицероальдегид-3фосфата в 1,3-дифосфоглицериновую кислоту в анаэробных условиях
восстанавливают пировиноградную кислоту в лактат.
Таким образом, гликолиз протекает с меньшим выходом АТФ.
В анаэробных условиях - это ЕДИНСТВЕННЫЙ путь получения АТФ!

8.

Изоферменты ЛДГ
4,5
1,2
Изоферменты ЛДГ органоспецифичны.
ЛДГ1 – для ткани, в которой аэробные процессы. Маркерный изофермент при инфаркте миокарда.
ЛДГ5 – характерен для ткани, в которой анаэробные процессы. Маркерный изофермент при
патологиях печени.

9.

Лактацидоз
Длительное пребывание в анаэробных условиях может
привести к накоплению в тканях лактата.
Нормальная концентрация лактата в крови не
превышает 1,2 мМ/л. В анаэробных условиях –
концентрация лактата повышается до 5 мМ/л и более.
Высокая концентрация лактата - лактацидоз, приводит к
снижению рН крови, падает активность ферментов.
Гипоксия (снижение концентрации кислорода в ткани) –
наиболее частая причина лактацидоза. Она может
развиваться из-за недостаточности кровообращения в
ткани, расстройств внешнего дыхания или тяжелой
анемии.

10.

Полный распад глюкозы в
аэробных условиях:
Гликолиз – основной путь катаболизма глюкозы
1. Аэробный гликолиз – распад глюкозы до 2
молекул ПИРУВАТА.
2. Аэробный распад глюкозы – превращение в
СО2 и Н2О.

11.

Гликолиз – основной путь катаболизма глюкозы
Анаэробный гликолиз распад глюкозы
до 2 молекул ЛАКТАТА.

12.

Энергетика аэробного
гликолиза
• В первой стадии гликолиза расходуется
молекулы
АТФ
(гексокиназная
фосфофруктокиназная реакции).
Энергетика анаэробного
гликолиза
2 • В первой стадии гликолиза расходуется
и молекулы
АТФ
(гексокиназная
фосфофруктокиназная реакции).
2
и
• Во второй стадии 4 молекулы АТФ образуется • Во второй стадии образуется 4 молекулы АТФ
путем субстратного фосфорилирования.
путем субстратного фосфорилирования.
• Во второй стадии: 6 молекул АТФ образуется в
реакции превращения 2 молекул глицероальдегид3-фосфата в 2 молекулы 1,3-дифосфоглицерата.
_____________________________
• Таким образом, в аэробных условиях полный • Таким образом, в анаэробных условиях
выход АТФ при гликолизе составляет:
образование при гликолизе АТФ происходит только
за счет субстратного фосфорилирования и полный
10 – 2 = 8 молекул АТФ.
выход составляет:
4 – 2 = 2 молекулы АТФ

13.

Полный распад глюкозы в аэробных условиях
При аэробном гликолизе распад
пирувата, образуется 8 АТФ.
глюкозы происходит до 2 молекул
Далее пируват преобразуется в ацетил - КоА, который окисляется в ЦТК и
ЦПЭ до конечных продуктов СО2 и Н2О (при окислении 1 молекулы ПВК
через пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК), цикл трикарбоновых
кислот (ЦТК) и цепь переноса электронов (ЦПЭ) образуется 15 АТФ).
Полный распад глюкозы: 8 АТФ – гликолиз; 30 АТФ – окисление через
ПДК, ЦТК и ЦПЭ.
ИТОГО – 38 АТФ!
ДЛЯ МОЗГА ГЛЮКОЗА – ОСНОВНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК!

14.

Регуляция гликолиза
Таким образом, главные условия регуляции гликолиза:
1. Аэробные/анаэробные условия (рО2);
2. Дыхательный контроль (АТФ/АДФ);
3. Наличие восстановленных эквивалентов
(НАД+/НАДН+Н+);
4. Присутствие ионов Мg2+ – кофакторов регуляторных
ферментов;
5. Инсулин/глюкагоновый индекс.

15.

Значение гликолиза и гликогенолиза
• Гликолиз – распад глюкозы; гликогенолиз – включение в
гликолиз глюкозо-6-фосфата из гликогена.
• Универсальный энергетический процесс, поставка
энергии как в присутствии кислорода, так и без него!
• Метаболиты гликолиза идут на синтез сложных липидов
и некоторых аминокислот.
• В эритроцитах промежуточный продукт окислительной
части гликолиза-2,3-дифосфоглицерат контролирует
сродство Нb к О2.

16.

Пентозофосфатный путь превращения глюкозы - процесс прямого
окислительного распада глюкозы до СО2 и одновременного синтеза
пятичленных сахаров (рибозы).
Альтернативный путь – дополнительный к гликолизу - путь
окисления глюкозы без выработки энергии.
1 этап – окислительная стадия, глюкозо-6-фосфат необратимо
окисляется в пентозу - рибулозо-5-фосфат с образованием НАДФН2
и СО2.
2 этап – неокислительная стадия преобразования глюкозы с
образованием рибозо-5-фосфата и других фосфорилированных
сахаров (С3-С7), а также регенерацией шестичленного сахара
фруктозо-6-фосфата; рибулозо-5-фосфат обратимо превращается в
рибозо-5-фосфат и метаболиты гликолиза.
Суммарное уравнение процесса:
6 глюкозо-6-фосфат +12 НАДФ+ = 6СО2 +12 НАДФН2 +
+ 5 глюкозо-6-фосфат

17.

Окислительный этап ПФП
Регуляторные ферменты:
1. Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа
- ингибирует избыток НАДФН2
+ активирует НАДФ+
Дефицит активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы
—распространенная наследственная аномалия
эритроцитов, приводящая к гемолитической анемии.

18.

Неокислительный этап ПФП

19.

Неокислительный этап ПФП
Основное событие неокислительного этапа ПФПперегруппировка верхушек сахаров: перенос двух- и
трёхуглеродных фрагментов, используя в качестве
донора углеродных фрагментов кетозу, а альдозу - в
качестве
акцептора,
при
этом
образуются
фосфорилированные сахара с длиной углеводной
цепочки от С3 до С7.

20.

Связь ПФП с гликолизом

21.

Значение пентозофосфатного пути
превращения глюкозы

22.

Значение пентозофосфатного
пути превращения глюкозы
ПЕНТОЗЫ необходимы для синтеза нуклеотидов.
НАДФН2, используется в синтезе:
▪ 1. жирных кислот,
▪ 2. холестерина,
▪ 3. нуклеотидов,
▪ 4 стероидных гормонов
НАДФН2 участвует в обезвреживании многих
эндогенных токсинов, ксенобиотиков,
лекарственных веществ и активных форм
кислорода (АФК).

23.

Распространение ПФП
▪
▪
▪
▪
▪
Жировая ткань
Эритроциты
Печень
Простата
Лактирующая молочная железа
Условия для работы ПФП – избыток глюкозы в крови.
Регуляция
осуществляется
через
глюкозо-6
фосфат
–
дегидрогеназу.
Регуляторы:
– НАДФ+/НАДФН2,
Инсулин активирует ПФП (инсулин активирует ПФП, являясь
индуктором транскрипции генов ферментов ПФП),
Глюкагон – ингибирует ПФП