Пентозо-фосфатный путь окисления глюкозы: реакции, биологическое значение. Метаболизм гликогена

1.

Тема лекции:
Пентозо-фосфатный путь
окисления глюкозы: реакции,
биологическое значение.
Метаболизм гликогена.
Лектор: доцент Васильева С.В.

2.

• Известно, что глюкоза может
окисляться анаэробным
(гликолиз) и аэробным (гликолиз
+ цикл Кребса) путём.
• Существует третий путь окисления
глюкозы. Он называется –
пентозофосфатный путь.

3.

Роль пентозофосфатного пути
окисления глюкозы:
1. Образование восстановленной
формы НАДФН2
2. Синтез пятиуглеродных сахаров

4.

Пентозо-фосфатный путь
протекает в различных тканях,
но особенно он активируется
при избыточном поступлении
углеводов с кормами.

5.

Что такое НАДФ?
Никотинамиддинуклеотидфосфат – это ко-фермент,
входящий в состав
дегидрогеназ, осуществляющих
в организме животных
различные восстановительные
синтезы.

6.

• НАДФ и НАД – это не одно и то
же.
• НАД участвует в реакциях
биологического окисления, а
НАДФ – участвует в биосинтезе
жирных кислот, холестерина и в
других процессах.

7.

В пентозофосфатном пути
образуются пентозы.
• В функциональном отношении наиболее
важная пентоза – рибоза.
• Рибоза входит в состав нуклеотидов (АМФ,
ГМФ, УМФ, ГМФ), а значит – нуклеиновых
кислот (РНК) и макроэргов
• Рибоза входит в состав некоторых коферментов (например, НАД)
• Из рибозы образуется дезоксирибоза
(ДНК)

8.

Итак, рассмотрим реакции
пентозо-фосфатного пути.
Процесс протекает не в
митохондриях, а в цитозоле.
Первая часть процесса –
окислительная. В ней глюкоза-6фосфат превращается в
рибулозу-5-фосфат.

9.

Первая реакция идёт с участием фермента
глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы.
H
O
O
C
H
C
C
OH
+ НАДФ
H
C
OH
HO
C
H
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
H
C
OH
H
C
CH 2OР
Глюкоза-6-фосфат
+ НАДФН 2
O
CH 2OР
6-Фосфоглюколактон

10.

Затем при участии глюконолактоназы и воды
образуется 6-фосфоглюконовая кислота:
O
COOH
C
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
H
Глюконлактоназа
CH 2OР
6-Фосфоглюколактон
OH
C
H
H
C
OH
H
C
OH
HO
+ Н2О
O
C
CH 2OР
6-Фосфоглюконовая
кислота

11.

• В следующей реакции
6-фосфоглюконат-дегидрогеназа
катализирует окислительное
декарбоксилирование, что приводит к
образованию рибулозо-5-фосфата,
НАДФН2 и СО2:

12.

COOH
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H2C
+ НАДФ
- СО 2
CH 2OР
6-Фосфоглюконовая
кислота
C
OH
O
H
C OH + НАДФН 2
H
C OH
CH2OР
Рибулоза-5-фосфат

13.

Подведём итог:
• В окислительной стадии
пентозофосфатного пути окисление
одной молекулы глюкозо-6-фосфата
приводит к получению:
• двух молекул НАДФН2,
• одной молекулы рибулозо-5-фосфата,
• молекулы СО2.

14.

Рибулоза-5-фосфат изомеризуется:
H2C
C
OH
O
HO C H
H C
H2C
OH
CH 2OР
Ксилулоза5-фосфат
OH
H
C
O
C
O
H
H
C
OH
H C OH
H
C
OH
H C OH
CH2OР
CH 2OР
Рибулоза5-фосфат
C OH
Рибоза5-фосфат

15.

• Рибоза идёт на образование
нуклеотидов.
• Если в организме нет нужды в
большом количестве рибозы, но
есть потребность в НАДФН2, то
далее следует восстановительная
часть пентозо-фосфатного пути.

16.

В этой восстановительной части
решается вопрос с избытком
пентоз.
• Если нужны молекулы НАДФН2 ,но не
нужны пентозы, то рациональным
решением является конвертация пентоз в
глюкозу.
• Полученная глюкоза вновь окисляется с
восстановлением НАДФН2

17.

• Восстановительная часть –
довольно сложный процесс, в нём
особенно важны два фермента –
трансальдолаза и транскетолаза.
• Суть восстановительной части
заключается в том, что из шести
молекул пентоз в итоге образуется
5 молекул глюкозы.

18.

H2C
C
2
O
HO C H
H C
H
OH
OH
CH 2OР
Ксилулоза5-фосфат
H
+
C
H2C
O
H
C
C OH
H C OH
H C OH
CH 2OР
Рибоза5-фосфат
OH
2
O
O
HO
C
H
H
C
OH
H C
OH
CH 2OР
Фруктоза6-фосфат
C
+
H C
OH
CH 2OР
3-ФГА

19.

• Затем фруктоза-6-фосфат и 3фосфоглицериновый альдегид в
превращаются в глюкозу в реакциях, обратных
гликолизу.
• Таким образом, справедлива следующая
схема:
6 пентоз
5 глюкоз

20.

Метаболизм гликогена

21.

• После кормления уровень глюкозы в крови
повышается. Это является стимулом для
секреции гормона инсулина. Инсулин
оказывает многообразное влияние на
обменные процессы.

22.

На метаболизм глюкозы инсулин
влияет следующим образом:
• Активирует трансмембранный перенос
глюкозы из плазмы в клетки (исключение –
гепатоциты, клетки ЦНС и эритроциты)
• Индуцирует синтез ключевых ферментов
гликолиза
• Стимулирует реакции пентозофосфатного
пути и синтеза жирных кислот
• Активирует биосинтез гликогена

23.

Основные пути превращения
глюкозы
Инсулин
Транспорт
глюкозы в
клетки
Превращения
глюкозы
Активация
гликолиза
Активация
пентозофосфатного пути
Активация
синтеза
гликогена

24.

Итак, помимо уже известных нам
превращений глюкозы, существует ещё и
синтез гликогена
Гликоген – высокомолекулярный
разветвлённый гомополисахарид
Мономеры – остатки α-глюкопиранозы
Связи – α-1,4-гликозидные и α-1,6гликозидные
Точки ветвления – через каждые 7-10
мономеров

25.

26.

27.

• Гликоген – запасная форма
глюкозы в организме животных.
Он компактен и осмотически
неактивен.
• Обеспечивает быстрое
пополнение уровня глюкозы в
крови в случае гипогликемии.
• Синтезируется в печени и в
мышцах.

28.

• При избытке углеводов в рационе
животного глюкоза может быть
быстро полимеризована в гликоген. В
случаях потребности глюкозы ткани
могут также быстро путем
гликогенолиза освобождать глюкозу
для гликолиза.

29.

Синтез гликогена начинается с
фосфорилирования глюкозы под
действием глюкокиназы:
Глюкоза + АТФ → глюкоза-6-фосфат + АДФ

30.

В следующей обратимой реакции глюкоза-6фосфат превращается в глюкоза-1-фосфат с
участием фосфоглюкомутазы:
OH
HO
H2C
P
O
O
H2C
O H
H
H
OH
H
HO
OH
H
O H
H
H
OH
OH
Глюкоза-6-фосфат
OH
OH
H
HO
O
H
OH
Глюкоза-1-фосфат
P O
OH

31.

• Затем уникальная реакция,
катализируемая УДФглюкопирофосфорилазой, приводит к
получению активного комплекса уридиндифосфоглюкозы (УДФ-глюкозы):
Глюкозо-1-фосфат + УТФ → УДФ–глюкоза + Ф–Ф

32.

O
NH
H2C
H
H2C OH
OH
O H
H
HO
H
HO
+ УТФ
OH
O P OH
H
OH
H
O
H
OH
N
O H
H
HO
OH
OH
O P O P
H
OH
O
O CH2
O
УДФ-глюкоза
H
H
H
Глюкоза-1-фосфат
+ Р-О-Р
O
H
OH
O
OH

33.

Гликогенсинтаза обеспечивает
присоединение молекулы глюкозы от
УДФ-глюкозы на конец синтезируемой
молекулы гликогена (глюкоза)n:
УДФ-глюкоза + гликоген → гликоген + УДФ
(глюкоза)n
(глюкоза)n+1

34.

• Ветвление синтезируемой молекулы
гликогена осуществляется под
действием другого фермента –
трансглюкозидазы. Этот фермент
катализирует перенос олигосахаридного
фрагмента (6-7 остатков глюкозы) на
гидроксигруппу при шестом углеродном
атоме той же или другой цепи. Так
образуется точка ветвления молекулы
гликогена.

35.

Распад гликогена (гликогенолиз)
• Гликогенолиз активируется при дефиците
глюкозы в крови под влиянием гормона
глюкагона.
• Для восполнения пула глюкозы
используется печёночный гликоген.
Мышечный гликоген используется только
для собственных нужд.

36.

• Разветвлённая структура гликогена
облегчает быстрое высвобождение
глюкозы.
• Важнейший фермент распада гликогена –
гликоген-фосфорилаза.
• Этот фермент обеспечивает отщепление от
макромолекулы мономеров в виде
глюкозы-1-фосфата.
• Фермент 1,6-глюкозидаза отщепляет
свободную глюкозу в точке ветвления.

37.

H2C OH
O H
H
O H
H
H
OH
H
OH
OH
H
OH
О
H
H
OH
H2C OH
H
H
OH
H
H
О
H
OH
OH
H
OH
O
O-P
OH
O H
H
H
+
n
OH
H2C OH
O H
H
O H
H
H
O
H2C OH
H
H
O
H
O H
H
H
О
OH
H2C OH
H2C OH
OH
H
OH
n-1

38.

Спасибо за внимание!