Глюконеогенез. Взаимосвязь различных процессов углеводного обмена

1.

Тема лекции:
Глюконеогенез. Взаимосвязь
различных процессов
углеводного обмена.
Лектор: доцент Васильева С.В.

2.

• Запасов глюкозы и гликогена в
организме животного достаточно
лишь на 1-2 дня. Мозг в спокойном
состоянии потребляет около 60% от
всей глюкозы, которая окисляется в
организме. При этом его масса
составляет порядка 2% от массы тела.
В условиях стресса глюкоза
расходуется ещё быстрее.

3.

• Каким образом поддерживать
гомеостаз глюкозы в крови в условиях
длительного голодания или
продолжительного стресса? Как
известно, для нормального
функционирования центральной
нервной системы необходима именно
глюкоза. Но также известно, что
животные и человек могут прожить
без еды (но при условии доступности
воды) несколько недель.

4.

• При длительном голодании
расходуется и значительная часть
жировых запасов. Но энергия жирных
кислот не способна обеспечить
жизнедеятельность мозга. Жирные
кислоты в мозге не окисляются, так
как они весьма ограниченно и
избирательно проникают через
гематоэнцефалический барьер.
• Откуда организм извлекает глюкозу?

5.

6.

7.

• Синтез глюкозы из
разнообразных веществ не
углеводной природы
называется глюконеогенез.

8.

• При длительном голодании
помимо расходования жировых
депо происходит и деградация
мышц. Мышечные белки
гидролизуются до аминокислот,
которые и конвертируются в
глюкозу.

9.

• У всех аминокислот имеются свои
пути деградации. Большинство из них
имеют выход на синтез глюкозы. При
распаде жиров образуются жирные
кислоты и глицерин. Жирные кислоты
не идут на образование глюкозы, а
окисляются с выделением энергии,
обеспечивая энергетическую
поддержку многим органам и
тканям. Глицерин способен
превратиться в глюкозу.

10.

• Таким образом, при голодании
важнейшими источниками для
синтеза глюкозы являются
аминокислоты и глицерин.

11.

• В обычных условиях глюкоза может
образовываться из молочной
кислоты, которая образуется в
результате анаэробного гликолиза в
мышцах и в эритроцитах.
• Также субстратом для глюконеогенеза
является пропионовая кислота,
которая особенно важна для
жвачных.

12.

Рассмотрим более детально
глюконеогенез
1. Глюконеогенез на основе молочной кислоты.
• Учитывая свойство ферментов катализировать как
прямую, так и обратную реакцию, можно
предположить, что глюконеогенез из молочной
кислоты – это гликолиз в обратную сторону.
• Действительно, большинство реакций гликолиза
обратимы, кроме трёх.

13.

O
H
O
C
C
H
C
OH
HO
C
H
C
OH
C
OH
H2C
OH
H
H
глюкоза
H
+
АТФ
гексокиназа
H
C
OH
HO
C
H
C
OH
C
OH
H
H
H2C
+
АДФ
O Р
глюкоза-6-фосфат

14.

H2C
C
HO
OH
O
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H2C
H2C
+
АТФ
O Р
фруктоза-6-фосфат
фосфофруктокиназа
HO
C
O Р
O
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H2C
+ АДФ
O Р
фруктоза-1,6-дифосфат

15.

O
O
C
OH
C
O Р
+АДФ
CH2
2-фосфоенол-ПВК
++
Mg
C
OH
C O
H3C
ПВК
Фермент – пируваткиназа
+АТФ

16.

• Эти три реакции клетка всё же
обращает вспять:

17.

H
O
H
C
C
OH
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H
HO
H2C
+ Н2 О
O Р
Глюкоза-6-фосфат
O
C
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H2C
+ Н3РО 4
OH
Глюкоза
Фермент – глюкозо-6-фосфатаза

18.

HO
H2C
O
C
O
Р
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H2C
H2C
+ Н2О
O Р
Фруктоза-1,6-дифосфат
C
HO
OH
O
C
H
H
C
OH
H
C
OH
+ Н3РО4
CH2O Р
Фруктоза-6-фосфат
Фермент - фруктозо-1,6-дифосфатаза

19.

ПВК трансформируется в 2-фосфоенол-ПВК
обходным путём. Сначала под влиянием
пируваткарбоксилазы и АТФ ПВК превращается в
ЩУК.
COOH
COOH
C O
H3C
+ СО 2
+АТФ
C O
H2C
COOH
ПВК
ЩУК
+ АДФ
+ Фн

20.

Затем при участии фермента
карбоксикиназы и ГТФ образуется
2-фосфоенол-ПВК
COOH
C O
COOH
+ГТФ
C
CH2
COOH
ЩУК
CH2
ОР
+
СО 2
+ГДФ
2-фосфоенол-ПВК

21.

• Все остальные реакции обратимы. В
процессе глюконеогенеза из молочной
кислоты молекулы АТФ не образуются.
Но затрачиваются 2 молекулы АТФ и
одна ГТФ.
• АТФ и ГТФ используется для
превращения ПВК в фрсфренолпируват.
• Ещё одна молекула АТФ нужна для
образования 1,3-дифосфоглицериновой
кислоты из 3-фосфоглицериновой
кислоты.

22.

• На основе изученного выше процесса
можно сделать вывод, что любой
метаболит, который может
превратиться в какой-либо
промежуточный продукт
глюконеогенеза из молочной кислоты
можно считать глюкогенным
субстратом.
• Особенно обратим внимание на ПВК и
ЩУК, которые являются продуктами
деградации многих аминокислот.

23.

2. Глюконеогенез на основе
аминокислот
Почти все аминокислоты имеют пути
превращения в один из следующих
метаболитов:
ПВК
ЩУК
α-Кетоглутаровая кислота
Сукцинил-КоА
Фумаровая кислота

24.

• Три последние могут влиться в цикл
Кребса и превратиться в ЩУК. Значит, все
эти аминокислоты являются субстратами
для глюконеогенеза. Они называются
гликогенными.
• Но есть три аминокислоты, которые
метаболизируют до кетогенных продуктов
– ацетил-КоА и ацетоуксусной кислоты. Это
лейцин, лизин и триптофан. Их называют
кетогенными аминокислотами.

25.

• Как правило, пути деградации
заменимых аминокислот
довольно простые.
Незаменимые аминокислоты
имеют более сложные пути
превращения в глюкогенные
субстраты.

26.

Рассмотрим глюконеогенез на примере аланина,
который в реакции трансаминирования
превращается в ПВК.
COOH
COOH
H2N
CH
+
CH3
аланин
COOH
COOH
C O
АЛТ
CH2
H2N
C
O
+
CH
CH2
CH2
CH3
CH2
COOH
ПВК
COOH
-кетоглутаровая
кислота
глутаминовая
кислота

27.

• Далее ПВК пойдет на
глюконеогенез по рассмотренному
выше сценарию (гликолиз в
обратном направлении).

28.

3. Глюконеогенез на основе
глицерина.
• Как уже говорилось выше, глицерин
является продуктом гидролиза
жиров. Он может либо всасываться из
кишечника, либо быть продуктом
эндогенного липолиза.

29.

CH2 OH
HC
CH2 OH
+АТФ
HC
OH
Глицерокиназа
H2C
OH
Глицерин
H2C
OH
+АДФ
О-Р
Глицерофосфат

30.

• Глицерин активируется АТФ, затем
под воздействием НАДзависимой дегидрогеназы
окисляется до диоксиацетонфосфата. Далее вливается в
реакции глюконеогенеза.
напомним, что диоксиацетонфосфат – метаболит гликолиза.

31.

CH2 OH
HC
H2C
OH
О-Р
Глицерофосфат
+ НАД
H2C
C
H2C
OH
O
+ НАДН2
ОР
Диоксиацетонфосфат

32.

4. Глюконеогенез на основе
пропионовой кислоты
• Глюконеогенез имеет важное значение
для жвачных животных. Это объясняется
тем, что в их рубце сбраживаются
полисахариды с образованием летучих
жирных кислот, которые и поступают в
кровь. Источником глюкозы при этом и
является пропионовая кислота.

33.

• Глюконеогенез у жвачных животных
активно протекает в печени из
пропионовой кислоты, образующейся в
рубце. Образование пропионовой кислоты
имеет место при катаболизме изолейцина,
при конверсии холестерина в желчные
кислоты, а также при окислении жирных
кислот с нечётным числом углеродных
атомов.

34.

На первом этапе глюконеогенеза
пропионовая кислота переходит в свою
активную форму – пропионил-КоА:
CH3
+ АТФ
H2C
C
H3C
O
ОН
+ HS-KoA
Пропионовая
кислота
CH2
C
+
АДФ
O
+
SKoA
Пропионил-КоА
Н3РО4

35.

Затем пропионил-КоА при участии АТФ, СО2 и
биотин-зависимого фермента пропионил-КоАкарбоксилазы трансформируется в
метилмалонил-КоА:
H3C
+ АТФ
CH2
C
O
+ СО 2
SKoA
Пропионил-КоА
CH3
HC
COOH
C O
SKoA
+ АДФ
+ Н3РО4
Метилмалонил-КоА

36.

• Метил-малонил-КоА под влиянием
метилмалонил-КоА-мутазы (витамин
В12-зависимый фермент)
превращается в сукцинил-КоА,
который в реакциях цикла
трикарбоновых кислот переходит в
щавелево-уксусную кислоту.

37.

COOH
CH3
HC
COOH
В12
CH2
C O
SKoA
H2C
Мутаза
C
O
SKoA
Метилмалонил-КоА
Сукцинил-КоА

38.

• В свою очередь, щавелево-уксусная
кислота дает образование
2-фосфоенол-пировиноградной
кислоты, участника глюконеогенеза.

39.

Субстраты, которые не идут на
глюконеогенез:
• Ацетил-КоА
• Жирные кислоты
• Кетогенные аминокислоты
(лейцин, лизин, триптофан)

40.

Взаимосвязь различных процессов
углеводного обмена
• Важнейшим фигурантом углеводного
обмена является глюкоза.
• Поддержание нормального уровня
глюкозы в крови – одна из приоритетных
задач регуляторных систем.

41.

Процессы, в которые включается глюкоза
Процесс
Анаэробный гликолиз
Аэробное окисление
(гликолиз + цикл
Кребса)
Пентозофосфатный
путь окисления
Синтез гликогена
Конечные
метаболиты
Молочная
кислота
СО2 и Н2О
Значение
Энергия – 2 АТФ
Энергия – 38 АТФ
Рибоза, СО2,
НАДФН2
Перевод
потенциальной
энергии из
углеводов в жиры
Гликоген
Создание депо

42.

Эндогенные источники глюкозы в
организме
Распад
гликогена
(гликогенолиз)
Глюконеогенез
Аминокислоты
Пропионат
Глицерин
ГЛЮКОЗА
Лактат

43.

Спасибо за внимание!