Биохимия. Лекция 7. Углеводы

1. ЛЕКЦИЯ № 7

ФГБОУ ВО УГМУ Минздрава России
Кафедра биохимии
Дисциплина: Биохимия
ЛЕКЦИЯ № 7
Обмен гликогена.
Глюконеогенез.
Регуляция обмена углеводов
Лектор: Гаврилов И.В.
Факультет: лечебно-профилактический,
Курс: 2
Екатеринбург, 2016г

2. План лекции

• Глюконеогенез (ГНГ).
• Схема, субстраты, локализация ферментов в
клетке, тканевая специфичность, значение.
• Реципрокная регуляция глюконеогенеза и
гликолиза: механизмы, роль гормонов
(адреналина, глюкокортикоидов, глюкагона,
инсулина и др.).
• Ключевые (необратимые) реакции
глюконеогенеза, номенклатура ферментов, их
классификация, регуляция, значение.

3.

• Уровни и механизмы регуляции
обмена углеводов (центральный,
межорганный, метаболический клеточный). Цикл Кори (глюкозолактатный цикл): механизм, значение.
• Возрастные особенности ПФШ и ГНГ,
значение.

4. Гликоген

• Разветвленный гомополисахарид
сотоящий из остатков глюкозы,
соединенных α 1-4 гликозидной связью;
• депонируется в основном в печени и
скелетных мышцах, но также имеется в
большинстве тканей и клеток, за
исключением эритроцитов и нейронов;
• хранится в цитозоле клеток;
• Общая масса гликогена в организме
человека может достигать 100-150 грамм.

5. Гликоген

1 - остатки глюкозы,
соединенные α-1,4гликозидной связью
2 - остатки глюкозы,
соединенные α-1,6гликозидной связью
3 - нередуцирующие
концевые мономеры
3
2
1
4
4 - редуцирующий
концевой мономер

6.

7. Биологическое значение

Гликоген является основным резервом
глюкозы в постабсортивный период и при
интенсивных физических нагрузках.

8. Синтез гликогена - гликогенез

ффф
А
АТФ
АДФ
Н
НО
СН2 О
о Н
ОН Н
ОН
Н ОН
Глюкоза
Глюкоза-6ф
Глюкокиназа (в печени)
Гексокиназа (во всех тканях)

9.

СH2O Ф
о Н
ОН Н
НО Н ОН О Н
Н
Фосфоглюкомутаза

10.

Ф Ф ФОН2С
СН2ОН
Н
о Н
ОН Н
НО
Н ОН
О-Ф
УДФ
- глюкоза
Глюкозо-1ф
н
о
н
н
У
н
он он
УТФ
УДФ-глюкопирофосфатаза

11.

УДФ
УДФ
УДФ
г
г
г
гликогенин
ГликогенОлигосахарид(8)
(n+1)
праймер
гликогенсинтаза

12.

УДФ
УДФ
УДФг
α(1-6)
г
г
УДФ г
УДФг
УДФ г
α(1-4)
г
г
г
г
г
г
г
гликоген
гликогенсинтаза
Амило-1,4-1,6-глюкозилтансфераза

13. Распад гликогена – гликогенолиз

Н3PO4
Ф
г
г
г
г
г
ГЛЮКОЗО-1-Ф
г
г
г
г
гликоген
Гликогенфосфорилаза
Олигосахаридтрансфераза

14.

Hα(1-6)
2O
г
г
г
г
гликоген
α-1,6-глюкозидаза

15.

СН2ОН
о Н
ОН Н
НО Н ОН ОН
Н
АТФ
Глюкокиназа,
Гексокиназа
АДФ
Глюкоза
Глюкозо-6ф
СН2ОРО3
о Н
ОН Н
НО Н ОН ОН
Н
СН2ОН
о Н
ОН Н
НО Н ОН ОРО3
Н
Глюкозо-1ф
Дефект в печени
гликогенсинтазы
0 тип. Гликогеноз:
Гипогликемия в
постабсорбтивном
периоде, судороги
по утрам
Фосфоглюкомутаза
УТФ
ФФ
СН2ОН
о Н
ОН Н
НО Н ОН О-УДФ
Н
УДФ-глюкоза
УДФ-глюкопиро
фосфорилиза
Гликоген
синтаза
Гликоген

16.

СН2ОН
о Н
ОН Н
НО Н ОН ОН
Н
Дефект в печени
глюкозо-6ф фосфатазы
1 тип. Болезнь Гирке:
Гипогликемия,
Гиперацилглицеролемия,
ацидоз
Глюкоза
Н3РО4
Н2О
Глюкозо-6ф фосфатаза
СН2ОРО3
о Н
ОН Н
НО Н ОН ОН
Н
Глюкозо-6ф
Фосфоглюкомутаза
СН2ОН
о Н
Глюкозо-1ф
ОН Н
НО Н ОН ОРО3
Н
Дефект в мышцах
фосфорилазы
5 тип. Болезнь Мак-Ардла:
Боли в мышцах, судороги при
физ.нагрузке,
Накопление в мышцах
гликогена норм. структуры
Гликогенфосфорилаза
Н3РО4
Гликоген

17. Гормональная регуляция

Абсорбтивный период
Инсулин
Глюкозо-6ф
Гликогенсинтаза
+
Фосфопротеин
фосфотаза
–
Углеводы
пищи
Гликогенфосфорилаза
Гликоген

18.

Постабсорбтивный период
Гликогенсинтаза
–
Глюкозо-6ф
Киназа
фосфорилазы
+
Гликогенфосфорилаза
цАМФ
Глюкагон
Адреналин
Гликоген

19. Нарушения обмена гликогена

Гликогеновые болезни
Гликогенозы
дефект ферментов распада
гликогена
Печеночные
Мышечные
Нарушение
Нарушение
использования
энергоснабжения
гликогена для
скелетных мышц
поддержания уровня
глюкозы в крови
Агликогенозы
дефект
гликогенсинтазы

20.

Тип гликогеноза
Фермент с нарушенной
активностью
Основные органы, ткани и
клетки, в которых найден
дефект фермента
0 (агликогеноз)
Гликогенсинтетаза
Печень
I (болезнь Гирке)
Глюкозо-6-фосфатаза
Печень, почки
II (болезнь Помпе)
Кислая a-1,4-глюкозидаза
III (болезнь Кори)
VI (болезнь Герса)
Амило-1,6-глюкозидаза
(деветвящий фермент)
Амило-1,4®1,6трансглюкозидаза (ветвящий
фермент)
Фосфорилаза
(миофосфорилаза)
Фосфорилаза
Печень, почки, селезенка,
мышцы, нервная ткань,
лейкоциты
Печень, мышцы, лейкоциты
VII (болезнь Таруи)
Фосфофруктокиназа
Мышцы
VIII (болезнь Томсона)
Фосфорилаза
мышцы
IX (болезнь Хага)
Киназа фосфорилазы
Печень
X
ц-АМФ-зависимая киназа
фосфорилазы
Печень, мышцы
IV (болезнь Андерсена)
V (болезнь Мак-Ардла)
Печень, мышцы, почки,
лейкоциты
Мышцы
Печень

21. Симптомы

Каждый вид имеет свои особенные признаки, но есть и
общие симптомы:
• «кукольное лицо»;
• гепатоспленомегалия (одновременное увелчение
селезенки и печени);
• цирроз;
• желтуха;
• кахексия (крайнее истощение организма);
• судороги;
• кома;
• пониженный уровень глюкозы в крови, гиперлипидемия;
• повышение в крови уровня жирных кислот, холестерина,
мочевой кислоты

22. Гепатоспленомегалия

Гликогеноз
Гепатоспленомегалия
Печень
Гликоген
Цирроз
желтуха
Постабсорбтивный период:
глюкоза
Глюкоза
(Абсорбтивный
период)
судороги
Кортизол
ТГ
Жировая
ткань
кома
СЖК
кахексия
ХС

23.

Агликогеноз
Печень
Гликоген
Глюкоза
(Абсорбтивный
период)
Постабсорбтивный период:
глюкоза
судороги
Кортизол
ТГ
Жировая
ткань
кома
СЖК
кахексия
ХС

24. ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ

- процесс синтеза глюкозы из органических
веществ неуглеводной природы
- Локализация в организме – печень (80%),
корковое вещество почек (20%)
- Локализация в клетке – цитоплазма,
матрикс митохондрий
- Функция – поддержание уровня глюкозы в
крови в период голодания и физических
нагрузок
- Производительность - до 80-100г / сут

25. Субстраты:

• Лактат – продукт анаэробного
гликолиза, образуется в эритроцитах и
работающих мышцах
• Глицерол – высвобождается при
гидролизе триглицеридов в жировой
ткани (голодание, стресс, физическая
нагрузка)
• Аминокислоты – образуются в
результате распада белков мышц;
включаются в ГНГ при голодании,
мышечной работе

26. Ключевые ферменты ГНГ

1.
2.
3.
4.
Пируваткарбоксилаза (в митохондриях, содержит биотин,
превращает ПВК в ЩУК. Индуктор: глюкагон, адреналин,
кортизол. Репрессор: инсулин. Ингибитор: АМФ, активатор
АцетилКоА.)
Фосфоенолпируваткарбоксикиназа (в цитоплазме,
превращает ЩУК в ФЕП. Индуктор: глюкагон, адреналин,
кортизол. Репрессор: инсулин)
Фруктозо-1,6-фосфатаза (дефосфорилирует фруктозо-1,6дф.
Индуктор: глюкагон, адреналин, кортизол. Репрессор: инсулин.
Ингибирует АМФ, фруктозо-2,6дф. Активатор: цитрат, жирные
кислоты)
Гл-6-фосфатаза (дефосфорилирует глюкозо-6ф. Индуктор:
глюкагон, адреналин, кортизол. Репрессор: инсулин )
Участвующие ферменты:
- 1 фермент ЦТК (малат ДГ),
- 8 ферментов обратимых реакций гликолиза

27.

глюкоза
КРОВЬ
Фн
глюкозо-6-фосфотаза
Н2О
öèòðàò,
æ
èðí û å êèñëî òû
ÀÌ Ô ,
Фн
фруктозо-1,6-дифосфотаза
глицерол
ГЕПАТОЦИТ
АТФ
глюкокиназа
глюкоза
глюкозо-6ф
АДФ
фосфогексозоизомераза
фруктозо-6ф
АТФ
БИФ
фосфофруктокиназа
ô ðóêòî çî -2,6ä ô
ÀÌ Ô , Ôí
Н2О
АДФ
ÀÒÔ , Í ÀÄÍ 2, öèòðàò,
фруктозо-1,6дф
АТФ
+
æ
èðí û å êèñëî òû
ицеролкиназа
НАД
НАДН2
Альдолаза
А
АДФ
глицерол-1ф
ДАФ
3-ФГА
Фн
глицерол-ф ДГ
триозофосфат
НАД+
изомераза
глицеральдегидфосфат ДГ
НАДН2
1,3-ФГК
АДФ
фосфоглицераткиназа
ЦИТОПЛАЗМА
АТФ
3-ФГК
фосфоглицератмутаза
2-ФГК
енолаза
ГТФ ГДФ СО2
Н2О
ФЕП
НАДН2 ЩУК
АДФ
ФЕПкарбоксикиназа
малат ДГ
пируваткиназа
ô ðóêòî çî -1,6-ä ô ,
НАД+
АТФ
малат
ã
ëþ êî çà
аланин
ПВК
лактат
ÀÒÔ , Í ÀÄÍ 2, àëà,
НАД+
а-КГ
НАДН2
æ
èðí û å êèñëî òû ,
ГЛУ
ÀöåòèëÊî À
АЛТ
ЛДГ
асп
малат
АСТ
ЩУК
СО2
ПВК
МИТОХОНДРИЯ
НАД+ НАДН2 Фн + АДФ АТФ
малат ДГ
ПВКкарбоксилаза
ÀÌ
Ô
Àöåòèë-Êî À

28.

глюкоза
КРОВЬ
Фн
глюкозо-6-фосфотаза
Н2О
öèòðàò,
æèðí û å êèñëî òû
ÀÌ Ô ,
Фн
фруктозо-1,6-дифосфотаза
глицерол
Н2О
ГЕПАТОЦИТ
АТФ
глюкокиназа
глюкоза
глюкозо-6ф
АДФ
фосфогексозоизомераза
фруктозо-6ф
АТФ
БИФ
фосфофруктокиназа
ô ðóêòî çî -2,6ä ô
фруктозо-1,6дф
Альдолаза А
АДФ
ÀÌ Ô , Ôí
ÀÒÔ , Í ÀÄÍ 2, öèòðàò,
æèðí û å êèñëî òû
АТФ
НАД+ НАДН2
АДФ
глицерол-1ф
ДАФ
3-ФГА
Фн
глицерол-ф ДГ триозофосфат
НАД+
изомераза
глицеральдегидфосфат ДГ
НАДН2
1,3-ФГК
АДФ
фосфоглицераткиназа
ЦИТОПЛАЗМА
АТФ
3-ФГК
фосфоглицератмутаза
2-ФГК
енолаза
ГТФ ГДФ СО2
Н2О
ФЕП
НАДН2 ЩУК
АДФ
ФЕПкарбоксикиназа
малат ДГ
пируваткиназа
ô ðóêòî çî -1,6-ä ô ,
НАД+
АТФ
малат
ãëþ êî çà
аланин
ПВК
лактат ÀÒÔ
, Í ÀÄÍ 2, àëà,
+
а-КГ
НАДН2 НАД
æèðí û å êèñëî òû ,
ГЛУ
ÀöåòèëÊî À
АЛТ
ЛДГ
глицеролкиназа
асп
малат
АСТ
ЩУК
СО2
ПВК
МИТОХОНДРИЯ
НАД+ НАДН2 Фн + АДФ АТФ
малат ДГ
ПВКкарбоксилаза
ÀÌ Ô
Àöåòèë-Êî À

29. Гормональная регуляция глюконеогенеза

Осуществляется реципрокно с реакциями
гликолиза:
Инсулин:
индуцирует синтез ключ. ферментов гликолиза
репрессирует синтез ключ. ферментов ГНГ
Глюкагон, кортизол
индуцирует синтез ключ. ферментов ГНГ
репрессирует синтез ключ. ферментов гликолиза
Адреналин
активирует гликолиз в мышцах

30.

+
-
аллостерический механизм
регуляции на клеточном уровне
АМФ, фруктозо-2,6дф
АТФ, НАДН2, цитрат, жир.
кислоты, аланин, Aцетилгликолиз
КоА
глюконеогенез
+ ацетил- КоА
АМФ, фруктозо-

31. Регуляция обмена углеводов

Уровни
• Центральный (нейроэндокринный)
[адреналин, глюкагон, глюкокортикоиды,
инсулин]
• Межорганный (цикл Кори,
глюкозо-аланиновый цикл)
• Клеточный = метаболический
(аллостерическая регуляция, ковалентная
модификация, индукция-репрессия)

32. Центральный уровень

глюкагон
адреналин
глюкокортикоиды
тиреоидные гормоныстресс
СТГ
АКТГ
люкозы в крови 3,33 – 5,55
инсулин

33.

Переутомление
Голодание
инсулин
5,5 ммоль/л.
3,3 ммоль/л.
Гипогликемия
Глюкоза
в норме
Гипергликемия
6,1 ммоль/л.
3,3 ммоль/л.
Адреналин
Кортизол
Глюкагон
Глюкагон
Стресс

34.

ЖКТ
Инсулинзависые
ткани
ТГ
Инсулиннезависые
ткани
Нервная ткань
Эритроциты
и др
Жировая ткань
Мышцы
Глюкоза
Глюкоза
Гликоген
Инсулин
Глюкагон
Глюкоза
Глицерин,
АК, МК
Гликоген
Печень
Кортизол
Аденалин

35. Межорганный уровень

Глюкозо-аланиновый цикл
Ì û ø öà
Ï å÷åí ü
ãëþ êî çà
2ÀÒÔ
2Í ÀÄÍ 2
Ï ÂÊ
ÀÊ
áåëêè
ÊÊ
àëàí èí
ÑÎ 2 Í 2Î
ãëþ êî çà
Êðî âü
2Í ÀÄÍ 2
6ÀÒÔ
Ï ÂÊ
Ìî÷åâèíà
àëàí èí
Работает при голодании

36.

Глюкозо-лактатный цикл
Ì û ø öà
Ï å÷åí ü
ãëþ êî çà
2ÀÒÔ
Ï ÂÊ
ëàêòàò
ãëþ êî çà
Êðî âü
6ÀÒÔ
Ï ÂÊ
ëàêòàò
Работает при гипоксии

37. Клеточный (метаболический)

Пример аллостерического механизма регуляции на
клеточном уровне
+
-
АМФ, фр-2,6дф, фр-1,6дф
АТФ, НАДН2, цитрат, ЖК, аланин, ац-КоА
гликолиз
глюконеогенез
+
ац-КоА
-
АМФ, фр-2,6дф

38.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !