Углеводы и обмен углеводов

Содержание

Слайд 2

Углеводы и обмен углеводов. Гликоген. Строение. Значение. Синтез гликогена. Ферменты. Мобилизация

Углеводы и обмен углеводов.

Гликоген. Строение. Значение.
Синтез гликогена. Ферменты.
Мобилизация гликогена.

Фосфоролиз. Ферменты. Связь гликогенолиза и гликолиза.
Регуляция процессов синтеза и распада гликогена.
Регуляция распада гликогена в печени, мышцах (в покое и мышечной нагрузке).
Глюконеогенез – адаптивный метаболический путь синтеза глюкозы. Ферменты. Регуляция. Соотношение с гликолизом. Холостые циклы.
Гомеостаз глюкозы. Основные моменты регуляции.
Слайд 3

Углеводы и обмен углеводов Классификация углеводов (моно-, дисахариды, олигосахариды, полисахариды -

Углеводы и обмен углеводов

Классификация углеводов (моно-, дисахариды, олигосахариды, полисахариды - нейтральные

и кислые);
Ацетилированные, аминированные, сульфо- и фосфо- производные сахаров;
Физико-химические свойства углеводов. Растворимость. Альдозы и кетозы.
Слайд 4

Слайд 5

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

Слайд 9

Протеогликановый агрегат из эпифизарного хряща

Протеогликановый агрегат из эпифизарного хряща

Слайд 10

Функции углеводов 1.Энергетическая (1г углеводов – 4,1 ккал) – глюкоза. Преимущество

Функции углеводов

1.Энергетическая (1г углеводов – 4,1 ккал) – глюкоза.
Преимущество

окисления углеводов в анаэробных условиях. Роль глюкозы в окислении углеродных остатков аминокислот и липидов.
2. Пластическая – рибоза и НАДФН образуются в пентозофосфатном пути окисления глюкозы.
3.Структурная –гиалуроновая кислота, кератансульфат, дерматансульфат, хондроэтинсульфат.
4. Запасающая –гликоген.
5. Связывание воды, катионов – кислые гетерополисахариды межклеточного матрикса. Образование гелей, вязких коллоидов ( суставные поверхности, выстилающие поверхности мочеполовых путей и ЖКТ).
6. Регуляторная (гепарин - зависимая ЛП –липаза);
7. Антикоагулянтная – гепарин, дерматансульфат.
Слайд 11

Функции углеводов Модификация белков – гликозилирование (норма и патология); Углеводы –

Функции углеводов
Модификация белков – гликозилирование (норма и патология);
Углеводы – как лекарственные

препараты (глюкоза, гепарин, гликозиды, гиалуроновая кислота, глюконат кальция, ксилитол, сорбитол, фруктоза, реополиглюкин).
Слайд 12

Внешний обмен углеводов Эндоамилаза слюны и панкреатического сока: крахмал и гликоген

Внешний обмен углеводов

Эндоамилаза слюны и панкреатического сока: крахмал и гликоген ?

декстрины, мальтотриозы, мальтоза. Гидролизуют внутренние а-1,4 связи в слабощелочной среде.
Изомальтаза (олиго-β -1,6- глюкозидаза) гидролизует 1,6 - связи в местах ветвления.
Пристеночные дисахаридазные комплексы:
гликоамилазный, β –гликозидазный, сахаразо-изомальтазный.
Механизм всасывания сахаров. Простая диффузия. Белковые переносчики (облегченный транспорт). Вторичный активный транспорт для галактозы и глюкозы (К+,Na+ –ATФ-аза).
Проникновение глюкозы в клетки (ГЛЮТЫ). Инсулинзависимые и инсулиннезависимые ткани.
Слайд 13

Промежуточный обмен углеводов Катаболизм: Гликолиз и пентозофосфатный шунт Окисление пирувата и

Промежуточный обмен углеводов

Катаболизм:
Гликолиз и пентозофосфатный шунт
Окисление пирувата и ЦТК
Гликогенолиз (расщепление

гликогена)
Анаболизм:
Синтез гликогена
Глюконеогенез
Пентозофосфатный шунт
Слайд 14

Особенность промежуточного обмена углеводов Сахара метаболизируют внутри клетки только в фосфорилированном

Особенность промежуточного обмена углеводов

Сахара метаболизируют внутри клетки только в фосфорилированном виде.
Фосфорилирование

осуществляется гексокиназами, дефосфорилирование – фосфатазами (есть только в клетках кишечника, печени и почках).
Фосфорилирование активирует сахара, не позволяет им покинуть клетку, способствует механизму субстратного фосфорилирования.
Слайд 15

Взаимопревращения сахаров При потреблении различных сахаров, в крови содержание глюкозы в

Взаимопревращения сахаров

При потреблении различных сахаров, в крови содержание глюкозы в сотни

раз превышает таковое для других сахаров.
В промежуточном обмене также преимущественно участвует глюкоза, другие сахара в большей степени являются ее производными.
Реакции взаимопревращения сахаров:
Фруктоза –> глюкоза
Галактоза ? глюкоза
Глюкоза ? пентозы (ПФП)
Слайд 16

Расходование глюкозы клеткой Гликолиз и тканевое дыхание (65%) Запасание гликогена (5%)

Расходование глюкозы клеткой

Гликолиз и тканевое дыхание (65%)
Запасание гликогена (5%)
Синтез липидов при

наличии избытка глюкозы (30%)
Соотношение этих затрат глюкозы определяется гормональным статусом, физическими нагрузками.
Все системы регуляции направлены на поддержание гомеостаза глюкозы (3,5 -5,5 ммоль/л – в норме)
Слайд 17

ГЛИКОЛИЗ Центральный путь метаболизма глюкозы Самостоятельный способ получения энергии клеткой (в

ГЛИКОЛИЗ

Центральный путь метаболизма глюкозы
Самостоятельный способ получения энергии клеткой (в анаэробных условиях)

и первый этап тканевого дыхания (в аэробных условиях)
Ферменты гликолиза локализованы в цитоплазме
Из 8 реакций – 3 необратимые (гексокиназная, фосфофруктокиназная, пируваткиназная – самые медленные, лимитирующие скорость всего процесса)
Первый этап – подготовительный (затрата 2 АТФ), второй – окислительный (без прямого участия О2) с образованием 4 АТФ в ходе субстратного фосфорилирования.
Энергетический выход на 1 моль глюкозы – 2 АТФ.
В анаэробных условиях – из 1 глю образуется 2 молекулы лактата и 50 ккал (30 рассеивается в виде тепла, 20 – аккумулируется в макроэргических связях АТФ (к.п.д. – 40%).
Через метаболиты гликолиза обмен углеводов связан с обменом липидов (избыток диоксиацетонфосфата) и аминокислот (участие пирувата в трансаминировании и дезаминировании)
Слайд 18

Слайд 19

Слайд 20

Слайд 21

Слайд 22

Слайд 23

Слайд 24

Слайд 25

Слайд 26

Слайд 27

Слайд 28

Слайд 29

Слайд 30

Гликолиз, конечные продукты Гликолиз – окисление глюкозы, не требующее присутствия кислорода

Гликолиз, конечные продукты

Гликолиз – окисление глюкозы, не требующее присутствия кислорода (брожение).

В различных клетках и разных условиях процесс брожения заканчивается образованием разных продуктов (молочной, масляной, уксусной и др. кислот, спиртов).
Любое брожение проходит через стадию образования пировиноградной кислоты.
В аэробных условиях пируват активно проникает в митохондрии и подвергается дальнейшему окислению до ацетил-КоА.
Слайд 31

Слайд 32

Особенности гликолиза в разных тканях Наиболее распространенный шунт окисления глюкозы –

Особенности гликолиза в разных тканях

Наиболее распространенный шунт окисления глюкозы – пентозофосфатные

превращения в печени, жировой ткани и молочных железах, костном мозге и эритроцитах, надпочечниках.
Ключевой фермент – глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (НАДФ+-зависимый)
ПФШ протекает при избытке глюкозы и наличии АТФ.
Являясь окислительным катаболическим процессом, служит целям анаболической стороны обмена (поставляя восстановленный эквивалент – НАДФН, рибозу и др. сахара)
Слайд 33

ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ окисления глюкозы Три ферментные системы, локализованные в цитоплазме: Окислительно-декарбоксилирующая

ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ окисления глюкозы

Три ферментные системы, локализованные в цитоплазме:
Окислительно-декарбоксилирующая (образование пентозы

– рибулозо-5-фосфата и НАДФН)
Изомеразно-эпимеразная (образование рибозы, ксилулозы)
Структурной перестройки сахаров (тиамин-зависимые трансальдолазы и транскетолазы) – образование эритрозы, фруктозы, седогептулозы)
Слайд 34

Слайд 35

Слайд 36

Слайд 37

Слайд 38

Слайд 39

Слайд 40

Слайд 41

Шунт Раппопорта в эритроцитах Особенностью гликолиза в эритроцитах является образование 2,3-глицерофосфата.(особенно

Шунт Раппопорта в эритроцитах

Особенностью гликолиза в эритроцитах является образование 2,3-глицерофосфата.(особенно усиливающегося

в условиях гипоксии)
2,3- глицерофосфат – конкурирует с О2 за связывание с Нb, улучшая снабжение кислородом периферических тканей .
Слайд 42

Слайд 43

Аэробный метаболизм глюкозы Окисление глюкозы продолжается в матриксе митохондрий, куда пируват

Аэробный метаболизм глюкозы

Окисление глюкозы продолжается в матриксе митохондрий, куда пируват поступает

с помощь переносчика (пируват- транслоказы).
Мультиферментный комплекс пируватдегидрогеназа (м.м. 6 млн Да): пируватдегидрогеназа-декарбоксилаза, ТПФ, липоевая кислота); дигидролипоилтрансацетилаза (HS-KoA,ФАД+ дигидролипоил дегидрогеназа (НАД+).
Гиповитаминоз по В1(тиамину) резко снижает скорость тканевого дыхания.
Слайд 44

Слайд 45

Слайд 46

Слайд 47

Слайд 48

Слайд 49

Слайд 50

Окисление пирувата Необратимая реакция. Продукт окисления и декарбоксилирования – ацетил-КоА. Протон

Окисление пирувата

Необратимая реакция.
Продукт окисления и декарбоксилирования – ацетил-КоА.
Протон фиксируется в НАДН.
2-х

углеродный ацетильный фрагмент – универсальное клеточное топливо (результат окисления жирных кислот, аминокислот и глюкозы) – окисляется далее ферментами цикла Кребса до СО2 .
Слайд 51

Структура и функции КоА Низкомолекулярный термостабильный (не связан с белком) фактор

Структура и функции КоА

Низкомолекулярный термостабильный (не связан с белком) фактор –

активатор и переносчик ацетильных и ацильных групп.
В структуре КоА: АМФ – фосфопантотеновая кислота – тиоэтиламин.
Образует макроэргическую тиоэфирную связь с ацильными остатками.
Слайд 52

Ацетил-КоА Ацетил - КоА – универсальное клеточное топливо, окисляется до СО2

Ацетил-КоА

Ацетил - КоА – универсальное клеточное топливо, окисляется до СО2 –

в цикле лимонной кислоты (ЦТК).
Ацетил – КоА – активный метаболический перекресток катаболической и анаболической стороны метаболизма.
Ацетил – КоА образуется при окислении пирувата (глюкоза), аминокислот и жирных кислот.
Избыток Ацетил – КоА становится субстратом для синтеза липидов (жирных кислот и холестерола) и кетоновых тел.
Слайд 53

Цикл трикарбоновых кислот (лимонной кислоты), цикл Кребса. 8 реакций, замкнутых в

Цикл трикарбоновых кислот (лимонной кислоты), цикл Кребса.

8 реакций, замкнутых в цикл

(«катализатором» является оксалоацетат), в матриксе митохондрий.
Источники оксалоацетата: карбоксилирование пирувата, пере- и дезаминирование аминокислот.
Слайд 54

Слайд 55

Слайд 56

Слайд 57

Слайд 58

α –кетоглутаратдегидрогеназный комплекс Мультиферментный комплекс, осуществляющий декарбоксилирование и окисление кетоглутарата, аналогично

α –кетоглутаратдегидрогеназный комплекс

Мультиферментный комплекс, осуществляющий декарбоксилирование и окисление кетоглутарата, аналогично пируватдегидрогеназному

комплексу.
Содержит 3 фермента (дегидрогеназу-декарбоксилазу, дигидролипоилтрансацетилазу и дигидролипоилдегидрогеназу) и кофакторы: ТПФ, липоевую кислоту, ФАД+;
Продукты реакции фиксируются на НАДН и КоА (сукцинил-КоА).
Слайд 59

Субстратное фосфорилирование Сукцинил-КоА содержит энергию тиоэфирной связи, достаточную для обеспечения реакции

Субстратное фосфорилирование

Сукцинил-КоА содержит энергию тиоэфирной связи, достаточную для обеспечения реакции фосфорилирования

АДФ (ГДФ) до АТФ (ГТФ).
Фосфорилирование обеспечивается неорганическим фосфатом (в отличие от гликолиза).
таким образом, в ЦТК образуется 1 молекула с макроэргической связью (собственно энергетическая функция ЦТК).
Слайд 60

Слайд 61

Слайд 62

Функции цикла Кребса Водороддонорная (генерация 4-х пар протонов, поступающих в цепь

Функции цикла Кребса

Водороддонорная (генерация 4-х пар протонов, поступающих в цепь переноса

электронов в составе 3 НАДН и 1ФАДН2).
Собственно энергетическая (образование 1 ГТФ или АТФ в ходе субстратного фосфорилирования)
Амфиболическая (продукты катаболизма используются в анаболических процессах)
Интеграционная – коллектор катаболических процессов углеводного, белкового и липидного обменов.
Слайд 63

Глюконеогенез Образование глюкозы из неуглеводных предшественников (лактата, глицерина, аминокислот, метаболитов ЦТК).

Глюконеогенез

Образование глюкозы из неуглеводных предшественников (лактата, глицерина, аминокислот, метаболитов ЦТК).
4 адаптивных

фермента, «обращающих» лимитирующие реакции гликолиза. Синтез индуцируется глюкокортикоидами.
Процесс направлен на поддержание гомеостаза глюкозы (при голодании, диабете).
Гликолиз и глюконеогенез – противоположно направленные процессы. В случае равной скорости процессов –работают «холостые» циклы (энергия тратится на разогрев).
Слайд 64

Слайд 65

Слайд 66

Слайд 67

Слайд 68

Перемещение оксалоацетата из митохондрий в цитозоль Пируват, проникнув в митохондрии, карбоксилируется

Перемещение оксалоацетата из митохондрий в цитозоль

Пируват, проникнув в митохондрии, карбоксилируется до

оксалоацетата (с участием биотина).
Оксалоацетат может быть предшественником для глюкозы, но для этого необходимо он должен преодолеть мембранный барьер.
Через мембрану проникает малат, образуемый из оксалоацетата в МХ и в цитоплазме вновь превращаемый в оксалоацетат. Реакции катализируются митохондриальной и цитоплазматической изоформами МДГ (НАД-зависимой).
Слайд 69

Ферменты глюконеогенеза Активны в печени, мозге, почках. Нет в скелетных мышцах.

Ферменты глюконеогенеза

Активны в печени, мозге, почках. Нет в скелетных мышцах.
ФЭП- карбоксикиназа;

фруктозо-1,6- дифосфатаза; глюкозо-6 –фосфатаза (последняя есть только в гепатоцитах, энтероцитах и эпителии почечных канальцев).
Слайд 70

Слайд 71

Слайд 72

Метаболизм гликогена Запасы гликогена в клетках разных тканей. Значение. Структура гликогена.

Метаболизм гликогена

Запасы гликогена в клетках разных тканей. Значение. Структура гликогена.
Синтез гликогена.

Условия. Локализация. Затравка. УТФ-гликозилтрансфераза. Гликогенсинтаза. «Ветвящий» фермент.
Распад гликогена. Фосфоролиз. Гликогенфосфорилаза. «Разветвляющий» фермент. Связь гликогенолиза и гликолиза.
Реципрокная регуляция метаболизма гликогена. Аденилатциклазная система. цАМФ. Фосфолипаза С. Фосфопротеинкиназы и фосфопротеинфосфатазы. Инсулин, адреналин, кальций.
Нарушения обмена гликогена. Гликогенозы. Агликогенозы.
Слайд 73

Слайд 74

Слайд 75

Слайд 76

Фосфоролиз гликогена В отличие от внешнего обмена (ЖКТ) , в клетке

Фосфоролиз гликогена

В отличие от внешнего обмена (ЖКТ) , в клетке гликоген

распадается путем фосфоролиза с участием Н3РО4 (1,4 -гликозидная связь замещается на фосфоэфирную, продукт фосфоролиза гл -1- ф).
Фосфорилаза действует с нередуцирующего конца, чем больше степень ветвления, тем эффективнее процесс. «Разветвляющий» фермент, обладая двумя видами каталитической активности, переносит олигосахарид и гидролизует 1,6 связь. отщепляя свободную глюкозу.
Слайд 77

Слайд 78

Слайд 79

Слайд 80

Синтез гликогена Субстратом для синтеза гликогена является активированная форма глюкозы УДФ

Синтез гликогена

Субстратом для синтеза гликогена является активированная форма глюкозы УДФ -1

– глюкоза.
Гл ? гл-6 –ф ? гл-1-ф; гл-1-ф + УТФ ?УДФ-1-гл +ФФ
фосфоглюкомутазная реакция связывает гликолиз и гликогенез;(гл-1- ф ? ? гл – 6 ф).
Синтез гликогена осуществляется с участием олигосахаридной «затравки»,ассоциированной с белком (гликогенин, обладающий трансферазной активностью, ковалентно связывающий остаток глюкозы);
Слайд 81

Слайд 82

Слайд 83

Слайд 84

Синтез гликогена Синтез гликогена осуществляется ферментами: ГЛИКОГЕНСИНТАЗОЙ и амило -1,4 -

Синтез гликогена

Синтез гликогена осуществляется ферментами: ГЛИКОГЕНСИНТАЗОЙ и амило -1,4 - 1,6

–гликозилтрансферазой
Гликогенсинтаза образует 1,4 гликозидные связи и наращивает линейные участки гликогена (до 11 остатков глюкозы);
Гликозилтрансфераза гидролизует 1,4 связь и переносит тетрасахаридный остаток с образованием 1,6 связи (ветвление).
Слайд 85

Регуляция метаболизма гликогена Синтез и распад гликогена регулируются по одним и

Регуляция метаболизма гликогена

Синтез и распад гликогена регулируются по одним и тем

же механизмам (фосфорилирование-дефосфорилирование ключевых ферментов), но противоположно (реципрокно!), все регуляторные ферменты ассоциированы с гранулой гликогена (не разделены мембраной).
АТФ/АДФ, глюкоза-6-Ф – аллостерические регуляторы гликогенсинтазы и фосфорилазы.
В печени, в абсорбтивном периоде преобладает синтез гликогена под влиянием инсулина, в постабсорбтивном – распад гликогена под влиянием глюкагона. В в мышцах процесс регулируется адреналином и кальцием.
Слайд 86

Регуляция метаболизма гликогена Гликогенсинтаза ингибируется фосфорилированием при участии фосфопротеинкиназы и активируется

Регуляция метаболизма гликогена

Гликогенсинтаза ингибируется фосфорилированием при участии фосфопротеинкиназы и активируется

дефосфорилированием при участии протеинфосфатазы. В случае гликогенфосфорилазы – наоборот). Инсулин увеличивает активность фосфодиэстеразы, снижая в клетке концентрацию цАМФ и активность ФПКА; а также активирует фосфопротеинфосфатазы.
Адреналин ( в мышцах и жировой ткани), глюкагон (в печени) по аденилатциклазному механизму увеличивают активность ФПКиназы, киназы фосфорилазы и гликогенфосфорилазы; ингибируя активность фосфатаз и гликогенсинтазы.
Слайд 87

Регуляция метаболизма гликогена В мышцах: В состоянии покоя гликогенфосфорилаза аллостерически активируется

Регуляция метаболизма гликогена

В мышцах:
В состоянии покоя гликогенфосфорилаза аллостерически активируется АМФ;
При слабых

и умеренных мышечных сокращениях киназа фосфорилазы активируется ионами кальция;
В экстремальном состоянии адреналин через цАМФ активирует ФПКиназу.
Слайд 88

Слайд 89