Слайд 1Углеводный обмен (часть I): краткая химическая характеристика углеводов; роль углеводов
в организме; гликолиз, полное аэробное окисление глюкозы.
Дополнительные метаболические пути, ассоциированные
с гликолизом
Слайд 2Роль углеводов в организме
Энергетическая. За счет окисления углеводов удовлетворяется примерно
половина всей потребности человека в энергии. В энергетическом обмене главная
роль принадлежит глюкозе и гликогену.
Структурная. Углеводы входят в состав структурно-функциональных компонентов клеток. К ним относятся пентозы нуклеотидов, углеводы гликолипидов и гликопротеинов, гетерополисахариды межклеточного вещества.
Защитная. Углеводы участвуют в антигенном маркировании клеток в составе иммуноглобулинов, определяют строение и функции большинства клеточных рецепторов.
Антикоагулянтная. Гепарин (гетерополисахарид) препятствует свертыванию крови.
Слайд 3Роль углеводов в организме
Осморегуляторная. Углеводы обладают высокой осмотической активностью.
Обезвреживающая. Глюкуроновые
кислоты участвуют в детоксикации токсинов.
Пластическая. Углеродный скелет углеводов может использоваться
для синтеза соединений других классов, в частности некоторых жирных кислот и аминокислот.
Слайд 4Источники углеводов
Собственный синтез (глюконеогенез, пентозофосфатный цикл, взаимопревращение фосфогексоз друг в
друга) – способен ПОЛНОСТЬЮ удовлетворить потребность организме в углеводах, за
исключением аскорбиновой кислоты.
Пищевые источники
Слайд 5Изомерия углеводов в организме
В норме более 90% моносахаров представлены циклотаутомерами.
У циклотаутомеров гексоз (кроме фруктозы) преобладают пиранозные циклы.
Из них более
60% представляют собой β-аномеры.
В организме усваиваются только D-сахара
Слайд 6Специфичность действия ферментов углеводного обмена
Таким образом, ферменты, осуществляющие углеводный обмен,
обладают высокой пространственной специфичностью: связывают в своем активном центре D-циклотаутомеры
моносахаридов, преимущественно в форме β-таутомеров.
Слайд 7Переваривание и всасывание углеводов
Ротовая полость
Амилаза, мальтаза
12-перстная кишка
Амилаза pancreas
Тонкий кишечник
Дисахаридазы (лактаза,
мальтаза, сахараза, изомальтаза)
Полостное переваривание
Пристеночное переварование
Слайд 8Полостное и пристеночное переваривание
Ферменты находятся в растворе в свободном виде
Потери
ферментов высокие
Всасывание продуктов переваривания происходит медленно
Фермент связан с гликопротеиновыми нитями
ГЛИКОКАЛИКСА на мембране энтероцита
Потери ферментов очень низкие
Всасывание происходит очень быстро, т.к. процесс идет на мембране
Слайд 9Всасывание углеводов в тонком кишечнике
Эффективно всасываются только моносахариды
Всасывание МС ассоциировано
с транспортом натрия в энтероцит: через натриевый канал вместе с
натрием проникает и глюкоза (СИМПОРТ), а затем избыток натрия выводится АТФазой
Слайд 10Транспорт глюкозы через иные клеточные мембраны
Осуществляется специальным интегральным белком клеточных
мембран: Glucose Transporter (GluT).
Известно несколько изоформ GluT, отличающихся чувствительностью к
концентрации глюкозы и инсулина.
Слайд 11Транспорт глюкозы через иные клеточные мембраны
В нервной ткани работает GluT,
активирующийся при минимальных концентрациях глюкозы и практически не зависящий от
инсулина pancreas. Это позволяет мозгу захватывать глюкозу, даже если ее уровень в крови критически низкий
Слайд 12Транспорт глюкозы через иные клеточные мембраны
В жировой ткани GluT инактивируется
при недостатке инсулина, транспорт глюкозы в адипоцит прекращается
В печени GluT
сохраняет активность при высоких концентрациях глюкозы в крови, его работа активируется инсулином, но в отсутствие инсулина транспорт глюкозы в клетку возможен
Слайд 15Блокада глюкозы в клетке
Маленькая незаряженная молекула глюкопиранозы способна путем диффузии
вновь покидать клетку.
Чтобы глюкоза оставалась в клетке, ее надо перевести
в заряженную форму (обычно глюкозо-6-фосфат)
Эта реакция называется блокирующей, или запирающей.
Слайд 17Дальнейшие пути использования глюкозо-6-фосфата в клетках
Гликолиз и полное аэробное окисление
глюкозы
Пентозофосфатный цикл (частичное окисление глюкозы до пентоз)
Синтез гликогена
Синтез глюкуроновой кислоты
Образование
эпимеров глюкозы
Слайд 18Гликолиз. Суммарное уравнение.
Гликолиз (брожение)— это катаболический путь обмена веществ в
цитоплазме; он, по-видимому, протекает почти во всех организмах и клетках
независимо от того, живут они в аэробных или анаэробных условиях.
Глюкоза+2АТФ→→2Лактат+4АТФ
Слайд 19Стадии гликолиза
Подготовительная стадия (протекает с затратой двух молекул АТФ)
Глюкоза+АТФ→глюкозо-6-фосфат→
Фруктозо-6-фосфат+АТФ→фруктозо-1,6-дифосфат
Ферменты: глюкокиназа;
фосфофруктоизомераза;
Фосфофруктокиназа – ключевой регуляторный фермент гликолиза. Определяет скорость всех последующих
реакций.
Слайд 21Стадия образования триоз (расщепление глюкозы на 2 трехуглеродных фрагмента)
Фруктозо-1,6-дифосфат→глицероальдегид-3-фосфат+диоксиацетонфосфат
Диоксиацентофосфат→глицероальдегид-3-фосфат, поэтому
далее во всех реакция ставится коэффициент 2
Ферменты: Альдолаза
Триозофосфатизомераза
Слайд 23Окислительная стадия гликолиза (дает 4 моль АТФ на 1 моль
глюкозы)
2 глицероальдегид-3-фосфата+2НАД++2Pi→
2 1,3-дифосфоглицерата+2НАДН*Н+
2 1,3-дифосфоглицерата +2 АДФ→2 3-фосфоглицерата +2 АТФ
Ферменты: дегидрогеназа
глицероальдегид-3 фосфата
фосфоглицераткиназа
Слайд 24Окислительная стадия гликолиза
2 3-фосфоглицерата→2 2-фосфоглицерата→2 фосфоенолпирувата (ФЭП)+2 Н2О
2 ФЭП +2
АДФ→2 ПВК +2 АТФ
2 ПВК + 2 НАДН*Н+→2 лактата +
2НАД+
Ферменты: фосфоглицератмутаза (изомераза)
Фосфоенолпируваткиназа (второй регуляторный фермент гликолиза)
Лактатдегидрогеназа (ЛДГ)
Слайд 25Значение гликолиза
Гликолиз представляет собой независимый от митохондрий путь получения АТФ
в цитоплазме (2 моль АТФ на 1 моль глюкозы)
Если гликолиз
протекает до лактата, то в процессе происходит «регенерация» НАД+ без участия тканевого дыхания
Слайд 26Значение гликолиза
В клетках, не содержащих митохондрий (эритроциты, сперматозоиды),гликолиз является единственным
способом синтеза АТФ
При отравлении митохондрий угарным газом и другими дыхательными
ядами гликолиз позволяет выжить
Слайд 27Регуляция гликолиза
Скорость гликолиза снижается, если в клетку не поступает глюкоза
(регуляция количеством субстрата), однако вскоре начинается распад гликогена и скорость
гликолиза восстанавливается
Слайд 28Регуляция гликолиза
2 фермента гликолиза (фосфофруктокиназа и пируваткиназа) являются аллостерическими ферментами,
использующими механизм ретроингибирования:
Фосфофруктокиназа снижает активность при накоплении АТФ (конечный продукт
гликолиза) и цитрата
Слайд 29Регуляция гликолиза
Пируваткиназа снижает активность в присутствии АТФ и ацетилСоА
Оба фермента
активируются в присутствии АМФ (сигнал недостатка энергии)
Слайд 30Регуляция гликолиза с помощью гормонов
Стимулируют гликолиз
Инсулин (активирует синтез глюкокиназы, фосфофруктокиназы,
пируваткиназы)
Адреналин (стимулирует распад гликогена; в мышцах при этом образуется глюкозо-6
фосфат и происходит активация гликолиза субстратом).
NB!!! В печени адреналин НЕ активирует гликолиз!!!
Ингибирует гликолиз
Глюкагон (репрессирует ген пируваткиназы;
переводит пируваткиназу в неактивную форму, действуя через каскадный механизм)
Слайд 31Пути, ассоциированные с гликолизом
Некоторые промежуточные продукты гликолиза могут выводиться из
процесса для превращения в важные регуляторные метаболиты
Слайд 32Пути, ассоциированные с гликолизом
Фруктозо-6-фосфат частично превращается во фруктозо-2,6-дифосфат. Это вещество
является аллостерическим активатором фосфофруктокиназы и аллостерическим ингибитором глюконеогенеза (процесс, обратный
гликолизу)
Слайд 33Пути, ассоциированные с гликолизом
1,3-дифосфоглицерат также частично выводится из гликолиза и
превращается в 2,3-дифосфоглицерат – аллостерический активатор диссоциации оксигемоглобина на кислород
и свободный гемоглобин
Слайд 34Полное аэробное окисление глюкозы
Благодаря активности митохондрий, можно полностью окислить глюкозу
до углекислого газа и воды.
В этом случае гликолиз является первым
этапом окислительного метаболизма глюкозы.
Слайд 35Полное аэробное окисление глюкозы
Перед включением митохондрий в ПАОГ следует превратить
гликолитический лактат в ПВК.
При работе ЛДГ образуется НАДН*Н+ в цитоплазме.
Если протоны, акцептированные НАД+ перенести в митохондрию, то удастся использовать их в тканевом дыхании
Для переноса протонов из цитоплазмы в митохондрии служит специальный челночный механизм – малатный челнок
Слайд 36Работа малатного челнока (цитоплазма)
При превращении лактата в ПВК образуется НАДН*Н+
в цитоплазме
Параллельно в цитоплазме с помощью аспартатаминотрансферазы (АсТ) образуется ЩУК
(оксалоацетат)
Цитоплазматический изофермент малатдегидрогеназы с помощью НАДН превращает ЩУК в малат
Слайд 37Работа малатного челнока (митохондрии)
Малат проникает через мембраны митохондрий с помощью
переносчика
Митохондриальный изофермент малатдегидрогеназы превращет малат в ЩУК, отдавая протоны на
митохондриальный НАД+
Образуется митохондриальный НАДН*Н+, который включается в тканевое дыхание