Слайд 1Углеводы и обмен углеводов
Строение и классификация углеводов. Физико-химические свойства.
Функции углеводов
в организме.
Внешний обмен. Значение углеводных компонентов пищи. Нормы потребления. Амилазы,
дисахаридазы. Всасывание продуктов гидролиза.
Фосфорилирование и дефосфорилирование сахаров. Значение.
Взаимопревращения сахаров. Эпимеразы, изомеразы, УДФ- трансферазы. Глюкоза – основной углевод в промежуточном обмене.
Транспорт глюкозы в клетки. ГЛЮТы. Инсулин-зависимые и независимые ткани.
Промежуточный обмен глюкозы. Соотношение катаболических и анаболических процессов. Расходование глюкозы в различных метаболических процессах.
Гликолиз. Определение. Значение. Два этапа. Ключевые ферменты. Конечные продукты. Регуляция.
Особенности гликолиза в разных тканях. Шунты. Пентозофосфатный путь метаболизма. Шунт Раппопорта в эритроцитах.
Аэробный метаболизм глюкозы. Окисление пирувата. Мультиферментный комплекс. Механизм реакций. Регуляция.
Цикл трикарбоновых кислот – общая стадия катаболизма аминокислот, глюкозы и жирных кислот. Значение. Механизм реакций. Локализация. Энергетический выход.
Слайд 2Углеводы 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 3Углеводы 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 9Протеогликановый агрегат из эпифизарного хряща
Слайд 10Функции 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 11Функции углеводов
Модификация белков – гликозилирование (норма и патология);
Углеводы – как
лекарственные препараты (глюкоза, гепарин, гликозиды, гиалуроновая кислота, глюконат кальция, ксилитол,
сорбитол, фруктоза, реополиглюкин).
Слайд 12Внешний 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 13Промежуточный обмен углеводов
Катаболизм:
Гликолиз и пентозофосфатный шунт
Окисление пирувата и ЦТК
Гликогенолиз
(расщепление гликогена)
Анаболизм:
Синтез гликогена
Глюконеогенез
Пентозофосфатный шунт
Слайд 14Особенность 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 15Взаимопревращения 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 16Расходование 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 17ГЛИКОЛИЗ
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 30Гликолиз, 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 32Особенности 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 33ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ 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 41Шунт 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 43Аэробный 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 50Окисление 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 51Структура 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 52Ацетил-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 53Цикл 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 58α –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 59Субстратное 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 62Функции 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 63Глюконеогенез
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 68Перемещение 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 69Ферменты 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 72Метаболизм 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 76Фосфоролиз 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 80Синтез 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 84Синтез 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 85Регуляция 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 86Регуляция 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 87Регуляция 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 90Гомеостаз глюкозы
3,8 -6,1 ммол/л – нормальное содержание глюкозы в крови
(натощак).
Все нейроэндокринные механизмы участвуют в поддержании этого гомеостаза.
Запасы глюкозы (гликоген)
для нужд организма создает печень под влиянием инсулина в абсорбтивный период. Мобилизация гликогена из печени происходит под действием глюкагона (голод) или под влиянием адреналина (при мышечных нагрузках или остром стрессе).
При хронической нагрузке под влиянием глюкокортикоидов активируется глюконеогенез в печени. Инсулин ингибирует ферменты глюконеогенеза.
ТТГ и тиреоиды увеличивают всасывание глюкозы в кишечнике, активируют инсулиназу, снижая концентрацию инсулина .
СТГ способствует гипергликемии, активируя выброс глюкагона.
