ГЛИКОЛИЗ – специфический путь катаболизма глюкозы Роль : АДФ Подготовительная стадия (дихотомического распада и образования 2 -х молекул глицеральдегид-3 -фосфата, с потерей 2 молей АТФ (в 1 и 3 -й реакциях)) – обеспечение энергией! -некоторые метаболиты используются для синтеза соединений других классов (глюкозо-6 фосфат, глицеральдегид-3 -фосфат – с/з фосфопентоз; диоксиацетонфосфат – с/з глицерол-3 -фосфата, в аэробных усл. пируват → Ацетил Ко. А – с/з высших жирных кислот; 3 фосфоглицерат – с/з серина, глицина, цистеина) АДФ а ХН 2 Х NAD 2 Н 2 О ЦПЭ, 2 х3 АТФ NADH 2 ½О 2 АТФ 2 Стадия гликолитической оксидоредукции (все реакции протекают дважды, т. ч. и субстратного фосфорилирования (№ 7, 10), где нарабатываются 4 моля АТФ) Мембрана митохондрии Цитозоль АТФ СО 2 Общий путь 2 катаболизма + ЦПЭ 2 х15 АТФ Н 2 О
ГЛЮКОЗА Глюкозо-6 -фосфат +О 2 2 Пирувата 2 НАД 2 НАДН 2 =2 (ЦПЭ, 3 АТФ) -О 2 2 Пирувата NB! В анаэробных условиях гликолиз заканчивается образованием двух молекул лактата. Т. к. ЦПЭ из-за дефицита кислорода не активны и цитозольный НАДН 2 используется ЛДГ для восстановления двух молекул пирувата до лактата, то энергетический баланс анаэробного гликолиза составляет ( 2 х 2 АТФ (реакции субстратного фосфорилирования - № 7, 10) – 2 АТФ (реакции № 1 и 3) ) = 4 АТФ. 2 Лактата 2 Ацетил. SKo. A ЦТК 2 х (СО 2, Н 2 О, 12 АТФ) NB! В аэробных условиях к моменту образования пирувата цитозольный NADH 2 успевает передать Н 2 в митохондрии, в ЦПЭ, что сопровождается синтезом 2 х3 = 6 АТФ, а гликолиз заканчивается образованием двух молекул пирувата и также синтезом 2 х2 +2 х3 = 10 АТФ (см. рис. выше). Затем в общих путях катаболизма в пируватдегидрогеназном комплексе происходит окислительное декарбоксилирование пирувата до Ацетил Ко. А и сгорание последнего в цикле Кребса. Как показано выше, благодаря дыхательным цепям (ЦПЭ) и сопряженному с ними окислительному фосфорилированию при полном окислении каждой молекулы пирувата нарабатывается 15 моль АТФ (2 х15 = 30 АТФ). Поэтому при полном окислении глюкозы до СО 2 и воды синтезируется 40 АТФ, а баланс энергии 40 АТФ – 2 АТФ (1, 3 реакции гликолиза) = 38 АТФ. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС аэробного и анаэробного катаболизма глюкозы
ГЛИКОЛИЗ и ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ АДФ - 11) - АДФ Глицерол-3 фосфат - - 12) - - 13) Фруктозо-1, 6 -дифосфат → Фруктозо-6 -фосфат + Н 3 РО 4 АТФ 7 14) фруктозо-1, 6 -дифосфатаза Глюкозо-6 -фосфат → Глюкоза + Н 3 РО 4 глюкозо-6 -фосфатаза Процессы антипараллельны, но, поскольку, в гликолизе 3 реакции могут протекать лишь в одном направлении (№ 1, 3, 10), то в глюконеогенезе они заменены на 4 специфические для глюконеогенеза реакции (№ 11, 12, 13, 14). Конечные продукты гликолиза (лактат или пируват), являются, наоборот, субстратами для глюконеогенеза, как и глюкогенные аминокислоты, и глицерин жиров. Продукт – глюкоза. Следовательно, глюконеогенез – синтез эндогенной глюкозы из неуглеводных компонентов – лактата, пирувата, аминокислот и глицерина. Энергозатраты в пересчете на 1 молекулу глюкозы из 2 -х молекул пирувата составляют: 2 х (№ 11, 12, 7 )
РЕГУЛЯЦИЯ ГЛИКОЛИЗА 1 ГЕКСОКИНАЗА 2 ФОСФОФРУКТОКИНАЗА АДФ 1 + - 4 ПИРУВАТКИНАЗА Глюкозо-6 -фосфат Цитрат - и ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА АМФ 2 + ингибитор, « + » - - активатор + Глюконеогенез: первая реакция митохондрии ( пируваткарбоксилазная), остальные – цитозоль. В основном протекает в печени, менее интенсивно в почках и слизистой кишечника. За сутки возможно образование до 100 гр глюкозы. 3 - АМФ Фосфоенолпируват Локализация процессов Гликолиз – цитозоль клеток большинства тканей, как этап аэробного окисления глюкозы. Анаэробный гликолиз - в первые минуты интенсивной работы в мышцах; в эритроцитах; в тканях при их гипоксии; в опухолях АТФ + Фруктозо-1, 6 -дифосфат биотин) « -» Цитрат + Фруктозо-6 -фосфат АТФ - 3 ФРУКТОЗО-1, 6 -ДИФОСФАТАЗА 5 ПИРУВАТКАРБОКСИЛАЗА (кофермент- Глюкоза Оксалоацетат АДФ 4 + Пируват АТФ Ацетил Ко. А - АДФ 5 - Ацетил Ко. А + ГЛИКОЛИЗ ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ
Цикл Кори – ГЛЮКОЗО – ЛАКТАТНЫЙ цикл Роль – 1) утилизация лактата, предотвращение развития лактоацидоза (снижение р. Н из-за избытка лактата), 2) восполнение уровня глюкозы Мышцы Печень Глюкоза Это трансорганный (печень, мышцы) цикл, обеспечивающий восполнение эндогенной глюкозы (в реакциях глюконеогенеза, идущего в печени) из продукта ее катаболизма – лактата ( образующегося в интенсивно работающих мышцах в ходе гликолиза). Лактат поступает в кровь, затем в печень, где соотношение НАДН/ НАД+ ниже и равновесие лактатдегидрогеназной реакции смещено в сторону образования пирувата. Затем, в ходе реакций глюконеогенеза, из пирувата образуется Глюкоза. Она поступает в кровь и может быть опять использована скелетными мышцами. Гликолиз (+2 АТФ) Глюконеогенез ( - 6 АТФ) 2 Лактата Роль глюконеогенеза – поддержание нормогликемии в крови (концентрация глюкозы в крови в норме = 3, 3 – 5, 5 ммоль/л) при интенсивных мышечных нагрузках (преимущественно за счет избытка лактата), а также в период длительного голодания (за счет глицерина жиров, глюкогенных аминокислот)
ВКЛЮЧЕНИЕ УГЛЕВОДОВ В ГЛИКОЛИЗ Фруктоза ГЛЮКОЗА Гликоген (без траты АТФ!) Глюкозо-1 -фосфат 1 1* - АТФ Глюкозо-6 -фосфат 1* - АТФ Фруктоза может фосфорилироваться под действием гексокиназы (1 *) с образованием фруктозо-6 -фосфата, т. о включаться в гликолиз (баланс энергии + 2 АТФ ). - АТФ Фруктозо-1 -фосфат 2 Фруктозо-6 -фосфат Гликогенолиз (+3 АТФ) ! 3 - АТФ Фруктозо-1, 6 -дифосфат 2 Диоксиацетонфосфат Глицеральдегид 3 - АТФ Гликогенолиз, Глицеральдегид-3 -фосфат 4 Диоксиацетонфосфат т. о. после фосфоглюкомутазной реакции совпадает с 5 Глицеральдегид-3 -фосфат гликолизом, но затраты АТФ меньше. (образуется 2 глицеральдегид-3 -фосфата) В печени, почках и кишечнике (NB! - ткани где осуществляется глюконеогенез!) имеется абсолютно Поэтому баланс специфичная фруктокиназа (1), при этом фруктозо-1 энергии = +3 АТФ (№ 7 и 10 = + (2 х 2 АТФ) - фосфат не может превращаться в фр-6 -фосфат. Под действием альдолазы фруктозо-1 - фосфата (2) превращается в диоксиацетонфосфат и 2 ЛАКТАТ глицеральдегид, который может фосфорилироваться. Образованные таким образом 2 фосфотриозы далее могут распадаться по гликолитическому пути, но в Гликолиз основном они далее участвуют в (+2 АТФ) глюконеогенезе, протекающем в этих тканях. При этом затраты АТФ меньше - 2 АТФ! ( но не 6 АТФ см. выше слайд 13)
НАРУШЕНИЯ МЕТАБОЛИЗМА ФРУКТОЗЫ 1 – недостаточность фруктокиназы. Эта безвредная аномалия, сопровождающаяся фруктоземией и фруктозурией, должна быть отдифференцирована от сахарного диабета. 2 – наследственная непереносимость фруктозо-1 -фосфатальдолазы = наследственная непереносимость фруктозы! Проявится с введением в рацион ребенка соков, фруктовых пюре, содержащих сахарозу, следовательно и фруктозу. В течение 30 минут после такого прикорма появляются рвота, боли в животе, диарея, гипогликемия и даже кома, и судороги! Если не исключить фруктозу, то развивается хроническое поражение печени, почек. В данной случае причиной гипогликемии и ее проявлений является ингибирование фруктозо-1 -фосфатом фосфоглюкомутазы. Поэтому происходит торможение распада гликогена на стадии образования глюкозо-1 -фосфата Фруктоза 1 фруктокиназа - АТФ Фруктозо-1 -фосфат 2 фруктозо-1 фосфат альдолаза Диоксиацетонфосфат Глицеральдеги д 3 - АТФ Глицеральдегид-3 -фосфат NB! Фруктозо-1 -фосфат – ингибитор фосфоглюкомутазы, превращающей глюкозо-1 -фосфат в глюкозо-6 -фосфат!
МЕТАБОЛИЗМ ГАЛАКТОЗЫ Галактитол ( в избытке – гипергидратация и катаракта) Альдоредуктаза хрусталика, ОВР Активация галактозы осуществляется в ходе галактокиназной реакции (1). NB! Галактоза является эпимером глюкозы, отличаясь расположением групп Н- и ОН- у С 4 атома. Переход ее в глюкозу возможен в реакции эпимеризации, но только с УДФ-глюкозой (метаболит синтеза гликогена). В реакции 2 происходит перенос уридильного остатка на галактозу (2 – галактозо-1 фосфатуридилтрансфераза (ГАЛТ) ). (В период лактации для синтеза лактозы благодаря этой обратимой реакции может нарабатываться эндогенная галактоза. ) Продукты – УДФ-галактоза и глюкозо-1 фосфат. Последний может поступать в свои различные метаболические пути. Наконец, уридилфосфат-4 -эпимераза (3) превращает свой субстрат в УДФ-глюкозу. NB! Галактозо-1 -фосфат – также является ингибитором фосфоглюкомутазы, превращающей глюкозо-1 -фосфат в глюкозо-6 фосфат! Глактоземия – дефект ГАЛТ. В крови, моче много галактозы и ее фосфата. Ранние симптомы – рвота, диарея. В тканях глаза гипергидратация – ранняя катаракта. Гепатомегалия. Развитие отека мозга, задержка умственного развития.
ПФЦ (ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ ПРЕВРАЩЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ) наряду с гликолизом и синтезом гликогена является основным путем использования глюкозы. Синонимы – «путь прямого окисления глюкозы» , «апотомический распад глюкозы» , «гексозомонофосфатный шунт» . Роль ПФЦ – 1) обеспечение клеток фосфопентозой (рибозо-5 -фосфатом) для синтеза пуриновых, пиримидиновых нуклеотидов (возможно их дальнейшее участие в синтезе ДНК, РНК), 2)генерация восстановленных форм НАДФ = НАДФН+Н+ , используемых затем в восстановительных процессах. Локализация процесса – цитозоль(как и гликолиз) адипоцитов, гепатоцитов, клеток коры надпочечников, в эритроцитах, клетках молочной железы в период лактации, семенниках. Выделяют две стадии – окислительный этап (нарабатывается 2 НАДФН+Н+ ) и неокислительный (образуется рибозо-5 -фосфат). NB! Возможно протекание одного из этапов, в зависимости от потребностей клеток. Окислительный этап включает 2 реакции дегидрирования: (1 –глюкозо-6 фосфатдегидрогеназа (Г 6 ФДГ регуляторный фермент, кофермент НАДФ +, ингибитор НАДФН+Н+) –реакция позволяет говорить о ПФЦ, как о «пути прямого окисления глюкозы» . 3 -я реакция ПФЦ – окислительного декарбоксилирования (6 фосфоглюконатдегидрогеназа, кофермент НАДФ+ ) или реакция «апотомического распада глюкозы» . Суммарное уравнение окислительного этапа: Глюкозо-6 -фосфат +2 НАДФ + Н 2 О → Рибулозо-5 фосфат + 2 (НАДФН+Н+) + СО 2. НАДФН+Н + необходим для:
Неокислительный этап (образуется рибозо-5 -фосфат, в качестве промежуточных продуктов этого этапа образуются фруктозо-6 фосфат, глиферальдегид-3 -фосфат общие метаболиты, позволяющие переключаться при изменении потребностей клетки на гликолиз, т. е. работать как «гексозомонофосфатный шунт» ). Суммарное уравнение этапа: NB! Если потребности клетки в НАДФН незначительны, то окислительный этап не осуществляется (НАДФНингибирует Г 6 ФДГ). Поэтому рибозо-5 -фосфат образуется за счет обратимых реакций этого этапа, используя в качестве субстратов метаболиты гликолиза - фруктозо-6 фосфат, глицеральдегид-3 -фосфат (при этом последовательность превращений следующая: 2 фруктозо -6 -фосфат + глицеральдегид-3 фосфат → рибозо-5 - фосфат + 2 ксилулозо-5 -фосфат; 2 ксилулозо-5 фосфат → 2 рибулозо-5 - фосфат → 2 рибозо-5 - фосфат.
Этапы составляют вместе циклический процесс. Суммарное уравнение : 6 Глюкозо-6 -фосфат +12 НАДФ + 2 Н 2 О → 12 (НАДФН+Н+) + 6 СО 2 + 5 глюкозо-6 -фосфат. Т. е из 6 молекул рибулозо-5 -фосфата в ходе второго этапа образуется 5 молекул глюкозо-6 -фосфата, а единственным «полезным» продуктом является (НАДФН+Н +). Такой процесс и называют ПФЦ (происходит генерация НАДФН+Н+ без накопления пентоз, характерная для жировой ткани). Дефект Г 6 ФДГ - гемолитическая анемия. ПФЦ- единственный источник НАДФН+Н+ в эритроцитах, являющегося коферментом для глутатионредуктазы. Фермент обеспечивает регенерацию восстановленного глутатиона (Г-SH). Это трипептид (глутамил-цистеинил-глицин), содержащий серу цистеина. Необходим в глутатионпероксидазной реакции для нейтрализации активных форм кислорода (образуются из-за неферментативного окисления гемоглобина Hb(Fe 2+ ) в метгемоглобин (Fe 3+ )). При этом сам глутатион окисляется, поэтому необходимо его последующее гидрирование. Из-за дефекта Г 6 ФДГ не происходит адекватного восполнения НАДФН+Н+, поэтому может накапливаться окисленный Hb (Fe 3+ ), при этом снижается пластичность мембраны, т. е. деформабельность эритроцитов, с последующим ее повреждением. Прием препаратов, усиливающих окислительные процессы в эритроцитах, пациентами с врожденным дефектом Г 6 ФДГ может сопровождаться гемолитическим кризом. Такими препаратами являются сульфаниламиды, аспирин и ранее широко применявшийся антималярийный примахин.
Скачать презентацию ГЛИКОЛИЗ специфический путь катаболизма глюкозы Роль
metabolism carbohydrates-2.ppt