Лекция 6 Введение в обмен веществ Обмен углеводов

Лекция 6 Введение в обмен веществ Обмен углеводов, промежуточный обмен

План лекции 1. Введение в обмен веществ 2. Углеводы пищи и их роль 3. Переваривание и всасывание углеводов 4. Промежуточный обмен 5. Превращение глюкозы в тканях 6. Выделение конечных продуктов обмена углеводов

Цель лекции • 1. Дать понятие основным этапам метаболизма q 2. Показать значение печени в обмене углеводов q 3. Показать пути окисления глюкозы, значение этих процессов

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ (МЕТАБОЛИЗМ) • Метаболизм – совокупность тесно связанных между собой и противоположно направленных двух процессов: • ассимиляции (анаболизма) – процесса синтеза в клетках и тканях из мелких молекул более крупных, идущих с поглощением энергии • и катаболизма (диссимиляции) – процесса распада крупных молекул на более мелкие, сопровождающихся выделением энергии.

Введение в обмен веществ Обмен веществ – это совокупность тесно связанных между собой противоположных процессов – Ассимиляции (анаболизм) диссимиляции (катаболизм).

• И. М. Сеченов считал, что основная цель физиологии – описание судьбы в организме попавших извне веществ: «Проследить судьбу внешних веществ при их превращении в организме, значить описать всю жизни и ее суть» .

• Для обмена веществ характерно многоступенчатое динамическое равновесие, • саморегуляция, • чрезвычайная сложность и взаимосвязь, • поразительная экономичность.

• Обмены всех веществ (белков, углеводов, липидов, витаминов, гормонов, воды и минеральных веществ) тесно переплетены и составляют единое целое, Их разделение на отдельные виды обмена чисто условное. • В каждом виде обмена выделяют условно четыре этапа:

Этапы обмена веществ 1 этап – переваривание – механическое и ферментативное расщепление сложных веществ которое происходит в ЖКТ под действием соответствующих гидролаз;

2 -ой этап - Всасывание – транспорт продуктов распада из просвета кишечника во внутреннюю среду организма.

3. этап – промежуточный обмен – превращение в клетках или тканях организма всасывающихся веществ: 4 этап – выделение конечных продуктов обмена.

ОБМЕН УГЛЕВОДОВ

• Термин «углеводы» , предложенный в ХIХ столетии, был основан на предположении, что все углеводы содержат два компонента – • Углерод и воду и их элементарный состав можно выразить общей формулой (СН 2 О)n

Углеводы можно разделить на три основные группы в зависимости от количества составляющих их мономеров: • Моносахариды • Олигосахариды • полисахариды

Моносах Дисахаридт Полисахаридтер ер Гомополисаха Гетерополисах ридтер аридтер (гликозамингл икандар) 1. гексозал 1. мальтоза ар: 2. лактоза А)глюкоза 3. сахароза Б)фруктоза В)галактоз а 1. крахмал 2. гликоген 3. целлюлоза 1. гиалурон қышқылы 2. хондроитинк үкірт қышқылы 3. гепарин

2. пентоза лар: а) рибоза б)дезокс ирибоза 3. триозала р: а)глицерал ьдегид б)диоксиа цетон

Углеводы пищи и их роль Углеводы поступают с пищей наряду с белками и липидами. Их соотношение в пище – (Б: Л: У) – 1: 1: 4. v Различают следующие пищевые углеводы 80% приходится на долю крахмала – резервного полисахарида растений. В продуктах животного происхождения содержится гликоген – «животный крахмал» . v

крахмал • Представляет собой разветвленный полисахарид, мономером которого является глюкоза. • Мономеры линейных участков соединены α 1, 4 -гликозидными связями, а в местах разветвления α 1, 6 -связью. • Крахмал поступает в составе растительной пищи.

лактоза • Содержится в молоке и является основным углеводом в питании грудных детей. • Лактоза – Д-галактоза+Д-глюкоза, связанные β 1 -4 гликозидной связью

сахароза • Дисахарид растений, особенно ее много в сахарной свекле и сахарном тростнике • Сахароза – Д-глюкоза + Д-фруктоза • Связь α, β 1 -2 -гликозидная связь

• Мальтоза поступает с продуктами, в которых крахмал частично гидролизован (солод, пиво) • Мальтоза – Д-глюкоза-Д-глюкоза • Моносахариды Глюкоза и фруктоза содержатся с меде и фруктах

Роль углеводов 1)энергетическая – 99% потребляемых углеводов используется на производстве свободной энергии; 2) пластическая , строительная, или структурная – ГАГи, ГП и другие белки ( почти все белки организма имеют в своем составе углеводы ), НК, липиды, Ко, глюкуронаты, ГЛ мембран ; 3) резервная – гликоген запас глюкозы; 4) сигнальная – углеводы входят в состав рецепторов ( их узнающей части ) и в состав ряда гормонов, например, в состав ТТГ, ФСГ. 5) Углеводы обеспечивают антигенность некоторых тканей

Переваривание В ротовой полости начинается переваривание крахмала и гликогена пищи под действием альфа-амилазы слюны. Крахмал α-амилаза мальтоза гликоген

В желудке нет гликозидаз, но пищевой комок продолжает перевариваться под действием альфаамилазы слюны до тех пор, пока не пропитается кислым содержимым желудка.

В кишечнике p. H 8, 0 -9, 0 и действие альфы-амилазы поджелудочной железы и оба фермента расщепляют крахмал и гликоген до мальтозы. В кишечнике мальтаза (образуется эндотелиальными клетками кишечника). Здесь же под влиянием лактазы кишечного сока лактоза расщепляется до галактозы и глюкозы. Под действием сахаразы кишечного сока сахароза расщепляется до фруктозы и глюкозы. Целлюлоза в ЖКТ не распадается из-за отсутствия соответствующих ферментов, ее роль заключается в активации перистальтики кишечника и очищении ворсинок кишечника. При переваривание НК образуется пентоза.

• Крахмал • Гликоген • • α-амилаза мальтоза Мальтоза мальтаза 2 глюкоза лактаза глю+галактоза Сахароза сахараза глю+фруктоза НК пентозы

2 этап - всасывание Моносахариды всасываются микроворсинками эпителия тонкого кишечника с различной скоростью. 1. галактоза, 2. глюкоза, 3. фруктоза 4. пентоза.

1. Галактоза 2. Глюкоза всасываются путем вторичного – активного транспорта с использованием энергии АТФ. При этом Na+ поступает в клетку по градиенту и «тащит» глюкозу за собой (вторично-активный транспорт). Градиент концентрации Na+ создается работой Na+К+АТФазы (первично-активный транспорт)

АТФ АДФ • 1. Галактоза гал-6 -фосфат АТФ АДФ • 2. глюкоза • 3. Фруктоза всасываются медленно • 4 Пентоза диффузно глю-6 -фосфат

Целлюлоза • Полисахарид растительной пищи – не расщепляется в ЖКТ • Непереваренная целлюлоза способствует нормальной перистальтике кишечника

• По v. Portae всосавшиеся моносахариды поступают в печень

Роль печени в обмене углеводов • 1. из фруктозы и галактозы в печени образуется глюкоза (глюкогенез) • 2. В печени осуществляется процесс окисления глюкозы • 3. Печень поддерживает на постоянном уровне содержание глюкозы в крови – • • • (3, 3 -6, 1 м. Моль/л) – глюкостатическая функция глюкоза 3, 3 -6, 1 м. Моль/л

• 3. Печень поддерживает на постоянном уровне содержание глюкозы в крови – • (3, 3 -6, 1 м. Моль/л) – глюкостатическая функция

Глюкостатическая функция печени заключается в поддержании уровня глюкозы в крови (3, 3 -6, 1 м. Моль/л) и обеспечивается тремя процессами: 1) гликогенезом, 2) гликогенолизом 3) глюконеогенез (синтез глюкозы из промежуточных продуктов распада белков, липидов, углеводов).

• • • гипогликемия • Гликогенолиз • глюконеогенез гликогенез гипергликемия 3, 3 -6, 1 м. Моль/л

Гликогенез – синтез гликогена • 5% глюкозы превращается в гликоген • 2/5 запасов гликогена откладывается в печени, • остальной гликоген откладывается в мышцах • и небольшое количество в других органах

гликогенез q qглюкоза АТФ АДФ гексокиназа гл-6 -ф • Гл-6 -ф фосфоглюкомутаза Гл-1 -ф • Гл-1 -ф + УТФ УДФ-глюкоза + Н 4 Р 2 О 7 • Гликоген (n)+УДФ-глюкоза гликогенсинтетаза гликоген (n+1) + УДФ

• • Глюкоза АТФ АДФ гл-6 -ф • Гл-6 -ф фосфоглюкомутаза гл-1 ф • УТФ Н 4 Р 2 О 7 • ГЛ-1 -Ф УДФ-глюкоза • УДФ-глюкоза УДФ • Гликоген (n) гликоген (n+1)

гликогенез Синтез и распад гликогена: 1)глюкокиназа, 2)УДФглюкопирофосфорилаза, 3) гликогенсинтетаза, 4) амило-1, 4 -1, 6 глюкозилтрансфераза, 5)гликогенфосфорилаза, 6) деветвящий фермент, 7)глюкозо-6 -фосфатаза (печень), 8) транспортные системы ГЛЮТ

Гликогенолиз • Гликогенолиз – распад гликогена с образованием свободной глюкозы • Совершается двумя путями: - Фосфоролиз - гидролиз

Гликогенолиз Фосфоролиз гидролиз

Фосфоролиз фосфорилаза • ГЛИКОГЕН Глюкоза-6 -Ф гл-6 -фосфатаза • Гл-6 -Ф Глюкоза Н 3 РО 4 Фермент Гл-6 -фосфатаза работает только в печени кровь

ГИДРОЛИЗ • Гликоген γ-амилаза Глюкоза

Судьба глюкозы в клетках • 1. источник энергии, глюкоза является основным источником энергии для головного мозга, который потребляет в сутки в покое 125 г глюкозы

• Углеводы пищи пентозы Гликоген АК липиды глюкоза ПВК нуклеотиды-(НК) другие моносах. гетерополисах лактат + АТФ СО 2+Н 2 О +36 -38 АТФ

• • 2. Служит источником образования других производных углеводов (пентозы, галактозамины, глюкуроновая кта и др. ) • 3. Липогенез • 4. Синтез заменимых аминокислот • 5. Синтез гликогена • 6. Окисление глюкозы в печени осуществляется двумя путями – гексозодифосфатным и пентозофосфатным

Глюконеогенез • Глюконеогенез – синтез глюкозы из промежуточных продуктов обмена представителей различных классов веществ: • из ПВК – (пировиноградная кислота), • из некоторых аминокислот, преимущественно из аланина

Пути окисления глюкозы • Распад глюкозы (окисление): идет 2 путями • - 2/3 глюкозы окисляется гликолитическим путем. • -1/3 глюкозы окисляется пентозофосфатным путем.

• Гликолитический путь окисления глюкозы в анаэробных условиях называется гликолизом. При гликолизе из 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы лактата и 4 АТФ. • При аэробном гликолизе из 1 молекулы глюкозы выделяется энергия достаточная для образования • 36 или 38 АТФ.

Гликолитический путь (реакции гликолиза) АТФ • 1. глюкоза АДФ Мg гл-6 -фосфат

2. Гл-6 -Ф Фр-6 -Ф

3. АТФ Фр-6 -Ф Mg АДФ Фр-1, 6 -диф

4. Фр-1, 6 -д альдолаза ДОАФ + 3 -ФГА

(ДОАФ ФГА)

5. 2 НАДН 2 2 ФГА+2 Н 3 РО 4 2(1, 3 дифосфогл. )

6. 2 АДФ 2(1, 3 -ДФГ) 2 АТФ 2 ( 3 -ФГ) О

7. 2 (3 -ФГ) 2 (2 -Фосфоглицерат)

8 2 (2 ФГ) 2 ФЭП нон

9. 2 АДФ 2 ФЭП 2 АТФ 2 ПВК

Энергетический баланс гликолиза • При анаэробном гликолизе выделяется 210 к. Дж энергии, 60% которой идет на образование 4 молекул АТФ. • Если процесс начинается с глюкозы, то на фосфорилирование глюкозы и фруктозофосфата затрачивается 2 молекулы АТФ, следовательно, запасаются 2 молекулы АТФ. • Если процесс начинается с гликогена, то расходуется 1 молекула АТФ на образование фруктозодифосфата и запасаются 3 молекулы АТФ.

• 10. В анаэробных условиях • 2 Пируват 2 лактат 2 НАДН 2 • СН 3 2 С=О СООН 2 НАД СН 3 2 СНОН СООН

(цикл Кори) мышцы кровь печень глюкоза Г глюко. Л нео. И генез К О Л И З лактат •

Синтез глюкозы (цикл Кори)

глюконеогенез • Синтез глюкозы из ПВК протекает, как при гликолизе, но в обратном направлении • Семь реакций гликолиза легкообратимы и используются в глюконеогенезе • Три киназные реакции необратимы • Какие?

Необратимые реакции гликолиза • 1. образование глюкозы из Гл-6 -Ф • 2. образование фруктозы из Фр-6 -Ф • 3. образование фосфоенолпирувата из пирувата

Значение анаэробного гликолиза • Гликолиз очень древний процесс, который возник еще тогда, когда в атмосфере Земли было очень мало кислорода. • Гликолиз энергетически мало выгоден, неэкономичен, требует больших количеств гликогена и глюкозы, приводит к образованию недоокисленных продуктов и по промежуточным продуктам подобен процессу брожения.

• 1. Протекает во всех клетках. Это аварийный путь: обеспечивает энергией организм в условиях гипоксии — в условиях высокогорья, интоксикации, анемии, болезнях органов дыхания, сердечно-сосудистой патологии. • 2. Некоторые его метаболиты используются на синтетические процессы и имеют пластическое значение: • триозофосфаты, пировиноградная, молочная кислоты. • В частности ПВК, лактат могут быть использованы в глюконеогенезе. Этот процесс осуществляется непрерывно, в основном в печени и почках.

В аэробных условиях • ПВК диффундирует в митохондрии (МХ) • СН 3 2 С=О СООН 2 НАДН 2 СН 3 2 С = О ~ SKo. A АУК 2 НSKo. A 2 СО 2

АУК поступает в ЦТК, где окисляется СН 3 2 С= О ~ SKo. A 2(2 CО 2 +3 НАДН 2+ФПН 2+АТФ) БО ОФ Восстановленные ДГ окисляются в цепи БО

• Гликолиз 2 АТФ • Окисл. декар. – 6 АТФ • ЦТК – 12 АТФ х 2 24 АТФ

Энергетический баланс • Гликолиз 4 АТФ + 2 НАДН 2 (цитоплазматич) • 2 АТФ использованы для образования гл-6 ф, фр-1, 6 дифосфата 4 -2= 2 АТФ (гликолиз) • Окислительное декарбоксилирование 2 ПВК – 2 НАДН 2 – БО- ОФ 6 АТФ • • • - 2 АУК – в ЦТК- 2 (3 НАДН 2 + ФПН 2 +АТФ) НАДН 2 – 3 АТФ Х 3 = 9 АТФ ФПН 2 - 2 АТФ 12 АТФх2 = 24 АТФ 2+6+24 = 32 АТФ

• Цитоплазматический НАДН 2 • В цитоплазме окислиться не может • окисляется с помощью челночных механизмов

Малатный челночный механизм • Цитоплазма СООН 2 НАДН 2 2 С Н 2 С=О СООН • 2 НАД СООН 2 СНОН СООН е м б р а н а • Митохондрии СООН БО(6 АТФ) 2 СН 2 С =О 2 НАДН 2 3 АТФ СООН 2 СН 2 СНОН СООН 2 НАД

Глицерофосфатный челночный механизм • Цитоплазма 2 НАДН 2 СН 2 -О-Р 2 С=О СН 2 ОН 2 НАД СН 2 -О-Р 2 СНОН СН 2 ОН • Митохондрии СН 2 -О-Р БО (АТФ) 2 2 С=О 2 ФПН 2 СН 2 ОН СН 2 -О-Р 2 СНОН СН 2 ОН 2 ФП

Энергетический баланс • Гликолиз 2 АТФ + 2 НАДН 2 (цитоплазматич) • Окислительное декарбоксилирование 2 ПВК – 2 НАДН 2 – БО- 6 АТФ • 2 АУК – в ЦТК- 2 (3 НАДН 2 + ФПН 2 +АТФ) • НАДН 2 – 3 АТФ Х 3 = 9 АТФ • ФПН 2 - 2 АТФ • ЦТК - 24 АТФ • 2+6+24+6 (4) = 38 (36) АТФ цитоплазм. • НАДН 2 окисляются с помощью челночных механизмов -

Пентозофосфатный путь окисления • Интенсивно протекает в цитоплазме клеток, не требует наличия кислорода: • • • Печени, Жировой ткани, Нервной ткани, Молочной железы Кора надпочечников

• 12 НАДФ • 6 Гл-6 -Ф 12 НАДФН 2 6 Пентозо-5 -Ф 6 СО 2 2 ФГА 4 ФР-6 -Ф фруктозо-6 -Ф Гл-6 Ф 5 ФР-6 -Ф 5 Гл-6 -Ф гликолиз гликогенез

12 НАДФ 12 НАДФН 2 • 6 гл-6 -ф(36 С) 6 СО 2 1 глюкоза (6 С) 6 рибу лозо-5 -ф (30 С) 5 глюкоза (30 С)

Значение пентозофосфатного пути окисления • 1. поставляет восстановленный НАДФН 2 для процессов восстановительного синтеза (синтез СЖК, холестерина, стероидов, , вит. Д), • 2. обезвреживание лекарственных веществ и ядов • 3. Источник пентозофосфатов (для синтеза нуклеиновых кислот и некоторых коферментов)

Выделение • Конечными продуктами обмена углеводов являются • Н 2 О и СО 2. • АДФ+Н 3 РО 4+Wбт АТФ +Н 2 О

• СО 2 может быть использован в реакциях карбоксилирования, например, при биосинтезе СЖК. Основная масса СО 2 выделяется через легкие. • Н 2 О образуется при БО и используется для гидролиза, гидратации, а остальная часть воды выделяется через почки, потовые железы, с выдыхаемым воздухом, незначительное количество выделяется через толстый кишечник.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ (1) • 1. Этапы обмена веществ. • 2. Углеводы пищи, значение. • 3. Ферменты пищеварительных соков, участвующих в переваривании углеводов. • 4. Всасывание углеводов, его механизмы. • 5. Судьба моносахаридов после всасывания. • 6. Чем обеспечивается глюкостатическая функция печени. • 7. Гликолиз, локализация, биологическая роль этого процесса, энергетическая ценность. • 8. . Образование конечных продуктов обмена углеводов.

Контрольные вопросы • Почему в организме человека и животных резервную функцию выполняет гликоген, а нет крахмал и клетчатка, также построенные из глюкозных остатков? • Почему анализ крови на определение содержания глюкозы у пациентов берут натощак, а не после приема пищи?

• Возможен ли синтез глюкозы из пирувата в условиях, когда цикл Кребса и окислительное фосфорилирование полностью ингибированы? • Почему при заболеваниях печени наблюдается лактатацидоз и возникает отклонение уровня глюкозы крови от нормы? • С чем это связано при заболеваниях почек?

• Какое количество глюкозы потребуется для образования 6 молекул лактата? • В каких условиях усиливается образование лактата? • Сколько АТФ образуется при анаэробном гликолизе, если процесс начинается с глюкозо-6 -фосфата? •

литература • • Основная: Т. Ш. Шарманов, С. М. Плешкова «Метаболические основы питания с курсом общей биохимии» , Алматы, 1998 г. С. Тапбергенов «Медицинская биохимия» , Астана, 2001 г. С. Сеитов «Биохимия» , Алматы, 2001 г. В. Дж. Маршал «Клиническая биохимия» , 2000 г. Б. Гринстейн, А. Гринстейн «Наглядная биохимия» , 2000 г. Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин «Биологическая химия» , 2002 г. С. М. Плешкова, С. А. Абитаева, Р. Д Асанбаева «Белки. Биосинтез белков. Основы молекулярной генетики» , Алма-Ата, 1992

Дополнительная литература • • Е. С. Северин «Биохимия» Д. Г. Кнорре, С. Д. Мызина «Биологическая химия» , Москва, 1998 г. Р. Марри, Д. Греннер «Биохимия человека» , I-II том, 1993 г. А. Ш. Зайчик, Л. Г. Чурилов «Основы патохимии» , Москва, 2001 г. Полосухина Т. Я. , Аблаев Н. Р. «Материалы к курсу биологической химии» , 1977 – С. 8 -11, 13, 34. Верболович П. А. , Аблаев Н. Р. «Лекции по отдельным разделам биохимии» , 1985 - С. 27 -36. Н. Р. Аблаев Биохимия в схемах и рисунках, Алматы 2005 г. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. Под ред. проф. Е. С. Северина, А. Я. Николаева, М. , 2002 г.