Метаболизм углеводов. Регуляция. Нарушения. 1. Метаболические пути: - основной путь окисления глюкозы (аэробное); - пентозофосфатный путь; - глюконеогенез Значение. Химизм. 2. Регуляция скорости метаболических путей. 3. Нарушения метаболизма углеводов.
Метаболические пути углеводов. гликогенолиз Углеводы пищи глюконеогенез 3, 33 – 5, 55 м. Моль/л окисление 1 2 3 синтез гликогена Синтез замен. аминокис-т; липидов и др 1. Аэробное; 2. анаэробный гликолиз; 3. пентозофосфатный путь
Основной путь окисления глюкозы (аэробный) Окисление до конечных продуктов (СО 2, Н 2 О, 36 АТФ. ) этапы: 1. Гликолитический ( специфический). Заканчивается образованием 2 молей пировиноградной кислоты. 2. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты (общий путь окисления углеводов, глицерина, аминокислот) Заканчивается образованием 2 молей Ацетил-Ко. А. 3. Цикл трикарбоновых кислот (общий метаболический путь окисления всех биомолекул). Полное окисление молекулы глюкозы до конечных продуктов. Энергетический эффект окисления 1 Моля глюкозы 38 (36 Молей АТФ).
Гликолитический этап. Может протекать в анаэробных условиях (см. анаэробный гликолиз) и в аэробных Отличие от анаэробного гликолиза – «судьба водорода» : * в аэробных условиях водород, отщепившийся от 3 -фосфоглицеринового альдегида поступает в дыхательную цепь ( цпэ) и далее на кислород. !!! * при этих условиях лактат из пировиноградной кислоты не образуется. * Возрастает энергетический эффект, обусловленный окислительным фосфорилированем. • Энергетический эффект- 8 молей АТФ на 1 моль глюкозы (4+6) - 2= 8 АТФ ; 4 - субстр. фосфорилирование; 6 -окислительное фосфорилирование; 2 использовалось на начальных этапах процесса. Конечный продукт – пировиноградная кислота.
Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты СН 3 I C=O I COOH ТДФ ФАД НАД HS ~ Ko. A ЛК СН 3 СО~Ко. А + 3 АТФ А ц СО 2 + Н 2 О+ Пируватдегидрогеназный ферментативный комплекс: ТДФ- кофермент-пируватдекарбоксилазы ( производное витамина В 1) В составе КОА- пантотеновая кислота - витамин В 5 Доноры водорода для дыхательной цепи– пировиноградная кислота (СООН) и НS-Ко. А Энергетический эффект: 6 Молей АТФ на 1 моль глюкозы
Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)
Цикл трикарбоновых кислот. Метаболиты – источники протонов и электронов ЦПЭ. Ацетил~ Ко. А ЩУК Яблочная к-та НАДН изоцитрат ЦПЭ ФАДН НАДН Янтарная кис-та L-Кетоглутаровая к-та Энергетический эффект: 12 Молей АТФ на 1 моль Ацетил. Ко. А ( 11 М АТФ - окислительное фосфорилирование + 1 М АТФ –субстратное) или 24 М АТФ на 1 моль глюкозы.
Метаболизм углеводов в зубном налете • В ротовой полости присутствуют как аэробные так и аэробные микроорганизмы, участвующие в формировании зубного налета. Кол-во поступающего кислорода в зубном налете по мере его роста уменьшается, а кол-во анаэробов увеличивается. • Глюкоза как источник энергии в анаэробном гликолизе распадается до молочной кислоты, в процессе брожения помимо лактата образуются др. органические кислоты. Это приводит к локальному снижению р. Н на поверхности зуба. Протоны способны замещать ионы кальция в структуре гидроксиапатита , что ведет к деструкции твердых тканей зуба.
ПФП Глюкозо-6 -фосфат Г -6 - фосфатдегидрогеназа фосфоглюконолактон Неокислительный Рибозо-5 фосфат окислительный НАДФН+ Синтез нуклеотидов Восстановление глутатиона Обезвреживание веществ Синтез ВЖК, стероидов(гормоны, холестерин) Ферменты неокисл. этапа: транскетолаза, трансальдолаза ( ТДФ – В 1 )
Глюконеогенез –синтез глюкозы из соединений неуглеводной природы • Источник глюкозы в клетке; протекает в период голодания (диета, физические нагрузки) • Субстраты синтеза: молочная кислота (образуется в процессе анаэробного гликолиза в мышцах, эритроцитах- поступает в печень, где используется на синтез глюкозы, которая вновь поступает в мышцы ( система этих превращений глюкозолактатный цикл, цикл Кори); аминокислот- ( гликогенные); и кетокис-ты ЦТК глицерин – образуется при распаде (липолизе) тканевых триацилглицеролов в жировой ткани; Обратимые реакции катализируются теми же ферментами что и гликолиз, но в обратном направлении, но три фермента специфичные. глюкокортикостероиды активирует, инсулин тормозит их активность
Глюконеогенез (печень-90%, клетки кишечника, почек) лактат аминокислоты пируват СО 2 АТФ пируваткарбоксилаза оксалоацетатат СО 2 аминок-ты Фосфоенолпируват карбоксикиназа фосфоенолпируват глицерол 3 ФГА Фруктозо-1, 6 -бисфосфатаза р Фруктозо -6 -фосфат Глюкозо-6 -фосфат р глюкоза глюкозо-6 -фосфатаза
Регуляция уровня глюкозы в крови Нормогликемия (3, 33 – 5. 55 м. Моль/л) – необходимое условие для жизнедеятельности организма. Глюкоза основной энергетический материал для нервной ткани и абсолютный для эритроцитов. Возможны состояния: гипергликемия; гипогликемия. Концентрация глюкозы выше 9, 0 – «сахарный порог почек» (точнее 8, 8), концентрация, при которой в почечных канальцах глюкоза не способна реабсорбироваться обратно в кровь из первичной мочи. Глюкоза выделяется с мочой – состояние глюкозурия. При высокой гипергликемии возможна диабетическая кома. Гипогликимия ( 2, 0 и меньше – кома - обморок, повышенная возбудимость нервной ткани, судороги)
Регуляция уровня глюкозы в крови. В течение суток содержание глюкозы в крови изменяется: [ Гл ] 5, 5 3, 3 Часы суток Изменение уровня глюкозы определяется соотношением скоростей путей – источников глюкозы и путей ее потребления. Прежде всего противоположно направленных процессов - синтеза и распада гликогена; окисления и глюконеогенеза. При нормальном ритме питания и сбалансированном рационе концентрация глюкозы в крови поддерживается за счет синтеза и мобилизации гликогена. Лишь к концу ночного сна несколько увеличивается роль глюконеогенза, его активность увеличится, если голодание продолжается.
Регуляция скорости метаболических путей осуществляется через изменение активности регуляторных ферментов или количества этих ферментов. (Ферменты, как белки т. е. молекулы обладающие трехмерной лабильной пространственной конфигурацией, обладают свойством конформационной лабильности, что обусловливает формирование пространственной комплементарности активного центра). Активность регуляторных ферментов изменяется: -аллостерически (эффекторы – метаболиты, например, АТФ –ингибитор регуляторных ферментов окисления; АДФ – их активатор); -химической модификацией (эффекторы – гормоны) Количество ферментов изменяется за счет: - Индукции (активации) или репрессии (торможения) синтеза этих ферментов.
Инсулин-глюкагоновый индекс • Инсулин и глюкагон ( синтез в поджелудочной железе) – гормоныантогонисты, их секреция зависит от концентрации глюкозы в крови. • Инсулин секретируется при высоком уровне глюкозы в крови (абсорбтивный период). • Глюкагон секретируется при низком уровне (постабсорбтивный период). • Отношение концентрации инсулина к глюкагону в крови – инсулин глюкагоновый индекс. • В абсорбтивный период- высокий. • В постабсорбтивный – понижается.
Роль инсулина в регуляции метаболических путей Инсулин – гормон, снижающий уровень глюкозы активирует транспорт глюкозы в клетки и регуляторные ферменты всех путей потребления глюкозы в клетках! Полипептид синтезируется и секретируется в кровь-βклетками островков Лангерганса поджелудочной железы в абсорбтивный период ( уровень глюкозы 7, 5 -8, 0 м. Моль/л). Гормон активирует: ( механизм активации ферментов – дефосфорилирование) 1. Транспорт глюкозы из крови в клетки инсулинзависимых тканей, способствуя перемещению ГЛЮТ-4 из цитозоля в мембрану. 2. Окисление по анаэробному и аэробному пути, индуцируя биосинтез киназ – гексокиназу, фруктокиназу, пируваткиназу. Активность фосфофруктокиназы регулируется и аллостерически – ингибитор АТФ. Активатор АДФ.
Роль инсулина в регуляции метаболических путей ( продолжение) 3. Активирует синтез гликогена в абсорбтивный период, активируя гликогенсинтазу путем дефосфорилирования. 4. Активирует синтез жира, заменимых аминокислот, индуцирует синтез многих белков Инсулин тормозит: 1. гликогенолиз, через дефосфорилирование гликогенфосфорилазы 2. Глюконеогенез , через репрессию синтеза фосфоенолпируваткарбоксикиназа фермента глюконеогенеза.
Регуляция активности ферментов инсулином инсулин Рецептор - тирозиновая протеинкиназа (каталитический рецептор) Фосфорилированные по тирозину белки: 1. Активируют фосфопротеинфосфатаз 2. (дефосфорилирование гликогенсинтазы) 2. Фосфодиэстераза (разрушает ц. АМФ) Фосфорилированный Фосфорилированные по тирозину белки по тирозину белок 3. Индуцируют синтез или деградацию некоторых белков, ферментов.
Влияние инсулина на синтез и распад гликогена инсулин Фосфопротеинфосфатаза -Р Гликогенсинтаза – Р неактивная Р Гликогенсинтаза – ОН Активная Синтез гликогена Гликогенфосфорилаза – Р активная Р Гликогенфосфорилаза –ОН Неактивная Распад гликогена
Регуляция углеводного обмена глюкагоном • Глюкагон. Гормон «голода» . Орган - мишень – печень жировая ткань • Активирует регуляторные ферменты метаболических путей через фосфорилирование ( передача сигнала через аденилатциклазную систему) 1. Активирует распад гликогена через активацию гликогенфосфорилазы путем ее фосфорилирования; 2. Ингибирует активность гликогенсинтазы, через ее фосфорилирование; 3. Активирует глюконеогенез из аминокислот и глицерина через: увеличение содержания этих субстратов (стимулируя распад мышечных белков до аминокислот и нейтрального жира до глицерина и жирных кислот); активацию ферментов: фосфоенолпируваткарбоксикиназа, фруктозо-1, 6 бисфосфатазы. Ингибирования пируваткиназы.
Передача сигнала через аденилатциклазную сис-му гормон рецептор L ГДФ L ГТФ Y β β G-белок аденилатциклаза Ф ГТФ АТФ ГДФ Y ц. АМФ β ПКА неактивная Фермент неактивный ПКА активная АТФ Фермент - Р активный
Передача гормонального сигнала в клетку через аденилатциклазную систему
Регуляция углеводного обмена адреналином • Адреналин – гормон ( производное тирозина) синтезируется в мозговом в-ве надпочечников. Гормон «тревоги» . Секретируется при интенсивной физической мышечной работе, стрессе (необходима энергия для мышечной работы). Органы мишени – мышцы, печень. • Гормон активирует: (активация ферментов путем фосфорилирования) 1. Распад гликогена в мышцах через активацию гликогенфосфорилазы путем ее фосфорилирования через аденилатциклазную систему. 2. Распад гликогена в печени через активацию гликогенфосфорилазы путем ее фосфорилирования через аденилатциклазную систему ( β- рецепторы печени) и ингибирует при этом гликогенсинтазу.
Регуляция углеводного обмена глюкокортикоидами Глюкокортикоиды (глюкокортикостероиды)синтезируется в коре надпочечников. Стимулом секреции – низкий уровень глюкозы в период голодания( голодание, стресс, травма) Гормон активирует: 1. Глюконеогенез через индуцирование биосинтеза специфических ферментов – фосфоенолпируваткарбоксикиназы, пируваткарбоксилазы) 2. Протеолиз белков в мышцах, лимфоидной ткани, коже, костях и тормозит в этих тканях биосинтез белков ( повышается уровень аминокислот, как субстратов глюконеогенеза)
Роль соматотропного гормона в регуляции угл. обмена • Соматотропный гормон – гормон роста. Пептид, образуется в гипофизе. • Стимул секреции ( стресс, рост, голодание, гипогликемия) • Снижает использование глюкозы в мышцах и жировой ткани. «Глюкозосберегающий» гормон. • Может вызвать гипергликемию, особенно при недостатке инсулина
Сахарный диабет. Изменение метаболизма углеводов. Признаки сахарного диабета 1. Гиперглюкоземия 2. Глюкозурия 3. Кетонемия; кетонурия Биохимические анализы: 1. Определение содержания сахара в крови натощак 2. Определение сахара в моче 3. Определение содержания кетоновых тел в крови, моче; 4. Определение содержания гликированного гемоглобина 3. Нагрузочный тест
Сахарный диабет. Изменения в обмене углеводов глюкоза глюкозо-6 фосфат фруктозо-1, 6 –дифосфат 3 -ФГА ФЕПК ПК Ацетил-Коа щук изоцитрат ТАГ !!! ТАГлипаза Глицерин + ВЖК Кетоновые тела: ацетоуксусная, бетагидроксибутират, ацетон инсулин тормозит
Метаболизм фруктозы в клетках печени фруктоза АТФ фосфофруктокиназа* Фруктозо-1 -фосфат р Фруктозо-1 - фосфоальдолаза** 2 мол. 3 -фосфоглицериновый альдегид В гликолитический этап окисления Нарушения: * эссенциальная фруктозурия ** наследственная непереносимость фруктозы
Метаболизм галактозы Галактоза АТФ Галактокиназа* Галактозо-1 -фосфат РР УТФ Галактозо-1 фосфатуридинтрансфераза** УДФ-галактоза Изомераза*** Глюкозо-1 -фосфат Синтез гликогена Нарушение- галактоземия УДФ
Гликогенозы • Энзимопатии, вызванные энзимдефектами ферментов, участвующих в метаболизме гликогена. • Самост. стр 224 -229 (А. Ш. Бышевский)
Скачать презентацию Метаболизм углеводов Регуляция Нарушения 1 Метаболические пути —
Лекция. Метаболизм углеводов. Регуляция 2-3.ppt