Метаболизм углеводов в норме Общая схема

«Метаболизм углеводов в норме

Общая схема превращения глюкозы в клетке ННАДФн Н НФ Ф НАДФН Н Н НАД ФН Н Ф

Схема распада и синтеза гликогена Жирными стрелками указан путь распада, тонкими – путь синтеза. Цифрами обозначены ферменты: 1) – фосфорилаза; 2) – фосфоглюкомутаза; 3) – глюкозо-6 -фосфатаза; 4) – гексокиназа; 5) – глюкозо-1 -фосфатуридилтрансфераза; 6) – гликогенсинтаза.

Аэробный метаболизм глюкозы 1) Специфический этап превращений а) изомеризация и фосфорилирование глюкозы с образованием фруктозо-1, 6 -дифосфата 2) Окислительное декарбоксилирование пирувата б) образование в) окислительно-восстановительные превращения 3 -фосфоглицеринового альдегида до пирувата 2 -х молекул 3 -фосфоглицеринового альдегида 3) Цикл трикарбоновых кислот

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты Окислительное декарбоксилирование пирувата происходит в матриксе митохондрий. Превращение пирувата в ацетил-Ко. А происходит при участии набора ферментов, структурно объединённых в пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК).

Превращение пирувата в ацетил-Ко. А описывают следующим суммарным уравнением: СН 3 -СО-СООН + NAD+ + HSKo. A → → CH 3 -CO ∼SKo. A + NADH + H+ + CO 2

пдг

Цикл трикарбоновых кислот - центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический аэробный процесс, в ходе которого происходит превращение двух- и трёхуглеродных соединений, образующихся как промежуточные продукты в живых организмах при распаде углеводов, жиров и белков, до CO 2. При этом освобождённый водород направляется в цепь тканевого дыхания, где в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии — АТФ.

Схематическое изображение цитратного цикла Оксалоацетат присоединяет ацетильный остаток от ацетил-Ко. А, который в процессе превращений теряется в виде двух молекул СО 2, а оксалоацетат поступает во взаимодействие с очередной молекулой ацетил. Ко. А. Ферменты, катализирующие реакции цикла, обозначены цифрами: 1) – цитрат-синтаза; 2) – аконитатгидротаза; 3) – изоцитратдегидрогеназа; 4) – α –кетоглутаратдегидрогеназный комплекс; 5) – сукцинил-Ко. А-синтетаза; 6) – сукцинатдегидрогеназа; 7) – фумараза; 8) - малатдегидрогеназа

Цикл происходит в матриксе митохондрий и состоит из восьми последовательных реакций. Начинается цикл с присоединения ацетил-Ко. А к оксалоацетату и образования лимонной кислоты (цитрата). Затем лимонная кислота (шестиуглеродное соединение) путем ряда дегидрирований (отнятие водорода) и двух декарбоксилирований (отщепление СО 2) теряет два углеродных атома и снова в цикле Кребса превращается в оксалоацетат (четырехуглеродное соединение), т. е. в результате полного оборота цикла одна молекула ацетил-Ко. А сгорает до СО 2 и Н 2 О, а молекула оксалоацетата регенерируется.

Для более легкого запоминания кислот, участвующих в цикле Кребса, существует мнемоническое правило: Целый Ананас И Кусочек Суфле Сегодня Фактически Мой Обед, что соответствует ряду - цитрат, (цис)аконитат, изоцитрат, (альфа-) кетоглутарат, сукцинил-Co. A, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат.

Для непрерывной работы цикла необходимо постоянное поступление в систему ацетил-Ко. А, а коферменты (НАД+ и ФАД), перешедшие в восстановленное состояние, должны снова и снова окисляться. Это окисление осуществляется в системе переносчиков электронов в дыхательной цепи, локализованной в мембране митохондрий. v Образовавшийся ФАДН 2 прочно связан с сукцинатдегидрогеназой, поэтому он передает атомы водорода через Ko. Q. v Освобождающаяся в результате окисления ацетил-Ко. А энергия в значительной мере осредоточивается в макроэргических фосфатных связях АТФ. v Из 4 пар атомов водорода 3 пары переносят НАДН на систему транспорта электронов; при этом в расчете на каждую пару в системе биологического окисления образуется 3 молекулы АТФ (в процессе сопряженного окислительного фосфорилирования), а всего, следовательно, 9 молекул АТФ). Одна пара атомов от сукцинатдегидрогеназы-ФАДН 2 попадает в систему транспорта электронов через Ko. Q, в результате образуется только 2 молекулы. АТФ. v В ходе цикла Кребса синтезируется также одна молекула ГТФ (субстратное фосфорилирование), что равнозначно одной молекуле АТФ. v Т. о. , при окислении одной молекулы ацетил-Ко. А в фосфорилирования может v

Анаэробный распад глюкозы Гликолиз – сложный ферментативный процесс последовательных превращений глюкозы, протекающий в тканях человека и животных (в цитозоле клетки) без потребления кислорода. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота. В процессе гликолиза образуется 2 молекулы АТФ.

Анаэробный распад глюкозы

Анаэробный распад глюкозы дегидрогеназа

Биологическое значение процесса гликолиза заключается прежде всего в образовании богатых энергией фосфорных соединений. Реакции фосфофруктокиназная и гексокиназная являются лимитирующими, т. е определяющими скорость гликолиза. На рисунке реакции 1 и 3:

Включение других углеводов в процесс гликолиза n Метаболизм фруктозы Цифрами обозначены ферменты: 1 – гексокиназа; 2 – 6 -фосфофруктокиназа; 3 – фруктозодифосфатальдолаза; 4 – фруктокиназа; 5 – кетозо-1 -фосфатальдолаза; 6 – триокиназа; 7 – глюкозофосфатизомераза; 8 – глюкозо-6 -фосфатаза; 9 - триозофосфатизомераза

Включение других углеводов в процесс гликолиза n Метаболизм галактозы

Наряду с гликолитическим путём распада глюкозы во многих клетках работает пентозофосфатный путь(гексамонофосфатный шунт). Он не является основным для метаболизма глюкозы и служит для генерации в цитоплазме клетки восстановленных форм НАДФ. За счёт пентозофосфатного цикла примерно на 50% покрывается потребность организма в НАДФН. Данный кофермент необходим для реакций восстановительного синтеза жирных кислот и стероидов, а также используется как донор водорода в реакциях гидроксилирования с участием цитохром-Р 450 зависимой системы. Другая функция пентозофосфатного пути заключается в том, что он поставляет пентозофосфаты для синтеза нуклеиновых кислот и многих коферментов. При ряде патологических состояний удельный вес пентозофосфатного пути окисления глюкозы возврастает. Все эти процессы протекают преимущественно в клетках печени, молочной железы, коры надпочечников и жировой ткани. Скелетные мышцы, где синтез жирных кислот протекает вяло, практически лишены пентозофосфатного пути метаболизма глюкозы.

Пентозофосфатный путь окисления углеводов Пентозофосфатный цикл начинается с окисления глюкозо-6 -фосфата и последующего окислительного декарбоксилирования продукта. Это так называемая окислительная стадия пентозофосфатного цикла. Вторая стадия включает неокислительные превращения пентозофосфатов с образованием исходного глюкозо-6 -фосфата. Реакции протекают в цитоплазме клетки. Пентозофосфатный цикл является поставщиком НАДФН 2 и пентозофосфатов для синтеза нуклеиновых кислот и многих коферментов.

Схема пентозофосфатного пути окисления углеводов

Валовое уравнение окислительной и неокислительной стадий пентозофосфатного цикла можно представить в следующем виде: Глюкозо-6 -фосфат + 7 Н 2 O + 12 НАДФ+ —> 6 СO 2 + Рi + 12 НАДФН + 12 Н+.

Ключевые реакции аэробного расщепления глюкозы и глюконеогенеза

Гормоны, регулирующие содержание глюкозы в крови n Инсулин обеспечивает поступление глюкозы в клетки, активизируя транспорт через клеточную мембрану и ускоряя ее окислительный распад; n Панкреатический глюкагон ускоряет гликогенолиз и глюконеогенез в печени и ограничивает активацию гликогенсинтазы инсулином, активизируя процессы, ведущие к росту содержания глюкозы в крови; n Глюкокортикостероиды ускоряют глюконеогенез, индуцируя образование ферментов, катализирующих этот процесс; n n Адреналин влияет на уровень глюкозы, активируя гликогенолиз; Соматотропный гормон стимулирует секрецию глюкагона и инсулина, что ведет, с одной стороны, к ускоренному выходу в кровь глюкозы (глюкагон), с другой – к ее депонированию по другим путям (инсулин).

Варианты гликемии n n Нормогликемия – содержание глюкозы в крови от 3, 3 до 5, 5 ммоль/л. Гипергликемия – повышение содержания глюкозы выше 6 ммоль/л, связанное с нарушением равновесия между процессами продукции глюкозы (всасывание в кишечнике, гликогенолиз, глюконеогенез, реабсорбция в почках) и потребления глюкозы (утилизация в тканях, превращение глюкозы в жиры и белок). Гипергликемия сменяется гипогликемией вследствие стимуляции инсулярного аппарата и выброса инсулина.

Варианты гликемии n Гипогликемия – снижение уровня сахара в крови ниже 3, 3 ммоль/л в связи с преобладанием процессов утилизации глюкозы над процессами ее доставки. Могут быть патологические состояния, при которых нарушен обмен других моносахаридов – фруктозы, галактозы, пентозы – с соответствующим повышением их уровня в крови и выведения с мочой.