Основной механизм накопления водорода в клетке Стадии,

Основной механизм накопления водорода в клетке

Стадии, предшествующие образованию активных атомов водорода углеводы жиры СН 3 -СО аминокислоты SКо. А Цикл трикарбоновых кислот n 2 Н n. СО 2

Синтез лимонной кислоты СООН СН 3 СО S-Ко. А + С=О Цитратсинтаза СН 2 НО-С-СООН СН 2 СООН Ацетил-Ко. А СН 2 СООН щавелевоуксусная к-та лимонная к-та

Первая дегидрогеназная реакция в цикле трикарбоновых кислот СООН СН 2 СООН изомераза НО-С-СООН СН 2 Н-С-СООН СН 2 СН-ОН СООН лимонная к-та изолимонная к-та СООН изоцитратдегидрогеназа НАД СО 2 СН 2 НАДН 2 С=О СООН оксоглутаровая к-та

Вторая дегидрогеназная реакция в цикле трикарбоновых кислот СООН СН 2 СООН НS-Ко. А дегидрогеназа НАД С=О СООН оксоглутаровая кислота НАДН 2 СООН СН 2 ГДФ СН 2 С =О S-Ко. А сукцинил-Ко. А СН 2 ГТФ СООН АТФ НS-Ко. А янтарная кислота

Третья дегидрогеназная реакция в цикле трикарбоновых кислот СООН дегидрогеназа СН 2 СООН янтарная к-та ФАД фумаратгидратаза СООН + Н 2 О СНОН СН ФАДН 2 СН СН 2 СООН фумаровая к-та яблочная к-та

Четвертая дегидрогеназная реакция в цикле трикарбоновых кислот СООН дегидрогеназа СНОН СН 2 СООН яблочная к-та НАД С=О НАДН 2 СН 3 СО-SКо. А СН 2 СООН щавелевоуксусная к-та повторение реакций

Энергетическая ценность ЦТК ЩУК ацетил-коэнзим А яблочная к-та → НАДН 2 → 3 АТФ лимонная к-та изолимонная к-та → НАДН 2 → 3 АТФ фумаровая к-та янтарная к-та → ФАДН 2 → 2 АТФ оксоглутаровая к-та →НАДН 2 → 3 АТФ сукцинил –Ко. А → АТФ

Регуляция активности ЦТК ацетил-коэнзим А ЩУК яблочная к-та → НАДН 2 фумаровая к-та лимонная к-та изолимонная к-та → НАДН 2 гипоксия янтарная к-та → ФАДН 2 оксоглутаровая к-та → НАДН 2 сукцинил –Ко. А

Обмен углеводов

углеводы моносахариды альдозы дисахариды кетозы полисахариды гомополисахариды гетерополисахариды триозы глицериновый альдегид диоксиацетон пентозы гексозы рибоза глюкоза крахмал гиалуроновая к-та дезоксирибоза фруктоза гликоген хондроитинсульфаты ксилоза галактоза клетчатка дерматансульфаты ксилулеза гепарин сахароза лактоза

Представители моносахаридов Н С=О Н-С-ОН HO-С-Н СН 2 ОН С=О НО-С-Н Н-С-ОН H-C-OH Н-С-ОН СН 2 ОН глюкоза СН 2 ОН фруктоза Н С=О Н-С-ОН HO-С-Н НО-С-Н H-C-OH СН 2 ОН галактоза

Образование полуацетальной формы глюкозы в растворе. Н С=О Н-С-ОН HO-С-Н Н-С-ОН H-C-OH СН 2 ОН ОН

сахароза СН 2 ОН ОН ОН О СН 2 ОН О он он СН 2 ОН

лактоза сн 2 он О ОН он О О он ОН он β-галактоза он α- глюкоза

фрагмент крахмала сн 2 он он он о о он о n он

Переваривание углеводов в кишечнике

Содержание углеводов в некоторых пищевых продуктах Пищевой продукт хлеб картофель крупа гречневая кукуруза рис макароны морковь капуста яблоки мясо печень молоко % 50 20 67 68 76 75 9 6 14 следы 3 5 клетчатка % 1 0, 9 1, 7 2, 0 1, 0 0, 4 1 -3 1 -2 2 -

Расщепление сахарозы фруктофуранозидазой (сахаразой) СН 2 ОН ОН ОН Н 2 О О СН 2 ОН ОН глюкоза СН 2 ОН О он он ОН СН 2 ОН ОН он СН 2 ОН он β-фруктоза

Расщепление лактозы β-галактозидазой сн 2 он ОН сн 2 он О он сн 2 он ОН он О О ОН +Н 2 О он сн 2 он ОН он О он он ОН

Гидролиз крахмала альфа-амилазой сн 2 он он сн 2 он n Н 2 О о n он он глюкоза n

Всасывание моносахаридов в кишечнике кишечник фруктозо-6 -ф +АТФ фруктоза Na+ Глюкоза Na+ глюкозо-6 -ф Н 3 РО 4 глюкоза АТФ К+ АДФ КРОВЬ глюкоза Nа+ Na, Кнасос

Содержание глюкозы в крови в норме: 4, 4 + 1, 1 ммоль/л

Физиологическая гипергликемия Глюкоза крови 8 (ммоль/л) 6 4 2 секреция инсулина прием пищи 0 1 2 часы

Синтез гликогена в печени глюкоза + АТФ глюкозо-6 -фосфат + АДФ глюкозо-6 -фосфат + УТФ УДФ-глюкоза + Н 4 Р 2 О 7 (гликоген)n + УДФ-глюкоза (гликоген) n+1 + УДФ

Расщепление гликогена в печени адреналин фосфорилаза + Н 3 РО 4 (гликоген)n-1 + глюкозо-1 -фосфат фосфоглюкомутаза глюкозо-1 -фосфат глюкозо-6 -фосфатаза глюкозо-6 -фосфат глюкоза + Н 3 РО 4

Пути превращения глюкозы в клетках ГЛЮКОЗА дихотомический путь аэробный СО 2 + Н 2 О + 38 АТФ пентозофосфатный уронатный анаэробный (гликолиз) 2 молочные кислоты + 2 АТФ пентозы УДФ-глюкуроновая (рибоза, НАДФН 2 кислота дезоксирибоза) синтез РНК, ДНК синтез обезврежи- синтез жирных вание мукопокислот, ядовитых лисахафосфоливеществ ридов, пидов кле(рубцы, точных соединимембран тельная ткань)

Анаэробный путь окисления глюкозы (гликолиз)

Этапы активации молекулы глюкозы Н С=О Н-С-ОН СН 2 О РО 3 Н 2 Н-С-ОН С=О НО-С-Н Н-С-ОН НО-С-Н АДФ Н-С-ОН НО-С-Н + АТФ СН 2 ОН глюкоза СН 2 О РО 3 Н 2 + АТФ Н-С-ОН НО-С-Н АДФ Н-С-ОН СН 2 О РО 3 Н 2 глюкозо-6 -фосфат фруктоза-6 -ф фр. -1, 6 дифосфат

Изомеризация фосфодиоксиацетона в фосфоглицериновый альдегид фосфодиоксиацетон СН 2 О- РО 3 Н 2 СН 2 О РО 3 Н 2 альдолаза С=О СН 2 ОН НО-С-Н Н-С-ОН СН 2 О РО 3 Н 2 Фр. -1, 6 -дифосфат Н С=О 2 Н-С-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 фосфоглицериновый альдегид СН 2 ОРО 3 Н 2

Первый этап синтеза АТФ Н С=О 2 Н-С-ОН О дегидрогеназа + 2 НАД + 2 Н 3 РО 4 С 2 Н-С-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 п + 2 АДФ СН 2 О РО 3 Н 2 2 НАДН 2 фосфоглицерин. п альдегид О-РО 3 Н 2 2 АТФ 1, 3 дифосфоглицериновая кислота

Образование макроэргической связи СООН 2 Н-С-ОН СН 2 О-РО 3 Н 2 3 -фосфоглицер. и кислота СООН 2 Н-С-ОРО 3 Н 2 Н 2 С-ОН 2 -фосфоглицер. кислота СООН 2 С-О РО 3 Н 2 СН 2 Н 2 О 2 -фосфоенолпируват

Второй этап синтеза АТФ СООН + 2 АДФ 2 С=О + 2 АТФ СН 3 пировиноградная к-та

Заключительная реакция гликолиза – образование молочной кислоты СООН Лактатдегидрогеназа НАДН 2 С=О СН 3 СООН Н-С-ОН НАД СН 3

Глюкоза АТФ Глюкозо-6 -фосфат АТФ Фруктозо-1, 6 -дифосфат (Ингибиторы гликолиза) 2 глицериновый альдегид 2 АТФ 2 НАДН 2 монойодацетат 2 фосфоенолпируват Na. F 2 пируват 2 молочная кислота 2 АТФ

Аэробный путь окисления глюкозы

Схема аэробного окисления глюкозы Глюкоза Глюкозо-6 -фосфат Фруктозо-1, 6 -дифосфат глицериновый альдегид фосфоенолпируват лактат Ацетил-Ко. А Цикл трикарбоновых кислот Окислительное фосфорилирование АТФ

Взаимодействие пирувата с тиаминдифосфатом NH 2 СООН С=О ТДФ N CH 2 + N H-C СН H 3 C СН 3 C CH 3 О C-CH 2 O – Р – О - Р - О -Н ОН S N О ОН NH 2 N H 3 C CH 2 СН N N C C CH 3 О О C-CH 2 O – Р – О - Р - О-Н S ОН ОН СН 3 - С- СООН активная форма пирувата ОН

Строение липоевой кислоты CH 2 S CH-(CH 2)4 - СООН S

Окисление пирувата NH 2 N H 3 C ТДФ CH 2 СН N C C CH 3 О + О C-CH 2 O – Р – О - Р - О-Н S N Липоевая кислота CH 2 ОН CH 2 S ОН CH -(CH 2)4 -СООН S СН 3 - С- СОО Н ОН активная форма пирувата CО 2 + H S-Ko. A Коэнзим А - SН

Образование восстановленной формы липоевой кислоты CH 2 +2 Н CH 2 CH -(CH 2)4 -СООН S S SН SН

Эстафетная передача атомов водорода от липоевой кислоты к коферментам дегидрогеназ CH 2 - (CH 2)4 -СООН CH 2 CH SН + ФАД дегидрогеназа SН CH 2 S CH S - (CH 2)4 -СООН + ФАДН 2

Запасание энергии в АТФ при окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты ФАДН 2 + НАД дегидрогеназа ФАД + НАДН 2 → митохондрии → 3 АТФ

Образование ацетил-Ко. А ТДФ NH 2 N H 3 C CH 2 N C C СН СН 3 С О О C-CH 2 O – Р – О - Р - О-Н S N CH 3 ОН ОН + НS-Ko. A ОН О СН 3 С S-Ко. А + ТДФ

Энергетическая ценность аэробного пути окисления глюкозы

Глюкоза АТФ Глюкозо-6 -фосфат Фруктозо-1, 6 -дифосфат АТФ 2 глицериновый альдегид → 2 НАДН 2 → 6 АТФ 2 фосфоенолпируват 2 АТФ 2 пируват 2 ЩУК 2 НАДН 2 → 6 АТФ 2 ацетил-коэнзим А 2 яблочная к-та → 2 НАДН 2 → 6 АТФ 2 фумаровая к-та 2 лимонная к-та 2 изолимонная к-та → 2 НАДН 2 → 6 АТФ 2 янтарная к-та → 2 ФАДН 2→ 4 АТФ 2 оксоглутаровая к-та → 2 НАДН 2 → 6 АТФ 2 сукцинил –Ко. А → 2 АТФ

Пентозофосфатный путь окисления глюкозы

Активация и дегидрирование молекулы глюкозы Н С=О Н-С-ОН НО-С-Н + АТФ Н С ОН Н-С-ОН НО-С-Н О АДФ Н-С-ОН Н-С СН 2 ОН С=О Дегидрогеназа НАДФ С ООН Н-С-ОН HO-С-Н Н-С-ОН О Н 2 О HO-С-Н Н-С-ОН НАДФН 2 СН 2 О РО 3 Н 2 Н-С-ОН H-C-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 фосфо-глюконолактон СН 2 ОРО 3 Н 2 фосфо-глюконат

Образование пентозы С ОО Н Н-С-ОН Дегидрогеназа HO-С-Н Н-С-ОН H-C-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 НАДФ СО 2 НАДФН 2 СН 2 -ОН С =О Н-С-ОН H-C-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 рибулезо-5 -ф

Транскетолазная реакция-1 СН 2 -ОН С =О Н-С-ОН H-C-ОН ксилулезо-5 -ф СН 2 -ОН С =О НО-С-Н H-C-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 рибозо-5 -ф СН 2 ОРО 3 Н 2 Н С=О Н-С-ОН H-C-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2

Транскетолазная реакция-2 СН 2 ОН С=О Н- С=О H-C-ОН НО- С-Н СН 2 ОРО 3 Н 2 фосфоглицериновый альдегид Н-С-ОН H-C-ОН гептулезо-7 -фосфат СН 2 ОРО 3 Н 2

Транскетолазная реакция-3 СН 2 -ОН С =О НО-С-Н СН 2 ОН С=О НО-С-Н Н-С-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 Фруктозо 6 -фосфат Н-С=О Н-С-ОН H-C-ОН Эритрозо-4 Н 2 СН 2 ОРО 3 -фосфат Ксилулезо 5 -фосфат H-C-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2

Завершающая стадия СН 2 ОН С=О НО-С-Н Н-С-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 Фруктозо-6 -фосфат Н- С=О H-C-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 Фосфоглицериновый альдегид

Значение пентозофосфатного пути окисления глюкозы пентозофосфатный путь пентозы -5 -фосфат нуклеотиды РНК ДНК регенерация, заживление тканей НАДФН 2 синтез жирных кислот построение мембран клеток Участие в реакциях гидроксилирования (обезвреживание), активирование провитамина Д и т. д синтез холестерина синтез гормонов вит. Д и др.

Уронатный путь окисления глюкозы

Стадии уронатного пути окисления глюкозы 1) глюкоза + АТФ = глюкозо-6 -фосфат 2) глюкозо-6 -фосфат = глюкозо-1 -фосфат 3) глюкозо-1 -фосфат + УТФ = УДФ-глюкоза + Н 4 Р 2 О 7 4) УДФ-глюкоза + НАД = УДФ-глюкуроновая кислота + НАДН 2

Образование УДФ-глюкуронида СООН СН 2 ОН О О НАД (Н 2 О) дегидрогеназа ОН ОН ОН УДФ-глюкоза О ОН НАДН 2 ОН УДФ-глюкуронид

Биологическая роль уронатного пути окисления глюкозы 1. Структурный компонент гетерополисахаридов (гиалуроновой кислоты, хондроитинсульфатов, гепарина и т д. ); 2. 2. Входя в состав гетерополисахаридов, участвует в образовании костной ткани, межклеточного вещества, гликокалекса, рубцовой ткани и т д. 3. 3. Используется для обезвреживания токсичных продуктов метаболизма (билирубина, гетероциклов, лекарственных веществ и т. д.

Спиртовое брожение глюкоза СН 3 С=О СООН пируват декарбоксилаза СО 2 СН 3 НАДН 2 С=О Н СН 3 -СН 2 -ОН НАД уксусный альдегид этанол

Превращение этанола в организме СН 3 СН 2 ОН НАДН 2 СН 3 С=О Н НS-Ко. АСН 3 С=О S-Ко. А токсичное вещество Цикл Кребса

Синтез глюкозы из жиров и аминокислот (глюконеогенез)

Синтез глюкозы из жиров и аминокислот (глюконеогенез) Глюкоза Фруктозо-6 -фосфат АТФ Фруктозо-1, 6 -дифосфат фосфо- глицериновый альдегид фосфоенолпируват АТФ обходная реакция АТФ пируват СН 3 СО –S-Ко. А жирные кислоты аминокислоты Глюкокортикоиды

Синтез фосфоенолпирувата из пирувата СООН СН 3 1) С=О НСО 3 - АТФ СООН ЩУК СООН 2) СН 2 СООН СН 2 АДФ Н 3 РО 4 СООН пируват С=О СООН С-О АТФ АДФ РО 3 Н 2 СН 2 фосфоенолпируват глюкоза

Регуляция обмена углеводов

Гормональная регуляция уровня глюкозы в крови Конц. глюкозы в крови инсулин физическая нагрузка Углеводная пища -адреналин, -глюкагон, -тироксин, -глюкокортикоиды 1 2 3 4 5 6 часы

Регуляция концентрации глюкозы в крови глюкоза глюкокортикоиды липиды глюкоза белки глюкоза адреналин глюкагон инсулин тироксин гликоген

Снижение концентрации глюкозы в крови ниже допустимого уровня 3 ммоль/л может вызвать гипогликемический шок!

Ответная реакция на гипогликемию ус ам тал о гип щитовидная железа гипофиз со ма то тр оп и тирокс н ин тиреотропин АКТГ глюкагон ко лю г за глюконеогенез гипогликемия в мышце адрен алин глюкокортикоиды почка

Нарушения углеводного обмена 1. Сахарный диабет; 2. Гипогликемия; 3. Активация гликолиза при гипоксии; 4. Гликогенозы.

Сахарный диабет

Клинические признаки сахарного диабета 1. Жажда 2. Полиурия 3. Быстрая утомляемость 4. 4. Стремительное развитие атеросклероза 5. 5. Ухудшение зрения 6. 6. Постоянно высокая концентрация сахара в крови 7. 7. Положительная реакция на глюкозу в моче 8. 8. Положительная реакция на кетоновые вещества в моче

Профиль сахарной кривой у здорового и больного после сахарной нагрузки Уровень глюкозы крови больной здоровый выброс инсулина сахарная нагрузка 0 1 2 3 часы

Структура проинсулина глу лей ала глн лей гли гли гли лей глу вал ала гли ала глн про асн гли С-пептид глн про ала про глу глн арг S S лиз арг ала гли лиз иле про вал тре глу глн цис тре сер иле цис сер лей тир глн лей глу асн тир цис асн – СООН тир фен S S S фен гли S Н 2 N– фен вал асн глн гис лей цис гли сер гис лей вал глу ала лей тир лей вал цис арг глу гли инсулин

Структура инсулина S S ала пептид А гли иле лиз про вал тре глу глн цис тре сер иле цис сер лей тир глн лей глу асн тир цис асн – СООН тир фен S S гли S Н 2 N– фен вал асн глн гис лей цис гли сер гис лей вал глу ала лей тир лей вал цис пептид В арг глу гли

Строение молекулы инсулина Пептид В Пептид А

Активация инсулином глюкозного канала в клетке канал для глюкозы проинсулин глюкоза рецептор для инсулина С-пептид инсулин поджелудочная железа Na+ глюкоза

Инсулин-зависимая форма сахарного диабета ( тип 1) проинсулин глюкоза С-пептид нарушение синтеза инсулина

Инсулин-независимая форма сахарного диабета ( тип 2) проинсулин повреждение рецептора С-пептид глюкоза инсулин

Причины появления жажды и полиурии у больных сахарным диабетом 1. Высокое содержание глюкозы в крови сопровождается выделением ее избытка почками в мочу 2. Глюкоза является осмотически активной молекулой, поскольку она окружена мощной гидратной оболочкой. Поэтому выведение глюкозы сопровождается потерей организмом большого количества воды. 3. Уменьшение объема циркулирующей крови вызывает рефлекторное чувство жажды. Больные вынуждены принимать в сутки большое количество жидкости. 4. Выделение большого количества воды одновременно сопровождается потерей организмом минеральных веществ, витаминов, белков и т. д.

Последствия снижения уровня глюкозы в клетке 1. Снижаются энергетические ресурсы (уменьшается синтез АТФ); 2. Компенсаторно активируется окисление жиров и аминокислот; 3. Ослабляется синтез нуклеотидов (пентозофосфатный цикл); 4. Ослабляется синтез фосфолипидов (пентозофосфатный цикл); 5. Уменьшается скорость образования УДФ-глюкуронида, в результате чего ослабляется синтез гетерополисахаридов, снижается скорость обезвреживания токсичных веществ; 6. Падает скорость регенерации тканей – замедляется процесс заживления ран. Часто образуются трофические язвы; 7. В результате нарушения обмена веществ в крови и тканях накапливаются кислоты, в результате возникает диабетическая форма ацидоза; 8. Происходят глубокие дистрофические процессы в сетчатке (ретинопатия), почках (нефропатия), сердце (кардиопатия).

Методы лабораторной диагностики сахарного диабета

Методы лабораторной диагностики сахарного диабета 1. Определение концентрации глюкозы крови до еды (натощак); 2. Определение уровня глюкозы после еды (пик); 3. Определение концентрации глюкозы перед сном; 4. Определение концентрации инсулина к крови; 5. Определение уровня С-пептида в крови; 6. Определение в крови гликогемоглобина (гликозилированный гемоглобин); 7. Применение метода сахарной нагрузки.

Неферментативное гликирование белков глюкозой подвержены в крови: гемоглобин, белки эритроцитарных мембран, коллаген, сывороточные белки, в том числе альбумин, трансферрин, белки липопротеинов, некоторые ферменты. С увеличением длительности контакта с глюкозой повышается процент гликирования соответствующего белка.

Неферментативное гликирование белков Н С=О Н-С-ОН НО-С-Н Н-С-ОН СН 2 ОН глюкоза + Н 2 N-белок Н 2 О Н Н Н С Н-С-ОН НО-С-Н Н-С-ОН СН 2 ОН N-белок Н С Н-С-ОН НО-С-Н Н-С-ОН СН 2 ОН Восстановление основания Шиффа N-белок Основание Шиффа необратимые реакции Н Н N-белок Н С С= О НО-С-Н Н-С-ОН СН 2 ОН кетоамины (фруктозамин)

Длительность гликирования некоторых белков крови Гемоглобин эритроцитов – 100 -120 дней ½ Т альбумина - 20 дней ½ Т трансферрина - 8 дней ½ Т коллагена – несколько лет

Активация гликолиза при гипоксии Глюкоза глюкозо-6 -фосфат фруктозо-1, 6 -дифосфат 2 АТФ глицериновый альдегид фосфоенолпируват лактат Ацетил-Ко. А Цикл трикарбоновых кислот Окислительное фосфорилирование АТФ О 2

Причина повышения концентрации молочной кислоты при гипоксии 1 глюкоза 38 АТФ СО 2 + Н 2 О 19 глюкоз 2 АТФ х 19 = 38 АТФ 38 молочных кислот

Типы гликогенозов и их характеристика название причина Органы, запасающие гликоген Болезнь Гирке Глюкозо-6 фосфатаза Печень, почки Болезнь Помпе Кислая 1, 4 глюкозидаза Печень селезенка, мышцы Болезнь Кори Гликогенветвящий фермент Печень, мышцы, эритроциты Болезнь Мак. Ардла Фосфорилаза мышц Скелетные мышцы Болезнь Герса Фосфорилаза печени Печень Болезнь Таруи Фосфофруктокина за мышц Мышцы Болезнь Томсона фосфоглюкомутаза Печень, мышцы