Углеводы Общая формула Сn H 2 O m Биологическая

Углеводы Общая формула Сn(H 2 O)m

Биологическая роль • • • Энергетическая (глюкоза, гликоген) Структурная (гетерополисахариды) Защитная (иммуноглобулины) Осморегуляторная (глюкоза) Антисвертывающая (гепарин)

Классификация Углеводы Моносахариды Альдозы Кетозы Олигосахариды Ди. Трисахариды Полисахариды Гомополисахариды Гетерополисахариды

Олигосахариды

Структура гомополисахарида крахмала

Гетерополисахариды • Хондроитинсульфаты входят в состав хряща • Гиалуроновая кислота- входит в состав соединительной ткани и рубцов.

Формулы Фишера и Хеуорса С 6 Н 12 О 6

Центры асимметрии, количество изомеров N=2 n

Стереоизомерия углеводов

Мутаротация:

Химические свойства • Окисление до моно-, дикарбоновых и гликуроновых кислот • Восстановление до спиртов • Образование сложных эфиров • Образование гликозидов • Брожение: спиртовое, молочнокислое, лимоннокислое и маслянокислое

Переваривание и всасывание углеводов • В полости рта амилаза слюны расщепляет -1, 4 -гликозидные связи, образуя декстрины. • В верхнем отделе кишечника панкреатическая амилаза расщепляет -1, 4 -гликозидные связи. • На поверхности клеток кишечника гидролиз катализируется ферментами: сахаразоизомальтазным комплексом, сахаразой, лактазой, мальтазой и изомалътазой. • Всасывание моносахаридов из кишечника в кровь осуществляется транспортерами ГЛЮТ (белкамипереносчиками) путем облегченной диффузии за счет градиента концентрации ионов Na+ (симпорт), создаваемого Na+, К+-АТФ-азой. • Имеются 5 типов ГЛЮТ: • ГЛЮТ-1 переносит глюкозу в мозг • ГЛЮТ-2 – из крови в β-клетки п/ж; из энтероцитов и печени в кровь • ГЛЮТ-3 – из крови в ткани • ГЛЮТ-4 – из крови в клетки мышц и жировой ткани

Нарушения переваривания и всасывания углеводов МАЛЬАБСОРБЦИЯ 1. Наследственный или приобретенный дефицит лактазы или сахаро-изомальтазного комплекса 2. Наследственный или приобретенный дефект системы транспорта моносахаридов Клинические проявления: • Нерасщепленные углеводы и продукты их переваривания кишечной микрофлорой: органические кислоты и газы вызывают приток воды – осмотическую диарею, спазмы, метеоризм, боли

Гликолиз 1 -я реакция – фосфорилирование глюкозы необратима (гексокиназа) 2 -я реакция – изомеризация

3 -я реакция – фосфорилирование фруктозо-6 -фосфата (фосфофруктокиназа) 6 1 5 2 4 3 4 -я реакция: превращение фруктозо-1, 6 -бисфосфата в триозофосфаты (альдолаза) (I этап)

5 -я реакция: реакция изомеризации 1 4 2 5 3 6

6 -я (глицеральдегидфосфатдегидрогеназа) и 7 -я реакции (фосфоглицераткиназа) 1 -е субстратное фосфорилирование Aldehyde group 1 2 1 3 2 NAD+dependent 1 2 3 Mixed anhydride 3 1 2 3

8 -я и 9 -я реакции Фосфоглицератмутаза, енолаза – образование макроэрга фосфоенолпирувата 1 1 2 2 3 3

10 -реакция – 2 -е субстратное фосфорилирование (пируваткиназа)

11 -я реакция – восстановление пирувата

Значение гликолиза • Основной путь окисления глюкозы • В анаэробных условиях гликолиз – единственный процесс, приводящий к образованию АТФ • Образование промежуточных метаболитов, из которых синтезируются аминокислоты, липиды, азотистые основания и др.

Окислительное декарбоксилирование пирувата 1. Пируватдегидрогеназа – ТДФ 2. Дигидролипоамидацетилтрансфераза – липоевая кислота 3. Дигидролипоамиддегидрогеназа – ФАДН 2 • Коферменты НАД и коэнзим-А находятся в растворе

Механизм реакции окислительного декарбоксилирования пирувата Тиаминпирофосфат Липоевая кислота Коэнзим-А ФАД НАД

Цикл Кребса • Играет центральную роль в метаболизме – «общий котел, в котором сгорают все органические соединения» • Амфиболиты: оксалоацетат, малат включаются в глюконеогенез; сукцинил. Ко. А в синтез порфиринов; оксалоацетат и α-кетоглутарат в синтез аминокислот • Энергетический обмен – НАДН, ФАДН 2

Цикл Кребса

Ферменты цикла Кребса

Регуляция цитратного цикла Ключевые ферменты ЦИТРАТСИНТАЗА, ИЗОЦИТРАТДЕГИДРОГЕНАЗА и α-КЕГЛУТАРАТДЕГИДРОГЕНАЗНЫЙ комплекс Повышение концентрации оксалоацетата, АДФ активирует ключевые ферменты Повышение концентрации цитрата, НАДН, АТФ, сукцинил-ко. А ингибирует ключевые ферменты

Глюконеогенез • При углеводном или полном голодании, а также при длительной физической работе концентрация глюкозы в крови поддерживается за счет глюконеогенеза. • Глюконеогенез в условиях голодания идет из гликогенных аминокислот • При распаде жиров образуется глицерин, который через диоксиацетонфосфат включается в глюконеогенез. • Лактат, образующийся при интенсивной физической работе в мышцах, в печени превращается в глюкозу.

Глюконеогенез (сходство и отличие с гликолизом) Синтез глюкозы из пирувата протекает, как при гликолизе, но в обратном направлении. 1 -я реакция фермент пируваткарбоксилаза: ПВК + СО 2 + АТФ → Оксалоацетат + АДФ + Фн 2 -я реакция фермент фосфоенолпируваткарбоксикиназа: Оксалоацетат + ГТФ → Фосфоенолпируват + СО 2 + ГДФ Обходные пути: 13 -я реакция (3 -я в гликолизе) фермент фруктозо-1, 6 бисфосфатаза: 14 -я реакция (1 -я в гликолизе) фермент глюкозо-6 -фосфатаза

ФОСФОГЛЮКОНАТНЫЙ ПУТЬ (пентозофосфатный цикл) В печени, коре н/п, эритроцитах, жировой ткани, семенниках, молочной железе в период лактации Общая формула: 3 глюкозо-6 -фосфат + 6 НАДФ+ → 3 СО 2 + 6 (НАДФН + Н+) + 2 фруктозо-6 -фосфат + глицеральдегид-3 -фосфат Значение: Обеспечивает а) синтез НК рибозой б) НАДФН – синтез липидов, обезвреживание ксенобиотиков, восстановление глутатиона в) глицеральдегид-3 -фосфат вступает в цикл Кребса

ФОСФОГЛЮКОНАТНЫЙ ПУТЬ – 1 этап Глюкозо-6 -фосфат+NADP+→ 6 -Фосфоглюконолактон+NADPН Глюкозо-6 -фосфатдегидрогеназа Глутатионредуктаза НАДФН-зависимый фермент 6 -Фосфоглюконолактон + Н 2 О + NADP+→ Рибозо-5 -фосфат + СО 2 + NADPН + Н+

ФОСФОГЛЮКОНАТНЫЙ ПУТЬ – 2 этап • Эпимераза и изомераза превращают Рибулозо-5 -фосфат в Ксилулозо-5 -фосфат и Рибозо-5 -фосфат • Транскетолаза (ТДФ) переносит 2 -углеродный фрагмент: ксилулозо-5 -фосфата + рибозо-5 фосфат→глицеральдегид 3 -фосфат + седогептулозо-7 -фосфат • Трансальдолаза переносит 3 -углеродный фрагмент: седогептулозо-7 -фосфат + глицеральдегид-3 -фосфат → эритрозо-4 -фосфат + фруктозо-6 -фосфат

Гликоген – запасная форма глюкозы • Гликоген содержит от 6000 до 300000 остатков глюкозы. Гликоген запасается в клетках печени (7%), в скелетных мышцах (1 -3%), в сердце (0, 5%). Структура гликогена

Гликогенез активируется во время пищеварения (абсорбтивный период) • Биосинтез глюкозо-1 -фосфата

Гликогенез УДФ-глюкопирофосфорилаза Гликогенсинтаза Амило-1, 4→ 1, 6 -глюкозилтрансфераза (фермент ветвления) переносит фрагмент (от 6 до 11 остатков ) с образованием α-1, 6 -гликозидной связи

Гликогенолиз • Распад гликогена — гликогенолиз. • Гликогенолиз, происходит в период между приемами пищи – постабсобтивный период • Фермент фосфорилаза расщепляет только α-1, 4 гликозидные связи. • Связи в точке ветвления гидролизуются ферментом амило-α-1, 6 -гликозидазой, которая отщепляет мономер глюкозы в свободном виде.

Регуляция метаболизма гликогена • В основе регуляции обмена гликогена лежит изменение активности ключевых ферментов гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы. Регуляция активности этих ферментов осуществляется путем фосфорилирования — дефосфорилирования, т. е. ковалентной модификации. • Гликогенфосфорилаза и Гликогенсинтаза имеют 2 формы: а – активная и b – неактивная • Гликогенфосфорилаза в фосфорилированной форме активная, в дефосфорилированной форме – неактивная • Гликогенсинтаза в фосфорилированной форме неактивная, в дефосфорилированной форме – активная • В абсорбтивный период инсулин ингибирует Гликогенфосфорилазу и активирует Гликогенсинтазу • В постабсорбтивный период Адреналин и Глюкагон активируют Гликогенфосфорилазу

Гликогенфосфорилаза b Фн Фн Н 2 О АТФ Адреналин и глюкагон активируют гликогенфосфорилазу АДФ Гликогенфосфорилаза а активная Инсулин активирует гликогенсинтазу и ингибирует гликогенфосфорилазу Гликогенсинтаза а активная Фн Н 2 О АТФ Фн Гликогенсинтаза b АДФ

Нарушения обмена гликогена • Гликогенозы – дефект ферментов обмена гликогена: печеночные и мышечные • Гликогеноз I типа (болезнь Гирке) - наследственный дефект синтеза глюкозо-6 -фосфатазы в печени и почках. Болезнь наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Патологические симптомы: увеличены печень, почки. В результате гипогликемии появляются судороги, задержка роста. В крови повышается концентрация лактата и пирувата, что ведет к ацидозу. Гипертриацилглицеролемия – снижение активности ЛПлипазы, активируемой инсулином. Гиперурикемия – следствие активации ПФЦ (синтез рибозо-5 -фосфата из глюкозо-6 -фосфата)

Обмен фруктозы Фруктокиназа • Фруктоза + АТФ Фруктозо-1 -фосфат + АДФ • Фруктозо-1 -фосфат → → Дигидроксиацетонфосфат + глицеральдегид-3 -фосфат → → → Пируват → Ацетилкоэнзим-А → цикл Кребса, синтез ЖК Патология • Недостаточность фруктокиназы – фруктозурия • Непереносимость фруктозы – наследственная ауто-рецессивная форма патологии.

Обмен галактозы Фермент Галактокиназа: • Галактоза + АТФ → Галактоза-1 -фосфат + АДФ Фермент Галактоза-1 -фосфатуридилтрансфераза: • Галактоза-1 -фосфат + УДФ-глюкоза → УДФ-галактоза + Глюкозо-1 -фосфат Фермент Уридилфосфат-4 -эпимераза превращает: • УДФ-галактоза → УДФ-глюкоза → Гликоген • Глюкозо-1 -фосфат → Глюкозо-6 -фосфат → Гликолиз, глюкоза

Нарушения обмена галактозы Недостаточность ферментов Галактокиназы. Клинические проявления: галактоземия, галактозурия, катаракта Галактоза-1 -фосфат-уридилтрансферазы. Клинические проявления: галактоземия, галактозурия, гепатомегалия, цирроз печени, нарушение ф-ции почек, задержка развития Уридилфосфат-4 -эпимеразы. Клинические проявления: галактоземия, галактозурия

Регуляция углеводного обмена • Повышение концентрации глюкозы в абсорбтивный период (во время пищеварения) увеличивает инсулин/глюкагоновый индекс и активирует ферменты гликолиза, гликогеноза • Понижение концентрации глюкозы в постабсорбтивный период понижает инсулин/глюкагоновый индекс и активирует глюконеогенез, гликогенолиз • Инсулин и глюкагон регулируют активность глюкокиназы (гексокиназы), фосфофруктокиназы, пируватдегидрогеназного комплекса (липогенез), гликогенсинтазы путем ковалентной модификации (фосфорилирования – дефосфорилирования). • АТФ/АДФ, АМФ и НАДН/НАД являются эффекторами – аллостерическими регуляторами скорости гликолиза и глюконеогенеза • Адреналин активирует гликогенфосфорилазу в печени и мышцах при физической нагрузке • Кортизол активирует глюконеогенез путем индукции генов при голодании из аминокислот.

Нарушения углеводного обмена • Сахарный диабет: гипергликемия, глюкозурия • Увеличение содержания лактата и пирувата в крови наблюдается при поражениях паренхимы печени (поздние стадии гепатита, цирроз печени) в результате торможения процессов глюконеогенеза в печени. • Гликогенозы

Гипогликемия • При гипофизарной кахексии, аддисоновой болезни, гипотиреозе. • При аденомах поджелудочной железы повышается синтез инсулина -клетками панкреатических островков. • При голодании, продолжительной физической работе, приеме -ганглиоблокаторов. • При беременности, лактации.

Значение витаминов в обмене глюкозы • Авитаминоз В 1, В 2, , липоевой кислоты, никотиновой кислоты приводит к накоплению в организме пирувата, который влияет на деятельность нервных клеток, приводя к параличам и потере чувствительности. • В клетках центральной нервной системы до 90% пирувата превращается в ацетил-коэнзим. А (СН 3 СО~SКо. А). В печени декарбоксилируется лишь 15– 20% пирувата. Поэтому клетки центральной нервной системы более чувствительны к недостатку витаминов.