1_3__metabolismul_glucidelor_ru_2021-2022_stud-88096

1.

ОБМЕН УГЛЕВОДОВ
Svetlana Protopop
doctor în științe medicale,
conferențiar universitar

2.

Углеводы – структура,
функции, свойства

3.

Углеводы
- полигидроксикарбонильные
органические вещества.
•Общая формула – Сm(Н2О)n
•Углеводы составляют около 1% массы
сухого вещества в животных клетках, а в
клетках печени — до 5%.
•В растительных клетках углеводы
составляют до 90% сухой массы.

4.

Функции углеводов
1. Энергетическая (4,3 ккал/г).
2. Структурная (гликозаминогликаны,
целлюлоза).
3. Запасающая (гликоген, крахмал).
4. Защитная (слизь секретов).
5. Клеточное взаимодействие.
6. Определяют специфичность белков
(гликопротеины; пр. – группы крови).

5.

Классификация углеводов
•Моносахариды – общая формула (СН2О)n,
где n ≥ 3.
•Олигосахариды – 2-10 остатков
моносахаридов.
•Полисахариды – более 10 остатков
моносахаридов.

6.

Классификация моносахаридов
• В зависимости от числа атомов углерода
различают:
триозы (3С);
тетрозы (4С);
пентозы (5С);
гексозы (6С);
гептозы (7С).
• В зависимости от положения карбонильной
группы:
1. Альдозы
2. Кетозы

7.

CHO
CH2OH
H C OH
C O
CH2OH
CH2OH
Глицеральдегид
Дигидроксиацетон
CHO
CH2OH
H C OH
C O
HO
C H
HO C H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH2OH
CH2OH
D-глюкоза
D-фруктоза

8.

Стереоизомерия углеводов
• Стереоизомеры это соединения, имеющие
одну и ту же структурную формулу, но
различающиеся по пространственной
конфигурации.
• Образование стереоизомеров возможно при
наличии в составе молекулы
ассиметричных (хиральных) атомов
углерода (к которым присоединены 4
различных атома или группы).

9.

Триозы
CHO
CH2OH
H C OH
C O
CH2OH
Глицеральдегид
CH2OH
Дигидроксиацетон

10.

Стереоизомерия углеводов
• Число возможных изомеров зависит от
числа ассиметричных атомов (n) и равна 2n
Ряд моносахаридов
Число хиральных
атомов углерода
Число
стереоизомеров
Кетотриозы
0
1
Альдотриозы
1
2
Кетопентозы
2
4
Альдопентозы
3
8
Кетогексозы
3
8
Альдогексозы
4
16

11.

CHO
CH2OH
H C OH
C O
CH2OH
CH2OH
Глицеральдегид
Дигидроксиацетон
CHO
CH2OH
H C OH
C O
HO
C H
HO C H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH2OH
CH2OH
D-глюкоза
D-фруктоза

12.

D- и L-стереоизомеры углеводов
• Разделение углеводов на D- и Lстереоизомеры основано на сравнении
пространственной конфигурации с
конфигурацией глицеральдегида.
CHO
H C OH
CH2OH
D-Глицеральдегид
CHO
HO C H
CH2OH
L-Глицеральдегид

13.

Стереоизомерия углеводов
• Принадлежность к D- и L-ряду
определяется ориентацией групп –Н и –ОН
при атоме углерода, соседнем с концевым
атомом углерода (или последним
хиральным атомом).
• Если группа –ОН при этом углероде
находится справа, сахар принадлежит к Dряду, если же она стоит слева, сахар
относится к L-ряду.

14.

Стереоизомерия углеводов
CHO
CHO
H C OH
HO C H
HO C H
H C OH
H C OH
HO C H
H C OH
HO C H
CH2OH
CH2OH
D-Глюкоза
L-Глюкоза
• Большинство моносахаридов в организме
человека имеют D-конфигурацию.

15.

16.

Стереоизомерия углеводов
• Присутствие ассиметричных атомов
углерода является причиной оптической
активности моносахаридов.
• Если пучок плоскополяризованного света
пропустить через раствор оптического
изомера, плоскость поляризации света
поворачивается либо вправо
(правовращающий изомер, +), либо влево
(левовращающий изомер, –).

17.

Стереоизомерия углеводов
• Оптические изомеры обозначают как D(+),
D(–), L(+) или L(–).
• Если D- и L-изомеры присутствуют в равных
количествах, их смесь не проявляет
оптической активности. Такие смеси
называют рацемическими (или DL-смесями).

18.

Стереоизомерия углеводов
• Энантиомеры – стереоизомеры, которые
отличаются между собой конфигурацией
всех ассиметричных атомов. Имеют
одинаковое название и свойства, но
отличаются по оптическим свойствам.
• Пример – D(+)-глюкоза и L(–)-глюкоза.

19.

Стереоизомерия углеводов
• Диастереоизомеры – стереоизомеры,
которые отличаются между собой
конфигурацией одного – максимум n-1
ассиметричных атомов. Имеют разные
названия, физико-химические и оптические
свойства.
• Пример – все D-альдогексозы.

20.

Стереоизомерия углеводов
• Эпимеры – диастереоизомеры, которые
отличаются между собой конфигурацией
одного ассиметричного атома. Имеют
разные названия, физико-химические и
оптические свойства.
• Примеры – D(+)-глюкоза и D(+)-галактоза;
D(+)-глюкоза и D(+)-манноза.

21.

Циклические структуры моносахаридов
• У альдоз образуются в результате
взаимодействия альдегидной и спиртовой
групп (полуацеталь).
• У кетоз образуются в результате
взаимодействия кето- и спиртовой групп
(полукеталь).
• Образуются пиранозные и фуранозные
циклы.

22.

Циклические структуры моносахаридов
O
Фуран
O
Пиран
• У циклических форм образуются 2 изомера
относительно карбонильного атома
углерода, который становится
ассиметричным – α- и β-аномеры.
Гидроксильная группа у этого атома
называется гликозидной.

23.

24.

Пентозы
CHO
CH2OH
H C OH
H C OH
CH2OH
O
H
H
H
OH
H
H C OH
CH2OH
D-рибоза
CH2OH
C O
OH
OH
CH2OH
D-рибулоза
H
H
H
OH
α-D-рибофураноза
OH
β-D-рибофураноза
CH2OH
OH
O
H C OH
H C OH
OH
O
H
H
H
H
OH
H
β-D-дезоксирибофураноза

25.

Гексозы
H
CH2OH
O
OH
CHO
HO
C H
OH
α-D-глюкопираноза
H
CH2OH
D-глюкоза
OH
H
H C OH
H C OH
H
OH
H C OH
H
CH2OH
O
OH
OH
H
OH
H
H
OH
β-D-глюкопираноза

26.

Гексозы
CH2OH
O
OH
OH
CHO
HO C H
H
OH
H
H
H C OH
H
OH
α-D-галактопираноза
HO C H
H C OH
CH2OH
D-галактоза
CH2OH
O
OH
OH
OH
H
H
H
H
OH
β-D-галактопираноза

27.

Гексозы
H
CHO
HO C H
HO C H
H C OH
OH
H
OH
OH
OH
H
H
α-D-маннопираноза
H C OH
CH2OH
CH2OH
O
H
D-манноза
CH2OH
O
OH
OH
OH
OH
H
H
H
β -D-маннопираноза

28.

Гексозы
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
H
C O
HO C H
H C OH
H C OH
CH2OH
D-фруктоза
H
HO
OH
OH
H
α-D-фруктофураноза
CH2OH
OH
O
H
H
OH
HO
CH2OH
H
β -D-фруктофураноза

29.

30.

Фосфорилирование глюкозы
Глюкокиназа
Гексокиназа
CH2OH
O
OH
CH2 OPO3H2
O
OH
OH
HO
OH
Глюкоза
АТФ
OH
HO
АДФ
OH
Глюкозо-6-фосфат

31.

Олигосахариды
В зависимости от количества остатков
моносахаридов делятся на:
•Дисахариды
•Трисахариды
•Тетрасахариды и т.д.
Наиболее распространенные в природе –
дисахариды.

32.

Дисахариды
Мальтоза (продукт распада
крахмала и гликогена)
H
CH2OH
O
OH
H
H
H
OH
CH2OH
O
OH
H
O
H
OH
H
OH
H
OH
Состоит из двух остатков -глюкозы.
Связь – (1→4)-гликозидная.

33.

Дисахариды
Лактоза (молочный сахар)
CH2OH
O
OH
OH
H
O
H
CH2OH
O
OH
H
H
H
H
OH
H
OH
H
OH
Состоит из β-галактозы и -глюкозы.
Связь – β(1→4)-гликозидная.

34.

Дисахариды
Сахароза (свекловичный сахар)
H
CH2OH
O
H
OH
H
H
OH
OH
O
CH2OH
O
H
H
OH
HO
H
CH2OH
Состоит из
-глюкозы и β-фруктозы.
Связь – , β(1→2)-гликозидная.

35.

Полисахариды
1. Гомополисахариды:
• крахмал (резервный углевод растений);
• гликоген (резервный углевод животных);
• целлюлоза (клеточная стенка растений);
2. Гетерополисахариды:
• Гиалуроновая кислота;
• Гепарин, гепаран-сульфат;
• Кератан-сульфат, дерматан-сульфат,
хондроитин-сульфат.

36.

Крахмал
(резервный углевод растений)
Состоит из 2-х фракций:
• Амилоза (линейный крахмал) – 15-20%;
• Амилопектин (разветвленный крахмал) –
80-85%. Каждая ветвь состоит из 24-30
остатков глюкозы.
• Резервный углевод растений.
• Содержится в злаках, картофеле, бобовых.

37.

Крахмал – амилоза
H
CH2OH
O
OH
H
H
H
O
CH2OH
O
OH
OH
H
H
O
H
H
CH2OH
O
OH
H
O
O
H
OH
H
H
Амилоза состоит из -глюкозы.
Связь – (1→4)-гликозидная.
OH

38.

Крахмал – амилопектин
H
CH2OH
O
OH
H
CH2OH
O
H
H
OH
O
H
H
CH2OH
O
OH
OH
H
H
H
O
CH2OH
O
OH
OH
H
H
OH O
OH
CH2
H
O
H
H
O
H
H
O
OH
H
H
H
O
H
CH2OH
O
OH
H
O
O
H
OH
H
H
OH
Амилопектин состоит из -глюкозы.
Связи – (1→4)- и (1→6)- гликозидные.

39.

Гликоген
H
CH2OH
O
OH
H
CH2OH
O
H
H
OH
O
H
H
CH2OH
O
OH
OH
H
H
H
O
CH2OH
O
OH
OH
H
H
OH O
OH
CH2
H
O
H
H
O
H
H
O
OH
H
H
H
O
H
CH2OH
O
OH
H
O
O
H
OH
H
H
OH
Гликоген состоит из -глюкозы. Каждая ветвь
состоит из 11-18 остатков глюкозы.
Связи – (1→4)- и (1→6)- гликозидные.

40.

Целлюлоза
(структурный углевод растений)
CH2OH
O
O
OH
H
O
H
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
H
O
OH
OH
O
H
H
H
H
CH2OH
O
OH
H
H
OH
H
H
OH
H
OH
Целлюлоза состоит из β-глюкозы.
Связь – β(1→4)-гликозидная.
O

41.

Гликозаминогликаны
(мукополисахариды)
• Это гетерополисахариды, состоящие из
повторяющихся дисахаридных единиц.
Содержат:
Аминосахара: D-глюкозамин
D-галактозамин
Уроновые кислоты: Глукуроновая кислота
Идуроновая кислота.
• Входят в состав межклеточного вещества
соединительной ткани.

42.

Гликозаминогликаны
• Гиалуроновая кислота
• Хондроитин 4- и 6-сульфат
• Кератан-сульфат
• Дерматан-сульфат
• Гепарин
• Гепаран-сульфат

43.

Гликозаминогликаны
Название
Гиалуроновая
кислота
Хондроитинсульфат
Гепарин
Аминосахар
D-глюкозамин
D-галактозамин
D-глюкозамин
Уроновая кислота
Глюкуроновая
кислота
Глюкуроновая
кислота
Глюкуроновая и
идуроновая
кислота
(преобладает)
Связь в дисахариде β(1→3)
β(1→3)
α(1→4)
Связь между
дисахаридными
единицами
β(1→4)
β(1→4)
α(1→4)
Сульфат или
ацетил
N-ацетил
глюкозамин
4- и/или 6-сульфат
галактозамин
6-сульфат и Nсульфат (или Nацетил)
глюкозамин и 2сульфат идуронат

44.

Гиалуроновая кислота
Глюкуроновая
кислота
N-ацетил
глюкозамин

45.

Хондроитин-4-сульфат
Глюкуроновая
кислота
N-ацетил
галактозамин

46.

Гепарин
Глюкуроновая
или идуроновая
кислоты
Глюкозамин

47.

Кератан-сульфат

48.

Литература
Северин Е.С., Биохимия, 2004; стр. 297-305;
703-707.
Тюкавкина Н.А. Биоорганическая химия,
2009, стр. 193-225.

49.

Переваривание и
всасывание углеводов

50.

Основные пищевые углеводы
• Крахмал
• Гликоген
• Целлюлоза
• Сахароза
• Лактоза
• Глюкоза
• Фруктоза

51.

Переваривание углеводов
• В ЖКТ все поли- и олигосахариды
расщепляются до моносахаридов.
• Ферменты, расщепляющие поли- и
олигосахариды, являются гликозидазами
(относятся к классу гидролаз).
• Моносахариды всасываются из просвета
тонкого кишечника в кровь.

52.

Переваривание углеводов
• Начинается в ротовой полости под
действием α-амилазы слюны, которая
расщепляет α-1,4-гликозидные связи в
крахмале и гликогене.
• Так как действие фермента в ротовой
полости кратковременно, крахмал
расщепляется до декстринов и небольшого
количества мальтозы.
• В кислой среде желудка действие амилазы
прекращается.

53.

Переваривание углеводов
• Желудочный сок не содержит ферментов,
расщепляющих углеводы.
• Переваривание углеводов продолжается в
тонком кишечнике под действием
панкреатической α-амилазы, которая
расщепляет декстрины до мальтозы.
• Образуется и небольшое количество
изомальтозы и разветвленные
олигосахариды.
• Целлюлоза не расщепляется в ЖКТ человека.

54.

Переваривание углеводов
• Переваривание дисахаридов происходит под
действием кишечных ферментов дисахаридаз,
расположенных на наружной поверхности
мембраны энтероцитов.
Мальтоза мальтаза
2 α-глюкозы
Сахароза
Лактоза
Трегалоза
сахараза
лактаза
трегалаза
α-глюкоза + β-фруктоза
β-галактоза + α-глюкоза
2 α-глюкозы

55.

Всасывание моносахаридов в
тонком кишечнике
• Простая диффузия – при высокой
концентрации моносахаридов.
• Вторично-активный транспорт (Na+, АТФ) –
глюкоза, галактоза.
• Облегченная диффузия – фруктоза, манноза.

56.

Вторично-активный транспорт
• Происходит симпорт Na+ и глюкозы из
кишечника в энтероцит посредством натрийзависимого ко-транспортера глюкозы.
• Na+ транспортируется по градиенту
концентрации, а глюкоза – против градиента
концентрации.

57.

Вторично-активный транспорт
• После всасывания глюкоза покидает
энтероцит через мембрану, обращенную к
кровеносному капилляру по механизму
облегченной диффузии с участием
транслоказ.
• Na+ выходит из энтероцита в обмен на ионы
К+ за счет работы Na+,К+- АТФ-азы.

58.

59.

Нарушения переваривания и
всасывания углеводов
• Непереносимость лактозы:
Причина – недостаточность лактазы
• наследственная
• приобретенная
• Клинические проявления:
• Осмотическая диарея
• Метеоризм
• Спазмы и боли в животе.
• Реже – непереносимость сахарозы и
трегалозы

60.

Транспорт глюкозы
• Транспорт глюкозы из крови в клетки
происходит облегченной диффузией по
градиенту концентрации с участием
транспортеров глюкозы (транслоказ) ГЛЮТ,
GLUT – glucose transporters.
• На данный момент известны 14 ГЛЮТ.

61.

GLUT1
транспорт глюкозы в
эритроциты
КМ низкий
Высокое сродство
GLUT2
транспорт глюкозы из
энтероцитов в кровь;
транспорт глюкозы в гепатоциты
и β-клетки поджелудочной железы
КМ высокий
Низкое сродство
GLUT3
транспорт глюкозы в клетки
нервных тканей
GLUT4
транспорт глюкозы в мышцы и
жировую ткань
GLUT5
транспорт фруктозы
КМ низкий
Высокое сродство
Инсулинзависимый!!

62.

Глют-4
• ГЛЮТ-4 находится в цитозольных везикулах.
Инсулин стимулирует транспорт везикул,
содержащих ГЛЮТ-4, на плазматическую
мембрану. Происходит слияние везикул с
мембраной и встраивание транспортеров в
мембрану.
• Увеличение количества ГЛЮТ-4 приводит к
усилению транспорта глюкозы в клетку.

63.

ГЛЮТ-4

64.

Натрий зависимые котранспортеры глюкозы
• Второй тип транспорта глюкозы через мембраны
– вторично-активный транспорт против градиента
концентрации с участием натрий-зависимых котранспортеров глюкозы SGLT – sodium dependent
glucose transporters;
• SGLT1 – апикальная поверхность энтероцитов
(всасывание глюкозы из просвета кишечника);
• SGLT2 – проксимальные почечные канальцы
(реабсорбция глюкозы).

65.

Всасывание глюкозы из просвета
кишечника
https://www.researchgate.net/figure/Models-for-glucose-and-fructose-transport-across-the-intestinal-epithelium-Glucose-is_fig1_327346100

66.

Реабсорбция глюкозы в проксимальных
почечных канальцах
https://menafn.com/1099737653/Asia-Pacific-Sodium-dependent-Glucose-Co-transporter-2-SGLT2-Market-Analysis-2020-to-2024

67.

Использование глюкозы в тканях
Синтез
пентоз
Глюкоза
Синтез других
моносахаридов → олиго-,
гетерополисахариды
Синтез
гликогена
Синтез
липидов
Синтез заменимых
аминокислот
Гликолиз

68.

Фосфорилирование глюкозы
Глюкокиназа
Гексокиназа
CH2OH
O
OH
CH2 OPO3H2
O
OH
OH
HO
OH
Глюкоза
АТФ
OH
HO
OH
АДФ
Глюкозо-6-фосфат
Любое превращение глюкозы начинается
с ее фосфорилирования.

69.

Отличия глюкокиназы и гексокиназы
Субстрат
Сродство к
субстрату
Регуляция
Инсулин
Глюкокиназа Гексокиназа
Печень
Др. органы
Глюкоза
+ др. гексозы
Низкое –↑КМ Высокое –↓КМ
=10 ммоль/л) = 0,1 ммоль/л
Ингибитор –
Г-6-Р
индуцирует
-Локализация

70.

Обмен гликогена

71.

H
CH2OH
O
OH
H
CH2OH
O
H
H
OH
O
H
H
CH2OH
O
OH
OH
H
H
H
O
CH2OH
O
OH
OH
H
H
OH O
OH
CH2
H
O
H
H
O
H
H
O
OH
H
H
H
O
H
CH2OH
O
OH
H
O
O
H
OH
H
H
OH
• Гликоген запасается в печени и в
мышцах.
• 5% от массы печени (100 г)
• 1% от массы мышц (350 г)
• 450 г гликогена
• Гликогеногенез (синтез гликогена).
• Гликогенолиз (распад гликогена,
мобилизация гликогена).

72.

CH2OH
O
OH
Глюкокиназа
Гексокиназа
OH
HO
OH
Глюкоза
HO
ATP
ADP
CH2OH
O
OH
OH
Глюкозо-6-фосфат
CH2OH
O
UDP-глюкозопирофосфорилаза
O PO3H2
HO
CH2 OPO3H2
ФосфоглюкоO
мутаза
OH
OH
OH
Глюкозо-1-фосфат
UTP
OH
O UDP
HO
H4P2O7
OH
UDP-глюкоза

73.

УДФ-глюкоза – активная форма глюкозы
O
HOH2C
H
OH
O
H
OH
OH
O
O
O
H
NH
H
P
O-
N
O
P
O
H2C
O
OOH
OH
O

74.

Гликоген (n глюкоз) + УДФ-глюкоза
Гликогенсинтаза
Гликоген (n+1 глюкоза) + УДФ
Гликогенсинтаза образует только
α-1,4-гликозидные связи.
α-1,6-гликозидные связи образуются
гликоген-ветвящим ферментом
(амило-1,4→1,6-гликозилтрансфераза).

75.

Гликогенсинтаза
Гликогенветвящий фермент
Гликогенсинтаза

76.

Образование гликоген-затравки
Гликозилтрансферазная
активность гликогенина
+ UDP-глюкоза
+ UDP

77.

Гликоген

78.

Регуляция биосинтеза гликогена
• Регуляторным ферментом синтеза
гликогена является гликогенсинтаза.
• Инсулин активирует гликогенсинтазу
(дефосфорилирование фермента).
• Адреналин, глюкагон ингибируют
гликогенсинтазу (фосфорилирование
фермента).

79.

Регуляция гликогенсинтазы

80.

Регуляция гликогенсинтазы

81.

Регуляция синтеза гликогена в
мышцах

82.

Гликогенолиз (мобилизация гликогена)
Гликоген (n глюкоз) + Н3РО4
Гликогенфосфорилаза
ГлюкозаГликоген (n-1 глюкоз) + 1-фосфат
Глюкоза- Глюкозо-6-фосфатаза
6-фосфат
Печень
Мышцы
Гликолиз
Н2О
Фосфоглюкомутаза
Глюкоза
Н3РО4
Кровь

83.

Гликогенолиз
• Гликоген-фосфорилаза расщепляет только
α-1,4-гликозидные связи.
• α-1,6-гликозидные связи расщепляются
гликоген-деветвящим ферментом (олиго1,6→1,4-гликантрансфераза).
• Фермент обладает:
1. трансферазной активностью;
2. 1→6-гликозидазной активностью.

84.

Гликогенфосфорилаза
Гликогендеветвящий фермент
Гликогендеветвящий фермент
Н2О
Глюкоза
Гликогенфосфорилаза

85.

Регуляция гликогенолиза
• Регуляторным ферментом распада гликогена
является гликогенфосфорилаза.
• Адреналин, глюкагон активируют
гликогенфосфорилазу (фосфорилирование
фермента).
• Инсулин ингибирует гликогенфосфорилазу
(дефосфорилирование фермента).

86.

Регуляция гликогенфосфорилазы

87.

Гликогеновые болезни
• Наследственные болезни, обусловленные
снижением или отсутствием активности
ферментов, участвующих в распаде или
синтезе гликогена.
• Гликогенозы
• Агликогенозы

88.

Болезнь Гирке (I тип)
• Причина – наследственный дефект глюкозо6-фосфатазы
• Печеночная форма
• Гепатомегалия, увеличение почек
• Гипогликемия
• Отставание в развитии
• Судороги
• Гипертриглицеридемия
• Гиперурикемия
• Ацидоз

89.

Глюкозо-6-фосфатаза
Глюкозо-6-фосфат
Глюкоза
Гипогликемия
Стимуляция липолиза
Судороги
Снижение
секреции инсулина
Стимуляция
секреции катехоламинов
Стимуляция
гликогенолиза в мышцах
↓ Синтез белков
↑ Лактат
Лактат конкурирует с мочевой кислотой
за почечную экскрецию
↑ Ацетил-СоА
↑ Кетоновые тела
Ацидоз
↑ Мочевая
кислота

90.

Болезнь Помпе (II тип)
• Причина – наследственный дефект
лизосомальной α-1,6-гликозидазы.
• Смешанная форма
• Генерализованное накопление гликогена в
лизосомах, а затем в цитозоле.
• Кардиомегалия
• Мышечная гипотония

91.

Обходные пути глюконегенза
CH2 OPO3H2
CH2 OPO3H2
O
II
HO
OH
H2O
H3PO4
Фруктозо-1,6-бифосфат
CH2 OPO3H2
O
CH2OH
O
HO
OH
III
CH2 OPO3H2
Фруктозо-1,6бифосфатаза
OH
Фруктозо-6-фосфат
CH2OH
O
Глюкозо-6-фосфатаза
OH
OH
OH
Глюкозо-6-фосфат
OH
HO
OH
HO
OH
H2O
H3PO4
OH
Глюкоза

92.

Суммарная реакция глюконеогенеза
2 Пиуват + 4АТФ + 2ГТФ + 2НАДН+2Н+ +
+ 4Н2О
Глюкоза + 4АДФ + 2ГДФ +
+ 6Н3РО4 + 2НАД+

93.

Глюкозо-лактатный цикл
(цикл Кори) Мышцы
Печень
Кровь
Глюкоза
Глюкоза
Пируват
Пируват
Лактат
Лактат

94.

Глюкозо-аланиновый цикл
Печень
Мышцы
Кровь
Глюкоза
Глюкоза
Пируват
Пируват
Аланин
Аланин

95.

Причины лактоацидоза
• Гипоксии (активация анаэробного гликолиза)
• Патология печени (нарушение глюконеогенеза)
• Наследсвенные дефекты ферментов
глюконеогенеза (пример – глюкозо-6фосфатаза)
• Нарушение ПДК (дефекты ферментов или
гиповитаминозы)
• Лекарства (бигуаниды ингибируют
глюконеогенез)

96.

Регуляция гликолиза и
глюконеогенеза
• Осуществляется на уровне ферментов,
катализирующих необратимые реакции
гликолиза и глюконеогенеза.
• Активаторы гликолиза являются
ингибиторами глюконеогенеза и наоборот.

97.

Регуляция гликолиза и
глюконеогенеза
• Аллостерическая регуляция
• Регуляция энергетическим статусом клетки
• Ковалентная регуляция –
фосфорилирование/дефосфорилирование
• Индукция/репрессия ферментов

98.

Регуляция гликолиза и
глюконеогенеза
Глюкоза
Гексокиназа
-
Глюкозо-6фосфатаза
Глюкозо-6фосфат
+
В печени глюкокиназа индуцируется инсулином

99.

Регуляция гликолиза и
глюконеогенеза
Фруктозо-6фосфат
Фруктозо-1,6Фосфофруктодифосфатаза
киназа
+
-
Фруктозо-1,6дифосфат
Фруктозо-2,6-дифосфат
АМФ
-
+
АТФ, НАДН

100.

Регуляция гликолиза и
глюконеогенеза
Фосфоенол
РЕПкарбоксипируват
киназа
Пируваткиназа
-
+
АТФ, НАДН,
ацетил-КоА, ЖК
Оксалоацетат
Пируват
Пируваткарбоксилаза
-
+Ф-1,6-диР,
АМФ

101.

Гормональная регуляция
гликолиза и глюконеогенеза
• Инсулин (абсорбтивный период) приводит к
дефосфорилированию регуляторных
ферментов гликолиза и глюконеогенеза –
гликолиз активируется, а глюконеогенез
ингибируется.
• Глюкагон (голодание) приводит к
фосфорилированию регуляторных
ферментов гликолиза и глюконеогенеза (в
печени) – гликолиз ингибируется, а
глюконеогенез активируется.

102.

Гормональная регуляция
гликолиза и глюконеогенеза
• Адреналин активирует глюконеогенез в
печени, активирует гликогенолиз и
гликолиз в мышцах.
• Кортизол индуцирует регуляторные
ферменты глюконеогенеза:
• Фосфоенолпируваткарбоксикиназа
• Фруктозо-1,6-бифосфатаза

103.

Спиртовое брожение

104.

Пентозофосфатный путь
окисления глюкозы

105.

Пентозофосфатный путь
окисления глюкозы
Метаболическая роль:
1. Образование пентоз (для синтеза
нуклеотидов, нуклеиновых кислот,
коферментов).
2. Образование НАДФН:
А. Восстановительные синтезы – синтез
жирных кислот, холестерола, стероидных
гормонов, аминокислот;
В. Обезвреживание токсичных веществ.

106.

Пентозофосфатный путь
окисления глюкозы
Локализация:
• Печень
• Жировая ткань
• Кора надпочечников
• Эритроциты
• Молочная железа в период лактации
• Семенники, яичники
• Хрусталик, роговица

107.

Пентозофосфатный путь
окисления глюкозы
Этапы:
1. Окислительный этап – превращение гексоз
в пентозы
2. Неокислительный этап – превращение
пентоз в гексозы

108.

Пентозофосфатный путь окисления
глюкозы – окислительный этап

109.

CH2 OPO3H2
O H
OH
Глюкозо-6-фосфат
OH
HO
OH
NADP+
Глюкозо-6-фосфат
дегидрогеназа
NADPH+H+
CH2 OPO3H2
O
O
OH
6-фосфоглюконолактон
HO
OH
Лактоназа
+ H 2O
COOH
H C OH
HO C H
H C OH
H C OH
CH2OPO3H2
6-фосфоглюконат

110.

NADP+
6-фосфоглюконат
дегидрогеназа
- CO2
NADPH+H+
CH2OH
C O
H C OH
Рибулозо-5-фосфат
H C OH
CH2OPO3H2
O
C
CH2OH
H
H C OH
C O
H C OH
HO C H
H C OH
H C OH
CH2OPO3H2
CH2OPO3H2
Рибозо-5-фосфат
Ксилулозо-5-фосфат

111.

Неокислительный этап
пентозофосфатного пути – I реакция

112.

Неокислительный этап
пентозофосфатного пути – II реакция

113.

Неокислительный этап
пентозофосфатного пути – III реакция

114.

Неокислительный этап пентозофосфатного
пути окисления глюкозы

115.

Неокислительный этап пентозофосфатного
пути окисления глюкозы

116.

Схема пентозофосфатного пути

117.

6 Глюкозо-6-фосфат
6 СО2
I этап
12 НАДФН
6 Пентоз-5-фосфат
II этап
5 Глюкозо-6-фосфат

118.

Варианты протекания
пентозофосфатного пути
1. Если потребности тканей в НАДФН и
рибозе примерно одинаковы, протекает
только I этап пентозофосфатного пути.
Суммарная реакция:
6 глюкозо-6-фосфат + 12НАДФ+ + 6Н2О →
6 рибозо-5-фосфат + 12(НАДФН+Н+) + 6 СО2

119.

Варианты протекания
пентозофосфатного пути
2. Если потребности тканей в НАДФН выше,
чем потребности в рибозе, протекают оба
этапа пентозофосфатного пути.
Суммарная реакция:
глюкозо-6-фосфат + 12НАДФ+ + 7Н2О →
12(НАДФН+Н+) + 6 СО2 + Н3РО4

120.

Варианты протекания
пентозофосфатного пути
3. Если потребности тканей в рибозе выше,
чем в НАДФН, протекает только II этап в
обратном направлении.
Суммарная реакция:
5 глюкозо-6-фосфат + АТР → 6 рибозо-5фосфат + ADP

121.

Регуляция
пентозофосфатного пути
Глюкозо-6-фосфат дегидрогеназа –
регуляторный фермент: ингибитор – НАДФН.
Процесс активируется при потреблении
углеводов, ингибируется при голодании и
сахарном диабете.
Усиление синтеза жирных кислот и
стероидных гормонов усиливает ПФП.
Инсулин, йодтиронины – индукция Г-6Р ДГ.

122.

Дефект глюкозо-6-фосфат
дегидрогеназы в эритроцитах
• Уменьшается концентрация НАДФН в
эритроцитах → окислительный стресс!!!
• Происходит окисление –SH групп
гемоглобина с образованием перекрестных
дисульфидных связей и агрегация
протомеров гемоглобина → образуются
тельца Хайнца.
• Нарушается пластичность мембраны
эритроцитов → гемолиз.

123.

124.

Тельца Хайнца

125.

Обмен фруктозы и галактозы

126.

Метаболизм фруктозы
• I путь – печень, почки, кишечник (основной
путь).
• II путь – мышцы (фруктоза
фосфорилируется под действием
гексокиназы до фруктозо-6-фосфат, которая
включается в гликолиз.
CH2OH
CH2 OPO3H2
CH2OH
O
HO
OH
Гексокиназа
CH2OH
O
HO
OH
ATP
ADP
OH
OH

127.

Метаболизм фруктозы в печени
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
HO
Фруктокиназа
HO
OH
OH
ATP
C
CH2 OH
CH2 OPO3H2
Дигидроксиацетон
фосфат
OH
Фруктозо-1-фосфат
O
C O
альдолаза
OH
ADP
Фруктоза
CH2 OPO3H2 Фруктозо-1-фосфат
O
+
H
Триозофосфат
киназа
CH OH
CH2 OH
Глицеральдегид
O
C
H
CH OH
ATP
ADP
CH2 OPO3H2
Глицеральдегид-3фосфат

128.

Наследственные нарушения
метаболизма фруктозы
Ф-1-РФруктокиназа
альдолаза
Фруктоза
Ф-1-Р
ДГАР + ГА
1. Недостаточность фруктокиназы –
эссенциальная фруктозурия →
выделение фруктозы с мочой

129.

Наследственные нарушения
метаболизма фруктозы
Ф-1-Р
Фруктокиназа
альдолаза
Фруктоза
Ф-1-Р
ДГАР + ГА
2. Недостаточность фруктозо-1-фосфатальдолазы
непереносимость фруктозы →
рвота, диарея, боли в животе, кома, судороги,
нарушение функции печени и почек,
гипогликемия, гипофосфатемия, гиперурикемия
метаболический ацидоз (кетоновые тела).

130.

Метаболизм галактозы – печень

131.

CH2OH
O
HO
Галактокиназа
OH
HO
OH
OH
ATP
OH
ADP
O
OPO3H2
UDPглюкоза
OH
Галактоза
HO
UDP-глюкозогексозо-1-фосфатуридил-трансфераза
CH2OH
O
Галактозо
-1-фосфат
CH2OH
O
OH
OH
Фосфоглюкоизомераза
O OPO3H2
OH
Глюкозо
-1-фосфат
UTP
UDP-глюкоза
UDP-галактоза
HO
PPi
OH
OH
OH
O UDP
HO
O UDP
CH2OH
O
UDP-глюкозопирофосфорилаза
CH2OH
O
UDP-галактозо4-эпимераза
Глюкозо
-1-фосфат
CH2 OPO3H2
O
OH
Гюкозо-6фосфатаза
OH
Глюкозо
-6-фосфат
OH
OH
HO
OH
HO
CH2OH
O
Н2О
Pi
OH
Глюкоза

132.

Наследственные нарушения
метаболизма галактозы
Гексозо-1-Р-уридилГалактокиназа
трансфераза
Галактоза
Гал-1-Р
УДФ-гал
1
1. Недостаточность галактокиназы –
галактоземия →
галактоземия, галактозурия,
катаракта (восстановление галактозы
в галактитол).

133.

134.

Наследственные нарушения
метаболизма галактозы
Гексозо-1-Р-уридилГалактокиназа
трансфераза
Галактоза
Гал-1-Р
УДФ-гал
2
2. Недостаточность гексозо-1-фосфатуридил-трансферазы – галактоземия
(непереносимость галактозы) →
галактоземия, галактозурия, катаракта,
гипогликемия, умственная отсталость,
цирроз печени, гепатомегалия

135.

Синтез лактозы
CH2OH
O
OH
Лактозосинтаза
CH2OH
OH
O
OH
O UDP
OH
OH
OH
OH
Глюкоза
УДФ-галактоза
CH2OH
OH
O
OH
O
CH2OH
O
OH
UDP
OH
OH
OH
Лактоза

136.

Синтез лактозы
Лактозосинтаза состоит из 2 субъединиц:
• галактозилтрансфераза – каталитическая;
• альфа-лактальбумин – регуляторная.
Гормональная регуляция:
• пролактин – активирует синтез обеих
субъединиц;
• прогестерон – ингибирует синтез
лактальбумина.

137.

Синтез глюкуроновой кислоты
УДФ-глюкоза
дегидрогеназа
CH2OH
O
OH
O
OH
UDP
+ H2O
COOH
O
OH
OH
УДФ-глюкоза
O
OH
UDP
OH
2 NAD+
2 NADH+2H+
УДФ-глюкуронат
Биологическая роль УДФ-глюкуроната:
• Конъюгация (обезвреживание токсичных
веществ);
• Синтез мукополисахаридов.

138.

Регуляция и патология
обмена углеводов

139.

Регуляция концентрации
глюкозы в крови
• Нормальное содержание глюкозы в крови –
3,3-5,5 ммоль/л
• После приема пищи (в течение 1 часа) –
повышается до 8 ммоль/л.
• Спустя 2 часа – уровень глюкозы
возвращается к норме.

140.

Изменение концентрации
глюкозы в течение суток

141.

Влияние инсулина
Кровь
↑ Глюкоза
Гликоген
Глюкоза
+
+
+
Глюкозо-6-Р
Инсулин
+
-
Пируват
Ткани
-

142.

Влияние инсулина на обмен
углеводов
• Стимулирует транспорт глюкозы из крови в
ткани (транслокация ГЛЮТ4 на мембрану).
• Индуцирует глюкокиназу (в печени).
• Активирует синтез гликогена (гликогенсинтаза).
• Ингибирует распад гликогена
(гликогенфосфорилаза).
• Активирует регуляторные ферменты гликолиза.
• Ингибирует регуляторные ферменты
глюконеогенеза.

143.

Влияние глюкагона и адреналина
• Активируют распад гликогена
(гликогенфосфорилаза).
• Ингибируют синтез гликогена
(гликогенсинтаза).
• Активируют регуляторные ферменты
глюконеогенеза.
• Ингибируют регуляторные ферменты гликолиза.
• Активируют глюкозо-6-фосфатазу, образуется
свободная глюкоза, которая секретируется в
кровь.

144.

Влияние кортизола
• Индуцирует регуляторные ферменты
глюконеогенеза.
• Активирует катаболизм мышечных белков и
триглицеридов жировой ткани, обеспечивая
глюконеогенез субстратами (аминокислоты,
глицерол).

145.

Регуляция уровня глюкозы в
крови в абсорбтивном/
постабсорбтивном периоде
Выделяется инсулин.
Около 60% глюкозы поступает в печень
(воротная вена).
• 2/3 превращается в гликоген.
• 1/3 окисляется для получения энергии и
превращается в жиры.

146.

Регуляция уровня глюкозы в
крови в абсорбтивном/
постабсорбтивном периоде
Около 40% поступает в общий кровоток.
• 2/3 поглощается мышцами (превращается в
гликоген) и жировой тканью (превращается в
жиры).
• 1/3 поступает в другие ткани (окисление).
• При нормальном ритме питания уровень
глюкозы в крови поддерживается в основном за
счет синтеза и распада гликогена.

147.

Регуляция уровня глюкозы в
крови при длительном голодании
Выделяется глюкагон.
• Активируется распад гликогена (в течение
суток запасы гликогена исчерпываются).
• Усиливается глюконеогенез (из лактата,
аминокислот, глицерола).
• Выделяется кортизол (индуцирует регуляторные
ферменты глюконеогенеза).

148.

Регуляция уровня глюкозы в
крови при длительном голодании
• При голодании глюкоза не используется
мышцами и жировой тканью (из-за низкого
содержания инсулина).
• Глюкоза сберегается для головного мозга и
других глюкозозависимых клеток.

149.

Регуляция уровня глюкозы в
крови при мышечной нагрузке
• Вначале источником глюкозы для мышц
является гликоген, запасенный в мышцах (при
интенсивной мышечной нагрузке 100 г
гликогена используется в течение 15 минут).
• После исчерпания запасов гликогена мышц,
глюкоза поступает в мышцы из крови (распад
гликогена и глюконеогенез в печени).

150.

• Увеличение концентрации глюкозы
в крови – гипергликемия.
• Снижение концентрации глюкозы
в крови – гипогликемия.
• Присутствие глюкозы в моче –
глюкозурия.

151.

Причины гипергликемии
• Сахарный диабет
• Стероидный диабет
• Гиперфункция щитовидной железы
• Гиперсекреция соматотропина
• Стресс
• Панкреатиты, карцинома поджелудочной
железы

152.

Причины гипогликемии
• Передозировка инсулина при лечении
сахарного диабета
• Инсулинома
• Гипофункция надпочечников, щитовидной
железы, аденогипофиза
• Гликогеновые болезни
• Нарушения обмена фруктозы и галактозы

153.

Глюкозурия
• Почечный порог для глюкозы ≈ 10 ммоль/л
• Причины глюкозурии:
• Гипергликемия
• Патология почек (наследственная и
приобретенная). Нет гипергликемии!

154.

Сахарный диабет
Причина – абсолютная или
относительная недостаточность
инсулина.
Основные типы:
1. Инсулинзависимый (I тип)
2. Инсулиннезависимый (II тип)

155.

Сахарный диабет I типа
Причина – абсолютный дефицит инсулина:
• Аутоиммунная деструкция -клеток
(пусковые механизмы – вирусные инфекции:
оспа, краснуха, корь, цитомегаловирус,
паротит, аденовирус).
• Генетическая предрасположенность.
Начало – молодой возраст.

156.

Сахарный диабет II типа
Причина – относительный дефицит инсулина:
• Инсулинорезистентность (дефект рецептора
инсулина, пострецепторного аппарата).
• Нарушение секреции инсулина.
• Пусковые механизмы – ожирение,
малоподвижный образ жизни, стресс.
Начало – после 40 лет.

157.

Биохимические нарушения при
сахарном диабете
• Гипергликемия, глюкозурия
• Кетонемия, кетонурия
• Повышение концентрации жирных кислот
• Повышение концентрации аминокислот
• Ацидоз
• Уремия

158.

Клинические проявления сахарного
диабета
• Полиурия (из-за повышения концентрации
глюкозы, кетоновых тел, мочевины).
• Полидипсия (из-за полиурии).
• Полифагия (энергетический голод клеток).
• I тип – больные худеют, II тип – ожирение.

159.

Стероидный диабет
Причина – гиперсекреция кортизола.
• Стимуляция глюконеогенеза.
• Стимуляция катаболизма мышечных белков и
триглицеридов жировой ткани
(аминокислоты, глицерол используются для
синтеза глюкозы).

160.

Тесты для оценки
углеводного обмена
Пероральный тест толерантности к глюкозе:
• Определяют концентрацию глюкозы в крови
натощак (12-14 часов после приема пищи).
• Нагрузка глюкозой (50 г глюкозы в 250 мл
воды).
• Определяют концентрацию глюкозы через 2
часа.

161.

Состояние
углеводного
обмена
Уровень
глюкозы
натощак,
ммоль/л
Уровень
глюкозы после
нагрузки
глюкозой (через
2 часа), ммоль/л
Норма
Снижение
толерантности
к глюкозе
Сахарный
диабет
3,3-5,5
5,6-6,1
или
< 7,8
или 7,8-11,1
≥ 6,1
или
≥ 11,1

162.

Концентрация инсулина и С
пептида
• Инсулин и С пептид секретируются
поджелудочной железой в эквимолярных
концентрациях.
• В норме отношение инсулина к С пептиду в
крови составляет 1/3 (т.к. 2/3 инсулина
задерживается печенью).
• Определение пептида С используются для
оценки секреторной функции
поджелудочной железы.

163.

Гликированный гемоглобин
(Hb A1c)
• В норме составляет 4-6% от общего
содержания гемоглобина.
• Является индикатором уровня глюкозы
крови.
• При сахарном диабете увеличивается в 2-3
раза.