Глюконеогенез. Обмен гликогена. Особенности обмена углеводов в различных органах и тканях

1.

ФГБОУ ВО «Курский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения РФ
Глюконеогенез. Обмен гликогена.
Особенности обмена углеводов в различных
органах и тканях.

2.

Синтез глюкозы de novo – глюконеогенез
– процесс синтеза глюкозы из соединений
неуглеводной природы.
Основная функция – поддержание уровня
глюкозы в крови в период голодания
(постабсорбтивный период) и интенсивных
физических нагрузок (особенно важно это
для нервной ткани и эритроцитов)
Процесс протекает в основном в печени,
менее интенсивно в корковом веществе почек,
а также в слизистой оболочке кишечника

3. Первичные субстраты глюконеогенеза

Лактат - продукт анаэробного гликолиза. Образуется при любых состояниях организма в
основном в эритроцитах и работающих мышцах,
меньше в других тканях при гипоксии.
Глицерол – высвобождается при гидролизе
жиров в жировой ткани в период голодания или при
длительной физической нагрузке.
Аминокислоты
образуются
в
результате
катаболизма белков мышц и соединительной ткани и
включаются в глюконеогенез в период голодания
или при длительной физической нагрузке.

4.

Печень
Глюкоза
Глюкоза
Глюкоза
Глюконеогенез
Мышцы +
эритроциты
Гликолиз
2 АТФ
2 Лактат
2 Лактат
2 Лактат
Цикл Кори (глюкозо-лактатный цикл) –
обеспечивает утилизацию лактата,
предотвращает развитие лактоацидоза

5. Включение субстратов в глюконеогенез

3 реакции гликолиза термодинамически
необратимы.
глюкоза
гексокиназа
глюкокиназа
глюкозо-6-фосфат
2+
Mg
АТФ
фру-6-ф
АДФ
фосфофруктокиназа
фру-1,6-фф
2+
АТФ
Mg
АДФ
2АДФ
2АТФ
пируват
фосфоенолпируват
2+
Mg
пируваткиназа

6. 3 реакции гликолиза термодинамически необратимы.

Первый обходной путь – образование
фосфоенолпирувата из пирувата.
Пируват
CO2
пируваткарбоксилаза
АТФ АДФ
CO2
феп-карбоксикиназа Фосфоенолпируват
Оксалоацетат
ГТФ ГДФ

7. Первый обходной путь – образование фосфоенолпирувата из пирувата.

Реакция превращения пирувата в оксалоацетат
(протекает в митохондриях)
СН3
СООН
пируваткарбоксилаза (биотин)
С=О
СООН
Пируват
АТФ
СО2
АДФ + Н3РО4
СН2
С=О
СООН
Оксалоацетат

8.

Транспорт оксалоацетата через
митохондриальную мембрану
Образование оксалоацетата, транспорт в
цитозоль и превращение в фосфоенолпируват
Глюкоза
Пируват
Пируват
ОА
Асп
Малат
Митохондрия
Асп
ОА
Малат
ФЕП

9. Транспорт оксалоацетата через митохондриальную мембрану

СООН
СН2
НАДН + Н+
С=О
НАД+
малатдегидрогеназа
СООН
СН2
СHOH
СООН
СООН
Оксалоацетат
Малат

10. Транспорт оксалоацетата через митохондриальную мембрану

Реакция превращения оксалоацетата
в фосфоенолпируват в цитоплазме
СООН
СН2
фосфоенолпируваткарбоксикиназа (биотин)
С
С=О
СООН
СН2
ГТФ
ГДФ СО2
Оксалоацетат
АТФ
АДФ
О ~ PO3Н2
СООН
Фосфоенолпируват

11.

Второй обходной путь – дефосфорилирование
фруктозо-1,6-бисфосфата
Фруктозо-1,6-бисфосфат под действием фермента фруктозо-1,6бисфосфатаза превращается в фруктозо-6-фосфат
Фру-1,6бисфосфат
фруктозо-1,6бисфосфатаза
Н2О
Н3РО4
Фруктозо-6фосфат

12.

Третий обходной путь – дефосфорилирование
глюкозо-6-фосфата
Глюкозо-6-фосфат под действием фермента глюкозо-6-фосфатаза
превращается в глюкозу
глюкозо-6-фосфатаза
Глюкозо-6-фосфат
Глюкоза
Н2О
Н3РО4

13.

Энергетический баланс
глюконеогенеза из пирувата
В ходе этого процесса расходуется 6 моль
АТФ на синтез 1 моль глюкозы из 2 моль
пирувата
CO2
Пируват
CO2
Оксалоацетат
АТФ АДФ
Фосфоенолпируват
ГТФ ГДФ
1,3-дифосфоглицерат
3 Фосфоглицерат
АТФ АДФ

14. Энергетический баланс глюконеогенеза из пирувата

Включение субстратов в глюконеогенез
СО2
АТФ
АДФ +Н3РО4
ЦТК
Аминокислоты
Лактат
Пируват
Аланин, серин, глицин,
цистеин, триптофан
Пируваткарбоксилаза
Оксалоацетат
Аспартат, аспарагин
ГТФ
Фосфоенолпируваткарбоксикиназа
ГДФ
СО2
Фосфоенолпируват
Глицерол
Глицерол – 3 -фосфат→ ФДА
ФГА
Фруктозо – 1,6 - бисфосфат
Н2О
Фруктозо – 1,6 - бисфосфатаза
Н3РО4
Фруктозо – 1,6 - фосфатаза
Глюкозо – 1,6 - фосфатаза
Н2О
Глюкозо – 6 - фосфатаза
Глюкоза
Н3РО4

15. Нарушение метаболизма при лактоацидозе

Обмен гликогена.
Биологическое значение.
- синтез и распад гликогена протекают по разным метаболическим путям;
- печень запасает глюкозу в виде гликогена для
поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови;
- функция мышечного гликогена заключается в освобождении глюкозо-6-фосфата, потребляемого в самой мышце
для окисления и использования энергии;
- синтез гликогена (гликогеногенез) – процесс
эндергонический;
- распад гликогена (гликогенолиз) до глюкозо-6-фосфата
не требует затраты энергии;

16. Глюкозо-аланиновый цикл

Гликоген - разветвленный гомополисахарид, точки ветвления через 8-10
мономеров, депонируется в виде гранул, синтезируется с затратой энергии в
абсорбтивный период через 1-2 ч после приема углеводной пищи
СН2ОН
СН2ОН
О
О
ОН
ОН
О
О
α – 1,6 – гликозидными связями
ОН
ОН
α –1,4 – гликозидными связями
СН2ОН
СН2ОН
О
ОН
О
О
ОН
СН2
ОН
О
О
ОН
СН2ОН
ОН
О
О
ОН
ОН
ОН

17. Включение субстратов в глюконеогенез

Синтез гликогена
(гликогеногенез)
Гликоген

18. Обмен гликогена. Биологическое значение.

Мобилизация гликогена (гликогенолиз)
Гликогенфосфорилаза
Гликоген
Фн
Олигосахаридтрансфераза
Деветвящий ферментα
(1,6 – Гликозидаза)
Глюкозо – 1- фосфат
Гликогенфосфорилаза
Фн
Фосфоглюкомутаза
Глюкозо – 6 - фосфат
В мышцах
В печени
Н2О
Гликолиз
Глюкозо – 6 - фосфатаза
Н3РО4
Глюкоза → в кровь
Глюкоза ( )

19. Гликоген - разветвленный гомополисахарид, точки ветвления через 8-10 мономеров, депонируется в виде гранул, синтезируется с

Особенности обмена углеводов в органах и тканях.

20. Синтез гликогена (гликогеногенез)

ОСОБЕННОСТИ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА В ПЕЧЕНИ
(ГЕПАТОЦИТЫ)
1. Превращение фруктозы и галактозы в глюкозу
2. Резервная роль (гликогеногенез)
3. Глюконеогенез
4. Глюкостатическая функция (поддержание уровня глюкозы в крови)
4.1. Повышенная проницаемость мембран гепатоцитов для глюкозы
4.2. Наличие фермента глюкокиназы
4.3. Гликогенолиз
4.4. Наличие фермента глю-6-фосфатазы
4.5. Контроль за уровнем инсулина в крови, т.к. в печени содержится
фермент инсулиназа, расщепляющая инсулин в зависимости от
потребности организма в глюкозе
5.
Энергетические
потребности
печени
(гликолиз,
ЦТК,
пентозофосфатный путь)
6. Энергетическое и пластическое обеспечение анаболизма

21. Мобилизация гликогена (гликогенолиз)

Особенности обмена углеводов в миоцитах
+
ИНСУЛИН
УДФ-ГЛЮ
+
ГЛЮТ-4
ГЛЮ
гликогенсинтаза
ГЛЮ
ГЛИКОГЕН
ГЛЮ-6-Ф
АТФ
АЛА
АЛА
ПИРУВАТ
ЛАКТАТ
ЛАКТАТ
ЦТК
Ацетил - КоА
1. Активное
глюкозы
качестве
2. Обмен
гликогенаиспользование
– внутренний для
миоцитав процесс
(нет фермента глю-6-фосфатазы,
мощная система
переноса
глюкозы из крови)
энергетического
материала
(аэробный
иианаэробный
4. Участие в глюкозо-лактатном
глюкозо-аланиновом
циклах
3. Практически
нет глюконеогенеза
и пентозофосфатного пути
гликолиз,
ЦТК)

22. Обмен гликогена

Особенности обмена углеводов в сердце
КАРДИОМИОЦИТ
ГЛЮ-6-Ф
ПИРУВАТ
ЛДГ1
Н4
МИОЦИТ
1. Активное использование
глюкозы в качестве
энергетического материала
2. Аэробный гликолиз
(изоферменты ЛДГ1 и ЛДГ2 )
ЛДГ2
Н3М
ЛАКТАТ
ЛАКТАТ
ГЛЮ-6-Ф
ПИРУВАТ
ЛДГ4
(м3н)
ЛДГ5
(м4 )
ЛАКТАТ
«Н» - Heurt (сердце)
«М» - Myscle (мышца)
Печень
(глюконеогенез)
Почки
(выведение)

23. Гликогенозы

Особенности обмена углеводов в жировой
ткани
КРОВЬ
ГЛЮ
ГЛЮТ-4
+
АДИПОЦИТ
ТАГ
ГЛЮ
1. Активный захват глюкозы из крови в
4. Использование
ДФА
период «изобилия»
3. Использование
НАДФН2
α-ГФ
глюкозы
(пентозофосфатный
для синтеза
РИБ-5-Ф
ацил-КоА
путь) для всинтеза
период
ПИРУВАТ
ацил-КоА
«изобилия»
в период
НАДФНН+
«изобилия»
2. Использование диоксифосфоацетона
Ацетил-КоА
(ДФА) для синтеза ТАГ
Ацил-КоА
ЦТК
АТФ

24. Гликогенозы

Особенности углеводного обмена в мозге
Кровь
Глю
ПЕПТОЗЫ атомовНКглюкозы идет на
10% углеродных
синтез аминокислот
(нейромедиаторы,
+
Синтез
липидов
НАДФННсложных
обезвреживание аммиака)
Гликолипиды
Мембраны
Глю-6-ф
97-98%
ЖК
нейронов
и миелиновый
футляр
ГФЛ
Сфингофосфолипиды
Ацетил-КоА
Ацетилхолин
2-3%
КТ
Пентозофосфатный
путь малоактивен
(для анаболизма)
СО2
Кет. тела
ЦТК
NH3
АСП
АТФ
NH3 (обезвреживание)
ГЛУ
АСН
ГОМ, ГАМК
ГЛН

25. Особенности обмена углеводов в органах и тканях.

Особенности обмена углеводов в эритроците
ПЕНТОЗЫ
ГЛЮ
НАДФН+Н+
ГЛЮ-6-Ф
НАДФ
2GSH
Hb(Fe2+)
НАД
1,3 ДФГ
2,3 ДФГ
GSSG
ЭНДОПЕРЕКИСИ
Мет Hb
(Fe3+)
АТФ
НАДНН+
ПИРУВАТ
ЛАКТАТ
ЛАКТАТ
ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
4. Пентозофосфатный путь – восстановление
+
глутатиона
за
счет
НАДФН+Н
3.(обезвреживание
2.2,3-ДФГФ:
НАДНН+ идет
буферное
на обезвреживание
действие,
снижение
метактивных
форм
кислорода,
1. Анаэробный гликолиз
(90%
глюкозы
идет на
сродства гемоглобина
гемоглобина
к кислороду,
резерв энергии
антиоксидантный
эффект)
АТФ, работа
натрий-калиевого
насоса)

26. ОСОБЕННОСТИ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА В ПЕЧЕНИ (ГЕПАТОЦИТЫ)

Гликогенозы (обмен гликогена)
Глю
Глю-6-фосфатаза
Глю-6ф
Глю-1ф
УТФ
ПФ
УДФ-глю
Гликогенсинтаза (1-4)
«Ветвящий» фермент (1-6)
Гликогенn
УДФ
Гликогенn
Гликоген(n+1)
Фосфорилаза
α – 1,6 – Гликозидаза
(«деветвящий» фермент)

27. Особенности обмена углеводов в миоцитах

Гликогенозы
Название
гликогеноза
I тип
Вид гликогеноза,
генетический
дефект фермента,
локализация
Печеночный.
болезнь Гирке
Глю-6-фосфатаза в
гепатоцитах
VI тип,
Печеночный.
Гликогенфосфорилаза в гепатоцитах
болезнь Херса
Признаки
Лабораторные
Клинические
Увеличение содержания:
в гепатоцитах гликогена, в крови
лактата,
кетоновых
тел
триглицеридов,
мочевой
к-ты.
Ацидоз. Гипогликемия натощак.
Гепатомегалия,
гипотрофия,
замедление роста,
кровоточивость,
судороги
Гипогликемия натощак, кетонемия,
ацидоз, увеличение содержания в
крови лактата, в печени - гликогена
Гепатомегалия,
слабовыраженное
замедление роста

28. Особенности обмена углеводов в сердце

Гликогенозы
Название
гликогеноза
V тип
болезнь МакАрдля
IV тип
болезнь
Андерсена
Вид гликогеноза,
генетический
дефект фермента,
локализация
Признаки
Лабораторные
Клинические
Мышечный
Фосфорилаза в
миоцитах
Миопатия, болезненные
судороги мышц после
физической нагрузки
Смешанный
Гликогенсинтаза
«ветвящая» в
гепатоцитах и
миоцитах
Гепатомегалия.
Цирроз печени.
Печеночная недостаточность.
Миопатия