Характер карбоксильной группы Число атомов С в молекуле альдозы кетозы триозы, тетрозы гексозы и т.д. глицеральдегид дигидроксиацетон пентозы - D -глюкоза - D -глюкозамин - D -глюкозо-6-фосфат - D -фруктоза Производные моносахаридов: фосфорные эфиры уроновые кислоты аминосахара и др.
гомоолигосахариды гетероолигосахариды Мальтоза (глюкоза-глюкоза) -1,4- гликозидная связь Лактоза (галактоза-глюкоза) - 1,4 -гликозидная связь Сахароза (глюкоза-фруктоза) -1,2 - гликозидная связь
гомополисахариды гетерополисахариды Гликоген – остатки - D -глюкозы, соединенные -1,4- и -1,6-гликозидными связями -1,4- гликозидная связь -1,6- гликозидная связь гиалуроновая кислота хондроитинсульфат кератансульфат дерматансульфат гепарансульфат гепарин
Функции углеводов структурная резервная регуляторная энергетическая пластическая
гликоген, крахмал мальтоза изомальтоза Амилаза и мальтаза слюны Амилаза поджелудочной железы глюкоза Мальтаза Изомальтаза
сахароза лактоза глюкоза + фруктоза сахараза лактаза глюкоза + галактоза Механизмы всасывания моносахаридов Активный транспорт Простая диффузия Облегченная диффузия глюкоза галактоза фруктоза рибоза манноза ксилоза
Пополнение и расход глюкозного пула глюкоза Углеводы пищи Распад гликогена Глюконеогенез Взаимные превращения моносахаридов Гликоген Липиды Аминокислоты, гликопротеиды Олиго- и поли- сахариды Окислительный распад
Механизм: облегченная диффузия В большинство органов и тканей организма глюкоза поступает по инсулинзависимому механизму. Инсулиннезависимыми являются только два органа: печень и головной мозг.
Синтез гликогена глюкоза гл-6-ф гл-1-ф УДФ – глюкоза АТФ АДФ УТФ 2Н 3 РО 4 гликоген ( n+1) УДФ гликоген печени 4,0% = 72 г (масса печени 1,8 кг) мышечный гликоген 0,7% = 245 г (масса мышц 35 кг) Энергетические затраты: АТФ + УТФ(АТФ) = 2 АТФ гексокиназа, глюкокиназа ФГМ гликогенсинтетаза УДФ-глюкозо- пирофосфорилаза
Для расщепления молекулы в районе разветвлений необходимы два дополнительных фермента: дебранчинг (деветвящий) - фермент амило-1,6-гликозидаза. Расщепление молекулы вдоль цепи
2 регуляторных фермента: 1- гликогенсинтетаза 2- гликогенфосфорилаза 1 2
Регуляция синтеза и распада гликогена Осуществляется путем ковалентной модификации ферментов (модификатором является фосфорная кислота) Гликоген синтетаза « b » Гликоген фосфорилаза « b » Гликоген синтетаза «а» Гликоген фосфорилаза «а»
Глюкагон H–R комплекс Аденилат- циклаза Синтез цАМФ из АТФ цАМФ-зависимая протеинкиназа Фосфорилирование киназы фосфорилазы Фосфорилирование гликогенсинтетазы Фосфорилирование гликогенфосфорилазы Расщепление гликогена Поступление глюкозы в кровь Синтез гликогена заблокирован
Фосфопротеин- фосфатаза Активация гликогенсинтетаза Синтез гликогена Инактивация фосфорилазы
дихотомический распад Аэробный распад глюкозы до пирувата и далее до СО 2 и Н 2 О 2) Анаэробный распад глюкозы до пирувата и далее до лактата (гликолиз) 3) Апотомический распад глюкозы до рибозо-5-фосфата и НАДФН 2 (пентозо-фосфатный цикл) 4) Путь окисления глюкозы до глюкуроновой кислоты Метаболические пути окисления глюкозы
глюкоза G = -2870 кДж / моль 3 этапа аэробного окисления глюкозы: Расщепление глюкозы до пирувата Окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-КоА Окисление ацетил-КоА в цикле Кребса (ЦТК) I II III
Термодинамический контроль Кинетический контроль Образование глюкозо-6-фосфата Образование фруктозо-1,6-бифосфата Образование пирувата Гексокиназа Фосфофруктокиназа Пируваткиназа 3 необратимые реакции: Изменение активности алло-стерических ферментов: Регуляция I этапа окисления глюкозы Контроль направления потока метаболитов по метаболическому пути Контроль интенсивности потока метаболитов по метаболическому пути
АТФ цитрат АМФ АТФ НАДН+Н Цитрат Сукцинил-КоА Жирные кислоты Гл-6-ф Фр-1,6-биф ФГА АТФ Гл-6-ф Механизм: аллостерическая модуляция
пируватдегидрогеназный комплекс 3 фермента + 5 кофакторов пируватдекарбоксилаза (ТДФ) - желтый Липоилацетилтрансфераза (КоА, ЛК) - зеленый Дигидролипоилдегидрогеназа (НАД +, ФАД) - красный
2 механизма: аллостерическая модуляция и ковалентная модификация пируват Фосфорилирование НАДН+Н АТФ Ацетил-КоА Дефосфорилирование
Этапы аэробного окисления глюкозы глюкоза 2 ФГА 2 пируват 2АТФ 2АДФ 4АДФ 4АТФ 2НАД 2НАДН 2 I. II. 2 пируват 2 ацетилКоА 2НАД 2НАДН 2 2СО 2 III. 2 ацетилКоА 4 СО 2 6 НАД 6 НАДН 2 2ФАД 2ФАДН 2 2ГДФ 2ГТФ М И Т О Х О Н Д Р И Я цито- золь
Энергетический эффект аэробного окисления глюкозы Выход АТФ в процессе окислительного фосфорилирования: Коэф. Р / О НАДН 2 = 2,5 АТФ 10 НАДН 2 = 25 АТФ Коэф. Р / О ФАДН 2 = 1,5 АТФ 2 ФАДН 2 = 3 АТФ 25 АТФ + 3 АТФ + 6 АТФ – 2 АТФ = 32 АТФ Итого: Выход АТФ в процессе субстратного фосфорилирования: 4 АТФ + 2 ГТФ(2 АТФ) = 6 АТФ Затраты АТФ на первом этапе: – 2 АТФ
Гл-6-ф → синтез пентоз и глюкуроновой кислоты Фр-6-ф → синтез аминосахаров ФГА и ФДА → образование 3-фосфоглицерола 3-ФГК → синтез заменимых аминокислот: сер, гли и цис ФЭП → синтез сиаловых кислот, используемых при синтезе гетероолигосахаридов Пируват → синтез аланина Ацетил-КоА → синтез жирных кислот и стероидов
Галактозо-1-фосфатуридилтрансфераза
Фруктоза Фр-1-ф Глицериновый альдегид Фосфодигидрокси- ацетон 3-ФГА З-ФГА АТФ АДФ фруктокиназа Фруктозо-1- фосфатальдолаза триозокиназа АТФ АДФ триозофосфат- изомераза
Анаэробный распад глюкозы и гликогена глюкоза гликоген гл-1-ф гл-6-ф 2 ФГА 2 пируват 2 лактат 2НАД 2НАДН 2 Н 3 РО 4 АТФ АДФ 4АДФ 4АТФ гликолиз = 2 АТФ гликогенолиз = 3 АТФ АТФ АДФ
Апотомический путь окисления глюкозы Обеспечивает клетки пентозофосфатами (рибозо-5-фосфат) и восстановленными эквивалентами в форме НАДФН 2, необходимыми для протекания биосинтетических процессов (например, для синтеза высших жирных кислот). Уравнение окислительной стадии:
Проходит через образование активной УДФ-глюкозы, которая окисляется затем до глюкуроновой кислоты: Глюкуроновая кислота участвует в обезвреживании токсинов и используется для синтеза гетерополи- и олигосахаридов. УДФ - глюкоза УДФ – глюкуроновая кислота Н 2 О 2НАД 2НАДН 2
Глюконеогенез - это процесс синтеза глюкозы из неуглеводных компонентов (лактата, пирувата, глицерина, аланина и других веществ) глюконеогенез будет протекать лишь при условии достаточной энергетической обеспеченности клеток уравнение образования глюкозы из лактата:
Комплекс НАД-лактатдегидрогеназа
Необратимые реакции гликолиза и обходные пути их преодоления в глюконеогенезе Обходной путь: пируват+СО 2 ЩУК ФЭП+СО 2 АТФ АДФ Н 2 О Н 3 РО 4 ГТФ ГДФ 1. Пируваткиназная реакция: пируват ФЭП АДФ АТФ Ферменты: Пируваткарбоксилаза Фосфоенолпируваткарбоксикиназа Пируваткарбоксилаза
2. Фосфофруктокиназная реакция: Фр-6-ф Фр-1,6-диф АТФ АДФ Обходной путь: Фр-1,6-диф Фр-6-ф Н 2 О Н 3 РО 4 Необратимые реакции гликолиза и обходные пути их преодоления в глюконеогенезе Фермент: Фруктозо-1,6-бифосфатаза
3. Гексокиназная реакция: глюкоза глюкозо-6-ф АТФ АДФ Обходной путь: гл-6-ф глюкоза Н 2 О Н 3 РО 4 Необратимые реакции гликолиза и обходные пути их преодоления в глюконеогенезе Фермент: Глюкозо-6-фосфатаза Молекулярная модель глюкозы
Механизм: аллостерическая модуляция АДФ Ацетил-КоА АМФ
Гликолипиды Гликопротеиды Гликозамино- протеогликаны гликолипид гликопротеин протеогликан
Гиалуроновая кислота Хондроитинсульфаты Кератансульфат Дерматансульфат
Ферменты: Гликозилтрансферазы Аппарат Гольджи
Углеводный компонент присоединяется к белку О-гликозидной связью : Углеводный компонент присоединяется к белку N -гликозидной связью : Сборка углеводного компонента идет на ППЦ, синтезированной на рибосомах, путем последовательного присоединения мономеров. Ферменты: Гликозилтрансферазы Углеводный компонент синтезируется на специальном переносчике – долихолфосфате, который встроен в мембрану ЭПС.
Лизосомы Ферменты Гликозидазы Сульфатазы Эндогликозидазы Экзогликозидазы Период полуобновления: Гиалуроновой кислоты – 2 – 4 дня Хондроитинсульфатов – 7 – 16 дней
Гормональная регуляция уровня глюкозы в крови повышение понижение быстрый эффект адреналин действие на распад гликогена глюкагон действие на глюконеогенез кортизол медленный эффект инсулин увеличение поступления глюкозы в клетки тканей, стимуляция синтеза гликогена и окисления глюкозы в клетках
Нарушения обмена углеводов Первичные нарушения (Генетические) Вторичные нарушения непереносимость лактозы галактоземия непереносимость фруктозы гликогеноз агликогеноз лизосомные болезни накопления развиваются на фоне того или иного заболевания: Эндокринные заболевания: Сахарный диабет Бронзовая болезнь Болезнь Иценко-Кушинга Болезнь Грэйвса (гипертиреоз) Заболевания печени, кишечника, почек и др.
Причины гипо- и гипергликемических состояний гипогликемия гипергликемия N = 3,3 – 5,5 ммоль/л голодание нарушение расщепления и всасывания в ЖКТ патология печени снижение секреции контринсулярных гормонов избыточная продукция, передозировка инсулина значительная физическая нагрузка, заболевания хронический алкоголизм алиментарная (пища) нейрогенная (стресс) повышенная продукция контринсулярных гормонов снижение секреции инсулина сахарный диабет резкая дегидратация организма инсулинорезистентность
