Основной механизм накопления водорода в клетке
жиры углеводы аминокислоты СН 3 -СО S КоА Цикл трикарбо-новых кислот n 2Н Стадии, предшествующие образованию активных атомов водорода n СО 2
СООН СН 3 СО S -КоА + С=О СН 2 СООН СООН СН 2 НО-С-СООН СН 2 СООН Цитрат- синтаза Синтез лимонной кислоты Ацетил-КоА щавелевоуксусная к-та лимонная к-та
СООН СН 2 НО -С-СООН СН 2 СООН СООН СН 2 Н-С-СООН С Н - О Н СООН СООН СН 2 СН 2 С=О СООН изомераза изоцитратде-гидрогеназа НАД СО 2 НАДН 2 лимонная к-та изолимонная к-та оксоглутаровая к-та Первая дегидрогеназная реакция в цикле трикарбоновых кислот
СООН СН 2 СН 2 С=О СООН СООН СН 2 СН 2 С =О S- КоА Н S -КоА дегидрогеназа НАД НАДН 2 СООН СН 2 СН 2 СООН ГДФ Н S- КоА ГТФ АТФ оксоглутаровая сукцинил-КоА янтарная кислота кислота Вторая дегидрогеназная реакция в цикле трикарбоновых кислот
СООН СН 2 СН 2 СООН СООН СН СН СООН СООН СНОН СН 2 СООН дегидрогеназа ФАД ФАДН 2 фумаратгидратаза + Н 2 О янтарная к-та фумаровая к-та яблочная к-та Третья дегидрогеназная реакция в цикле трикарбоновых кислот
СООН СНОН СН 2 СООН СООН С=О СН 2 СООН дегидрогеназа НАД СН 3 СО- S КоА НАДН 2 повторение реакций Четвертая дегидрогеназная реакция в цикле трикарбоновых кислот яблочная к-та щавелевоуксусная к-та
ЩУК ацетил-коэнзим А яблочная к-та → НАДН 2 → 3 АТФ лимонная к-та фумаровая к-та изолимонная к-та → НАДН 2 → 3 АТФ янтарная к-та → ФАДН 2 → 2 АТФ оксоглутаровая к-та → НАДН 2 → 3АТФ сукцинил –КоА → АТФ Энергетическая ценность ЦТК
ЩУК ацетил-коэнзим А яблочная к-та → НАДН 2 лимонная к-та фумаровая к-та изолимонная к-та → НАДН 2 янтарная к-та → ФАДН 2 оксоглутаровая к-та → НАДН 2 сукцинил –КоА Регуляция активности ЦТК гипоксия
Обмен углеводов
углеводы моносахариды дисахариды полисахариды альдозы кетозы гомополисахариды гетерополисахариды триозы пентозы гексозы глицериновый рибоза глюкоза крахмал гиалуроновая к-та альдегид дезоксирибоза фруктоза гликоген хондроитинсульфаты диоксиацетон ксилоза галактоза клетчатка дерматансульфаты ксилулеза гепарин сахароза лактоза
Н С=О Н-С-ОН HO -С-Н Н-С-ОН H - C - OH СН 2 ОН СН 2 ОН С=О НО-С-Н Н-С-ОН Н-С-ОН СН 2 ОН Н С=О Н-С-ОН HO -С-Н НО-С-Н H - C - OH СН 2 ОН Представители моносахаридов глюкоза фруктоза галактоза
Н С=О Н-С-ОН HO -С-Н Н-С-ОН H - C - OH СН 2 ОН О СН 2 ОН ОН ОН ОН ОН Образование полуацетальной формы глюкозы в растворе.
СН 2 ОН ОН ОН ОН О СН 2 ОН О он он сахароза О СН 2 ОН
сн 2 он сн 2 он он он он он лактоза ОН О β -галактоза α - глюкоза ОН О О
сн 2 он сн 2 он он он о о о он он n фрагмент крахмала
Переваривание углеводов в кишечнике
Содержание углеводов в некоторых пищевых продуктах Пищевой продукт % клетчатка % хлеб 50 1 картофель 20 0,9 крупа гречневая 67 1,7 кукуруза 68 2,0 рис 76 1,0 макароны 75 0,4 морковь 9 1-3 капуста 6 1-2 яблоки 14 2 мясо следы - печень 3 - молоко 5 -
СН 2 ОН СН 2 ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН О СН 2 ОН СН 2 ОН О О он он ОН Н 2 О Расщепление сахарозы фруктофуранозидазой (сахаразой) β -фруктоза О О глюкоза он он СН 2 ОН СН 2 ОН
Расщепление лактозы β -галактозидазой сн 2 он сн 2 он он он он он ОН О ОН сн 2 он сн 2 он он он ОН ОН ОН он он О О О О ОН +Н 2 О
сн 2 он сн 2 он он он о о о он он n сн 2 он он он он он n Гидролиз крахмала альфа-амилазой глюкоза n Н 2 О
Глюкоза Na + N а + К + АТФ АДФ фруктоза Na + фруктозо-6-ф глюкозо-6-ф глюкоза КРОВЬ кишечник Всасывание моносахаридов в кишечнике Na,К-насос глюкоза +АТФ Н 3 РО 4
Содержание глюкозы в крови в норме : 4,4 + 1,1 ммоль / л
0 1 2 часы 8 6 4 2 Глюкоза крови (ммоль / л) секреция инсулина Физиологическая гипергликемия прием пищи
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 ( гликоген) n-1 + глюкозо -1-фосфат фосфоглюкомутаза глюкозо -1-фосфат глюкозо -6-фосфат фосфатаза глюкозо- 6-фосфат глюкоза + Н 3 РО 4
ГЛЮКОЗА дихотомический путь пентозофосфатный уронатный аэробный анаэробный (гликолиз) СО 2 + Н 2 О 2 молочные пентозы УДФ-глюкуроновая + 38 АТФ кислоты (рибоза, НАДФН 2 кислота + 2 АТФ дезоксирибоза) синтез РНК, синтез обезврежи- синтез ДНК жирных вание мукопо- кислот, ядовитых лисаха- фосфоли- веществ ридов, пидов кле- (рубцы, точных соедини- мембран тельная ткань) Пути превращения глюкозы в клетках
Анаэробный путь окисления глюкозы (гликолиз)
АДФ АДФ Н Н С=О С=О СН 2 ОН СН 2 О РО 3 Н 2 Н-С-ОН Н-С-ОН С=О С=О НО-С-Н + АТФ НО-С-Н НО-С-Н + АТФ НО-С-Н Н-С-ОН Н-С-ОН Н-С-ОН Н-С-ОН Н-С-ОН Н-С-ОН Н-С-ОН Н-С-ОН СН 2 ОН СН 2 О РО 3 Н 2 СН 2 О РО 3 Н 2 СН 2 О РО 3 Н 2 Этапы активации молекулы глюкозы глюкоза глюкозо-6-фосфат фруктоза-6-ф фр.-1,6 дифосфат
СН 2 О РО 3 Н 2 С=О НО-С-Н Н-С-ОН Н-С-ОН СН 2 О РО 3 Н 2 Н С=О Н-С-ОН СН 2 О РО 3 Н 2 СН 2 О- РО 3 Н 2 С=О СН 2 ОН Н С=О Н-С-ОН СН 2 О РО 3 Н 2 фосфодиоксиацетон фосфоглицериновый альдегид Фр.-1,6-дифосфат Изомеризация фосфодиоксиацетона в фосфоглицериновый альдегид 2 альдо-лаза
Н С=О + 2 НАД С О-РО 3 Н 2 Н-С-ОН 2 Н-С-ОН СН 2 О РО 3 Н 2 СН 2 О РО 3 Н 2 + 2 Н 3 РО 4 О + 2 АДФ 2 АТФ 2 НАДН 2 Первый этап синтеза АТФ фосфоглицерин. 1,3 дифосфо- п альдегид глицериновая п кислота дегидрогеназа
СООН СООН СООН 2 Н-С-ОН 2 Н -С-О РО 3 Н 2 2 С-О РО 3 Н 2 СН 2 О- РО 3 Н 2 Н 2 С- ОН СН 2 Н 2 О Образование макроэргической связи 3-фосфоглицер. 2-фосфоглицер. 2-фосфоенол- и кислота кислота пируват
СООН 2 С = О СН 3 + 2 АДФ + 2 АТФ Второй этап синтеза АТФ пировиноградная к-та
СООН С = О СН 3 СООН Н -С-О Н СН 3 Лактатдегидро-геназа НАД Н 2 НАД Заключительная реакция гликолиза – образование молочной кислоты
Глюкоза Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-1,6-дифосфат 2 глицериновый альдегид 2 фосфоенолпируват 2 АТФ 2 пируват АТФ АТФ 2 АТФ 2 молочная кислота 2 НАДН 2 (Ингибиторы гликолиза) монойодацетат NaF
Аэробный путь окисления глюкозы
Глюкоза Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-1,6-дифосфат глицериновый альдегид фосфоенолпируват пируват Ацетил-КоА Цикл трикарбоновых кислот Окислительное фосфорилирование АТФ Схема аэробного окисления глюкозы лактат
H 3 C NH 2 N CH 2 N C CH 3 H - C C-CH 2 -CH 2 O – Р – О - Р - О -Н N О О ОН ОН СН S СООН С=О + СН 3 NH 2 N CH 2 N C CH 3 C C-CH 2 -CH 2 O – Р – О - Р - О-Н N H 3 C О О ОН ОН СН S СН 3 - С- СООН ОН Взаимодействие пирувата с тиаминдифосфатом ТДФ активная форма пирувата
CH 2 CH 2 CH S S Строение липоевой кислоты -(CH 2 ) 4 - СООН
NH 2 N CH 2 N C CH 3 C C-CH 2 -CH 2 O – Р – О - Р - О-Н N H 3 C О О ОН ОН СН S СН 3 - С- СОО Н ОН -(CH 2 ) 4 -СООН CH 2 + CH 2 CH S S + H S-KoA C О 2 ТДФ Окисление пирувата Липоевая кислота Коэнзим А - S Н активная форма пирувата
-(CH 2 ) 4 -СООН CH 2 CH 2 CH S S Образование восстановленной формы липоевой кислоты -(CH 2 ) 4 -СООН CH 2 CH 2 CH S Н S Н + 2 Н
- ( CH 2 ) 4 -СООН CH 2 CH 2 CH S Н S Н + ФАД - (CH 2 ) 4 -СООН CH 2 CH 2 CH S S + ФАД Н 2 Эстафетная передача атомов водорода от липоевой кислоты к коферментам дегидрогеназ дегидрогеназа
ФАД Н 2 + НАД ФАД + НАД Н 2 НАД Н 2 → митохондрии → 3 АТФ Запасание энергии в АТФ при окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты дегидрогеназа
NH 2 N CH 2 N C CH 3 C C-CH 2 -CH 2 O – Р – О - Р - О-Н N H 3 C О О ОН ОН СН S СН 3 С ОН + Н S-KoA ТДФ СН 3 С S -КоА + ТДФ О Образование ацетил-КоА
Энергетическая ценность аэробного пути окисления глюкозы
Глюкоза Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-1,6-дифосфат 2 глицериновый альдегид → 2 НАДН 2 → 6 АТФ 2 фосфоенолпируват 2 АТФ 2 пируват 2 НАДН 2 → 6 АТФ 2 ЩУК 2 ацетил-коэнзим А 2 яблочная к-та → 2 НАДН 2 → 6 АТФ 2 лимонная к-та 2 фумаровая к-та 2 изолимонная к-та → 2НАДН 2 → 6АТФ 2 янтарная к-та → 2 ФАДН 2 → 4 АТФ 2 оксоглутаровая к-та → 2 НАДН 2 → 6АТФ 2 сукцинил –КоА → 2 АТФ АТФ АТФ 2 АТФ
Пентозофос-фатный путь окисления глюкозы
АДФ Н Н С=О С О Н Н-С-ОН Н-С-ОН НО-С-Н + АТФ НО-С-Н О Н-С-ОН Н-С-ОН Н-С-ОН Н-С СН 2 ОН СН 2 О РО 3 Н 2 Активация и дегидрирование молекулы глюкозы С = О Н-С-ОН HO -С-Н О Н-С-ОН H - C СН 2 ОРО 3 Н 2 Дегидрогеназа НАДФ С ООН Н-С-ОН HO -С-Н Н-С-ОН H - C -ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 Н 2 О НАДФ Н 2 фосфо-глюконолактон фосфо-глюконат
СО 2 НАДФ Н 2 С ОО Н Н-С-ОН H O -С- Н Н-С-ОН H - C -ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 СН 2 -ОН С =О Н-С-ОН H - C -ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 Дегидрогеназа НАДФ рибулезо-5-ф Образование пентозы
СН 2 -ОН С =О Н-С-ОН H - C -ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 СН 2 -ОН С =О НО-С-Н H - C -ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 Н С=О Н-С-ОН Н-С-ОН H - C -ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 ксилулезо-5-ф рибозо-5-ф Транскетолазная реакция-1
Н- С=О H - C -ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 СН 2 ОН С=О НО- С-Н Н-С-ОН Н-С-ОН H - C -ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 Транскетолазная реакция-2 фосфо-глицериновый альдегид гептулезо-7-фосфат
СН 2 ОН С=О НО-С-Н Н-С-ОН Н-С-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 Н-С=О Н-С-ОН H - C -ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 Фруктозо-6-фосфат Эритрозо-4-фосфат СН 2 -ОН С =О НО-С-Н H - C -ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 Ксилулезо-5-фосфат Транскетолазная реакция-3
Н- С=О H - C -ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 СН 2 ОН С=О НО-С-Н Н-С-ОН Н-С-ОН СН 2 ОРО 3 Н 2 Фосфоглице-риновый альдегид Фруктозо-6-фосфат Завершающая стадия
Значение пентозофосфатного пути окисления глюкозы пентозофосфатный путь пентозы -5-фосфат НАДФ Н 2 нуклеотиды РНК ДНК регенерация, заживление тканей синтез синтез жирных холестерина кислот построение синтез мембран гормонов клеток вит. Д и др. Участие в реакциях гидроксилирования (обезвреживание), активирование провитамина Д и т.д
Уронатный путь 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 Стадии уронатного пути окисления глюкозы
О СООН ОН ОН ОН УДФ Образование УДФ-глюкуронида О О СН 2 ОН ОН ОН ОН УДФ О НАД (Н 2 О) дегидрогеназа НАДН 2 УДФ-глюкоза УДФ-глюкуронид
Биологическая роль уронатного пути окисления глюкозы Структурный компонент гетерополи-сахаридов (гиалуроновой кислоты, хондроитинсульфатов, гепарина и т д.); 2. Входя в состав гетерополисахаридов, участвует в образовании костной ткани, межклеточного вещества, гликокалекса, рубцовой ткани и т д. 3. Используется для обезвреживания токсичных продуктов метаболизма (билирубина, гетероциклов, лекарственных веществ и т. д.
Спиртовое брожение СН 3 С = О СООН СН 3 С = О Н СН 3 -СН 2 -ОН СО 2 пируват уксусный альдегид этанол НАДН 2 НАД глюкоза декарбо-ксилаза
Превращение этанола в организме СН 3 СН 2 ОН СН 3 С = О Н СН 3 С = О S- КоА НАД НАДН 2 Н S- КоА Цикл Кребса токсичное вещество
Синтез глюкозы из жиров и аминокислот (глюконеогенез)
Глюкоза Фруктозо-6-фосфат Фруктозо-1,6-дифосфат фосфо- глицериновый альдегид фосфоенолпируват пируват обходная реакция Синтез глюкозы из жиров и аминокислот (глюконеогенез) СН 3 СО – S -КоА жирные кислоты аминокислоты АТФ АТФ АТФ Глюко-корти-коиды
СН 3 С=О СООН НСО 3 - АТФ СООН С=О СН 2 СООН СООН С=О СН 2 СООН АТФ СООН С-О РО 3 Н 2 СН 2 1) 2) пируват ЩУК фосфоенолпируват Синтез фосфоенолпирувата из пирувата АДФ Н 3 РО 4 АДФ глюкоза
Регуляция обмена углеводов
-адреналин, -глюкагон, -тироксин, -глюкокорти- коиды Углевод-ная пища инсулин Конц. глюкозы в крови физическая нагрузка Гормональная регуляция уровня глюкозы в крови часы 1 2 3 4 5 6
адреналин глюкагон тироксин глюкоза гликоген белки глюкокортикоиды липиды глюкоза глюкоза инсулин Регуляция концентрации глюкозы в крови
Снижение концентрации глюкозы в крови ниже допустимого уровня - 3 ммоль / л может вызвать гипогликемический шок!
гипоталамус гипофиз щитовидная железа почка АКТГ тиреотропин соматотропин тироксин глюкагон глюкоза глюкокортикоиды Ответная реакция на гипогликемию адреналин гипогликемия в мышце глюконеогенез
Нарушения углеводного обмена Сахарный диабет; Гипогликемия; Активация гликолиза при гипоксии; Гликогенозы.
Сахарный диабет
Клинические признаки сахарного диабета Жажда Полиурия Быстрая утомляемость 4. Стремительное развитие атеросклероза 5. Ухудшение зрения 6. Постоянно высокая концентрация сахара в крови 7. Положительная реакция на глюкозу в моче 8. Положительная реакция на кетоновые вещества в моче
здоровый больной сахарная нагрузка выброс инсулина Уровень глюкозы крови часы 0 1 2 3 Профиль сахарной кривой у здорового и больного после сахарной нагрузки
глу лей ала лей ала глн лей гли гли лей гли гли гли лей глу вал ала гли ала глн про асн гли глн про ала про глу глн арг лиз арг арг ала гли лиз иле про вал тре глу глн цис цис тре сер иле цис сер лей тир глн лей глу асн тир цис асн – СООН тир фен фен гли арг глу гли Н 2 N – фен вал асн глн гис лей цис гли сер гис лей вал глу ала лей тир лей вал цис S S S S S S Структура проинсулина С-пеп-тид инсулин
ала гли лиз иле про вал тре глу глн цис цис тре сер иле цис сер лей тир глн лей глу асн тир цис асн – СООН тир фен фен гли арг глу гли Н 2 N – фен вал асн глн гис лей цис гли сер гис лей вал глу ала лей тир лей вал цис S S S S S S Структура инсулина пептид А пептид В
Строение молекулы инсулина Пептид В Пептид А
глюкоза инсулин С-пептид проинсу-лин глюкоза Na + Активация инсулином глюкозного канала в клетке канал для глюкозы рецептор для инсулина поджелудочная железа
глюкоза С-пептид проинсу-лин Инсулин-зависимая форма сахарного диабета ( тип 1) нарушение синтеза инсулина
инсулин С-пептид проинсу-лин повреждение рецептора Инсулин-независимая форма сахарного диабета ( тип 2) глюкоза
Причины появления жажды и полиурии у больных сахарным диабетом Высокое содержание глюкозы в крови сопровождается выделением ее избытка почками в мочу Глюкоза является осмотически активной молекулой, поскольку она окружена мощной гидратной оболочкой. Поэтому выведение глюкозы сопровождается потерей организмом большого количества воды. Уменьшение объема циркулирующей крови вызывает рефлекторное чувство жажды. Больные вынуждены принимать в сутки большое количество жидкости. Выделение большого количества воды одновременно сопровождается потерей организмом минеральных веществ, витаминов, белков и т.д.
Последствия снижения уровня глюкозы в клетке Снижаются энергетические ресурсы (уменьшается синтез АТФ); Компенсаторно активируется окисление жиров и аминокислот; Ослабляется синтез нуклеотидов (пентозофосфатный цикл); Ослабляется синтез фосфолипидов (пентозофосфатный цикл); Уменьшается скорость образования УДФ-глюкуронида, в результате чего ослабляется синтез гетерополисахаридов, снижается скорость обезвреживания токсичных веществ; Падает скорость регенерации тканей – замедляется процесс заживления ран. Часто образуются трофические язвы; В результате нарушения обмена веществ в крови и тканях накапливаются кислоты, в результате возникает диабетическая форма ацидоза; Происходят глубокие дистрофические процессы в сетчатке (ретинопатия), почках (нефропатия), сердце (кардиопатия).
Методы лабораторной диагностики сахарного диабета
Методы лабораторной диагностики сахарного диабета Определение концентрации глюкозы крови до еды (натощак); Определение уровня глюкозы после еды (пик); Определение концентрации глюкозы перед сном; Определение концентрации инсулина к крови; Определение уровня С-пептида в крови; Определение в крови гликогемоглобина (гликозилированный гемоглобин); 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 Н-С-ОН СН 2 ОН + Н 2 N- белок Н С Н-С-ОН НО-С-Н Н-С-ОН Н-С-ОН СН 2 ОН N- белок Н 2 О Н Н С Н-С-ОН НО-С-Н Н-С-ОН Н-С-ОН СН 2 ОН N- белок Н Н Н С С= О НО-С-Н Н-С-ОН Н-С-ОН СН 2 ОН N- белок Н Восстановление основания Шиффа кетоамины (фруктозамин) Основание Шиффа необратимые реакции глюкоза
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
Глюкоза глюкозо-6-фосфат фруктозо-1,6-дифосфат глицериновый альдегид фосфоенолпируват пируват Ацетил-КоА Цикл трикарбоновых кислот Окислительное фосфорилирование АТФ лактат О 2 Активация гликолиза при гипоксии 2 АТФ
Причина повышения концентрации молочной кислоты при гипоксии 1 глюкоза 19 глюкоз 38 АТФ 2 АТФ х 19 = 38 АТФ СО 2 + Н 2 О 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 Гликоген-ветвящий фермент Печень, мышцы, эритроциты Болезнь Мак-Ардла Фосфорилаза мышц Скелетные мышцы Болезнь Герса Фосфорилаза печени Печень Болезнь Таруи Фосфофруктокиназа мышц Мышцы Болезнь Томсона фосфоглюкомутаза Печень, мышцы
