Общая формула С n (H 2 O) m
Строение и классификация, взаимопревращения углеводов Химические свойства Переваривание углеводов Гликолиз Окислительное декарбоксилирование пирувата Цикл Кребса Глюконеогенез Пентозофосфатный цикл Обмен гликогена Обмен фруктозы и галактозы Нарушения обмена углеводов
Энергетическая (глюкоза, гликоген) Структурная (гетерополисахариды) Защитная (иммуноглобулины) Осморегуляторная (глюкоза) Антисвертывающая (гепарин)
Хондроитинсульфаты входят в состав хряща Гиалуроновая кислота- входит в состав соединительной ткани и рубцов.
Окисление до моно-, дикарбоновых и гликуроновых кислот Восстановление до спиртов Образование сложных эфиров Образование гликозидов Брожение : спиртовое, молочнокислое, лимоннокислое и маслянокислое
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: сахаразо-изомальтазным комплексом, сахаразой, лактазой, мальтазой и изомалътазой. Всасывание моносахаридов из кишечника в кровь осуществляется транспортерами ГЛЮТ (белками-переносчиками) 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
МАЛЬАБСОРБЦИЯ Наследственный или приобретенный дефицит лактазы или сахаро-изомальтазного комплекса 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
1-я реакция – фосфорилирование глюкозы необратима (гексокиназа) 2-я реакция – изомеризация
3-я реакция – фосфорилирование фруктозо-6-фосфата (фосфофруктокиназа) 4-я реакция: превращение фруктозо-1,6-бисфосфата в триозофосфаты (альдолаза) ( I этап) 1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6
1-е субстратное фосфорилирование 1 2 3 Aldehyde group NAD + - dependent Mixed anhydride 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Фосфоглицератмутаза, енолаза – образование макроэрга фосфоенолпирувата 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
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.
Пируватдегидрогеназа – ТДФ Дигидролипоамидацетилтрансфераза – липоевая кислота Дигидролипоамиддегидрогеназа – ФАДН 2 Коферменты НАД и коэнзим-А находятся в растворе
Тиаминпирофосфат Липоевая кислота Коэнзим-А ФАД НАД
Играет центральную роль в метаболизме – «общий котел, в котором сгорают все органические соединения» Амфиболиты : оксалоацетат, малат включаются в глюконеогенез ; сукцинил-КоА в синтез порфиринов ; оксалоацетат и α -кетоглутарат в синтез аминокислот Энергетический обмен – НАДН, ФАДН 2
Ключевые ферменты ЦИТРАТСИНТАЗА, ИЗОЦИТРАТДЕГИДРОГЕНАЗА и α -КЕГЛУТАРАТДЕГИДРОГЕНАЗНЫЙ комплекс Повышение концентрации оксалоацетата, АДФ активирует ключевые ферменты Повышение концентрации цитрата, НАДН, АТФ, сукцинил-коА ингибирует ключевые ферменты
Синтез глюкозы из пирувата протекает, как при гликолизе, но в обратном направлении. 1-я реакция фермент пируваткарбоксилаза : ПВК + СО 2 + АТФ → Оксалоацетат + АДФ + Ф н 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
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.
В печени, коре н/п, эритроцитах, жировой ткани, семенниках, молочной железе в период лактации Общая формула: 3глюкозо-6-фосфат + 6НАДФ + → 3СО 2 + 6(НАДФН + Н + ) + 2фруктозо-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
Глюкозо- 6 -фосфат+NADP + → 6-Фосфоглюконолактон+NADPН 6-Фосфоглюконолактон + Н 2 О + NADP + → Рибозо-5-фосфат + СО 2 + NADPН + Н + Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа Глутатионредуктаза НАДФН-зависимый фермент
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-5фосфат →глицеральдегид-3-фосфат + седогептулозо-7-фосфат Трансальдолаза переносит 3-углеродный фрагмент: седогептулозо-7-фосфат + глицеральдегид-3-фосфат → эритрозо-4-фосфат + фруктозо-6-фосфат
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
Биосинтез глюкозо-1-фосфата
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
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.
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, активная, в дефосфорилированной форме – активная В абсорбтивный период инсулин ингибирует Гликогенфосфорилазу и активирует Гликогенсинтазу В постабсорбтивный период Адреналин и Глюкагон активируют Гликогенфосфорилазу
Гликогенфосфорилаза b Ф н Ф н Гликогенфосфорилаза а активная Гликогенсинтаза а активная Гликогенсинтаза b Н 2 О Н 2 О Ф н Ф н АТФ АТФ АДФ АДФ Адреналин и глюкагон активируют гликогенфосфорилазу Инсулин активирует гликогенсинтазу и ингибирует гликогенфосфорилазу
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 ЛП-липазы, активируемой инсулином. Гиперурикемия – следствие активации ПФЦ (синтез рибозо-5-фосфата из глюкозо-6-фосфата)
Фруктоза + АТФ → Фруктозо-1-фосфат + АДФ Фруктозо-1-фосфат → → Дигидроксиацетонфосфат + глицеральдегид-3-фосфат → → → Пируват → Ацетилкоэнзим-А → цикл Кребса, синтез ЖК Дигидроксиацетонфосфат + глицеральдегид-3-фосфат → Фруктозо-1,6-бисфосфат → → → Глюкоза → → → Гликоген Патология Недостаточность фруктокиназы – фруктозурия Непереносимость фруктозы – наследственная ауто-рецессивная форма патологии.
Фермент Галактокиназа: Галактоза + АТФ → Галактоза-1-фосфат + АДФ Фермент Галактоза-1-фосфат-уридилтрансфераза : 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
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
Повышение концентрации глюкозы в абсорбтивный период (во время пищеварения) увеличивает инсулин/глюкагоновый индекс и ингибирует ферменты гликолиза Понижение концентрации глюкозы в постабсорбтивный период понижает инсулин/глюкагоновый индекс и активирует глюконеогенез 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.
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
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.
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-коэнзимА. В печени декарбоксилируется лишь 15–20% пирувата. Поэтому клетки центральной нервной системы более чувствительны к недостатку витаминов.
