7_Метаболизм углеводов

МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ - 1
На протяжении
столетий пекари и
пивовары
используют
превращение
глюкозы к
этанолу и CO2 в
процессе
гликолиза в
дрожжах
Гликолиз наиболее ранее открытый и наиболее важный
процесс метаболизма углеводов
Гликолиз – метаболический путь, в котором
глюкоза превращается в пируват с образованием
небольшого количества энергии в форме АТФ и
НАДН.
Гликолиз – анаэробный процесс.
Гликолиз осуществляется и в анаэробных и в
аэробных организмах.
В гликолизе одна молекула глюкозы превращается в
две молекулы пирувата.
Гликолиз осуществляется в цитозоле.
10 реакций гликолиза
1. Гексокиназа
• Переносит фосфорную группу от АТФ к глюкозе с
образованием глюкозо-6-фосфата
• Четыре киназы действуют в гликолизе: 1,3,7 и 10
• Все четыре киназы требуют Mg2+ и похожи за механизмом
действия
2. Глюкозо-6-фосфат изомераза
• Превращает глюкозо-6-фосфат в фруктозо-6-фосфат
3. Фосфофруктокиназа-1 (ФФК-1)
• Катализирует перенесение фосфорной группы от АТФ к
фруктозо-6-фосфату с образованием фруктозо-1,6дифосфата
4. Альдолаза
• Расщепляет гексозу фруктозо-1,6-дифосфат к двум
триозам: глицеральдегид-3-фосфату и
дигидроксиацетонфосфату
5. Триозофосфатизомераза
• Превращает ДГАФ в ГАФ
• Реакця обратимая. Равновесие, 96% ДГАФ и 4 % ГАФ.
6. Глицеральдегид 3-фосфат
дегидрогеназа
• Превращение ГАФ в 1,3-дифосфоглицерат
• Молекула НАД+ восстанавливается до НАДН
7. Фофоглицераткиназа
• Переносит фосфатную группу от 1,3дифосфоглицерата к АДФ с образованием ATФ и 3фосфоглицерата - субстратное фосфорилирование
8. Фосфоглицератмутаза
• Катализирует перенесение фосфатной группы от
одной части молекулы к другой
9. Энолаза
• 2-Фосфоглицерат превращается в фосфоэнолпируват
• Фосфоэнолпируват имеет высокий фосфорилтрансферный потенциал
10. Пируваткиназа
• Катализирует
реакцию
субстратного
фосфорилирования
• Необратимая реакция
• Регуляторная реакция
Общая реакция гликолиза
Во время превращения глюкозы в пируват:
• Две молекулы АТФ вырабатываются
• Две молекулы НАД восстанавливаются с
образованием НАДН
Глюкоза+ 2 AДФ + 2 НАД+ + 2 Pи
2 Пируват + 2 ATФ + 2 НАДН + 2 H+ + 2 H2O
Использова
ние
пирувата
Метаболизм пирувата до этанола
Эт анол образуется из пирувата в дрожжах и некоторых
микроорганизмах в анаэробных условиях.
Две реакции:
1. Декарбоксилирование пирувата в ацетальдегид.
Фермент - пируват декарбоксилаза.
Кофермент – т иамин пирофосфат (B1)
2. Восстановление ацет альдегида в эт анол.
Фермент – алкогольдегидрогеназа
Кофермент – НАДН.
Метаболизм пирувата в лактат
Лакт ат образуется
условиях.
из
пирувата
Превращение
глюкозы
в
молочнокислым брожжением.
Фермент - лакт ат дегидрогеназа.
Кофермент – НАДН.
в
анаэробных
лактат
называется
Глюкозо-1-фосфат превращается в глюкозо-6фосфат фосфоглюкомут азой.
Непереносимость
молока
Непереносимость лактозы (гиполактазия) обусловлена дефицитом
лакт азы, которая расщепляет лактозу до глюкозы и галактозы.
Микроорганизмы в толстом кишечнике ферментируют
неперетравленную лактозу в молочную кислоту генерируя метан
(CH4) и водород (H2) – кишечные расстройства, метеоризм.
Молочная кислота – осмотически активное вещество и задерживает
воду в кишечнике, приводит к диарее.
Газ и диарея ухудшают абсорбцию других веществ (жиров и белков).
Лечение:
- избегать продукт ов, которые
содержат лакт озу;
- фермент лакт аза перорально.
Галактоземия
Нарушение метаболизма галактозы - галакт оземия.
Классическая галактоземия - это врожденный дефицит
галакт озо-1-фосфат уридилт рансферазы.
Симптомы:
- рвота, диарея после приема молока,
- увеличение печени, желтуха, цирроз,
- катаракта,
- летаргия и умственная отсталость,
- повышение галактозы в крови,
- появление галактозы в моче.
Лечение: удалить галактозу и лактозу из рациона.
Эффект Пастера
 В анаэробных условиях
превращение глюкозы в
пируват намного
быстрее, чем в аэробных
 Эффект Пастера –
гликолиз в присутствии
кислорода протекает
медленнее.
• Больше АТФ образуется в аэробных условиях, чем в
анаэробных, потому в аэробных условиях меньше
глюкозы используется.
Превращение глюкозы в клетке
Синтез
гликогена
Глюкоза
Пентозофосфатный путь
Глюкозо-6фосфат
Гликоген
рибоза,
НАДФН
Деградация
гликогена
Глюконеогенез
Гликолиз
Пируват
Все клетки зависят от глюкозы.
Мозг особенно чувствительный к снижению
уровня глюкозы (дневная потребность глюкозы
для мозга 120 г).
Эритроциты используют только глюкозу как
топливо
160 г глюкозы необходимо в день для всего организма.
При длительном голодании организм должен синтезировать
глюкозу из неуглеводных предшественников
Глюконеогенез – синтез глюкозы из
неуглеводных компонентов
• Печень и почки – основные органы синтеза
глюкозы
• Основные предшественники: лакт ат ,
пируват , глицерол и некоторые
аминокислот ы
• При голодании глюконеогенез поставляет
почти всю глюкозу для организма
• Глюконеогенез – универсальный путь.
Глюконеогенез не является
обратимым гликолизом
В гликолизе глюкоза превращается в пируват; в
глюконеогенезе пируват превращается в
глюкозу.
Но, глюконеогенез не не является обратимым
гликолизом.
Есть три необратимые реакции в гликолизе гексокиназная, фосфофрукт окиназная, и
пируват киназная.
Сравнение
гликолиза и
глюконеогенеза
I: Пируват  Фосфоэнолпируват
Первый шаг в глюконеогенезе - карбоксилирование пирувата в
оксалоацетат.
Фермент пируват карбоксилаза – присут ствует т олько в
мит охондриях.
Пируват транспортируется в митохондрии из цитоплазмы.
Фосфоэнолпируваткарбоксикиназная реакция
Проходит в цитозоле.
Одна молекула АТФ и одна молекула ГТФ используются
для “поднятия” пирувата до фосфоэнолпирувата.
II: Фруктозо-1,6-дифосфат  фруктозо6-фосфат
• Фермент фрукт озо-1,6-дифосфат аза
III: Глюкозо-6-фосфат  глюкоза
Глюкозо-6-фосфат, не может дифундировать из
клетки.
Образование свободной глюкозы регулируется двумя
путями:
фермент, который превращает глюкозо-6-фосфат в
глюкозу является регуляторным;
Последняя реакция не проходит в цитозоле.
Г-6-Ф транспортируется в эндоплазматическую сеть, где
гидролизируется глюкозо-6-фосфат азой, которая
связана с мембраной ЭС.
Глюкозо-6-фосфатазна реакція
Регуляция глюконеогенеза
Глюконеогенез и гликолиз регулируются
реципрокно: в клетке если один путь
неактивный, второй активируется.
Скорость гликолиза определяется
кoнцентрацией глюкозы.
Скорость глюконеогенеза определяется
кoнцентрацией предшественников глюкозы.
Регуляция глюконеогенеза
гормонами
Гормоны влияют на экспрессию генов изменяя
скорость транскрипции.
Инсулин
стимулирует
экспрессию
фосфофрукт окинзы и пируват киназы.
Глюкагон
ингибирует
экспрессию
этих
ферментов
и
стимулирует
продукцию
фосфоэнолпируват карбоксикиназы
и
фрукт озо-1,6-дифосфат азы.
Предшественники глюконеогенеза
• Основные предшественники:
(1) Лактат
(2) Большинство аминокислот (особенно
аланин),
(3) Глицерол (при расщеплении жиров)
Цикл Кори
Печеночная лактатдегидрогеназа превращает лактат в пируват (субстрат
для глюконеогенеза)
Глюкоза, образованная в печени, транспортируется к периферическим
тканям с кровью
Глюконеогенез из глицерола
Роль пентозофосфатного пути
(1) Синтез НАДФН (для биосинтеза жирных
кислот и стероидов)
(2) Синтез рибозо-5-фосфата (для биосинтеза
ДНК и РНК и некоторых кофакторов)
(3) Обеспечивает метаболизм “необычных
сахаров” (4, 5 и 7 карбонов).
В пентозофосфатном цикле АТФ не
синтезируется.
Локализация пентозофосфатного цикла
• Печень, молочные и надпочечные железы, жировая
ткань
• Эритроцити (НАДФН поддерживает восстановленное
железо)
• НЕ проходит в скелетных мышцах.
• Все ферменты находятся в цитозоле.
Две фазы:
1) Оксидативная
фаза,
2)
Неоксидативная
фаза
(транскетолазная/
трансальдолазная
система)
Оксидативная фаза
глюкозо-6-фосфат в 6фосфоглюконолактон
6-фосфоглюконолактон в 6фосфоглюконат
6-фосфоглюконат в рибулозо-5-фосфат
Превращение рибулозо-5-фосфата
Ribose 5-phosphate
isomerase
Неоксидативная фаза
Взаимопревращения катализируется
транскетолазой и трансальдолазой
• Транскет олаза и т рансальдолаза имеют
широкую субстратную специфичность
• Они катализируют обмен двух- и
трехуглеводных фрагментов между
сахарами
• Для обоих ферментов один субстрат
является альдозой, другой - кетозой
Реакция, которая катализируется
транскетолазой
Реакция, которая катализируется
трансальдолазой
Реакция, которая катализируется
транскетолазой
Дефицит глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы –энзимопатия,
которая поражает сотни миллионов людей.
10 % людей средиземноморского региона имеют этот
генетический дефект.
Эритроциты со сниженым
уровнем восстановленного
глутатиона более
чувствительны к
гемолизу и легко
разрушаются, особенно
при интоксикациях
лекарствами (например,
антималярийными
препаратами).
В тяжелых случаях
массивная деструкция
эритроцитов может
привести к смерти.
Эритроциты, которые содержат
тельца Хейнца.
Сахарный диабет
DIABETES MELITUS
БИОХИМИЧЕСКИЕ
ПРОЯВЛЕНИЯ
ЗАБОЛЕВАНИЯ
САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
состояние хронической гипергликемии,
которое обусловленное нарушением
регуляции обмена углеводов, которое
возникает вследствие абсолютной или
относительной недостаточности
инсулина и проявляется глюкозурией,
полиурией, полидипсией,нарушением
липидного, белкового и минерального
обмена и развитием острых и
хронических осложнений.
Сахарный диабет разделяют на 2 типа:
І тип – инсулинозависимый (20 %);
ІІ тип – инсулиннезависимый (80 %)
Инсулинозависимый –
абсолютный
дефицит инсулина в
организме,
проявляется в
детском возрасте,
склонность к
кетоацидозу,
лечится инсулином
Инсулинонезависимый
– возникает у
взрослых, обусловлен
относительной
недостаточностью
инсулина, не
осложняется
кетоацидозом, не
требует
инсулинотерапии
Причины диабета І типа:
Причины диабета ІІ типа:
1) генетически
детерминированный
2) аутоимунное поражение
в детском возрасте клеток поджелудочной
1) инсулин вирабатывается,
но в плазме
связывается с белками,
которые блокируют его
действие;
2) гиперактивация
инсулиназы;
3) деффект рецепторного
аппарата для инсулина;
4) дефект пострецепторной
системы
(аденилатциклазной)
Углеводный обмен при сахарном
диабете
• Угнетение гексокиназы (гепато-, мио- и
адипоциты)
• усиление глтикогенолиза
• активация глюконеогенеза
• нарушение роботы цикла Кребса
Липидный обмен при диабете:
•
•
•
•
•
Снижение утилизации глюкозы
снижение липогенеза
Мобилизация жира из депо
Липемия
Усиление кетогенеза и
холестериногенеза
• Кетонемия и холестеринемия
• Кетонурия
Белковый обмен при диабете
• Снижение утилизации глюкозы
• Повышенный распад белка
• Аминоацидемия, усиленное
потребление глюкогенных аминокислот
• Усиление глюконеогенеза
БИОХИМЕЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ
САХАРНОГО ДИАБЕТА:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ГИПЕРГЛИКЕМИЯ
ГЛЮКОЗУРИЯ ( БОЛЬШЕ 10 ММОЛЬ/Л)
КЕТОНЕМИЯ, КЕТОНУРИЯ, АТЕРОСКЛЕРОЗ
КЕТОАЦИДОЗ
ГИПЕРАМИНОАЦИДЕМИЯ И АМИНОАЦИДУРИЯ
ПОЛИУРИЯ
ПОЛИДИПСИЯ
ПОЛИФАГИЯ
ДЕГИДРАТАЦИЯ
ПРИЧИНЫ ГИПЕРИНСУЛИНЕМИИ
•
•
•
•
•
•
Опухоли поджелудочной железы
Инсулинонезависимая форма диабета
Панкреатиты и ожирение
Болезнь Кушинга
Тиреотоксикоз и акромегалия
Язва 12-перстной кишки
Острые осложнения сахарного
диабета
• ДИАБЕТИЧЕСКИЙ КЕТОАЦИДОЗ
• ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ КОНТРИНСУЛЯРНЫХ
ГОРМОНОВ
• СТИМУЛЯЦИЯ ПРОЦЕССОВ ГЛИКОГЕНОЛИЗА,
ЛИПОЛИЗА И ПРОТЕОЛИЗА
• ДЕГИДРАТАЦИЯ ТКАНЕЙ
• ГИПОВОЛЕМИЯ
• ОЛИГО- И АНУРИЯ
• ГИПОКСИЯ ТКАНЕЙ И НАГРОМОЖДЕНИЕ ЛАКТАТА
• МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ АЦИДОЗ