Презентация "Углеводы: строение, классификация, функции. Обмен моносахаридов: аэробное та анаэробное окисление. Глюконеогенез." по медицине – проект, доклад

«The Discovery of Honey» — Piero di Cosimo (1462). (Courtesy of the Worcester Art Museum)

Углеводы: строение, классификация, функции. Обмен моносахаридов: аэробное та анаэробное окисление. Глюконеогенез.

Функции углеводов

- основной и единственный анаэробный энергетический материал ( 1г – 17,1 кД) - структурная: гликокаликс, гликопротеины мембран, гликозаминогликаны соединительной ткани, клеточная стенка растений - гидроосмотическая: гиалуроновая кислота - защитная: гликокаликс, иммуноглобулины, слизь секретов запасающая: гликоген, крахмал клеточное взаимодействие: контакты при дифференцировке, межклеточные взаимодействия группы крови продукты питания лекарственные препараты: сердечные гликозиды, аскорбиновая кислота, гепарин, некоторые антибиотики, нитроглицерин составная часть многих белков: гликопротеины, липидов (липополисахариды)

Классификация

В соответствии с числом атомов С моносахариды делятся на Триозы, тетрозы, пентозы и гексозы. Наиболее распространенными являются пентозы и гексозы.

Из триоз наибольшее биологическое значение имеют промежуточные вещества энергообмена – глицераль и диоксиацетон .

Пентозы входят в состав нуклеотидов нуклеиновых кислот (ДНК и РНК)

Гексозы являются мономерами полисахаридов и главными энергетическими веществами (глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза и др.)

Гляди-ка, кислорода-то нет!

Рибоза Дезоксирибоза

Дисахариды

Полисахариды

Гомополисахариды: Крахмал Гликоген Целлюлоза Гетерополисахариды: Гиалуроновая кислота Хондроитинсульфаты Гепарин

Глюкоза

Превращение глюкозы в клетке

Глюкозо-6-фосфат Пируват Гликоген рибоза, НАДФН

Пентозофосфат-ный путь

Синтез гликогена

Деградация гликогена

Гликолиз Глюконеогенез 3-5% 60-70% 20-30% Синтез жира

Этапы аэробного окисления глюкозы

1.) Глюкоза 2 ПВК (по пути гликолиза) 2.) Пируватдегидрогеназ-ный комплекс СН3–СО–СООН + НSКоА + НАД  СО2 + СН3СО–S-КоА + НАДН+Н 3.) Цикл Кребса Всего: 38 АТФ

Центральный путь энергетичекого обмена. В анаэробных условиях –гликолиз единственный путь производства энергии Протекает практически во всех тканях Активность зависит от уровня кровоснабжения ткани, т.е. ее аэрации и оксигенации Имеет две стадии – энергозатратная (подготовительная) и – энергопродуцирующая

Этапы окисления глюкозы

Глюкокиназа (гексокиназа)

1.

Первая реакция гликолиза - активация (фосфорилирование) глюкозы. Реакции необратима, т.к. происходит диссипация большей части энергии. Фермент Гексокиназа (фосфотрансфераза) (ГК) может фосфорилировать фруктозу и маннозу. ГК- аллостерический фермент и ингибируется Гл-6-ф и высокими конц АТФ. В печени, почках, поджелудочной железе есть глюкокиназа, которая фосфорилирует только глюкозу. Она не ингибируется Гл-6-ф имеет высокую (10 мМ/л) Км для глюкозы т.е. «работает» при высоких конц. глюкозы.

2-я реакция - обратимая изомеризация Гл-6-Ф с образованием более симметричной молекулы Фр-6-Ф. Фермент - фосфогексоизомераза

3-я реакция - получение симметричной молекулы Фермент - Фосфофруктокиназа (ФФК) катализирует лимитирующую стадию, определяющую скорость гликолиза в целом. ФФК - аллостерический фермент, ингибируется АТФ и стимулируется АДФ и АМФ АТФ в разных (субстратных или регуляторных) концентрациях является субстратом или аллостерическим ингибитором, тормозящим гликолиз

4-я реакция. Фермент-альдолаза (лиаза). Равновесие реакции сдвинуто в сторону распада Ф-1,6-диФ, т.к. образующийся глицеральдегид 3-фосфат расходуется в реакциях гликолиза. Т. О. завершается первый этап гликолиза, Т. ч. завершается первый этап гликолиза, связанный с расходом энергии 2 мол. АТФ на активацию субстратов.

Характеристика альдолазы

Определение активности альдолазы используют в энзимодиагностике при заболеваниях, связанных с повреждением или гибелью клеток при: остром гепатите активность этого фермента может увеличиваться в 5-20 раз, инфаркте миокарда – в 3-10 раз, миодистрофии – в 4-10 раз.

5-реакция

Эти триозы — глицеральдегид-3-фосфат (3-ФГА) и дигидроксиацетонфосфат (ФДА)— превращаются один в другой триозофосфатизомеразой. В дальнейший метаболизм вступает 2 мол. 3-ФГА

6-реакция

3-ФГА затем окисляется глицеральдегид-З-фосфатдегидрогеназой с образованием NADH + H+ Процесс называется гликолитической оксидоредукцией В этой обратимой реакции в молекулу включается Фн (для последующего «субстратного фосфорилирования»,) с образованием 1,3-диФГК. 1,3-диФГК содержит фосфо~ангидридную связь, расщепление которой сопряжено с образованием АТФ.

7-реакция На следующей стадии (катализируемой фосфоглицераткиназой ) перенос фосфата этого соединения сопряжен с образованием АТФ.

8-реакция

Изомеризации 3-ФГК в 2-фосфоглицерат (фермент: фосфоглицератмутаза )

Последующее отщепление воды (фермент: енолаза - лиаза). Продукт представляет собой сложный эфир фосфорной кислоты и енольной формы пирувата и потому называется фосфоенолпируватом (ФЕП).

9-реакция

10-реакция

На предпоследней необратимой стадии, которая катализируется пируваткиназой , образуются ПВК и АТФ. Это вторая энергодающая реакция гликолиза (синтеза АТФ) – вторая реакция субстратного фосфорилирования Фермент активируется Ф-1,6диФ, и ингибируется АТФ и ацетил-КоА.

Общее уравнение гликолиза: Глюкоза + 2НАД+ + 4АДФ + 2АТФ + 2Фн = 2ПВК + 2НАД∙Н + 2АДФ + 4АТФ + 2H2O + 2Н+

Глюкоза + 2НАД+ + 2АДФ + 2Фн = 2НАД∙Н + 2ПВК + 2АТФ + 2H2O + 2Н+

=>

Химические превращения трех разных типов, реализующихся в результате гликолиза: 1. Судьба атомов углеродного скелета 2. Путь переноса электронов 3. Путь фосфатных групп

Малат-аспартатный челночный механизм

Глицерофосфатная челночная система.

ГЛИЦЕРОФОСФАТНАЯ ЧЕЛНОЧНАЯ СИСТЕМА

Пути использования пирувата

Анаэробные условия: превращается в лактат Анаэробные условия: превращается в ацетил-коэнзим А

Ткани человеческого организма, способные продуцировать лактат: мышцы эритроциты, мозг кожа слизистая оболочка тонкой кишки

Утилизация лактата происходит в: печени почках в сердце скелетных мышцах.

Глюкозо- лактатный цикл (цикл Кори)

печень 2 АТФ глюконеогенез глюкоза 2 лактат Мышцы, эритроциты гликолиз кровь 6АТФ

Печеночная лактатдегидрогеназа превращает лактат в пируват (субстрат для глюконеогенеза) Глюкоза, образованная в печени, транспортируется к периферическим тканям с кровью

Печень и почки – основные органы синтеза глюкозы Основные предшественники: лактат, пируват, глицерол и некоторые аминокислоты При голодании глюконеогенез поставляет почти всю глюкозу для организма Глюконеогенез – универсальный путь.

Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных компонентов

Основные предшественники: (1) Лактат (2) Большинство аминокислот (особенно аланин), (3) Глицерол (при расщеплении жиров)

Предшественники глюконеогенеза

Глюконеогенез не является обратимым гликолизом

В гликолизе глюкоза превращается в пируват; в глюконеогенезе пируват превращается в глюкозу. Но, глюконеогенез не является обратимым гликолизом. Есть три необратимые реакции в гликолизе - гексокиназная, фосфофруктокиназная, и пируваткиназная.

I: Пируват  Фосфоэнолпируват

Фермент пируваткарбоксилаза – присутствует только в митохондриях.

Пируват транспортируется в митохондрии из цитоплазмы.

Первый шаг в глюконеогенезе - карбоксилирование пирувата в оксалоацетат.

Проходит в цитозоле. Одна молекула АТФ и одна молекула ГТФ используются для “поднятия” пирувата до фосфоэнолпирувата.

Фосфоэнолпируваткарбоксикиназная реакция

Фермент фруктозо-1,6-дифосфатаза

II: Фруктозо-1,6-дифосфат  фруктозо-6-фосфат

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-фосфатазой, которая связана с мембраной ЭС.

Глюкозо-6-фосфатазна реакция

Скорость гликолиза определяется кoнцентрацией глюкозы. Скорость глюконеогенеза определяется кoнцентрацией предшественников глюкозы. Гормоны влияют на экспрессию генов изменяя скорость транскрипции. Инсулин стимулирует экспрессию фосфофруктокинзы и пируваткиназы. Глюкагон ингибирует экспрессию этих ферментов и стимулирует продукцию фосфоэнолпируваткарбоксикиназы и фруктозо-1,6-дифосфатазы.

Регуляция глюконеогенеза

Глюконеогенез и гликолиз регулируются реципрокно: в клетке если один путь неактивный, второй активируется.

(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).

Роль пентозофосфатного пути

В пентозофосфатном цикле АТФ не синтезируется.

Две фазы: 1) Оксидативная фаза 2) Неоксидативная фаза (транскетолазная/трансальдолазная система)

Метаболизм фруктозы

АТФ АДФ Фруктоза Фруктозо-6-фосфат

Глицеральдегид -3- фосфат

Дигидроксиаце- тонфосфат

Фруктозо-1-фосфат Глюкоза-6-фосфат Глицер- альдегид

Фруктозо-1,6 дифосфат

УДФ-глюкоза-4-эпимераза

Метаболизм галактозы

Глюкозо-1-фосфат

УДФ-глюкоза- пирофосфорилаза

УТФ Н4Р2О7 УДФ-глюкоза УДФ-галактоза

Галактозо-1-фосфат

Галактоза галактокиназа

Гексозо-1-фосфат- уридилтрансфераза

трегалаза лактаза α-амилаза

Гликоген-фосфорилаза

сахараза гексокиназа

Фосфоглюко-мутаза

Фосфоманно- изомераза

фруктокиназа

Фруктозо-1-фосфат-альдолаза

Триозокиназа

Триозофосфат-изомераза

Трегалоза Лактоза Гликоген, крахмал Сахароза D-глюкоза D-галактоза D-манноза D-фруктоза Глюкозо-1- фосфат

Фруктозо-1,6-бифосфат

Глицеральдегид-3-фосфат

Глицеральдегид

Дигидроксиацетон-фосфат

Маннозо-6-фосфат

Вовлечение углеводов в гликолиз

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!