Презентация "Обмен углеводов и этапы процесса" – проект, доклад

Обмен углеводов

План

Анаэробный распад углеводов. Брожение. Глюконеогенез. Пентозофосфатный путь окисления глюкозы и его биологическое значение.

Функции углеводов заключаются в том, что они служат источником энергии, за счет их окисления обеспечивается около половины всей потребности животного в энергии, при этом главная роль принадлежит глюкозе и гликогену.

Синтез и распад гликогена протекают по разным метаболическим пу-тям.• Печень запасает глюкозу в виде гликогена не столько для собственныхнужд, сколько для поддержания постоянной концентрации глюкозы вкрови и, следовательно, обеспечивает глюкозой другие ткани. Присут-ствие в печени глюкозо-6-фосфатазы обуславливает эту главную функциюпечени. •Функция мышечного гликогена заключается в освобождении глюкозо-6-фосфата, потребляемого в самой мышце для окисления и получение энер-гии.• Синтез гликогена — процесс эндергонический. Так, на включение одно-го остатка глюкозы в полисахаридную цепь используется 1 моль АТФи 1 моль УТФ.•Распад гликогена до глюкозо-6-фосфата не требует энергии.•Направление процесса в сторону синтеза или распада гликогена обеспе-чивается регуляцие

общая схема синтеза и распада гликогена.

1–4 — реакции синтеза гликогена в печени и мышцах;5–6 — реакции мобилизации гликогена в печень и мышцы;7–8 — реакции дефосфорилирования глюкозо-6-фосфата и поступление глюкозы вкровь. Реакция происходит в печени в отличие от мышц, в которых отсутствует фермент фосфатаза

Метаболизм(обмен) углеводов в организме человека состоит в основном из следующих процессов: 1. Расщепление в пищеварительном тракте поступающих с пищей полисахаридов и дисахаридов до моносахаридов. Всасывание моносахаридов из кишечника в кровь. 2. Синтез и распад ликогена в тканях, прежде всего в печени. 3. Гликолиз. Понятие «гликолиз» означает расщепление глюкозы. Понятие «гликолиз» используется для описания распада глюкозы, проходящего через образование глю-козо-6-фосфата, фруктозобисфосфата и пирувата как в отсутствие, так и в присутствии кислорода. В последнем случае употребляют термин «аэробный гликолиз» в отличие от «анаэробного гликолиза», завершающегося образованием молочной кислоты(лактата).

4. Аэробный путь прямого окисления глюкозы или, как его называют, пентозофосфатный путь (пентозный цикл). 5. Взаимопревращение гексоз. 6. Аэробный метаболизм пирувата. Этот процесс выходит за рамки углеводного обмена, однако может рассматриваться как завершающая его стадия: окисление продукта гликолиза – пирувата. 7. Наконец, важным является процесс глюконеогенеза, или образование углеводов из неуглеводных продуктов. Такими продуктами являются в первую очередь пировиноградная и молочная кислоты, глицерин, аминокислоты и ряд других соединений.

Глюкоза выполняет роль связывающего звена между энергетическими (катаболизм)и пластическими (анаболизм) функциями углеводов

1 - запасание углеводов в виде гликогена; 2 - мобилизация гликогена; 3 - 6 - анаболические превращения глюкозы; 7 - катаболизм глюкозы.

Общая схема метаболизма глюкозы

Катаболизм глюкозы

Расщепление глюкозы в тканях происходит аэробно – с участием кислорода Если этот процесс начинается с глюкозы, то называется гликолизом. Окисление глюкозы без доступа кислорода – анаэробное превращение, которое начинается с гликогена и заканчивается образованием молочной кислоты называется гликогенолизом.

Гликолиз

1 этап (1-4 стадии) 1.1.фосфорилирование

Глюкоза Глюкозо-6-фосфат

Фосфорилирование осуществляет фермент фосфогексокиназа. глюкоза способна проходить через клеточные мембраны глюкозо-6-фосфат не может проходить через клеточные мембраны, в результате фосфорилирования глюкозы она «запирается в клетке»

1.2 . Образование фруктозо-1,6-ди-фосфата

с участием АТФ и фосфофруктокиназы Фруктозо - 6 - фосфат Фруктозо -.1,6- дифосфат

1.3. Расщепление на 2 фосфотриозы (альдолаза)

Фруктозо-1,6-дифосфат Диоксиацетон- Глицеральдегид фосфат - 3- фосфат

1.4. Превращение в 3-фосфоглицериновый альдегид (триозофосфотизомераза)

Диоксиацетонфосфат Глицеральдегид-3-фосфат

2 этап - окисление 3-фосфоглицеринового альдегида до 1,3-дифосфоглицериновая

2.1. образование 1,3-дифосфоглицериновой кислоты с участием глицеральдегиддигидрогеназы и НАД

D-глицеральдегид- 1,3-дифосфоглицериновая 3-фосфат кислота

2.2. Перенос остатка фосфорной кислоты с 1,3-дифосфоглицериновой кислоты на АДФ (фосфоглицераткиназа), с образованием АТФ :

1,3-дифосфоглицериновая 3-фосфоглицериновая кислота кислота

3 этап

2.3. Превращение 3-фосфоглицериновой кислоты (фосфоглицеромутаза) в 2-фосфоглицериновую кислоту

3-фосфоглицериновая 2-фосфоглицериновая кислота кислота

2.4. Дегидрирование 2-фосфоглицериновой кислоты (енолгидратаза), с образованием енольной формы 2-фосфопировиноградной кислоты, с макроэргической фосфатной связью

2-фосфоглицериновая 2-фосфоенолпировиноградная кислота кислота

4 этап пировиноградной кислоты (ПВК)

2.5. Субстратное фосфорилирование. Превращение енольной формы ПВК в кетоформу пирувата ( пируваткиназа) с передачей макроэргической связи на АДФ и синтезом АТФ :

Фосфоенолпировиноградная Пировиноградная кислота кислота

2.6. При недостатке кислорода ПВК (лактатдегидрогеназа) с участием НАДН2 превращается в молочную кислоту, которая является конечным продуктом анаэробного расщепления глюкозы в животных тканях:

Пируват (ПВК) Лактат (молочная кислота)

При гликолизе из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы молочной кислоты и синтезируется 4 молекулы АТФ, из них 2 молекулы расходуется на фосфорилирование глюкозы (образование глюкозы 6-фосфата) и фруктозы-6-фосфата (образование фруктозы 1,6-дифосфата). Суммарную реакцию гликолиза можно записать в виде следующего уравнения: C6H12O6 + 2АДФ + 2Фнеорг. 2C3H6O3 + 2 АТФ

Глюкоза глюкозо- 6-фосфат фруктозо-6-фосфат фруктозо- 1,6-фосфат

Этапы гликолиза

Молочнокислое брожение отличается от гликолиза тем, что при этом в качестве конечного продукта распада образуется две молекулы молочной кислоты. Обычно брожением называют микробиологическое, а гликолизом тканевое окисление глюкозы без доступа кислорода.

Аэробный путь распада глюкозы является основной формой ее катаболизма. Десять ферментов, катализирующих распад глюкозы до пировиноградной кислоты, локализованы в цитозоле, все остальные – в митохондриях. Пировиноградная кислота, образованная в цитозоле, проходит через мембраны митохондрий с помощью малатного челночного механизма и подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием активированной уксусной кислоты (ацетил-КоА).

Окислительное декарбоксилирование с образованием активированной уксусной кислоты (ацетил-КоА)

ПВК ацетил~SКоА

ацетил~SКоА --промежуточный метаболит углеводов, белков и липидов

Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)

окисление активированной уксусной кислоты (ацетил~SКоА) до конечных продуктов – углекислоты, воды и энергии. Реакции цикла трикарбоновых кислот происходят во внутренних отсеках митохондрий, то есть на внутренней мембране.

Цикл Кребса

Дегидрирование ди- и трикарбоновых кислот тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование в этих реакциях участвуют ферменты дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования.

1.Образование лимонной кислоты происходит с участием щавелевоуксусной кислоты и ацетил-SKoA. В результате образуется лимонная кислота под действием цитратсинтетазы, a HS-KoA освобождается.

Превращение лимонной кислоты в изолимонную происходит (аконитаза)

Цитрат цис – Аконитат Изоцитрат

Пентозофосфатный путь окисления глюкозы - цепь последовательных химических превращений глюкозы, в результате которых образуется энергия и пентозы, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот, нуклеотидов и коферментов.

Выделяют: окислительный и неокислительный пути образования пентоз.

Окислительный путь включает две реакции дегидрирования, в которых акцептором водорода является НАДФ. Во второй из этих реакций одновременно происходит декарбоксилирование – углеродная цепь укорачивается на один атом углерода и получаются пентозы

Окислительный этап

Суммарное уравнение окислительного этапа

Неокислительный этап

Превращения 5-рибулозо-5-фосфата

Реакция переноса двухуглеродного фрагмента, катализируемая транскетолазой

Реакция, катализируемая трансальдолазой

Реакция, катализируемая транскетолазой

Значение пентозофосфатного цикла

1.Генерация энергии (36 АТФ) 2. Образование пентозы, НАДФН2. (восстановленный НАДФН2 необходим в различных процессах синтеза - при синтезе жирных кислот пентозы – в биосинтезе нуклеиновых кислот) 3.Пути распада углеводов зависят от физических условий, интенсивности работы. Гликолиз и аэробный путь (дихотомический путь) имеет большее значение, чем пентозный.

Анаболизм углеводов

Глюконеогенез – биосинтез глюкозы в тканях из неуглеводных компонентов может проходить за счет промежуточных продуктов обмена углеводов, жиров, белков (пировиноградная кислота, яблочная, щавелевоуксусная, α-кетоглутаровая, янтарная и т.д.).

Образование оксалоацетата из пирувата

Образование малата из оксалоацетата

Превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват

Образование оксалоацетата, транспорт в цитозоль и превращение в фосфоенолпируват

1- транспорт пирувата из цитозоля в митохондрию 2 – превращение пирувата в оксалоацетат (ОА) 3 – превращение ОА в малат или аспартат 4 – транспорт аспартата и малата из митохондрии в цитозоль 5 - превращение малата или аспартата в ОА 6 - превращение ОА в фосфоенолпируват