Міністерство охорони здоров’я України Запорізький державний медичний університет Кафедра біологічної хімії ОБМІН ВУГЛЕВОДІВ Лекцію підготували: д.хім.н. Александрова К.В., доц. МакоЇд О.Б., . 1 План лекції 1. Класифікація вуглеводів 2. Перетравлення та всмоктування вуглеводів; порушення цих процесів 3. Анаеробний гліколіз 4. Метаболізм фруктози 5. Метаболізм галактози 6. Синтез глюкози - глюконеогенез 7. Глюкозо- лактатний цикл (цикл КОРІ) 8. Глюкозо – аланіновий цикл 9. Аеробне окислення глюкози 10. Пентозофосфатний шлях окислення глюкози 11. Обмін глікогену 12. Глюкоза крові та її регуляція 13. Патології обміну вуглеводів Вуглеводи – полігідроксилкарбонільні сполуки та їх похідні O C H H H HO OH H H OH H OH HO HO H H HO O H CH2OH H C O HO H H OH H OH CH2OH D - фруктоза OH OH Фуранозна форма D - глюкози CH2OH D – глюкоза ПІРAНОЗНІ ФОРМИ D - ГЛЮКОЗИ 6 CH2OH H 5 O H H 4 OH H 1 HO 3 OH 2 H OH α - аномер 6 CH2OH H 5 O OH H 4 OH H 1 HO 3 H 2 H OH β- аномер 3 Вуглеводи Моносахариди Олігосахариди Полісахариди Моносахариди Тріози Тетрози Пентози Гексози O O C C H O H CHOH CHOH CHOH CH2OH Гліцеральдегід CH2OH Еритроза H2C CHOH HOHC CHOH 4 ПЕНТОЗИ 5 4 1 3 Рибоза 2 Дезоксирибоза 5 Гексози OH OH H OH H H O O H HO H HO H H HO H OH H Глюкоза OH OH H OH Галактоза Фруктоза 6 • Олігосахариди- це вуглеводи, які складаються із декількох моносахаридних залишків (2-10 мономерів), сполучених глікозидними зв’язками. • Найбільше значення із природних олігосахаридів мають дисахариди: • мальтоза • лактоза • сахароза 7 Глюкоза Фруктоза Сахароза Глюкоза Глюкоза Мальтоза Галактоза Глюкоза Лактоза Галактоза Глюкоза Фруктоза Рафіноза ОЛІГОСАХАРИДИ 8 • Полісахариди- високомолекулярні, полімерні сполуки, які складаються із залишків моносахаридів (більше 10) та їх похідних, сполучених глікозидними зв’язками. За будовою поділяються на 2 групи: - гомополісахариди (складаються із однакових моносахаридів); -гетерополісахариди (складаються із різних моносахаридних залишків та їх похідних) 9 Гомополісахариди. Глікоген α-1,6-глікозидний зв’язок α-1,4-глікозидний зв’язой НОСН2 О НОСН2 О ОН НО О СН2 О ОН НО О НОСН2 О ОН НО О О ОН НО 10 Гомополісахариди Амілоза Амілопектин Крохмаль Глікоген 11 Водневий зв’язок Целюлоза 12 Гетерополісахариди • До них відносяться глікозаміноглікани (кислі мукополісахариди). Містяться в основній речовині сполучної тканини, а також в міжклітинній речовині. ХАРАКТЕРНИМИ ПРЕДСТАВНИКАМИ Є: -гіалуронова кислота -хондроїтинсульфати -кератансульфати -гепарансульфати -гепарин 13 Добова потреба у вуглеводах складає 400 – 500 г Функції вуглеводів • Енергетична (забезпечують до 60% добового енергоспоживання, при роспаді 1г вуглеводів виділяється 17,2 кДж) • Структурна (полісахариди сполучної тканини) • Пластична (використовуються для утворення глікопротеїнів, нуклеопротеїнів и т.п. ) • Депонуюча (крохмаль, глікоген – депо глюкози) • Захисна (участь в утворенні антитіл) • Інформаційна (входять до складу рецепторів) 14 Перетравлення вуглеводів ферментативний гідроліз глікозидних зв'язків, в результаті якого утворюються мономери, здатні всмоктуватися, надходити в кров, а потім в тканини Субстрат із продуктів харчування Фермент катаболізма Продукт катаболізма Ротова порожнина(рН 6,8-7,2) Полісахариди крохмаль глікоген целлюлоза (не перетравлюється) Моносахариди та оліго- (ди-)сахариди не перетравлюються α-амилаза слини (птіалін) розщеплює α-1,4-глікозидні зв'язки (активаторNaCl) Ферменти секретуються великими і малими слинними залозами в складі слини. Декстрини + мальтоза, одиничні моносахариди 15 Перетравлення вуглеводів Субстрат із продуктів харчування Фермент катаболізма Продукт катаболізма Шлунок (рН 1,5-2,5) α-амілаза слини інактивується (рН оптимум 6-7), лише всередині харчового комка деякий час продовжує діяти. - - Дванадцятипала кишка (рН 7,5-8,0) Декстрини Панкреатична α-амилаза (діастаза) (Розрив α-1,4глікозидних зв'язків), аміло-1,6глюкозидази, оліго- 1,6глюкозидази мальтоза, ізомальтоза. 16 Перетравлення вуглеводів Субстрат із продуктів харчування Фермент катаболізма Продукт катаболізма Тонкий кишечник (рН 7-8) мальтоза, ізомальтоза, сахароза, лактоза мальтаза (α-глюкозидаза) ізомальтаза (α-1,6-глікозидаза) сахараза (β-фруктозидаза) лактаза (β-галактозидаза) глюкоза, фруктоза, галактоза Товстий кишечник целюлоза не розщеплюється в шлунково-кишковому тракті, тому що фермент, який розщеплює β1,4-глікозидні зв'язки, не виробляється у людини (проте синтезується бактеріями товстого кишечника). 17 Всмоктування глюкози Транспортування глюкози до ентероцитів поєднане з транспортуванням Na+ і використанням котранспортера SGLT 1 Потім Na+ активно переходить з клітини, і глюкоза потрапляє в інтерстиційний простір шляхом полегшеної дифузії через GLUT 2, а звідси згодом дифундує у кров. Отже, транспортування глюкози є прикладом вторинного активного транспортування ( Всмоктування інших моносахаридів Транспортування галактози відбувається аналогічно до глюкози. Фруктоза утилізується за іншим механізмом. Її реабсорбція не залежить від Na+ або транспортування глюкози чи галактози; це відбувається завдяки полегшеній дифузії: з просвіту кишки до ентероцитів за допомогою GLUT 5 і в зворотному напрямі — за допомогою GLUT 2. Деяка кількість фруктози перетворюється в глюкозу в слизових клітинах. Пентози всмоктуються шляхом простої дифузії. Порушення процесів перетравлення і всмоктування вуглеводів • • • • 1.Недостатність дисахаридаз: а) лактази (непереносимість молочного цукру - лактози). Симптоми: спазми та біль в животі, діарея, метеоризм. Спадковий дефіцит проявляється швидко після народження. Низька активність ферменту у дорослих обумовлена схильністю. 20 • • • • б) сахарази та ізомальтази (одночасно). Патологія спадкова і проявляється в ранньому дитинстві. Симптоми: спазми і болі в животі, діарея, метеоризм. У новонароджених дітей відставання в розвитку, гіпотрофія. 2. Дисахаридурія - підвищена екскреція дисахаридів у хворих з дефіцитом дисахаридаз і з ураженням кишечника. 3. Порушення всмоктування моносахаридів - вроджений дефект всмоктування глюкози і галактози внаслідок порушення механізму їх транспорту; при цьому всмоктування фруктози в нормі. 21 МЕТАБОЛІЗМ ГЛЮКОЗИ Потрапляючи в клітини органів і тканин, глюкоза за участю АТФ фосфорилюється у глюкозо-6-фосфат, який не проходить через мембрану: глюкоза + АТФ Е* Е* гл-6-ф + АДФ гексокіназа (в клітинах усіх органів) глюкокіназа (в печінці) 22 Глюкокіназа відрізняється від гексокінази: 1- не інгібується гл-6-фосфатом за принципом негативного зворотного зв’язку 2-специфічна тільки у відношенні Dглюкози і не діє на інші гексози 3-більш висока величина Кm для глюкози (10 mM проти 0,1 mM для гексокінази), тому вона працює при великій концентрації глюкози в крові! 23 Кров Глюкоза Глікогенез Глюкозо-6-фосфат Глікоген ПФ цикл Глікогеноліз Гліколіз Амінокислоти Ліпіди Лактат Глюконеогенез Рибозо-5-фосфат НАДФН Інші моносахара ПВК Ацетил-S-КоА Гетерополісахариди ЦТК СО2 + Н2О 24 Гліколіз Гліколізом називається процес окислювального розпаду молекули глюкози: - в анаеробних умовах до 2х молекул ПВК , а потім до 2х молекул лактату (молочна кислота) - анаеробний гліколіз; активно відбувається в інтенсивно працюючих м’язах і в еритроцитах. - в аеробних умовах до 2х молекул ПВК (піровиноградна кислота, піруват) – аеробний гліколіз Локалізований в цитозолі клітини. Протікає в дві стадії 25 Анаеробний гліколіз Сумарне рівняння анаеробного гліколіза: глюкоза + 2Н3РО4 + 2АДФ = = 2лактат + 2АТФ + 2Н2О 26 На першій стадії відбувається активація глюкози шляхом фосфорилування за рахунок використання 2-х молекул АТФ. Продукт першої стадії: 2 молекули гліцеральдегід-3-фосфату. 27 Анаеробний розпад глюкози і глікогену (1 стадия) (1 стадія) глікоген Глікогенфосфорилаза Гексокіназа Фосфоглюкоізомераза 6-Фосфофруктокіназа Тріозофосфатізомераза 28 гліцеральдегід-3-Р На другій стадії 2 молекули гліцеральдегід-3-фосфату окислюються з утворенням 2х молекул молочної кислоти (лактату) і синтезом 4х молекул АТФ (у реакціях субстратного фосфорилування при участі фосфогліцераткінази та піруваткінази) 29 Анаеробний гліколіз (2 стадія) Гліцеральдегід-3-Р Гліцеральдегід-3фосфатдегідрогеназа 1,3-ди-Р-гліцерат Фосфогліцераткіназа 3-Р-гліцерат * Фосфогліцеромутаза 2-Р-гліцерат Р-енолпіруват Піруваткіназа Лактатдегідрогеназа 30 піруват Регуляція гліколіза здійснюється на рівні «ключових» ферментів: ✓ гексокінази (інгібітор: гл-6-фосфат) ✓ фосфофруктокінази (інгібітори: АТФ, цитрат, ВЖК активатори: АМФ, фр-2,6-дифосфат) ✓ піруваткінази (інгібітори: АТФ, ацетил-КоА, ВЖК активатор: фр-1,6-дифосфат ) Ці ферменти каталізують три незворотні реакції. 31 Для безперервного протікання анаеробного розпаду глюкози необхідна постійна регенерація НАД+. Це відбувається в реакції гліколітичної оксидоредукції, при якій утворений в гліцеральдегідфосфатдегідрогеназній реакції НАДН+Н+ окислюється, відновлюючи ПВК до лактату в лактатдегідрогеназній реакції. 32 ЦИКЛ ГЛІКОЛІТИЧНОЇ ОКСИДОРЕДУКЦІЇ АТФ АДФ Глюкоза 2•Гліцеральдегід3-фосфат АТФ АДФ Фруктозо-1,6-дифосфат Діоксіацетонфосфат 2•Лактат Н3РО4 2НАД+ 2НАДН+Н+ 2•1,3-Дифосфогліцерат 2АДФ 2АТФ 2•3-фосфогліцерат Н2О 2 •2-фосфогліцерат 2АДФ 2•фосфоенолПВК 2АТФ 2ПВК 33 Біологічна роль гліколізу Енергетичне значення: сумарно утворюється 2 АТФ за рахунок субстратного фосфорилування (синтезуєтся 4 АТФ на другій стадії гліколіза, а витрачається 2 АТФ – на першій ). 34 Анаболічне значення: проміжні продукти можуть використовуватися для синтеза інших речовин: • діоксіацетонфосфат гліцеролфосфат ліпіди(жирова тканина, печінка) • 1,3-дифосфогліцерат 2,3-дифосфогліцерат (в еритроцитах знижує спорідненість гемоглобіна з О2) • ПВК аланін синтез білка • 3-фосфогліцерат серин 35 МЕТАБОЛІЗМ ФРУКТОЗИ 1. В клітинах м’язової і жирової тканини, нирках при участі неспецифічної : гексокінази D-фруктоза + АТФ D-фруктозо-6-фосфат + АДФ 2. В печінці: Фруктоза Фруктокіназа АТФ АДФ Фруктозо-1-фосфат Фруктозо-1фосфатальдолаза Гліцеральдегід Тріозокіназа АТФ АДФ Діоксіацетонфосфат Тріозофосфатізомераза Гліцеральдегід-3-фосфат ГЛІКОЛІЗ 36 МЕТАБОЛІЗМ ГАЛАКТОЗИ Галактоза АТФ галактокіназа АДФ Галактозо-1-фосфат УДФ-глюкоза Глюкозо-1-фосфат Гексозо-1-фосфатуридилтрансфераза УДФ-галактоза УДФ-глюкоза УДФ-глюкоза-4-епімераза Н4Р2О7 УДФ-глюкозапірофосфорилаза УТФ Глюкозо-6-фосфат Гліколіз Глюкозо-1-фосфат 37 Синтез глюкози • Глюконеогенез (ГНГ) – процес синтеза глюкози з невуглеводних речовин. • За добу в організмі людини може бути синтезовано 80 – 120 г глюкози • • • • Субстратами ГНГ являються: глікогенні амінокислоти (аланін,серин, треонін,цистеїн та ін.) лактат, піруват,проміжні продукти гліколіза гліцерин проміжні продукти ЦТК 38 Надходження субстратів в ГНГ залежить від фізіологічного стану організма. В глюконеогенез включаються: -при фізичній праці в м’язах і як продукт анаеробного гліколіза в еритроцитах лактат -в умовах голодування в результаті розпаду тканинних білків - амінокислоти -в постабсорбтивному періоді або при фізичному навантаженні при гідролізі ліпідів в жировій тканині - гліцерин 39 Глюконеогенез – процес зворотній гліколізу, в якому тільки три незворотні “ключові” реакції гліколізу перетворюються в спеціальних обхідних шляхах. Ці шляхи каталізуються “ключовими” ферментами глюконеогенеза. 40 ГЛІКОЛІЗ гексокіназа фосфофруктокіназа 2 1,3-дифосфогліцерат 2 3-фосфогліцерат 2 фосфоенолпіруват піруваткіназа 2 піруват 2 піруват піруваткарбоксилаза 41 • Перший обхідний шлях глюконеогенеза зв’язаний з перетворенням пірувату в фосфоенолпіруват. Здійснюється в декілька етапів (мітохондрія, цитозоль) при участі двох “ключових” ферментів глюконеогенеза: -піруваткарбоксилази (біотинзалежний алостеричний фермент ) -фосфоенолпіруваткарбоксикінази (ФЕПКК-аза) 42 1. ПЕРЕТВОРЕННЯ ПІРУВАТА В ФОСФОЕНОЛПІРУВАТ цитозоль мітохондрія Піруват піруват СО2 АТФ піруваткарбоксилаза АДФ +Н3РО 4 оксалоацетат НАДН+Н+ НАДН+Н+ НАД+ НАД+ оксалоацетат малат малат ГТФ ФЕПКК-аза ГДФ СО2 Фосфоенолпіруват 43 • Другий обхідний шлях глюконеогенеза зв’язаний з перетворенням фруктозо1,6-дифосфата у фруктозо-6-фосфат. Каталізується “ключовим” ферментом глюконеогенеза: фруктозо-1,6-дифосфатазою Третій обхідний шлях глюконеогенеза зв’язаний з утворенням вільної глюкози із глюкозо-6-фосфата під дією глюкозо6-фосфатази. 44 2. ПЕРЕТВОРЕННЯ ФРУКТОЗО-1,6-ДИФОСФАТА В ФРУКТОЗО-6ФОСФАТ Р ОН2С СН2О Р О НО Н2О Н3 РО4 Р ОН2С ОН Фруктозо1,6дифосфатаза ОН Фруктозо-1,6-дифосфат СН2ОН О НО ОН ОН Фруктозо-6-фосфат 3. Перетворення глюкозо-6-фосфата в глюкозу Р ОН2С Н2О Н3РО4 НОН2С О О НО Глюкозо-6-фосфатаза ОН ОН ОН Глюкозо-6-фосфат НО ОН ОН ОН Глюкоза 45 Глюкозо-6-фосфатаза знаходиться в печінці, корковому шарі нирок і стінках кишечника, тому в інших тканинах процес глюконеогенеза не відбувається. Сумарне рівняння глюконеогенеза: 2 піруват+4АТФ+2ГТФ+2НАДН+Н+ +4Н2О= глюкоза+4АДФ+2ГДФ+2НАД++6Н3РО4 Таким чином процес вимагає значних енергетичних затрат (в печінці відношення АТФ:АДФ - 10:1). 46 Біологічна роль глюконеогенеза 1. 2. 3. 4. 5. Забеспечення глюкозою головний мозок і еритроцити при голодуванні. Спосіб утилізації лактата. Підтримка рівня глюкози в крові в період тривалого голодування і інтенсивних фізичних навантажень. Регуляція обміну окремих амінокислот. Регуляція кислотно-основної рівноваги крові. 47 Цикл Корі В результаті анаеробного гліколіза в м’язах утворюється лактат, який не є кінцевим продуктом метаболізму, виходить в кров і переноситься в печінку, де в процесі глюконеогенеза перетворюється в глюкозу. Глюкоза з током крові може повертатися в працюючий м’яз. 48 ГЛЮКОЗО- ЛАКТАТНИЙ ЦИКЛ (ЦИКЛ КОРІ) М’язи, еритроцити печень глюкоза глюконеогенез 4АТФ+ 2ГТФ глюкоза кров глюкоза гліколіз 2 АТФ 2 лактат 2 лактат 2 лактат 49 ГЛЮКОЗО – АЛАНІНОВИЙ ЦИКЛ В м’язах із ПВК може утворюватися аланін. Основні донори групи NH2 при цьому - лейцин, ізолейцин, валін. Аланін з кров’ю транспортується в печінку, втрачає аміногрупу (яка йде на синтез сечовини) і перетворюється в піруват. ПВК вступає в глюконеогенез. Після чого глюкоза переноситься в м’язи. Цикл забезпечує винесення із працюючого м’яза азота амінокислот. 50 ГЛЮКОЗО – АЛАНІНОВИЙ ЦИКЛ М’яз Глюкоза Глюкоза печень Глюкоза Піруват КетоNН3 кислота Аланін Піруват NН3 Аланін Сечовина Аланін Амінокислоти Кров 51 Аеробне окислення глюкози Включає 3 стадії: 1. Аеробний гліколіз (утворення ПВК) в цитозолі 2. Окислювальне декарбоксилування ПВК в мітохондрії 3. Цикл Кребса в мітохондрії 52 Окислювальне декарбоксилування ПВК метаболічний процес що протікає в мітохондріях за участю піруватдегідрогеназного мультиферментного комплексу. 53 Склад піруватдегідрогеназного комплексу: Три ферменти: - піруватдегідрогеназа - дигіроліпоїлацетилтрансфераза - дигідроліпоїлдегідрогеназа П’ять коферментів: - ТПФ (тіамінпірофосфат, тіаміндифосфат - ТДФ) - ФАД (флавінаденіндинуклеотид) - НАД (нікотинамідаденіндинуклеотид) - HSКоА (коензим А) - ліпоєва кислота 54 Окислювальне декарбоксилування пірувата І стадія Е1 - піруватдегідрогеназа ІІ стадія Е2 - дигідроліпоїлацетилтрансфераза 55 ІІІ стадія ІV стадія Е3 - дигідроліпоїлдегідрогеназа V стадія 56 Сумарне рівняння окислювального декарбоксилування ПВК Піруват + НАД+ + КоА = Ацетил- КоА + НАДН+Н+ + СО2 Регуляція здійснюється за рахунок: - ефекта алостеричних регуляторів - ковалентною модифікацією (фосфорилування) піруватдегідрогенази - забезпечення мітохондрії коферментами. 57 ПОВНЕ АЕРОБНЕ ОКИСЛЮВАННЯ ГЛЮКОЗИ АТФ Глюкоза АТФ АДФ Глюкозо6фосфат Фруктозо-6-фосфат 2• Гліцеральдегід-3фосфат 2 Н3РО 4 АДФ Фруктозо-1,6-дифосфат Дигідроксіацетонфосфат 2 НАД+ 2 НАДН+Н+ 2• 1,3- дифосфогліцерат 2 АДФ 2 АТФ в біологічне окислення човникові механізми 2НАД+ 2•3фосфогліцерат 2НАДН+Н+ 2 ацетил-КоА 2 ПВК 2СО2 2АДФ 2•ФосфоенолПВК 2СО2 2 КоА 2•2фосфогліцерат 2 АТФ 2•ПВК ЦТК 212АТФ 58 МАЛАТ-АСПАРТАТНИЙ ЧОВНИКОВИЙ МЕХАНІЗМ Аспартат Аспартатамінотрансфераза НАДН+Н+ НАД Цитозоль Аспартат α-Кетоглутарат α-Кетоглутарат Глутамат Глутамат Оксалоацетат ДЛ (3АТФ) Аспартатамінотрансфераза Оксалоацетат НАДН+Н+ Малатдегідрогеназа Малатдегідрогеназа Малат Малат Внутрішня мембрана мітохондрій НАД+ Матрикс мітохондрій 59 Гліцерофосфатний човниковий механізм Гліцерол-3фосфат Гліцерол-3фосфат Внутрішня мембрана мітохондрії 60 Енергетичний ефект повного аеробного окислення глюкози • • • В процесі гліколіза синтезується 2 АТФ та 2НАДН+Н+ , які при переносі в мітохондрію малат-аспартатною човниковою системою при окисленні в дихальному ланцюзі дають 3х2 = 6 АТФ, а при переносі гліцерофосфатною човниковою системою - 2х2 = 4 АТФ. В процесі окислювального декарбоксилювання 2ПВК синтезується 2 НАДН+Н+ (3х2 = 6 АТФ). При окисленні 2-х ацетил-КоА в ЦТК синтезується (12 х 2 =24 АТФ). 61 Тож сумарний енергетичний баланс повного аеробного окислення однієї молекули глюкози до СО2 и Н2О складає: ➢ в печінці, нирках, міокарді (де функціонує малат-аспартатна човникова система) 38 АТФ. ➢в головному мозку, скелетних м’язах (гліцерофосфатна човникова система) 36 АТФ. 62 Порівняльна характеристика аеробного та анаеробного окислення глюкози Глюкоза 2ПВК 2Лактат 2ПВК 2 АТФ 2Ацетил-КоА 2ЦТК ЦИТОЗОЛЬ СО2 + Н2О 36,38 АТФ М І Т О Х О Н Д Р І Я 63 ПЕНТОЗОФОСФАТНИЙ ШЛЯХ ОКИСЛЕННЯ ПЕНТОЗОФОСФАТНИЙ (апотомічний) ШЛЯХ (ПФШ) являється альтернативним шляхом окислення глюкози. Всі ферменти ПФШ локалізовані в цитозолі. Найбільш активно протікає в печінці, жировій тканині, молочній залозі, корі наднирників, еритроцитах. Сумарне рівняння ПФШ: 6 гл-6-фосфат + 12 НАДФ = 12 НАДФН+Н+ + 5 гл-6-фосфат + 6СО2 64 ПЕНТОЗОФОСФАТНИЙ ШЛЯХ ОКИСЛЕННЯ Складається із 2-х стадій: 1 стадія – окислювальна 6 Глюкозо-6-фосфат Глюкозо-6-фосфатдегідрогеназа 6 НАДФ+ 6 НАДФН+Н+ 6•6-фосфоглюконо-δ-лактон 6•6-фосфоглюконова кислота 6 НАДФ+ 6СО2 6 НАДФН+Н+ 6 рибулозо-5-фосфат 65 ПЕНТОЗОФОСФАТНИЙ ШЛЯХ ОКИСЛЕННЯ 2 стадія – неокислювальна 6 рибулозо-5-фосфат 2 рибозо-5-фосфат 4ксилулозо-5-фосфат 2 ксилулозо-5-фосфат транскетолаза 2 ксилулозо-5-фосфат 2 гліцеральдегід-3-фосфат 2 Седогептулозо-7-фосфат трансальдолаза 2 фруктозо-6-фосфат 2 Еритрозо-4-фосфат транскетолаза 2-фруктозо-6-фосфат 5 глюкозо-6-фосфат Гліцеральдегід-3-фосфат ГНГ фруктозо-6-фосфат 66 Значення пентозофосфатного шляху окислення глюкози 1. Синтез рибозо-5-фосфата, який використовується для синтеза нуклеотидних коферментів (НАД, ФАД), нуклеїнових кислот (ДНК,РНК), мононуклеотидів (АМФ,ГМФ, УМФ, ЦМФ, ТМФ) 67 2. Синтез НАДФН+Н+, який використовується для: • • • • • • • синтеза жирних кислот, холестерола синтеза стероїдних гормонів синтеза тиреоїдних гормонів синтеза жовчних кислот в печінці активації вітаміна Д3 інактивації лікарських препаратів знешкодження токсинів 3. Проміжні продукти (фруктозо-6-фосфат, гліцеральдегід-3-фосфат) можуть включатися в шляхи аеробного та анаеробного окислення і служити джерелом енергії для синтеза АТФ. 4. Неокислювальна стадія може служити для утворення гексоз із пентоз. 68 ОБМІН ГЛІКОГЕНУ α-1,6-глікозидний зв’язок α-1,4-глікозидний зв’язок НОСН2 О НОСН2 О ОН НО О СН2 О ОН НО О НОСН2 О ОН НО О О ОН НО 69 Найбільша кількість глікогену зберігається у вигляді гранул в цитоплазмі клітин печінки і м’язів. Глікоген печінки використовується, як джерело глюкози крові глікоген м’язів - для власних енергетичних потреб. Обмін глікогена включає: 1.Синтез глікогена (глікогенез) - в період травлення (1-2 год. після прийому вуглеводної їжі). 2. Розпад глікогену (глікогеноліз) - в період між прийомами їжі, в момент фізичної роботи. 70 СИНТЕЗ ГЛІКОГЕНУ глюкоза+АТФ гексокіназа (глюкокіназа) гл-6-ф+АДФ фосфоглюкомутаза гл-6-ф гл-1-ф гл-1-ф + УТФ гл-1-ф-уридилтрансфераза УДФ-гл+РР1 УДФ-гл+(С6Н10О5)n глікогенсинтаза (С6Н10О5)n+1 +УДФ нуклеозиддифосфаткіназа УДФ + АТФ УТФ + АДФ Глікогенсинтаза приєднує глікозидні залишки довжиною від 4 до 10 мономерів до зростаючого полісахаридного ланцюга за допомогою альфа1,4-глікозидного зв’язку. 71 Ділянки розгалуження в молекулі глікогена утворюються за допомогою фермента аміло-(1,4-1,6)трансглікозидази (глікогенрозгалуджуючий або бранчінг фермент). Цей фермент відщеплює з кінця лінійної ділянки полісахарида 6-7 глюкозних одиниць і переносить їх на 812 одиниць ближче до середини лінійної ділянки глікогена з утворенням альфа1,6 - глікозидного зв’язку. При цьому утворюється точка розгалудження. 72 СИНТЕЗ ГЛІКОГЕНА Глікогенсинтаза УДФ-глюкоза УДФ Фермент розгалудження Глікогенсинтаза 73 Регуляція синтеза глікогена Регуляторний фермент-глікогенсинтаза Активується шляхом дефосфорилування фермента в присутності інсуліна. Інгібується шляхом фосфорилування фермента при участі аденілатциклазної системи під дією адреналіна і глюкагона. 74 РОЗПАД ГЛІКОГЕНА (МОБІЛІЗАЦІЯ) Відбувається шляхом фосфоролізу: 1.(С6Н10О5)n +Н3РО4 фосфорилаза а (С6Н10О5)n1 + гл-1-ф 2. гл-1-ф фосфоглюкомутаза гл-6-ф В печінці: гл-6-ф гл-6-фосфатаза глюкоза кров В м’язах: гл-6-ф гліколіз 75 МОБІЛІЗАЦІЯ ГЛІКОГЕНА Глюкозо-1Н3РО4 фосфат Глікогенфосфорилаза ___ Олігосахаридтрансфераза ____ Н2О глюкоза a-1,6-глюкозидаза ___ Глікогенфосфорилаза 76 РЕГУЛЯЦІЯ РОЗПАДУ ГЛІКОГЕНА Регуляторний фермент – глікогенфосфорилаза (містить піридоксальфосфат - віт. В6). Активується шляхом фосфорилювання фермента при участі аденілатциклазної системи під дією адреналіна і глюкагона. Ігібується шляхом дефосфорилювання під впливом інсуліна. 77 Регуляція активності глікогенфосфорилази 78 РОЗПАД І СИНТЕЗ ГЛІКОГЕНА УДФ Н3РО4 Глікоген УДФ-глюкоза Пірофосфат Глюкозо-1-фосфат УТФ Глюкозо-6-фосфат Н2О Глюкозо-6- АДФ АТФ фосфатаза Н3РО4 Глюкоза 79 ФУНКЦІЯ ГЛІКОГЕНА В ПЕЧІНЦІ І М’ЯЗАХ М’яз Глікоген печінка Глікоген Глюкозо-6-фосфат Глюкозо-6фосфатаза Глюкоза Глюкозо-6-фосфат Рi кров Глюкоза Енергія 80 Глюкоза крові та її регуляція Глюкоза крові в нормі: 3,3 – 5,5 ммоль/л < 3,3 ммоль/л - гіпоглікемія > 5,5 ммоль/л - гіперглікемія Нирковий поріг глюкози: 9-10 ммоль/л глюкозурія 81 Гіперглікемія Фізіологічна Аліментарна Патологічна Емоціональна 82 Фізіологічна: Аліментарна – як наслідок надлишкового споживання вуглеводів з їжею. Емоціональна - як наслідок нервового перезбудження і викиду адреналіну. Патологічна: ❖ при нестачі інсуліну або зниженні його ефективності (розвивається цукровий діабет) ❖ при гіперсекреції глюкокортикоїдів (хвороба Іценко-Кушинга) ❖при гіперсекреції гормонів аденогіпофіза (СТГ, АКТГ, ТТГ) ❖феохромоцитомі (пухлині мозкової речовини наднирників) 83 ПРИЧИНИ ГІПОГЛІКЕМІЇ Патологія печінки Розлад травлення в кишечнику Гальмування глікогеноліза Недостатність глюконеогенеза Тривале фізичне навантаження Патологія нирок Ендокринопатії Зниження реабсорбції глюкози в проксимальному відділі канальців Вуглеводне голодування 84 Гормональна регуляція рівня глюкози крові Гіперглікемічні гормони: ✓ глюкагон - посилює глікогеноліз, глюконеогенез, протеоліз. Гальмує глікогенез, синтез білків. ✓ глюкокортикоїди - прискорюють глюконеогенез. ✓ адреналін - активує глікогеноліз. ✓ соматотропін - стимулює секрецію глюкагона та інсуліна, активує глюконеогенез. Гіпоглікемічний гормон: ✓ інсулін - активує транспорт глюкози в клітину, синтез глікогену, ПФШ, гліколіз і перетворення глюкози в ліпіди. Гальмує глікогеноліз і глюконеогенез. 85 Патології обміну вуглеводів 1. Глікогенози (хвороби накопичення глікогену) - обумовлені дефектом ферментів, які беруть учать в розпаді глікогена. В результаті – гіпоглюкоземія і її наслідки. Проявляються надлишковим накопиченням глікогену в печінці, серцевому і скелетному м’язах, нирках, легенях та ін. органах. 86 Типи глікогенозів Назва хвороби Дефіцит фермента Хвороба Гірке гл-6-фосфатази Хвороба Помпе α-1,4-глюкозидази Хвороба Корі аміло-1,6-глюкозидази Хвороба Андерсена Хвороба Мак-Ардла аміло-1,4-1,6трансглюкозидази фосфорилази (м’язів) Хвороба Херса фосфорилази (печінки) 87 2. Аглікогенози – обумовлені порушенням синтеза глікогена і супроводжуються зниженням його вмісту в тканинах, результатом чого так само є гіпоглюкоземія. В печінці майже або повністю відсутній глікоген. Характерний симптом – судоми, зазвичай зранку. 3. Мукополісахаридози –патології обміну гетерополісахаридів. Призводять до порушення сполучної тканини - помутніння рогівки, патології кісток, суглобів, затримки росту та скорочення тривалості життя. 88 4. Галактоземія і галактозурія (відсутність галактозо-1-фосфат- уридилтрансферази). У дітей розвивається слабоумство і катаракта. 5. Спадкова непереносимість фруктози (дефіцит фр-1-фосфатальдолази). Розвиваються гіпофосфатемія і гіпоглікемія після прийому їжі багатої на фруктозу (мед). 6. Вроджена недостатність лактази проявляється стійкою діареєю, гіпотрофією. 89 7. Цукровий діабет: ❑ ІЗЦД (10% хворих) - частіше у дітей і підлітків, обумовлений відсутністю інсуліну (порушена функція підшлункової залози). Проявляється гіперглікемією, глюкозурією, гіперкетонемією і кетонурією, азотемією, поліурією. ❑ ІНЗЦД розвивається після 30 років. Обумовлений порушенням клітинної рецепції інсуліна. Проявляється гіперглікемією і ожирінням. Найбільш поширеним прийомом для діагностики прихованої форми цукрового діабету являється тест толерантності до глюкози. 90 Приклади тестів з іспиту IFOM Дитині з гепатомегалією і незначною гіпоглікемією зробили біопсію печінки натще. Гепатоцити показують накопичення гранул глікогену з одиничними залишками глюкози, що знаходяться в точках розгалуження поблизу периферії гранул. Найбільш імовірним генетичним дефектом є дефект гену, що кодує: A. α-1,4-фосфорилазу B. α-1,4:α-1,4-трансферазу C. Фосфоглюкомутазу D. α-1,6-глюкозидазу E. Лізосомальну α-1,4-глюкозидазу Вірна відповідь: Фермент α-1,6-глюкозидаза є ферментом розщеплення глікогену і видаляє 1,6-пов`язані залишки глюкози в точках розгалуження під час глікогенолізу. Приклади тестів з іспиту IFOM Немовля, яке перебуває на грудному вигодовуванні, почало часто блювати та худнути. Через кілька днів у нього з`явилась жовтяниця, печінка збільшилась у розмірі, розвинулась катаракта. Ці симптоми, швидше за все, викликані дефіцитом: A. Галактозо-1-фосфат-уридилтрансферази B. Лактази C. Глюкозо-6-фосфатази D. Галактокінази E. Альдолази В Вірна відповідь: Катаракта + захворювання печінки у немовля на грудному вигодовуванні = класична галактоземія. Приклади тестів з іспиту IFOM Укажіть облігатний (обов’язківий) активатор печінкової піруваткарбоксилази в постабсорбційному стані: A. Малонова кислота B. Ацетил-КоА C. Піруват D. Кисень E. Оксалоацетат Вірна відповідь: піруваткарбоксилазу і голодування. Ацетил-КоА глюконеогенез активує під час ДЯКУЮ ЗА УВАГУ! 94
