Разное / обмен углеоводов
.pdfЦикл Кори (лактат пируват глюкоза)
21
Образование макроэргических соединений и баланс энергии аэробного дихотомического пути окисления глюкозы
В зависимости от челночного механизма: 2 или 3 АТФ
—Энергия распада глюкозы до СО2 и Н2О, составляет 2880 кДж/моль;
—38 моль АТФ это (50 кДж × 38)=1900 кДж, что составляет 65% от всей потенциальной энергии глюкозы, остальная энергия рассеивается в виде тепла.
22
Глюконеогенез (биосинтез ≈ 80 г глюкозы/сут)
Это биосинтез глюкозы из неуглеводных компонентов (аминокислот, глицерина, лактата и др. органических молекул).
Ткани, в которых интенсивно протекают реакции биосинтеза глюкозы (печень, почки и слизистая тонкого кишечника).
Схема реакций глюконеогенеза (это обратный процесс гликолиза, за исключением 1, 3 и 10 необратимых реакций).
Е4
Е3
Глицерол Диоксиацетон
7 АДФ
Распад триглицеридов и фосфолипидов
ГДФ СО2
Фосфоенолпируват
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АДФ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Е2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ала |
|
Распад |
|
Асп |
|
Оксалоацетат |
Е1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
белков |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СО2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Н3РО4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
АТФ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
АДФ |
|
|
|
Лактат |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расскажите, используя схему, реакции глюконеогенеза, начиная с:
лактата (ЛДГ) → пируват → ...
аланина (ГПТ) → пируват → ...
аспартата (ГОТ) → оксалоацетат → ...
других аминокислот (дезаминирование)→ пируват и метаболиты ЦТК.
глицерина (глицеролкиназа, глицеролфосфатдегидрогеназа)→диоксиацетонфосфат
пируват → ………... глюкоза.
23
Схема и химизм реакций I этапа глюконеогенеза (образование фосфоенолпирувата из пирувата)
Цитоплазма
Малат
НАД+
Е"
НАДН
Мембрана митохондрий
пируват
СО2 |
|
|
|
1 Е1 |
Митохондрия |
||
|
|||
|
|
||
|
|
АДФ + Н3РО4
оксалоацетат
НАДН
2 Е'
НАД+
Малат
Оксалоацетат
ГТФ
Е2
ГДФ
Фосфоенолпируват
1 |
2 |
|
|
|
|
Е' |
Е" |
Е2 |
ОН |
СО |
|
|||
2 |
|
2 |
|
|
|
|
~Р=О |
||
|
|
|
||
|
Н |
Н - |
|
|
|
|
|
||
НАДН |
НАД+ |
НАДН |
+ |
|
|
|
НАД |
|
энзимы (пируваткарбоксилаза (Е1), малатдегидрогеназа митохондриальная (Е'), малатдегидрогеназа цитоплазматическая (Е"), фосфоенолпируваткарбоксикиназа (Е2))
коферменты и витамины (карбоксибиотин — витамин Н, НАД — витамин РР)
Две другие необратимые реакции гликолиза (3 и1), при глюконеогенезе катализируются (3) – фруктозо-1,6-бифосфатазой и (1) – глюкозо-6-фосфатазой.
Энергетический баланс глюконеогенеза:
—в биосинтезе одной молекулы глюкозы участвуют 2 молекулы пирувата, следовательно расход энергии составит в 10 реакции 2 АТФ и 2 ГТФ
—в 7 реакции 2 АТФ; итого 4 АТФ и 2 ГТФ (6 АТФ).
—Аллостерическая регуляция скорости глюконеогенеза энзимами (пируваткарбоксилаза - Е1 и фруктозобисфосфатазы- Е3):
|
положительные модуляторы (АТФ, цитрат, ацетил-КоА) |
|
|
|
|
отрицательные |
модуляторы |
(АДФ, |
АМФ) |
24
Механизмы регуляции субстратных циклов (I, II, III) гликолиза и глюконеогенеза в клетках печени.
Субстратные циклы – это реакции синтеза и распада какого-либо субстрата (например, глюкозы, гликогена и др.)
I |
EI |
глюкоза |
E1 |
|
|||
|
|
глюкозо-6-фосфат |
|
II |
EII |
фруктозо-6-фосфат |
E2 |
|
|
фруктозо-1,6-дифосфат
III |
фосфоэнолпируват |
E3 |
EIII |
|
пируват
Регуляция скорости гликолиза (распад глюкозы) и глюконеогенеза (синтеза глюкозы) осуществляется действием на энзимы:
—концентрации субстратов
—аллостерической регуляции (соотношение АТФ/АДФ, НАД/НАДН+)
—ковалентной модификации (фосфорилирования/дефосфорилирования)
—индукции и репрессии ключевых энзимов (действием гормонов)
Направление реакций первого субстратного цикла (I) зависит от концентрации
субстратов, содержания и активности энзимов Е1-гексокиназы и ЕI-глюкозо-6- фосфатазы. При повышении в крови глюкозы возрастает активность Е1, увеличивается скорость гликолиза и синтез гликогена. При возрастании в
печени содержания глюкозо-6-фосфата возрастает активность ЕI и ускоряется обратная реакция, т.е. образования глюкозы.
Направление реакций второго субстратного цикла (II) зависит от активности
(Е2)-фосфофруктокиназы и (ЕII)-фруктозо-1,6-бифосфатазы. Активность этих энзимов контролируется концентрацией фруктозо-2,6-бифосфата. При
увеличении последнего активируется Е2 и тем самым ускоряется гликолиз и ингибируется ЕII, т.е. скорость глюконеогенеза. При снижении содержания фруктозо-2,6-бифосфата названные энзимы изменяют свою активность на противоположную.
Направление реакции третьего субстратного цикла (III) зависит от количества пируваткиназы – (индукции/репрессии этого энзима), а также его фосфорилирования/дефосфорилирования. В целом процесс зависит от соотношения содержания в плазме крови инсулина/глюкагона.
25
Схема гормональной регуляции углеводного обмена (преимущественно в печени)
Гликолиз |
Синтез гликогена |
Регуляторные |
Гормональ- |
Распад гликогена |
Глюконеогенез |
Регуляторные |
ферменты |
ная |
ферменты |
||||
|
регуляция |
|
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
(+) |
(+) |
гексокиназа ↑ |
|
( - ) |
( - ) |
пируваткарбоксилаза |
|
|
глюкокиназа ↑ |
|
|
|
↓ |
|
|
фосфофруктокиназа |
Инсулин |
|
|
фосфоенолпируваткар |
|
|
↑ |
|
|
боксикиназа ↓ |
|
|
|
пируваткиназа ↑ |
|
|
фруктозо-1,6- |
|
|
|
гликогенсинтетаза ↑ |
|
|
бисфосфотаза ↓ |
|
|
|
|
|
|
глюкозо-6-фосфотаза ↓ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фосфорилаза ↓ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уровень глюкозы в крови |
|
|
||
|
|
|
понижается |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( - ) |
( - ) |
пируваткиназа ↓ |
|
(+) |
(+) |
пируваткарбоксилаза↑ |
|
|
гликогенсинтетаза ↓ |
Глюкагон |
|
|
фосфоенолпируваткар |
|
|
|
|
|
боксикиназа ↑ |
|
|
|
|
|
|
фруктозо-1,6- |
|
|
|
|
|
|
бисфосфотаза ↑ |
|
|
|
|
|
|
глюкозо-6-фосфотаза↑ |
|
|
|
|
|
|
|
фосфорилаза↑ |
|
|
|
|
|
|
|
( + ) |
( - ) |
пируваткиназа ↑ |
|
(+) |
( + ) |
пируваткарбоксилаза↑ |
|
|
гликогенсинтетаза ↓ |
Адреналин |
|
|
фосфоенолпируваткар |
|
|
|
|
|
боксикиназа ↑ |
|
|
|
|
|
|
фруктозо-1,6- |
|
|
|
|
|
|
бисфосфотаза ↑ |
|
|
|
|
|
|
глюкозо-6-фосфотаза↑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фосфорилаза↑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
( + ) |
пируваткиназа ↓ |
Глюкокортикои ды |
|
(+) |
пируваткарбоксилаза↑ |
|
|
гликогенсинтетаза ↓ |
|
|
фосфоенолпируваткар |
|
|
|
|
|
|
боксикиназа ↑ |
|
|
|
|
|
|
фруктозо-1,6- |
|
|
|
|
|
|
бисфосфотаза ↑ |
|
|
|
|
|
|
глюкозо-6-фосфотаза↑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уровень глюкозы в крови повышается
26
Пентозофосфатный (фосфоглюконатный) путь превращения глюкозы ( прямой, апотомический - схема):
Этапы пентозофосфатного пути превращения глюкозы.
I Окислительный этап |
II Неокислительный этап |
||
1 глюкоза |
|
5 глюкоза |
(возвращение пентоз в фонд гексоз) |
|
|
||
|
|
|
1 Глюкозо–6–ф + 2 Глюкозо–6–ф + 2 Г–6–ф |
|
2 |
|
2 Глицеральдегид–3– ф 2 Фруктозо–6–ф |
|
|
|
2
Е3
– 6 СО2 (=1 молекула глюкозы)
6 пентоз
|
|
|
|
|
|
|
Е4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Е1 |
|
|
|
|
||||
|
|
Е3 |
|
|
|
|||
Е2 |
|
|
|
2 Седогептулезо–7–ф |
|
2 Эритрозо– |
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
4–ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27
Реакции I окислительного этапа ПФП
Е1 |
Е2 |
Е3 |
ГЛЮКОЗА
НАДФ НАДФН2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СН2ОН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С=О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОН |
|
|
|
|
|
|
НО-С-Н |
|
|||
|
|
СО2 |
|
|
|
|
ОН |
|||
|
Е4 |
|
Е5 |
|||||||
Е3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н-С-ОН
НАДФ
НАДФН2
Субстраты: глюкоза, глюкозо–6–фосфат, 6–фосфоглюконолактон, 6– фосфоглюконовая кислота, рибулозо–5–фосфат, ксилулозо–5–фосфат, рибозо–5–фосфат.
Энзимы и коферменты: гексокиназа, дегидрогеназы глюкозо–6–фосфата и
6– фосфоглюконовой кислоты, пентозофосфатизомеразы, НАДФ.
Биологическое значение I этапа ПФП окисления углеводов:
Регуляции скорости ПФП: регуляторные энзимы (Е2, Е4); положительные (НАДФ) и отрицательные (НАДФН2) модуляторы.
Ткани, в которых интенсивно протекают реакции ПФП (печень, жировая ткань, лактирующая молочная железа, эритроциты).
Схема реакций II неокислительного этапа ПФП
Расскажите по схеме предыдущей стр.:
—энзимы и коферменты (Е1-эпимераза, Е2-изомераза, Е3-транскетолаза, Е4-трансальдолаза, ТПФ
–витамин В1) ПФП;
—биологическое значение II этапа ПФП - (регенерация глюкозы из пентоз);
28
Метаболизм глюкозы в эритроцитах
Метаболизм глюкозы в эритроцитах
Глюкоза
Г-6-ф
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф-6-ф |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф-1,6-диф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
3-фга |
|
|
|
|
|
|
НАД |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НАДН2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
1,3 - дифг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,3-дифг |
|
|
|
Met Hb (Fe3+) |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
3-фг |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Е1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hb (Fe2+) |
|
||||
|
|
|
|
|
2-фг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Е6 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФЕП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
АТФ |
|
|
|
|
|
ПВК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Регуляция |
|
|
Регенерация |
|||||
Призводство |
|
|
|
Лактат |
|
|
|
сродства |
|
|
Hb из MetHb |
||||||||||||||||
макроэргов - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hb к О2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
АТФ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6-фглактон |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НАДФ |
|
|
|
|
|
|
6-фгк |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
риб-5-ф |
|
|
|
2 НАДФ |
|
|
|
|
НАДФ |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S-Глут |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
S-Глут |
|
|
|
|
|
|
Е4 |
Н2О |
|||
О2 |
|
|
Е3 |
Н-S-Глут |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Е6 |
|
|
|
|
|
Н-S-Глут |
|
|
||||||
|
|
|
|
Н2О2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Е5 |
|
|
|
Н2О |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Инактивация супероксид- |
|
|
|
При недостатке Г-6-ф-дг |
||||||||||
|
иона, перекиси водорода и |
|
|
|
(дефицит НАДФН+) |
||||||||||
|
перекисного окисления |
|
|
|
развивается гемолитическая |
||||||||||
|
ненасыщенных ВЖК |
|
|
|
|
|
|
|
анемия |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В эритроцитах содержатся ферментные системы только анаэробного гликолиза и пентозофосфатного пути
Е1 – метгемоглобинредуктаза, Е2 – супероксиддисмутаза,29 Е3 – глутатионредуктаза, Е4 – глутатионпероксидаза, Е5 - каталаза,
IГлюкоза – источник энергии (АТФ), необходима для работы ионных насосов (особенно Na,K-АТФ-азы) и других энергозависимых процессов.
IIПри гликолизе образуется 2,3-дифосфоглицерат. Эта молекула является регулятором сродства кислорода с гемоглобином; связываясь с гемоглобином, он уменьшает сродство Нb к кислороду и тем самым облегчает освобождение кислорода в тканях; НАДН2, образуемый в ходе гликолиза необходим для регенерации гемоглобина из метгемоглобина в ходе метгемоглобинредуктазной реакции. Развитие метгемоглобинемий может быть обусловлено отравлением окислителями, низким парциальным давлением кислорода, наследственным дефектом метгемоглобинредуктазы и отравлением угарным газом (СО).
IIIРеакциями пентозо-фосфатного пути и образованием НАДФН2 поддерживается высокая концентрация восстановленного глутатиона. Это необходимо для эффективного обезвреживания в эритроцитах активных форм кислорода (супероксидного аниона и перекиси водорода).
IV При наследственной недостаточности глюкозо – 6 – фосфатдегидрогиназы наблюдается снижение концентрации НАДФН2, что сопровождается гемолизом эритроцитов и развитием гемолитической анемии.
НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА УГЛЕВОДОВ.
Для выяснения причины нарушения обмена углеводов у пациента анализируют чаще всего кровь, мочу, реже – биоптаты тканей на содержание в них глюкозы, гликогена, молочной и пировиноградной кислот, инсулина, а также энзимов диастазы (амилазы), фосфорилазы, гликогенсинтетазы, лактатдегидрогеназы и некоторых других ферментов.
Глюкоза крови (плазмы, сыворотки):
Контроль содержания глюкозы в крови (3,3-5,5 ммоль/л) в абсорбтивном (синтез гликогена) и постабсорбтивном (распад гликогена и глюконеогенез) периодах.
Контроль содержания глюкозы в крови при длительном голодании (глюконеогенез).
Контроль содержания глюкозы в крови в период покоя и во время физической нагрузки (распад гликогена и глюконеогенез).
Повышение (гипергликемия) и понижение (гипогликемия) содержание глюкозы;
Причины изменения в крови содержания глюкозы (внегормональные, гормональные и наследуемые вследствие дефекта некоторых ферментов).
Гипергликемии при повышении уровня глюкозы в крови выше 10 ммоль/л возникает глюкозурия – потеря глюкозы с мочой, (почечный порог для глюкозы у здоровых лиц не превышает 10 ммоль/л)
1.внегормональные: алиментарные, эмоциональные, при шоке, травмах ЦНС, заболеваниях печени, почек и других видах патологии
2.гормональные:
2.1.при сахарном диабете как следствие абсолютной или относительной инсулиновой недостаточности и нарушения усвоения глюкозы (понижения проницаемости мембран клеток по отношению к глюкозе, снижения катаболизма глюкозы и синтеза гликогена).
2.2.при стероидном диабете (избытке глюкокортикоидов в крови вследствие их гиперпродукции при синдроме Кушинга, а также длительной терапии глюкокортикоидными гормонами) усиливается глюконеогенез.
30