Метаболизм углеводов

Гексокиназа в мышцах фосфорилирует в основном глюкозу, меньше – фруктозу и галактозу. Кm<0,1 ммоль/л.
Ингибитор глюкозо-6-ф.
Активатор адреналин. Индуктор инсулин.
Глюкокиназа фосфорилирует глюкозу. Кm - 10 ммоль/л, активна в печени, β-клетках.
Индуктор инсулин. Не ингибируется глюкозо-6-ф.
ГЛИКОЛИЗ
ПФШ, ПФП
ГЛИКОГЕН
Активация глюкозы

рибозо-5-ф
ПФП
Гликолиз – главный путь катаболизма глюкозы, фруктозы и галактозы. Все его реакции протекают в цитозоле.
Гликолиз

Фосфофруктокиназа 1. Реакция необратима и самая медленная из всех реакций гликолиза, определяет скорость всего гликолиза.
Активатор: фруктозо-2,6-дф.
Индуктор: инсулин.
Ингибиторы: глюкагон, цитрат, жирные кислоты
фруктозо-2,6-дф
фосфофруктокиназа 2

Альдолаза А Альдолазы действуют на открытые формы гексоз, имеют 4 субъединицы, образуют несколько изоформ. В большинстве тканей содержится Альдолаза А. В печени и почках – Альдолаза В.
Фосфотриозоизомераза (ДАФ-ФГА-изомераза).
рибозо-5-ф
глицерол-3ф

3-ФГА дегидрогеназа Катализирует образование макроэргической связи в 1,3-ФГК и восстановление НАДН2.
Фосфоглицераткиназа Осуществляет субстратное фосфорилирование АДФ с образованием АТФ.
серии, глицин, цистеин

Фосфоглицератмутаза осуществляет перенос фосфатного остатка в ФГК из положения 3 положение 2.
Енолаза отщепляет от 2-ФГК молекулу воды и образует высокоэнергетическую связь у фосфора.
Ингибируется ионами F-.

Пируваткиназа осуществляет субстратное фосфорилирование АДФ с образованием АТФ.
Активируется: фруктозо-1,6-дф. Индуктор: инсулин.
Ингибируется АТФ, Ацетил-КоА, глюкагоном, адреналином.
Дальнейший катаболизм 2 ПВК и использование 2 НАДН2 зависит от наличия О2

Лактатдегидрогеназа. Стоит из 4 субъединиц, имеет 5 изоформ.
В анаэробных условиях ПВК обеспечивает регенерацию НАД+ из НАДН2, что необходимо для продолжения реакций гликолиза.
Реакция анаэробного гликолиза
Лактат не является конечным продуктом метаболизма, удаляемым из организма. Из анаэробной ткани лактат переноситься кровью в печень, где превращаясь в глюкозу (Цикл Кори), или в аэробные ткани (миокард), где превращается в ПВК и окисляется до СО2 и Н2О.

КАТАБОЛИЗМ ПВК В МИТОХОНДРИЯХ
ПВК в митохондриях используется в 2 реакциях:
В аэробных условиях ПВК и НАДН2 транспортируются в матрикс митохондрий.
ПВК проходит симпортом с Н+, НАДН2 проходит с помощью малат аспартатного и глицерофосфатного челнока
Активатор: НАД+ > HSКоА, АДФ. Индуктор инсулин
Ингибитор: НАДН2 > Ацетил-КоА, АТФ, жирные кислоты, кетоновые тела.
содержит 3 фермента и 5 коферментов:
а) Пируватдекарбоксилаза содержит (Е1) 120 мономеров и кофермент ТПФ;
б) Дигидролипоилтрансацилаза (Е2) содержит 180 мономеров и коферменты липоамид и HSКоА;
в) Дигидролипоилдегидрогеназа (Е3) содержит 12 мономеров и коферменты ФАД и НАД.
ЦТК

ЦТК
Пируваткарбоксилаза сложный олигомерный фермент, содержит биотин.
Активатор: Ацетил-КоА.

ЧЕЛНОЧНЫЕ СИСТЕМЫ
Малат-аспартатный челнок является универсальным, работает в печени, почках, сердце.
АСТ
АСТ

Глицерофосфатный челночный механизм
Работает в белых скелетных мышцах, мозге, в жировой ткани, гепатоцитах.

Регуляция гликолиза
Эффект Пастера – снижение скорости потребления глюкозы и накопления лактата в присутствии кислорода.

Пентозофосфатный процесс (шунт, путь)
анаэробный процесс окисления глюкозы
Локализация в организме: жировая ткань, печень, кора надпочечников, эритроциты, эпителий ЖКТ, лейкоциты, молочная железа, семенники
Локализация в клетке: цитозоль
Этапы: 1 окислительный (восстановление НАДФН2) и 2 неокислительный (синтез пентоз)

ПФП
гл
гл-6-ф
3ФГА
ПВК
АцКоА лактат
пентозо-
фосфаты
нуклеотиды
АТФ
ГТФ
ЦТФ
УТФ
КоФ
НАД+
НАДН2
ФАД
ФАДН2
цАМФ
цГМФ
НАДФ
НАДФН2
восстан-е глутатиона
Микросомальное ок-е
биосинтез ХС
биосинтез глу,
биосинтез ЖК

окислительная стадия
состоит из 3 необратимых реакций:
1). Глюкозо-6ф дегидрогеназа (глюкозо-6ф: НАДФ+ оксидоредуктаза).
Ингибитор НАДФН2. Индуктор инсулин.

недостаточность гл-6-ф-ДГ
ген. дефект → ↓ гл-6-фосфатДГ →
↓ НАДФН2 →
↓восст. глутатиона →
↑ активных форм кислорода →
нарушение мембран эритроцитов →
гемолиз эритроцитов →
приступы гемолитической анемии

3). 6-фосфоглюконат дегидрогеназа (6-фосфоглюконат: НАДФ+ оксидоредуктаза (декарбоксилирующая)). Индуктор инсулин.
2). Глюконолактонгидратаза (6-фосфоглюконат: гидро-лиаза).

Неокислительная стадия ПФШ

В зависимости от потребности ткани, пентозофосфатный процесс может протекать в виде метаболического цикла, пути или шунта начальных реакций гликолиза:
При ПФЦ или ПФШ в качестве продукта образуется только НАДФН2. Пентозы в этом случае не являются конечным продуктом, они превращаются в фосфогексозы, которые замыкают цикл, или уходят в гликолиз, завершая шунт. В жировой ткани, эритроцитах.
Продуктом ПФП являются НАДФН2 и пентозы. В печени, костном мозге.
В тканях, которые не испытывают потребность в НАДФН2, функционирует только неокислительная стадия ПФП, причем ее реакции идут в обратную сторону начиная с фруктозы-6ф до фосфопентоз. В мышцах.
Тканевые особенности функционирования
ПФШ, ПФП, ПФЦ

Витамин B1 (тиамин)
В1 распространён в продуктах растительного происхождения (оболочка семян хлебных злаков и риса, горох, фасоль, соя и др.).
ТПФ в организмах животных (образуется из В1 в печени, почках, мозге, сердечной мышце путём фосфорилирования при участии тиаминкиназы и АТФ.

Основной признак недостаточности витамина В1 — полиневрит, в основе которого лежат дегенеративные изменения нервов: Вначале развивается болезненность вдоль нервных стволов, затем — потеря кожной чувствительности и наступает паралич (бери-бери).
Второй важнейший признак заболевания — нарушение сердечной деятельности, что выражается в нарушении сердечного ритма, увеличении размеров сердца и в появлении болей в области сердца.
К характерным признакам недостаточности витамина В1, относят также нарушения секреторной и моторной функций ЖКТ; наблюдают снижение кислотности желудочного сока, потерю аппетита, атонию кишечника.
Недостаточность витамина В1
Недостаточность – болезнь «бери-бери»
лабораторный показатель недостаточности – снижение активности транскетолазы в эритроцитах

Обмен фруктозы и галактозы

МЕТАБОЛИЗМ ФРУКТОЗЫ И ГАЛАКТОЗЫ
Фрук­тоза и галактоза наряду с глюкозой используются для получения энергии или синтеза веществ: гликогена, ТГ, ГАГ, лактозы и др.
Метаболизм фруктозы
Фруктоза, образующееся при расщеплении сахарозы, превращается в глюкозу уже в клетках кишечника. Часть фруктозы поступает в печень.
Фруктокиназа фосфорилирует только фруктозу, имеет к ней высокое сродство. Содержится в печени, почках, кишечнике. Инсулин не влияет на ее активность.
Доброкачественная эссенциальная фруктозурия

Альдолаза В есть в печени, расщепляет фруктозо-1ф (фруктозо-1,6ф) до глицеринового альдегида (ГА) и диоксиацетонфосфата (ДАФ).
Триозокиназа. Много в печени.
ДАФ и ГА, полученные из фруктозы, включаются в печени в гликолиз. Часть ДАФ может восстанавливаться до глицерол-3-ф и участвовать в синтезе ТГ
Наследственная непереносимость фруктозы

Доброкачественная эссенциальная фруктозурия
Связана с недостаточностью фруктокиназы, клинически не проявляется. Фруктоза накапливается в крови и выделяется с мочой, где её можно обнару­жить лабораторными методами. Частота 1:130 000.
Наследственная непереносимость фруктозы
Генетический дефект альдолазы В. Проявляется, когда в рацион добавляют фрукты, соки, сахарозу. После приёма пищи, содержащей фруктозу возникает рвота, боли в животе, диарея, гипогликемия и даже кома и судороги. У детей развиваются хронические нарушения функций печени и почек.
фруктозо-1-ф
фосфоглюкомутаза
гликогенолиз
гипогликемия
Липолиз ТГ, катаболиз ЖК, синтез КТ
ацидоз
синтеза АТФ
фруктоза
АТФ
Мочевая кислота
подагра
гипофосфатемия
фосфаты

Метаболизм галактозы
Галактоза образуется в кишечнике в результате гидролиза лактозы. Превращение галактозы в глюкозу происходит в печени

Галактозо-1ф-уридилтрансфераза замещает галактозой остаток глюкозы в УДФ-глюкозе с образованием УДФ-галактозы.
Эпимераза — НАД-зависимый фермент, катализирует эпимеризацию ОН группы по С4 углеродному атому, обеспечивая взаимопревращения галактозы и глюкозы в составе УДФ

Обусловлена наследственным дефектом любого из трёх ферментов
Галактоземия
Ранние симптомы: рвота, диарея, дегидратация, уменьшение массы тела, желтуха.
В крови, моче и тканях много галактозы и галактозо-1-ф.
В хрусталике галактоза восстанавливается альдоредуктазой (НАДФ) с образованием дульцита, который связывает большое количество воды и приводит к катаракте.
Галактозо-1-ф ингибирует активность ферментов углеводного обмена (фосфоглюкомутазы, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы) → гипогликемия, энергодефицит.
Галактозо-1ф оказывает токсическое действие на гепатоциты: возникают гепатомегалия, жировая дистрофия.
Галактитол и галактозо-1-ф вызывают почечную недостаточность. Отмечают нарушения в клетках полушарий головного мозга и мозжечка, в тяжёлых случаях — отёк мозга, задержку умственного развития, возможен летальный исход.

Разветвленный (связь ветвления α 1-6 через 6-8 остатков) гомополисахарид состоящий из остатков глюкозы, соединенных α 1-4 гликозидной связью;
депонируется в основном в печени и скелетных мышцах, но также имеется в большинстве тканей и клеток, за исключением эритроцитов и нейронов;
хранится в цитозоле клеток в виде гранул;
Общая масса гликогена в организме человека может достигать 500 грамм (примерно 2000 ккал).
Гликоген

1
2
3
4
1 - остатки глюкозы,
соединенные α-1,4-
гликозидной связью
2 - остатки глюкозы,
соединенные α-1,6-
гликозидной связью
3 - нередуцирующие
концевые мономеры
4 - редуцирующий
концевой мономер
Гликоген

Гликоген является основным резервом глюкозы в постабсортивный период и при интенсивных физических нагрузках.
Биологическое значение

Синтез гликогена - гликогенез
ф
о
СН2О
Н
НО
ОН
Н
ОН
ОН
Н
Н
Глюкокиназа (в печени)
Гексокиназа (во всех тканях)
Глюкоза
Глюкоза-6ф
А
ф
ф
АТФ
АДФ

о
Ф
Н
НО
ОН
Н
ОН
О
Н
Н
СH2O
Фосфоглюкомутаза
Н

УДФ-глюкопирофосфатаза
УДФ - глюкоза
УТФ
Глюкозо-1ф

Олигосахарид(8)
Гликоген (n+1)
гликогенсинтаза
г
УДФ
УДФ
г
г
УДФ

Амило-1,4-1,6-глюкозилтансфераза
гликоген
α(1-4)
α(1-6)
гликогенсинтаза
г
УДФ
г
УДФ
г
УДФ
г
УДФ
г
УДФ
г
УДФ

Распад гликогена – гликогенолиз
гликоген
Н3PO4
ГЛЮКОЗО-1-Ф
Гликогенфосфорилаза
Олигосахаридтрансфераза
г
г
г
г
г
г
Ф

гликоген
г
г
г
г
α(1-6)
α-1,6-глюкозидаза
H2O

Гликоген
Глюкокиназа,
Гексокиназа
Фосфоглюкомутаза
УДФ-глюкопиро
фосфорилиза
Гликоген
синтаза
Глюкоза
Глюкозо-6ф
Глюкозо-1ф
УДФ-глюкоза
Дефект в печени
гликогенсинтазы
0 тип. Гликогеноз:
Гипогликемия в
постабсорбтивном
периоде, судороги
по утрам

Гликоген
Гликогенфосфорилаза
Глюкоза
Глюкозо-6ф
Глюкозо-1ф
Н3РО4
Фосфоглюкомутаза
Глюкозо-6ф фосфатаза
Дефект в печени
глюкозо-6ф фосфатазы
1 тип. Болезнь Гирке:
Гипогликемия,
Гиперацилглицеролемия,
ацидоз
Дефект в мышцах
фосфорилазы
5 тип. Болезнь Мак-Ардла:
Боли в мышцах, судороги при
физ.нагрузке,
Накопление в мышцах
гликогена норм. структуры

Гормональная регуляция
Глюкозо-6ф
Гликоген
Инсулин
Гликогенсинтаза
Гликогенфосфорилаза
Фосфопротеин
фосфотаза
–
+
Углеводы
пищи
Абсорбтивный период

Глюкозо-6ф
Гликоген
Глюкагон
Адреналин
Гликогенсинтаза
Гликогенфосфорилаза
Киназа
фосфорилазы
цАМФ
+
–
Постабсорбтивный период

Нарушения обмена гликогена
Гликогеновые болезни
Гликогенозы
Агликогенозы
дефект ферментов распада гликогена
дефект гликогенсинтазы
Печеночные
Мышечные
Нарушение использования гликогена для поддержания уровня глюкозы в крови
Нарушение энергоснабжения скелетных мышц

Каждый вид имеет свои особенные признаки, но есть и общие симптомы:
«кукольное лицо»;
гепатоспленомегалия (одновременное увелчение селезенки и печени);
цирроз;
желтуха;
кахексия (крайнее истощение организма);
судороги;
кома;
пониженный уровень глюкозы в крови, гиперлипидемия;
повышение в крови уровня жирных кислот, холестерина, мочевой кислоты
Симптомы

Жировая ткань
Глюкоза
(Абсорбтивный период)
Гликоген
Печень
Гликогеноз
Постабсорбтивный период:
глюкоза
кахексия
судороги
кома
Гепатоспленомегалия
желтуха
Цирроз
ТГ
СЖК
ХС
Кортизол

Глюкоза
(Абсорбтивный период)
Гликоген
Печень
Агликогеноз
Постабсорбтивный период:
глюкоза
судороги
кома
Жировая ткань
кахексия
ТГ
СЖК
ХС
Кортизол

ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ
процесс синтеза глюкозы из органических веществ неуглеводной природы
Локализация в организме – печень (80%), корковое вещество почек (20%)
Локализация в клетке – цитоплазма, матрикс митохондрий
Функция – поддержание уровня глюкозы в крови в период голодания и физических нагрузок
Производительность - до 80-100г / сут

Субстраты:
Лактат – продукт анаэробного гликолиза, образуется в эритроцитах и работающих мышцах
Глицерол – высвобождается при гидролизе триглицеридов в жировой ткани (голодание, стресс, физическая нагрузка)
Аминокислоты – образуются в результате распада белков мышц; включаются в ГНГ при голодании, мышечной работе

Ключевые ферменты ГНГ
ПВК-карбоксилаза (карбоксилирует ПВК. Активатор АцетилКоА, глюкагон. Индуктор: кортизол. Репрессор: инсулин) активность наиболее высока в печени и почках (глюконеогенные ткани), в жировой ткани и лактирующей молочной железе (липогенные ткани) и в островках поджелудочной железы. Активность умеренная в мозге, сердце
Фосфоенолпируваткарбоксикиназа (в цитоплазме, превращает ЩУК в ФЕП. Активатор: глюкагон. Индуктор: кортизол. Репрессор: инсулин)
Фруктозо-1,6-фосфатаза (дефосфорилирует фруктозо-1,6дф. Активатор: глюкагон. Индуктор: кортизол. Репрессор: инсулин. Ингибирует АМФ, фруктозо-2,6дф. Активатор: цитрат, жирные кислоты)
Гл-6-фосфатаза (дефосфорилирует глюкозо-6ф. Активатор глюкагон. Индуктор: кортизол. Репрессор: инсулин )
Участвующие ферменты:
1 фермент ЦТК (малат ДГ),
8 ферментов обратимых реакций гликолиза

https://ru.qaz.wiki/wiki/Pyruvate_carboxylase

В абсорбтивный и постабсорбтивный период в цитоплазме НАДН2 больше, чем в митохондриях. Малат аспартатный челнок переносит протоны и электроны с НАДН2 цитоплазмы на НАД+ матрикса митохондрий.
При голодании НАДН2 в цитоплазме меньше чем в митохондриях, и малат-аспартатный челнок начинает работать в обратную сторону. Он переносит малат в цитоплазму и он восстанавливая НАД+, превращается в ЩУК.
ЩУК превращается в ФЕП.

Гормональная регуляция глюконеогенеза
Осуществляется реципрокно с реакциями гликолиза:
Инсулин:
индуцирует синтез ключ. ферментов гликолиза
репрессирует синтез ключ. ферментов ГНГ
Глюкагон
активирует ключ. ферментов ГНГ
ингибирует ключ. ферментов гликолиза
кортизол
индуцирует синтез ключ. ферментов ГНГ
репрессирует синтез ключ. ферментов гликолиза

гликолиз
глюконеогенез
АМФ, фруктозо-2,6дф
АТФ, НАДН2, цитрат, жир. кислоты, аланин, Aцетил-КоА
ацетил-КоА
АМФ, фруктозо-2,6дф
аллостерический механизм регуляции на клеточном уровне
+
-
+
-