Обмен углеводов. Гликолиз. Пентозофосфатный путь

Катаболизм глюкозы - основной поставщик энергии для процессов жизнедеятельности организма
Гликолиз-последовательность ферментативных реакций, приводящих к превращению глюкозы в пируват (или лактат- в анаэробных условиях) с одновременным образованием АТФ
Гликогенолиз- процесс расщепления гликогена, приводящий к вовлечению глюкозных остатков этого запасного полисахарида в гликолиз

ГЛИКОЛИЗ- осуществляется в цитоплазме

Глюкокиназа
(в печени)
1. Фосфорилирование глюкозы- необратимая реакция
+ активирует АДФ, инсулин
- ингибирует глюкозо-6-фосфат, избыток АТФ
ГЛИКОЛИЗ- подготовительный этап

ГЛИКОЛИЗ- подготовительный этап
2. Изомеризация глюкозо-6-фосфата- обратимая реакция

ГЛИКОЛИЗ- подготовительный этап
3. Фосфорилирование фруктозо-6-фосфата- необратимая реакция
Самая медленная из всех реакций гликолиза!
+ активирует АДФ, АМФ, фруктозо-2,6-бифосфат, инсулин
- ингибирует избыток АТФ, НАДН+Н+, фруктозо-1,6-бифосфат, цитрат

ГЛИКОЛИЗ- подготовительный этап
4. Альдольная реакция расщепления фруктозо-1,6-бифосфата - обратимая реакция

ГЛИКОЛИЗ- подготовительный этап
5. Кето-альдольная изомеризация дигидроксиацетонфосфата - обратимая реакция
При подготовительном этапа гликолиза:
- происходит образование двух фосфотриоз;
- используется 2 молекулы АТФ (в случае глюкозы) или 1 молекула АТФ (в случае гликогена,)
-образуется глюкозо-6-фосфат- узловой метаболит;
- имеются 2 необратимые реакции (регуляторные): гексокиназная и фосфофруктокиназная

ГЛИКОЛИЗ- окислительный этап
6. Окисление глицеральдегид-3-фосфата- обратимая реакция
Значение реакции заключается в том, что свободная энергия окисления концентрируется в макроэргической связи продукта реакции-1,3-дифосфоглицерате.

ГЛИКОЛИЗ- окислительный этап
7. Перенос богатого энергией фосфорильного остатка с 1.3-дифосфоглицерата на АДФ: реакция субстратного фосфорилирования- обратимая реакция

ГЛИКОЛИЗ- окислительный этап
8. Реакция изомеризации 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат- обратимая реакция

ГЛИКОЛИЗ- окислительный этап
9. Енолазная реакция отщепления молекулы воды от 2-фосфоглицерата- обратимая реакция
Внутримолекулярные перестройки в 8 реакции изомеризации и отщепление молекулы воды в 9 енолазной реакции приводят к тому, что низкоэнергетический фосфоэфир переходит в соединение, содержащее высокоэнергетический фосфат- фосфоенолпируват (образование макроэргической связи).

ГЛИКОЛИЗ- окислительный этап
10. Перенос богатого энергией фосфорильного остатка с фосфоенолпирувата на АДФ: реакция субстратного фосфорилирования- необратимая реакция
+ активирует инсулин
- ингибирует избыток АТФ, НАДН+Н+

ПОЛНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ
При наличии достаточного количества кислорода пировиноградная кислота окисляется, проходя общий путь катаболизма, включающий превращение пирувата в ацетил-КоА и его дальнейшее окисление в цитратом цикле и на электронтранспортной цепи с образованием конечных продуктов: СО2 и Н2О. В аэробных условиях образовавшийся в 6 реакции гликолиза НАДН2 окисляется в ЦПЭ митохондрий , давая 3 молекулы АТФ.

АНАЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ
Гликолитическая оксидоредукция- циклический окислительно-восстановительный процесс, включающий окисление глицеральдегид-3-фосфата с образованием НАДН2 (6-я реакция) и последующим использованием этого НАДН2 в лактатдегидрогеназной реакции (11 реакция анаэробного гликолиза) при восстановлении пировиноградной кислоты в молочную кислоту.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ГЛИКОЛИЗА
освобождение энергии, способной трансформироваться в химическую энергию молекул АТФ, как в аэробных так и в анаэробных условиях;
Аэробный гликолиз:[2 АТФ+НАДН+Н+(→вЦПЭ=3АТФ)]×2-2АТФ
=8АТФ
окисление ПВК в общем пути катаболизма + 30 АТФ
Анаэробный гликолиз:[2 АТФ]×2-2АТФ=2АТФ
2) образование в процессе катаболизма глюкозы промежуточных метаболитов, которые используются клеткой как структурные предшественники для синтеза аминокислот, стероидов, азотистых оснований, липидов и др.

РЕГУЛЯЦИЯ ГЛИКОЛИЗА
отношение АТФ/АДФ, НАДН2/НАД
регуляторные ферменты: гексокиназа, фосфофруктокиназа, пируваткиназа
2) гормоны: инсулин- активирует, глюкагон- тормозит
3) кислород- важнейший регулятор гликолиза

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ГЛИКОЛИЗА И ОБМЕНА ГЛИКОГЕНА У ДЕТЕЙ
Фруктоза и галактоза в результате метаболических превращений могут образовывать промежуточные метаболиты гликолиза (фруктоза- ДАФ и ГАФ, галактоза- глюкозо-6 фосфат) и также подвергаться катаболизму в ходе этого процесса.
Галактоземия- возникает при нарушении обмена галактозы, вызвана дефектом любого из ферментов, включающих галактозу в метаболизм глюкозы. Симптомы дефекта галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы : рвота, диарея, уменьшение массы тела, желтуха, катаракта.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ГЛИКОЛИЗА И ОБМЕНА ГЛИКОГЕНА У ДЕТЕЙ
1)Более высокая интенсивность анаэробного гликолиза у эмбрионов и новорожденных
Содержание глюкозы в крови новорожденных составляет 3,33±0,66мМ/л. Содержание глюкозы в крови начинает соответствовать возрастной норме у доношенных новорожденных к 10-14 дню, а у недоношенных –к 1-2 месяцам (2,6-4,0 мМ/л). Склонность к гипогликемическим состояниям при недостаточном поступлении сахара с пищей наблюдается у детей раннего и дошкольного возраста. К 14-15 годам гликемия достигает показателей взрослого человека.
Процесс гликогенообразования у плода и взрослого идентичен, но существуют возрастные особенности в степени его активности. Синтез гликогена в печени и мышцах наиболее интенсивно происходит в последние 2-3 месяца внутриутробного периода.

Пентозофосфатный путь превращения глюкозы (гексозомонофосфатный шунт) - процесс прямого окислительного распада глюкозы до СО2 и одновременного синтеза пятичленных сахаров (рибозы). Альтернативный гликолизу процесс преобразования глюкозо –6- фосфата.
Субстрат процесса: Глюкоза-6-фосфат
Процесс имеет замкнутое развитие, т.е. является циклическим
Ферменты ПФП локализуются в цитозоле

В разных тканях количество глюкозы, которое вовлекается в ПФП, имеет большие различия:
-Эритроциты и жировая ткань: 50%
-Печень и поджелудочная железа: 35%
-Легкие: 15%
-Скелетная мышца: 10%
-Сердечная мышца: 5%

ДВА ЭТАПА ПЕНТОЗОФОСФАТНОГО ПУТИ

1. Дегидрирование глюкозо-6-фосфата
ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП ПФП
Дефицит активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы —распространенная наследственная аномалия эритроцитов, приводящая к гемолитической анемии.
ингибирует избыток НАДФН2
+активирует НАДФ+

ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП ПФП
2. Гидратация глюконолактон-6 фосфата

ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП ПФП
3. Окислительное декарбоксилирование
6-фосфоглюконата

НЕОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП ПФП

НЕОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП ПФП
Основное событие неокислительного этапа ПФП- перегруппировка верхушек сахаров: перенос двух- и трёхуглеродных фрагментов, используя в качестве донора углеродных фрагментов кетозу, а альдозу - в качестве акцептора

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПФП
1.Путь образования пентоз для синтеза нуклеотидов, нуклеиновых кислот и коферментов
2.Поставляет восстановленный НАДФН2, необходимый для:
биосинтетических процессов (синтез жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов)
компонент антиоксидантной/прооксидантной систем
обезвреживания эндотоксинов и ксенобиотиков (участвует в системе микросомального окисления)
3.Альтернативный путь окисления глюкозы

РАЗЛИЧИЯ ПФП И ГЛИКОЛИЗА
1.Гликолиз- линейный, а ПФП- циклический метаболический процесс
2.В ПФП сначала осуществляется окислительный этап, а потом неокислительный, в гиколизе-наоборот
3. В ПФП образуется НАДФН2, а в гликолизе НАДН2
4. Гликолиз носит четко выраженный энергетический характер, а ПФП- поставляет вещества для биосинтетических процессов

РЕГУЛЯЦИЯ ПФП
1.МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ:
активирует увеличение концентраций глюкозы и глюкозо-6-фосфата
регуляторный фермент- глюкозо-6фосфатДГ (активируется НАДФ+; ингибируется НАДФН2)
2.ГОРМОНАЛЬНАЯ:
инсулин активирует ПФП, являясь индуктором транскрипции генов ферментов ПФП
В переключении ПФП и гликолиза роль регулятора выполняет эритрозо-4-фосфат