Моносахариды

Олигосахариды
гомоолигосахариды
гетероолигосахариды
Мальтоза (глюкоза-глюкоза)
α -1,4-гликозидная связь
Лактоза (галактоза-глюкоза)
β-1,4-гликозидная связь
Сахароза (глюкоза-фруктоза)
α-1,2-гликозидная связь

Полисахариды
гомополисахариды
гетерополисахариды
Гликоген – остатки α-D-глюкозы,
соединенные α-1,4- и α-1,6-гликозидными связями
α -1,4-гликозидная связь
-1,6-гликозидная
связь
гиалуроновая кислота
хондроитинсульфат
кератансульфат
дерматансульфат
гепарансульфат
гепарин

Функции углеводов

Усвоение экзогенных углеводов
гликоген, крахмал
мальтоза изомальтоза
Амилаза и мальтаза слюны
Амилаза поджелудочной железы
глюкоза
Мальтаза
Изомальтаза

Усвоение экзогенных углеводов
сахароза
лактоза
глюкоза + фруктоза
сахараза
лактаза
глюкоза + галактоза
Механизмы всасывания моносахаридов
Активный транспорт
Простая диффузия
Облегченная диффузия
глюкоза
галактоза
фруктоза
рибоза
манноза
ксилоза

Пополнение и расход глюкозного пула
глюкоза
Углеводы
пищи
Распад
гликогена
Глюконеогенез
Взаимные
превращения
моносахаридов
Гликоген
Липиды
Аминокислоты,
гликопротеиды
Олиго- и поли-
сахариды
Окислительный
распад

Транспорт глюкозы в клетки
Механизм: облегченная диффузия
В большинство органов и тканей организма глюкоза поступает по инсулинзависимому механизму. Инсулиннезависимыми являются только два органа: печень и головной мозг.

Синтез гликогена
глюкоза
гл-6-ф
гл-1-ф
УДФ – глюкоза
АТФ
АДФ
УТФ
2Н3РО4
гликоген(n+1)
УДФ
гликоген печени 4,0% = 72 г (масса печени ~ 1,8 кг)
мышечный гликоген 0,7% = 245 г (масса мышц ~ 35 кг)
Энергетические затраты:
АТФ + УТФ(АТФ) = 2 АТФ
гексокиназа,
глюкокиназа
ФГМ
гликогенсинтетаза
УДФ-глюкозо-
пирофосфорилаза

Мобилизация гликогена
Для расщепления молекулы в районе разветвлений необходимы два дополнительных фермента: дебранчинг (деветвящий) - фермент
амило-1,6-гликозидаза.
Расщепление молекулы вдоль цепи

Метаболические пути синтеза и мобилизации гликогена
2 регуляторных фермента:
1- гликогенсинтетаза
2- гликогенфосфорилаза
1
2

Регуляция синтеза и распада гликогена
Осуществляется путем ковалентной модификации ферментов (модификатором является фосфорная кислота)
Гликоген
синтетаза «b»
Гликоген
фосфорилаза «b»
Гликоген
синтетаза «а»
Гликоген
фосфорилаза «а»

Схема активации расщепления гликогена в гепатоцитах
Глюкагон
H–R комплекс
Аденилат-
циклаза
Синтез цАМФ
из АТФ
цАМФ-зависимая
протеинкиназа
Фосфорилирование
киназы фосфорилазы
Фосфорилирование
гликогенсинтетазы
Фосфорилирование
гликогенфосфорилазы
Расщепление
гликогена
Поступление глюкозы
в кровь
Синтез гликогена
заблокирован

Схема активации синтеза гликогена
в печени
Фосфопротеин-
фосфатаза
Активация
гликогенсинтетаза
Синтез гликогена
Инактивация
фосфорилазы

дихотомический
распад
Метаболические пути окисления глюкозы

Аэробное окисление глюкозы
глюкоза
G = -2870 кДж/моль
3 этапа аэробного окисления глюкозы:
Расщепление глюкозы до пирувата
Окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-КоА
Окисление ацетил-КоА в цикле Кребса (ЦТК)
I
II
III

Расщепление глюкозы до пирувата: I стадия

Расщепление глюкозы до пирувата: II стадия

Термодинамический
контроль
Кинетический
контроль
Образование глюкозо-6-фосфата
Образование фруктозо-1,6-бифосфата
Образование пирувата
Гексокиназа
Фосфофруктокиназа
Пируваткиназа
3 необратимые реакции:
Изменение активности алло-стерических ферментов:
Регуляция I этапа окисления глюкозы
Контроль направления
потока метаболитов по
метаболическому пути
Контроль интенсивности
потока метаболитов по
метаболическому пути

Регуляция расщепления глюкозы до пирувата
АТФ
цитрат
АМФ
АТФ
НАДН+Н
Цитрат
Сукцинил-КоА
Жирные кислоты
Гл-6-ф
Фр-1,6-биф
ФГА
АТФ
Гл-6-ф
Механизм: аллостерическая модуляция

Окислительное декарбоксилирование
пирувата
пируватдегидрогеназный комплекс
3 фермента + 5 кофакторов
пируватдекарбоксилаза (ТДФ) - желтый
Липоилацетилтрансфераза (КоА, ЛК) - зеленый
Дигидролипоилдегидрогеназа (НАД+, ФАД) - красный

Регуляция активности пируват-дегидрогеназного комплекса
2 механизма: аллостерическая модуляция и ковалентная модификация
пируват
Фосфорилирование
НАДН+Н
АТФ
Ацетил-КоА
Дефосфорилирование

Этапы аэробного окисления глюкозы
глюкоза
2 ФГА
2 пируват
2АТФ
2АДФ
4АДФ
4АТФ
2НАД
2НАДН2
I.
II.
2 пируват
2 ацетилКоА
2НАД
2НАДН2
2СО2
III.
2 ацетилКоА
4 СО2
6НАД
6НАДН2
2ФАД
2ФАДН2
2ГДФ
2ГТФ
М
И
Т
О
Х
О
Н
Д
Р
И
Я
цито-
золь

Энергетический эффект аэробного
окисления глюкозы
Выход АТФ в процессе окислительного фосфорилирования:
25 АТФ + 3 АТФ + 6 АТФ – 2 АТФ = 32 АТФ
Итого:
Выход АТФ в процессе субстратного фосфорилирования:
4 АТФ + 2 ГТФ(2 АТФ) = 6 АТФ

Пластическая функция аэробного окисления глюкозы
Гл-6-ф → синтез пентоз и глюкуроновой кислоты
Фр-6-ф → синтез аминосахаров
ФГА и ФДА → образование 3-фосфоглицерола
3-ФГК → синтез заменимых аминокислот: сер, гли и цис
ФЭП → синтез сиаловых кислот, используемых при
синтезе гетероолигосахаридов
Пируват → синтез аланина
Ацетил-КоА → синтез жирных кислот и стероидов

Превращение галактозы в глюкозу
Галактозо-1-фосфатуридилтрансфераза

Начальный этап метаболизма фруктозы
Фруктоза
Фр-1-ф
Глицериновый
альдегид
Фосфодигидрокси-
ацетон
3-ФГА
З-ФГА
АТФ
АДФ
фруктокиназа
Фруктозо-1-
фосфатальдолаза
триозокиназа
АТФ
АДФ
триозофосфат-
изомераза

Анаэробный распад глюкозы и гликогена
глюкоза
гликоген
гл-1-ф
гл-6-ф
2 ФГА
2 пируват
2 лактат
2НАД
2НАДН2
Н3РО4
АТФ
АДФ
4АДФ
4АТФ
гликолиз
= 2 АТФ
АТФ
АДФ

Апотомический путь окисления глюкозы
Обеспечивает клетки пентозофосфатами (рибозо-5-фосфат) и восстановленными эквивалентами в форме НАДФН2, необходимыми для протекания биосинтетических процессов (например, для синтеза высших жирных кислот).
Уравнение окислительной стадии:

Глюкуроновый путь окисления глюкозы
Проходит через образование активной УДФ-глюкозы, которая окисляется затем до глюкуроновой кислоты:
Глюкуроновая кислота участвует в обезвреживании токсинов и используется для синтеза гетерополи- и олигосахаридов.
УДФ - глюкоза
УДФ – глюкуроновая
кислота

Глюконеогенез
- это процесс синтеза глюкозы из неуглеводных компонентов
(лактата, пирувата, глицерина, аланина и других веществ)
глюконеогенез будет протекать лишь при условии
достаточной энергетической обеспеченности клеток

Превращение лактата в пируват
Комплекс НАД-лактатдегидрогеназа

Необратимые реакции гликолиза и обходные
пути их преодоления в глюконеогенезе
Ферменты:
Пируваткарбоксилаза
Фосфоенолпируваткарбоксикиназа
Пируваткарбоксилаза

Необратимые реакции гликолиза и обходные
пути их преодоления в глюконеогенезе
Фермент: Фруктозо-1,6-бифосфатаза

Необратимые реакции гликолиза и обходные
пути их преодоления в глюконеогенезе
Фермент: Глюкозо-6-фосфатаза
Молекулярная модель глюкозы

Регуляция глюконеогенеза
Механизм: аллостерическая модуляция
АДФ
Ацетил-КоА
АМФ

Гликоконъюгаты
Гликолипиды
Гликопротеиды
Гликозамино-
протеогликаны
гликолипид
гликопротеин
протеогликан

Углеводные компоненты гликозаминопротеогликанов
Гиалуроновая кислота
Хондроитинсульфаты
Кератансульфат
Дерматансульфат

Синтез углеводных компонентов гликозаминопротеогликанов
Ферменты: Гликозилтрансферазы
Аппарат Гольджи

Синтез углеводных компонентов гликопротеидов
Углеводный компонент присоединяется к белку О-гликозидной связью:
Углеводный компонент присоединяется к белку N-гликозидной связью:
Сборка углеводного компонента идет на ППЦ, синтезированной на рибосомах, путем последовательного присоединения мономеров.
Ферменты: Гликозилтрансферазы
Углеводный компонент синтезируется на специальном переносчике – долихолфосфате, который встроен в мембрану ЭПС.

Расщепление углеводных компонентов гликоконъюгатов
Лизосомы
Ферменты
Гликозидазы
Сульфатазы
Эндогликозидазы
Экзогликозидазы
Период полуобновления:
Гиалуроновой кислоты – 2 – 4 дня
Хондроитинсульфатов – 7 – 16 дней

Общая схема углеводного обмена

Гормональная регуляция уровня глюкозы в крови
повышение
понижение
быстрый эффект
адреналин
действие на распад гликогена
глюкагон
действие на глюконеогенез
кортизол
медленный эффект
инсулин
увеличение поступления глюкозы в клетки тканей,
стимуляция синтеза гликогена и окисления глюкозы в клетках

Регуляция содержания глюкозы в крови

Нарушения обмена углеводов
Первичные нарушения
(Генетические)
Вторичные нарушения
непереносимость лактозы
галактоземия
непереносимость фруктозы гликогеноз
агликогеноз
лизосомные болезни накопления
развиваются на фоне того
или иного заболевания:
Эндокринные заболевания:
Сахарный диабет
Бронзовая болезнь
Болезнь Иценко-Кушинга
Болезнь Грэйвса (гипертиреоз)
Заболевания печени, кишечника, почек и др.