Углеводы и их метаболизм презентация

Содержание

Определение и организация углеводов Термин «углеводы», предложенный в XIX столетии, был основан на предположении, что все углеводы содержат 2 компонента — углерод и воду, и их элементарный состав можно выразить общей

Слайд 1 Углеводы и их метаболизм
1. Классификация и строение углеводов.
2. Основные моносахариды.
3.

Основные дисахариды.
4. Основные полисахариды.
5. Переваривание углеводов. Особенности у жвачных.
6. Перенос глюкозы в клетки.
7. Метаболизм глюкозы в клетке.
8. Фосфорилирование и дефосфорилирование глюкозы.
9. Метаболизм гликогена.
10. Регуляция уровня глюкозы.
11. Гликолиз

Слайд 2Определение и организация углеводов
Термин «углеводы», предложенный в XIX столетии, был основан

на предположении, что все углеводы содержат 2 компонента — углерод и воду, и их элементарный состав можно выразить общей формулой Cm(H2O)n. Хотя из этого правила есть исключения и оно не абсолютно точно, тем не менее указанное определение позволяет наиболее, просто характеризовать класс углеводов в целом.
Углеводы можно разделить на 3 основные группы в зависимости от количества составляющих их мономеров: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Слайд 3Функции углеводов
1. Энергетическая
2. Структурная
3. Защитная
4. Входят в состав НК и коферментов
5.

Образуют смешанные биополимеры
У животных – до 2, у растений – до 80% сухой массы

Слайд 4Классификация углеводов

Слайд 5Моносахариды
Моносахариды — производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу. В зависимости от

положения в молекуле карбонильной группы моносахариды подразделяют на альдозы и кетозы.
Альдозы содержат функциональную альдегидную группу —НС=О, тогда как кетозы содержат кетонную группу >С=О. Название моносахарида зависит от числа составляющих его углеродных атомов, например альдотриозы, кетотриозы, альдогексозы, кетогексозы и т.д.

Слайд 6Альдозы и кетозы

Слайд 7Триозы, тетрозы, пентозы, гексозы

Слайд 8Триозы: альдозы и кетозы

Слайд 9Изомеры

Слайд 10Гексозы и пентозы

Слайд 11Основные моносахариды

Слайд 12Химические свойства моносахаридов

Слайд 13Аминосахара

Слайд 14Фосфаты сахаров

Слайд 15глюкоза
Глюкоза является альдогексозой. Она может существовать в линейной и циклической формах.

Циклическая форма глюкозы, предпочтительная в термодинамическом отношении, обусловливает химические свойства глюкозы. Как и все гексозы, глюкоза имеет 4 асимметричных углеродных атома, обусловливающих наличие сте- реоизомеров. Возможно образование 16 стереоизомеров, наиболее важные из которых D- и L-глюкоза. Эти типы изомеров зеркально отображают друг друга.

Слайд 16Изомеры глюкозы

Слайд 17Семейство глюкозы

Слайд 18Образование гликозидов.
Гликозидная связь имеет важное биологическое значение, потому что именно с

помощью этой связи осуществляется ковалентное связывание моносахаридов в составе олиго- и полисахаридов. При образовании гликозидной связи ОН-группа одного моносахарида взаимодействует с ОН-группой другого моносахарида или спирта. При этом происходят отщепление молекулы воды и образование гликозидной связи.

Слайд 19Этерификация.
Это реакция образования эфирной связи между ОН-группами моносахаридов и различными кислотами.

В метаболизме углеводов важную роль играют фосфоэфиры — эфиры моносахаридов и фосфорной кислоты. В метаболизме глюкозы особое место занимает глюкозо-6-фосфат. Образование глюкозо-6-фосфата происходит в ходе АТФ-зависимой реакции при участии ферментов, относящихся к группе киназ. АТФ в данной реакции выступает как донор фосфатной группы.

Слайд 20Окисление и восстановление.
При окислении (концевых групп глюкозы -СНО и -СН2ОН образуются

3 различных производных. При окислении группы -СНО образуется глюконовая кислота. Если окислению подвергается концевая группа -СН2ОН, образуется глюкуроновая кислота. А если окисляются обе концевые группы, то образуется сахарная кислота, содержащая 2 карбоксильные группы. Восстановление первого углерода приводит к образованию сахароспирта — сорбитола.

Слайд 21фруктоза
Фруктоза является кетогексозой (кетогруппа находится у второго углеродного атома). Фруктоза так

же, как и глюкоза, существует в циклической форме, образуя α- и β-аномеры.

Слайд 22ОЛИГОСАХАРИДЫ
Олигосахариды содержат несколько (от двух до десяти) остатков моносахаридов, соединённых гликозидной

связью. Дисахариды — наиболее распространённые олигомерные углеводы, встречающиеся в свободной форме, т.е. не связанной с другими соединениями. По химической природе дисахариды представляют собой гликозиды, которые содержат 2 моносахарида, соединённые гликозидной связью в α- или β-конфигурации. В пище содержатся в основном такие дисахариды, как сахароза, лактоза и мальтоза.
Среди трисахаридов наиболее известна рафиноза, содержащая остатки фруктозы, глюкозы и галактозы. Содержится в сахарной свекле и многих других растениях.

Слайд 23Дисахариды

Слайд 24Мальтоза

Слайд 25мальтоза
Мальтоза поступает с продуктами, содержащими частично гидролизованный крахмал, например, солод, пиво.

Мальтоза также образуется при расщеплении крахмала в кишечнике. Мальтоза состоит из двух остатков D-глюкозы, соединённых α-1,4-гликозидной связью.

Слайд 26Сахароза

Слайд 27сахароза
Сахароза — дисахарид, состоящий из α-D-глюкозы и β-D-фруктозы, соединённых α, β

-1,2-гликозидной связью. В сахарозе обе аномерные ОН-группы остатков глюкозы и фруктозы участвуют в образовании гликозидной связи. Следовательно, сахароза не относится к восстанавливающим сахарам.
Сахароза — растворимый дисахарид со сладким вкусом. Источником сахарозы служат растения, особенно сахарная свёкла, сахарный тростник. Последнее объясняет возникновение тривиального названия сахарозы — «тростниковый сахар».

Слайд 28Лактоза

Слайд 29лактоза
Лактоза — молочный сахар; важнейший дисахарид молока млекопитающих. В коровьем молоке

содержится до 5% лактозы, в женском молоке — до 8%. В лактозе аномерная ОН-группа первого углеродного атома остатка D-галактозы связана β-гликозидной связью с четвёртым углеродным атомом D-глюкозы (β-1,4-связь). Поскольку аномерный атом углерода остатка глюкозы не участвует в образовании гликозидной связи, следовательно, лактоза относится к восстанавливающим сахарам.

Слайд 30Дисахариды пищи

Слайд 31Полисахариды
Структурные различия между полисахаридами определяются:
строением моносахаридов, составляющих цепь;
типом гликозидных связей, соединяющих мономеры

в цепи;
последовательностью остатков моносахаридов в цепи.
В зависимости от строения остатков моносахаридов полисахариды можно разделить на гомополисахариды (все мономеры идентичны) и гетерополисахариды (мономеры различны). Оба типа полисахаридов могут иметь как линейное расположение мономеров, так и разветвлённое.

Слайд 32Гомо- и гетерополисахариды

Слайд 33Строение полисахаридов

Слайд 34резервные полисахариды
В зависимости от выполняемых ими функций полисахариды можно разделить на

2 основные группы:
резервные полисахариды, выполняющие энергетическую функцию. Эти полисахариды служат источником глюкозы, используемым организмом по мере необходимости. Резервная функция этих углеводов обеспечивается их полимерной природой. Полисахариды менее растворимы, чем моносахариды, следовательно они не влияют на осмотическое давление и поэтому могут накапливаться в клетке, например, крахмал — в клетках растений, гликоген — в клетках животных;
Структурные – выполняющие опорную функцию. Целлюлоза растений.

Слайд 35крахмал
Крахмал — разветвлённый полисахарид (м.м. 105-107), состоящий из остатков глюкозы (гомогликан).

Он находится в клетках растений в виде гранул, практически нерастворим в воде. В муке – 80%, в картофеле – 25%.
Крахмал состоит из амилозы (10-30%) и амилопектина (70-90%). Амилоза — неразветвлённый полисахарид, включающий 200—300 остатков глюкозы, связанных α-1,4-гликозидной связью. Благодаря α-конфигурации глюкозного остатка, полисахаридная цепь имеет конформацию спирали. Амилопектин – разветвленный через каждые 20-30 единиц.
Декстрины – образуются при частичном расщеплении полисахаридов – крахмала и гликогена.

Слайд 36Строение крахмала

Слайд 37Амилоза и амилопектин

Слайд 38Амилопектин

Слайд 39гликоген
Гликоген — полисахарид животных и человека. Так же, как крахмал в

растениях, гликоген в клетках животных выполняет резервную функцию, но, так как в пище содержится лишь небольшое количество гликогена, он не имеет пищевого значения. Много в печени и мышцах. М.м. – 105 – 108 Д.
Гликоген представляет собой структурный аналог крахмала, но имеет большую степень ветвления: примерно на каждые 10 остатков глюкозы приходится одна α-1,6-гликозидная связь.

Слайд 40Гликоген

Слайд 41структурные полисахариды
структурные полисахариды, обеспечивающие клеткам и органам механическую прочность;
полисахариды, входящие в

состав межклеточного матрикса, принимают участие в образовании тканей, а также в пролиферации и дифференцировке клеток. Полисахариды межклеточного матрикса водорастворимы и сильно гидратированы.

Слайд 42Целлюлоза

Слайд 43целлюлоза
Целлюлоза (клетчатка) — основной структурный полисахарид растений. Это самое распространённое органическое

соединение на земле. Доля целлюлозы в клеточных стенках растений составляет 40—50%. Целлюлоза имеет молекулярную массу порядка 106 Д, длина молекулы может доходить до 6-8 мкм.
Целлюлоза — линейный полисахарид гомогликан, построенный из остатков глюкозы, соединённых между собой β-1,4-гликозидными связями. Пищеварительная система человека не имеет ферментов, гидролизующих β-связи в полисахаридах. Поэтому целлюлоза — неиспользуемый углевод, но этот пищевой компонент необходим для нормального протекания переваривания.

Слайд 44Образование гликопротеинов

Слайд 45Протеогликаны
Протеогликаны (мукополисахариды, гликозаминогликаны) – высокомолекулярные углеводно-белковые соединения. Образуют основную массу межклеточного

матрикса соединительной ткани. Составляют до 30% сухой массы.
Линейные полимеры, построенные из повторяющихся дисахаридных единиц. Всегда связаны с белками.
Состоят из остатков глюкозамина (либо галактозамина) и остатков D-глюкуроновай (либо L-идуроновой) кислот. Например, гиалуроновая кислота (образование геля), хондроитинсульфат, дерматансульфат, кератинсульфат, гепарин и др.

Слайд 46Протеогликан

Слайд 47Строение экстрацеллюлярного матрикса

Слайд 48Переваривание углеводов

Слайд 49Переваривание углеводов в ротовой полости

В ротовой полости пища измельчается при пережёвывании,

смачиваясь при этом слюной. Слюна на 99% состоит из воды и обычно имеет рН 6,8. В слюне присутствует гидролитический фермент α-амилаза (α-1,4-гликозидаза), расщепляющая в крахмале α-1,4-гликозидные связи. В ротовой полости не может происходить полное расщепление крахмала, так как действие фермента на крахмал кратковременно.

Слайд 50Переваривание углеводов в кишечнике
Последующие этапы переваривания нерасщеплённого или частично расщеплённого крахмала,

а также других углеводов пищи происходит в тонком кишечнике в разных его отделах под действием гидролитических ферментов — гликозидаз.

Слайд 51Панкреатическая α-амилаза
В двенадцатиперстной кишке рН среды желудочного содержимого нейтрализуется, так как

секрет поджелудочной железы имеет рН 7,5—8,0 и содержит бикарбонаты (НСО3~). С секретом поджелудочной железы в кишечник поступает панкреатическая α-амилаза. Этот фермент гидролизует α-1,4-гликозидные связи в крахмале и декстринах.
Продукты переваривания крахмала на этом этапе — дисахарид мальтоза, содержащая 2 остатка глюкозы, связанные α-1,4-связью.

Слайд 52Гидролиз крахмала панкреатической α-амилазой

Слайд 53Сахаразо-изомальтазный комплекс

Этот ферментативный комплекс состоит из двух полипептидных цепей и имеет

доменное строение. Сахаразо-изомальтазный комплекс прикрепляется к мембране микроворсинок кишечника с помощью гидрофобного (трансмембранного) домена, образованного N-концевой частью полипептида. Каталитический центр выступает в просвет кишечника. Связь этого пищеварительного фермента с мембраной способствует эффективному поглощению продуктов гидролиза клеткой.
Сахаразо-изомальтазный комплекс гидролизует сахарозу и изомальтозу, расщепляя α-1,2- и α-1,6-гликозидные связи.

Слайд 55β-Гликозидазный комплекс (лактаза)
Лактаза расщепляет β-1,4-гликозидные связи между галактозой и глюкозой в

лактозе.
Этот ферментативный комплекс по химической природе является гликопротеином. Лактоза, как и другие гликозидазные комплексы, связана с щёточной каемкой и распределена неравномерно по всему тонкому кишечнику. Активность лактазы колеблется в зависимости от возраста.

Слайд 56Переваривание углеводов
А) крахмал

декстрины мальтоза
гликоген



Б) мальтоза глюкоза кровь




В) сахароза глюкоза кровь
фруктоза


Г) лактоза глюкоза кровь
галактоза

+НОН

+НОН

амилаза
(слюни, панкреатическая,
кишечная)

амилаза

мальтаза
(слюни, панкреатическая,
кишечная)

+НОН

+НОН

сахараза
(кишечная)

лактаза
(кишечная)

+НОН

Слайд 57 Переваривание углеводов у жвачных


Сложные

+НОН
углеводы: бактериальные Глюкоза бактериальные
ферменты ферменты
брожения
энергия
для + летучие карбоновые кислоты
бактерий кровь





Слайд 58За сутки образуется 3 – 5 кг летучих карбоновых кислот, среди

которых:
Уксусная – 70 - 75%
Пропионовая – 15 - 20%
Масляная – 5 -10%
Молочная – 3 - 5%
Прочие – 0,1- 1%

Слайд 59Всасывание моносахаридов в кишечнике
Транспорт моносахаридов в клетки слизистой оболочки кишечника может

осуществляться разными способами: путём облегчённой диффузии и активного транспорта. В случае активного транспорта глюкоза и Na+ проходят через мембраны с люминальной стороны, связываясь с разными участками белка-переносчика. При этом Na+ поступает в клетку по градиенту концентрации, и одновременно глюкоза транспортируется против градиента концентрации.

Слайд 62Содержание моносахаридов в крови, мг%

Слайд 63Гипергликемия – повышенный уровень глюкозы в крови

а) Алиментарная
б) Патологическая
Гипогликемия – пониженный уровень глюкозы в крови

Глюкозурия – наличие глюкозы в моче

Слайд 64Гормоны, регуляторы уровня глюкозы
а) гипогликемического действия: инсулин
б) гипергликемического действия:
Основные: адреналин

– во всех тканях, глюкагон – только в печени.
А также: тироксин и
гликокортикоиды.



через фосфорилазу

Слайд 65Регуляция уровня сахара в крови
Центр углеводного обмена гипоталамуса


гипофиз
АКТГ,ТТГ

железы внутренней секреции

ГОРМОНЫ адреналин

инсулин глюкагон

тироксин

гликокортикоид

Слайд 66

ИНСУЛИН
Гликогенез синтез гликогена из глюкозы


ГЛИКОКОРТИКОИДЫ

Гликонеогенез синтез гликогена через
глюкозу из других веществ
(молочная и пропионовая
кислоты, безазотистые остатки
аминокислот)

Слайд 67Адреналин
Адреналин стимулирует выведение глюкозы из печени в кровь, для того чтобы

снабдить ткани (в основном мозг и мышцы) «топливом» в экстремальной ситуации. Эффект адреналина в печени обусловлен фосфорилированием (и активацией) гликогенфосфорилазы. Адреналин имеет сходный с глюкагоном механизм действия. Но возможно включение и другой эффекторной системы передачи сигнала в клетку печени

Слайд 68Глюкагон
Глюкагон для гепатоцитов служит внешним сигналом о необходимости выделения в кровь

глюкозы за счёт распада гликогена (гликогенолиза) или синтеза глюкозы из других веществ — глюконеогенеза. Гормон связывается с рецептором на плазматической мембране и активирует при посредничестве G-белка аденилатциклазу, которая катализирует образование цАМФ из АТФ. Далее следует каскад реакций, приводящий в печени к активации гликоген-фосфорилазы и ингибированию гликогенсинтазы.

Слайд 71Транспорт глюкозы из крови в клетки

Потребление глюкозы клетками из кровотока происходит

также путём облегчённой диффузии. Следовательно, скорость трансмембранного потока глюкозы зависит только от градиента её концентрации. Исключение составляют клетки мышц и жировой ткани, где облегчённая диффузия регулируется инсулином (гормон поджелудочной железы). В отсутствие инсулина плазматическая мембрана этих клеток непроницаема для глюкозы, так как она не содержит белки-переносчики (транспортёры) глюкозы.

Слайд 72Переносчики глюкозы
Все типы ГЛЮТ могут находиться как в плазматической мембране, так

и в цитозольных везикулах. ГЛЮТ-4 (и в меньшей мере ГЛЮТ-1) почти полностью находятся в цитоплазме клеток. Влияние инсулина на такие клетки приводит к перемещению везикул, содержащих ГЛЮТ, к плазматической мембране, слиянию с ней и встраиванию транспортёров в мембрану. После чего возможен облегчённый транспорт глюкозы в эти клетки. После снижения концентрации инсулина в крови транспортёры глюкозы снова перемещаются в цитоплазму, и поступление глюкозы в клетку прекращается

Слайд 76МЕТАБОЛИЗМ ГЛЮКОЗЫ В КЛЕТКЕ

После всасывания в кишечнике моносахариды поступают в воротную

вену и далее преимущественно в печень. Поскольку в составе основных углеводов пищи преобладает глюкоза, её можно считать основным продуктом переваривания углеводов. Другие моносахариды, поступающие из кишечника в процессе метаболизма, могут превращаться в глюкозу или продукты её метаболизма.

Слайд 77ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ ГЛЮКОЗЫ

В дальнейших превращениях в клетках глюкоза и другие моносахариды участвуют

только в виде фосфорных эфиров. Фосфорилирование свободных моносахаридов — обязательная реакция на пути их использования, она приводит к образованию более реакционно-способных соединений и поэтому может рассматриваться как реакция активации.

Слайд 78глюкозо-6-фосфат
Образование глюкозо-6-фосфата в клетке — своеобразная «ловушка» для глюкозы, так как

мембрана клетки непроницаема для фосфорилированной глюкозы (нет соответствующих транспортных белков). Кроме того, фосфорилирование уменьшает концентрацию свободной глюкозы в цитоплазме. В результате создаются благоприятные условия для облегчённой диффузии глюкозы в клетки из крови.

Слайд 79Роль глюкозо-6-фосфата

Слайд 80Глюкокиназа
Глюкокиназа. Фосфорилирование глюкозы в гепатоцитах в период пищеварения обеспечивается свойствами глюкокиназы,

которая имеет не высокое сродство к глюкозе. В этот период концентрация глюкозы в воротной вене больше, чем в других отделах кровяного русла и может превышать 10 ммоль/л, а следовательно, активность глюкокиназы в гепатоцитах повышается.

Слайд 81Гексокиназа
Гексокиназа отличается от глюкокиназы высоким сродством к глюкозе (Кm

Следовательно, этот фермент, в отличие от глюкокиназы, активен при низкой концентрации глюкозы в крови, что характерно для постабсорбтивного состояния. Печень в этот период поглощает гораздо меньше глюкозы, так как скорость её внутриклеточного фосфорилирования глюкокиназой резко снижается. Тогда как потребление глюкозы мозгом, эритроцитами и другими тканями обеспечивается активной в этих условиях гексокиназой.

Слайд 82Дефосфорилирование глюкозо-6-фосфата

Превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу возможно в печени, почках и клетках

эпителия кишечника. В клетках этих органов имеется фермент глюкозо-6-фосфатаза, катализирующая отщепление фосфатной группы гидролитическим путём: Глюкозо-6-фосфат +Н2О -» Глюкоза + Н3РО4
Образовавшаяся свободная глюкоза способна диффундировать из этих органов в кровь. В других органах и тканях глюкозо-6-фосфатазы нет, и поэтому дефосфорилирование глюкозо-6-фосфата невозможно.

Слайд 83Строение и функции гликогена.Метаболизм.

Гликоген — разветвлённый гомополимер глюкозы, в котором остатки

глюкозы соединены в линейных участках α-1,4-гликозидной связью. В точках ветвления мономеры соединены α-1,6-гликозидными связями. Эти связи образуются примерно с каждым десятым остатком глюкозы. Следовательно, точки ветвления в гликогене встречаются примерно через каждые десять остатков глюкозы. Так возникает древообразная структура с молекулярной массой >107Д, что соответствует приблизительно 50 000 остатков глюкозы

Слайд 85Функции гликогена в печени и мышцах

Слайд 86СИНТЕЗ ГЛИКОГЕНА (ГЛИКОГЕНОГЕНЕЗ)
Гликоген синтезируется в период пищеварения (через 1—2 ч после

приёма углеводной пищи). Следует отметить, что синтез гликогена из глюкозы, как и любой анаболический процесс, является эндергоническим, т.е. требующим затрат энергии.

Слайд 88

пусковая фаза аэробного
окисления глюкозы

ГЛИКОЛИЗ источник энергии в
ГЛИКОГЕНОЛИЗ экстремальных условиях


источник метаболитов для
синтеза аминокислот,
глицерина

Слайд 89Распад гликогена (гликогенолиз)
Распад гликогена или его мобилизация происходят в ответ на повышение

потребности организма в глюкозе. Гликоген печени распадается в основном в интервалах между приёмами пищи, кроме того, этот процесс в печени и мышцах ускоряется во время физической работы.
Распад гликогена происходит путём последовательного отщепления остатков глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата. Гликозидная связь расщепляется с использованием неорганического фосфата, поэтому процесс называется фосфоролизом, а фермент гликоген-фосфорилазой.

Слайд 90ГЛИКОГЕН
фосфорилаза А
ГЛЮКОЗО – 1 – ФОСФАТ

фосфоглюкомутаза
ГЛЮКОЗО – 6 – ФОСФАТ

глюкозо – 6 – фосфатаза
ГЛЮКОЗА
мембрана
(кровь)

Слайд 93РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА ГЛИКОГЕНА В ПЕЧЕНИ
Как уже отмечалось, первичный сигнал для синтеза

инсулина и глюкагона — изменение концентрации глюкозы в крови. Инсулин и глюкагон постоянно присутствуют в крови, но при смене абсорбтивного периода на постаб-сорбтивный изменяется их относительная концентрация, что является главным фактором, переключающим метаболизм гликогена в печени. Отношение концентрации инсулина в крови к концентрации глюкагона называют «инсулин-глюкагоновый индекс».

Слайд 94Метаболическая роль углеводов
1. Источник энергии ≈ 16 кДж/г.
2. Пластический материал.
3. «В

пламени» углеводов окисляются жиры и белки.
4. Исходные продукты для построения аминокислот.
5. Исходные продукты для образования витамина С.
6. Участвуют в детоксикации ядов экзо-и эндогенного происхождения.

Слайд 95Основные пути использования углеводов
1. Окисление.
а)

анаэробное - гликолиз и гликогенолиз;
б) аэробное - через ЦТК, пентозный путь,
глюкуронидный путь
2. Синтез гликогена.

3. Синтез других веществ

Слайд 96Анаэробное окисление
а) Гликолиз
Глюкоза ---> энергия (2

АТФ) + молочная кислота
б) Гликогенолиз
Гликоген ---> Глюкоза ---> энергия (З АТФ) +
молочная кислота

Аэробное окисление:
Глюкоза -------- энергия + пировиноградная кислота

Слайд 97Пространственное разобщение трех стадий расщепления глюкозы в эукариотической клетке. Гликолиз осуществляется

в цитозоле, тогда как реакции цикла лимонной кислоты и окислительного фосфорилиривания -только в митохондриях.

Слайд 98Строение пируват-дегидрогеназы-пример крупного мультиферментного комплекса, в котором промежуточные продукты реакции переходят

непосредственно от одного фермента к другому. Этот ферментный комплекс катализирует превращение пирувата в ацетил-СоА.

Слайд 99Катаболизм глюкозы
Окисление глюкозы до СО2 и Н2О (аэробный распад). Аэробный распад

глюкозы можно выразить суммарным уравнением:
С6Н12О6 + 6О2 → 6 СО2 + 6Н2О + 2820 кДж/моль.
Этот процесс включает несколько стадий.
1. Процесс окисления глюкозы с образованием двух молекул пирувата;
2.Общий путь катаболизма, включающий превращение пирувата в ацетил-КоА, его дальнейшее окисление (дегидрирование) в цитратном цикле;
3.Перенос протонов и электронов по дыхательной цепи митохондрий на кислород, образование воды и сопряженный синтез АТФ.

Слайд 100Этапы аэробного гликолиза
В аэробном гликолизе можно выделить 2 этапа.
1.Подготовительный этап, в

ходе которого глюкоза фосфорилируется и расщепляется на две молекулы фосфотриоз. Эта серия реакций протекает с использованием 2 молекул АТФ.
2.Этап, сопряжённый с синтезом АТФ. В результате этой серии реакций фосфотриозы превращаются в пируват. Энергия, высвобождающаяся на этом этапе, используется для синтеза 10 моль АТФ.

Слайд 101Превращение глюкозо-6-фосфата в триозофосфаты

Слайд 104Анаэробный гликолиз
Анаэробным гликолизом называют процесс расщепления глюкозы с образованием в качестве

конечного продукта лактата. Этот процесс протекает без использования кислорода и поэтому не зависит от работы митохондриальной дыхательной цепи. АТФ образуется за счёт реакций субстратного фосфорилирования. Суммарное уравнение процесса:
С6Н12О6 + 2 Н3Р04 + 2 АДФ = 2 С3Н6О3 + 2 АТФ + 2 Н2О.

Слайд 105Промежуточные продукты гликолиза. Каждая из пронумерованных реакций катализируется особым ферментом. На

этапе 4 шестиуглеродной сахар расщепляется, давая два трехуглеродных сахара, так что после этой реакции число молекул на каждом этапе удваивается. Реакции 5 и б ответственны за суммарный синтез АТР и NADH.

Слайд 110Лактат, образовавшийся в интенсивно работающих мышцах или в клетках с преобладающим

анаэробным способом катаболизма глюкозы, поступает в кровь, а затем в печень. В печени отношение NADH/NAD+ ниже, чем в сокращающейся мышце, поэтому лактат-дегидрогеназная реакция протекает в обратном направлении, т.е. в сторону образования пирувата из лактата. Далее пируват включается в глюконеогенез, а образовавшаяся глюкоза поступает в кровь и поглощается скелетными мышцами.

Слайд 111Цикл Кори выполняет 2 важнейшие функции:
1 — обеспечивает утилизацию лактата;
2

— предотвращает накопление лактата и, как следствие этого, опасное снижение рН (лактоацидоз). Часть пирувата, образованного из лактата, окисляется печенью до СО2 и Н2О. Энергия окисления может использоваться для синтеза АТФ, необходимого для реакций глюконеогенеза.

Слайд 112Упрощенная схема трех стадий катаболизма, ведущих от молекул пищевых веществ к

продуктам распада. В этой серии реакций образуется АТР, использующийся затем в биосинтетических реакциях и других энергозависимых процессах.

Слайд 113Центральным процессом катаболизма является цикл лимонной кислоты

Главная функция цикла лимонной кислоты

- окисление ацетогруппы, включающейся в этот цикл в форме молекул ацетил-СоА. Процесс этот носит циклический характер, поскольку ацетогруппа окисляется не сразу, а лишь после того, как она ковалентно присоединится к более крупной молекуле - оксалоацетату, которая регенерируется после каждого оборота цикла.

Слайд 114ЦТК – последовательные превращения ди- и трикарбоновых кислот, в ходе которых

вовлекаемая в этот цикл уксусная кислота окисляется до СО2 и Н2О с выделением 12 АТФ/М окисленной кислоты.

ЦТК – универсальный заключительный этап окисления углеводов, жирных кислот, глицерина, аминокислот.

Слайд 115Цикл лимонной кислоты.
В митохондриях и клетках аэробных бактерий ацетогруппы, образованные

из пирувата, подвергаются дальнейшему окислению. Атом углерода ацетильной группы превращается в СО2, водородные же атомы переносятся к молекулам-переносчикам NAD+ и FAD. Дополнительные атомы кислорода и водорода включаются в цикл в виде молекул воды на стадиях, отмеченных звездочками (*).

Слайд 116Цикл лимонной кислоты (трикарбоновых кислот, Кребса)

Слайд 117Общая схема цитратного цикла

Слайд 118Энергетическая эффективность окисления
1М глюкозы

38 АТФ
в том числе:
А) гликолиз -- 2 МК + 2 АТФ
Б) 2 МК 2 ПВК + 6 АТФ
В)2 ПВК 2СН3СО.SКоА + 6 АТФ
Г) 2СН3СО.SКоА Н2О + СО2 + 24 АТФ
38 АТФ

ЦТК

О2

О2

Слайд 119ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ ПРЕВРАЩЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ
Пентозофосфатный путь, называемый также гексомонофосфатным шунтом, служит альтернативным

путём окисления глюкозо-6-фосфата. Пентозофосфатный путь состоит из 2 фаз (частей) — окислительной и неокислительной.
В окислительной фазе глюкозо-6-фосфат необратимо окисляется в пентозу — рибулозо-5-фосфат, и образуется восстановленный NADPH.
В неокислительной фазе рибулозо-5-фосфат обратимо превращается в рибозо-5-фосфат и метаболиты гликолиза.

Слайд 120Пентозофосфатный путь обеспечивает клетки рибозой для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов

и гидрированным коферментом NADPH, который используется в восстановительных процессах.
Суммарное уравнение пентозофосфатного пути выражается следующим образом:
3 Глюкозо-6-фосфат + 6 NADP+ → 3 СО2 +6 (NADPH + Н+) + 2 Фруктозо-6-фосфат + Глицеральдегид-3-фосфат.
Ферменты пентозофосфатного пути, так же, как и ферменты гликолиза, локализованы в цитозоле.

Слайд 121Окислительный этап
В окислительной части пентозофосфатного пути глюкозо-6-фосфат подвергается окислительному декарбоксилированию, в

результате которого образуются пентозы. Этот этап включает 2 реакции дегидрирования.

Слайд 122Окислительный этап пентозофосфатного пути

Слайд 123Суммарное уравнение окислительного этапа пентозофосфатного пути можно представить в виде:


Реакции

окислительного этапа служат основным источником NADPH в клетках. Гидрированные коферменты снабжают водородом биосинтетические процессы, окислительно-восстановительные реакции, включающие защиту клеток от активных форм кислорода. NADPH как донор водорода участвует в анаболических процессах, например в синтезе холестерина. Это источник восстановительных эквивалентов для цитохрома Р450, катализирующего образование гидроксильных групп при синтезе стероидных гормонов, жёлчных кислот, при катаболизме лекарственных веществ и других чужеродных соединений


Слайд 124Неокислительный этап
Неокислительный этап пентозофосфатного пути включает серию обратимых реакций, в

результате которых рибулозо-5-фосфат превращается в рибозо-5-фосфат и ксилулозо-5-фосфат, и далее за счёт переноса углеродных фрагментов в метаболиты гликолиза — фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат. В этих превращениях принимают участие ферменты: эпимераза, изомераза, транскетолаза и трансальдолаза.

Слайд 125Суммарный результат метаболизма 3 молекул рибулозо-5-фосфата в неокислительной фазе пентозофосфатного пути

— образование 2 молекул фруктозо-6-фосфата и 1 молекулы глицеральдегид-3-фосфата. Далее фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат могут превратиться в глюкозу. С учётом стехиометрического коэффициента, равного 2, для образования 5 молекул глюкозы (содержащих 30 атомов углерода) потребуются 4 молекулы фруктозо-6-фосфата и 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата (в сумме содержащие также 30 атомов углерода) или, соответственно, 6 молекул рибулозо-5-фосфата. Таким образом, неокислительный путь можно представить как процесс возвращения пентоз в фонд гексоз.

Слайд 126Пентозофосфатный цикл
Окислительный этап образования пентоз и неокислительный этап (путь возвращения пентоз

в гексозы) составляют вместе циклический процесс.
Такой процесс можно описать общим уравнением:
6 Глюкозо-6-фосфат + 12 NADP+ + 2 Н2О → 6 Рибулозо-5-фосфат + 12 NADPH +12 Н+ + 6СО2.
Это означает, что из 6 молекул глюкозы образуются 6 молекул рибулозо-5-фосфат (пентозы) и 6 молекул СО2.

Слайд 127Превращения рибулозо-5-фосфата.

Слайд 128Реакции глюконеогенеза
Большинство реакций глюконеогенеза протекает за счёт обратимых реакций гликолиза и

катализируется теми же ферментами. Однако 3 реакции гликолиза термодинамически необратимы. На этих стадиях реакции глюконеогенеза протекают другими путями.
Необходимо отметить, что гликолиз протекает в цитозоле, а часть реакций глюконеогенеза происходит в митохондриях.

Слайд 129Образование фосфоенолпирувата из пирувата — первая из необратимых стадий глюконеогенеза
Образование фосфоенолпирувата

из пирувата происходит в ходе двух реакций, первая из которых протекает в митохондриях. Пируват, образующийся из лактата или из некоторых аминокислот, транспортируется в матрикс митохондрий и там карбоксилируется с образованием оксалоацетата. Пируваткарбоксилаза, катализирующая данную реакцию, — митохондриальный фермент, коферментом которого является биотин. Реакция протекает с использованием АТФ.

Слайд 130Включение субстратов в глюконеогенез

Слайд 132Образование оксалоацетата из пирувата

Слайд 133Превращение оксалоацетата в малат

Слайд 134Превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват

Слайд 136Гидролиз фруктоза-1,6-бисфосфата и глюкоза-6-фосфата
Отщепление фосфатной группы из фруктозо-1,6-бисфосфата и глюкозо-6-фосфата —

также необратимые реакции глюконеогенеза. В ходе гликолиза эти реакции катализируют специфические киназы с использованием энергии АТФ. В глюконеогенезе они протекают без участия АТФ и АДФ и ускоряются не киназами, а фосфатазами — ферментами, принадлежащими к классу гидролаз. Ферменты фруктозо-1,6-бисфосфатаза и глюкозо-6-фосфатаза катализируют отщепление фосфатной группы от фруктозо-1,6-бисфосфата и глюкозо-6-фосфата. После чего свободная глюкоза выходит из клетки в кровь.

Слайд 137Энергетический баланс глюконеогенеза из пирувата
Суммарный результат глюконеогенеза из пирувата выражается

следующим уравнением:
2 Пируват + 4 АТФ + 2 ГТФ + 2 (NADH+Н+) + 4 Н2О → Глюкоза + 4 АДФ + 2 ГДФ +6 Н3РО4 + 2 NAD+.

Слайд 138Синтез глюкозы из лактата
Лактат, образованный в анаэробном гликолизе, не является конечным

продуктом метаболизма. Использование лактата связано с его превращением в печени в пируват. Лактат как источник пирувата важен не столько при голодании, сколько при нормальной жизнедеятельности организма. Его превращение в пируват и дальнейшее использование последнего являются способом утилизации лактата.

Слайд 139Лактат, образовавшийся в интенсивно работающих мышцах или в клетках с преобладающим

анаэробным способом катаболизма глюкозы, поступает в кровь, а затем в печень. В печени отношение NADH/NAD+ ниже, чем в сокращающейся мышце, поэтому лактат-дегидрогеназная реакция протекает в обратном направлении, т.е. в сторону образования пирувата из лактата. Далее пируват включается в глюконеогенез, а образовавшаяся глюкоза поступает в кровь и поглощается скелетными мышцами.

Слайд 140Цикл Кори выполняет 2 важнейшие функции:
1 — обеспечивает утилизацию лактата;
2

— предотвращает накопление лактата и, как следствие этого, опасное снижение рН (лактоацидоз). Часть пирувата, образованного из лактата, окисляется печенью до СО2 и Н2О. Энергия окисления может использоваться для синтеза АТФ, необходимого для реакций глюконеогенеза.

Слайд 141Синтез глюкозы из аминокислот
В условиях голодания часть белков мышечной ткани распадается

до аминокислот, которые далее включаются в процесс катаболизма. Аминокислоты, которые при катаболизме превращаются в пируват или метаболиты цитратного цикла, могут рассматриваться как потенциальные предшественники глюкозы и гликогена и носят название гликогенных. Например, оксалоацетат, образующийся из аспарагиновой кислоты, является промежуточным продуктом как цитратного цикла, так и глюконеогенеза.

Слайд 142Из всех аминокислот, поступающих в печень, примерно 30% приходится на долю

аланина. Это обуславливает следующая последовательность событий (глюкозо-аланиновый цикл): глюкоза в мышцах → пируват в мышцах → аланин в мышцах → аланин в печени → глюкоза в печени → глюкоза в мышцах. Весь цикл не приводит к увеличению количества глюкозы в мышцах, но он решает проблемы транспорта аминного азота из мышц в печень и предотвращает лактоацидоз.

Слайд 143Синтез глюкозы из глицерола
Глицерол образуется при гидролизе триацил-глицеролов, главным образом в

жировой ткани. Использовать его могут только те ткани, в которых имеется фермент глицерол киназа, например печень, почки. Этот АТФ-зависимый фермент катализирует превращение глицерола в α-глицерофосфат (глицерол-3-фосфат). При включении глицерол-3-фосфата в глюконеогенез происходит его дегидрирование NAD-зависимой дегидрогеназой с образованием дигидроксиацетонфосфата, который далее превращается в глюкозу.

Слайд 144Превращение глицерола в дигидроксиацетон-фосфат.

Слайд 145Глюкозо-аланиновый цикл.

Похожие презентации

Экологические системы. Тундра 380
Вода пограничного слоя. Сенсация ХХI века 394
Продолговатый мозг 287
Зоология - наука о животных. Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ по биологии 460
Фізіологія обміну речовин і енергії. Основи харчування. Терморегуляція 562
Морфофункциональные преобразования в филогенезе систем органов позвоночных 599

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика