Лекция 22 Обмен углеводов: промежуточный обмен Разработал: Перфильева Г.В. Красноярск, 2013 ГБОУ ВПО КрасГМУ имени профессора В.Ф. Войно – Ясенецкого Минздрав РФ Фармацевтический колледж

План лекции: 1. Регуляция обмена углеводов - субстратная - нервная - почечная - гормональная 2. Характеристика гормонов 3. Роль печени в обмене углеводов

Все клетки, кроме мозга, используют глюкозу при участии гормона поджелудочной железы – инсулина. Клетки мозга в качестве энергетического субстрата могут употреблять глюкозу и кетоновые тела, но не имеют рецепторов для инсулина, поэтому поглощение глюкозы из крови протекает путем простой диффузии. В промежуточном обмене углеводов можно выделить следующие процессы: 1. Поступление глюкозы в клетки и ткани – фосфоилирование глюкозы. 2. Биосинтез гликогена - гликогенез 3. Распад гликогена - гликогенолиз 4. Распада глюкозы в клетка- гликолиз, ПФП 5. Биосинтез глюкозы из неуглеводных компонентов – глюконеогенез.

Фосфорилирование глюкозы Глюкоза + АТФ Глюкозо-6-фосфат + АДФ Фосфолирование протекает при участии ферментов гексокиназы в мышцах и глюкозокиназы в печени. Отличия изоферментов: гексокиназа фосфолирует не только глюкозу, но и гексозы, глюкокиназа фосфолирует только глюкозу. Гексокиназа обнаружена во всех органах, а глюкокиназа – только в печени. Гексокиназа обладает сильным сродством к глюкозе ( реагирует с глюкозой при ее низкой концентрации), глюкокиназа имеет малое сродство к глюкозе ( работает при концентрации глюкозы около 10 ммоль\л, которое достигается, например, после приема углеводной пищи). Глюкозо-6-фосфат не может проходить через клеточные мембраны и как бы «запирается» в клетке. Далее глюкозо-6-фосфат идет на биосинтез гликогена или окисляется.

Гликогенез Глюкоза может откладываться в виде гликогена в печени и мышцах. Глюкозо-6-фосфат под влиянием ферментов гликогенсинтетазы и «ветвящего» фермента синтезирует гликоген – полимер, напоминающий по виду дерево. В молекулах гликогена может содержатся до миллиона моносахаридов. Процесс образования гликогена называется - гликогенез.

Биосинтез гликоген в печени и мышцах Печень Глюкоза Мышцы Глюкокиназа АТФ АТФ гексокиназа АДФ АДФ Глюкозо-6-фосфат фосфоглюкомутаза Глюкозо-1-фосфат УТФ – затрата энергии УДФ – глюкозопирофосфорилаза УДФ+H4P2O7 УДФ – глюкоза гликогенсинтетаза фермент «ветвления» Гликоген ( в присутствии затравочного гликогена)

Гликогенолиз – процесс распада гликогена. В мышцах гликоген используется в качестве источника энергии при интенсивной физической работе, а в печени распадается в ответ на снижение глюкозы при перерывах в приеме пищи или как стрессовая реакция. Основными гормонами, активизирующими гликогенолиз, является глюкагон, адреналин и кортизол.

Распад гликогена в печени Гликоген Регуляторный фермент- - гликогенфосфорилаза + H3PO4 фосфорилаза - амило-1,6-гликозидаза (гидролиз) Глюкозо-1-фосфат фосфоглюкомутаза глюкозо-6-фосфат (отсутствует в скелетных мышцах) Глюкоза в кровь большого круга кровообращения.

Распад глюкозы в клетке 1. Аэробный – при достаточном обеспечении клеток кислородом. Прямой путь –или пентозный цикл – продукты реакции образуются сразу из глюкозо-6-фосфата. Непрямой путь –– из глюкозо-6-фосфата образуется сначала пировиноградная кислота ПВК (промежуточный продукт). 2. Анаэробный – при недостатке кислорода в клетках (с образованием ПВК) Расщепление глюкозы до ПВК называется – гликолиз, а прямой путь распада – пентозофосфатный путь ПФП.

Схема – распада глюкозы в клетках Анаэробный распад Аэробный распад непрямой прямой глюкоза ( 6 атомов углерода) глюкозо-6-фосфат (6 атомов углерода) 2 молекулы ПВК(по 3 атома углерода) -молочная кислота -ацетил КоА 2 - пентозы 5 молекул 2 молекул -вода и СО2 -12 НАД*Н - энергия 2 АТФ по 4 молекулы - энергия 36 АТФ - энергия 38 АТФ

Продукты распада глюкозы используются в организме следующим образом: - Лактат - поставляется кровью в печень, где в процессе глюконеогенеза превращается в глюкозу. - Ацетил - КоА – используется на синтез ВЖК, кетоновых тел, холестерина и др. или окисляется в цикле Кребса. - Вода и углекислый газ- включаются в общий обмен веществ или выводятся из организма. - Пентозы - используются на синтез нуклеиновых кислот, глюкозы. - НАДФ8Н2 - участвует в синтезах веществ ВЖК, пуриновых оснований или используется для образования энергии в ЦПЭ. - АТФ- используется в организме для синтеза веществ, выделения тепла, мышечные сокращения

Анаэробный гликолиз Глюкоза АТФ АДФ Гексокиназа, ион Mg Глюкозо-6-фосфат Фосфоглюкоизомераза Фркктоза-6-фосфт АТФ АДФ Фосфофруктокиназа, ноны Mg Фруктозо-1,6-дифосфат Альдолаза 3-Фосфодиоксиацетон 3-Фосфоглицероальдегид ( 3- ФГА) НАД НАД+Н 3-ФГА- дигидрогеназа 1,3 – дифосфоглицериновая кислота АДФ АТФ Фосфоглицертмутаза 2-фосфоглицериновая кислота Н2О Енолаза Фосфоенолпировиногрдная кислота АДФ АТФ Пируваткиназа, ионы Mg Пировиноградная кислота ПВК НАДН+Н НАД Лактатдегидрогеназа молочная кислота.

Глюконеогенез В анаэробных условиях глюкоза является единственным источником энергии для работы скелетных мышц. Образовавшаяся из глюкозы молочная кислота затем поступает в кровь, в печень, где превращается в глюкозу, которая затем поступает в мышцы (цикл Кори). Процесс переваривания неуглеводных веществ в глюкозу называется – глюконеогенезом. Биологическое значение глюконеогенеза: 1. Поддержание концентрации глюкозы на до статочном уровне при недостатке углеводов в организме (голодании или сахарном диабете) 2. Образование глюкозы из молочной кислоты, пировиноградной кислоты, глицерина, гликогенных аминокислот, большинства промежуточных метаболитов цикла Кребса.

Глюконеогенез протекает в основном в печени и корковом веществе почек. В мышцах этот процесс не протекает из-за отсутствия необходимых ферментов. Потребление больших количеств алкоголя тормозит глюконеогенез. Скорость глюконеогенеза может увеличиваться в следующих состояниях: При голодании. Усиленном белковом питании. Недостатком углеводной пищи. Сахарном диабете.

В норме уровень глюкозы в цельной крови 3,3-5,5 ммоль\л (в артериальной выше на 0,25 ммоль\л, чем венозной),в сыворотке и плазме крови натощак 3,8- 6,1 ммоль\л. У детей до 5 лет уровень глюкозы на % ниже, чем у взрослых. В норме уровень глюкозы не снижается ниже 2,5 ммоль\л и не повышается выше 8 ммоль\л.

типы регуляции уровня глюкозы в крови: Субстратная - при концентрации глюкозы меньше 5,5-5,8 ммоль\л печень поставляет глюкозу в кровь, а при концентрации больше 5,5-5,8 ммоль\л наоборот активирует синтез гликогена. Нервная – возбуждение синоптических нервных волокон, при уменьшении уровня глюкозы в крови, приводит к освобождению адреналина из надпочечников. Раздражение парасимпатическх нервных волокон, при увеличении уровня глюкозы, сопровождается усилением выделения инсулина из поджелудочной железы. Почечная – в норме глюкоза фильтруется и реабсорбируется почками полностью. Концентрация глюкозы ммоль\л называют почечным порогом, т.к она при концентрации выше этого уровня начинает выделяться с мочой. Гормональная – осуществляется рядом гормонов: инсулин – понижает уровень глюкозы в крови, остальные гормоны повышают – адреналин, глюкагон, глюкокортикоиды, гормоны щитовидной железы, СТГ, АКТГ.

Инсулин – полипептид, состоит из 51 аминокислоты. Цепи соединены между собой дисульфидными мостиками. Синтезируется инсулин в виде профермента в бетта –клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. В крови находится в свободном состоянии или в связанном с белками плазмы. Секреция инсулина стимулируется: гипергликемией, глюкагоном, свободными жирными кислотами. Клетки-мишени для свободного инсулина: гепатоциты печени, клетки скелетных мышц; для связанного – апотоциты жировой ткани. Инсулин не действует на нервную ткань т.к там нет клеток мишеней. Механизм действия инсулина на клетки – мембранно – внутриклеточный. Инсулин действует 20 минут.

Действие инсулина на организм 1. Влияет на обмен углеводов: Активирует: транспорт глюкозы в клетки, гликолиз цикл Кребса, процесс синтеза гликогена, пентозный цикл. Ингибирует: распад гликогена и глюконеогенез. В результате: инсулин снижает уровень глюкозы в крови. 2. Влияет на обмен липидов: Активирует: биосинтез ВЖК,ТАГ, липопротеидов. Ингибирует: распад ВЖК, распад ТАГ кетогенез. В результате: инсулин оказывает анаболическое на обмены липидов и белков. Инсулин обезвреживается в гепатоцитах печени под влиянием 2 ферментных систем, затем выводится с мочой

Глюкагон – полипептид, состоящий из 29 аминокислот, секретируется альфа-клетками островков Ларгенганса. Секреция снижается при повышении уровня глюкозы в крови. Его действие в основном противоположно действию инсулина. Клетки-мишени – гепатоциты и адипоцыты жировой ткани. В скелетных мышцах нет клеток-мишеней. Механизм действия глюкагона на клетки мембранно-внутриклеточный.

Действие глюкагона на организм: 1. Влияет на обмен углеводов: Ингибирует гликолиз, биосинтез гликогена и цикл Кребса. Активирует глюконеогенез, распад гликогена. В результате под влиянием глюкагона повышается уровень глюкозы в крови. 2. Влияние на обмен липидов: Активирует распад ТАГ, ВЖК, биосинтез кетоновых тел в печени. Ингибирует биосинтез ВЖК, ТАГ. В результате: глюкагон оказывает катаболическое действие на обмен липидов.

Адреналин – гормон мозгового слоя надпочечников, синтезируется в ответ на состояние физического или нервного стрессов. Секреция его не зависит от концентрации глюкозы в крови. Синтезируется из аминокислоты тирозина. Клетки-мишени являются клетки скелетных мышц, печени, сердца, сердечно-сосудистой системы и жировой ткани. Механизм действия – мембранно- внутриклеточный.

Действие адреналина на организм Влияет на обмен углеводов: Усиливает гликолиз, глюконеогенез, распад гликогена. Ингибирует биосинтез гликогена. В результате: адреналин повышает уровень глюкозы в крови. 2. Влияет на обмен липидов: Усиливает распад ТАГ, ВЖК. Повышает содержание ВЖК, холестерина, фосфолипидов в крови. 3. Адреналин подавляет секрецию инсулина и активирует выработку глюкагона. Обезвреживается адреналин в гепатоцитах печени и под влиянием ферментов моноаминооксидазы. 5% адреналина выделяется с мочой в виде безвредных соединений, а 5% выделяется в неизмененном виде.

Глюкокортикойды - синтезируются в корковом слое надпочечников, относятся к стероидным гормонам. Гормональное действие оказывают только в свободном виде. Механизм действия – цитозольный. Клетки-мишени – печень, мышцы, жировая ткань, клетки ЦНС. Вырабатываются под воздействием физических и эмоциональных стрессов. А также под действием эндогенного ритма человека.

Гормоны щитовидной железы: 1. Усиливают скорость утилизации глюкозы, ускоряют ее всасывание в кишечнике. 2. Повышают основной обмен. В том числе окисление глюкозы. 3. ТГГ оказывает метаболические эффекты через стимуляцию щитовидной железы. Соматотропный гормон СТГ: 1. Увеличивает уровень глюкозы в крови. 2. В жировой ткани усиливает липолитический эффект. Адренокортикотропный гормон АКТГ: прямо и через стимуляцию освобождения глюкокортикойдов вызывает повышение уровня глюкозы в крови.

Действие глюкокортикоидов на организм: 1. Влияние на обмен углеводов: В печени активирует биосинтез гликогена, глюконеогинез, ингибирует распад гликогена, гликолиз. В скелетных мышцах, жировой. Соединительной и лимфатической ткани – активирует распад гликогена, гликолиз, ингибирует биосинтез гликогена. Таким образом: глюкокортикойды на печень оказывают анаболическое действие, а на скелетные мышцы, жировую, соединительную и лимфатическую ткань – катаболическое. Концентрация глюкозы в крови при этом возрастает. 3. Влияние на обмен липидов: Снижается биосинтез ТАГ в жировом депо. Увеличивается концентрация ВЖК в крови. В конечностях человека активизируется распад ТАГ. В верхней части туловища и на лице активируется биосинтез ТАГ

Роль печени в обмене углеводов В печени протекают следующие процессы: 1. Активно идет распад и синтез гликогена ( за счет чего поддерживается нормальный уровень глюкозы в крови. 2. Катализация инактивации и обезвреживания глюкокортикойдов. 3. Активация или инактивация инсулиназы. 4. Синтез глюкозы из фруктозы и галактозы. 5. Глюконеогенез. 6. Аэробный и анаэробный распад глюкозы. Продукты этих процессов используются для синтеза ВЖК, холестерина, глицерина, нуклеиновых кислот и т.д.

Домашнее задание Пустовалова Л.М. Основы биохимии для медицинских колледжей. стр