Слайд 2
Содержание :
1.Пути обмена глюкозо-6 фосфата в тканях
2.Анаэробное расщепление
глюкозы
3.Спитровое брожение
4.Аэробный гликолиз
5.Регуляция гликолиза и гликогенолиза
6.Энергетический баланс окисления
углеводов.
Слайд 3
Пути метаболизма глюкозы
С6Н12О6 +
инсулиновый стимул
Глюкозо 6 фосфат
ПВК
лактат
ГНГ
Гликоген, резерв
ПФП
ГАГ
Ацетил-SКоА
ЦТК
БО
СО2
Н2О
Слайд 4
Гликолиз
Это центральный путь энергетичекого обмена
протекает без окислительных реакций.
В анаэробных
условиях –гликолиз единственный процесс, поставляющий энергию. Протекает практически во всех тканях. Уровень активности зависит от аэрации и оксигенации тканей
Слайд 8
Первой реакцией гликолиза является фосфорилирование Гл.
В результате
этой реакции образуется большое количество энергии, которая сразу рассеивается,
поэтому р-я необратима.
Гексокиназа- аллостерический ферментом и ингибируется Гл-6-ф. Она также может фосфорилировать фруктозу и маннозу.
Гексокиназа есть во всех клетках организма Км от 0.01-01ммоль/л
Слайд 9
В печени, почках, поджелудочной железе есть
глюкокиназа, которая катализирует только фосфорилирование глюкозы.
Она не
ингибируется Гл-6-ф. и имеет высокую Км для глюкозы ( 10 ммоль/л).
2-я реакция идет в присутствии фосфогексоизомеразы.
Слайд 12
3-я реакция - Фосфофруктокиназная (ФФК) реакция
определяет скорость гликолиза в целом( т.е. является лимитирующей).
ФФК
относится к числу аллостерических ферментов.. Она ингибирует АТФ и стимулирует АДФ и АМФ.
АТФ в данном случае является и субстратом и аллостерическим регулятором для ФФК
Слайд 13
Различают регуляторную и субстратную концентрацию АТФ. Км для
субстратного и регуляторного центров ФФК будут различны, и фермент
будет отслеживать уровень АТФ в более высоких концентрациях, чем АТФ в качестве субстрата. Поэтому и идет ингибирование.
При значительных величинах АТФ/АДФ активность ФФК снижается и гликолиз замедляется↓.
Слайд 14
При снижении этого коэффициента интенсивность гликолиза увеличивается. Так
в неработающей мышце ( АТФ) ↑, гликолиз снижается.
Во время
работы (АТФ) ↑.
ФФК ингибируется цитратом, активируется ионами СА++. Жирные кислоты, и их ацил-КоА –производные, яв-ся ингибитрами ФФК.
Слайд 16
4-я реакция обратима. Фермент-альдолаза Разрыв связи происходит в
результате напряжения между атомами С3 и С4.
Расщепляется альдоль – фруктозо-1,6-дифосфат. Равновесие реакции сдвинуто в сторону распада фруктозо-1,6-дифосфата, поскольку образующийся 3-ФГА расходуется в дальнейших реакциях гликолиза.
Слайд 18
Именно в силу последнего
обстоятельства, обратимая триозофосфатизомеразная реакция также смещается в сторону образования
3-ФГА( дальнейшие реакции гликолиза)
Слайд 19
Эти фрагменты — глицеральдегид-3-фосфат и дигидроксиацетонфосфат
— превращаются один в другой триозофосфатизомеразой [5].
Слайд 21
Определение активности альдолазы используют
в энзимодиагностике при заболеваниях, связанных с повреждением или гибелью
клеток: так, при остром гепатите активность этого фермента может увеличиваться в 5-20 раз, при ИМ в 3-10 раз, при миодистрофии в 4-10 раз.
Слайд 22
Таким образом заканчивается первый подготовительный и
энергопотребляющий этап гликолиза, связанный с вкладыванием энергии в процесс
активации субстратов.
На этом этапе гликолиза фактически образуется 2 молекулы 3-ФГА.
Слайд 23
II этап гликолиза – гликолитическая оксидоредукция.
Глицеральдегид-3-фосфат затем окисляется глицеральдегид-З-фосфатдегидрогеназой [6] с
образованием НАДН+Н+.
Реакция контролируется НАД+ и НАДН+Н+. Эту реакцию контролирует ↑ НАД+ и ↓ НАДН+Н+
Слайд 25
В этой реакции в молекулу включается
неорганический фосфат («субстратное фосфорилирование»,) с образованием 1,3-дифосфоглицерата- 1,3ДФГ.
Такое промежуточное соединение содержит смешанную ангидридную связь, расщепление которой является высоко экзоэргическим процессом.
стадии (катализируемой фосфоглицераткиназой [7]), гидролиз этого соединения сопряжен с
образованием АТФ.
Эта реакция является -киназной и регулируется фосфоглицераткиназой
( фосфотрансфераза).
Слайд 28
Следующий промежуточный продукт, гидролиз которого может
быть сопряжен с синтезом АТФ, образуется в реакции изомеризации
3-фосфоглицерата, полученного в результате реакции [7],
в 2-фосфоглицерат (фермент: фосфоглицератмутаза [8])
Слайд 30
Далее происходит отщепление воды
(фермент: енолаза [9]). Продукт представляет собой сложный эфир фосфорной
кислоты и енольной формы пирувата и потому называется фосфоенолпируватом (PEP).
Слайд 32
На последней стадии, которая катализируется пируваткиназой
[10], образуются пируват и АТФ. Наряду со стадией [6]
и тиокиназной реакцией в ЦТК, это третья реакция, позволяющая клеткам синтезировать АТФ независимо от дыхательной цепи. Несмотря на образование АТФ она высоко экзоэргична и потому необратима.
Слайд 34
При гликолизе на активацию одной молекулы
глюкозы потребляется 2 молекулы АТФ. В то же время
при метаболическом превращении каждого С3-фрагмента образуются 2 молекулы АТФ.
В результате выигрыш энергии составляет 2 моля АТФ на моль глюкозы.
Слайд 35
Ферменты гликолиза, кроме альдолазы нуждаются ионах Мg++
Слайд 37
Энергетический баланс гликолиза
В 1-й стадии гликолиза
затрачивается 2 молекулы АТФ ( гексокиназная и фосфофруктокиназная реакции).
Во 2-й стадии образуется 4 молекулы АТФ( фосфоглицераткиназная и пируваткиназная реакции).
Т.о. энергетическая эффективность гликолиза составляет 2 мол. АТФ на 1 молекулу глюкозы.
Слайд 38
Биологическое значение гликолиза
1. Филогенетически самый древний
способ получения энергии
2.Для клеток с малым числом митохондрий
его значение особенно велико.
3.Гликолиз является источником углеродных радикалов для биосинтезов ( липидов, аминокислот, глюкозы).
Слайд 39
4.Роль гликолиза для отдельных клеток.
В мышцах
гликолиз поставляет АТФ.
В гепатоцитах фрагменты гликолиза
используются в ГНГ
(глюконеогенезе), а избыток глюкозы
переходит в липиды.
В клетках мозга гликолиз является
фрагментом аэробного пути
окисления.
Слайд 40
В эритроцитах гликолиз это единственный путь
получения энергии, поскольку в эритроцитах нет митохондрий.
Наследственный
дефект пируваткиназы является причиной гемолитической анемии. Если эритроциты имеют менее 25% активности фермента, то скорость гликолиза снижается.
Слайд 41
Контроль гликолиза осуществляется ЛДГ и ее
изоферментами.
В тканях с аэробным метаболизмом
(
сердце, почки) преобладают ЛДГ1 и ЛДГ2. Эти ферменты ингибируют даже небольшие концентрации ПВК, что препятствует образованию лактата и способствует более полному окислению ПВК в ЦТК.
Слайд 42
В анаэробных тканях( печень, мышцы) преобладает
ЛДГ4 и ЛДГ5. Активность ЛДГ5 максимальна при той концентрации
ПВК, которая ингибирует ЛДГ1.
ЛДГ4 и ЛДГ5 обеспечивают интенсивное превращение ПВК в лактат.
Слайд 43
Механизм гликолитической оксидоредукции.
Субстратное фосфорилирование
Слайд 44
3ФГК
1,3 ДФГК
3 ФГА
2 ФГК
ФЕП
ПВК
лактат
АТФ
АДФ
АДФ
АТФ
NAD H2
NAD+
Слайд 45
Это цикл гликолитической оксидоредукции. Ключевое
значение имеет реакция 3ФГА----? 1,3 ДФГК, механизм которой расшифрован.
Здесь также указаны пункты образования АТФ путем фосфорилирования. Они соответствуют 2-м киназным реакциям- фосфоглицераткиназной и пируваткиназной.
Слайд 46
Кроме этих двух существует еще 2
киназные реакции, в них АТФ не образуется, а расходуется.
Киназные реакции гликолиза являются
фосфотрансферазными, т.е. осуществляется перенос макроэргического фосфата с S на АДФ в фосфоглицераткиназной и пируваткиназной реакциях, а также с АТФ на S в гексокиназной и фосфофруктокиназной р- ях.
Слайд 47
Спиртовое брожение
В тканях различных организмов имеются
ферменты, расщепляющие глюкозу до этанола. Этот процесс называется спиртовым
брожением.
Суммарное уравнение :
С6Н12О6_? 2 СО2 + 2С2Н5ОН
По своему механизму СБ очень близок к
гликолизу. Расхождение начинается лишь после образования ПВК.
Слайд 49
Этанол является уникальным веществом,т.к. представлен в
двух видах:
1. В роли эндогенного метаболита. Его концентрация
в крови= 2×10-4 до 2×10-5
моль/л- это нормальная эндогенная концентрация.
2.При употреблении в больших дозах этанол выступает как ксенобиотик-чужеродный для организма агент.
Слайд 52
Введение этанола приводит к сдвигам в
нервной системе, которые обусловлены образованием продуктов конденсации СН3СОН с
биогенными аминами ( шиффовые основания), которые являются патологическими медиаторами по структуре сходными с препаратом Папаверином и называются папаверолинами.
Слайд 53
Пути метаболизма этанола
NAD+; АлДГ
1.СН3СН2ОН
алкогольдегидрогеназа ( NAD зависимая)
CН3СОН – это центральный фигурант токсических эффектов этанола
NADH2
Слайд 54
Дальнейшее окисление ацетальдегида:
HSKoA
CН3СОН-----------?СН3СО SКоА---?ЦТК
↓[O]
↓
СН3СООН
Н Н
| l
СН3---С =О + Н2N—R-----? СН2— С=NR
Шиффовое основание
Слайд 55
2. Путь обезвреживания этанола через Микросомальную систему окисления
в ЭПС.
P450
СН3-СН2-ОН + NADFH+H+ +2O2-------------------?СН3-СОН +2Н2О
Слайд 56
3.путь обезвреживания этанола – пероксидазный, минорный каталазный
СН3-СН2-ОН +Н2О2 --*-? СН3СОН + 2Н2О
где *- каталаза
Ацетальдегид нацелен на аминогруппы(-NН2), с которыми он может образовывать шиффовые основания. За счет двойных связей происходят реакции полимеризации и образуются пигменты, обладающие морфиноподобным действием.
Слайд 57
Метаболические последствия интоксикации этанолом
Этанол лимитирует основной
фонд NAD+, переводя его в NADH, и это приводит
к блокированию I комплекса ДЦ. Клетки, чтобы не погибнуть от гипоксии вынуждены переключаться на FAD-зависимое окисление, а именно переходить на эндогенное производство сукцината из ГЛУ.
Побочными продуктами ГЛУ являются ГАМК и ГОМК- медиаторы торможения.
Слайд 58
При приеме этанола увеличивается активность каталазы,которая
провоцирует перекисные процессы, следствием чего является развитие патологии печени,
сердца , НС.
При хронической алкогольной интоксикации развивается жировая инфильтрация и дегенерация печени.
Слайд 59
Этанол хорошо растворяется в воде и
липидах. Он растворим в клеточных мембранах, и увеличивает их
текучесть.
Введение этанола создает экстремальную ситуацию, которая во- первых, сопровождается выбросом адреналина, а значит активирует липолиз, повышает содержание жирных кислот( ЖК ), которые поступают в печень .
Слайд 60
ЖК должны окисляться под
действием NAD-зависимых ДГ,но эти реакции блокируются.
При
длительном использовании этанола, печень просто не успевает утилизировать ЖК для биосинтеза ФЛ. Поэтому ЖК накапливаются в печени.
Слайд 62
Второй причиной яв-ся образование ацетил-КоА, из
этанола, который также идет на биосинтез ЖК, тем самым
усугубляя ситуацию.
Аналогичные процесс протекают и в миокарде, при этом развивается синдром «жирового» сердца (слой кардиоцитов чередуется с адипоцитами).
Однако,прием этанола обеспечивает устойчивость организма к другим ядам.
Слайд 63
Аэробный гликолиз.
Окислительное декарбоксилирование
ПВК
Слайд 64
Аэробный гликолиз.
При анаэробном гликолизе ПВК
превращается в лактат, в случае аэробного гликолиза ПВК подвергается
окислительному декарбоксилированию с образованием Ацетил –SКоА.
Аэробный гликолиз совпадает с анаэробным до стадии образования ПВК, а в дальнейшем протекает окислительное декарбоксилирование (ОД) ПВК.
Гл-6-ф
лактат
ПВК аланин и аналоги _____________________________
Ацетил-КоА
ЦТК
Холестерин
С2Н5ОН
Кетоновые тела
ЩУК
+СО2
-СО2
ЦТК
Слайд 66
Пируват, образовавшийся в реакциях гликолиза (в цитоплазме), должен
быть транспортирован в митохондрии. Транспорт осуществляется специальной «челночной» системой.
В матриксе митохондрии, прикрепившись к её внутренней мембране, находится сложный полиферментный комплекс – пируватдегидрогеназа.
Слайд 67
Пируватдегидрогеназный комплекс включает три фермента:
пируватдегидрогеназу,липоатацетил-
трансферазу
липоамиддегидрогеназу
и пять коферментов- NAD, FAD,
тиаминдифосфат (TPP), KoA, амид липоевой кислоты
Слайд 69
Пируватдегидрогеназа состоит из 60 полипептидных цепей,
которые можно разделить на 3 основных фермента: Е1 –
собственно пируватдегидрогеназа (состоит из 24 субъединиц); Е2 – дигидролипоилтрансацетилаза (также 24 субъединицы); Е3 – дигидролипоилдегидрогеназа (12 субъединиц
Слайд 71
Е1 катализирует декарбоксилирование ПВК с участием кофермента тиаминпирофосфата
(ТРР). Образовавшийся продукт реакции (гидроксиэтильное производное ТРР) при участии
Е2 реагирует с окисленной липоевой кислотой. Липоевая кислота – низкомолекулярное азотсодержащее соединение – является коферментом Е2.
Слайд 72
Дисульфидная группа липоевой кислоты способна восстанавливаться и ацетилироваться.
В реакции, катализируемой дигидролипоилтрансацетилазой (Е2 ), образуется ацетиллипоевая кислота.
Далее это соединение реагирует с коэнзимом А (КоА-SH не является собственным коферментом Е2) – при этом образуется восстановленная форма липоевой кислоты (дигидролипоевая кислота) и ацетил-КоА.
Слайд 73
Наконец, начинает функционировать Е3, коферментом которого
является ФАД: кофермент окисляет дигидролипоевую кислоту и сам при
этом восстанавливается (ФАДН2) . Восстановленный флавиновый кофермент реагирует с митохондриальным НАД+, в свою очередь, восстанавливая его (НАДН ·Н+).
Слайд 74
Таким образом, в окислительном декарбоксилировании ПВК
участвует фактически 3 фермента, составляющих единый пируватдегидрогеназный комплекс, и
5 коферментов: ТРР, липоевая кислота и FAD– собственные коферменты комплекса, КоА-SH и NAD+ – внешние, приходящие «извне».
Слайд 76
Образующийся ацетил-КоА затем окисляется в цикле
Кребса, а водород с NADН ·Н+ поступает в дыхательную
цепь митохондрий.
ПВК-ДГ отличается большим отрицательным редокс-потенциалом, который способен обеспечить не только восстановление NAD+, но и способствовать образованию высокоэнергетической тиоэфирной связи в ацетил-КоА (СН3-СО~ SкоА).
Слайд 77
При недостаточном содержании в диете входящих
в состав ПВК-ДГ витаминов, в первую очередьТРР, активность фермента
снижается. Это приводит к накоплению в крови и тканях пирувата и лактата и развитию метаболического ацидоза
Слайд 78
При выраженном дефиците тиамина развивается некомпенсированный ацидоз, который
без лечения приводит к летальному исходу.
Слайд 79
При низкой концентрации инсулина и высоком уровне энергообеспеченности
клетки (↑АТФ, ↑ ацетил-КоА и ↑ NADH·Н+) этот комплекс
находится в неактивном состоянии. Активирование ПВК-ДГ комплекса индуцируется инсулином, КоА-SН, пируватом, АДФ и ионами Mg++.
Слайд 80
Цикл Кребса – центральный путь обмена веществ.
Своё название
этот метаболический путь получил по имени открывшего его автора
– Ганса Кребса, получившего (совместно с Ф. Липманом) за это открытие в 1953 г. Нобелевскую премию.
Слайд 82
Эффект Пастера –подавление гликолиза дыханием впервые было обнаружено
у микроорганизмов.
Эффект Кретбри- преобладание анаэробного гликолиза, например в опухолевых
клетках , при канцерогенезе.
гликолиз
Процесс анаэробного распада
гликогена получил название гликогенолиза.
Образовавшийся в ходе фосфоглюкомутазной реакции Гл-6-ф, включается в процесс гликолиза.
После образования Гл-6-ф, дальнейшие пути гликолиза и гликогенолиза полностью совпадают:
Слайд 84
гликоген
Н3РО4
Гл-1-ф
глюкоза
Гл-6-ф
Гл-6-ф
АТФ
АДФ
1
2
1.Гексокиназа или
глюкокиназа
2. фосфоглюкомутаза
гликолиз
Слайд 85
В процессе гликогенолиза в виде макроэргических
соединений накапливается не две, а три молекулы АТФ, т.к.
не расходуется АТФ на образование Гл-6 ф.
На первый взгляд кажется, что гликогенолиз энергетически более выгодный процесс. Но во время синтеза гликогена расходуется АТФ, поэтому гликогенолиз и гликолиз энергетически равноценны.