Презентация по химии "Углеводы: основные представители класса"

УГЛЕВОДЫ – это альдегидо- и кетопроизводные многоатомных спиртов.

Функции углеводов:

энергетическая (моносахариды, гомополисахариды)

структурная (гетерополисахариды)

углеводы  входят в состав сложных белков – гликопротеинов (ферментов, гормонов, рецепторов, иммуноглобулинов и т.д.)

углеводы используются в синтезе нуклеотидов (в синтезе ДНК, РНК, коферментов).

УГЛЕВОДЫ

УГЛЕВОДЫ – это альдегидо- и кетопроизводные

многоатомных спиртов

R

R

Функции углеводов :

• энергетическая (моносахариды, гомополисахариды)
• структурная (гетерополисахариды)
• углеводы входят в состав сложных белков – гликопротеинов ( ферментов, гормонов,

рецепторов, иммуноглобулинов и т.д.)

• углеводы используются в синтезе нуклеотидов (в синтезе ДНК, РНК, коферментов)

кетоза

альдоза

Моносахариды:

Дисахариды:

Полисахариды:

• мальтоза
• сахароза
• лактоза

• крахмал (амилоза и амилопектин)
• гликоген
• целлюлоза

• глюкоза
• фруктоза
• галактоза

фруктоза

галактоза

глюкоза

Крахмал – разветвленный гомополисахарид, состоит из мономера глюкозы, Мономеры линейных участков (амилозы) соединены 1,4-гликозидными связями, а в местах разветвления – 1,6-гликозидными связями.

1,6-гликозидная

связь

Гликоген – полисахарид, по структуре подобный крахмалу, но более разветвленный (т.е. содержит больше 1,6-гликозидных связей, а значит большее количество концевых мономеров, что облегчает его распад ).

1,4-гликозидная

связь

Основные процессы в обмене углеводов

1. Переваривание углеводов

2. Синтез гликогена - гликогенез

3. Распад гликогена - гликогенолиз.

4. Дихотомический распад глюкозы - непрямое окисление глюкозы при делении ее молекулы на две триозы

4.1. Анаэробный гликолиз - окисление глюкозы в безкислородных условиях с образованием двух молекул лактата и 2 АТФ (за счет субстратного фосфорилирования). Происходит в активно работающей мышце, эритроцитах и др.

4.2. Аэробный гликолиз - окисление глюкозы в кислородных условиях с образованием двух молекул пирувата и 8 АТФ (2 - за счет субстратного фосфорилирования и 6 - за счет окислительного фосфорилирования).

Далее пируват в этих условиях окисляется в ацетил-КоА с образованием 3АТФ (за счет окислительного фосфорилирования), а ацетил-КоА сгорает в ЦТК с образованием 12АТФ, т.е. при окислении пирувата до углекислого газа и воды образуется 15АТФ, а т.к. из глюкозы обазуется 2 пирувата, то 30АТФ. Всего полное сгорание глюкозы в кислородных условиях дает 30+8=38АТФ.

4.3. Спиртовое брожение - превращение глюкозы в этиловый спирт под действием микроорганизмов (дрожжей).

5. Глюконеогенез - синтез глюкозы из неуглеводов: аминокислот (белков), глицерина (липидов), пирувата, лактата. Является процессом, обратным гликолизу, за исключением необратимых реакций гликолиза, которые в глюконеогенезе идут с помощью других ферментов: глюкозо-6-фосфатазы, фруетозо-1,6-бисфосфатазы,фосфоенолпируваткарбоксики-назы (ФЕПКК), пируваткарбоксилазы, а также различных трансаминаз.

Происходит в печени, активируется при голодании под действием глюкокортикоидов

6. Апотомический распад глюкозы - прямое окисление глюкозы - пентозо-фосфатный путь.

Глюкоза окисляется и декарбоксилируется (отщепление apex - верхушки - одого атома углерода в виде углекислого газа) с образованием фосфопентоз и НАДФН.

Фосфопентозы используются в синтезе нуклеотидов, НАДФН - в синтезе жиров

7. Взаимопревращения моносахаров

Переваривание углеводов

Переваривание углеводов – это гидролиз олиго- и полисахаридов, т.е. расщепление гликозидных связей под действием воды с помощью гидролитических ферментов.

Ротовая полость

Начинается переваривание углеводов в ротовой полости, гле действует  -амилаза слюны (рН opt = 6 , 7 ), катализирующая гидролиз 1,4-гликозидных связей в молекуле крахмала. Этот фермент является эндоамилазой , т.е. расщепляет связи, удаленные от конца цепи. В результате образуются олигосахариды (декстрины) и небольшое количество дисахарида мальтозы.

 -амилаза

слюны

1,6-

гликозидаза

В желудке (рН=1,5-2) переваривание углеводов

не происходит

Тонкий кишечник

панкреатическая

 -амилаза

В верхнем отделе тонкой кишки действует панкреатическая  -амилаза, которая гидролизует 1,4-гликозидные связи, последовательно отщепляя молекулы мальтозы от декстринов. 1,6-гликозидные связи в декстринах гидролизуют 1,6-гликозидазы.

На дисахариды в кишечнике действуют соответствующие ферменты ( мальтаза, сахараза и лактаза), расщепляющие их до моносахаридов:

• мальтоза

• сахароза

• лактоза

глюкоза + глюкоза

+

мальтаза

+

глюкоза + фруктоза

сахараза

+

глюкоза + галактоза

лактаза

Превращение глюкозы в тканях

Первая реакция превращения глюкозы в тканях – активация глюкозы путем фосфорилиро-вания с участием АТФ. Катализирует ее во многих тканях гексокиназа , а в клетках печени – глюкокиназа . Глюкокиназа специфична для глюкозы и работает при высоких ее концентрациях ( К M = 12ммоль/л), а гексокиназа фосфорилирует разные гексозы и ингибируется глюкозо-6-фосфатом ( К M = 0,1ммоль/л).

АТФ

АДФ

гексокиназа

глюкокиназа

глюкоза-6-фосфат

глюкоза

Эта реакция «запирает» глюкозу в клетке, т.к. клеточная мембрана непроницаема для фосфорилированной глюкозы.

Синтез гликогена

Гликоген – животный гомополисахарид, резервная форма глюкозы , в основном депонируется в печени и скелетных мышцах . Гликоген животных, как и амилопектин растений, представляет собой разветвленный полимер глюкозы , в котором остатки глюкозы соединены α(1→4)-гликозидной связью. Связи в точках ветвления находятся в положении α(1→6) примерно каждого 10-го остатка.

ФФ

УТФ

фосфо-

глюкомутаза

УДФ-глюкозо-

пирофосфорилаза

глюкоза-6-фосфат

глюкозо-1-фосфат

УДФ-глюкоза

Хранение в организме собственно глюкозы неприемлемо из-за ее высокой растворимости: высокие концентрации глюкозы создают в клетке высоко гипертоническую среду, что приводит к притоку воды. Напротив, нерастворимый гликоген осмотически почти неактивен и компактен.

Гранулы гликогена

4) гликоген- синтаза УДФ гликоген, содержащий n +1 молекул глюкозы а) удлинение цепи Удлинение цепи катализируется гликоген-синтазой. Так как образование гликозидных связей между сахарами является эндоэргической реакцией, вначале в реакции глюкозо-1-фосфата с уридинтрифосфатом (УТФ) образуется активированный предшественник — УДФ-глюкоза . После этого остаток глюкозы легко переносится с УДФ-глюкозы на «затравку» гликогена. Когда растущая цепь достигает определенной длины (11 остатков), специальный ветвящий фермент гликогена (1,4→1,6- трансгликозидаза ) катализирует перенос концевого олигосахарида, состоящего из 6-7 остатков, на 6-ОН остаток глюкозы той же или другой цепи гликогена с образованием точки ветвления [α(1→6)-связи]. Дальнейшее удлинение этого фрагмента осуществляется гликогенсинтазой, образующей α(1→4)-связи. гликогенсинтаза б) ветвление ветвящий фермент " width="640"

Удлинение цепи линейных полиеров путем

образования 1,4-гликозидных связей

урацил

УДФ-глюкоза

олигосахарид - «затравка» гликогена (праймер), содержащий n молекул глюкозы ( n 4)

гликоген-

синтаза

УДФ

гликоген, содержащий n +1 молекул глюкозы

а) удлинение цепи

Удлинение цепи катализируется гликоген-синтазой. Так как образование гликозидных связей между сахарами является эндоэргической реакцией, вначале в реакции глюкозо-1-фосфата с уридинтрифосфатом (УТФ) образуется активированный предшественник — УДФ-глюкоза . После этого остаток глюкозы легко переносится с УДФ-глюкозы на «затравку» гликогена. Когда растущая цепь достигает определенной длины (11 остатков), специальный ветвящий фермент гликогена (1,4→1,6- трансгликозидаза ) катализирует перенос концевого олигосахарида, состоящего из 6-7 остатков, на 6-ОН остаток глюкозы той же или другой цепи гликогена с образованием точки ветвления [α(1→6)-связи]. Дальнейшее удлинение этого фрагмента осуществляется гликогенсинтазой, образующей α(1→4)-связи.

гликогенсинтаза

б) ветвление

ветвящий фермент

Распад гликогена в тканях

Гликоген печени никогда не расщепляется полностью. Как правило, укорачиваются только невосстанавливающие концы древовидной структуры путем фосфоролиза, т.е. присоединения фосфорной кислоты по месту разрыва связи.

Н 3 РО 4

Гликоген ( n молекул глюкозы)

гликоген-

фосфорилаза

Гликогенфосфорилаза отщепляет от неразветленных цепей гликогена по одному мономеру в виде глюкозо-1-фосфата

Гликоген ( n -1 молекул глюкозы)

Глюкозо-1-фосфат

1,6-связь

Гликогенфосфорилаза катализирует фосфоролиз 1,4-связей, т.е. расщепление линейных полимеров. Разрыв 1,6-связей катализирует деветвящий фермент , который обдадает:

• гликозилтрансферазной активностью , т.е. переносит олигосахарид из трех глюкоз в конец неразветвленной цепи, при этом остается одна молекула глюкозы , связанная 1,6-связью;
• 1,6-гликозидазной активностью, т.е. расщепляет 1,6-связи с образованием свободной глюкозы и линейного полимера , на который далее действует гликогенфосфорилаза, отщепляя по одной молекуле глюкозо-1-фосфата.

гликоген

гликоген-

фосфорилаза

молекулы

глюкозо-1-фосфата

деветвящий

фермент

гликозилтрансферазная

активность

деветвящий

фермент

1,6-гликозидазная

активность

глюкоза

линейный (1,4-) полимер - субстрат для дальнейшего действия гликогенфосфорилазы

Регуляция гликогенолиза и гликогенеза

(синтеза и распада гликогена)

Гликолиз

Энерго-

потребляющая

стадия

АТФ

Реакции 1-3

Активация глюкозы путем

фосфорилирования

затрачено 2 моля АТФ

глюкоза

АТФ

Реакция 4

Дихотомия – деление 6-углеродной молекулы на 2 фосфотриозы

Реакция 5

Изомеризация

триозофосфатов

Фруктозо-1,6-

дифосфат

фосфодиокси-

ацетон

3-фосфоглицер-

альдегид

2 НАД +

Реакция 6

Образование 2 молей НАДНН + макроэргического соединения

Энерго-

генерирующая

стадия

2 НАДН Н +

1,3-дифосфо-

глицерат

АТФ

Реакция 7

Субстратное

фосфорилирование-

образование 2 молей АТФ

3-фосфо-

глицерат

Реакции 8 и 9

Образование макроэргического соединения (и воды)

Н 2 О

фосфоенол-

пируват

АТФ

Реакция 10

Субстратное

фосфорилирование -

образование 2 молей АТФ

лактат

пируват

2 НАД +

2 НАДН

Аэробный и анаэробный гликолиз

Энерго-

потребляющая

стадия

АТФ

глюкоза

Затрачено 2 моля АТФ

на активацию

одной молекулы глюкозы

АТФ

Фруктозо-1,6-

дифосфат

фосфодиокси-

ацетон

3-фосфоглицер-

альдегид

Образуется 2 моля НАДН.Н +

В анаэробных условиях

НАДНН+ используется на восстановление пирувата в лактат

В аэробных условиях

НАДНН + используется на восстановления кислорода с образованием воды в процессе тканевого дыхания.

При этом образуется

6 молей АТФ за счет окислительного фосфорилирования.

2 НАД +

Энерго-

генерирующая

стадия

2 НАДН Н +

АТФ

1,3-дифосфо-

глицерат

2моля

Образуется

2 моля пирувата и

4 моля АТФ

за счет субстратного фосфорилирования

2-фосфо-

глицерат

2моля

Н 2 О

фосфоенол-

пируват

АТФ

2моля

2 лактат

2 пируват

При

окислении

2 молей пирувата до СО 2 и Н 2 О

образуется

30 АТФ

2 НАД +

2 НАД +

2 НАДН

2 НАДН

АТФ

2Ацетил- S КоА

СО 2

ЦТК

Н 2 О

Г Л И К О Л И З И Г Л Ю К О Н Е О Г Е Н Е З

ГЛЮКОЗА

1

I

Глюкозо-6-фосфат

Фруктозо-6-фосфат

3

II

Фруктозо-

1,6-дифосфат

липиды

З-фосфо-

глицеральдегид

глицерин

Специфические ферменты глюконеогенеза

I – глюкозо-6-фосфатаза

II – фруктозо-1,6-бисфосфатаза

III – ФЭПкарбоксикиназа

IV - пируваткарбоксилаза

Специфические ферменты гликолиза

1 – гексокиназа

3 – фосфофруктокиназа

10 – пируваткиназа

1,3-дифосфоглицерат

белки

3- фосфоглицерат

аминокислоты

Фосфоенолпируват

(ФЕП)

белки

III

10

Оксалоацетат

IV

Пируват

аминокислоты