Transcript Glc-1-P

Metabolismus sacharidů
Pavla Balínová
Zdroje glukózy
z potravy (4 hodiny po jídle)
● z glykogenu (4 - 24 hodiny po jídle)
● z glukoneogeneze (dny po jídle, hladovění)
●
Obrázek byl převzat z knihy: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical
Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997
Glykémie
• hladina glukózy v krvi
• fyziologická norma glykémie nalačno 3,3 – 5,6 mmol/l
• je velmi přísně regulována řadou hormonů (inzulín,
glukagon, adrenalin, kortizol, …)
• po jídle může přechodně vystoupit až na 7,1 mmol/l
Vstup glukózy do buněk
a) usnadněnou difúzí (GLUT 1 – 7)
GLUT 1 – hematoencefalická bariéra, erytrocyty
GLUT 2 – játra, β-buňky v pankreatu
GLUT 3 – neurony
GLUT 4 – kosterní a srdeční svalovina, tuková tkáň
b) kotransportem s Na+ iontem (SGLT-1 a 2)
tenké střevo, ledviny
Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with
Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997.
Vliv inzulínu na cílové buňky
Transport Glc do buněk je závislý na účinku inzulínu
(GLUT-4) v následujících tkáních: srdeční a kosterní
svalovina, tuková tkáň
Obrázek byl převzat z http://www.mfi.ku.dk/ppaulev/chapter27/Chapter%2027.htm
Dráhy utilizace glukózy – glykolýza,
pentózafosfátový cyklus, syntéza glykogenu
Fosforylace glukózy
 po vstupu do buňky je Glc vždy fosforylována za vzniku
Glc-6-P
 enzym hexokináza katalyzuje esterifikaci glukózy
 donorem fosfátové skupiny je ATP!
 enzym je inhibován nadbytkem Glc-6-P
 existují 2 isoenzymy katalyzující vznik Glc-6-P:
hexokináza a glukokináza
 hexokináza má vyšší afinitu ke glukóze než glukokináza
Hexokináza vs. glukokináza
KM hexokináza = 0,1 mM
KM glukokináza = 10 mM
Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/glycolysis.html
Glykolýza
substrát: Glc-6-P
· produkt: pyruvát (event. laktát)
· funkce: zdroj ATP
· buněčná lokalizace: cytosol
· orgánová lokalizace: všechny tkáně
· regulační enzymy: 6-fosfofrukto-1-kináza je hlavním
regulačním enzymem
●
Regulační enzymy jsou aktivovány hormonem inzulínem!
ATP vzniká v glykolýze při přeměně:

1,3-bisfosfoglycerátu na 3-fosfoglycerát

fosfoenolpyruvátu (PEP) na pyruvát
Obě reakce jsou fosforylace na substrátové úrovni!
Schéma glykolýzy
Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/glycolysis.html
Regulace glykolýzy
Regulační enzymy
● Hexokináza – inhibice Glc-6-P
● Glukokináza - aktivace inzulínem
– inhibice Fru-6-P
6-fosfofruktokináza-1 (PFK-1)
– aktivace inzulínem,↑AMP / ATP, Fru-2,6-bisP
●
- inhibice ↑ ATP /AMP, citrát
Pyruvátkináza
– aktivace inzulínem, Fru-1,6-bisP
●
- inhibice glukagonem, ↑ ATP /AMP, acetyl-CoA
Přeměna pyruvátu na laktát
• je katalyzována laktátdehydrogenázou (LD)
• LD je lokalizována v mnoha tkáních a je známo 5 izoenzymů
• je vratná reakce:
CH3-CO-COO- + NADH + H+↔ CH3-CH(OH)-COO- + NAD+
• probíhá zde regenerace redukovaného NADH + H+ zpět na
NAD+ - velmi důležité v případě nedostatku kyslíku ve
tkáních!
Pentózový cyklus
(pentózafosfátová dráha)
· substrát: Glc-6-P
· produkt: CO2, NADPH + H+
· funkce: zisk NADPH + H+, zisk rib-5-P pro syntézu
nukleotidů, vzájemné přeměny monosacharidů
· buněčná lokalizace: cytosol
· orgánová lokalizace: všechny tkáně
· regulační enzym: glukóza-6-fosfátdehydrogenáza
Pentózový cyklus – v 1. fázi je Glc-6-P
oxidován za vzniku Rub-5-P
Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/pentose-phosphate-pathway.html
Pentózový cyklus – ve 2. fázi probíhají
vzájemné přeměny monosacharidfosfátů
Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/pentose-phosphate-pathway.html
Syntéza glykogenu (glykogeneze)
· substrát: Glc-6-P
· produkt: glykogen
· funkce: skladování glukózy ve formě glykogenu
· buněčná lokalizace: cytosol
· orgánová lokalizace: zejména játra a kosterní
sval, menší zásoby glykogenu mají i ostatní tkáně
· regulační enzym: glykogensyntháza
Enzym glykogensyntháza je inhibován fosforylací
(glukagon v játrech a adrenalin ve svalech)!
Syntéza glykogenu
Glc-6-P → Glc-1-P
Glc-1-P + UTP → UDP-Glc + PPi
Glykogensyntáza katalyzuje tvorbu
1→4 glykosidových vazeb.
Větvení tedy vznik 1→6
glykosidových vazeb je zajištěno
enzymem amylo-(1,4 – 1,6)transglykosylázou („branching
enzyme“).
Obrázek byl převzat z: http://en.wikipedia.org/wiki/Glycogen
Dráhy sloužící k doplnění Glc do krve –
degradace glykogenu a glukoneogeneze
Degradace glykogenu (glykogenolýza)
· substrát: glykogen
· produkt: Glc-6-P
· funkce: uvolnění Glc z glykogenu
· buněčná lokalizace: cytosol
· orgánová lokalizace: játra, kosterní svaly, ale i všechny
ostatní tkáně
· regulační enzym: glykogenfosforyláza
Enzym glykogenfosforyláza je aktivován fosforylací,
kterou indukují hormony glukagon a adrenalin. Naopak
inzulín působí inhibičně.
Degradace glykogenu (glykogenolýza)
Glykogen (n Glc) + Pi → Glc-1-P + glykogen (n - 1 Glc)
Enzym glykogenfosforyláza (štěpení 1→4 vazeb v buňkách probíhá
fosforolyticky, v GIT hydrolyticky), produktem je Glc-1-P
Enzymy 4--glukanotransferáza a amylo- 1→6-glukosidáza
(„debranching enzyme“) štěpí úseky glykogenu s vazbou 1→6
Glc-1-P ↔ Glc-6-P
fosfoglukomutáza
Glc-6-P → Glc glukóza-6-fosfatáza
(játra, ledviny, enterocyty)
Glukoneogeneze
· substrát: laktát, pyruvát, alanin, glutamin, aspartát a
jiné aminokyseliny, glycerol
· produkt: Glc-6-P
· funkce syntéza glukózy
· buněčná lokalizace: matrix mitochondrie + cytosol
· orgáová lokalizace: játra a ledviny
· regulační enzymy: pyruvátkarboxyláza a
fosfoenolpyruvátkarboxykináza
Schéma glukoneogeneze
Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/gluconeogenesis.html
Obrázek byl převzat z http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462b/glycolysis.html
Regulace glukoneogeneze
Hormony:
• aktivace: kortizol, glukagon, adrenalin
• inhibice: inzulín
Enzym pyruvátkarboxyláza
• aktivace: acetyl-CoA z β-oxidace MK → zdroj ATP
Enzym fruktóza-1,6-bisfosfatáza
• aktivace: citrát, hladovění
• inaktivace: AMP, Fru-2,6-bisP
Enzym glukóza-6-fosfatáza (v ER jater, ledvin a enterocytů!)
Cyklus Coriových
Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/gluconeogenesis.html
Glukóza-alaninový cyklus
Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/gluconeogenesis.html
Metabolismus fruktózy
• Fru je složkou disacharidu sacharózy
• část Fru je v enterocytech přeměněna na Glc:
Fru-6-P → Glc-6-P → Glc
• část Fru se vstřebá a dostává se do jater, kde je
fosforylována: Fru + ATP → Fru-1-P + ADP enzymem
fruktokinázou
• Fru-1-P je rozložen aldolázou na glyceraldehyd (GA) a
dihydroxyacetonfosfát (DHAP)
• DHAP vstupuje do glykolýzy a GA po přeměně na
glyceraldehyd-3-P také
Metabolismus galaktózy
• Gal je součástí disacharidu laktózy
• v tenkém střevě se vstřebává stejným mechanismem jako
Glc → do jater
• v játrech je fosforylována za vzniku Gal-1-P:
Gal + ATP → Gal-1-P + ADP enzymem galaktokinázou
• Gal-1-P je přeměněn na UDP-Gal:
Gal-1-P + UTP → UDP-Gal + PPi uridyltransferázou
• UDP-Gal je využívána v syntéze laktózy v laktující mléčné
žláze
• epimerizace UDP-Gal na UDP-Glc enzymem 4-epimerázou
• UDP-Glc může být použita v syntéze glykogenu, nebo v
syntéze kys. glukuronové či glykoproteinů