Metabolismus sacharidů SOUHRN

Transkript

1 Metabolismus sacharidů SOUHRN Vladimíra Kvasnicová doporučená animace:

2 17 kj/g

3 Výskyt a funkce sacharidů v lidském těle v potravě polysacharidy, disacharidy, monosacharidy vstřebávají se jen monosacharidy, hlavní je glukóza zdroj energie pro všechny tkáně uloženy do zásoby ve formě glykogenu přeměna různých monosacharidů mezi sebou přeměna monosacharidů na různé deriváty sacharidů složené molekuly: proteoglykany, glykoproteiny, glykolipidy součást nukleových kyselin (ribóza, 2-deoxyribóza) nadbytek sacharidů se přemění na zásobní tuk

4 Chemická povaha, vlastnosti a reakce sacharidů polární, rozpustné ve vodě, bohatě hydratované polyhydroxyderiváty aldehydu nebo ketonu (karbonyl. slučeniny) alkoholová i karbonylová skupina: oxidace / redukce (vznik cukerných kyselin nebo alkoholů) aldehydová skupina: vazba na primární aminoskupiny proteinů (neenzymatická glykosylace = glykace proteinů) tvorba glykosidové vazby (enzymatická glykosylace - vazba na proteiny a lipidy přes -OH nebo -CONH 2 skupinu ) tvoří estery s kyselinou fosforečnou H 3 PO 4 (meziprodukty metabolismu)

5 MONOSACHARIDY glukóza galaktóza fruktóza glucitol (cukerný alkohol) H H H H H kyselina glukuronová (cukerná kyselina) ribóza glyceraldehyd dihydroxyaceton (nejjednodušší sacharidy)

6 Monosacharidy v buňce tvoří estery kyseliny forforečné ( fosfáty ) jejich uhlíkatá kostra je částečně oxidovaná : -CH(OH)- (při oxidaci poskytnou méně energie než oxidace tuků) zdroj energie: Glc, Fru, Gal / zásoba energie: glykogen přeměna na další sacharidy (složky nukleotidů, glykoproteinů) nebo deriváty sacharidů (aminocukry, uronové kyseliny v proteoglykanech) přeměna na tuk (zásoba energie) významné meziprodukty metabolismu: glyceraldehyd-3-fosfát dihydroxyacetonfosfát (DHAP) 1,3-bisfosfoglycerát anhydridová vazba

7 Monosacharidy glukóza produkce energie (glykolýza) zásoba energie (glykogen nebo přeměna na tuk) přeměna na další sacharidy, např. ribózu (pentózový cyklus kromě ribózy aj. sacharidů produkuje NADPH+H + ) přeměna na kyselinu glukuronovou (oxidací glukózy) fruktóza přeměna na glukózu produkce energie (glykolýza) zásoba energie (přeměna na tuk) galaktóza přeměna na glukózu nebo laktózu syntéza glykoproteinů a proteoglykanů ribóza syntéza nuklotidů mannóza syntéza glykoproteinů

8 GLUKÓZA centrální postavení chirální uhlík Obrázky převzaty z knihy Harper s Biochemistry a z (říjen 2007)

9 Glukóza glykemie: 3,6 5,6 mm (nalačno) / až 10 mm (po jídle) po jídle: glykolýza, syntéza glykogenu, přeměna na tuk během hladovění: glykogenolýza, glukoneogeneze ostatní přeměny glukózy podle potřeby (pentózový cyklus, přeměna na jiné monosacharidy a deriváty) glykogen: syntéza z UDP-glukózy přeměna na galaktózu: z UDP-glukózy přeměna na kys. glukuronovou: z UDP-glukózy všechny přeměny glukózy vycházejí z glukóza-6-fosfátu

10 Cesta z trávicího traktu do tukové tkáně do buňky vstupují usnadněnou difuzí (protein. přenašeč) v krvi volně rozpuštěné, krevní cukr = glukóza filtruje se v ledvinách, v proximálním tubulu se zpětně vstřebává (ledvinový práh pro Glc = 9-10 mmol/l) rychlost nárůstu glykemie po jídle závisí na glykemickém indexu potravin, schopnosti vstřebání a funkci jater (glukostatická funkce jater), max. za min. rychlost poklesu glykemie závisí na inzulinu glukózu využívají všechny buňky jako zdroj energie: oxidace na CO 2 a H 2 0 (anaerobně na laktát), nadbytek se přemění na glykogen nebo zásobní tuk

11

12 Transport glukózy do buněk: usnadněná difuze (proteinový přenašeč GLUT různé typy) ERYTROCYTY NERVOVÁ TKÁŇ - transport nezávislý na inzulínu Obrázek převzat z (leden 2007)

13 JÁTRA - transport nezávislý na inzulínu Obrázek převzat z (leden 2007)

14 TUKOVÁ TKÁŇ SVALOVÁ TKÁŇ - transport ZÁVISLÝ na inzulínu INZULÍN ZVYŠUJE VSTUP GLC DO TĚCHTO BUNĚK Obrázek převzat z (leden 2007)

15 Obrázek převzat z Trends in Biochemical Sciences, reference edition, volume 6, str Elsevier/North-Holland Biomedical Press, 1981.

16 Sekundárně aktivní transport GLC: symport s Na + - 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, ISBN

17 Glc-6-P!!! + NADPH = tuk = hepatocyt Obrázek převzat z (leden 2007)

18 Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

19 TEST: O transportu glukózy platí: a) v krvi je přenášena ve vazbě na transportní protein b) inzulín zvyšuje počet přenašečů GLUT-4 v cytoplazmatické membráně c) sekundárně aktivní transport glc do buňky se nachází ve střevě a v ledvinách d) fosforylovaná glukóza není skrz membránu buňky transportována

20 O transportu glukózy platí: a) v krvi je přenášena ve vazbě na transportní protein b) inzulín zvyšuje počet přenašečů GLUT-4 v cytoplazmatické membráně c) sekundárně aktivní transport glc do buňky se nachází ve střevě a v ledvinách d) fosforylovaná glukóza není skrz membránu buňky transportována

21 Přehled metabolismu sacharidů katabolické dráhy glykogenolýza (odbourávání glykogenu) glykolýza: 1x glukóza 2x pyruvát, 2x NADH, 2xATP aerobně: pyruvát acetyl-coa Krebsův cyklus CO 2 anaerobně: pyruvát + NADH laktát pentózový cyklus: glukóza CO 2 + pentóza + 2x NADPH anabolické dráhy glukoneogeneze (syntéza Glc z necukerných látek) syntéza glykogenu syntéza mastných kyselin (z acetyl-coa) a zásob. tuků

22 Glykolýza - souhrn enzymy glykolýzy se vyskytují v cytoplazmě buněk všech tkání inzulin glykolýzu aktivuje, glukagon inhibuje; k inhibici dochází i při zvýšeném poměru ATP/ADP v buňce (= dostatek energie) a při ph glykolýza může probíhat i za anaerobních podmínek (na rozdíl od β-oxidace mastných kyselin, oxidace ketolátek a Krebsova cyklu) substrát: glukóza / produkty: 2x pyruvát, 2x NADH, 2x ATP za aerobních podmínek je NADH regenerováno v dýchacím řetězci, pyruvát je po přeměně na acetyl-coa (PDH v mitochondrii) oxidován v Krebsově cyklu (acetyl 2 CO 2 ); k přenosu redukčních ekvivalentů (= elektronů z NADH) do mitochondrie slouží tzv. člunky (OA/Mal/Asp, DHAP/GP) za anaerobních podmínek je NADH regenerováno v cytoplazmě laktátdehydrogenázou (LD): redukce pyruvátu na laktát; laktát je následně uvolněn z buňky do krve a metabolizován ve tkáních s aerobním metabolismem (myokard, játra) pro erytrocyty je anaerobní glykolýza jediným zdrojem energie; odbočkou z glykolýzy v nich vzniká 2,3-BPG (bisfosfoglycerát), který po navázání na hemoglobin snižuje afinitu hemoglobinu ke kyslíku kyslík je z hemoglobinu uvolněn do tkání

23 G L Y K O L Ý Z A spotřeba energie štěpení na 2 triózy produkce energie glykolýza = oxidační štěpení glukózy

24 glukóza vstupující do glykolýzy Obrázek převzat z: J.Koolman, K.H.Röhm / Color Atlas of Biochemistry, 2 nd edition, Thieme 2005

25 Tyto enzymy nutno znát! Obrázek převzat z (leden 2007)

26 Obrázek převzat z (leden 2007)

27 Glykolýza připravuje glukózu pro aerobní metabolismus, nebo může být hlavním zdrojem energie pro buňku (ery) Obrázek převzat z (leden 2007)

28 Produkty aerobní glykolýzy 2 Produkty anaerobní glykolýzy 2 NADH byl spotřebován na přeměnu pyruvátu na laktát Obrázek převzat z (leden 2007)

29 2,3-BPG shunt (odbočka) V ERYTROCYTECH: 2,3-BPG afnitu Hb k O 2 Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

30 regulační enzym hexokináza glukokináza 6-fosfofrukto- 1-kináza (PFK-1) hlavní regulace (klíčový enzym) pyruvátkináza Regulace glykolýzy aktivace inzulin (indukce) fruktóza-1-fosfát (játra) ATP / AMP fruktóza-2,6-bisfosfát (zvýšen při poměru inzulin / glukagon) inzulin (indukce) inzulin (indukce) fruktóza-1,6-bisfosfát (regulace krokem vpřed) inhibice glukóza-6-fosfát fruktóza-6-fosfát ATP / AMP citrát kyselé ph glukagon (represe, inhibice fosforylací) ATP / AMP acetyl-coa

31 NEVRATNÁ REAKCE Obrázek převzat z (leden 2007)

32 K m K m U červené křivky lze z osy x odečíst vyšší hodnotu K m enzym má nižší afinitu k substrátu (potřebuje ho větší množství, aby rychlost reakce dosáhla hodnoty V max /2) Obrázek převzat z (leden 2007)

33 NEVRATNÁ REAKCE Obrázek převzat z (leden 2007)

34 NEVRATNÁ REAKCE = fosforylace na substrátové úrovni (tvorba ATP, energii poskytuje makroergní sloučenina) Obrázek převzat z (leden 2007)

35 P i + = fosforylace na substrátové úrovni Obrázek převzat z (leden 2007)

36 Osud NADH+H + Obrázek převzat z (leden 2007)

37 Transport redukčních ekvivalentů do mitochondrie Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN MALÁT-ASPARTÁTOVÝ ČLUNEK

38 Obrázek převzat z (leden 2007)

39 GLYCEROLFOSFÁTOVÝ ČLUNEK Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

40 = transaminace = redukce = karboxylace = oxidační dekarboxylace Obrázek převzat z (leden 2007)

41 TEST: Při odbourání glukózy glykolýzou a) vznikají z jedné glukózy dva pyruváty b) se spotřebovávají 2 ATP c) jsou redukční ekvivalenty transportovány do mitochondrie člunkovým mechanismem d) může vznikat jako vedlejší produkt 2,3-bisfosfoglycerát

42 Při odbourání glukózy glykolýzou a) vznikají z jedné glukózy dva pyruváty b) se spotřebovávají 2 ATP c) jsou redukční ekvivalenty transportovány do mitochondrie člunkovým mechanismem d) může vznikat jako vedlejší produkt 2,3-bisfosfoglycerát

43 TEST: O regulaci glykolýzy platí a) regulační enzymy katalyzují nevratné reakce glykolýzy b) inzulín glykolýzu inhibuje c) glykolýza je inhibovaná při ATP/ADP d) regulační enzym glukokináza má vyšší afinitu pro glukózu než hexokináza

44 O regulaci glykolýzy platí a) regulační enzymy katalyzují nevratné reakce glykolýzy b) inzulín glykolýzu inhibuje c) glykolýza je inhibovaná při ATP/ADP d) regulační enzym glukokináza má vyšší afinitu pro glukózu než hexokináza

45 Glukoneogeneze - souhrn glukoneogeneze = syntéza glukózy z necukerných prekurzorů aktivována stresovými hormony (glukagon, adrenalin, kortizol), tj. ve stresu, včetně hladovění; inhibována je inzulinem, tj. po jídle probíhá hlavně v játrech (90%) a ledvinách (10%); při dlouhodobém hladovění se ledviny na syntéze glukózy podílejí větší měrou (až 40 %) substráty: nejméně 3-uhlíkaté molekuly (laktát,pyruvát,alanin,glycerol) laktát: regenerace glukózy metabolizované za anaerobních podmínek (Coriho cyklus: glc 2 pyr 2 lac 2 pyr glc) glycerol: při hladovění vzniká z odbourávaných TAG tukové tkáně meziprodukty Krebsova cyklu: všechny se mohou přeměnit na oxalacetát, což je meziprodukt glukoneogeneze; mezipruktem NENÍ acetyl-coa ( 2 CO 2 ) α-ketokyseliny: pyruvát, oxalacetát, α-ketoglutarát (vznikají transaminací aminokyselin: alaninu, aspartátu, glutamátu) glukogenní aminokyseliny: odbourávají se na meziprodukty Krebsova cyklu nebo na pyruvát pokud vychází z pyr (tj. i lac) a meziprod. Krebsova cyklu, tak začíná v mitochondrii; většina enzymů je v cytoplazmě společné s glykolýzou reg. enzymy katalyzují reakce, které nejsou obrácenou glykolýzou

46 glukóza vstupující do glykolýzy pyruvát vstupující do glukoneogeneze Obrázek převzat z: J.Koolman, K.H.Röhm / Color Atlas of Biochemistry, 2 nd edition, Thieme 2005

47 Glukoneogeneze probíhá jako obrácená glykolýza s výjimkou 3 reakcí! (= regulační reakce) Obrázek převzat z s/bioc462/462b/graphics/glycolysisgn GLehn4Fig14-16.jpg (prosinec 2007)

48 Glukoneogeneze = tvorba glukózy z necukerných prekurzorů Obrázek převzat z (prosinec 2007)

49 pouze v mitochondrii Obrázek převzat z (leden 2007)

50 Cyklus Coriových (Coriho cyklus) játra erytrocyty, sval Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

51 Glukózo-alaninový cyklus játra svaly Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

52 = tuk Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

53 Regulace glukoneogeneze regulační enzym pyruvátkarboxyláza fosfoenolpyruvát karboxykináza fruktóza-1,6- bisfosfatáza glukóza-6-fosfatáza aktivace acetyl-co A kortizol, glukagon (indukce) kortizol, glukagon (indukce) kortizol, glukagon (indukce) kortizol, glukagon (indukce) inhibice inzulin (represe) inzulin (represe) AMP / ATP fruktóza-2,6- bisfosfát (zvýšen při inzulin / glukagon) inzulin (represe) inzulin (represe)

54 Regulace glukoneogeneze Obrázek převzat z (leden 2007)

55 TEST: Glukoneogeneze a) vychází vždy z pyruvátu b) je katalyzována zcela stejnými enzymy jako glykolýza c) se podílí na přeměně uhlíkaté kostry mastných kyselin (např. kyseliny palmitové) na glukózu d) probíhá převážně v játrech a ledvinách

56 Glukoneogeneze a) vychází vždy z pyruvátu b) je katalyzována zcela stejnými enzymy jako glykolýza c) se podílí na přeměně uhlíkaté kostry mastných kyselin (např. kyseliny palmitové) na glukózu d) probíhá převážně v játrech a ledvinách

57 TEST: O regulaci glukoneogeneze platí: a) je aktivována glukagonem b) regulační enzymy glukoneogeneze jsou shodné s regulačními enzymy glykolýzy c) glukoneogeneze je aktivována při hladovění d) mezi regulační enzymy glukoneogeneze patří pyruvátkarboxyláza

58 O regulaci glukoneogeneze platí: a) je aktivována glukagonem b) regulační enzymy glukoneogeneze jsou shodné s regulačními enzymy glykolýzy c) glukoneogeneze je aktivována při hladovění d) mezi regulační enzymy glukoneogeneze patří pyruvátkarboxyláza

59 Glykogen - struktura větvený polymer glukózy (= glukan), na každé Glc větev α(1 4) vazby v lineárním řetězci, větev připojena α(1 6) jeden redukující konec, ostatní konce neredukující (větve) v buňce bývá na redukujícím konci kovalentně navázán na protein glykogenin (= enzym zahajující syntézu glykogenu) glykogen je uložen v cytoplazmě buněk bohatě hydratované glykogenové inkluze, histochemický průkaz PAS reakcí vyskytuje se v mnoha tkáních, nejvíce v játrech (10 % hmotnosti tkáně, 100 g celkem) a svalech (2 %, 400 g celkem) kromě jater využívají ostatní tkáně glykogenové zásoby glukózy jen pro svou vlastní potřebu jaterní glykogen je hlavním zdrojem krevní Glc na počátku hladovění

60 GLYKOGEN (Glc) n OH neredukující konec redukující konec Obrázek převzat z (říjen 2007)

61 Glykogen - degradace v potravě obsažen v mase, trávicí enzym: α-amyláza (hydroláza) v buňce je odbouráván glykogen fosforylázou (transferáza) větve odstraňovány odvětvovacím enzymem (transferáza), vazbu α(1 6) štěpí glykosidáza (hydroláza) hlavní degradační produkt: glukóza-1-fosfát (izomerován na Glc-6-P mutázou); fosfát pochází z anorg. fosfátu nikoli z ATP pro uvolnění glukózy do krve je nezbytná Glc-6-fosfatáza (v endoplazmatickém retikulu, chybí ve svalech) část glykogenu se v buňce odbourává v lyzosomech porucha degradace: glykogenózy ( střádavá onemocnění ), různé typy, postihují jednu nebo více tkání, různě těžký průběh (smrt v dětství či jen přechodné problémy během života); játra: hypoglykémie, sval: slabost, křeče; obecně: zvětšení orgánů

62 Obrázek převzat z (leden 2007)

63 P i glykogen glukóza ATP ADP Obrázek převzat z (leden 2007)

64 Množství glykogenu v játrech během dne Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

65 Glykogen - syntéza nutný primer: zbytek glykogenu nebo enzym glykogenin substrát: UDP-glukóza (Glc Glc-6-P Glc-1-P + UTP UDP-glc) enzym glykogen syntáza: α(1 4) a větvící enzym: α(1 6) glykogen při syntéze narůstá na neredukujících koncích: UDP aktivuje glukózu na uhlíku číslo 1 (UDP-1-Glc) vytváří se α(1 4) O-glykosidová vazba mezi glykogenem a glukózou, tj. glukóza se váže na 4. uhlík koncové glukózy glykogenu (= neredukující konec) takto je metabolismus glykogenu rychlý: syntéza i odbourávání může probíhat současně na mnoha koncových větvích glykogenu (neredukující konce) z tohoto důvodu je i produktem štěpení glykogenu glukóza-1-p

66 Metabolismus glykogenu animace Obrázek převzat z (leden 2007)

67 Obrázek převzat z (leden 2007)

68 Regulace metabolismu glykogenu regulační enzym glykogenfosforyláza (degradace glykogenu) glykogensyntáza (syntéza glykogenu) aktivace glukagon, adrenalin (fosforylace) ATP / AMP Ca 2+ (ve svalu) inzulin (indukce) glukóza-6-fosfát inhibice ATP / AMP glukóza-6-fosfát glukóza glukagon, adrenalin (fosforylace)

69 TEST: Glykogen a) je syntetizován glykogenfosforylázou b) slouží jako zdroj krevní glukózy při hladovění c) je odbouráván při poměru inzulin/glukagon d) se syntetizuje z UDP-glukózy

70 Glykogen a) je syntetizován glykogenfosforylázou b) slouží jako zdroj krevní glukózy při hladovění c) je odbouráván při poměru inzulin/glukagon d) se syntetizuje z UDP-glukózy

71 Pentózový cyklus - souhrn také hexózomonofosfátový zkrat neboť je zde oxidována a štěpena glukóza ve formě monofosfátu (narozdíl od glykolýzy) jde o alternativní oxidační štěpení glukózy v buňce pomocí NADP +, cyklus může být chápán jako odbočka glykolýzy nevzniká zde žádné ATP ani NADH či FADH 2, tj. neslouží k tvorbě energie pro buňku (není propojen s dých. řetězcem) substrát: Glc-6-P / produkty: CO 2, 2 NADPH, různé monosacharidy (jejich fosfáty), hlavně Rib-5-P regulační enzym: glc-6-p-dehydrogenáza, jeho genetický defekt je příčinou hemolytické anemie; regulován poměrem NADP + /NADPH; inzulin zvyšuje syntézu reg. enzymu 2 části: oxidační (nevratná) a přeměna sacharidů (vratná) pentózový cyklus běží buď jako cyklus (produkce NADPH), nebo funguje jako zdroj Rib-5-P pro syntézu nukleotidů

72 Pentózový cyklus oxidační fáze (nevratná) vzájemné přeměny sacharid-monop (vratné) Obrázek převzat z (prosinec 2006)

73 Obrázek převzat z (prosinec 2006)

74 syntéza nukleotidů meziprodukty glykolýzy Obrázek převzat z (prosinec 2006)

75 Obrázek převzat z (prosinec 2006)

76 Obrázek převzat z (prosinec 2006)

77 Regulace pentózového cyklu probíhá na úrovni dostupnosti substrátů a odčerpávání produktů NADPH / NADP + reakce vyžadující NADP + jsou inhibovány nedostatkem tohoto koenzymu

78 TEST: Pentózový cyklus a) je zdrojem NADH+H + b) zahrnuje reakce schopné přeměnit glukózu na 6 CO 2 c) je regulován na úrovni glukóza-6-fosfát dehydrogenázy d) je propojen s glykolýzou přes glc-6-p, fruktóza-6-p a glyceraldehyd-3-p

79 Pentózový cyklus a) je zdrojem NADH+H + b) zahrnuje reakce schopné přeměnit glukózu na 6 CO 2 c) je regulován na úrovni glukóza-6-fosfát dehydrogenázy d) je propojen s glykolýzou přes glc-6-p, fruktóza-6-p a glyceraldehyd-3-p

80 zdroj: Fruktóza sacharóza (Glc-Fru): štěpena sacharázou ve střevě volná v ovoci ( ovocný cukr = fruktóza) a medu část fruktózy se přeměňuje na glukózu už ve střevě, metabolizována je hlavně v játrech fruktokináza (Fru-1-P), hexokináza (Fru-6-P) aldoláza B (defekt: vrozená intolerance fruktózy) fruktóza nezvyšuje produkci inzulinu, její vstup do buněk i metabolismus je na inzulinu nezávislý fruktóza aktivuje glykolýzu (glukokinázu) a sama je metabolizována rychleji než Glc (nejde přes PFK-1) osud: glykolýza, lipogeneze; syntéza mannózy (pro glykoproteiny)

81 Metabolismus fruktózy v játrech syntéza TAG = aldoláza B glykolýza nebo glukoneogeneze Obrázek převzat z (leden 2007)

82 Sorbitol cukerný alkohol vznikající redukcí karbonylové skupiny fruktózy nebo glukózy (alternativní název: glucitol) glucitol jako umělé sladidlo (E420) se vstřebává v távicím traktu jen málo (polární látka) enzym aldóza reduktáza (glukóza sorbitol; NADPH): v mnoha tkáních, významný v játrech, sítnici, oční čočce, periferních nervech a ledvinách (problémy u pacientů s hyperglykemií: osmoticky aktivní sorbitol zadržuje v buňkách vodu, změna osmolarity je příčinou šedého zákalu, periferní neuropatie a cévních problémů vedoucích k poškození ledvin a oční sítnice) sorbitol je dále oxidován na fruktózu sorbitol dehydrogenázou (sorbitol fruktóza; NAD + ): významné v játrech a semenných váčcích (spermie získávají energii z Fru)

83 Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

84 TEST: Fruktóza a) může být fosforylována buď na fru-6-p nebo na fru-1-p b) může být v těle přeměněna na tuk c) po přeměně na fru-1-p inhibuje glukokinázu d) nemůže být v těle přeměněna na glukózu

85 Fruktóza a) může být fosforylována buď na fru-6-p nebo na fru-1-p b) může být v těle přeměněna na tuk c) po přeměně na fru-1-p inhibuje glukokinázu d) nemůže být v těle přeměněna na glukózu

86 Galaktóza koncentrace v krvi: 0 0,3 mm zdroj: laktóza (Gal-Glc) štěpena laktázou ve střevě; vzniká i štěpením glykoproteinů a glykolipidů v lyzosomech syntéza: z glukózy (galaktóza je 4-epimer glukózy) vstup do buněk je nezávislý na inzulinu galaktokináza (Gal-1-P), v mnoha buňkách galaktóza se přeměňuje hlavně v játrech na glukózu uridyltransferáza: Gal-1-P + UDP-Glc UDP-Gal + Glc-1-P epimeráza: UDP-Gal UDP-Glc defekt galaktokinázy nebo uridyltransferázy: galaktosemie využití: glykoproteiny, glykolipidy, glykosaminoglykany, laktóza mateřského mléka

87 Metabolismus galaktózy epimerizace probíhá na úrovni UDPderivátů Obrázek převzat z (leden 2007)

88 součást glykoproteinů (gp) Mannóza 2-epimer glukózy, ale nevzniká epimerací Glc, nýbrž z fruktózy (což je ketoizomer glukózy, >CO sk. v pozici 2) syntéza: Fru-6-P Man-6-P (izomerace); mannóza se touto cestou může i odbourávat (Fru-6-P je meziprodukt glykolýzy) z jejího derivátu N-acetylmannózaminu a z pyruvátu vzniká kyselina neuraminová: její deriváty označované jako sialové kyseliny (Sia, NeuAc) jsou také součástí glykoproteinů (vázány na koncích oligosacharidových větviček gp, nejsou v rostlinných glykoproteinech); mají záporný náboj (-COO - ), odpuzováním se navzájem načechrávají strukturu glykoproteinu v prostoru stárnoucí gp krevní plazmy ztrácejí tyto koncové struktury Sia a jsou tak rozeznány buňkami a odbourány

89 GLYKOPROTEINY Obrázek převzat z knihy: J.Koolman, K.H.Röhm / Color Atlas of Biochemistry, 2 nd edition, Thieme 2005

90 Syntéza aminocukrů aminocukry vznikají z Fru-6-P amidací pomocí Gln, acetylací aminodusíku a následnou izomerací (Glc/Gal) (duben 2012)

91 ABO systém Obrázek převzat z (březen 2007)

92 PROTEOGLYKANY osový protein + glykosaminoglykany (GAG) (aminocukr-uronová kys.) n Obrázek převzat z (říjen 2007)

93 Syntéza kys. glukuronové syntéza glykosaminoglykanů konjugační reakce v játrech Obrázek převzat z (leden 2007)

94 TEST: Glukóza může být v těle přeměněna na a) ribózu: za využití reakcí pentózového cyklu b) fruktózu, např. přes glucitol c) kyselinu glukuronovou: oxidací glukózy na C1 d) galaktózu: galaktóza je 2-epimer glukózy

95 Glukóza může být v těle přeměněna na a) ribózu: za využití reakcí pentózového cyklu b) fruktózu, např. přes glucitol c) kyselinu glukuronovou: oxidací glukózy na C1 d) galaktózu: galaktóza je 2-epimer glukózy

96 Klinické souvislosti (více viz. poznámky) glykemická křivka (normální a snížená tolerance glc, DM) - ogtt glykemický index (rychlost nárůstu glykémie po jídle) - GI vláknina (rozpustná a nerozpustná) glykace proteinů (glykovaný hemoglobin, fruktózamin) glykosurie (ledvinný práh pro glukózu) glykorachie (koncentrace glc v mozkomíšním moku) laktátová acidóza (metabolická acidóza) hemolytické anemie (při defektech enzymů glykolýzy a pent. cyklu) metabolismus svalu (anaerobní a aerobní cvičení)

97 poznámky 1) nárůst glykémie po požití sacharidů se testuje pomocí ogtt (vypití nápoje obsahujícího 75 g glukózy / 300 ml, měří se glykemie nalačno, za 60 a 120 min. po vypití) - maximum glykémie je za min., do 120 min. se vrací k normálu; u porušené glukózové tolerance je po 60 min. glykémie vyšší než 11 mm, ale po 120 min. je již nižší, zatímco u DM zůstává zvýšená nad 11 mm i po 120 min. (= potvrzení diabetu; méně než 7,8 mm po 120 min. DM vylučuje) tvar glykemické křivky závisí na rychlosti vstřebávání (strmost vzestupné části), výška píku ukazuje na funkci jater, sestupná část křivky odpovídá odezvě těla na inzulin glykemický index potravin udává jak sacharidy (50 g) dané potraviny zvyšují glykemii po jídle ve srovnání s podáním stejného množství čisté glukózy: plocha pod křivkou po požití potraviny dělená plochou pod křivkou po požití glukózy, vyjadřuje se v %; do 55 jde o nízký GI (= vhodné potraviny, např. celozrnné pečivo, zelenina, rýže: zvyšují glykemii pozvolna, tj. dochází jen k menšímu vyplavení inzulinu); GI nad 75 je vysoký, díky vyplavení více inzulinu se syntetizuje i více TAG (bílé pečivo, pivo) vláknina (celulóza, pektin, hemicelulózy) zvětšuje objem tráveniny, zpomaluje vstřebávání látek, urychluje pasáž střevy a tím i kontakt škodliviny se střevní sliznicí, změkčuje stolici (váže vodu), vyloučí se víc cholesterolu a žlučových kyselin - tím se snižuje cholesterolémie; rozpustná vláknina (např. pektin) je metabolizována střevními bakteriemi - produkty (krátké karboxylové kyseliny) slouží jako zdroj energie pro kolonocyty glykace proteinů probíhá neenzymaticky: Schiffova báze (aldimin) mezi Glc a primární -NH 2 skupinou proteinu; po čase dochází k přesmyku: Amadoriho produkt (ketoamin, fruktózamin), který je nevratný; u proteinů s dlouhým biologickým poločasem (v endotelu, myelinových pochvách, glomerulární membráně, sítnici) dochází po týdnech a měsících k oxidaci navázané Glc a vznikající produkty se váží na další místa v proteinu (cross links), což poškozuje jeho funkci (neuropatie, retinopatie, glomeruloskleróza, gangréna dolních končetin u diabetiků - díky vzniku tzv AGE = advanced glycation end-products); glykuje se nejen hemoglobin (do 4,5% dobrá kompenzace diabetu, nad 6% neuspokojivá), ale i albumin a ApoB100 (ateroskleróza)

98 Glykovaný hemoglobin fruktóza

99 poznámky 2) ke glykosurii dochází pokud je alespoň 15 minut glykemie zvýšená nad 10 mm: profiltrovaná glukóza se z primární moči nevstřebá všechna zpět do krve; při poškození ledvin může ke glykosurii dojít i při nižších glykemiích (2,8 mm), u diabetické glomerulosklerózy může být bez glykosurie i vysoká glykemie (19 mm) glykorachie (v moku z lumbální punkce) bývá 60% z hodnoty glykemie odebrané 4 hod. před odběrem moku; nízké hodnoty bývají u bakteriálních infencí (meningitida), nádorech či krvácení do mozku, kdy současně roste v moku koncentrace laktátu z anaerobní glykolýzy bakterií, nádorových buněk, erytrocytů při nadprodukci laktátu v těle (hypoxie tkání, anaerobní cvičení) dokází k poklesu ph krve (laktátová acidóza) - měří se koncentrace laktátu v krvi při defektu některého z enzymů glykolýzy (např. pyruvátkinázy) nebo glukóza-6- fosfát dehydrogenázy pentózového cyklu jsou postiženy erytrocyty předčasnou lýzou: nedostatečná glykolýza produkuje méně ATP - v buňce se hromadí Na +, táhne za sebou vodu, erytrocyt zvětšuje objem a dříve praskne; pokud pentózový cyklus neprodukuje dostatek NADPH, není erytrocyt dostatečně chráněn proti oxidačnímu stresu - dochází k poškození membrány a hemolýze při intenzivní svalové práci (sprint, zvedání činek) je sval méně okysličován a energii získává anaerobní glykolýzou; laktát se hromadí v buňce a snižuje ph, které inhibuje glykolýzu a způsobí vyčerpání svalů, bolest; odstarnění laktátu ze svalu probíhá dostatečně až po ukončení svalové práce; při aerobním cvičení jsou oxidovány mastné kyseliny, pro vstup acetyl-coa do Krebsova cyklu je nezbytný dostatek oxalacetátu, který vzniká hlavně z pyruvátu - tj. i při aerobním cvičení sval potřebuje utilizovat určité množství glukózy