Intermediární metabolismus - SOUHRN - Vladimíra Kvasnicová

Transkript

1 Intermediární metabolismus - SOUHRN - Vladimíra Kvasnicová

2 Vztahy v intermediárním metabolismu (sacharidy, lipidy, proteiny) 1. po jídle (přísun energie z vnějšku) oxidace CO 2, H 2 O, urea + ATP tvorba zásob glykogen, TAG Urea

3 Glykogen neredukující konec redukující konec Obrázky převzaty (květen 2007) z

4 Vztahy v intermediárním metabolismu (sacharidy, lipidy, proteiny) 2. během lačnění a hladovění využití energetických zásob glykogen glukóza TAG mastné kyseliny tvorba nových energetických substrátů glukoneogeneze (glycerol, svalové proteiny) ketogeneze (zásobní TAG MK ketolátky)

5 Přísun různých energetických substrátů Zásoba energie Různé potřeby mtb Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

6 Produkce energie katabolismus sacharidů lipidů proteinů Využití energie syntéza makromolekul svalová kontrakce aktivní transport iontů termogeneze Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

7 Hlavní metabolické dráhy intermediárního metabolismu glykogeneze glukoneogeneze lipogeneze syntéza MK ketogeneze proteosyntéza syntéza močoviny glykogenolýza glykolýza lipolýza β-oxidace odbourávání ketolátek proteolýza odbourávání AMK CITRÁTOVÝ CYKLUS, DÝCHACÍ ŘETĚZEC

8 Významné meziprodukty acetyl-co A pyruvát NADH

9 Citrátový cyklus jako zdroj substrátů pro syntézu různých látek Obrázek převzat z (prosinec 2006)

10 pyruvát (PDH) tj. z glukózy aminokyseliny (degrad.) z proteinů mastné kyseliny (β-oxidace) z TAG ketolátky (degrad.) z MK acetyl-coa citrátový cyklus, DŘ CO 2, H 2 O, ATP syntéza MK syntéza ketolátek syntéza cholesterolu syntéza glukózy!!!

11 aerobní glykolýza oxidací laktátu (LD) degradací některých AMK pyruvát acetyl-coa (PDH) laktát (laktátdehydrogenáza) alanin (alaninaminotransferáza) oxalacetát (pyruvátkarboxyláza) glukóza (glukoneogeneze)

12 aerobní glykolýza PDH reakce β-oxidace citrátový cyklus oxidace ethanolu NADH pyruvát laktát dýchací řetězec reoxidace na NAD + energetická zásoba ve formě ATP! NEZBYTNÝ PŘÍSUN KYSLÍKU!

13 Nejdůležitější je znát odpověď na otázky: KDE? KDY? JAK? kompartmentace metabolických drah cyklus sytost-hlad regulace metabolismu

14 Kompartmentace metabolických drah Obrázek převzat z (květen 2007)

15 glykolýza Cytoplazma glukoneogeneze (z oxalacetátu nebo glycerolu) metabolismus glykogenu pentózový cyklus syntéza mastných kyselin syntéza neesenciálních aminokyselin transaminační reakce syntéze močoviny (část; pouze v játrech!) syntéza hemu (část) metabolismus purinových a pyrimidinových nukleotidů

16 Mitochondrie pyruvátdehydrogenázový komplex (PDH) začátek glukoneogeneze β-oxidace mastných kyselin syntéza ketolátek (pouze v játrech!) oxidační deaminace glutamátu transaminační reakce citrátový cyklus dýchací řetězec (vnitřní mitochondriální membrána) aerobní fosforylace (vnitřní mitoch. membrána) syntéza hemu (část) syntéza močoviny (část)

17 Endoplazmatické retikulum Hladké ER syntéza TAG a fosfolipidů elongace a desaturace MK syntéza steroidů biotransformace xenobiotik glukóza-6-fosfatáza Drsné ER proteosyntéza (translace a posttranslační modifikace)

18 Golgiho aparát posttranslační modifikace proteinů třídění proteinů export proteinů (tvorba sekrečních váčků) proteosyntéza Ribosomy Jádro replikace a transkripce DNA syntéza RNA

19 Lyzosomy hydrolýza proteinů, sacharidů, lipidů a nukleových kyselin Peroxisomy oxidační reakce vyžadující O 2 využití peroxidu vodíku degradace MK s dlouhým řetězcem (od C 20 )

20 Cyklus sytost-hlad (starve-feed cycle) popis vzájemného propojení metabolických drah za různých podmínek spolupráce různých tkání viz také (Metabolic Interrelationships)

21 1) po jídle Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

22 2) počátek hladovění Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

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

24 4) těsně po najedení Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

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

26 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

27 živiny v krvi po JÍDLE při HLADOVĚNÍ hormony odpověď organismu zdroj glukózy inzulin glykémie lipogeneze proteosyntéza z potravy glukagon, adrenalin, kortizol glykémie lipolýza ketogeneze proteolýza ze zásob (glykogen) z glukoneogeneze osud glukózy glykolýza tvorba zásob glykolýza (zdroj energie)

28 živiny v krvi po JÍDLE při HLADOVĚNÍ zdroj FA osud FA z TAG přijatých potravou (v krvi: TAG v lipoproteinech) β-oxidace syntéza TAG ze zásobních TAG (v krvi: FA vázané na albuminu) β-oxidace ketogeneze zdroj AMK osud AMK z potravy proteosyntéza oxidace lipogeneze ze svalových proteinů glukoneogeneze

29 Metabolismus amoniaku: význam glutaminu syntéza nukleotidů ( nukleové kyseliny) detoxikace aminodusíku (transport -NH 2 ) syntéza citrulinu (propojení s močovinovým cyklem): příjem proteinů potravou (za sytosti) nebo degradace proteinů tělu vlastních (hladovění) koncentrace glutaminu

30 enterocyt: ledviny: játra: Gln citrulin krev ledviny citrulin Arg krev játra Arg urea + ornithin ornithin zvýšená rychlost SYNTÉZY MOČOVINY = detoxikace NH 3 pocházejícího z proteinů

31 Obecné principy regulací katabolické / anabolické dráhy poslední krok všech regulací: změna koncentrace aktivního enzymu (= regulační = klíčový enzym) regulační enzymy většinou alosterické katalyzují silně exergonickou reakci (nevratná!) nízká koncentrace v buňce

32 I. Regulace na úrovni organismu 1. přenos signálu mezi buňkami (signální molekuly) 2. přenos signálu přes buněčnou membránu 3. ovlivnění aktivity enzymu: indukce genové exprese syntéza enzymu mezipřeměna již existujících enzymů (fosforylace / defosforylace)

33 II. Regulace na úrovni buňky 1. kompartmentace metabolických drah 2. změna celkové koncentrace enzymu (na úrovni syntézy nového enzymu ) 3. změna aktivity enzymu (již existující enzym je aktivován nebo inaktivován)

34 1. Kompartmentace metabolických drah transport látek mezi kompartmenty různá distribuce enzymů různá distribuce substrátů a produktů ( transport) transport koenzymů následné procesy probíhají nedaleko od sebe

35 2. Syntéza nové molekuly enzymu: indukce substrátem nebo represe produktem (na úrovni transkripce) příklady: xenobiotika indukce cyt P450 hem represe delta-aminolevulát syntázy

36 3. Změna aktivity již existujícího enzymu a) ve vztahu k enzymové kinetice koncentrace substrátů (< K m ) dostupnost koenzymů využití produktů změny ph substrátová specifita - různá K m

37 3. Změna aktivity již existujícího enzymu b) aktivace nebo inaktivace enzymu kovalentní modifikace enzymů mezipřeměna: fosforylace / defosforylace štěpení prekurzorů (proenzym, zymogen) modulace aktivity pomocí modulátorů (ligandů): inhibice zpětnou vazbou (feed back) vzájemná regulace mezi drahami (cross regulation) regulace krokem vpřed (feed forward)

38 Fosforylace / defosforylace některé enzymy jsou aktivní pokud jsou fosforylované, jiné jsou inaktivní fosforylace: proteinkinázy donorem fosfátu je makroergní sloučenina (ATP!) defosforylace proteinfosfatáza produktem je anorganický fosfát!

39 Reverzibilní kovalentní modifikace: A) fosforylace proteinkinázou defosforylace proteinfosfatázou B) fosforylovaný enzym je buď aktivní nebo inaktivní (různé enzymy jsou ovlivňovány různě) Obrázek převzat z (prosinec 2006)

40 Modulátory enzymové aktivity (aktivátory, inhibitory) izosterická modulace: kompetitivní inhibice alosterická modulace: změna K m nebo V max T-forma (méně aktivní) nebo R-forma (více aktivní) významné modulátory: ATP / ADP

41 Shrnutí na závěr * aktivace metabolických drah je jiná po jídle (inzulin) a při hladovění (glukagon, katecholaminy, kortizol, růstový hormon) * v různých tkáních je intenzita průběhu různých mtb drah různá * dělníkem všech regulací na úrovni buňky jsou regulační enzymy * zdrojem energie pro buňky po jídle jsou živiny vstřebané z potravy * nadbytek živin se uloží do zásoby (glykogen, TAG), nadbytečný dusík se vyloučí z těla (močovina, NH 4+ ) * při hladovění se nejprve odbourává zásobní glykogen * dalším zdrojem glukózy při hladovění je glukoneogeneze * substrátem pro glukoneogenezi jsou aminokyseliny uvolňované ze svalových proteinů, glycerol ze zásobních TAG a laktát * s pokračujícím hladověním se odbourává stále více TAG, uvolněné FA jsou zdrojem energie pro buňky, v játrech se z nich tvoří ketolátky * s nárůstem koncentrace FA a ketolátek v krvi (alternativní energetický substrát využívaný i nervovou tkání) klesají požadavky na glukózu * díky tomu se snižuje odbourávání svalových proteinů (tvorba méně glc)

42