Odbourávání a syntéza glukózy

Transkript

1 Odbourávání a syntéza glukózy Josef Fontana EB - 54

2 Obsah přednášky Glukóza význam glukózy pro buňku, glykémie role glukózy v metabolismu transport glukózy přes buněčné membrány enzymy fosforylující a defosforylující glukózu Jednotlivé dráhy metabolismu sacharidů glykolýza a glukoneogeneze

3 Glukóza Význam glukózy pro buňku, glykémie

4 Glukóza Centrální postavení v metabolismu sacharidů Všechny vstřebané sacharidy se na ní mohou přeměnit Každý sacharid v těle se z ní dá syntetizovat

5 Glukóza Univerzální energetický substrát - je možno z ní získávat energii i za nepřítomnosti O 2 Některé tkáně striktně závislé na Glc: 1) erytrocyty (žádné mitochondrie) 2) buňky CNS (při dlouhodobém hladovění se přizpůsobí - z 50% využívají ketolátky)

6 Glykémie Koncentrace glukózy v krvi Normální hodnota nalačno: 3,3 5,6 mmol/l Po jídle může přechodně být až 7,1 mmol/l Citlivá regulace: 1) inzulín - snižuje glykémii 2) glukagon, adrenalin, růstový hormon, kortisol - zvyšují glykémii

7 Glukóza Role glukózy v metabolismu

8 Role glukózy v metabolismu

9 Glc-6-P

10 Glukóza Transport glukózy přes buněčné membrány

11 Transport glukózy přes membrány Dva odlišné mechanismy: sekundárně aktivní transport pomocí SGLT-1,2: vstřebávání Glc z lumen GIT, či proximálního tubulu ledvin facilitovaná difúze díky GLUT 1 7: přenos glukózy mezi krví a buňkami

12 Obrázek převzat z Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley Liss, Inc., New York, 1997.

13 GLUT 1-7 GLUT 1 erytrocyty, hematoencefalická bariéra GLUT 2 játra, ledviny, β-buňky pankreatu, enterocyty GLUT 3 mozek GLUT 4 tuková tkáň, kosterní svalovina, srdce; inzulin senzitivní inzulin zvyšuje jejich množství

14 Glukóza Enzymy fosforylující a defosforylující glukózu

15 Fosforylace glukózy Tvorba Glc-6-fosfátu za spotřeby ATP První krok metabolismu Glc (přeměna neutrální molekuly Glc na anion) - takto modifikovaná Glc je aktivovaná a schopná se dále metabolizovat Dva izoenzymy: glukokinasa a hexokinasa Nevratná reakce: Glc se ale může z Glc-6-P tvořit odštěpením anorganického fosfátu

16 Fosforylace glukózy Glukokinasa - hepatocyty a β-buňky pankreatu aktivní při vyšších glykémiích (K M = 10 mm) vysoké koncentrace Glc v portální krvi po jídle - játra musí vychytat Glc β-buňky reagují na vyšší glykémii sekrecí inzulínu Hexokinasa - ostatní tkáně maximálně aktivní i při glykémii (K M = 0,1 mm) inhibice produktem - Glc-6-P

17 Obrázek převzat z

18 Glukosa-6-fosfatasa Mění Glc-6-P na glukózu Přítomna v játrech, ledvinách, enterocytech Vázaná na hladké endoplazmatické retikulum Glc-6-P transportuje do ER translokáza Kompartmentace slouží k tomu, aby vznikající Glc nebyla ihned zpět fosforylována na Glc-6-P

19

20 Jednotlivé dráhy metabolismu sacharidů Glykolýza a glukoneogeneze

21 Glykolýza Přeměna glukózy na 2 molekuly pyruvátu/laktátu Cytoplazma všech buněk 1) Produkce energie jediná dráha (pro zisk E), jež probíhá i anaerobně (erytrocyty, pracující sval) 2) Zdroj AcCoA pro syntézu MK

22 G L Y 1. fáze K O L 2. fáze Ý Z A 3. fáze

23 Reakce glykolýzy

24 Metabolický osud pyruvátu Větvící bod glykolýzy Osud pyruvátu závisí na: oxidačním stavu buňky (dostatek O 2 ) udržování stálého redoxního stavu buněk NADH musí být reoxidováno na NAD + Aerobní glykolýza produkuje mnohem více ATP než anaerobní glykolýza

25 Metabolický osud pyruvátu Aerobně: přenos pyruvátu do matrix MIT - přeměna na AcCoA (KC, tvorba MK) Anaerobně a erytrocyty: pyruvát laktát (laktátdehydrogenáza) uvolnění do oběhu Pyr + NADH + H + laktát + NAD + reversibilní reakce - poměr lac/pyr odráží poměr NADH + H + / NAD + obnovené NAD + je koenzymem pro Gra-3- fosfátdh, bez níž by se glykolýza zastavila

26 2,3-BPG shunt V erytrocytech: 2,3-BPG afinitu Hb ke O 2 Obrázek byl převzat z Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley Liss, Inc., New York, ISBN

27 Regulace glykolýzy Regulační body v glykolýze: 6-fosfofrukto-1-kináza (PFK-1) pyruvátkináza hexokináza (tvorba Glc-6-P) katalyzují nevratné exergonní reakce Hlavním regulačním bodem je 6- fosfofrukto-1-kináza

28 6-fosfofrukto-1-kináza Allosterický enzym ATP / AMP vede k inhibici glykolýzy Inhibuje citrát a kyselé ph (protony) Fruktóza-2,6-bisfosfát (Fru-2,6-P) je aktivátor glykolýzy Aktivace inzulínem, inhibice kontraregulačními hormony (glukagon)

29

30 Glukoneogeneze Tvorba Glc z necukerných substrátů Po vyčerpání zásob jaterního glykogenu je jediným zdrojem Glc pro tkáně, jež ji nezbytně potřebují Umožňuje přežít delší hladovění Aktivuje se už ráno po nočním hladovění

31

32 Glukoneogeneze C3 a C4 prekurzory: laktát, pyruvát, glycerol, glukogenní AK: Ala, Gln,, propionát Hepatocyty, tubulární buňky ledvin a enterocyty - mají Glc-6fosfatázu Lokalizována v matrix mitochondrie a cytozolu

33 Glukoneogeneze Mohla by probíhat obrácením glykolýzy Některé reakce glykolýzy jsou ale nevratné a v glukoneogenezi je obcházíme použitím odlišných enzymů = bypass 1, 2 a 3. Tři ireversibilní reakce v glykolýze katalyzují: pyruvátkináza 6-fosfofrukto-1-kináza hexokináza/glukokináza

34 Bypass 1 Transport Pyr do matrix mitochondrie Karboxylace Pyr na OAA pomocí pyruvátkarboxylázy (spotřeba ATP)

35 Bypass 1 Přenos vzniklého OAA do cytozolu (transaminace na Asp či redukce na malát) Přeměna OAA na PEP pomocí PEPkarboxykinázy (spotřeba GTP při dekarboxylaci OAA)

36

37 Bypass 2: hydrolýza Fru-1,6- bisp na Fru-6-P (fruktóza-1,6- bisfosfatáza) Bypass 3: Hydrolýza Glc-6-P na Glc (Glc- 6-fosfatáza)

38 Glukoneogeneze je energeticky vysoce náročný děj Bilanci vyjadřuje rovnice: 2 Pyr + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 2 H H 2 O Glc + 4 ADP + 2 GDP + 6 P i + 2 NAD +

39 Substráty pro glukoneogenezi - Coriho cyklus and muscle Obrázek byl převzat z Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley Liss, Inc., New York, ISBN

40 Substráty pro glukoneogenezi - Glukóza-alaninový cyklus

41 Substráty pro glukoneogenezi Aminokyseliny uhlíkaté skelety všech AK (kromě Leu a Lys) se degradují buď přímo na Pyr či na meziprodukty KC Glycerol fosforylace glycerolu na glycerol-3-p (glycerolkináza) následuje dehydrogenace na dihydroxyaceton-p (glycerolfosfátdh)

42 Regulace glukoneogeneze Aktivní při nedostatku Glc - hladovění Patologické stavy (stres v důsledku sepse, polytraumat, popálenin, ) Aktivují stresové hormony, inhibuje inzulin Hlavní regulační enzymy: pyruvátkarboxyláza Fru-1,6-bisfosfatáza a Glc-6-fosfatáza

43 Regulace glukoneogeneze 1) Pyruvátkarboxylázu aktivuje AcCoA 2) PEP karboxykinázu, Fru-1,6- bisfosfatázu a Glc-6-fosfatázu regulují stejné vlivy jako reakce glykolýzy, pouze v opačném směru Např. Fru-1,6-bisfosfatázu aktivuje glukagon a citrát, inhibuje AMP a Fru-2,6- bisp

44