Intermediární metabolismus Vladimíra Kvasnicová
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
Glykogen neredukující konec redukující konec Obrázky převzaty (květen 2007) z http://www.wellesley.edu/chemistry/chem227/sugars/oligo/glycogen.jpg http://students.ou.edu/r/ben.a.rodriguez-1/glycogen.gif, http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255chem/mcb2.10.triacylglycerol.jpg
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)
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, 1997. ISBN 0-471-15451-2
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, 1997. ISBN 0-471-15451-2
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
Významné meziprodukty acetyl-co A pyruvát NADH
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!!!
aerobní glykolýza oxidací laktátu (LD) degradací některých AMK pyruvát acetyl-coa (PDH) laktát (laktátdehydrogenáza) alanin (alaninaminotransferáza) oxalacetát (pyruvátkarboxyláza) glukóza (glukoneogeneze)
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!
Nejdůležitější je znát odpověď na otázky: KDE? KDY? JAK? kompartmentace metabolických drah cyklus sytost-hlad regulace metabolismu
Kompartmentace metabolických drah Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/proceuc/c7x7metazoan.jpg (květen 2007)
Cyklus sytost-hlad (starve-feed cycle) popis vzájemného propojení metabolických drah za různých podmínek spolupráce různých tkání viz také http://www2.eur.nl/fgg/ow/coo/bioch/#english (Metabolic Interrelationships)
1) po jídle Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2
2) počátek hladovění Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2
3) hladovění Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2
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, 1997. ISBN 0-471-15451-2
Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2
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, 1997. ISBN 0-471-15451-2
PO JÍDLE HLADOVĚNÍ hormony odpověď organismu zdroj glukózy osud glukózy inzulin glykémie lipogeneze proteosyntéza z potravy glykolýza tvorba zásob glukagon, adrenalin, kortizol glykémie lipolýza ketogeneze proteolýza ze zásob (glykogen) z glukoneogeneze glykolýza
PO JÍDLE HLADOVĚNÍ zdroj MK z TAG přijatých potravou ze zásobních TAG osud MK β-oxidace syntéza TAG β-oxidace ketogeneze zdroj AMK osud AMK z potravy proteosyntéza oxidace lipogeneze ze svalových proteinů glukoneogeneze
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
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
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
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)
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)
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
2. Syntéza nové molekuly enzymu: indukce substrátem nebo represe produktem (na úrovni transkripce) příklady: xenobiotika indukce cyt P450 hem represe delta-aminolevulát syntázy
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
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)
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!
Reverzibilní kovalentní modifikace: A) fosforylace proteinkinázou defosforylace proteinfosfatázou B) fosforylovaný enzym je buď aktivní nebo inaktivní (různé enzymy jsou ovlivňovány různě) Obrázek převzat z http://stallion.abac.peachnet.edu/sm/kmccrae/biol2050/ch1-13/jpegart1-13/05jpeg/05_jpeg_html/index.htm (prosinec 2006)
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