Regulace metabolických drah na úrovni buňky. SBT 116 Josef Fontana

Podobné dokumenty
Regulace metabolických drah na úrovni buňky

Intermediární metabolismus. Vladimíra Kvasnicová

Intermediární metabolismus - SOUHRN - Vladimíra Kvasnicová

Glykolýza Glukoneogeneze Regulace. Alice Skoumalová

Metabolismus krok za krokem - volitelný předmět -

Propojení metabolických drah. Alice Skoumalová

Mechanismy hormonální regulace metabolismu. Vladimíra Kvasnicová

Přehled energetického metabolismu

Odbourávání a syntéza glukózy

1. Napište strukturní vzorce aminokyselin D a Y a vzorce adenosinu a thyminu

Enzymy. Vladimíra Kvasnicová

Metabolismus lipidů. Vladimíra Kvasnicová. doporučené animace:

METABOLISMUS SACHARIDŮ

Publikováno z 2. lékařská fakulta Univerzity Karlovy v Praze (

Regulace metabolizmu lipidů

Ukázky z pracovních listů z biochemie pro SŠ A ÚVOD

Biochemie jater. Eva Samcová

Metabolismus pentóz, glykogenu, fruktózy a galaktózy. Alice Skoumalová

Klinický detektivní příběh Glykémie

Ukládání energie v buňkách

Test pro přijímací řízení magisterské studium Biochemie Napište vzorce aminokyselin Q a K

Regulace enzymové aktivity

Metabolismus aminokyselin - testík na procvičení - Vladimíra Kvasnicová

Bioenergetika: úloha ATP. Bioenergetika: úloha ATP. Bioenergetika: úloha ATP. Intermediární metabolizmus a energetická homeostáza

Odbourávání lipidů, ketolátky

Energetický metabolizmus buňky

Metabolismus aminokyselin 2. Vladimíra Kvasnicová

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Glykolýza a neoglukogenese

Otázka: Metabolismus. Předmět: Biologie. Přidal(a): Furrow. - přeměna látek a energie

pátek, 24. července 15 BUŇKA

Buněčný metabolismus. J. Vondráček

Metabolismus mikroorganismů

Dýchací řetězec (DŘ)

Sylabus pro předmět Biochemie pro jakost

AMPK AMP) Tomáš Kuc era. Ústav lékar ské chemie a klinické biochemie 2. lékar ská fakulta, Univerzita Karlova v Praze

1. Napište strukturní vzorce aminokyselin E a W a vzorce guanosinu a uracilu

ENZYMY. RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D.

Obecný metabolismus.

sloučeniny C, H, O Cukry = glycidy = sacharidy staré názvy: uhlohydráty, uhlovodany, karbohydráty

Biochemie jater. Vladimíra Kvasnicová

Metabolismus aminokyselin. Vladimíra Kvasnicová

Centrální dogma molekulární biologie

19.b - Metabolismus nukleových kyselin a proteosyntéza

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Metabolismus lipidů - odbourávání. VY_32_INOVACE_Ch0212

Oxidace proteinů, tuků a cukrů jako zdroj energie v živých organismech

9. Citrátový cyklus, oxidační dekarboxylace pyruvátu a anaplerotické dráhy

METABOLISMUS SACHARIDŮ

Diabetes mellitus. úplavice cukrová - heterogenní onemocnění působení inzulínu. Metabolismus glukosy. Insulin (5733 kda)

Bp1252 Biochemie. #8 Metabolismus živin

DYNAMICKÁ BIOCHEMIE. Daniel Nechvátal ::

Buněčné dýchání Ch_056_Přírodní látky_buněčné dýchání Autor: Ing. Mariana Mrázková

Procvičování aminokyseliny, mastné kyseliny

Respirace. (buněčné dýchání) O 2. Fotosyntéza Dýchání. Energie záření teplo BIOMASA CO 2 (-COO - ) = -COOH -CHO -CH 2 OH -CH 3

5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku. 5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku

Enzymologie. Věda ležící na pomezí fyz. ch. a bioch. Zabývá se problematikou biokatalyzátorů.

Nukleové kyseliny. Nukleové kyseliny. Genetická informace. Gen a genom. Složení nukleových kyselin. Centrální dogma molekulární biologie

>>> E A1 + E A2. . aktivační energie potřebná k reakci bez přítomnosti katalyzátoru E A E A1. energie potřebná ke vzniku enzym-substrátového komplexu

Didaktické testy z biochemie 2

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Citrátový a glyoxylátový cyklus

Intermediární metabolismus CYKLUS SYTOST-HLAD. Vladimíra Kvasnicová

Rychlost chemické reakce je dána změnou Gibbsovy energie a aktivační energií: Tudíž zrychlení reakce pomocí katalýzy může být vyjádřeno:

Energetika a metabolismus buňky

Molekulární základy dědičnosti. Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA

Tomáš Kuˇ. cera. Ústav lékaˇrské chemie a klinické biochemie 2. lékaˇrská fakulta, Univerzita Karlova v Praze.

vysoká schopnost regenerace (ze zachovalých buněk)

2. Z následujících tvrzení, týkajících se prokaryotické buňky, vyberte správné:

Metabolismus sacharidů

Struktura a funkce biomakromolekul

REGULACE ENZYMOVÉ AKTIVITY

Metabolismus lipidů - SOUHRN -

ANABOLISMUS SACHARIDŮ

Citrátový cyklus. Tomáš Kučera.

Štěpení lipidů. - potravou přijaté lipidy štěpí lipázy gastrointestinálního traktu

CZ.1.07/2.2.00/ Obecný metabolismu. Cyklus trikarboxylových kyselin (citrátový cyklus, Krebsův cyklus) (8).

Důležité termíny enzymologie Kurz 2 / 210. Vladimíra Kvasnicová

Nejmenší jednotka živého organismu schopná samostatné existence. Výměnu látek Růst Pohyb Rozmnožování Dědičnost

Univerzita Karlova v Praze - 1. lékařská fakulta. Buňka. Ústav pro histologii a embryologii

11. Metabolismus lipidů

Sacharidy a polysacharidy (struktura a metabolismus)

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Metabolusmus lipidů - anabolismus

Integrace a regulace savčího energetického metabolismu

POZNÁMKY K METABOLISMU SACHARIDŮ

Metabolismus lipidů. (pozn. o nerozpustnosti)

Metabolismus acylglycerolů a sfingolipidů. Martina Srbová

Metabolismus aminokyselin II. Močovinový cyklus

Efektivní adaptace začínajících učitelů na požadavky školské praxe

Regulace glykémie. Jana Mačáková

CHEMICKÉ ZNAKY ŽIVÝCH SOUSTAV

Regulace enzymové aktivity

METABOLISMUS. Přeměna látek a energií. Souhrn všech procesů probíhajících v organismu s cílem získání a zpracování energie a stavebních látek

1. anabolismus (syntéza, asimilace) přeměna látek jednodušších na látky složitější

Toxikologie PřF UK, ZS 2016/ Toxikodynamika I.

METABOLISMUS SACHARIDŮ

Enzymy. Vladimíra Kvasnicová

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Metabolismus acylglycerolů a sfingolipidů. Martina Srbová

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK. Anotace. Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20. Číslo projektu:

Transkript:

Regulace metabolických drah na úrovni buňky SBT 116 Josef Fontana

Obsah přednášky Obecné principy regulace metabolických drah na úrovni buňky Regulace zajištěná kompartmentací metabolických dějů Změna absolutní koncentrace enzymu Modulace aktivity již existujícího enzymu

Obsah přednášky Přehled regulací jednotlivých metabolických drah Regulace dýchacího řetězce a aerobní fosforylace Regulace Krebsova cyklu Regulace oxidační dekarboxylace pyruvátu Regulace glykolýzy a glukoneogeneze Regulace metabolismu glykogenu Regulace pentózového cyklu Regulace lipolýzy a beta-oxidace Regulace ketogeneze Regulace syntézy mastných kyselin a triacylglycerolů Regulace syntézy cholesterolu Regulace močovinového cyklu Regulace syntézy purinových a pyrimidinových nukleotidů

Obecné principy regulace metabolických drah na úrovni buňky

Obecné principy regulací Aktivita metabolických drah je neustále monitorována a upravována tak, aby syntéza a degradace metabolitů uspokojila fyziologické požadavky buněk i celého organismu. Regulace je obecně založena buď na kompartmentaci metabolických dějů nebo na změně koncentrace aktivního regulačního enzymu (nejčastěji katalyzuje první rozhodující reakci metabolické dráhy, která bývá silně exergonická, tj. prakticky nevratná).

Regulační mechanismy na úrovni buňky 1) regulace zajištěná kompartmentací metabolických dějů 2) změna koncentrace aktivního regulačního enzymu a) změna absolutní koncentrace enzymu b) modulace aktivity již existujícího enzymu

Obecné principy regulace metabolických drah na úrovni buňky Regulace zajištěná kompartmentací metabolických dějů

Kompartmentace metabolických dějů The figure is found at http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/proceuc/c7x7metazoan.jpg (May 2007)

Kompartmentace metabolických dějů Eukaryotická buňka je membránami rozdělena na jednotlivé oddíly (kompartmenty). V jednotlivých oddílech buňky probíhají pouze určité metabolické dráhy. Ty jsou podmíněny odlišným enzymatickým vybavením kompartmentů a specifickými přenašeči v membránách.

Cytoplazma glykolýza glukoneogeneze metabolismus glykogenu pentózový cyklus syntéza mastných kyselin syntéza neesenciálních aminokyselin transaminace syntéza močoviny (část) syntéza hemu (část) metabolismus purinových a pyrimidinových nukleotidů

Mitochondrie pyruvátdehydrogenázová reakce počátek glukoneogeneze β-oxidace mastných kyselin syntéza ketolátek oxidační deaminace glutamátu transaminace citrátový cyklus dýchací řetězec (vnitřní mitochondriální membrána) aerobní fosforylace (vnitřní mitoch. membrána) syntéza hemu (část) syntéza močoviny (část)

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

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

Další organely Lysosomy hydrolýza proteinů, sacharidů, lipidů a nukleových kyselin kyselé ph: 4,5-5,0 Peroxisomy oxidační reakce vyžadující O 2 využití peroxidu vodíku (kataláza) degradace MK s dlouhým řetězcem (od C 20 )

Kompartmentace metabolických drah transport látek mezi kompartmenty různá distribuce enzymů různá distribuce substrátů a produktů (~ transport) transport koenzymů rychlost reakcí v jednotlivých oddílech buňky závisí hlavně na rychlosti přesunu substrátů na místo jejich přeměny a na rychlosti odčerpávání produktů jinými drahami nebo jen pryč z daného kompartmentu či z buňky

Kompartmentace metabolických drah Kompartmentace usnadňuje regulaci protichůdných dějů (např. syntéza mastných kyselin probíhá v cytoplazmě a jejich degradace v mitochondrii). Následné procesy probíhají nedaleko od sebe (KC a DŘ) - místní nahromadění vyšší koncentrace substrátu. Transport nadbytečného citrátu z mitochondrie do cytoplazmy (přenos AcCoA a regulace glykolýzy a syntézy MK).

Obecné principy regulace metabolických drah na úrovni buňky Změna absolutní koncentrace enzymu

Změna absolutní koncentrace enzymu Indukce (= aktivace) nebo represe (= inhibice) exprese genu kódujícího daný enzym. Transkripční faktor (induktor nebo represor) Působení TF je obvykle reverzibilní a často závislé na vazbě ligandu (ligand-dependentní TF). Jako ligandy působí mnohé signální molekuly, ale i různé metabolity. Regulace touto cestou trvá déle (hodiny až dny) než regulace aktivity již existujícího enzymu (sekundy, minuty).

Změna absolutní koncentrace enzymu Enzymy glukoneogeneze indukované glukokortikoidy Indukce enzymů monooxygenázového systému působením xenobiotik Hem inhibuje syntézu deltaaminolevulátsyntázy

Obecné principy regulace metabolických drah na úrovni buňky Modulace aktivity již existujícího enzymu

Modulace aktivity již existujícího enzymu Aktivita enzymu může být modulována: 1) kovalentními modifikacemi molekuly enzymu 2) zásahy, které ovlivňují enzymovou kinetiku

Kovalentní modifikace molekuly enzymu A) tvorba aktivních enzymů z neaktivních prekurzorů B) interkonverze enzymů

Tvorba aktivních enzymů z neaktivních prekurzorů přeměna neaktivního proenzymu v aktivní enzym jeho částečnou proteolýzou vede k rychlému zvýšení koncentrace aktivního enzymu trávicí enzymy, enzymy koagulační kaskády vyřazení takto aktivovaného enzymu je možné jen jeho proteolytickým odbouráním

Interkonverze enzymů enzym je aktivován / inhibován jiným enzymem většinou jako odpověď na hormonální signál nejčastěji jde o reverzibilní ATP-dependentní fosforylaci a defosforylaci hydroxylových skupin aminokyselin (serin, treonin, tyrosin) některé enzymy se fosforylací aktivují (glykogenfosforyláza), jiné jsou fosforylací inhibovány (glykogensyntáza). fosforylaci katalyzují proteinkinázy, defosforylaci zajišťují fosfatázy umožňuje rychlé přepínání mezi aktivní a neaktivní formou enzymu

The figure is found at: http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/memb/c11x11enzyme-cascade.jpg (December 2006)

Ovlivnění enzymové kinetiky 1) vliv koncentrace substrátů a produktů a hodnoty K, ph a M teploty 2) vliv přítomnosti modulátorů aktivity (aktivátorů nebo inhibitorů): regulace zpětnou vazbou, zkřížená regulace, regulace krokem vpřed

Vliv koncentrace substrátu a produktu Koncentrace substrátů je běžně mnohem nižší než hodnota Michaelisovy konstanty - nepatrná změna koncentrace substrátu tak vede ke změně rychlosti jeho přeměny. Odebírání produktu jedné reakce reakcí následnou (metabolické dráhy) nebo využití produktu jedné metabolické dráhy v metabolické dráze jiné, případně transport produktu do jiného oddílu buňky urychluje první reakci.

Vliv koncentrace substrátu

Vliv hodnoty ph a teploty ovlivnění aktivity enzymu změnou disociace funkčních skupin v aktivním centru enzymu (elektrostatické interakce při vazbě substrátu) v celé molekule enzymu (změna biologicky aktivní konformace enzymu v konformaci méně aktivní - např. přístup k aktivnímu centru) tepelná denaturace bílkovin každý enzym má své ph a teplotní optimum

The figure is found at: http://stallion.abac.peachnet.edu/sm/kmccrae/biol2050/ch1-13/jpegart1-13/05jpeg/05_jpeg_html/index.htm (December 2006) Každý enzym má Teplotní optimum ph optimum afinitu k substrátu

Modulátory aktivity aktivitu enzymů ovlivňuje vazba různých látek (aktivátory a inhibitory) nahromadění meziproduktu, nebo častěji konečného produktu metabolické dráhy inhibice regulačního enzymu (regulace zpětnou vazbou) meziprodukt (nebo produkt) jedné metabolické dráhy ovlivňuje aktivitu regulačního enzymu jiné metabolické dráhy (zkřížená regulace) meziprodukt ovlivňuje jeden z následujících enzymů metabolické dráhy (regulace krokem vpřed)

Principy regulace pomocí modulátorů regulace zpětnou vazbou zkřížená regulace regulace krokem vpřed http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/biologypages/e/enzymes.html

Inhibice enzymů The figure is found at: http://stallion.abac.peachnet.edu/sm/kmccrae/biol2050/ch1-13/jpegart1-13/05jpeg/05_jpeg_html/ind (December 2006)

Přehled regulací jednotlivých metabolických drah

Regulace dýchacího řetězce a aerobní fosforylace dostupnost O 2 poměr NADH / NAD + dostupnost ADP pro syntézu ATP UCP (uncoupling proteins = odpřahovače DŘ od aerobní fosforylace - snížení protonového gradientu)

Regulace Krebsova cyklu dostupnost substrátů odebírání produktů následnými reakcemi (NAD, FAD) Poměr ATP/ADP Citrátsyntáza Izocitrátdehydrogenáza (hlavní regulační enzym) 2-oxoglutarátdehydrogenáza

Regulace oxidační dekarboxylace pyruvátu interkonverzí pyruvátdehydrogenázového komplexu (PDH): fosforylovaný je inaktivní, defosforylovaný aktivní (= hlavní regulační mechanismus) kompetitivní inhibice produktem (acetyl- CoA a NADH) I: zvýšený poměr NADH / NAD +, acetyl- CoA A: inzulin

Regulace glykolýzy 1) hexokináza 2) glukokináza 3) 6-fosfofrukto-1-kináza (hlavní regulační enzym) 4) Pyruvátkináza Regulace PPK: A: zvýšený poměr AMP / ATP, fruktóza-2,6- bisfosfát (zvýšen při zvýšení poměru inzulin / glukagon), inzulin (indukce) I: zvýšený poměr ATP / AMP, citrát, kyselé ph

Regulace glukoneogeneze 1) pyruvátkarboxyláza 2) fosfoenolpyruvátkarboxykináza 3) fruktóza-1,6-bisfosfatáza 4) glukóza-6-fosfatáza obecná regulace (Ad 1) - 4)): A: kortizol a glukagon (indukce) I: insulin (reprece) Ad 3): I: zvýšený poměr AMP / ATP, fruktóza-2,6- bisfosfát (zvýšen při zvýšení poměru inzulin/glukagon) Ad 1): A: AcCoA

Regulace metabolismu glykogenu 1) glykogenfosforyláza (degradace glykogenu) 2) glykogensyntáza (syntéza glykogenu) Ad 1): A: glukagon, adrenalin (fosforylace), zvýšený poměr AMP / ATP, Ca 2+ (ve svalu) I: insulin, glukóza-6-fosfát Ad 2): A: inzulin (indukce), glukóza-6-fosfát I: glukagon, adrenalin (fosforylace)

Regulace pentózového cyklu NADPH / NADP + inhibuje regulační enzymy: glukóza-6-fosfát dehydrogenázu a 6-fosfoglukonát dehydrogenázu v podstatě jde o nedostatek NADP +

Regulace lipolýzy hormon-senzitivní lipáza (v adipocytech) A: katecholaminy, glukagon, ACTH (fosforylace) I: inzulin lipoproteinová lipáza (na endoteliích kapilár) A: inzulin, apolipoprotein C-II

Regulace beta-oxidace zvýšený přísun mastných kyselin (viz. regulace lipolýzy) rychlost transportu MK do mitochondrie: karnitin-palmitoyltransferáza I (karnitin-acyl transferáza): I: malonyl-coa a zvýšený poměr I/G poměr FAD/FADH 2 a NAD + /NADH (více redukovaných forem - inhibice) odebírání acetyl-coa následnými reakcemi

Regulace ketogeneze produkce acetyl-coa (= substrát) regulace je už na úrovni lipolýzy a beta-oxidace

Regulace syntézy MK 1) acetyl-coa karboxyláza (hlavní regulační enzym) 2) syntáza mastných kyselin Ad 1) A: citrát, inzulin, nízkotučná, energeticky bohatá vysokosacharidová dieta (indukce) I: acyl-co A (C 16 C 18 ), glukagon (fosforylace, represe), strava bohatá na lipidy, hladovění (represe)

Regulace syntézy TAG dostupnost acyl-coa (z MK syntetizovaných de novo nebo z MK uvolněných z TAG) lipoproteinová lipáza (významná pro skladování TAG v adipocytech) A: inzulin, apolipoprotein C-II fosfatáza kyseliny fosfatidové A: steroidní hormony (indukce)

Regulace syntézy cholesterolu HMG-CoA reduktáza A: inzulin, tyroxin (indukce) I: cholesterol, glukagon (represe), oxosteroly (represe), statiny

Regulace močovinového cyklu indukce enzymů dietou bohatou na proteiny nebo metabolickými změnami při hladovění při zvýšeném odbourávání AK se tvoří více Gln - doplňování ornithinu do močovinového cyklu ve vztahu k ABR: acidóza - inhibice močovinového cyklu (šetří se HCO 3- ) karbamoylfosfátsyntetáza I A: N-acetylglutamát N-acetylglutamátsyntetáza A: arginin

Regulace syntézy purinových a pyrimidinových nukleotidů PRPP-syntetáza I: purinové a pyrimidinové nukleotidy (nukleosiddp a nukleosidtp) - inhibice zpětnou vazbou Nukleosiddifosfátreduktáza A: nukleosidtrifosfáty I: deoxyadenosintrifosfát (datp)

Regulace syntézy purinových a pyrimidinových nukleotidů Klíčové regulační enzymy: Glutamin-PRDP-amidotransferáza (puriny) A: PRPP I: IMP, GMP, AMP (alosterická inhibice) karbamoylfosfátsyntetáza II (pyrimidiny) A: PRDP, ATP I: UTP