Intermediární metabolismus - SOUHRN - 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
Citrátový cyklus jako zdroj substrátů pro syntézu různých látek Obrázek převzat z http://www.tcd.ie/biochemistry/iubmb-nicholson/gif/13.html (prosinec 2006)
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)
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
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)
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)
Golgiho aparát posttranslační modifikace proteinů třídění proteinů export proteinů (tvorba sekrečních váčků) proteosyntéza Ribosomy Jádro replikace a transkripce DNA syntéza RNA
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 )
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 (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
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)
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
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
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)