Odbourávání a syntéza glukózy Josef Fontana EB - 54
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
Glukóza Význam glukózy pro buňku, glykémie
Glukóza Centrální postavení v metabolismu sacharidů Všechny vstřebané sacharidy se na ní mohou přeměnit Každý sacharid v těle se z ní dá syntetizovat
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)
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
Glukóza Role glukózy v metabolismu
Role glukózy v metabolismu
Glc-6-P
Glukóza Transport glukózy přes buněčné membrány
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
Obrázek převzat z Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley Liss, Inc., New York, 1997.
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
Glukóza Enzymy fosforylující a defosforylující glukózu
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
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
Obrázek převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/glycolysis.html
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
Jednotlivé dráhy metabolismu sacharidů Glykolýza a glukoneogeneze
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
G L Y 1. fáze K O L 2. fáze Ý Z A 3. fáze
Reakce glykolýzy
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
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
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, 1997. ISBN 0 471 15451 2
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
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)
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
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
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
Bypass 1 Transport Pyr do matrix mitochondrie Karboxylace Pyr na OAA pomocí pyruvátkarboxylázy (spotřeba ATP)
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)
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)
Glukoneogeneze je energeticky vysoce náročný děj Bilanci vyjadřuje rovnice: 2 Pyr + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 2 H + + 4 H 2 O Glc + 4 ADP + 2 GDP + 6 P i + 2 NAD +
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, 1997. ISBN 0 471 15451 2
Substráty pro glukoneogenezi - Glukóza-alaninový cyklus
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)
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
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