Pentosový cyklus a osudy glykogenu Eva Benešová
Pentosový cyklus pentosafosfátová cesta, fosfoglukonátová cesta nebo hexosamonofosfátový zkrat Funkce: 1) výroba NADPH 2) výroba ribosa 5-fosfátu 3) zpracování pentos na intermediáty glykolýzy / glukoneogeneze Všechny enzymy PC jsou v cytosolu. Kde je zapotřebí NADPH? -při redukčních syntesách a ochraně proti oxidativnímu stresu Kde je zapotřebí ribosa 5-fosfátu? - při syntese nukleotidů, koenzymů a NK
Oxidační fáze pentosového cyklu oxidoreduktasa Produkce NADPH, CO 2 a ribosa 5-fosfátu. Tkáně pro rozsáhlou syntesu MK (játra, tuková tkáň, mléčné žlázy) a syntesu cholesterolu a steroidních hormonů (játra, nadledvinky, pohlavní žlázy) vyžadují pro tyto syntesy NADPH z PC. Rychle se dělící buňky (kostní dřeň, kůže, střevní sliznice) využívají ribosu 5-fosfát z PC na výrobu RNA, DNA, ATP, NADH, FADH 2 a koenzymu A. hydrolasa oxidoreduktasa isomerasa Sumární rovnice pentosoveho cyklu resp. jeho oxidační fáze Glc-6-P + 2NADP + + H 2 O ribosa-5-p + CO 2 + 2NADPH + 2H +
Regenerační fáze pentosového cyklu Ve tkáních, kde je hlavní funkcí PC produkce NADPH (ribosa-5-fosfát není spotřebována v syntesách), jsou pentosy z oxidační fáze převedeny přes sérii reakcí přeuspořádávajících uhlíkaté kostry opět na glukosa 6-fosfát. (Tím je umožněna další produkce NADPH.) Enzymy typické pro tento cyklus jsou transketolasy a transaldolasy, ostatní enzymy se vyskytují i v glykolýze nebo glukoneogenezi. Veškeré reakce regenerační fáze jsou reversibilní.
Regenerační fáze pentosového cyklu Příklad transketolasové reakce přenos 2C zbytku z ketosového donoru (xylulosa 5-fosfát) na aldosový akceptor (ribosu 5-fosfát). K účinku vyžadují thiamin pyrofosfát!!!! Příklad transaldolasové reakce 3C zbytek je odebrán sedoheptulose 7-fosfátu a přenesen na glyceraldehyd 3-fosfát. K účinku nevyžadují thiamin pyrofosfát!!!!!
Glykogen a škrob Přebytek glukosy je ukládán v polymerní formě. glykogen zásobní polysacharid u živočichů škrob zásobní polysacharid u rostlin - hlavní zdroj uhlovodíků pro člověka Ukládání glukosy jako polymerů o vysoké Mr (škrob, glykogen) umožňuje skladovat velké množství hexosy při zachování relativně nízké osmolarity. Při požadavku energie lze glukosu uvolnit z těchto intracelulárních zásobních polymerů a užít k produkci ATP (anaerobně či aerobně).
Trávení škrobu Obdobou je trávení glykogenu. Amylosa linearní (vazby α (1-4)) Amylopektin větvený (vazby α(1-4) a α(1-6)) http://entertainment.howstuffworks.com/play-doh2.htm (4.3.2010) Trávení začíná v dutině ústní: Slinnými alfa-amylasami hydolyzujícími (NEfosforolyzujícími) vnitřní glykosidové α(1-4) vazby vznik krátkých polysacharidů či oligosacharidů. Slinné amylasy jsou inaktivovány nízkým ph v žaludku. Následují: Alfa-amylasy sekretované slinivkou břišní do tenkého střeva. Vznik maltosy, maltotriosy a limitních dextrinů (obsahují α(1-6) větvení). Degradace maltosy a dextrinů enzymy (např: α-glukosidasa, α-dextrinasa atd.) na povrchu střevních epiteliálních buněk. Vzniklé monosacharidy absorbovány střevní stěnou a transportovány dále do krve a tkání.
Glykogen Větvená struktura podobná amylopektinu (zde častější větvení). Výskyt vazeb: - α(1-4) lineární část řetězce - α(1-6) - větvení http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/1glycogen.gif (4.3.2010) výskyt a význam - rychlý zdroj energie pro aerobní i anaerobní metabolismus ve svalech - zásobárna glukosy v játrech pro ostatní tkáně, není-li dostupná v potravě - extremní význam pro mozek Uskladněn v cytosolických granulích. V granulích jsou v komplexu molekuly glykogenu a enzymů, které ho syntetizují a degradují a enzymů regulačních.
Odbourávání glykogenu - glykogenolýza Účast tří enzymů glykogen fosforylasy odvětvovacího (linearizačního) enzymu fosfoglukomutasy Glykogen je mobilizován FOSFOROLÝZOU (NE hydrolýzou!!!). Glykogen fosforylasa katalyzuje atak pomocí Pi!!!!! na α(1-4) glykosidovou vazbu spojující dvě krajní glukosy na neredukujícím konci řetězce. Vzniká glukosa-1-fosfát. Nezbytným kofaktorem je pyridoxal fosfát. Proces se opakuje dokud se glykogen fosforylasa nepřiblíží ke 4. glukosovému zbytku od větvícího bodu ( α(1-6) glykosidová vazba).
Odstranění větvícího bodu Odvětvovací (linearizační) enzym: Bifunkční enzym katalyzující dvě následné reakce 1. přenesení trisacharidové jednotky z jedné větve na druhou a obnažení větvícího bodu 2. hydrolytické štěpení α (1-6) glykosidové vazby a tím odstranění větvení Pokračovat může glykogen fosforylasa. Glukosa-1-fosfát je přeměněn fosfoglukomutasou na glukosa-6-fosfát (reversibilní reakce). Glukosa 6-fosfát ve svalech - vstupuje do glykolýzy v játrech uvolněn do krve jako glukosa (po účinku glukosa 6-fosfatasy)
Syntesa glykogenu = Glyko(neo)genese Hlavně v játrech a kosterních svalech. Výchozí sloučeninou je glukosa 6-fosfát. (z glukosy - hexokinasa, glukokinasa) Glukosa 6-fosfát přeměněn na glukosa 1-fosfát fosfoglukomutasou. Glukosa 1-fosfát přeměněn na UDPglukosu UDP-glukosa pyrofosforylasou. UDP-glukosa je donorem glukosy pro reakci katalyzovanou glykogen syntasou. Glukosylový zbytek z UDP glukosy je připojen na neredukující konec jedné z větví molekuly glykogenu. Glykogen syntasa umí tvořit pouze alfa 1 4 vazbu.
Vznik větvení v molekule glykogenu Vazby 1 6, které se vyskytují v místech větvení, tvoří větvící enzym. Ten přenáší fragment tvořený 6 až 7 glukosovými zbytky z neredukujícího konce jedné větve (tvořené alespoň 11 zbytky) na C6 hydroxylovou skupinu glukosy uprostřed některého řetězce. Na nově vzniklou větev připojuje další glukosové zbytky glykogen syntasa. Význam větvení zvýšení rozpustnosti a zvýšení počtu neredukujících konců