Wykład 8

Metabolizm węglowodanów.

Glikoliza, fermentacje, cykl

fosforanów pentoz.

Metabolizm węglowodanów

wd_8

2

Podstawowe źródło energii dla organizmu

Węglowodany łącza wiele procesów metabolicznych

glikogen

Magazynowanie

energii

Tkanka tłuszczowa

wd_8

3

Glukoza

Pirogronian/mleczan

Rybozo-5-fosforan

szlak fosforanów pentoz

glikoliza/fermentacja

Glikoliza

glukoza

2 pirogronian

2 ATP

glikoliza

Reakcja sumaryczna:

Glukoza + 2 P

i

+ 2 ADP + 2 NAD

+

→

2 pirogronian + 2 ATP + 2 NADH +

2 H

+

+ 2 H

2

O

wd_8

5

Etapy glikolizy

wd_8

6

I etap glikolizy

Glukozo-6-fosforan

fruktozo-6-fosforan

glukoza

glukozo-6-fosforan

heksokinaza

izomeraza

glukozofosforanowa

wd_8

7

fruktozo-6-fosforan

fruktozo-6-fosforan

fruktozo-1,6-bisfosforan

aldehyd 3-fosfoglicerynowy

Fosfodihydroksyaceton

glukozofosforanowa

izomeraza

glukozofosforanowa

fosfofruktokinaza

aldolaza

Etap I

fosforylacja glukozy do

glukozo-6 fosforanu

ADP + H

+

O

OH

OH

OH

CH

2

OH

O

OH

CH

2

OPO

3

2-

ATP

+

+

heksokinaza

wd_8

8

OH

OH

OH

Glukoza

OH

OH

OH

Glukozo-6-fosforan

Etap I cd.

Izomeryzacja glukozo-6-fosforanu do

fruktozo-6-fosforanu

O

CH

2

OH

CH

2

OPO

3

2-

O

O H

C H

2

O PO

3

2 -

izomeraza

glukozofosforanowa

wd_8

9

Glukozo-6-fosforan

Fruktozo-6-fosforan

O

2

OH

OH

OH

O H

O H

O H

O H

Etap I cd.

Fosforylacja fruktozo-6-fosforanu do

fruktozo-1,6-difosforanu

O

CH

2

OH

OH

CH

2

OPO

3

2-

O

CH

2

OPO

3

2-

CH

2

OPO

3

2-

+

ATP

fosfofruktokinaza

wd_8

10

Fruktozo-6-fosforan

OH

OH

OH

OH

OH

+

ATP

+

ADP + H

+

Fruktozo-1,6-difosforan

CH

2

OPO

3

2-

C

O

C

HO

C

OH

H

H

CH

2

OPO

3

2-

C

O

C

HO

H

H

C

C

O

H

OH

+

Etap I cd.

Rozszczepienie fruktozo-1,6-difosforanu na:

aldehyd 3-fosfoglicerynowy i fosfodihydroksyaceton

aldolaza

wd_8

11

C

OH

C

OH

CH

2

OPO

3

2-

H

H

C

HO

H

H

CH

2

OPO

3

2-

Fruktozo-1,6-difosforan

Aldehyd-3-fosfoglicerynowy

Fosfodihydroksyaceton

II etap glikolizy

Izomeryzacja fosfodihydroksyacetonu do

aldehydu 3-fosfoglicerynowego

H

C

C

O

H

OH

CH

2

OPO

3

2-

C

O

C

HO

H

izomeraza

triozofosforanowa

wd_8

12

aldehyd 3-fosfoglicerynowy

Fosfodihydroksyaceton

C

H

OH

CH

2

OPO

3

2-

C

HO

H

H

aldehyd 3-fosfoglicerynowy

3-fosfoglicerynian

dehydrogenaza aldehydu

3-fosfoglicerynowego

kinaza

fosfoglicerynianowa

1,3-bisfosfoglicerynian

III etap glikolizy

wd_8

13

3-fosfoglicerynian

2-fosfoglicerynian

pirogronian

fosfogliceromutaza

enolaza

kinaza

pirogronianowa

fosfoenolopirogronian

H

C

C

O

H

OH

C

C

OPO

3

2-

O

OH

H

+ NAD

+

+ P

i

+ NADH + H

+

III Etap

Utlenianie aldehydu 3-fosfoglicerynowego do

1,3-difosfoglicerynianu

dyhydrogenaza aldehydu

fosfoglicerynowego

wd_8

14

C

H

OH

CH

2

OPO

3

2-

C

OH

H

CH

2

OPO

3

2-

Aldehyd 3-fosfoglicerynowy

1,3-difosfoglicerynianu

III etap cd.

Defosforylacja 1,3-fosfoglicerynianu do 3-

fosfoglicerynianu

C

C

OPO

3

2-

O

OH

H

C

C

O

-

O

OH

H

+ ADP

+ ATP

kinaza

fosfoglicerynianowa

wd_8

15

1,3-fosfoglicerynian

C

OH

H

CH

2

OPO

3

2-

C

OH

H

CH

2

OPO

3

2-

3-fosfoglicerynian

Etap III cd.

Przegrupowanie wewnątrz cząsteczkowe

3-fosfoglicerynianu do 2-fosfoglicerynianu

C

C

O

-

O

OH

H

C

C

O

-

O

OPO

3

2-

H

fosfogliceromutaza

wd_8

16

CH

2

OPO

3

2-

CH

2

OH

3-fosfoglicerynian

2-fosfoglicerynian

C

C

O

-

O

OPO

3

2-

H

C

C

O

-

O

OPO

3

2-

H

+ H

2

O

enolaza

Etap III cd.

Dehydratacja 2-fosfoglicerynianu do

fosfoenolopirogronianu

wd_8

17

CH

2

OH

CH

2

2-fosfoglicerynian

fosfoenolopirogronian

C

C

O

-

O

OPO

3

2-

H

C

C

O

-

O

O

H

+ ADP + H

+

+ ATP

kinaza

pirogronianowa

Etap III cd.

Wytworzenie pirogronianu

wd_8

18

CH

2

CH

3

fosfoenolopirogronian

pirogronian

Funkcje glikolizy

glukoza

wd_8

19

2 pirogronian

2 ATP

Metabolity pośrednie poza pirogronianem

wykorzystywane do syntez

wd_8

20

MOśLIWE REAKCJE

Z PIROGRONIANEM

mleczan

wd_8

21

etanol

szczawiooctan

Acetylo CoA

alanina

pirogronian

Synteza alaniny z pirogronianu

Synteza alaniny w reakcji katalizowanej przez aminotransferaze

alaninową

COO

–

COO

–

Glutamate

α

-Ketoglutarate

glutaminian

2- oksoglutaran

wd_8

22

COO

–

C

O

CH

3

COO

–

HC

NH

3

+

CH

3

Alanine amino transferase

(AAT)

Alanine

Pyruvate

pirogronian

alanina

aminotransferaza alaninowa

ALAT

Powstawanie acetylo-CoA

REAKCJA

POMOSTOWA

– łączy glikolizę z CKT

Acetylo-CoA powstaje z pirogronianu dzięki reakcji

katalizowanej przez:

kompleks dehydrogenazy pirogronianowej

wd_8

23

Reakcja sumaryczna:

pirogronian + CoA + NAD

+

→ acetylo-CoA + CO

2

+ NADH

Fermentacja alkoholowa

wd_8

24

Dekarboksylaza
pirogronianowa

Fermentacja mlekowa

wd_8

25

Zastosowanie fermentacji w przemyśle

wd_8

26

Znaczenie fermentacji

wd_8

27

Nieodwracalne reakcje glikolizy

wd_8

28

Kontrola glikolizy

wd_8

29

BILANS GLIKOLIZY W WARUNKACH

BEZTLENOWYCH W CYTOPLAZMIE

Fosforylacja glukozy

- 1 ATP

Fosforylacja fruktozo-6-fosforanu

- 1 ATP

Utlenienie aldehydu 3-fosfoglicerynowego

+2 NADH

wd_8

30

Utlenienie aldehydu 3-fosfoglicerynowego

+2 NADH

Fosforylacja substratowa

+2 ATP

Fosforylacja substratowa

+2ATP

Redukcja pirogronianu do mleczanu

- 2NADH

_______________________________________________________

Netto (zysk)

2 ATP

BILANS GLIKOLIZY W WARUNKACH TLENOWYCH

W CYTOPLAZMIE

Fosforylacja glukozy

- 1 ATP

Fosforylacja fruktozo-6-fosforanu

- 1 ATP

Utlenienie aldehydu 3-fosfoglicerynowego +2 NADH = +6 ATP

Fosforylacja substratowa

+2 ATP

wd_8

31

Fosforylacja substratowa

+2 ATP

Fosforylacja substratowa

+2 ATP

________________________________________________________

Netto (zysk)

+8 ATP

Szlak fosforanów pentoz

Reakcja sumaryczna:

6C

6

H

12

O

6

+12NADP

+

+6H

2

O→6CO

2

+ 6Rybulozo5-P +12NADPH+H

+

wd_8

32

Szlak fosforanów pentoz cd.

wd_8

33

P

i

→

→

→

→

NADP

+

szlak pentozofosforanowy 1 etap utleniający

Glukozo-6-fosforan

6-fosfoglukono-

δ

-lakton

dehydrogenaza

Glukozo-6-fosforanowa

Reakcja, która limituje

szybkość całego szlaku

wd_8

34

6-fosfoglukonian

Rybulozo-5-fosforan

laktonaza

dehydrogenaza

6-fosfoglukonianowa

2 etap - reakcje nieoksydacyjne

dehydrogenaza

glukozo-6-fosforanowa

H-

C-OH

H-C-OH

HO-C-H O

NADP

+

NADPH+H

+

C=O

H-C-OH

HO-C-H O

szlak pentozofosforanowy 1 etap

utleniający cd.

wd_8

35

glukozo-6-fosforan

HO-C-H

H-C-OH
H-C

CH

2

OPO

3

2-

O

NADP

+

NADPH+H

+

6-fosfoglukonolakton

HO-C-H

H-C-OH
H-C

CH

2

OPO

3

2-

O

laktonaza

C=O

H-C-OH

HO-C-H

H-C-OH

O

-

H

2

O

H

+

C=O

H-C-OH

HO-C-H

H-C-OH

O

szlak pentozofosforanowy 1 etap

utleniający cd.

wd_8

36

H-C-OH
H-C-OH

CH

2

OPO

3

2-

6-fosfoglukonolakton

6-fosfoglukonian

H-C-OH
H-C

CH

2

OPO

3

2-

dehydrogenaza

6-fosfoglukonianowa

C=O

H-C-OH

HO-C-H

H-C-OH

O

-

H

2

C-OH

C=O

H-C-OH

+

CO

2

NADP

+

NADPH+H

+

szlak pentozofosforanowy 1 etap

utleniający cd.

wd_8

37

H-C-OH
H-C-OH

CH

2

OPO

3

2-

H-C-OH
H-C-OH

CH

2

OPO

3

2-

6-fosfoglukonian

rybulozo-5-fosforan

szlak pentozofosforanowy etap nieutleniający

Rybulozo-5-fosforan

Rybozo-5-fosforan

Ksylulozo-5-fosforan

transketolaza

Izomeraza

pentozofosforanowa

epimeraza

pentozofosforanowa

wd_8

38

sedoheptulozo-7-fosforan

Aldehyd 3-fosfoglicerynowy

Erytrozo-

4-fosforan

fruktozo-

6-fosforan

fruktozo-

6-fosforan

Aldehyd

3-fosfoglicerynowy

transketolaza

transaldolaza

Substraty

Produkty

Enzym

rybulozo-5-fosforan

rybozo-5-fosforan – C5

izomeraza

pentozofosforanowa

rybulozo-5-fosforan

ksylulozo-5-fosforan – C5

epimeraza

pentozofosforanowa

ksylulozo-5-fosforan

+

aldehyd 3-fosfoglicerynowy – C3

+

transketolaza

Reakcje fazy nieoksydacyjnej cd.

wd_8

39

+

rybozo-5-fosforan

+

sedoheptulozo-7-fosforan – C7

transketolaza

sedoheptulozo-7-fosforan

+

aldehyd 3-fosfoglicerynowy

erytrozo-4-fosforan – C4

+

fruktozo-6-fosforan – C6

transaldolaza

ksylulozo-5-fosforan

+

erytrozo-4-fosforan

aldehyd 3-fosfoglicerynowy – C3

+

fruktozo-6-fosforan – C6

transketolaza

Transketolazy przenoszą C2 (grupy ketonowe) z ketoz na aldozy
Transaldolazy przenoszą C3 z aldoz na ketozy.

Reakcje fazy

nieoksydacyjnej cd.

wd_8

40