Integracja metabolizmu

Integracja metabolizmu

Glukozo- 6 -fosforan

Pirogronian

AcetyloCoA

Kluczowe związki w metabolizmie

Kluczowe związki w metabolizmie

Metaboliczne przemiany glukozo- 6-fosforanu

Glikogen jest tworzony

gdy jest dużo G-6-P i ATP

G-6-P ulega glikolizie gdy potrzebne jest

ATP

ATP lub węglowe szkielety do biosyntez

G-6-P poprzez cykl pentozowy dostarcza

NADPH do biosyntez redukcyjnych oraz

rybozo- 5-fosforanu do syntezy

nukleotydów

G-6-P może być utworzona:
 z rozpadu glikogenu
 z pirogronianu
 z glukogennych aminokwasów

Glukoza po wejściu do

komórki ulega fosforylacji

Metaboliczne przemiany pirogronianu

Dehydrogenaza mleczanowa regeneruje NAD

+

Transaminacja

karboksylacja

AcetyloCoA aktywuje
karboksylazę
pirogronianową

Oksydacyjna dekarboksylacja

Pirogronian jest przekształcany w acetyloCoA jedynie, gdy są

potrzebne ATP lub dwuwęglowe fragmenty do syntezy

lipidów

Metaboliczne przemiany acetyloCoA

prekursor cholesterolu i ciał ketonowych

oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu

-oksydacja kwasów tłuszczowych

ketogenne aminokwasy

eksport do cytozolu jako

cytrynian do syntezy

kwasów tłuszczowych

źródła acetyloCoA

Transport acetyloCoA do cytoplazmy

AcetyloCo
A

Szczawioocta
n

Cytrynia
n

Pirogronia
n

Mitochondrium
Cytoplazma

Pirogronia
n

Jabłcza
n

Cytrynia
n

Szczawioocta
n

AcetyloCo
A

Anabolizm i katabolizm muszą być precyzyjnie
koordynowane

I. Interakcje allosteryczne

Enzymy, które przeprowadzają nieodwracalne reakcje
są często miejscami kontroli allosterycznej



Fosfofruktokinaza w glikolizie



Karboksylaza acetyloCoA w syntezie kwasów

tłuszczowych

Rodzaje mechanizmów
kontrolnych

II. Modyfikacje kowalencyjne

Zwykle trwają dłużej (sek do min), niż allosteryczna regulacja
(msek do sek)

Katalityczna aktywność fosforylazy glikogenowej jest
wzmacniana przez fosforylację, podczas gdy syntaza
glikogenowa jest hamowana.

Specyficzne enzymy katalizują dodawanie i usuwanie grup
fosforanowych.

Enzymy regulowane przez
fosforylację



Aktywne w formie ufosforylowanej

(stymulacja przez glukagon lub

adrenalinę)



fosforylaza glikogenowa



lipaza triacyloglicerolowa



Aktywne w formie

nieufosforylowanej

(stymulacja przez insulinę)



syntaza glikogenowa



fosfofruktokinaza II (wątroba)



kinaza pirogronianowa

(wątroba)



karboksylaza acetyloCoA



reduktaza HMG - CoA

III. Poziom enzymów

Ilość enzymów oraz ich aktywność podlegają
regulacji

Szybkość syntezy i rozpadu enzymów jest regulowana przez

hormony

IV. Przedziałowość procesów

V. Metaboliczna specjalizacja organów

Metaboliczna specializacja jest wynikiem zróżnicowanej ekspresji genów

Miejsca kontroli głównych szlaków metabolicznych

1. Glikoliza

Proces glikolizy dostarcza:
- ATP
- szkielety węglowe do
biosyntez

Najważniejszym punktem kontroli jest
fosfofruktokinaza

E

Fruktozo-1,6-
bisfosforan

Fruktozo-6-
fosforan

Aktywacja przez:



fruktozo-2,6-

bisfosforan



AMP

Inhibicja przez:



cytrynian



ATP

Kontrola syntezy i degradacji fruktozo 2,6-bisfosforanu

Zwolnienie glikolizy

Niski poziom glukozy

Wysoki poziom glukozy

Aktywacja glikolizy

Fosfofruktokinaza II

2. Cykl Krebsa i oksydacyjna
fosforylacja

Wysokie stężenie ATP obniża aktywność

dehydrogenazy izocytrynianowej i dehydrogenazy

-

ketoglutaranowej

Cykl Krebsa dostarcza intermediatów do

biosyntez:



bursztynyloCoA do syntezy porfiryn



cytrynian do syntezy kwasów

tłuszczowych



ketoglutaran do syntezy

glutaminianu



szczawiooctan do syntezy

asparaginianu

Podobną funkcję dostarczania intermediatu pełni karboksylaza pirogronianowa

Utlenienie glukozo 6-fosforanu jest kluczową reakcją cyklu

3. Cykl pentozowy

Przemiany wymagające NADPH
(wątroba)

Syntezy

Synteza kwasów tłuszczowych
Synteza cholesterolu
Synteza neurotransmiterów
Synteza nukleotydów

Detoksykacja

Redukcja utlenionego
glutationu
Monooksygenazy cytochromu
P450

Fruktozo 1,6-bisfosfataza jest głównym

enzymem kontrolującym szybkość

glukoneogenezy

4. Glukoneogeneza

Fruktozo-1,6- fosforan

Aktywacja przez:



cytrynian

Inhibicja przez:



fruktozo -2,6-

bisfosforan



AMP

Fruktozo-6-
fosforan

E

Synteza i degradacja glikogenu - porównanie

Hormon

Hormon

5. Metabolizm
glikogenu

Karboksylaza acetyloCoA jest kluczowym miejscem kontroli
syntezy

6. Synteza i degradacja kwasów tłuszczowych

Aktywacja przez:



cytrynian

Inhibicja przez:



palmitoiloCoA

E

Rozpad kwasów tłuszczowych związany jest z zapotrzebowaniem na ATP



-oksydacja zachodzi jedynie wtedy, gdy NAD

+

i FAD są

regenerowane

MalonyloCoA hamuje degradację kwasów

tłuszczowych poprzez blokowanie tworzenia

acylokarnityny

Regulatory allosteryczne enzymów -

zestawienie



Fosfofruktokinaza I

(+) AMP, fruktozo-2,6-bisfosforan

(-) ATP, cytrynian



Kinaza pirogronianowa

(+) fruktozo-1,6-bisfosforan



Dehydrogenaza pirogronianowa (+) NAD

+

(-) acetyloCoA, ATP, NADH



Karboksylaza pirogronianowa

(+) acetyloCoA



Syntaza cytrynianowa

(+) ADP, Ca

2+

(-) ATP, NADH, acyloCoA



Karboksylaza acetyloCoA (+) cytrynian

(-) długołańcuchowe acyloCoA



Acylotransferaza karnitynowa (-) malonyloCoA



Dehydrogenaza izocytrynianowa

(+) ADP, Ca

2+

(-) ATP, NADH



Dehydrogenaza glukozo-6-P

(-) NADPH