Metabolizm cukrów

Glikoliza - ciąg reakcji biochemicznych, podczas których jedna cząsteczka glukozy zostaje przekształcona w dwie cząsteczki pirogronianu.

Glikoliza w warunkach tlenowych:

• U prokariontów w warunkach tlenowych pirogronian ulega utlenieniu i dekarboksylacji z udziałem kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej.

• W warunkach tlenowych pirogronian, otrzymany w wyniku glikolizy pobierany jest przez mitochondria, w których po przekształceniu do acetylo-CoA , zostaje utleniony do dwutlenku węgla w cyklu Krebsa.

• Powstałe w glikolizie równoważniki redukujące są przenoszone zaś z NADH+H⁺ do wnętrza mitochondriów. Przenoszenie elektronów z cytoplazmatycznego NADH na mitochondrialny łańcuch oddechowy odbywa się dzięki krótkim sekwencjom reakcji zwanych tzw. czółenkami. Aktywne mogą być: czółenko glicerolo-3-fosforanowe lub jabłczanowo-asparaginianowe.

• W zdecydowanej większości ludzkich komórek (poza erytrocytami i włóknami mięśniowymi w czasie intensywnej pracy) przeważa metabolizm tlenowy.

• Utlenieniu glukozy w warunkach tlenowych towarzyszy wytworzenie 30 moli ATP z 1 mola glukozy. W zdecydowanej większości ludzkich komórek (poza erytrocytami i włóknami mięśniowymi w czasie intensywnej pracy) przeważa metabolizm tlenowy.

Glikoliza w warunkach beztlenowych:

• Jeśli przeważają warunki beztlenowe, niemożliwa staje się reoksydacja NADH w łańcuchu oddechowym przez przeniesienie równoważników redukujących na tlen.

• Pirogronian ulega redukcji przez NADH do mleczanu w reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę mleczanową.

• Reoksydacja NADH w reakcji powstawania mleczanu przez odtworzenie NAD potrzebnego w następnym cyklu reakcji umożliwia dalszy przebieg glikolizy w przypadku nieobecności tlenu.

• Przykładem komórek, które przeprowadzają wyłącznie glikolizę beztlenową są erytrocyty ssaków, ze względu na brak mitochondriów.

• Utlenieniu glukozy w warunkach beztlenowych towarzyszy wytworzenie 2 moli ATP z 1 mola glukozy.

Fosforylacja substratowa – reakcja chemiczna, która ma miejsce, gdy reszta fosforanowa zostanie przeniesiona z substratu bezpośrednio na ADP przez enzymy najczęściej z grupy kinaz. Ten sposób wytwarzania ATP nie wymaga udziału tlenu i zachodzi w cyklu Krebsa i glikolizie.

• Fosforylacja glukozy

• Fosforylacja fruktozo-6-fosforanu

• Fosforylacja aldehydu-3-fosfoglicerynowego

Cykl Krebsa – cykl kwasu cytrynowego

Cykliczny szereg reakcji biochemicznych. Kończący etap metabolizmu organizmów oddychających tlenowo.

Lokalizacja komórkowa: w macierzy mitochondrialnej eukariontów.

Substrat: acetylokoenzym-A, po połączeniu ze szczawiooctanem daje cytrynian, a następnie w wyniku kolejnych reakcji zostaje ostatecznie utleniony do 2 cząsteczek dwutlenku węgla.

Bilans energetyczny: 12 wiązań wysokoenergetycznych z 1 cząsteczki acetylo-CoA

Z 2 cząsteczek pirogronianu powstaje: 6 CO₂, 8 NADH₂, 2 FADH₂ oraz 2 GTP = 2 ATP

Łańcuch oddechowy – stanowi ostatni etap oddychania wewnątrz komórkowego przebiegający na wewnętrznych błonach mitochondriom i polega na przenoszeniu elektronów i protonów na kolejne przenośniki. Następnie wydziela się energia, która zostaje wykorzystana do syntezy ATP. Ostatecznym akceptorem elektronów i protonów jest tlen, a reakcja prowadzi do utworzenia H2O.

Układy transportujące NADH z cytoplazmy do mitochondriom:

• Pierwszy z nich polega na użyciu NADH do redukcji fosfodihydroksyacetonu, jednego z metabolitów glikolizy. Fosfodihydroksyaceton redukowany jest przez cytozolową dehydrogenazę glicerolo-3-fosforanu do glicerolo-3-fosforanu. Związek ten w przestrzeni międzybłonowej utleniany jest przez białko leżące na zewnątrz wewnętrznej błony mitochondrialnej o podobnej budowie jak kompleks II łańcucha oddechowego – mitochondrialną dehydrogenazę glicerolo-3-fosforanu odtwarzającą fosfodihydroksyaceton przy jednoczesnej redukcji grupy prostetycznej mitochondrialnej dehydrogenazy. Powstały FADH₂ oddaje elektrony na chinon z puli błonowej. Dalsze losy elektronów są takie jak w klasycznym łańcuchu oddechowym. Redukcja NADH przez mitochondrialną dehydrogenazę glicerolo-3-fosforanu omija kompleks I, stąd ilość protonów przenoszonych przez błonę przy tej drodze utleniania NADH cytozolowego jest mniejsza, a tym samym sposobem powstaje mniej cząsteczek ATP.

• Drugim sposobem włączenia cytozolowego NADH jest zużycie go do redukcji szczawiooctanu. Powstały w reakcji jabłczan przenoszony jest do wnętrza mitochondrium przez przenośnik zlokalizowany w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. W matriks odtwarzany jest szczawiooctan i NADH w reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę jabłczanową – jeden z enzymów cyklu Krebsa. Powstały w matriks szczawiooctan powraca do cytozolu w postaci asparaginianu wytwarzanego w reakcji transaminacji z glutaminianem jako dawcą grupy aminowej. Po przejściu do cytozolu asparaginian przekształcany jest w szczawiooctan w reakcji dezaminacji. Dzięki dwóm przenośnikom wewnętrznej błony mitochondrialnej, przenoszącym jabłczan i asparaginian, możliwe jest utlenienie cytozolowego NADH w opisanym powyżej łańcuchu oddechowym bez strat energii. Straty te występują w pierwszym z opisanych sposobów włączania NADH do łańcucha oddechowego. Odpowiednie przenośniki są obecne w wewnętrznej błonie mitochondrialnej komórek serca i wątroby człowieka.

Glukoneogeneza – enzymatyczny proces przekształcania niecukrowcowych prekursorów w glukozę. W hepatocytach (komórkach wątrobowych) i komórkach nerek.

Cykl Cori – cykl kwasu mlekowego

Ciąg przemian metabolicznych, w których mleczan, powstały na drodze beztlenowej glikolizy w mięśniach szkieletowych i erytrocytach, jest transportowany poprzez krew do wątroby i wykorzystywany w procesie glukoneogenezy do syntezy glukozy, która następnie przez krew dostaje się do różnych tkanek i jest ponownie wykorzystywana do glikolizy.