Wykład 8
Metabolizm węglowodanów.
Glikoliza, fermentacje, cykl
fosforanów pentoz.
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