ZESTAW 19
Glikoliza i glukoneogeneza - przebieg i regulacja
GLIKOLIZA
Przebieg: Harper ryc 19.2/239
Regulacja: Szybkość przekształcenia glukozy do pirogronianu jest regulowana tak aby sprostać dwóm głównym zapotrzebowaniom komórki: wytwarzaniu ATP i dostarczeniu składników budulcowych do syntez np. kwasów tłuszczowych. Glikoliza jest regulowana na trzech etapach obejmujących reakcje nieodwracalne, są to reakcje egzoergiczne:
Reakcja fosforylacji α - glukozy do α - glukozo-6-fosforan katalizowana przez heksokinazę (glukokinazę). Heksokinaza jest hamowana przez G-6-P. Małe powinowactwo glukokinazy do glukozy fosforyzacji wątrobie zapewnia dostarczenie glukozy przede wszystkim do mózgu fosforyzacji mięśni fosforyzacji sytuacji, gdy jej zapas jest ograniczony.
Reakcja fosforylacji α - fruktozo-6-fosforanu do fruktozo-1,6-bisfosforanu katalizowana przez fosfofruktokinazę. Jest to enzym allosteryczny i indukowany, którego aktywność odgrywa główną rolę w regulacji szybkości glikolizy.
Reakcja defosforylacji fosfoenolopirogronianu do pirogronianu katalizowana przez kinazę pirogronianową. Enzym ten aktywuje fruktozo-1,6-bisfosforan, dzięki czemu może on sprostać napływowi silnego strumienia intermediatów. ATP i alanina hamują allosterycznie enzym. Ala sygnalizuje obfitość składników budulcowych. Glukagon poprzec cAMP i ufosforylowanie kinazy, hamuje ją.
Fosfofruktokinazę allosterycznie pobudza stężenie AMP i fruktozo-2,6-bisfosforanu. Natomiast hamuje stężenie ATP, cytrynianu i protonów.
Hamowanie allosteryczne przez ATP zmniejsza powinowactwo do fruktozo-6-fosforanu, zmienia się kształt krzywej wiązania tego związku z enzymem z hiperbolicznego na sigmoidalny. Hamujące działanie ATP znosi AMP, więc zmniejszający się ładunek energetyczny stymuluje glikolizę. Hamowanie fosfofruktokinazy przez protony zapobiega nadmiernemu tworzeniu się kwasu mlekowego oraz gwałtownemu obniżeniu się pH we krwi (kwasica).
Fosfofruktokinazę hamuje również duże stężenie cytrynianu, oznacza ono, że prekursory potrzebne do biosyntezy występują w dostatecznej ilości i nie musi ulegać rozkładowi dodatkowa ilość glukozy. Wzmacnia efekt hamujący ATP.
Natomiast aktywatorem allosterycznym jest fruktozo-2,6-bisfosforan (F-2,6-BP), który zwiększa powinowactwo fosfofruktokinazy do fruktozo-6-fosforanu oraz osłabia hamujący wpływ ATP. Przesuwa on równowagę konfirmacyjną tego tetramerycznego enzymu ze stanu T do stanu R. F-2,6-BP wpływa również na glukoneogenezę, jest inhibitorem allosterycznym fruktozo-1,6-bisfosfatazy.
GLUKONEOGENEZA
Przebieg: Harper ryc 21.1/260
Regulacja: Glikoliza i glukoneogeneza przebiegaja tym samym szlakiem, ale w odwrotnych kierunkach. Dlatego muszą być kontrolowane wspólnie, ale w sposób odwrotny.
Glukoneogeneza jest regulowana na 3 etapach poprzez enzymy:
Fruktozo-1,6-bisfosfataza - hamowana allosterycznie przez AMP i F-2,6-BP a aktywowana przez cytrynian, ATP i protony (wskazują na duży ładunek energetyczny komórki oraz obfitość substratów dla biosyntez)
Karboksylaza pirogronianowa - aktywowana allosterycznie przez acetylo-CoA a hamowana przez ADP i malonylo-CoA
Karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa - hamowana allosterycznie przez ADP a aktywowana przez protony i glukagon.
Glukoneogeneza przeważa wtedy, gdy komórka jest bogata w prekursory biosyntetyczne i ATP. Jest ona stymulowana przez glukagon, który hamuje ekspresję enzymów glikolizy a stymuluje glukoneogenezy: F-1,6-BP i karboksykinazy.
Natomiast insulina stymuluje ekspresję fosfofruktokinazy, kinazy pirogronianowej i dwufunkcyjnego enzymu wytwarzającego i degradującego F-2,6-BP.
Rola ligandów allosterycznych w funkcji hemoglobiny:
Konsekwencją IV rzędowej struktury Hb są jej właściwości allosteryczne, które warunkują jej unikatową funkcję biologiczną i pozwalają na precyzyjna regulację.
Tetrameryczna Hb wiąże cztery cząsteczki tlenu. Wiązanie tlenu z Hb wyizolowaną z erytrocytów wykazuje zachowanie sigmoidalne (kształt litery S), co wykazuje na kooperację między podjednostkami. Przyłączenie tlenu przez jeden z hemów ułatwia wiązanie kolejnych cząsteczek tlenu przez pozostałe grupy hemowe. Ta właściwość pozwala na wiązanie maksymalnej ilości tlenu w płucach i uwalnianie maksymalnej ilości w tkankach.
Tlen jako ligand allosteryczny istotnie zwiększa fizjologiczną wydolność Hb w przenoszeniu tlenu poprzez:
Zmiany konformacji białka po utlenowaniu hemoglobiny
Rozerwanie wiazań poprzecznych między końcami COOH wszystkich 4 podjednostek Hb
Przejście stanu T (taut-naprężony) częściowo utlenowanej Hb w stan R (relaxed-rozluźniony) całkowicie utlenowanej Hb. Forma R ma większe powinowactwo do substratu.
Zmiany konfirmacyjne w bezpośrednim otoczeniu grupy hemowej
Atomy żelaza wsuwają się w płaszczyznę hemów, pociągając za sobą histydynę proksymalną i związane z nią reszty aa
Po uwolnieniu tlenu w tkankach Hb transportuje dwutlenek węgla i protony do płuc w postaci karbaminianów (przy ich tworzeniu z grupami α-aminowymi Hb wydzielaja się protony ). Wzrostowi stęż protonów towarzyszy przesunięcie krzywej dysocjacji w prawo, co oznacza niższe powinowactwo Hb do tlenu i łatwiejsze jego oddawanie w tkankach(efekt Bohra).
2,3-bisfosfoglicerynian stabilizuje strukturę T hemoglobiny - miejscem wiązania się związku jest przestrzeń między czterema podjednostkami. Rozmiar wnęki jest odpowiedni dla BPG tylko w przypadku formy T.
Wiązanie BPG z Hb płodową jest znacznie słabsze niż z Hb ludzi dorosłych ze względu na różnice w budowie. BPG ma więc mniejszy wpływ na stabilizację formy T w przypadku HbF, co powoduje jej większe, w poorównaniuz HbA powinowactwo do tlenu.
Kod genetyczny
Harper 554
Cechy kodu genetycznego:
zdegenerowany - liczne kodony muszą odpowiadać temu samemu aa
jednoznaczny - dany swoisty kodon jest przypisany do pojedynczego aa
nienakładający się
bezprzestankowy - nie ma zanków przestankowych między kodonami
uniwersalny - oprócz jednego wyjątku: grupy cząsteczek tRNA w mitochondriach odczytującej 4 kodony inaczej niż cząsteczki tRNA w cytoplazmie nawet tych samych komórek