Kluczowy efekt metabolizmu
Kluczowy efekt metabolizmu
?
?
Kluczowe związki w metabolizmie
Kluczowe związki w metabolizmie
Metaboliczne przemiany glukozy
Glukozo- 6 -fosforan
wytwarzanie energii
wytwarzanie energii
(glikoliza)
(glikoliza)
CH2-O-P
Pirogronian
O
30  40 %
30  40 %
OH Glukoza
Glukoza
przekształcenie w lipidy
COO- przekształcenie w lipidy
OH OH
|
OH C = O
|
AcetyloCoA
CH3
magazynowanie jako glikogen
magazynowanie jako glikogen
O
//
CH3 % C ~ SCoA
Metaboliczne przemiany glukozo- 6-fosforanu
Metaboliczne przemiany pirogronianu
Glukoza po wejściu do
Glukoza po wejściu do
dehydrogenaza mleczanowa regeneruje NAD+
dehydrogenaza mleczanowa regeneruje NAD+
glukoza
glukoza
komórki ulega fosforylacji
komórki ulega fosforylacji
G-6-P może być utworzony:
G-6-P może być utworzony:
glukozo-6-P
glukozo-6-P
z rozpadu glikogenu
z rozpadu glikogenu
mleczan
mleczan
z pirogronianu
z pirogronianu
glukozo-6-P
glukozo-6-P
z glukogennych aminokwasów
z glukogennych aminokwasów
pirogronian
pirogronian
6-fosfoglukonian
6-fosfoglukonian
glukozo-1-P
glukozo-1-P
alanina
alanina
fruktozo-6-P szczawiooctan
fruktozo-6-P szczawiooctan
karboksylacja transaminacja
karboksylacja transaminacja
glikogen rybozo-5-P
glikogen rybozo-5-P
acetyloCoA
acetyloCoA
pirogronian
pirogronian
G-6-P poprzez cykl pentozowy dostarcza: acetyloCoA aktywuje
G-6-P poprzez cykl pentozowy dostarcza:
Glikogen jest tworzony gdy jest
Glikogen jest tworzony gdy jest
oksydacyjna dekarboksylacja
NADPH do biosyntez redukcyjnych
NADPH do biosyntez redukcyjnych
karboksylazę pirogronianową
dużo G-6-P i ATP
dużo G-6-P i ATP
rybozo-5-P do syntezy nukleotydów
rybozo-5-P do syntezy nukleotydów
Pirogronian jest przekształcany w acetyloCoA jedynie, gdy jest
Pirogronian jest przekształcany w acetyloCoA jedynie, gdy jest
G-6-P ulega glikolizie gdy potrzebne jest ATP lub
G-6-P ulega glikolizie gdy potrzebne jest ATP lub
potrzebny ATP lub dwuwęglowe fragmenty do syntezy lipidów
potrzebny ATP lub dwuwęglowe fragmenty do syntezy lipidów
węglowe szkielety do biosyntez
węglowe szkielety do biosyntez
1
%
%
0
0
5
5
~
~
~
~
1
1
0
0
%
%
Metaboliczne przemiany acetyloCoA
Transport acetyloCoA do cytoplazmy
Transport acetyloCoA do cytoplazmy
oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu
oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu
�-oksydacja kwasów tłuszczowych
�-oksydacja kwasów tłuszczowych
AcetyloCoA
z
ródła acetyloCoA AcetyloCoA
z
ródła acetyloCoA
AcetyloCoA
AcetyloCoA
ketogenne aminokwasy Cytrynian Cytrynian
ketogenne aminokwasy Cytrynian Cytrynian
eksport do cytozolu jako cytrynian
eksport do cytozolu jako cytrynian
Szczawiooctan
Szczawiooctan
do syntezy kwasów tłuszczowych
do syntezy kwasów tłuszczowych
Szczawiooctan
Szczawiooctan
Jabłczan
Jabłczan
3-hydroksy-3-metyloglutaryloCoA acetyloCoA kwasy tłuszczowe
3-hydroksy-3-metyloglutaryloCoA acetyloCoA kwasy tłuszczowe
Pirogronian Pirogronian
Pirogronian Pirogronian
CO2
CO2
cholesterol ciała ketonowe
cholesterol ciała ketonowe
Mitochondrium Cytoplazma
Mitochondrium Cytoplazma
Enzymy regulowane przez fosforylację
Rodzaje mechanizmów kontrolnych Enzymy regulowane przez fosforylację
Rodzaje mechanizmów kontrolnych
Anabolizm i katabolizm muszą być precyzyjnie koordynowane
Anabolizm i katabolizm muszą być precyzyjnie koordynowane
Aktywne w formie ufosforylowanej
Aktywne w formie ufosforylowanej
I. Interakcje allosteryczne
I. Interakcje allosteryczne (stymulacja przez glukagon lub adrenalinę)
fosforylaza glikogenowa
fosforylaza glikogenowa
Enzymy, które przeprowadzają nieodwracalne reakcje są często
miejscami kontroli allosterycznej
lipaza triacyloglicerolowa
lipaza triacyloglicerolowa
Fosfofruktokinaza w glikolizie
Karboksylaza acetyloCoA w syntezie kwasów tłuszczowych
Aktywne w formie nieufosforylowanej
Aktywne w formie nieufosforylowanej
(stymulacja przez insulinę)
(stymulacja przez insulinę)
II. Modyfikacje kowalencyjne
II. Modyfikacje kowalencyjne
syntaza glikogenowa
syntaza glikogenowa
Zwykle trwają dłużej (sek do min), niż allosteryczna regulacja (msek do sek)
fosfofruktokinaza II (wątroba)
fosfofruktokinaza II (wątroba)
Katalityczna aktywność fosforylazy glikogenowej jest wzmacniana przez
kinaza pirogronianowa (wątroba)
kinaza pirogronianowa (wątroba)
fosforylację, podczas gdy syntaza glikogenowa jest hamowana.
karboksylaza acetyloCoA
karboksylaza acetyloCoA
reduktaza HMG - CoA
reduktaza HMG - CoA
Specyficzne enzymy katalizują dodawanie i usuwanie grup fosforanowych.
III. Poziom enzymów Miejsca kontroli głównych szlaków metabolicznych
III. Poziom enzymów Miejsca kontroli głównych szlaków metabolicznych
Ilość enzymów oraz ich aktywność podlegają regulacji
1. Glikoliza
Szybkość syntezy i rozpadu enzymów jest regulowana przez hormony
hormony
Proces glikolizy dostarcza:
IV. Przedziałowość procesów
IV. Przedziałowość procesów
- ATP
- szkielety węglowe do biosyntez
Najważniejszym punktem kontroli jest fosfofruktokinaza
Najważniejszym punktem kontroli jest fosfofruktokinaza
Fruktozo-6- fosforan
Fruktozo-6- fosforan
Aktywacja przez:
Aktywacja przez:
fruktozo-2,6- bisfosforan
fruktozo-2,6- bisfosforan
AMP
AMP
E
E
Inhibicja przez:
Inhibicja przez:
cytrynian
cytrynian
ATP
ATP
V. Metaboliczna specjalizacja organów
V. Metaboliczna specjalizacja organów
Fruktozo-1,6- bisfosforan
Fruktozo-1,6- bisfosforan
Metaboliczna specializacja jest wynikiem zróżnicowanej ekspresji genów
2
3. Cykl pentozowy
2. Cykl Krebsa i oksydacyjna fosforylacja
Wysokie stężenie ATP obniża aktywność
dehydrogenazy izocytrynianowej i dehydrogenazy ą-ketoglutaranowej
ą
ą
ą
Cykl Krebsa dostarcza intermediatów do biosyntez:
bursztynyloCoA do syntezy porfiryn
cytrynian do syntezy kwasów tłuszczowych
ketoglutaran do syntezy glutaminianu
szczawiooctan do syntezy asparaginianu
Utlenienie glukozo 6-fosforanu jest kluczową reakcją cyklu
Podobną funkcję dostarczania intermediatu pełni karboksylaza pirogronianowa
4. Glukoneogeneza
Przemiany wymagające NADPH (wątroba)
Przemiany wymagające NADPH (wątroba)
Fruktozo-1,6- fosforan
Fruktozo-1,6- fosforan
Syntezy
Aktywacja przez:
Aktywacja przez:
cytrynian
Synteza kwasów tłuszczowych
cytrynian
Synteza cholesterolu
E
E
Synteza neurotransmiterów
Inhibicja przez:
Inhibicja przez:
Synteza nukleotydów
fruktozo -2,6-bisfosforan
fruktozo -2,6-bisfosforan
AMP
AMP
Fruktozo-6- fosforan
Fruktozo-6- fosforan
Detoksykacja
Redukcja utlenionego glutationu
Fruktozo 1,6-bisfosfataza jest głównym enzymem
Monooksygenazy cytochromu P450
kontrolującym szybkość glukoneogenezy
Synteza i degradacja glikogenu - porównanie
Synteza i degradacja glikogenu - porównanie
5. Metabolizm glikogenu
Hormon
Hormon Hormon
Hormon
pirofosforylaza UDP-glukozy
Wiele reakcji zachodzi dzięki hydrolizie pirofosforanu
3
6. Synteza i degradacja kwasów tłuszczowych
6. Synteza i degradacja kwasów tłuszczowych
Rozpad kwasów tłuszczowych związany jest z zapotrzebowaniem na ATP
Rozpad kwasów tłuszczowych związany jest z zapotrzebowaniem na ATP
�-oksydacja zachodzi jedynie wtedy, gdy NAD+ i FAD są regenerowane
�-oksydacja zachodzi jedynie wtedy, gdy NAD+ i FAD są regenerowane
Aktywacja przez:
Aktywacja przez:
cytrynian
cytrynian
E
E
Inhibicja przez:
Inhibicja przez:
palmitoiloCoA
palmitoiloCoA
MalonyloCoA hamuje degradację kwasów tłuszczowych
MalonyloCoA hamuje degradację kwasów tłuszczowych
poprzez blokowanie tworzenia acylokarnityny
poprzez blokowanie tworzenia acylokarnityny
Karboksylaza acetyloCoA jest kluczowym miejscem kontroli syntezy
Karboksylaza acetyloCoA jest kluczowym miejscem kontroli syntezy
Regulatory allosteryczne enzymów - zestawienie
Regulatory allosteryczne enzymów - zestawienie
y
rodła energii dla pracy mięśni
Fosfofruktokinaza I (+) AMP, fruktozo-2,6-bisfosforan
Fosfofruktokinaza I (+) AMP, fruktozo-2,6-bisfosforan
(-) ATP, cytrynian
(-) ATP, cytrynian
Max Całkowita
Kinaza pirogronianowa (+) fruktozo-1,6-bisfosforan
Kinaza pirogronianowa (+) fruktozo-1,6-bisfosforan
szybkość ilość
Dehydrogenaza pirogronianowa (+) NAD+
Dehydrogenaza pirogronianowa (+) NAD+ y
ródło producji dostępnych
(-) acetyloCoA, ATP, NADH
(-) acetyloCoA, ATP, NADH
ATP ~P (mmol)
(mmol/s)
Karboksylaza pirogronianowa (+) acetyloCoA
Karboksylaza pirogronianowa (+) acetyloCoA
Syntaza cytrynianowa (+) ADP, Ca2+ ATP w mięśniach 223
Syntaza cytrynianowa (+) ADP, Ca2+
(-) ATP, NADH, acyloCoA
(-) ATP, NADH, acyloCoA
Fosforan kreatyny 73.3 446
Karboksylaza acetyloCoA (+) cytrynian
Karboksylaza acetyloCoA (+) cytrynian
Przekształcenie glikogenu mięśni w mleczan 39.1 6,700
(-) długołańcuchowe acyloCoA
(-) długołańcuchowe acyloCoA
Przekształcenie glikogenu mięśni w CO2 16.7 84,000
Acylotransferaza karnitynowa (-) malonyloCoA
Acylotransferaza karnitynowa (-) malonyloCoA
Przekształcenie glikogenu wątroby w CO2 6.2 19,000
Dehydrogenaza izocytrynianowa (+) ADP, Ca2+
Dehydrogenaza izocytrynianowa (+) ADP, Ca2+
Przekształcenie kwasów tłuszczowych adypocytów w CO2 6.7 4,000,000
(-) ATP, NADH
(-) ATP, NADH
Dehydrogenaza glukozo-6-P (-) NADPH
Dehydrogenaza glukozo-6-P (-) NADPH
Zgromadzona energia przy założeniu średniej wagi ~70 kg, przy czym masa mięśni ~28 kg
Fruktozo 1,6 bisfosfataza (+) cytrynian
Fruktozo 1,6 bisfosfataza (+) cytrynian
(-) fruktozo -2,6-bisfosforan, AMP
(-) fruktozo -2,6-bisfosforan, AMP
Aktywność przemian metabolicznych  zależność od czasu Aktywność przemian metabolicznych  zależność od czasu
Stan po posiłku 1-3 h
Stan po posiłku 1-3 h
PROCES 1 - 3 h 4  36 h 3  5 dni
- wysoki poziom energetyczny
- wysoki poziom energetyczny
Glikogeneza wzrost 0 0
- wysoki poziom glukozy we krwi
- wysoki poziom glukozy we krwi
- wysoki poziom insuliny we krwi
- wysoki poziom insuliny we krwi
Glikogenoliza spadek wzrost brak glikogenu
Glukoneogeneza 0 wzrost spadek
Stan po posiłku 4  36 h
Stan po posiłku 4  36 h
Synteza triacylogliceroli wzrost 0 0
- obniżenie stanu energetycznego
- obniżenie stanu energetycznego
- spadek poziomu glukozy we krwi
- spadek poziomu glukozy we krwi
Lipoliza 0 wzrost wzrost
- wysoki poziom glukagonu we krwi
- wysoki poziom glukagonu we krwi
Przemiany glicerolu synteza TAG glukoneogeneza glukoneogeneza
�-oksydacja 0 wzrost wzrost
�
�
�
Stan po 3-5 dniach
Stan po 3-5 dniach
- wzrost uwalniania kwasów tłuszczowych
- wzrost uwalniania kwasów tłuszczowych
- wzrost syntezy ciał ketonowych
- wzrost syntezy ciał ketonowych
4