Koenzym A to aktywowany przenośnik fragmentów dwuwęglowych, służy do przenoszenia grup acylowych. Zbudowany jest z adenozyny, reszty pirofosforanowej oraz kwasu pantotenowego połączonych z cysteaminą. .Miejscem reaktywnym koenzymu A jest końcowa grupa hydrosulfidowa. Grupy acylowe są przyłączane do CoA wiązaniem tioestrowym. Tak powstała pochodna nazywana jest acylo-CoA, jest to związek wysoko energetyczny, stanowiący substrat w wielu reakcjach metabolicznych. W wyniku reakcji CoA z kwasem octowym powstaje acetylo-CoA. Koenzym A ma szczególne znaczenie w procesie utleniania kwasów tłuszczowych.
Powstawanie wiązań podwójnych podwójnych kwasach tłuszczowych
Wprowadzanie wiązań podwójnych do kwasów tłuszczowych to reakcja przeprowadzana przez układy enzymatyczne związane z błoną retikulum endoplazmatycznego. Wprowadzanie wiązań nienasyconych wymaga NADH i tlenu i jest przeprowadzane przez kompleks składający się z flawoproteiny, cytochromu i niehemowego białka, zawierającego żelazo. Ssaki nie mają enzymów wprowadzających podwójne wiązania poza atom węgla C9 i dlatego w pożywieniu potrzebują obecności kwasu linolowego i linolenowego. Stają się one substratami do syntezy wielu innych, nienasyconych kwasów tłuszczowych. Nienasycone kwasy tłuszczowe pochodzą od palmitoleinianu, oleinianu, linolanu lub linolenianu.
Regulacja glikolizy.
Szlak glikolityczny służy dwóm zasadniczym celom: wytwarzaniu ATP w wyniku degradacji glukozy oraz dostarczaniu elementów budulcowych do syntezy składników komórki. Szybkość glikolizy zależy od stężenia glukozy, więc podstawowe założenie regulacji wyraża się następująco:gdy występuje zapotrzebowanie na energię, dominuje proces glikolizy. W tym przypadku, stężenie AMP jest duże, co stymuluje fosfofruktokinazę, natomiast hamuje fruktozo-1,6-bisfosfatazę. Prowadzi to do stymulacji glikolizy, w warunkach odwrotnych ( wysokie stężenie ATP i cytrynianu) proces glikolizy jest zatrzymany. Allosteryczny efektory ATP i alanina hamują aktywność enzymu glikolitycznego- kinazy pirogronianowej, co sygnalizuje, że ładunek energetyczny komórki jest wysoki i składniki budulcowe do syntez są w nadmiarze.
Regulacja procesów cyklu kwasów trójkarboksylowych.
Dekarboksylacja oksydacyjna pirogronianu do aetylo-CoA skierowuje atomy węgla glukozy na dwie różne drogi metaboliczne: albo cykl kwasu cytrynowego, albo wbudowywanie do lipidów. Kompleks dehydrogenazy pirogronianowej, umiejscowiony w krytycznym punkcie rozgałęzienia szlaków metabolicznych, jest kontrolowany. Duże stężenia produktów reakcji hamują jego działanie. Głównym sposobem regulacji kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej jest modyfikacja kowalencyjna. Fosforylacja dehydrogenazy pirogronianowej przez specyficzną kinazę hamuje aktywność kompleksu, a działanie specyficznej fosfatazy przywraca tą aktywność. Fosfataza jest stymulowana przez jony Ca2+, duże stężenie mitochondrialnego Ca2+ aktywuje fosfatazę, która wzmaga aktywność dehydrogenazy piroronianowej. W niektórych tkankach aktywność fosfatazy regulują hormony, np. adrenalina, insulina. Dodatkowymi punktami kontrolnymi jest dehydrogenaza izocytrynianowa i dehydrogenaza alfa-ketoglutaranowa. Hamowane są przez NADH oraz duże stężenie ATP.
Regulacja rozkładu i syntezy glikogenu.
Glikogen jest rozgałęzionym polimerem zbudowanym z reszt glukozy, który spełnia funkcję rezerwy energetycznej łatwo ulegającej uruchomieniu. Podczas rozkładu glikogenu fosforylaza katalizuje fosforlolityczne rozszczepienie glikogenu prowadzące do glukozo-1-fosforanu, który szybko jest przekształcany do glukozo-6-fosforanu w celu dalszych przemian. Synteza i rozkład glikogenu są kontrolowane w skoordynowany sposób przez kaskadę reakcji wzmacniającą sygnał hormonalny, w efekcie syntaza glikogenowa jest nieaktywna wtedy, kiedy aktywna jest fosofrylaza i odwrotnie. Enzymy te są regulowane przez fosforylację i niekowalencyjne interakcje allosteryczne.
Teoria chemiosmotyczna Mitchella.
Zakłada ona, że transport elektronów i synteza ATP są sprzężone dzięki gradientowi protonowemu utworzonemu w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej. Według tego modelu przepływ elektronów przez łańcuch oddechowy powoduje przepompowanie protonów za strony matriksowej na cytoplazmatyczną stronę wewnętrznej błony mitochondrialnej. Idea Mitchella zakłada, że przepływ protonów napędza syntezę ATP katalizowaną przez syntazę ATP. Efekt korzystnego energetycznie nierównomiernego rozłożenia protonów nazwano siłą protonomotoryczną- składa się ona z gradientu chemicznego i gradientu ładunków. Oba te czynniki zasilają syntezę ATP.
Główne etapy glikolizy.
Etap 1: fosforylacja glukozy
Etap 2: izomeryzacja glukozo-6-fosforanu do fruktozo-6-fosforanu
Etap 3: druga fosforylacja fruktozo-6-fosofranu do fruktozo-1,6-bisfosforanu
Etap 4: rozpad na 2 fragmenty trójwęglowe- aldehydu 3-fosfoglicerynowego i fosfodihydroksyacetonu.
Etap 5: fosfodihydroksyaceton izomeryzuje do aldehydu 3-fosfoglicerynowego
Etap 6: odwodornienie i fosforylacja aldehydu do 1,3-bisfosoglicerynianu
Etap 7: odzysk energii, poprzez przeniesienie grupy fosforowej z 1,3-bisfosfoglicerynianu na ADP z utworzeniem ATP i 3-fosfoglicerynianu
Etap 8: izomeryzacja 3-fosfoglicerynianu do 2-fosfoglicerynianu
Etap 9: dehydratacja 2-fosfoglicerynianu z utworzeniem fosfoenolopirogranianem
Etap 10: przeniesienie grupy fosforanowej z fosfoenolopirogranianu na ADP z wytworzeniem ATP i pirogranianu
Glukoneogeneza jest to proces syntezy glukozy z niewęglowodanowych prekursorów. Utrzymanie poziomu glukozy jest bardzo ważne dla mózgu, dla którego glukoza stanowi podstawowy materiał energetyczny. Również erytrocyty jako materiał energetyczny zużywają tylko glukozę. Głównymi niewęglowodanowymi prekursorami glukozy są: mleczan, aminokwasy i glicerol. Wszystkie te prekursory najpierw są przekształcane w pirogronian. Głównym miejscem glukoneogenezy jest wątroba, w mniejszym stopniu nerki, a także mózg, mięśnie szkieletowe i serce.
Glukoneogeneza.
1) pierwszym etapem w glukoneogenezie jest karboksylacja pirogronianu prowadząca do powstania szczawiooctanu kosztem energii pochodzącej z ATP. Następnie szczawiooctan ulega dekarboksylacji i fosforylacji dzięki energii pochodzącej z wysokiego potencjału przenoszenia grupy fosforanowej GTP, dając fosfoenolopirogronian. Obydwie te reakcje przebiegają wewnątrz mitochondriów. Pierwszą reakcję katalizuje karboksylaza pirogronianowa, drugą- karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa.
2) inne enzymy glukoneogenezy występują w cytoplazmie, szczawiooctan ulega redukcji do jabłczanu wewnątrz mitochondrium, żeby następnie zostać przeniesionym do cytoplazmy. Reakcję redukcji przeprowadza dehydrogenaza jabłczanowa związana z NADH. Jabłczan po przeniesieniu przez błonę mitochondrialną jest ponownie utleniany do szczawiooctanu z udziałem dehydrogenazy jabłczanowej związanej z NAD+, występującej w cytoplazmie. Na koniec w cytoplazmie szczawiooctan ulega jednocześnie dekarboksylacji i fosforylacji przez karboksykinazę fosfoenolopirogronianową, wytwarzając fosfoenolopirogronian. Donorem grupy jest GTP. Na tym etapie uwalnia się CO2 poprzednio przyłączony do pirogronianu przez karboksylazę pirogronianową.
3) po powstaniu fosfoenolopirogronian ulega przemianom kolejno:
- hydratacji do 2-fosfoglicerynianu w obecności enolazy
- izomeryzacji 2-fosfoglicerynianu do 3-fosfoglicerynianu przy udziale fosfogliceromutazy
- przeniesienie grupy fosforowej z ATP na 2-fosfoglicerynian- powstaje 1,3-bisfosfoglicerynian, reakcja ta jest katalizowana przez kinazę fosfolicerynianową
- 1,3-bisfosfosforynian ulega uwodnieniu i defosforylacji do aldehydu 3-fosfoglicerynowego
- cząsteczki aldehydu 3-fosfoglicerynowego ulegają kondensacji katalizowanej przez aldolazę do fruktozo-1,6-bisfosforanu
4) fruktozo-1,6-bisfosforan przekształca się w fruktozo-6-fosforan, jest reakcja nieodwracalna, katalizowana przez fruktozo-1,6-bisfosfatazę
5)przy udziale izomerazy fosfoglukozy fruktozo-6-fosforan izomeruje do glukozo-6-fosforanu
6) w większości tkanek Glukoneogeneza zatrzymuje się na tym etapie, ale ostatni etap reakcji prowadzącej do wytworzenia glukozy zachodzi we wnętrzu retikulum endoplazmatycznego, gdzie dochodzi do hydrolizy do glukozy z udziałem glukozo-6-fosfatazy.
Dehydrogenaza glutaminianowa
Utlenianie glutaminianu przez d.g. jest główną reakcją umożliwiającą usunięcie N z ustrojowej puli aminokwasów aminokwasów formie NH. Akceptorami wodorów są NAD+ lub NADP+. D.g. występuje w kom. wątroby. W swojej budowie zawiera cynk. Może również katalizować deaminację oksydacyjną waliny i Lucyny. Bierze udział we włączaniu azotu amonowego do związków organicznych roślin i bakterii glebowych.
Fotoliza wody
Jest to istotny element fosforylacji fotosyntetycznej roślin i sinic. Jej produktem jest cząsteczka tlenu. Do wydzielenia jednej cząsteczki tlenu niezbędne jest pochłonięcie przez każdy fotosystem czterech kwantów światła.