Wykład 8
Metabolizm węglowodanów.
Glikoliza, fermentacje, cykl
fosforanów pentoz.
Metabolizm węglowodanów
wd_8 2
Podstawowe z
ródło energii dla organizmu
Węglowodany łącza wiele procesów metabolicznych
Magazynowanie
Tkanka tłuszczowa glikogen
energii
Glukoza
Pirogronian/mleczan
Rybozo-5-fosforan
wd_8 3
szlak fosforanów pentoz glikoliza/fermentacja
Glikoliza
glukoza
2 ATP
2 pirogronian
glikoliza
Reakcja sumaryczna:
Glukoza + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+
2 pirogronian + 2 ATP + 2 NADH +
2 H+ + 2 H2O
wd_8 5
Etapy glikolizy
wd_8 6
I etap glikolizy
glukoza
heksokinaza
Glukozo-6-fosforan
glukozo-6-fosforan
izomeraza
glukozofosforanowa
glukozofosforanowa
fruktozo-6-fosforan
fruktozo-6-fosforan
fruktozo-6-fosforan
izomeraza
fosfofruktokinaza
glukozofosforanowa
fruktozo-1,6-bisfosforan
aldolaza
aldehyd 3-fosfoglicerynowy Fosfodihydroksyaceton
wd_8 7
Etap I
fosforylacja glukozy do
glukozo-6 fosforanu
CH2OH
heksokinaza
O CH2OPO32-
+ +
OH
ATP ADP + H+
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
Glukoza
Glukozo-6-fosforan
wd_8 8
Etap I cd.
Izomeryzacja glukozo-6-fosforanu do
fruktozo-6-fosforanu
C H2O PO32 -
izomeraza
glukozofosforanowa
O
CH2OPO32-
CH2OH
2
O H
O H
O
O
OH
O H
O H
OH
O H
OH
Glukozo-6-fosforan
Fruktozo-6-fosforan
wd_8 9
Etap I cd.
Fosforylacja fruktozo-6-fosforanu do
fruktozo-1,6-difosforanu
CH2OPO32-
CH2OH fosfofruktokinaza
O
CH2OPO32-
CH2OPO32-
O
OH
+ ATP
+ ATP
OH OH
OH
OH
+ ADP + H+
OH
Fruktozo-1,6-difosforan
Fruktozo-6-fosforan
wd_8 10
Etap I cd.
Rozszczepienie fruktozo-1,6-difosforanu na:
aldehyd 3-fosfoglicerynowy i fosfodihydroksyaceton
H
aldolaza
CH2OPO32-
CH2OPO32-
C O
C O
+
C O
HO C H
H C OH
HO C H
HO C H
H C OH
H C OH
CH2OPO32-
H C OH
H
CH2OPO32-
Fosfodihydroksyaceton Aldehyd-3-fosfoglicerynowy
Fruktozo-1,6-difosforan
wd_8 11
II etap glikolizy
Izomeryzacja fosfodihydroksyacetonu do
aldehydu 3-fosfoglicerynowego
izomeraza
triozofosforanowa H
CH2OPO32-
C O
C O
H C OH
H C OH
HO C H
HO C H
CH2OPO32-
H
Fosfodihydroksyaceton aldehyd 3-fosfoglicerynowy
wd_8 12
III etap glikolizy
aldehyd 3-fosfoglicerynowy
dehydrogenaza aldehydu
3-fosfoglicerynowego
1,3-bisfosfoglicerynian
kinaza
fosfoglicerynianowa
3-fosfoglicerynian
3-fosfoglicerynian
fosfogliceromutaza
2-fosfoglicerynian
enolaza
fosfoenolopirogronian
kinaza
pirogronianowa
pirogronian
wd_8 13
III Etap
Utlenianie aldehydu 3-fosfoglicerynowego do
1,3-difosfoglicerynianu
H
dyhydrogenaza aldehydu O
fosfoglicerynowego
C O
C OPO32-
+ NAD+ + Pi
+ NADH + H+
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH2OPO32-
CH2OPO32-
Aldehyd 3-fosfoglicerynowy 1,3-difosfoglicerynianu
wd_8 14
III etap cd.
Defosforylacja 1,3-fosfoglicerynianu do 3-
fosfoglicerynianu
kinaza
O O
fosfoglicerynianowa
C OPO32- C O-
+ ATP
+ ADP
H C OH H C OH
H C OH H C OH
CH2OPO32- CH2OPO32-
1,3-fosfoglicerynian 3-fosfoglicerynian
wd_8 15
Etap III cd.
Przegrupowanie wewnÄ…trz czÄ…steczkowe
3-fosfoglicerynianu do 2-fosfoglicerynianu
O
fosfogliceromutaza
O
C O-
C O-
H C OH
H C OPO32-
CH2OPO32-
CH2OH
3-fosfoglicerynian 2-fosfoglicerynian
wd_8 16
Etap III cd.
Dehydratacja 2-fosfoglicerynianu do
fosfoenolopirogronianu
O O
enolaza
C O-
C O-
+ H2O
H C OPO32-
H C OPO32-
CH2OH
CH2
2-fosfoglicerynian fosfoenolopirogronian
wd_8 17
Etap III cd.
Wytworzenie pirogronianu
O
O
kinaza
C O-
C O-
pirogronianowa
+ ADP + H+ + ATP
H C O
H C OPO32-
CH3
CH2
pirogronian
fosfoenolopirogronian
wd_8 18
Funkcje glikolizy
glukoza
2 ATP
2 pirogronian
wd_8 19
Metabolity pośrednie poza pirogronianem
wykorzystywane do syntez
wd_8 20
MOśLIWE REAKCJE
Z PIROGRONIANEM
mleczan
etanol alanina
pirogronian
szczawiooctan Acetylo CoA
wd_8 21
Synteza alaniny z pirogronianu
Synteza alaniny w reakcji katalizowanej przez aminotransferaze
alaninowÄ…
2- oksoglutaran
glutaminian
Glutamate Ä…-Ketoglutarate
 
 
COO COO
COO COO
C O HC NH3+
Alanine amino transferase
aminotransferaza alaninowa
CH3 CH3
(AAT)
ALAT
Pyruvate
pirogronian alanina
Alanine
wd_8 22
Powstawanie acetylo-CoA REAKCJA
POMOSTOWA  Å‚Ä…czy glikolizÄ™ z CKT
Acetylo-CoA powstaje z pirogronianu dzięki reakcji
katalizowanej przez:
kompleks dehydrogenazy pirogronianowej
Reakcja sumaryczna:
wd_8 23
pirogronian + CoA + NAD+ acetylo-CoA + CO2 + NADH
Fermentacja alkoholowa
Dekarboksylaza
pirogronianowa
wd_8 24
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
Utlenienie aldehydu 3-fosfoglicerynowego +2 NADH
Fosforylacja substratowa +2 ATP
Fosforylacja substratowa +2ATP
Redukcja pirogronianu do mleczanu - 2NADH
_______________________________________________________
Netto (zysk) 2 ATP
wd_8 30
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
Fosforylacja substratowa +2 ATP
Fosforylacja substratowa +2 ATP
________________________________________________________
Netto (zysk) +8 ATP
wd_8 31
Szlak fosforanów pentoz
Reakcja sumaryczna:
6C6H12O6 +12NADP++6H2O6CO2+ 6Rybulozo5-P +12NADPH+H+
wd_8 32
Szlak fosforanów pentoz cd.
PiNADP+



wd_8 33
szlak pentozofosforanowy 1 etap utleniajÄ…cy
Glukozo-6-fosforan
Reakcja, która limituje
dehydrogenaza
szybkość całego szlaku
Glukozo-6-fosforanowa
6-fosfoglukono-´-lakton
laktonaza
6-fosfoglukonian
dehydrogenaza
6-fosfoglukonianowa
Rybulozo-5-fosforan
wd_8 34
2 etap - reakcje nieoksydacyjne
szlak pentozofosforanowy 1 etap
utleniajÄ…cy cd.
dehydrogenaza
glukozo-6-fosforanowa
H-C-OH C=O
H-C-OH H-C-OH
O NADP+ NADPH+H+ O
O NADP+ NADPH+H+ O
HO-C-H HO-C-H
HO-C-H HO-C-H
H-C-OH H-C-OH
H-C H-C
CH2OPO32- CH2OPO32-
6-fosfoglukonolakton
glukozo-6-fosforan
wd_8 35
szlak pentozofosforanowy 1 etap
utleniajÄ…cy cd.
O-
laktonaza
C=O C=O
H-C-OH H-C-OH
O
H2O H+
HO-C-H HO-C-H
H-C-OH H-C-OH
H-C-OH H-C-OH
H-C H-C-OH
CH2OPO32- CH2OPO32-
6-fosfoglukonolakton
6-fosfoglukonian
wd_8 36
szlak pentozofosforanowy 1 etap
utleniajÄ…cy cd.
O-
dehydrogenaza
C=O
6-fosfoglukonianowa
H-C-OH H2C-OH
HO-C-H C=O
NADP+ NADPH+H+
+ CO2
H-C-OH H-C-OH
H-C-OH H-C-OH
H-C-OH H-C-OH
CH2OPO32- CH2OPO32-
rybulozo-5-fosforan
6-fosfoglukonian
wd_8 37
szlak pentozofosforanowy etap nieutleniajÄ…cy
Rybulozo-5-fosforan
epimeraza Izomeraza
pentozofosforanowa pentozofosforanowa
Ksylulozo-5-fosforan Rybozo-5-fosforan
transketolaza
sedoheptulozo-7-fosforan
Aldehyd 3-fosfoglicerynowy
transaldolaza
Erytrozo-
4-fosforan
transketolaza
Aldehyd fruktozo- fruktozo-
3-fosfoglicerynowy 6-fosforan 6-fosforan
wd_8 38
Reakcje fazy nieoksydacyjnej cd.
Substraty Produkty Enzym
izomeraza
rybulozo-5-fosforan rybozo-5-fosforan  C5
pentozofosforanowa
epimeraza
rybulozo-5-fosforan ksylulozo-5-fosforan  C5
pentozofosforanowa
ksylulozo-5-fosforan aldehyd 3-fosfoglicerynowy  C3
+ +
+ +
transketolaza
transketolaza
rybozo-5-fosforan sedoheptulozo-7-fosforan  C7
sedoheptulozo-7-fosforan erytrozo-4-fosforan  C4
+ +
transaldolaza
aldehyd 3-fosfoglicerynowy fruktozo-6-fosforan  C6
ksylulozo-5-fosforan aldehyd 3-fosfoglicerynowy  C3
+ +
transketolaza
erytrozo-4-fosforan fruktozo-6-fosforan  C6
Transketolazy przenoszÄ… C2 (grupy ketonowe) z ketoz na aldozy
Transaldolazy przenoszÄ… C3 z aldoz na ketozy.
wd_8 39
Reakcje fazy
nieoksydacyjnej cd.
wd_8 40