Mechanizmy regulacji metabolizmu:

• Szybkie - krótkotrwałe (łatwe do wyłączenia)

• Wolne - długotrwałe (rozwijają się wolniej, wiążą się z syntezą białka)

METABOLIZM:

Białko Węglowodany Triglicerydy

aminokw. glukoza, fruktoza, galaktoza kw. tłuszcz.

glicerol

Pula azotu glikogenogeneza

Glukozo-6-fosforan betaoksydacja

glikogen

NH3 białka tkanek

glikogenoliza glukoneogeneza glikoliza lipogeneza

CO2 mleczan pirogronian

Cykl mocznikowy

acetylo-CoA

mocznik

cykl Krebsa

łańcuch oddechowy

2e H2O

ATP ATP ATP

Pula azotu

Cykl acetylo-CoA pirogronian

Krebsa

SKŁADNIKI POKARMOWE JAKO CZYNNIKI REGULUJĄCE METABOLIZM:

• Regulacja funkcjonowania receptorów

• Regulacja allosteryczna aktywności enzymów

• Regulacja transkrypcji

• Regulacja translacji

REGULACJA ALLOSTERYCZNA

1. GLIKOLIZA

2. GLUKONEOGENEZA

• To biosynteza glukozy z innych metabolitów - mleczanu, aminokw., ketokw.

• Jest aktywna w stanie wysiłku fiz. i głodu, jej celem jest dostarczenie glukozy do tkanek, dla których jest wyłącznym substratem energetycznym tj. mózg, erytrocyty, rdzeń nerek, jądra

• Stanowi odwrócenie glikolizy oprócz trzech miejsc, katalizowanych przez kluczowe enzymy glikolizy i glukoneogenezy

GLIKOLIZA

NAD

mleczan dehydrogenaza

pirogronianowa acetylo CoA

cykl TCA synteza KT synteza cholesterolu

(synt. kw. trikarboks.)

• Kluczowe enzymy glikoliza i glukoneogeneza katalizują reakcje nieodwracalne

• Kluczowym regulatorem intensywności glikoliza jest FOSFOFRUKTOKINAZA:

• Jest tetrametrycznym enz., który istnieje w dwóch stanach konformacyjnych: T i R, będących w równowadze

• ATP jest jednocześnie substratem i inhibitorem allosterycznym enzymu

• Każda podjednostka ma dwa miejsca wiążące ATP - substratowe i regulatorowe

• Powinowactwo miejsca substratowego do ATP jest jednakowe w obydwu stanach, natomiast miejsca inhibitorowego wzrasta w stanie T

• Drugi substrat - 6-fosforan fruktozy wiąże się preferencyjnie w stanie R (jego powinowactwo znikome)

• Przy wysokim poziomie ATP następuje wiązanie go do miejsca inhibitorowego i zmiana konformacji na T, co hamuje aktywność enz. (hamowana glikoliza), a więc:

Aktywność fosfofruktokinazy, kluczowego enz. Glikolizy, jest hamowana przez wysokie stęż. ATP !!!

• Regulacja glikolizy i glukoneogenezy zachodzi przez regulację ENZYMU DWUFUNKCYJNEGO:

• Enzym ten w stanie nieufosforylowanym ma aktywność kinazową i katalizuje powstawanie 2,6-BISFOSFOFRUKTOZY, a w stanie ufosforylowanym ma aktywność fosfatazową i rozkłada ten związek do FRUKTOZO-6-FOSFORANU

• 2,6-bisfosforan fruktozy uaktywnia fosfofruktokinazę (glikoliza)

a hamuje fosfatazę 1,6-bisfosforanu fruktozy (glukoneogeneza)

• kinaza białkowa A (PKA) uaktywniana przez cAMP, a więc

glukagon i adrenalina fosforyluje kinazę przez co hamuje glikolizę i pobudza glukoneogenezę (mech. wpływu hormonów wydz. podczas wysiłku i głodu na stymulację)

Mleczan powstający w tkankach podczas glikolizy beztlenowej jest transportowany do tkanek silnie aerobowych tj. mięsień sercowy i wątroba, i tam utleniany przez dehydrogenazę mleczanową:

CYKL CORI

Glukagon Glukoza

2ATP

Pirogronian (2) Pirogronian

Mleczan (2) Mleczan

Wątroba Krew Mięśnie

CYKL GLUKOZOWO-ALANINOWY

Glukoza Glukoza

2ATP

(2) Pirogronian (2) Pirogronian (2) mleczan

mocznik

2 NH2 ???

(2) Alanina

ATP

Wątroba Krew Mięśnie

W reakcji transaminacji w mięśniach powstaje z pirogronianu alanina, która w wątrobie staje się substratem glukoneogenezy, jednocześnie służy usunięciu grup aminowych

PIROGRONIAN

CoA, pirofosforan

tiaminy (poch. P₁), dehydrogenaza pirogronianowa (PDH)

kw. liponowy,

FAD, NAD

CO₂, NADH, FADH₂

ACETYLO - CoA

PDH (PDh) - DEHYDROGENAZA PIROGRONIANOWA:

+re:

NADH, ADP H2O ?

ATP PDH

acetyloCoA Nieakt.

+

- -

PDH

Pirogronian, Akt. P Mg⁺²

NAD⁺ Ca⁺²

CoASH

ADP ?

Ca⁺²

REGULACJA DEHYDROGENAZY PIROGRONIANOWEJ:

• Enz. ten jest akt. w stanie nie ufosforylowanym

• Kinaza PDh powoduje je unieczynnienie, a fosfataza - uaktywnienie

• Czynniki aktywujące PDh to te, które uaktywniają fosfatazę i unieczynniają kinazę

• Jony Ca i Mg uaktywniają fosfatazę

• Kinaza jest uaktywniana przez NADH, ATP i acetylo CoA, które świadczą o dużej intensywności cyklu Krebsa

• Kinaza jest unieczynniana przez pirogronian, ADP, CoA, NAD, jony Ca, które świadczą o małej intensywności cyklu Krebsa

• Intensywność cyklu Krebsa zależy od ładunku energetycznego komórki i stosunku NAD/NADH

• Od dostępności NAD zależy aktywność enzymów wykorzystujących ten nukleotyd, które są enz kluczowymi, od ich akt zależy intensywność cyklu

• Kluczowe enz cyklu K. są także regulowane allosterycznie przez Ca, ATP i ADP

• Regulacja przez dostępność substratów:

• reakcja syntezy cytrynianowej zależy od dostępności szczawiooctanu

• Hamowanie przez produkty:

• cytrynian hamuje syntazę cytrynianową

• NADH i bursztynylo CoA hamują dehydrogenazę α-ketoglutaranu

SYNTEZA I ROZKŁAD GLIKOGENU

W syntezie glikogenu bierze udział nukleotyd urydynowy, który łączy się z glukozą tworząc URYDYNODIFOSFOGLUKOZĘ (UDP)

SYNTEZA GLIKOGENU

Glukoza

Heksokinaza ATP

Glukozo-6-fosforan

Fosfoglukomutaza

Glukozo-1-fosforan

UDP-glukoza

Synteza glukoza n

glikogenu

glukoza n+1

UDP

Inicjacja syntezy glikogenu wymaga obecności białka startowego - GLIKOGENINY

GLIKOGENINA (Tyrozyna)

UDP-glukoza

UDP

GLIKOGENINA Tyr-glukoza

n UDP-glukoza

n UDP

Glikogenina Proglikogen --> Glikogen

• Rozkład glikogenu to reakcja fosforolizy - katalizowana jest przez fosforylazę glikogenu

• Produktem reakcji jest glukozo-1-fosforan

α-D-glukozo-1-fosforan α-D-glukozo-6-fosforan

fosfoglukomutaza

*glukozo-6-fosfataza *

(wyłącznie w wątrobie)

uwolnienie glikoliza

glukozy do krwi

Cykl Krebsa

REGULACJA METABOLIZMU GLIKOGENU

Oparta jest na regulacji aktywności syntazy i fosforylazy glikogenu.

Fosfataza (+) Fosfataza (-)

GLIKOGEN

Syntaza Fosforylaza

n GLUKOZO-1-FOSFORAN

Kinaza (-) Kinaza (+)

Insulina + Insulina -

Glukagon - Glukagon +

Adrenalina - Adrenalina +

Heksokinaza + Glukokinaza !!!

Izomeraza

fosfoheksoz

Zamiast dwu - bis np. fosforan

Izomeraza fosfotrioz

fosfoheksoz

= fosforan dihydroksyacetonu

3-

fosfoheksoz

= mutaza fosfoglicerynianowa

enolaza

fosfoheksoz

!!!

!!!

pirogronian

CO2

szczawiooctan

fosfoenolopirogronian

Fosfataza (heksokinaza)

α-D-glukozo-6-P

D-fruktozo-6-P

D-

fosfofruktokinaza

fosforany trioz

3-P-aldehyd glicerynowy

PDH

fosfataza

PDH

kinaza

1.

2. akonitaza

cytrynian

izocytrynian

3.

α-ketoglutaran

Ulega autoglikozylacji reszt tyrozynowych, a potem tworzy kompleks z syntazą glikogenu

syntaza glikogenu

+ enzym rozgałęziający

Posiada wew akt glukozylotransferazową

Hormony powodujące fosforylację

Działają w stanie głodu i aktywności

---