Metabolismus sacharidů I.

1. Metabolismus sacharidů I. Glukóza a glykogen jako energetické substráty

2. Role sacharidů v metabolismu • energetické substráty - v katabolických reakcích jsou využívány ke tvorbě ATP • stavební látky • glykoproteiny (většina proteinů v těle je glykována) • proteoglykany (pojivo)

4. Sacharidy jako zdroj energie • V potravě: • polysacharidy: škrob, glykogen, vláknina • disacharidy: sacharóza, laktóza aj. • monosacharidy • Jediným zásobním sacharidem je glykogen: játra + sval

5. Glukóza I. • Má ústřední postavení v metabolismu sacharidů • Všechny sacharidy přiváděné potravou jsou měněny na glukózu • Všechny sacharidy v těle mohou být z glukózy syntetizovány • Některé tkáně jsou na glukóze závislé (CNS, erytrocyty)

6. Glukóza II. • Hladina glukózy v krvi (glykémie) je velmi citlivě regulována: 3,3 - 6,0 mM • inzulín • glukagon, adrenalin, GH, kortisol • Hypoglykemie (< 3,3 mM) • akutně ohrožuje život: CNS je závislý na glukóze jako zdroji energie • Hyperglykemie: • vede k osmotické diuréze a dehydrataci • akceleruje aterosklerózu

7. Glukóza III. • Znalost metabolismu glukózy je nezbytná například k: • pochopení patogeneze všech typů diabetu mellitu a principů jeho léčby • všech ostatních poruch energetického metabolismu a endokrinních onemocnění • pochopení principů umělé výživy • obezitologii a sportovní a tělovýchovné lékařství • kritickou péči aj.

8. Role glukózy v metabolismu

9. Dráhy využití glukózy • Glykolýza: • tvorba 2 pyr (a dále laktát nebo AcCoA) • slouží buď k produkci energie, nebo k přeměně sacharidů na lipidy • Syntéza glykogenu • Pentosový cyklus a přeměna Glc na jiné monosacharidy

10. Tvorba glukózy • Glykogenolýza: rozklad jaterního glykogenu mezi jídly • Glukoneogeneze: • tvorba Glc z laktátu, glycerolu a aminokyselin • význam hlavně při dlouhodobém hladovění a za patologických okolností • jen v játrech a ledvinách

11. Transport glukózy do buněk • 1. nezávisle na inzulínu: • do většiny tkání (vč. jater, CNS) pasivně facilitovanou difuzí: GLUT-1, GLUT-2, -3 • ve střevě a ledvinách sekundárně aktivní transport s Na+: SGLT-1 • 2. v závislosti na inzulínu: GLUT-4 v kosterní a srdeční svalovině a tukové tkáni

12. Fosforylace glukózy I. • tvorba glukoso-6-fosfátu za spotřeby ATP • první krok metabolismu glukózy, společný pro všechny její dráhy • katalysován dvěma enzymy s různými vlastnostmi: glukokinasa a hexokinasa • reakce je nevratná, ale Glc se může z Glc-6-P tvořit odštěpením anorg. fosfátu

14. Hexokinasa: ve všech tkáních inhibována Glc-6-P aktivita je relativně nezávislá na glykemii tvoří Glc-6-P, když je Glc-6-P potřeba Glukokinasa játra + β-buňky nezávislá na Glc-6-P aktivní pouze při vyšších glykémiích tvoří Glc-6-P tehdy, když je potřeba snížit glykemii Fosforylace glukózy II.

15. Glc-6-P

16. Glukosa-6-fosfatasa • enzym, měnící Glc-6-P na glukózu • přítomen pouze v játrech, ledvinách a enterocytech (NE např. ve svalu) • vázaný na hladké endoplazmatické retikulum

17. Glykolýza I. • Přeměna glukózy na pyruvát (laktát) • Slouží k: • produkci energie: hlavně aerobně, ale i anaerobně (jako jediná mtb. dráha) • jako zdroj AcCoA pro syntézu lipidů (PDH) • Probíhá ve všech buňkách • Cytoplazma

18. Glykolýza II.: investice ATP a tvorba Gra-3-P • Glc-6-P na Fru-6-P • Fru-6-P na Fru-1,6-BP je regulační reakce: fosfofruktokinasa • Fru-6-P je štěpen na Gra-3-P a DHAP

19. Glykolýza III.: pracovní stadium • Gra-3-P je oxidován na 1,3-BPG, produkuje se NADH • 1,3-BPG se mění na 3-PG za tvorby ATP (= 1. fosf. na substr. úrovni) • 3-PG na 2-PG • 2-PG na PEP • PEP na pyr (2. fosf. na substr. úrovni)

20. Laktátdehydrogenasa • Za spotřeby NADH konvertuje pyruvát na laktát • Reakce volně reversibilní • Poměr lac/pyr odráží poměr NADH/NAD

21. Regulace glykolýzy • (tvorba Glc-6-P) • Fosfofruktokinasa: nejdůležitější • AMP aktivuje, ATP inhibuje • citrát inhibuje • inzulín aktivuje, glukagon inhibuje • Pyruvátkinasa

23. Glukoneogeneze • Tvorba glukózy z necukerných substrátů (laktát, glycerol, aminokyseliny) • Význam po vyčerpání zásob jaterního glykogenu jako jediný zdroj Glc pro tkáně, které jsou na ní závislé • Principem je tvorba PEP: dále jde o obrácené reakce glykolýzy

24. 2 nejdůležitější reakce glukoneogeneze • Pyruvátkarboxylasa: pyr  OAA • PEP karboxykinasa: OAA  PEP • Vysvětlují vznik Glc z laktátu (pyruvátu) i z aminokyselin (OAA z meziproduktů Krebsova cyklu)

26. Regulace glukoneogeneze • Proces nutný za hladovění: inhibován inzulínem, aktivován glukagonem • AcCoA je aktivátorem glukoneogeneze • Reg. enzymů je více

27. Glykogen Zásobní polysacharid

28. Glykogen • polymer glukózy • hlavně v játrech (100g) a kosterní svalovině (500g), ale i jiných buňkách • pozitivní PAS - reakce • pouze jaterní glykogen se může stát zdrojem krevní glukózy (Glc-6-fosfatasa)

29. Syntéza glykogenu I. • Po jídle pod vlivem inzulínu vychytávají glukózu játra i sval • Glc  Glc-6-P • Glc-6-P  Glc-1-P • Glc-1-P + UTP  UDP-Glc + P • UDP-Glc je enzymem glykogensynthasou navázán na neredukující konec glykogenové molekuly

30. Syntéza glykogenu II. • Větvení zajišťuje tzv. větvící enzym • „Nepřímá dráha syntézy glykogenu“ • Proces je aktivován inzulínem a inhibován glukagonem

31. Glykogenolýza I. • Zdroj krevní glukózy mezi jídly a při krátkodobém hladovění • Glykogen je štěpen FOSFORYLASOU a za použití anorganického fosfátu vzniká Glc-1-P • Glc-1-P konvertován na Glc-6-P

32. Glykogenolýza II. • Fosforylasa je aktivována kovalentní modifikací (cAMP dependentní fosforylací) • Aktivuje ji glukagon a inhibuje inzulín

33. Souhrn I.

34. Souhrn II. • Po jídle je Glc z cirkulace odstraňována: • v játrech měněna na glykogen a TAG (glykolýza) • ve svalu využívána k produkci energie i syntéze glykogenu • v tukové tkáni konverze na TAG