Metabolismus sacharidů

Metabolismus sacharidů Pavla Balínová

Zdroje glukózy • ●z potravy (4 hodiny po jídle) • ● z glykogenu (4 - 24 hodiny po jídle) • ● z glukoneogeneze (dny po jídle, hladovění) Obrázek byl převzat z knihy: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997

Glykémie • hladina glukózy v krvi • fyziologická norma glykémie nalačno 3,3 – 5,6 mmol/l • je velmi přísně regulována řadou hormonů (inzulín, glukagon, adrenalin, kortizol, …) • po jídle může přechodně vystoupit až na 7,1 mmol/l

Vstup glukózy do buněk • a) usnadněnou difúzí (GLUT 1 – 7) • GLUT 1 – hematoencefalická bariéra, erytrocyty • GLUT 2 – játra, β-buňky v pankreatu • GLUT 3 – neurony • GLUT 4 – kosterní a srdeční svalovina, tuková tkáň • b) kotransportem s Na+iontem (SGLT-1 a 2) tenké střevo, ledviny Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997.

Transport Glc do buněk je závislý na účinku inzulínu (GLUT-4) v následujících tkáních: srdeční a kosterní svalovina, tuková tkáň Vliv inzulínu na cílové buňky • Obrázek byl převzat z http://www.mfi.ku.dk/ppaulev/chapter27/Chapter%2027.htm

Dráhy utilizace glukózy – glykolýza, pentózafosfátový cyklus, syntéza glykogenu • Fosforylace glukózy • po vstupu do buňky je Glc vždy fosforylována za vzniku Glc-6-P • enzym hexokináza katalyzuje esterifikaci glukózy • donorem fosfátové skupiny je ATP! • enzym je inhibován nadbytkem Glc-6-P • existují 2 isoenzymy katalyzující vznik Glc-6-P: hexokináza a glukokináza • hexokináza má vyšší afinitu ke glukóze než glukokináza

Hexokináza vs. glukokináza KM hexokináza = 0,1 mM KM glukokináza = 10 mM • Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/glycolysis.html

Glykolýza • ●substrát: Glc-6-P • · produkt: pyruvát (event. laktát) • · funkce: zdroj ATP • · buněčná lokalizace: cytosol • · orgánová lokalizace: všechny tkáně • · regulační enzymy: 6-fosfofrukto-1-kináza je hlavním regulačním enzymem • Regulační enzymy jsou aktivovány hormonem inzulínem!

ATP vzniká v glykolýze při přeměně: • 1,3-bisfosfoglycerátu na 3-fosfoglycerát • fosfoenolpyruvátu (PEP) na pyruvát Obě reakce jsou fosforylace na substrátové úrovni!

Schéma glykolýzy • Obrázek byl převzat zhttp://web.indstate.edu/thcme/mwking/glycolysis.html

Regulace glykolýzy • Regulační enzymy • ● Hexokináza – inhibice Glc-6-P • ● Glukokináza - aktivace inzulínem • – inhibice Fru-6-P • ● 6-fosfofruktokináza-1 (PFK-1) • – aktivace inzulínem,↑AMP / ATP, Fru-2,6-bisP • - inhibice ↑ ATP /AMP, citrát • ●Pyruvátkináza • – aktivace inzulínem, Fru-1,6-bisP • - inhibice glukagonem, ↑ ATP /AMP, acetyl-CoA

Přeměna pyruvátu na laktát • je katalyzována laktátdehydrogenázou (LD) • LD je lokalizována v mnoha tkáních a je známo 5 izoenzymů • je vratná reakce: CH3-CO-COO- + NADH + H+↔ CH3-CH(OH)-COO- + NAD+ • probíhá zde regenerace redukovanéhoNADH + H+ zpět naNAD+ - velmi důležité v případě nedostatku kyslíku ve tkáních!

Pentózový cyklus(pentózafosfátová dráha) • · substrát: Glc-6-P • · produkt: CO2, NADPH + H+ • · funkce: zisk NADPH + H+, zisk rib-5-P pro syntézu nukleotidů, vzájemné přeměny monosacharidů • · buněčná lokalizace: cytosol • · orgánová lokalizace: všechny tkáně • · regulační enzym: glukóza-6-fosfátdehydrogenáza

Pentózový cyklus – v 1. fázi je Glc-6-P oxidován za vzniku Rub-5-P • Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/pentose-phosphate-pathway.html

Pentózový cyklus – ve 2. fázi probíhají vzájemné přeměny monosacharidfosfátů • Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/pentose-phosphate-pathway.html

Syntéza glykogenu (glykogeneze) · substrát: Glc-6-P · produkt: glykogen · funkce: skladování glukózy ve formě glykogenu · buněčná lokalizace: cytosol · orgánová lokalizace: zejména játra a kosterní sval, menší zásoby glykogenu mají i ostatní tkáně · regulační enzym: glykogensyntháza Enzym glykogensyntháza je inhibován fosforylací (glukagon v játrech a adrenalin ve svalech)!

Syntéza glykogenu • Glc-6-P → Glc-1-P • Glc-1-P + UTP → UDP-Glc + PPi • Glykogensyntáza katalyzuje tvorbu • 1→4 glykosidových vazeb. • Větvení tedy vznik 1→6 glykosidových vazeb je zajištěno enzymem amylo-(1,4 – 1,6)-transglykosylázou („branching enzyme“). Obrázek byl převzat z: http://en.wikipedia.org/wiki/Glycogen

Dráhy sloužící k doplnění Glc do krve – degradace glykogenu a glukoneogeneze • Degradace glykogenu (glykogenolýza) · substrát: glykogen · produkt: Glc-6-P · funkce: uvolnění Glc z glykogenu · buněčná lokalizace: cytosol · orgánová lokalizace: játra, kosterní svaly, ale i všechny ostatní tkáně · regulační enzym: glykogenfosforyláza Enzym glykogenfosforyláza je aktivován fosforylací, kterou indukují hormony glukagon a adrenalin. Naopak inzulín působí inhibičně.

Degradace glykogenu (glykogenolýza) • Glykogen (n Glc) + Pi→ Glc-1-P + glykogen (n - 1 Glc) • Enzym glykogenfosforyláza (štěpení 1→4 vazeb v buňkách probíhá fosforolyticky, v GIT hydrolyticky), produktem je Glc-1-P • Enzymy 4--glukanotransferáza a amylo- 1→6-glukosidáza („debranching enzyme“) štěpí úseky glykogenu s vazbou 1→6 • Glc-1-P ↔ Glc-6-Pfosfoglukomutáza • Glc-6-P → Glcglukóza-6-fosfatáza • (játra, ledviny, enterocyty)

Glukoneogeneze • · substrát: laktát, pyruvát, alanin, glutamin, aspartát a jiné aminokyseliny, glycerol • · produkt: Glc-6-P • · funkce syntéza glukózy • · buněčná lokalizace: matrix mitochondrie + cytosol • · orgáová lokalizace: játra a ledviny • · regulační enzymy: pyruvátkarboxyláza a fosfoenolpyruvátkarboxykináza

Schéma glukoneogeneze • Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/gluconeogenesis.html

Obrázek byl převzat z http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462b/glycolysis.html

Regulace glukoneogeneze • Hormony: • aktivace: kortizol, glukagon, adrenalin • inhibice: inzulín Enzym pyruvátkarboxyláza • aktivace: acetyl-CoA z β-oxidace MK → zdroj ATP Enzym fruktóza-1,6-bisfosfatáza • aktivace: citrát, hladovění • inaktivace: AMP, Fru-2,6-bisP Enzym glukóza-6-fosfatáza(v ER jater, ledvin a enterocytů!)

Cyklus Coriových • Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/gluconeogenesis.html

Glukóza-alaninový cyklus • Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/gluconeogenesis.html

Metabolismus fruktózy • Fru je složkou disacharidu sacharózy • část Fru je v enterocytech přeměněna na Glc: • Fru-6-P → Glc-6-P → Glc • část Fru se vstřebá a dostává se do jater, kde je fosforylována: Fru + ATP → Fru-1-P + ADP enzymem fruktokinázou • Fru-1-P je rozložen aldolázou na glyceraldehyd (GA) a dihydroxyacetonfosfát (DHAP) • DHAP vstupuje do glykolýzy a GA po přeměně na glyceraldehyd-3-P také

Metabolismus galaktózy • Gal je součástí disacharidu laktózy • v tenkém střevě se vstřebává stejným mechanismem jako Glc → do jater • v játrech je fosforylována za vzniku Gal-1-P: • Gal + ATP → Gal-1-P + ADP enzymem galaktokinázou • Gal-1-P je přeměněn na UDP-Gal: • Gal-1-P + UTP → UDP-Gal + PPi uridyltransferázou • UDP-Gal je využívána v syntéze laktózy v laktující mléčné žláze • epimerizace UDP-Gal na UDP-Glc enzymem 4-epimerázou • UDP-Glc může být použita v syntéze glykogenu, nebo v syntéze kys. glukuronové či glykoproteinů

Metabolismus sacharidů