METABOLISMUS GLYKOGENU

1. METABOLISMUS GLYKOGENU 1. Odbourávání glykogenu 2. Úloha fosforylasy 3. Adrenalin a glukagon – hormony nutné k odbourávání glykogenu 4. Syntéza a odbourávání glykogenu probíhá různými drahami 5. Obě dráhy jsou vzájemně regulovány

2. Glykogen je mobilní skladovatelná glukosa. • Vazby a-1,4-glykosidové a větvení po každé desáté glukosové molekule a-1,6-glykosidové. a- glykosidové vazby formují otevřené helikální polymery, zatímco b-glykosidové formují rovné řetězce –fibrily jako např. celulosa.

4. Proč skladují živočichové energii ve formě glykogenu ?? • Kontrolované štěpení glkogenu poskyuje rychle glukosu mezi jídly.Glykogen má funkci „pufru“ hladiny krevní glukosy. • Glukosa je nutná zvláště pro funkci mozku. • Glukosa z glykogenu je pohotově k dispozici při zátěži organismu, zvláště za anaerobních podmínek. Hlavními místy kde je glykogen skladován jsou játra a svalstvo skeletu (v játrech 10%, ve svalech 2% na váhu). Celkově více ve svalech. Glykogen je skladován v cytosolu ve formě granulí o rozměrech od 10 do 40 nm.

6. Cesty glukosa-6-fosfátu.

7. Glykogenfosforylasa (Fosforolýza)

8. Enzym štěpící větvení glykogenu • Fosforylasa štěpí jen po místo vzdálené 4 glukosové jednotky od větvení ! • Dva další enzymy: transferasa – posunuje skupinu tří glukosových jednotek z jednoho řetězce na druhý. a-1,6-glykosidasa (odvětvující enzym – debranching enzyme) hydrolyzuje vazbu 1 – 6 za tvorby volné molekuly glukosy.

11. Fosfoglukomutasa – převádí glukosa-1-P na glukosa-6-P (obdoba glykolytického enzymu fosfoglycerátmutasy).

13. Jaterní glukosa-6-fosfatasa. • Hlavní funkcí jater je udržovat konstantní hladinu krevní glukosy. Děje se tak uvolňováním glukosy do krve. • Glukosa-6-fosfát z glykogenu do krve nevstupuje. • Glu-6-fosfatasa je lokalizována vnitřní starně membrány endoplasmatického retikula. • Enzym je přítomen prakticky jen v játrech. Glukosa-6-fosfát slouží k tvorbě ATP.

14. Struktura glykogenfosforylasy(homodimer) PLPjako prosthetická skupina vázaný na Lys 680

16. Mechanismus fosforylasy

17. Regulace svalové fosforylasy • Fosforylasa je regulována řadou allosterických efektorů, které signalizují energetický stav buňky a reversibilní fosforylací, která je reakcí na hormony insulin, adrenalin a glukagon. • Budeme se zabývat dvěma fosforylasami: jaterní a svalovou. Proč? • Svaly využívají produkovanou energii pro sebe, kdežto játra pro celý organismus.

18. Svalová fosforylasa – dvě vzájemně převeditelné formy: obvykle aktivní fosforylasa a obvykle inaktivní fosforylasa b. • Každá z těchto forem existuje v rovnováze mezi stavy:aktivní – R-uvolněný (relaxed) a méně aktivní T –pevný (tense). • Rovnováha pro fosf. a je na straně R, kdežto rovnováha pro fosf. b je na straně T. • Fosforylasu b lze převést na fosforylasu a fosforylací Ser 14 !!! • Regulačním enzymem je fosforylasakinasa, která katalyzuje fosforylaci. Aktivuje např. adrenalin.

26. Jaterní fosforylasa • Na rozdíl od svalové, je u jaterní fosforylasy forma fosf. a více ovlivňována pro přechod R – T. • Vazba glukosy na fosforylasu a posouvá rovnováhu ke stavu T – inaktivace enzymu. • Proč glukosa? Účelem odbourávání glykogenu v játrech je udržování hladiny glukosy v krvi. Dostatek gluksy zastavuje odb. glykogenu. • Jaterní enzym nereaguje na hladinu AMP. Proč ?

28. Aktivace fosforylasakinasy. • Svalová je velký protein (1 200 kd – heterotetramer). • Enzym je aktivován fosforylací proteinkinasou A (PKA) v jednotce b. PKA je spouštěna cyklickým AMP. • Vápenaté ionty se váží na podjednotku d, což je calmodulin. Ca++ se uvolňuje ze sarkoplasmatického retikula.

30. Pro spuštění a regulaci odbourávání glykogenu jsou nutné hormony adrenalin a glukagon. • Adrenalin stimuluje odbourávání glykogenu hlavně ve svalech, v játrech výrazně méně. • Glukagon ovlivňuje odb. glykogenu v játrech. Vysoká hladina glukagonu je signálem hladovění.

32. Terminace odbourávání glykogenu. • GTPasová aktivita G proteinů převede GTP na GDP. • Buňky obsahují také fosfodiesterasy, které převádí cAMP na AMP. • PKA je fosforylována na podjednotce a (podjednotka b je už fosforylována) a nastupuje proteinfosfatasa 1 a inaktivuje PKA. Inaktivuje sučasně fosforylasu a která se tak převede na inaktivní fosforylasu b.

33. Syntéza glykogenu je odlišná od odbourávání. • Syntetickou jednotkou je uridindifosfát glukosa (UDP) a ne glukosa-1-fosfát jak by se dalo předpokládat. UDP je aktivovaná forma glukosy.

34. Syntéza UDP-glukosy.Reakce je reversibilní. Směr k syntéze je poháněn štěpením difosfátu difosfatasou.

35. Glykogensynthasa. Přidává glukosové jednotky jen na řetězec, který má už čtyři glukosové jednotky. Potřebuje primer !!! Primer poskytuje protein GLYKOGENIN – vždy osm glukosových jednotek.

36. Větvící enzym. • Glykogensynthasa spojuje jen a-1,4-glykosidové vazby. • Větvící enzym spojuje vazby a-1,6-glykosidové. • Nejprve se syntetizuje dlouhý řetězec a-1,4-glykosidový. Větvící enzym ho štěpí a přenáší jednotku sedmi glukos dovnitř a-1,4-glykosidového řetězce. • Větvení je důležité neboť se tak zvyšuje rozpustnost glykogenu. • Vzniká tak velké množství koncových skupin což jsou místa pro působení glykogensynthasy a glykogenfosforylasy. Zvyšuje se rychlost syntézy a degradace.

38. Struktura glykogentransferasy. Asp tvoří kovalentní intermediát s s řetězcem glukosových molekul.

39. Glykogensynthasa je klíčový enzym syntézy glykogenu. • Fosforylace glykogensynthasy vede k inaktivaci. • Aktivátorem je glukosa-6-fosfát

40. Glykogen je efektivní skladovatelná forma glukosy. • Za jakou cenu se převádí glukosa-6-fosfát na glykogen a poté zpět na glukosa-6-fosfát? • Glukosa-6-fosfát glukosa-1-fosfát • Glukosa-1-fosfát + UTP = UDP-glukosa + PPi • PPi + H2O = 2 Pi • UDP-glukosa + glykogenn = glykogenn + 1 + UDP • UDP + ATP = UTP + ADP • Suma: Glukosa-6-fosfát + ATP + glykogenn + H2O = glykogenn + 1 + ADP + 2 Pi

41. Při vstupu jedné glukosy do glykogenu se hydrolyzuje jedno ATP. • Kompletní oxidace glukosa-6-fosfátu vede ke tvorbě 31 molekul ATP. • Skladovací efekt je téměř 97 % !!

42. Odbourávání a syntéza glykogenu jsou recipročně regulovány. • Oba procesy jsou recipročně regulovány hormonální kaskádou s cAMP a proteinkinasou A. • Regulace zajišťuje, že při syntéze glykogenu nemůže probíhat současně jeho odbourávání.

46. Proteinfosfatasa 1 (PP1) obrací regulační efekt kinas metabolismu gykogenu. • Enzym hydrolyzuje fosfáty z Ser a Tyr proteinů. • PP1 inaktivuje fosforylasukinasu a fosforylasu a. • Enzym snižuje rychlost odbourávání glykogenu a zvyšue rychlost syntézy tím, že převádí glykogensynthasu b na aktivnější glykogensynthasu a • PP1 je složena ze tří složek. PP1 samotná, RG1 podjednotka s vysokou afinitou ke glykogenu a inhibitor 1, který fosforylován, inhibuje PP1. • Aktivace cAMP kaskády vede k inaktivaci PP1

48. Insulin stimuluje syntézu glykogenu aktivací PP1.

49. Metabolismus glykogenu v játrech reguluje hladinu krevní glukosy.Infůze glukosy vede k inaktivaci fosforylasy a aktivaci glykogensynthasy.

50. Regulace metabolismu glykogenu v játrech hladinou glukosy. • Glukosa se váže a inhibuje v játrech glykogenfosforylasu a, oddisociuje a aktivuje se PP1. • Volná PP1 defosforyluje glykogenfosforylasu a aglykogensynthasu b, což vede k inaktivaci odbourávání glykogenu a aktivaci jeho syntézy.