GLYKOLÝZA

1. GLYKOLÝZA FYZIOLOGIE A FYZIOLOGIE ZÁTĚŽE FAKULTA TĚLESNÉ KULTURY UP OLOMOUC

2. PŘEHLED METABOLISMU • Dvě hlavní alternativy tvorby energie pro svalovou činnost: 1. Glykolýza - výhradně sacharidy 2. Oxidativní fosforylace - 85% regenerace ATP, může utilizovat sacharidy, tuky a aminokyseliny

3. PŘEHLED METABOLISMU • Dvě hlavní alternativy tvorby energie pro svalovou činnost: 1. Glykolýza 2. Oxidativní fosforylace S S T B + +

4. PŘEHLED METABOLISMU • Aminokyseliny(AK) vznikají a) normálním rozkladem bílkovin (proteinů) b) z nadbytku proteinů v potravě (nemohou být okamžitě využity a přeměněny na tuk nebo glukózu)

5. PŘEHLED METABOLISMU • Většina tuku je uložená v tukových buňkách (adipocytech) • Menší množství v jiných buňkách, např. svalových • Při zvýšených metabolických nárocích nervové a hormonální signály vedou k rozložení tuků na mastné kyseliny (MK), které se uvolňují do krve a jsou odváděny k buňkách, které je využijí

6. TUK

7. MK + glycerol OXIDATIVNÍ FOSFORYLACE CÉVA

8. PŘEHLED METABOLISMU • Zásoby sacharidů nejsou velké a) játra - glykogen(GG) (polymer tvořený jednotlivými molekulami glukózy, které jsou spojené) b) svaly - glykogen c) glukóza (GL) - krev a extracelulární tekutiny • GL jediným energetickým zdrojem pro mozek, erytrocyty a částečně pro ledviny • GL je potřebná k uložení MK v adipocytech • Potřeba GL je stálá, není jí mnoho k dispozici, proto její využití je přísně regulováno.

9. PŘEHLED METABOLISMU • Většina GL pochází ze vstřebaných sacharidů (nejvíc ve formě škrobu, laktózy, volné GL a fruktózy) • Limitovaná kapacita pro tvorbu z nesacharidových zdrojů - glukoneogeneze (AK, laktát, glycerol) • Využívá se při potřebě sacharidů, jejichž množství je nízké

10. PŘEHLED METABOLISMU • Klasifikace sacharidů a) monosacharidy (GL, fruktóza, galaktóza) - 6 uhlíků - hexózy b) disacharidy - spojené 2 monosacharidy sukróza = GL + fruktóza laktóza = GL + galaktóza c) polysacharidy (zejména škrob - významný zdroj sacharidů) Sacharidy se vstřebávají pouze ve formě monosacharidů

11. PŘEHLED METABOLISMU • Do krve se vstřebávají GL, fruktóza (ovoce) a galaktóza (mléčný cukr) • Transport do jater a) galaktóza konvertována na GL b) fruktóza konvertována na GL 6-fosfát

12. GL fruktóza játra galaktóza CÉVA

13. GALAKTÓZA GL játra FRUKTÓZA GL 6-fosfát

14. VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI • Normální koncentrace GL v krvi (euglykémie) asi 5 mmol/l = 90 mg/100 ml krve • Po jídle stoupá až na 9 mmol/l (hyperglykémie), u nestabilizovaného diabetu až na 20 mmol/l • Opakem je hypoglykémie (např. 2 mmol/l) (dlouhodobé hladovění, několikahodinová intenzivní pohybová aktivita bez přísunu sacharidů)

15. EUGLYKÉMIE GL GL GL GL GL GL

16. HYPERGLYKÉMIE GL GL GL GL GL GL GL GL GL GL GL

17. HYPOGLYKÉMIE GL GL GL

18. VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI • Koncentrace GL v krvi a v mimobuněčné tekutině je vyšší než uvnitř buněk gradient pro vstup GL do buněk • GL je hydrofilní, proto přechází špatně přes hydrofobní buněčnou membránu • GL potřebuje transportér transportní proteiny GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4, GLUT5 tzv. zprostředkovaná difúze

19. VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI Jednotlivé transportní proteiny se liší kinetickými parametry a nacházejí se v rozdílných tkáních Vstup do některých buněk je regulovaný, … do jiných neregulovaný

20. VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI Neregulovaný - závisí pouze na koncentračním gradientu - zejména buňky primárně závislé na GL (erytrocyty, mozek a ledviny), ale také hepatocyty (jaterní buňky)

21. VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI Regulovaný - velké tkáně (kosterní svaly, tuková tkáň, srdeční sval) Primárně pomocí GLUT4, který je regulován inzulínem

22. VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI INZULÍN polypeptid produkovaný-buňkami pankreatu hlavní regulátor transportu GL Inzulín se váže na inzulínový receptor a fosfátová skupina z ATP (adenozin-tri-fosfát) se váže na proteinovou molekulu glykémie inzulín

23. VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI INZULÍN polypeptid produkovaný-buňkami pankreatu hlavní regulátor transportu GL Fosforylace proteinů změní jejich vlastnosti = translokace GLUT4 z intracelulárních zásobních míst k buněčné membráně glykémie inzulín

24. VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI INZULÍN polypeptid produkovaný-buňkami pankreatu hlavní regulátor transportu GL Inzulín tím zvýší maximální rychlost transportu Vmax ale pouze v těch buňkách, které mají geny GLUT4 (sval a tuk) glykémie inzulín

25. VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI INZULÍN polypeptid produkovaný-buňkami pankreatu hlavní regulátor transportu GL Pracující sval má zvýšenou schopnost získávat GL z krve i nezávisle na vlivu inzulínu!!! glykémie ! inzulín

26. VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI INZULÍN polypeptid produkovaný-buňkami pankreatu hlavní regulátor transportu GL Tento vliv svalových kontrakcí přetrvává i v časné fázi zotavení = doplnění zásob energetických zdrojů glykémie inzulín

27. VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI INZULÍN polypeptid produkovaný-buňkami pankreatu hlavní regulátor transportu GL inzulín glykémie glykémie inzulín

28. VYUŽITÍ GLUKÓZY BUŇKAMI Stejnosměrné tendence inzulín glykémie glykémie inzulín

29. Při prolongované zátěži (např. maraton) musí být GL dodána formou potravy (udržení euglykémie) neboť pracující sval má zvýšenou kapacitu získávat GL z krve MOŽNOST VZNIKU HYPOGLYKÉMIE!!!

30. FOSFORYLACE GLUKÓZY • GL v buňce - modifikována přenosem terminálního fosfátu z ATP na uhlík č. 6 GL a vznikne GL 6-P GL + ATP GL 6-P + ADP Hexokináza Glukokináza Mg2+ Fosforylovaná GL je uzavřená v buňce!

31. Hexokináza ATP ADP Mg2+ Adenosindifosfát + P 5 6 4 1 3 2

32. FOSFORYLACE GLUKÓZY • Reakce je ireverzibilní (uvolnění velké energie) • Reakci katalyzují 4 enzymy hexokináza (HK) I, II, III, IV • HK IV = glukokináza (GK - nachází se v játrech) JAKÝ JE ROZDÍL MEZI HK IVA OSTATNÍMI HK?

33. FOSFORYLACE GLUKÓZY Rozdíl mezi GK a ostatními HK: • GK je pouze v játrech a pankreatu, ostatní ve všech buňkách. • GK má větší specifitu pro glukózu. • Hladina GK se zvyšuje působením inzulínu a záleží na množství GL ve v. portae. • Množství HK I, II a III v buňkách zůstává stejné,

34. štěpení na triózy Embdenova-Meyerhofova dráha dekarboxylací na pentózy přes 6 P-glukonát přímá oxidační dráha (hexosomonofosfátový zkrat) Katabolismus glukózy

35. REAKCE GLYKOLÝZY(ANAEROBNÍ GLYKOGENOLÝZA) GLYKOLÝZA = = ROZŠTĚPENÍ GLUKÓZY Glukóza + 2 ADP + 2 Pi = 2 laktáty + 2H+ + 2 ATP REAKCE PROBÍHÁ V CYTOPLAZMĚ BUNĚK JÁTRA, SVALY A MYOKARD OBSAHUJÍ GLYKOGEN GLYKOGEN SE ROZKLÁDÁ NA GLUKÓZO 6-FOSFÁT, KTERÝ VSTUPUJE DO REAKCÍ GLYKOLÝZY.

36. Proces tvorby glykogenu • GLYKOGENEZE (ze sacharidů, konkrétně z G 6-P) • GLYKONEOGENEZE (z neglukózových molekul na glukózu) • Vzájemné přeměny mezi sacharidy, proteiny a tuky možné.

37. Glukóza Glykogen Glukóza 6-P Pyruvát oxidace Laktát

38. ANAEROBNÍ GLYKOLÝZA MUSÍ KONČIT VYTVOŘENÍM LAKTÁTU Glukóza Glykogen Glukóza 6-P Pyruvát oxidace Laktát

39. Glukóza Glykogen Glukóza 6-P CYTOPLAZMA Pyruvát Laktát

40. Hlavní význam glykolýzy 1. Tvorba energie ve formě ATP. 2. Tvorba pyruvátu pro finální oxidaci v mitochondriích.

41. JEDNOTLIVÉ REAKCE GLYKOLÝZY

42. Hexokináza ATP ADP Mg2+ Adenosindifosfát + P 5 6 JEDNOTLIVÉ REAKCE GLYKOLÝZY 4 1 3 2

43. Glykogen Fosforyláza ATP ADP Mg2+ Glukóza 6-P Glukóza Hexokináza Glukóza fosfát izomeráza Fruktóza 6-P IZOMERACE - bez energetických nároků

44. ATP ADP Mg2+ Fruktóza 6-P Fruktóza 1,6-difosfát Fosfofruktokináza (PFK) DOMINANTNÍ REGULÁTOR GLYKOLÝZY

45. Fruktóza 1,6-difosfát 6C Aldoláza 3C + 3C Trióza Trióza Glyceraldehyd 3-P Dyhydroxyaceton P Nemůže se uplatnit při glykolýze! Trióza P-izomeráza

46. BEZ ENERGETICKÝCH NÁROKŮ Fruktóza 1,6-difosfát Aldoláza Trióza Trióza Glyceraldehyd 3-P Dyhydroxyaceton P Nemůže se uplatnit při glykolýze! Trióza P-izomeráza Molekula glukózy (6 C) se rozštěpila na 2 molekuly glyceraldehydu 3-P.

47. glyceraldehyd fosfát dehydrogenáza glyceraldehyd 3-P přeměna aldehydové skupiny na acidovou skupinu anhydrátová vazba bohatá na energii + NAD+ Pi 1,3-di P glycerát NADH+ + H+ ADP fosfoglycerát kináza 3-P glycerát ATP

48. V tento okamžik je energetický zisk nulový

49. V tento okamžik je energetický zisk nulový ATP ADP Mg2+ Glukóza 6-P Glukóza Hexokináza Spotřeba první molekuly ATP

50. V tento okamžik je energetický zisk nulový ATP ADP Mg2+ Fruktóza 6-P Fruktóza 1,6-difosfát Fosfofruktokináza (PFK) Spotřeba druhé molekuly ATP