คาร์โบไฮเครตเมแทบอลิซึม (Carbohydrate metabolism) โดย ผศ . ดร. คมศร ลมไธสง

1. คาร์โบไฮเครตเมแทบอลิซึมคาร์โบไฮเครตเมแทบอลิซึม (Carbohydrate metabolism) โดย ผศ. ดร. คมศร ลมไธสง ภาควิชาชีวเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น ประจำเทอมต้น ปีการศึกษา 2553

3. Topics • Glycolysis • Tricarboxylic acid cycle (TCA cycle) • Glycogenolysis • Glyconeogenesis • Gluconeogenesis • Electron transport and Oxidative phosphorylation

4. What is carbohydrate metabolism?

5. Carbohydrate metabolism : the various biochemical processes responsible for the formation, breakdown and interconversion of carbohydrates in livingorganisms.

6. Disorder in carbohydrate metabolism involved in many diseases: Glycogen Storage Diseases Galactosemia Fructose Intolerance Over weight Obesity Heart disease: High blood presure

7. Catabolismof glucose

8. Anaerobic glycolysis lactate dehydrogenase( LDH )

9. Complete Aerobic Oxidation of glucose rate of ATP production from glycolysis is approximately 100X faster than from oxidative phosphorylation

10. Glycolysis Glycolysis : is the metabolic pathway that converts glucose, C6H12O6, into pyruvate, CH3COCOO− + H+. : get free energy in forom of ATP (adenosine triphosphate) and NADH (reduced nicotinamide adenine dinucleotide).

13. -Fates of pyruvate lactic acid (e.g. RBC, muscle cells) Ethanol (e.g.yeast) Acetyl CoA (most cells with O2)

14. Fates of pyruvate in RBC

15. Fates of pyruvate in brain cell

18. Glycolysis -ปฏิกิริยาใน glycolysis แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ -endogonic reactions (reaction 1-4) -exogonic reactions (reaction 5-10)

20. glycolysis pathway compose of 3 stages 1 Priming stage -To trap glucose within the cell use ATP 2 Splitting stage -To split six-carbon compound to 2 carbon compounds: from fructose 1,6-bisphophateto glyceraldehyde 3-phosphate 3 Oxidoreduction-phosphorylation stage glyceraldehyde 3-phosphate undergoes oxidoreduction-phosphorylation reaction : 4 ATP

21. Priming stage Splitting stage

22. Oxidoreduction- phosphorylation stage

23. Priming stage

24. Spitting stage

25. Oxidoreduction- phosphorylation stage

27. Glycolytic enzymes

28. 1 Hexokinase -hexokinase เป็น isoenzyme -hexokinaseI, II,III มี ค่า Kmประมาณ 10-6 ถึง 10-4 M -hexokinase IV หรือที่เรียกว่า glucokinase นั้นจะมีค่า Km สูงกว่าคือประมาณ 10-2 M - hexokinase I, II,III สามารถถูก allosterically inhibited ด้วย G6P แต่ไม่ถูกยับยั้งใน glucokinase -in liver cells, glucokinase has Kmabout 2-5 mM (=blood glucose concentration)

30. 2 glucose 6-phosphate isomerase -เร่งการเปลี่ยน glucose 6-phosphate (aldose) ไปเป็น fructose 6-phosphate (ketose) -เอนไซม์นี้มีการทำงานคล้ายคลึงกับเอนไซม์ triose phosphate isomerase(DHAP กับ G3P)

32. 3 Phosphofructokinase-1 (PFK-1) -ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์คือ fructose 1,6-bisphosphate -เป็นปฏิกิริยาที่ไม่ย้อนกลับ -fructose 6-phosphate เอนไซม์นี้เป็น rate-limiting enzyme ที่จะพาเซลล์เข้าสู่ glycolysis

34. 4 Aldolase -เกิด aldol cleavage -เปลี่ยน hexose phosphate ให้กลายมาเป็น triose phosphate นั่นคือ glyceraldehyde 3-phosphate(G3P) และ dihydroxyacetone phosphate (DHAP) -เป็นปฏิกิริยาที่ย้อนกลับได้

37. 5 Triose phosphate isomerase -เร่งการเปลี่ยนกลับไปกลับมาของ dihydroxyacetone phosphate กับ glyceraldehyde 3-phosphate (DHAP G3P) -เนื่องจากโมเลกุลของ glyceraldehyde 3-phosphate เพียงเท่านั้นที่จะเข้าสู่ glycolysis ในลำดับถัดไปได้

39. 6 Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase -เร่งการเกิดoxidation และปฏิกิริยาการเติมหมู่ฟอสเฟสสู่ glyceraldehye 3-phosphate ได้ 1,3-bisphosphoglycerate -NAD+จะถูก reduced ให้เป็น NADH NADH นั้นจะทำหน้าที่เป็น reducing agent ใน oxidative phosphorylation -เป็น exogonic reaction -พลังงานนั้นจะถูกเก็บไว้ในพันธะ acid-anhydride ของ 1,3-bisphosphoglycerate

41. 7 Phosphoglycerate kinase -เร่งการย้ายหมูฟอสเฟตจาก 1,3-bisphosphoglycerate ไปให้กับ ADP ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์คือ ATP และ 3-phosphoglycerate (oxidation และ phosphorylation) -สร้าง ATP -เกิดกระบวนการ substrate-level phosphorylation -เป็นปฏิกิริยาแรกใน glycolysisที่มีการผลิต ATP

43. 8 Phosphoglycerate mutase -เร่งการเกิด isomerization ของ 3-phosphoglycerate ไปเป็น2- phosphoglycerate -เอนไซม์ mutase มี activity คล้ายกับ isomerase -ไม่มีการใช้ ATP -ต้องการ intermediate คือ 2,3-bisphosphoglycerate (2,3BPG) intermediate

45. 9 Enolase -เร่งการเปลี่ยน 2-phosphoglycerate เป็น phosphoenolpyruvate -เกิด dehydration ตำแหน่ง C-2 และC-3 ของ 2-phosphoglycerate

47. 10 Pyruvate kinase -เร่งการย้ายของหมู่ฟอสเฟตจาก phosphoenolpyruvate มาให้กับ ADP ได้ ATP -ย้อนกลับไม่ได้ -ถูกควบคุมโดย allosteric modulator และโดย covalent modification(e.g. fructose 1,6-bis phosphate as activator และ ATP as inhibitor)

50. การควบคุม glycolysis มีการศึกษากันใน 2 รูปแบบ 1 โดยศึกษา enzymology 2 โดยการศึกษา metabolic pathway