Ερωτήσεις Έρμείδου για Σάκχαρα

Transcript

1 Ερωτήσεις Έρμείδου για Σάκχαρα 1α. Ποιες είναι οι σημαντικότερες πηγές ενέργειας του οργανισμού; β. Γιατί οι υδατάνθρακες είναι σημαντικότεροι ως ενεργειακή πηγή από τα λίπη; 2.Το σάκχαρο του αίματος 3. Τι γνωρίζετε για το γλυκογόνο 4. Σύνθεση γλυκογόνου 5. Αποικοδόμηση γλυκογόνου 6. Σε πια μεταβολική διαδικασία λαμβάνουν μέρος τα ένζυμα: φωσφωρυλάση, τρανσφεράση, αμυλο1,6 γλυκοζιτάση; 7. Ποια τα ένζυμα της γλυκόλυσης; 8. Ποια τα καθοριστικά ένζυμα της γλυκόλυσης και ποια τα αντίστοιχα της γλυκονεογένεσης; 9. Ποια η ενεργειακή απόδοση της γλυκόλυσης; 10. Άμεση οξείδωση της γλυκόζης (παρακύκλωμα φωσφορικής πεντόζης) 11. Ποια τα προϊόντα του παρακυκλώματος της φωσφορικής πεντόζης και ποια η χρήση τους; 12. Κύκλος του Cori 13. Γλυκονεογένεση: ποιες χρησιμοποιούνται ως πρώτες ύλες; 14. Γλυκονεογένεση: ένζυμα αντιδράσεις 15. Με ποιους μηχανισμούς διατηρείται σταθερή η γλυκόζη στο αίμα; 16. Μεταβολισμός γαλακτόζης 17. Ποιες οι επιπτώσεις από την έλλειψη των ενζύμων της γαλακτόζης; 18. Μεταβολισμός γλυκουρονικού 19. Ποιες οι χρήσεις του γλυκουρονικού 20. Ιδιοπαθής πεντοζουρία 21. Μεταβολισμός φρουκτόζης 22. Ιδιοπαθής φρουκτοζουρία 23. Μη ανοχή της φρουκτόζης 24. Τερηδόνα 25. Ομοιότητες και διαφορές μυϊκής και ηπατικής φωσφωρυλάσης 26. Σύγκριση των ενεργειακών αποδόσεων της γλυκόλυσης και του παρακυκλώματος της φωσφορικής πεντόζης 27. Με ποιες ενώσεις συνδέονται η γλυκόλυση, το παρακύκλωμα της φωσφορικής πεντόζης, και ο μεταβολισμός του γλυκουρονικού οξέος 28. Τι γνωρίζετε για τη γαλακτοζαιμία; 29. Γλυκοπρωτείνες: μεταβολισμός γλυκοπρωτεϊνες του πλάσματος του αίματος ειδικές ουσίες που προσδιορίζουν την ομάδα αίματος (βλεννοειδή) 30. Αμινοσάκχαρα 31. Έλλειψη της φωσφατάσης της 1,6 διφωσφωρικής φρουκτόζης 32. Απουσία ενζύμων του μεταβολισμού της γλυκόλυσης 33. Τι γνωρίζετε για την εξοκινάση

2 Απαντήσεις 1α. Ποιες είναι οι σημαντικότερες πηγές ενέργειας του οργανισμού; β. Γιατί οι υδατάνθρακες είναι σημαντικότεροι ως ενεργειακή πηγή από τα λίπη; Οι κύριες πηγές ενέργειας του οργανισμού είναι τα σάκχαρα και τα λίπη. Η οξείδωση των υδατανθράκων στο σώμα σε CO 2 και Η 2 O αποδίδει 4kcal/g. H πλήρης οξείδωση των τριακυλογλυκερολών στο σώμα σε CO 2 και Η 2 O αποδίδει 9kcal/g., δηλ 2 φορές περισσότερο από την ενέργεια που παράγει ισοδύναμο ποσό υδατάνθρακα ή πρωτεΐνης. Ωστόσο, οι υδατάνθρακες είναι σημαντικότεροι ως πηγές ενέργειας γιατί είναι υδατοδιαλυτοί άμεση χρήση τους (περιέχουν ένα σημαντικό ποσό οξυγόνου). 2.Το σάκχαρο του αίματος Το σάκχαρο του αίματος είναι η γλυκόζη, πηγή της οποίας είναι το ηπατικό γλυκογόνο. Κατά τη γλυκογονόλυση στο ήπαρ παράγεται 1-P-γλυκόζη 6-Ρ-γλυκόζη Φωσφατάση γλυκόζη, που εισέρχεται της 6-Ρ-γλυκόζης στο αίμα. Το ένζυμο φωσφατάση της 6-Ρ-Γλυκόζης, υπάρχει μόνο στο ήπαρ και στο νεφρό. Η σύνθεση και η αποικοδόμηση του γλυκογόνου ρυθμίζονται στο ήπαρ από ορμονικές μεταβολές, που οφείλονται στην ανάγκη για γλυκόζη αίματος. Ο οργανισμός διατηρεί τα επίπεδα της γλυκόζης αίματος μεταξύ mg/dl, για να διασφαλιστεί ότι ο εγκέφαλος και άλλοι ιστοί, οι οποίοι εξαρτώνται από τη γλυκόζη για την παραγωγή ATP, έχουν μια συνεχή παροχή. Έλλειψη διαιτητικής γλυκόζης, προκαλεί μείωση της ινσουλίνης και αύξηση της γλυκαγόνης του πλάσματος, που από κοινού προκαλούν γλυκογονόλυση και αναστέλλουν τη σύνθεση γλυκογόνου. Η αδρεναλίνη είναι σήμα αυξημένης χρήσης της γλυκόζης του αίματος για άσκηση/ επείγουσα κατάσταση, και ενεργοποιεί την ηπατική γλυκογονόλυση. 3. Τι γνωρίζετε για το γλυκογόνο σελ 43, 47, 481 Marks Το γλυκογόνο στα μυϊκά κύτταρα έχει το ρόλο της πηγής καυσίμου (γλυκόζης) για την παραγωγή ΑΤP, ιδίως σε ανεπάρκεια οξυγόνου ή μειωμένη ροή αίματος. Σο ήπαρ έχει το ρόλο της άμεσης πηγής γλυκόζης για τη διατήρηση των επιπέδων της γλυκόζης αίματος. Το γλυκογόνο είναι διακλαδισμένο, α) για οικονομία χώρου, και β) για ταχεία αποδόμηση και σύνθεσή του, αφού πολλά ένζυμα μπορούν να δράσουν σε διαφορετικές αλυσίδες ταυτόχρονα. 4. Σύνθεση γλυκογόνου Ενεργοποιείται όταν αυξάνεται η γλυκόζη του αίματος, με την αύξηση της ινσουλίνης (μετά από γεύμα). Γλυκογόνο ν + UDP-γλυκόζη Γλυκογόνο ν+1 + UDP Η UDP-γλυκόζη είναι ενεργοποιημένη μορφή της γλυκόζης, που συντίθεται ως εξής: 1-Ρ-γλυκόζη + UTP UDP γλυκόζη + PP i To PP i υδρολύεται προωθώντας την αντίδραση. 5. Αποικοδόμηση γλυκογόνου α) φωσφορυλάση του γλυκογόνου: 2- γλυκογόνο(γλυκόζη χ ) + νhpo 4 γλυκογόνο(γλυκόζη χ-ν ) + ν1-ρ-γλυκόζη β) η έντονη δράση της φωσφορυλάσης του γλυκογόνου παράγει ένα μικρότερο πολυσακχαρίτη με μια μοναδική γλυκόζη συνδεδεμένη μέσω ενός α(1->6)

3 γλυκοζιτικού δεσμού στην κύρια αλυσίδα. Στο σημείο αυτό η άμυλο(1->6) γλυκοζιτάση υδρολύει τον α(1->6) γλυκοζιτικό δεσμό και ελευθερώνει ένα γραμμικό τμήμα α-συνδεδεμένης γλυκόζης και ένα μόριο γλυκόζης, το οποίο στους μεν μυς φωσφορυλιώνεται για γλυκόλυση, στο δε ήπαρ περνάει στην κυκλοφορία του αίματος. Το γραμμικό τμήμα α-συνδεδεμένης γλυκόζης τεμαχίζεται από τη φωσφορυλάση του γλυκογόνου σε 1-Ρ-γλυκόζη. γ) 1-Ρ-γλυκόζη Φωσφογλυκομουτάση 6-Ρ-γλυκόζη, η οποία είτε υφίσταται γλυκόλυση, είτε αποφωσφορυλιώνεται για μεταφορά στο αίμα. Η αποικοδόμηση του γλυκογόνου ενεργοποιείται από τη γλυκαγόνη, σαν απάντηση σε χαμηλά επίπεδα γλυκόζης αίματος, και από την επινεφρίνη, σαν απάντηση σε καταστάσεις stress/φόβου. Οι ορμόνες αυτές ενεργοποιούν τη φωσφορυλάση του γλυκογόνου και απενεργοποιούν τη συνθετάση του γλυκογόνου. 6. Σε πια μεταβολική διαδικασία λαμβάνουν μέρος τα ένζυμα: φωσφορυλάση, τρανσφεράση, αμυλο1,6 γλυκοζιτάση; Στη γλυκογονόλυση 7. Ποια τα ένζυμα της γλυκόλυσης; Τα ένζυμα της γλυκόλυσης είναι η εξοκινάση, η ισομεράση της φωσφορικής γλυκόζης, η 1-φωσφοφρουκτοκινάση, η ισομεράση φωσφορικών τριοζών, η αφυδρογονάση 3-Ρ γλυκεραλδεϋδης, η φωσφογλυκερική κινάση, η φωσφογλυκερική μουτάση, η ενολάση, και η πυροσταφυλική κινάση. 8. Ποια τα καθοριστικά ένζυμα της γλυκόλυσης και ποια τα αντίστοιχα της γλυκονεογένεσης; Τα ρυθμοκαθοριστικά ένζυμα της γλυκόλυσης είναι η εξοκινάση και η 1- φωσφοφρουκτοκινάση, ενώ της γλυκονεογένεσης η πυροσταφυλική καρβοξυλάση, η φωσφατάση της 1,6-Ρ φρουκτόζης και η φωσφατάση της 6-Ρ γλυκόζης. 9. Ποια η ενεργειακή απόδοση της γλυκόλυσης; Η γλυκόλυση αποδίδει 2 μόρια ATP, δύο μόρια ΝΑDH, και δύο μόρια πυροσταφυλικού για κάθε μόριο γλυκόζης. 10. Άμεση οξείδωση της γλυκόζης (παρακύκλωμα φωσφορικής πεντόζης) γλυκόζη 6-Ρ-γλυκόζη Παράγονται 2 ΝΑDPΗ και 2 CO 2 5-Ρ-ριβουλόζη 6-Ρ-φρουκτόζη πυροσταφυλικό 5-Ρ-ριβόζη Βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων Η 6-Ρ-γλυκόζη μετατρέπεται σε σάκχαρο με 5C, Το οποίο είτε επανεισέρχεται στη γλυκολυτική οδό, είτε χρησιμοποιείται για σύνθεση νουκλεοτιδίων.

4 11. Ποια τα προϊόντα του παρακυκλώματος της φωσφορικής πεντόζης και ποια η χρήση τους; Τα τελικά της προϊόντα είναι ΝΑDPH, PGAL, 5-Ρ-ριβόζη, 6-Ρ-φρουκτόζη. Σκοπός της είναι: α) παραγωγή ενέργειας β) παραγωγή αναγωγικών ισοδυνάμων (NADΡH) γ) παραγωγή 5-Ρ-ριβόζης για βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων 12. Κύκλος του Cori ήπαρ γλυκονεογένεση γαλακτικό γλυκόζη αίμα γλυκόζη πυροσταφυλικό γαλακτικό αναερόβια γλυκόλυση Στο ήπαρ, και λιγότερο στους νεφρούς, παράγεται μυς /ερυθρά αιμοσφαίρια γλυκόζη με γλυκονεογένεση από γαλακτικό οξύ. Η γλυκόζη μεταφέρεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια, τα οποία δεν έχουν μιτοχόνδρια, ή σε έντονα ασκούμενα μυϊκά κύτταρα και εκεί μετατρέπεται σε γαλακτικό οξύ, με γλυκόλυση. Το γαλακτικό οξύ επιστρέφει στο ήπαρ για να επαναμετατραπεί σε γλυκόζη μέσω γλυκονεογένεσης. 13. Γλυκονεογένεση: ποιες χρησιμοποιούνται ως πρώτες ύλες; Η γλυκονεογένεση είναι η παραγωγή γλυκόζης από μη υδατανθρακικές ενώσεις, στο ήπαρ, κατά τις περιόδους νηστείας, και έχει σαν πρώτες ύλες το γαλακτικό οξύ, τη γλυκερόλη, και αμινοξέα (ιδίως αλανίνη). 14. Γλυκονεογένεση: ένζυμα αντιδράσεις Με εξαίρεση 3 αλληλοδιαδόχων αντιδράσεων κλειδιών, οι αντιδράσεις της γλυκονεογένεσης είναι αντιστροφή των σταδίων της γλυκόλυσης. Οι τρεις αυτές αντιδράσεις είναι: Πυροσταφυλική α) πυροσταφυλικό φωσφοενολοπυροσταφυλικό καρβοξυλάση Φωσφατάση 1,6-Ρ φρουκτόζης β) 1,6, δι Ρ-φρουκτόζη 6-Ρ-φρουκτόζη Φωσφατάση 6-Ρ γλυκόζης. γ) 6-Ρ-γλυκόζη γλυκόζη Πρώτες ύλες: το γαλακτικό οξύ παράγεται κατά την αναερόβια γλυκόλυση στους ιστούς, η γλυκερόλη από τις τριακυλογλυκερόλες των αποθηκών του λιπώδους ιστού, και τα αμινοξέα από αποικοδόμηση πρωτεϊνών στο μυ. Και οι τρεις πρώτες ύλες θα δώσουν κάποιο από τα γλυκονεογενετικά ενδιάμεσα: πυροσταφυλικό, ενδιάμεσα Krebs:

5 Γαλακτικό οξύ γαλακτική αφυδρογονάση πυροσταφυλικό αμινοξέα ενδιάμεσα Krebs Αλανίνη + α-κετογλουταρικό γλουταμικό και πυροσταφυλικό, κατά της Αλανίνης την οποία χρησιμοποιείται ως συνένζυμο η φωσφορική πυριδοξάλη. 15. Με ποιους μηχανισμούς διατηρείται σταθερή η γλυκόζη στο αίμα; Με γλυκονεογένεση και γλυκογονόλυση 16. Μεταβολισμός γαλακτόζης γαλακτοκινάση ΑΤΡ -> ΑDP τρανσφεράση α) γαλακτόζη 1-Ρ-γαλατόζη + UDP-γλυκόζη β) 1-Ρ-γαλατόζη + UDP-γλυκόζη UDP-γαλακτόζη + 1-P-γλυκόζη επιμεράση τρανσφεράση γ) UDP-γαλακτόζη UDP-γλυκόζη 17. Ποιες οι επιπτώσεις από την έλλειψη των ενζύμων της γαλακτόζης; Γνωρίζουμε δύο κληρονομικές ενζυμικές βλάβες όπου δε μπορεί να χρησιμοποιηθεί η γαλακτόζη: α) δεν υπάρχει η γαλακτοκινάση β) δεν υπάρχει η τρανσφεράση γαλακτοζαιμία: η γαλακτόζη αθροίζεται στους ιστούς και στο αίμα και ανάγεται εν μέρει στην αντίστοιχη εξόλη (αλκοόλη). Η διαταραχή εμφανίζεται στη βρεφική ηλικία και είναι επικίνδυνη για τη ζωή. Στα βρέφη συνίσταται ειδικό γάλα από καζεϊνη ή υδρολυμένη σόγια. 18. Μεταβολισμός γλυκουρονικού 6-Ρ-γλυκόζη UDP-γλυκουρονικό D-γλυκουρονικό L-γλυκουρονικό 3- κετογλουνολικό L-ξυλουλόζη ξυλιτόλη ξυλιτόλη 5-P-ξυλουλόζη 19. Ποιες οι χρήσεις του γλυκουρονικού α) χρησιμοποιείται για βιοσυνθέσεις μονοσακχαριτών β) συζεύξεις: ουσίες που δε διαλύονται σε υδατικό περιβάλλον σελ 461, στο ήπαρ, η UDP-γλυκόζη οξειδώνεται σε UDP-γλυκουρονικό το οποίο χρησιμοποιείται για να : ι)μετατρέψει τη χολερυθρίνη και τοξικές ουσίες σε γλυκουρονίδια για απέκκριση. ιι) UDP-γλυκουρονικό πρόδρομο για παραγωγή γλυκοπρωτεϊνών: υπάρχει στο αίμα, βλέννα, χόνδρο, εξωκυττάρια υγρά. 20. Ιδιοπαθής πεντοζουρία Είναι μια γενετική μεταβολική ανωμαλία, στην οποία η L-ξυλουλόζη εμφανίζεται στα ούρα. Διαπιστώνεται με μια απλή εξέταση ούρων. Οφείλεται στην έλλειψη της αναγωγάσης της L-ξυλουλόζης, η οποία τη μετατρέπει σε ξυλιτόλη.

6 21. Μεταβολισμός φρουκτόζης Γίνεται στο ήπαρ, και λιγότερο στους νεφρούς και το λεπτό έντερο. Φρουκτοκινάση ΑΤΡ -> ΑDP α) φρουκτόζη 1-P-Φρουκτόζη Αλδολάση Β β) 1-P-Φρουκτόζη γλυκεριναλδεϋδη + Ρ-διϋδροξυακετόνη Κινάση τριοζών ΑΤΡ -> ΑDP γ) γλυκεριναλδεϋδη 3 3-Ρ-γλυκεριναλδεϋδη Τα δυο τελικά προϊόντα εισέρχονται στη γλυκόλυση. 22. Ιδιοπαθής φρουκτοζουρία Είναι σπάνιο και καλοήθες γενετικό λάθος, λόγω έλλειψης του ενζύμου φρουκτοκινάση. Δε σχηματίζεται 1-Ρ-φρουκτόζη. Και είναι καλοήθης γιατί η φρουκτόζη δε δίνει τοξικούς μεταβολίτες στο ήπαρ, αλλά αποβάλλεται στα ούρα, και οι ασθενείς παραμένουν σχεδόν ασυμπτωματικοί. 23. Μη ανοχή της φρουκτόζης Σε δυσανεξία στη φρουκτόζη, λείπει η αλδολάση Β, με αποτέλεσμα να συσσωρεύονται τοξικοί μεταβολίτες της γλυκόζης στο ήπαρ, προκαλώντας ναυτία, εμέτους, σπασμούς, κώμα, θάνατο. Σε αυτά τα άτομα απαγορεύεται η λήψη φρουκτόζης. 24. Τερηδόνα O S.Mutans με το ένζυμο σακχαράση δεξτράνης μετατρέπει τη σακχαρόζη σε γλυκόζη, από την οποία σχηματίζει δεξτράνη, και φρουκτόζη, που γλυκολύεται σε γαλακτικό οξύ. Το όξινο περιβάλλον προκαλεί απιοντισμό του υδροξυαπατίτη του οδοντικού σμάλτου. 25. Ομοιότητες και διαφορές μυϊκής και ηπατικής φωσφωρυλάσης H φωσφορυλάση είναι απαραίτητο ένζυμο για τη γλυκογονόλυση. Η μυϊκή φωσφωρυλάση είναι ενεργός (α-μορφή) όταν είναι φωσφωρυλιωμένη, και αδρανής (β-μορφή) όταν δεν είναι. Ή αδρεναλίνη προκαλεί σχηματισμό cαμρ, που ενεργοποιεί μια κινάση, η οποία φωσφορυλιώνει τη φωσφορυλάση. Η γλυκογονόλυση στο σκελετικό μυ αρχίζει με: (σχ 26.9 σελ. 493) α) μυϊκή συστολή: ελαττώνεται το ΑΤP, με συνέπεια ελάττωση του cαμρ, και ενεργοποίηση της φωσφορυλάσης β) νευρικές ώσεις: απελευθερώνεται Ca από το Σ.Δ., το οποίο ενεργοποιεί την καλμοδουλίνη, που ενεργοποιεί την κινάση της φωσφορυλάσης. γ) επινεφρίνη: προκαλεί σχηματισμό cαμρ. Διαφορές: α) η ηπατική φωσφορυλάση ενεργοποιείται με δυο τρόπους: γλυκαγόνη και επινεφρίνη, ενώ η μυϊκή μόνο από την επινεφρίνη. β) η ενεργοποίηση της μυϊκής γίνεται με μετατροπή των υπομονάδων της, κάτι που δε συμβαίνει στην ηπατική.

7 γ) η μυϊκή επηρεάζεται από την παρουσία ή μη γλυκόζης ενώ η ηπατική μόνο από ορμόνες. 26. Σύγκριση των ενεργειακών αποδόσεων της γλυκόλυσης και του παρακυκλώματος της φωσφορικής πεντόζης Η ενεργειακή απόδοση από 3 mole 6-Ρ-γλυκόζης που μεταβολίζονται μέσω της οδού της φωσφορικής πεντόζης, και στη συνέχεια στο τελευταίο τμήμα της γλυκολυτικής οδού, είναι: 3 mole NADPH, 5 mole NADH, 8 mole ATP, 5 mole πυροσταφυλικό. Η γλυκόλυση 3 mole 6-Ρ-γλυκόζης, δίνει: 6 mole NADH, 9 mole ATP, 6 mole πυροσταφυλικό. 27. Με ποιες ενώσεις συνδέονται η γλυκόλυση, το παρακύκλωμα της φωσφορικής πεντόζης, και ο μεταβολισμός του γλυκουρονικού οξέος α) Η ξυλουλόζη συνδέει το μεταβολισμό του γλυκουρονικού με το παρακύκλωμα Ρ- πεντοζών. β) Η PGAl και η 6-Ρ-φρουκτόζη ενώνουν τη γλυκόλυση με το παρακύκλωμα της φωσφορικής πεντόζης. 28. Τι γνωρίζετε για τη γαλακτοζαιμία; Προκαλείται από έλλειψη της τρανσφεράσης της 1-Ρ-γαλακτόζης. Επιβραδύνεται η ανάπτυξη, και η γαλακτόζη αθροίζεται στους ιστούς και στο αίμα και ανάγεται εν μέρει στην αντίστοιχη εξόλη (αλκοόλη). Η διαταραχή εμφανίζεται στη βρεφική ηλικία και είναι επικίνδυνη για τη ζωή. Στα βρέφη συνίσταται ειδικό γάλα από καζεϊνη ή υδρολυμένη σόγια. 31. Έλλειψη της φωσφατάσης της 1,6 διφωσφωρικής φρουκτόζης Δε μπορεί να γίνει γλυκονεογένεση 32. Απουσία ενζύμων του μεταβολισμού της γλυκόλυσης Προκαλείται θάνατος, ούτε καν ασθένεια, αφού ο οργανισμός δε μπορεί να επιβιώσει χωρίς γλυκόλυση. 33. Τι γνωρίζετε για την εξοκινάση Η εξοκινάση, και αντίστοιχα η γλυκοκινάση, στο ήπαρ, είναι το πρώτο ένζυμο της γλυκόλυσης. Φωσφορυλιώνει τη γλυκόζη σε 6-Ρ-γλυκόζη με τη μεταφορά ενός Ρ από το ΑΤΡ. Η γλυκοκινάση επάγεται από την ινσουλίνη.