Glikoliza. Metabolične poti. Organizacija metaboličnih poti Ciklična pot (intermediati se reciklirajo) Kako poteka oksidacija goriv v našem organizmu?

Transcript

1 Glikoliza Sežig v bombnem kalorimetru organizacija in osnove uravnavanja metaboličnih poti aerobna glikoliza anaerobna glikoliza vstop drugih sladkorjev v glikolizo glicerolfosfatni in malat-aspartatni prenašalni sistem (shuttle) 2840 kj kot toplota 6C 2 + 6H 2 Glukoza rganizacija metaboličnih poti Ciklična pot (intermediati se reciklirajo) Kako poteka oksidacija goriv v našem organizmu? Linearna pot (produkti reakcije so substrati naslednje reakcije) Spirala (isti set encimov deluje ponovno) osamezni encimi Multiencimski kompleks Metabolične poti Membransko vezan sistem substrati, produkti (neto reakcija) kje, kdaj uravnavanje klinične korelacije 1

2 vezava z regulatornim proteinom prisotnost encima v določenem celičnem razdelku Uravnavanje metaboličnih procesov sinteza ENCIM razgradnja Na ravni celice- uravnavanje celičnega metabolizma glede na potrebe celice (npr. nastanek v skladu s potrebami po ) uravnavanje z alosteričnimi modulatorji uravnavanje s kovalentno modifikacijo Na ravni organizma- omogoča integracijo metaboličnih procesov med celicami in organi (npr. hormoni v jetrih stimulirajo sintezo glukoze,ki jo porabijo mišice). Med najpomembnejše hormone, ki uravnavajo metabolizem sodijo ankreasna hormona insulin in glukagon uravnavata metabolizem stanje dobre prehranjenosti stanje stradanja insulin, glukagon adrenalin (epinefrin)... Figure 22-8: Metabolism is controlled by insulin and glucagon Lipidi roteini MK glicerol aminokisline prebava monosaharidi (...) prenos preko enterocitov v kri prenos po krvi elektronska transportna veriga Mitohondriji acetil-coa ciklus TKK Figure prenos v celice celični metabolizem 2

3 zunajcelična tekočina citoplazma Glikoliza : (anaerobni) metabolizem glukoze The glycolytic pathway phosphohexose hexokinase isomerase H H H C H C H H C glucose 2 6-phosphatase glucose glucose 6-phosphate phosphofructokinase 2 C C C dihydroxyacetone phosphate H H aldolase H C triose phosphate H 3 4 isomerase 2 fructose 1,6 2 bisphosphatase 2 fructose 6-phosphate fructose 1,6-bisphosphate glyceraldehyde 3-phosphate 2 x 3 carbon sugar molecules per glucose H 3 4 glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase 3 pyruvate kinase 2 enolase phosphoglyceromutase 2 2 phosphoglycerate kinase 2 Fosforilirana ostane v celici. -6- fosfat C C pyruvate C C phosphoenolpyruvate C 2-phosphoglycerate H C C 3-phosphoglycerate H C C bisphosphoglycerate resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd heksokinaza ali glukokinaza -6- prva faza druga faza dihidroksiaceton- + gliceraldehid-3- fruktoza-6- gliceraldehid-3-2 molekuli gliceraldehid-3- preostali del glikolize (tretja faza) fosfofruktokinaza-1 Glikoliza fosforilacija glukoze do - 6-fosfata H Glycolysis - phosphorylation of glucose to heksokinaza glucose hekokinase 6-phosphate H C 2 H 3 4 glucose -6-fosfataza 6-phosphatase glikoliza glukoneogeneza resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd H H C 2 Glikoliza izomerizacija fructoza- 6-fosfat Glycolysis isomerization phosphohexose fosfoheksoza-izomeraza fructose 6- isomerase phosphate H 2 glikoliza glukoneogeneza H resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd 2 C 2 fructose fruktoza-6-fosfat 6-phosphate Glikoliza fosforilacija fruktoza- 1,6-bisfosfata Glycolysis fosfofruktokinaza phosphofructokinase phosphorylation fructose 2 1,6-bisphosphate 2 H C H 3 4 fosfoizomeraza triozafosfatizomeraza fruktoza-1,6- bisfosfat aldolaza A - 6-fosfat at glucose -6-6-phosphate fosfat 2 fruktoza-1,6- fructose bisf osfa ta za fruktoza-6-fosfat 6-phosphate glikoliza glukoneogeneza resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd H C 2 fructose fruktoza-1,6-bisfosfat 1,6-bisphosphate 3

4 Glikoliza cepitev 2 x trioza-fosfat Glycolysis cleavage 2 2 x triose phosphates C H 2 C H C glikoliza glukoneogeneza aldolaza 2 dihydroxyacetone dihidroksiacetonfosfat phosphate 2 glyceraldehyde gliceraldehid-3-fosfat 3-phosphate + i + H + 1,3-bisfosfoglicerat gliceraldehid-3- (iz glikolize) gliceraldehide-3- dehidrogenaza fosfoenol 3-fosfoglicerat Enolase 2-glicerat -kinaza fosfoglice romutaza resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd Glikoliza oksidacija gliceraldehid- 3-fosfata Glycolysis oxidation 2 of glyceraldehyde H C 3-phosphate H 3 4 triozafosfatizomeraza 2 fruktoza-1,6- fructose 1,6-bisphosphate bisfosfat gliceratkinaza glyceraldehyde gliceraldehid-3-3-phosphate fosfatdehidrogenaza dehydrogenase gliceraldehid-3- de fosfat 3-phosphate 2 C bisphosphoglycerate 1,3-bisfosfoglicerat resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd glikoliza glukoneogeneza Glikoliza fosforilacija na ravni substrata H C 2 C 3-phosphoglycerate 3-fosfoglicerat Glycolysis substrate-level phosphorylation - 1 phosphoglycerate kinase fosfoglicerat-kinaza glikoliza glukoneogeneza resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd H C 2 C bisphosphoglycerate 1,3-bisfosfoglicerat Glikoliza izomerizacija 2-fosfoglicerat Glycolysis isomerization 2- phosphoglycerate 2 C 2-phosphoglycerate 2-fosfoglicerat phosphoglyceromutase fosfogliceromutaza glikoliza glukoneogeneza H C 2 C 3-phosphoglycerate 3-fosfoglicerat Glikoliza dehidracija fosfoenol Glycolysis dehydration phosphoenolpyruvate 2 C C phosphoenolpyruvate fosfoenol enolase enolaza glikoliza glukoneogeneza 2 C 2-phosphoglycerate 2-fosfoglicerat resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd 4

5 Glikoliza fosforilacija na ravni substrata Glycolysis substrate-level phosphorylation - 2 pyruvate kinase -kinaza Neto enačba aerobne glikolize 3 C C pyruvate 2 C C phosphoenolpyruvate fosfoenol i H H 2 glikoliza resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd Kaj se zgodi s produkti aerobne glikolize??? Aerobna glikoliza je lahko prva stopnja v aerobni razgradnji glukoze do C 2 in H 2! Glikolizi sledi: ovezava med uporabo in oksidacijo metaboličnih goriv metabolična goriva C 2 Linkage between utilization and oksidirani oxidation koencimi of metabolic fuels reducirani koencimi mitohondrijska dihalna veriga H 2 ½ 2 1. oksidativna razgradnja a (o kompleksu DH in ciklusu TKK kasneje) (adenozin-difosfat) + fosfat (adenozin- trifosfat) 2. prenos elektronov z v dihalno verigo Kaj pa??? fizično in kemično delo resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd + i + H + 1,3-bisglicerat prenos elektronov v dihalno verigo gliceraldehid-3-fosfat (intermediat glikolize) gliceratkinaza gliceraldehid-3- fosfatdehidrogenaza 3-glicerat enolaza fosfoenol 2-glicerat -kinaza Aerobna regeneracija fosfoglice romutaza oksidativna razgradnja e - e = elektroni GLIKLIZA yruvate (1) AA (6) e - malat CITSL NTRANJA ZUNANJA MEMBRANA MEMBRANA e - Glu Asp KG KompleksI (5) Glu Asp (4) KG (2) e - e - AA Malate renos elektronov s citosolnega v dihalno verigo Malat-aspartatni prenašalni sistem e - (3) MATRIKS 5

6 e = elektroni dihidroksiaceton fosfat (DHA) (1) glicerol- e 3-fosfat e citosol GLIKLIZA glicerol-3-fosfatdehidrogenaza ZUNANJA MEMBRANA DHA G3 2 e CoQ e FADH 2 e (2) FAD NTRANJA MEMBRANA MATRIKS Aerobna glikoliza i H H 2 renos elektronov s citosolnega v dihalno verigo Glicerolfosfatni prenašalni sistem AERBNA GLIKLIZA Neto enačba anerobne glikolize prenos elektronov z v dihalno verigo oksidativna razgradnja ANAERBNA GLIKLIZA + + H + laktat i 2laktat + 2H H 2 V neto enačbi ne zasledimo nastanka!!! ZAKAJ? + i + H + 1,3-bisglicerat laktat laktat-dehidrogenaza gliceraldehid-3- (intermediat glikolize) 3-glicerat enolaza fosfoenol 2-glicerat + H + -kinaza Anaerobna regeneracija fosfoglice romutaza Glikoliza : kaj se zgodi z laktatom (predstavlja t.i. dead end ) gli koli za v mi šici Anaerobic glycolysis glukoneogeneza v jetrih gliceratkinaza gliceraldehid-3-dehidrogenaza GD GT 3 3 C C C C 2 pi ruvata 3 3 pi ruvat / glukozo laktat laktatdehid rogenaza dehi drogenaza laktat C laktat- C laktat resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd 6

7 Viri glukoze Glikoliza : (anaerobni) metabolizem glukoze omemben intermediat glikolize je - 6-fosfat V dobro hranjenem stanju nastane z fosforilacijo glukoze - ob uporabi b pomanjkanju hrane nastane - 6-fosfat v jetrih in mišicah iz glikogena. gljikovi hidrati v hrani...prebava Zaloge glukoze v organizmu v obliki glikogena...razgradnja glikogena H glikogen H 3 4 glikogen - fosforilaza izomeraza H H heksokinaza H -1-fosfat -6-fosfat resentation copyright 2002 David A Bender and some images copyright 2002 Taylor & Francis Ltd Glukoza -6-fosfat fruktoza, manoza...??? fosforilacija s heksokinazo Fruktozni metabolizem v jetrih fruktokinaza FRUKTZA FRUKTZA-1- aldolaza B gliceraldehid + dihidroksiacetonfosfat gliceraldehid - kinaza + izomeraza GLIKLIZA 2 GLICERALDEHID-3- Neto 2 +4 Dedna fruktozna intoleranca fruktokinaza FRUKTZA FRUKTZA-1- X aldolaza B gliceraldehid + dihidroksiacetonfosfat gliceraldehid - kinaza + izomeraza 2 GLICERALDEHID-3- galaktoza galaktokinaza galaktoza- 1- UD- uridiltransferaza - 1- UD-galaktoza epimeraza fosfoglukomutaza - 6- fosfat vezan v obliki fruktoza-1- posledica manj cepitev fruktoza-1,6-bis v glikolizi F-1- and F-1,6-B alosterično inhibirata glikogenfosforilazo posledica okvare je lahko s fruktozo povzročena hipoglikemija UD- GLIKLIZA Glavna pot jetrnega metabolizma galaktoze 7

8 Galaktozemija kvare uridiltransferaze in galaktokinaze Nastanek katarakte v otroštvu galaktoza + NH galaktitol Galaktitol povzroči difuzijo vode v leče ter poveča osmozni tlak škoda zaradi pomanjkanja NH Vstop glicerola v glikolizo + + glicerol-kinaza glicerol-3-fosfatdehidrogenaza glicerol glicerol-3- dihidroksi- acetonfosfat glikoliza poteka v vseh celicah našega Glukoza vstopi v celice v smeri koncentracijskega gradienta... organizma, vendar z različno hitrostjo prilagajanje glede na potrebe celice po energiji, prisotnost kisika, stanje organizma GLUT1 heksokinaza -6- fosfat Koncentracija glukoze v celici je običajno nizka Ime Tkivo Km (mm) Vloga V max 100 heksokinaza GLUT 1 GLUT 2 Vsa tkiva Jetra, β-celice pankreasa snovni prevzem glukoze J:odstranitev ali sproščanje glc v kri : v povezavi s sproščanjem insulina relativna encimska hitrost 50 glukokinaza GLUT 3 GLUT 4 GLUT 5 Vsa tkiva Mišice, maščevje Tanko črevo snovni prevzem glukoze renos odvisen od insulina renos fruktoze K m for HK K m for krvna (mmol/l) GK Michaelis-Mentenova kinetika heksokinaze in glukokinaze kot primer razlik v K m vrednostih 8

9 Spremembe standardne proste entalpije glukokinaza (jetra; pankreas), [fruktoza, galaktoza) heksokinaza (periferna tkiva) Dejanske spremembe proste entalpije Kako sta uravnavani glukokinaza in heksokinaza? -6-fosfat NAD fruktoza - 6- fruktoza- 1,6- bis fosfofruktokinaza glikogen + i Reakcije glikolize E -kinaza - 6- glikogen glukokinaza (jetra; pankreas) v jetrih insulin povzroči indukcijo -6-fosfat heksoza npr. fruktoza, galaktoza heksokinaza povratna inhibicija z -6- oišči alosterične modulatorje fosfofruktokinaze! fosfofruktokinaza H+ laktat fruktoza- 6-fosfat fruktoza- 1,6- bisfosfat NAD DHA + gliceraldehid i JETRA fruktoza-1,6- bisfosfataza Uravnavanje glikolize na ravni glukokinaze in heksokinaze E ciklus TKK (citrat) CITLAZMA MITNDRIJ FK-1 (glikoliza) - citrat H + fruktoza-6-fosfat + AM fruktoza-2,6-bis fruktoza-2,6-bis AM - fruktoza-1,6-bisfosfat citrat + i F-1,6- Baza (glukoneogeneza) H 2 FK-2 (aktivna) FBaza-2 (neaktivna) fruktoza-6-fosfat fruktoza-2,6-bisfosfat i FK-2 (neaktivna) FBaza-2 (aktivna) 3 Uravnavanje glikolize na ravni fosfofruktokinaze (FK-1) Metabolizem fruktoza- 2,6-bisfosfata z bifunkcionalnim encimom 9

10 alanin -6- glikogen FSFENLIRUVAT _ citrat,, alanin + fruktoza-1,6-bis, E IRUVAT JETRA alanin - - kinaza fruktoza fruktoza- 1,6-bis + DHA + gliceraldehid E + i. - CITLAZMA Uravnavanje glikolize na ravni -kinaze (z alosteričnimi modulatorji) ciklus TKK (citrat) MITNDRIJ glukagon posebnost v eritrocitih eritrociti vsebujejo 4-5mM konc. 2,3-bisfosfoglicerata H i aktivna insulin neaktivna Uravnavanje aktivnosti -kinaze v jetrih s kovalentno modifikacijo - 2- H 2 C 3 1,3-bisfosfoglicerat C 1- H 2- C- 3 H 2 C 3 2-2,3-bisfosfoglicerat kinaza kinaza bisfosfogliceratmutaza 2- C 3 2,3-bisfosfogliceratfosfataza Kakšna je vloga 2,3-bisfosfoglicerata v eritrocitih? C H 2 C 3 3-fosfoglicerat Diagnostika tumorjev s pomočjo pozitronske emisijske tomografije FdG Zastrupitev z arzenatom (As 4 3- ) Arzenat lahko nadomesti i v reakciji z G3DH Nastali arzeno- analog ni stabilen FdG GLUT-1 FdG FdG-6* neemcimska reakcija 1-arzeno-3-fosfoglicerat 3-fosfoglicerat *UJETA V CELICI Kaj je posledica prisotnosti arzenata? 10

11 Ali veste... - v katerih tkivih se uporablja kot gorivo - kaj je pomembna prednost glukoze pred drugimi gorivi (MK, AK) - katere so osnovne značilnosti aerobne in anaerobne glikolize (neto reakcija!) - kako se reoksidira, ki nastane kot produkt aerobne glikolize Ali veste... - kako poteka uravnavanje glikolize - kako vstopajo v glikolizo drugi monosaharidi, glicerol in glukozna enota iz glikogena - kaj je vzrok za galaktozemijo in dedno fruktozno intoleranco -... Se še spomnite... - kakšna je vloga v organizmu - katere reakcije katalizirajo kinaze, dehidrogenaze, fosforilaze, fosfataze... - kako poteka uravnavanje encimske aktivnosti z alosteričnimi modulatorji in s kovalentno modifikacijo 11