METABOLIZEM OGLJIKOVIH HIDRATOV

Transcript

1 METABOLIZEM OGLJIKOVIH HIDRATOV KAKO CELICA DOBI GLUKOZO IN OSTALE MONOSAHARIDE? HRANA ZNOTRAJCELIČNI GLIKOGEN ali ŠKROB razgradnja s prebavnimi encimi GLUKOZA in ostali monosaharidi fosforilitična cepitev prenos do celic GLUKONEOGENEZA (sinteza glukoze de novo)

2 1. HEKSOKINAZA 2. FOSFOGLUKO- IZOMERAZA REAKCIJE V GLIKOLIZI Glukoza Dihidroksiaceton fosfat 5. TRIOZAFOSFAT- IZOMERAZA Gliceraldehid 3- fosfat 6. GLICERALDEHID 3-FOSFAT DEHIDROGENAZA 1,3-Bifosfoglicerat 10. PIRUVAT KINAZA Glukoza 6-fosfat 4. ALDOLAZA 3. FOSFO- FRUKTOKINAZA 7. FOSFOGLICERAT KINAZA Fruktoza 6-fosfat Fruktoza 1,6-bifosfat 9. ENOLAZA 3-Fosfoglicerat 8. FOSFOGLICERAT MUTAZA Piruvat Fosfoenolpiruvat 2-Fosfoglicerat REAKCIJE V GLIKOLIZI - ENERGIJA Reakcija Encim ΔG 0 K r ΔG kj/mol kj/mol 1. Glc + ATP Glc-6-P + ADP + H + Heksokinaza Glc-6- P Fru-6- P P-glukoizomeraza Fru-6-P + ATP Fru-1,6-biP + ADP + H + P-fruktokinaza Fru-1,6-biP DHA-P + GA-3- P Aldolaza x DHA-P GA-3- P Trioza-P-izomeraza GA-3-P + P i + NAD + 1,3-biP-Gat + NADH+ H + GAP-dehidrogenaza ,3-biP-Gat + ADP 3-P-Gat + ATP 3-P-Gat kinaza P-Gat 2-P-Gat P-Gat mutaza P-Gat PEP + H 2 O Enolaza PEP + ADP + H + Piruvat + ATP Piruvat kinaza x Piruvat + NADH+ H + Laktat + NAD + + H + Laktat dehidrogenaza x Reakcije 1-5: pripravljalna faza aktivacija vstopajoče glukoze Reakcije 6-10: donosna faza Reakcije z veliko negativno ΔG so mesta regulacije!

3 GLIKOLIZA -SHEMA Glukoza 1-5: Pripravljalna faza , 5 2. STOPNJA fosfoglicerat 2-fosfoglicerat 6-10: Donosna faza piruvat piruvat GLIKOLIZA - NETO REAKCIJA Pripravljalna faza: C6 + 2 ATP 2C3 + 2 ADP Donosna faza: 2C3 + 2P i +4 ADP+2 NAD + 2C3+ 4ATP+2NADH + 2H + +2H 2 O VSOTA: C6+ 2P i + 2 ADP + 2 NAD + 2C3+ 2ATP+2NADH + 2H + +2H 2 O Na vsako molekulo glukoze, ki vstopi v glikolizo, nastaneta 2 molekuli ATP in 2 molekuli NADH!

4 BIOSINTEZA OGLJIKOVIH HIDRATOV Glavne metabolične poti oglj. hidratov pri rastlinah in živalih GLIKOGEN, ŠKROB Riboza 5-fosfat + NADPH+H + katabolizem fosfoglukonatna pot glikoliza GLUKOZA NADH+H + +ATP anabolizem glukoneogeneza DISAHARIDI anaerobni metabolizem (živalska mišica) LAKTAT PIRUVAT ACETIL CoA CO 2 +NADH +FADH 2 anaerobni metabolizem (npr. kvasovke) ADP + Pi oksidativna fosforilacija ETANOL ATP O 2 H 2 O

5 GLUKONEOGENEZA sinteza glukoze de novo iz izhodnih spojih, ki niso ogljikovi hidrati izhodne spojine: piruvat, laktat, glicerol, aminokisline in vsi intermediati CCK pri živalih poteka večinoma v jetri in ledvicah podobna glikolizi v obratni smeri, vendar ni popolnoma reverzibilna! 3 obvozi Nove reakcije zagotavljajo spontanost poti (ΔG je negativna v smeri sinteze!), nove mehanizme regulacije REAKCIJE GLUKONEOGENEZE piruvat + CO 2 + ATP oksaloacetat + ADP + Pi + H + oksaloacetat + GTP fosfoenolpiruvat + CO 2 + GDP 1. obvoz fosfoenolpiruvat + H 2 O 2-fosfoglicerat 2-fosfoglicerat 3-fosfoglicerat 3-fosfoglicerat + ATP 1,3-bifosfoglicerat + ADP + H + 1,3-bifosfoglicerat + NADH + H + gliceraldehid 3-fosfat gliceraldehid 3-fosfat + NAD + + Pi dihidroksiaceton fosfat gliceraldehid 3-fosfat + dihidroksiaceton fosfat fruktoza 1,6 bifosfat fruktoza 1,6 bifosfat + H 2 O fruktoza 6-fosfat + Pi 2. obvoz fruktoza 6-fosfat glukoza 6-fosfat + H 2 O glukoza 6-fosfat glukoza + Pi 3. obvoz

6 1. OBVOZ :PIRUVAT FOSFOENOLPIRUVAT piruvat V mitohondriju: karboksilaza piruvat + CO 2 + ATP oksaloacetat + ADP + Pi + H + PEP V citosolu: karboksikinaza oksaloacetat + GTP fosfoenolpiruvat + CO 2 + GDP Neto reakcija: piruvat+atp+gtp fosfoenolpiruvat+adp+gdp+pi 1. OBVOZ :PIRUVAT FOSFOENOLPIRUVAT Piruvat karboksilaza: karboksilacija piruvata v oksalacetat Piruvat Bikarbonat Oksaloacetat Koencim piruvat-karboksilaze - biotin (prenaša aktivirani CO 2 )

7 MEHANIZEM KARBOKSILACIJE ATP Piruvat Karbonilfosfat Bikarbonat Piruvat karboksilaza N-karboksibiotin Oksaloacetat 1. OBVOZ :PIRUVAT FOSFOENOLPIRUVAT PEP karboksikinaza: sinteza PEP PEP karboksikinaza Oksaloacetat

8 Piruvat Laktat Piruvat NADH + H + NAD + Piruvat Oksaloacetat Piruvat ATP, CO 2 ATP, CO 2 Oksaloacetat GTP ADP Malat Fosfoenolpiruvat Malat GTP Malat Oksaloacetat GTP Fosfoenolpiruvat glukoneogeneza Oksalacetat Glukoneogeneza 2. OBVOZ : FRUKTOZA-1,6-BIFOSFAT FRUKTOZA-6-FOSFAT Fruktoza-1,6-bifosfataza: hidroliza Fru-1,6-biP (V glikolizi: P-fruktokinaza) Fru-1,6-bifosfat Fru-1,6- bifosfataza Fru-6-fosfat

9 3. OBVOZ : GLUKOZA-6-FOSFAT GLUKOZA Citosol Glc-6-P V glikolizi: Heksokinaza Glukoza-6 fosfataza Endoplazemski retikulum Glukoza GLUKONEOGENEZA NETO REAKCIJA 2 PIRUVAT + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H + + 6H 2 0 GLUKOZA + 2NAD + + 4ADP + 2GDP + 6Pi ΔG 0 = kj/mol

10 Regulacija glikolize V krvni obtok Regulacija glukoneogeneze REGULACIJA GLIKOLIZE IN GLUKONEOGENEZE (I) Glc-6-P Heksokinaza +Fru-2,6-biP + AMP ATP Fosfofruktokinaza Citrat + Fru-1,6-biP Acetil-SCoA ATP Alanin campfosforilacija Piruvat kinaza Glc-6-fosfataza Fru-1,6-bifosfataza Fosfoenolpiruvat karboksikinaza Piruvat karboksilaza Fru-2,6-biP AMP + Acetil-SCoA REGULACIJA GLIKOLIZE IN GLUKONEOGENEZE (II) FRUKTOZA 6-FOSFAT fosfofruktokinaza fruktoza-1,6-bifosfataza FRUKTOZA 1,6-BIFOSFAT ATP + fruktoza-6-fosfat fosfofruktokinaza ADP + fruktoza-1,6-bifosfat fruktoza-1,6-bifosfat + H 2 O fruktoza-1,6-bifosfataza fruktoza-6-fosfat + Pi če bi bila encima istočasno aktivna: ATP + H 2 O ADP + Pi + toplota (substratni ciklus)

11 AKTIVACIJA GLUKOZE IN GALAKTOZE ZA BIOSINTEZO Glikoliza Glukoneogeneza aktivacija ogljikovih hidratov s fosforilno skupino Sinteza disaharidov in polisaharidov nastanek NDP-sladkorjev Nukleotidne skupine aktivirajo monosaharide in jih označijo za biosintezo! Najpomembnejši derivati: UDP-glukoza, GDP-glukoza in UDP-galaktoza, ADP glukoza AKTIVIRANA GLUKOZA Uridin difosfat-glc (UDP-Glc) P-P

12 AKTIVACIJA GLUKOZE Glukoza-1-P UDP-Glc pirofosforilaza UDP-Glc NASTANEK UDP-GALAKTOZE 1. IZOMERIZACIJA UDP-GLUKOZE UDP-glukoza UDP-galaktoza UDP-glukoza-4-epimeraza 2. IZMENJAVA UDP galaktoza-1-fosfat + UDP-glukoza UDP-galaktoza + glukoza-1-fosfat galaktoza-1-fosfat-uridil-transferaza

13 SINTEZA GLIKOGENA Encim: Glikogen-sintaza Oksonijev ion (intermediat) Nereducirajoči konec UDP-glukoza Glikogen (n ostankov) Glikogen (n+1 ostankov) SINTEZA GLIKOGENA NETO REAKCIJA Glukoza-6-fosfat + UTP + (glukoza) n + H 2 O (glukoza) n+1 + UDP + 2Pi

14 SINTEZA ŠKROBA IN CELULOZE Škrob: Glukoza se aktivira z ADP, encim: škrob-sintaza (α1 4 vez) ADP-glukoza + (glukoza) n ADP + (glukoza) n+1 Celuloza: (β1 4 vez) UDP-glukoza ali GDP-glukoza + (glukoza) n UDP ali GDP + (glukoza) n+1 SINTEZA LAKTOZE IN SAHAROZE Laktoza: encim: laktoza-sintaza (β1 UDP-galaktoza + glukoza 4 vez), uravnavanje s hormoni! UDP + laktoza Saharoza: (α1 2 vez) saharoza-6-fosfat-sintaza UDP-glukoza + fruktoza-6-fosfat saharoza-6-fosfat + UDP saharoza-6-fosfat + H 2 O fosfataza saharoza + Pi

15 HORMONALNO URAVNAVANJE KONCENTRACIJE GLUKOZE V KRVI nizka koncentracija glukoze v krvi visoka koncentracija glukoze v krvi α-celice v pankreasu Izločajo GLUKAGON β-celice v pankreasu Izločajo INSULIN Jetrne celice izločajo glukozo v kri Mišične in maščobne celice apsorbirajo glukozo iz krvi Koncentracija glukoze v krvi je uravnana METABOLIZEM PRI DIABETESU Pomanjkanje ali okvara v delovanju insulina Zmanjšan vnos glukoze v celice Povečana razgradnja proteinov Povečana lipoliza Hiperglikemija Glukozurija Ozmotska diureza Izguba elektrolitov Povečana konc. amino kislin, ozguba dušika z urinom Dehidratacija Acidoza Tvorba ketonskih teles Koma

16 HORMONALNO URAVNAVANJE KONCENTRACIJE GLUKOZE V KRVI adrenalin glukagon URAVNAVANJE DELOVANJA GLIKOGENSKE FOSFORILAZE IN GLIKOGENSKE SINTAZE Regulacija z reverzibilno fosforilacijo! Pi glikogenska sintaza (aktivna) ATP fosfataza kinaza ADP glikogenska sintaza (neaktivna) Pi glikogenska fosforilaza (aktivna) Pi ADP kinaza fosfataza ATP Pi glikogenska fosforilaza (neaktivna)