ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ 4 Η ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΩΝ 1
Η γλυκόζη ως «καύσιμο» Το βασικό καύσιμο του οργανισμού είναι η γλυκόζη. Είτε απορροφάται από την τροφή, είτε μετατρέπονται σε αυτήν άλλα θρεπτικά συστατικά (αμινοξέα, γλυκερόλη κ.λπ.). Από τα υπόλοιπα σάκχαρα που απορροφούνται τα σημαντικότερα είναι η φρουκτόζη που υπάρχει στα φρούτα, η λακτόζη στο γάλα που αποτελείται από δύο απλά σάκχαρα την γαλακτόζη και την γλυκόζη, ο δισακχαρίτης σουκρόζη κ.α. Το άμυλο, που είναι πολυσακχαρίτης γλυκόζης, διασπάται κατ αρχήν στο στόμα και στη συνέχεια στο λεπτό έντερο από την αμυλάση και απορροφάται σαν γλυκόζη. 2
3
Η ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΖΗΣ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ ΣΤΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ ΓΕΝΙΚΑ 4
Εισαγωγή της γλυκόζης στα κύτταρα Η απορρόφηση της γλυκόζης από το έντερο γίνεται είτε με διευκολυνόμενη μεταφορά μέσω των γλυκομεταφορέων που υπάρχουν και στα ενδοθηλιακά κύτταρα του εντέρου (πρωτεΐνες στην μεμβράνη των κυττάρων, που συνδέονται με την γλυκόζη και την βάζουν μέσα στο κύτταρο), είτε με μεταφορείς νατρίου-γλυκόζης. Οι γλυκομεταφορείς έχουν διαφορετικό βαθμό «χημικής συγγένειας» (ικανότητα δέσμευσης και διακίνησης) με την γλυκόζη ανάλογα με τον ιστό που βρίσκονται. Από το έντερο μέσω της πυλαίας κυκλοφορίας, η γλυκόζη πηγαίνει στο ήπαρ όπου γίνεται μεταβολισμός ή αποθήκευση ως γλυκογόνο και στη συνέχεια διακινείται στα άλλα όργανα όπου μεταβολίζεται. 5
Η σημασία της ινσουλίνης Για να κινητοποιηθούνε οι γλυκομεταφορείς στην επιφάνεια του κυττάρου (κυρίως μυϊκού ή λιπώδους) και να προσλάβουν γλυκόζη, χρειάζονται μήνυμα από την ινσουλίνη, μία ορμόνη που παράγεται στα β-κύτταρα του παγκρέατος. Το κύριο (όχι το μόνο) ερέθισμα για να παραχθεί η ινσουλίνη είναι η απορρόφηση γλυκόζης από το έντερο. Υπάρχει μια βασική έκκριση ινσουλίνης για να καλύπτει τις τρέχουσες ανάγκες του οργανισμού ενώ παράγεται περισσότερη μετά από τα γεύματα, που όσο πιο πλούσια είναι (τα γεύματα) σε θρεπτικά συστατικά, τόσο μεγαλύτερη η έκκριση ινσουλίνης. 6
ΤΟ ΠΡΩΤΟ ΒΗΜΑ. ΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΗ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΖΗΣ ΚΑΙ ΕΓΚΛΩΒΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΣΤΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Η αντίδραση αυτή μπορεί να γίνει με την καταλυτική δράση δύο ενζύμων, της εξοκινάσης, η οποία φωσφορυλιώνει και άλλες εξόζες πλην της γλυκόζης, και της γλυκοκινάσης, η οποία έχει μεγάλη εξειδίκευση για τη γλυκόζη και παίζει σημαντικό ρόλο στο μεταβολισμό της γλυκόζης στο ήπαρ. 7
ΤΟ ΠΡΩΤΟ ΜΕΡΟΣ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ 8
Η ΙΣΟΜΕΡΙΩΣΗ ΤΗΣ Φ-ΓΛΥΚΟΖΗΣ ΣΕ Φ- ΦΡΟΥΚΤΟΖΗ. ΤΙ ΕΞΥΠΗΡΕΤΕΙ; 9
Ο ΡΟΛΟΣ ΤΗΣ ΦΩΣΦΟΦΡΟΥΚΤΟΚΙΝΑΣΗΣ 10
Ο ΡΟΛΟΣ ΤΗΣ ΦΩΣΦΟΦΡΟΥΚΤΟΚΙΝΑΣΗΣ Όταν στο κύτταρο υπάρχει περιορισμένο ΑΤΡ (άρα πολύ ADP), επιταχύνεται ως λειτουργία η γλυκόλυση (οι αντιδράσεις της), για να παραχθούν τα απαραίτητα μόρια ΑΤΡ. Όταν αυξηθεί το διαθέσιμο ΑΤΡ τότε η αντίδραση επιβραδύνεται. Ένα από τα κύρια ένζυμα που ρυθμίζει τη «ροή» της γλυκόλυσης είναι η φωσφο-φρουκτοκινάση, που μετατρέπει την 6-Ρ- σε 1,6-διφωσφορική-φρουκτόζη. 11
ΤΟ ΤΕΛΟΣ ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΥ ΜΕΡΟΥΣ, Η ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΤΗΣ ΔΙΦΩΣΦΟΦΡΟΥΚΤΟΖΗΣ 12
ΟΙ ΤΡΙΟΖΕΣ ΠΟΥ ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΝ Η ΛΟΓΙΚΗ ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΥ ΜΕΡΟΥΣ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ 13
ΟΙ ΤΡΙΟΖΕΣ ΠΟΥ ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΝ Η ΛΟΓΙΚΗ ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΥ ΜΕΡΟΥΣ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ 14
ΤΟ ΔΕΥΤΕΡΟ ΜΕΡΟΣ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ 15
ΤΟ ΠΡΩΤΟ ΒΗΜΑ ΤΟΥ ΔΕΥΤΕΡΟΥ ΜΕΡΟΥΣ, Η «ΕΠΕΝΔΥΣΗ» ΑΡΧΙΖΕΙ ΝΑ ΑΠΟΔΙΔΕΙ 16
ΑΠΟΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΗ ΚΑΙ ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΤΗΣ «ΑΠΟΔΟΣΗΣ» 17
ΑΠΛΗ ΑΛΛΑΓΗ ΣΤΗ ΘΕΣΗ ΤΗΣ ΦΩΣΦΟΡΙΚΗΣ ΡΙΖΑΣ. ΤΙ ΕΞΥΠΗΡΕΤΕΙ; 18
ΜΙΑ ΑΦΥΔΑΤΩΣΗ, ΕΝΑΣ ΕΝΟΛΙΚΟΣ ΔΕΣΜΟΣ 19
ΜΙΑ ΑΠΟΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΗ ΚΑΙ Η ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΠΥΡΟΥΒΙΚΟΥ Η ΛΟΓΙΚΗ ΤΟΥ ΔΕΥΤΕΡΟΥ ΜΕΡΟΥΣ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ 20
ΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ 21
Η σύνθεση της 2,6-διφωσφο-φρουκτόζης διεγείρεται από την Ινσουλίνη και αναστέλλεται από την Γλυκαγόνη. 22
Η ρύθμιση της γλυκόλυσης Οι μη-αντιστρεπτές αντιδράσεις της γλυκόλυσης είναι τρεις και καταλύονται αντίστοιχα από τα ένζυμα εξοκινάση, φωσφοφρουκτοκινάση και πυρουβικήκινάση, οι οποίες στη νεογλυκογένεση παρακάμπτονται με άλλες αντιδράσεις. Η πυρουβική (πυροσταφυλική) κινάση ρυθμίζει τη «ροή» της γλυκόλυσης, επειδή η υψηλή συγκέντρωση γλυκόζης την ενεργοποιεί, ενώ η επάρκεια ΑΤΡ την απενεργοποιεί. 23
ΡΥΘΜΙΣΗ ΣΕ ΕΠΙΠΕΔΟ ΠΥΡΟΥΒΙΚΗΣ ΚΙΝΑΣΗΣ 24
ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΑΕΡΟΒΙΑΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ 1). ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΓΛΥΚΟΖΗΣ ΣΕ ΠΥΡΟΥΒΙΚΟ, 2 ΑΤΡ 2). ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΓΛΥΚΟΖΗΣ ΣΕ ΠΥΡΟΥΒΙΚΟ, 2 NADH, Ή 5 ΑΤΡ ΣΤΑ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ 3). ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΠΥΡΟΥΒΙΚΟΥ ΣΕ Ac-CoA, ΔΙΔΕΙ 2 NADH, Ή 5 ΑΤΡ 4). ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ KREBS 2 Ac ΕΠΙ 10 ΑΤΡ, ΙΣΟΝ20 ΑΤΡ ΣΥΝΟΛΟ: 32 ΑΤΡ 25
26
ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ 1. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/ΦΤΩΧΕΙΑ 2. ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΗ ΑΠΟ ΤΑ ΑΝΤΙΔΡΩΝΤΑ 3. ΑΝΑΣΤΟΛΗ ΑΠΟ ΤΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ 4. ΣΗΜΕΙΑ ΚΛΕΙΔΙΑ: ΕΞΟΚΙΝΑΣΗ, ΦΩΣΦΟ- ΦΡΟΥΚΤΟΚΙΝΑΣΗ, ΠΥΡΟΥΒΙΚΗ ΚΙΝΑΣΗ 5. ΠΥΡΟΥΒΙΚΗ ΔΕΥΔΡΟΓΕΝΑΣΗ 6. ΙΝΣΟΥΛΙΝΗ 7. ΓΛΥΚΑΓΟΝΗ και ΑΔΡΕΝΑΛΙΝΗ 27
ΟΙ ΔΡΟΜΟΙ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ 28
Η ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΖΥΜΟΜΥΚΗΤΕΣ 29
ΓΑΛΑΚΤΙΚΗ ΔΕΥΔΡΟΓΕΝΑΣΗ. Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ 30
Αερόβιος αναερόβιος μεταβολισμός Αερόβια κίνηση. Η βάση της καθημερινής άσκησης με 60-80% της μέγιστης καρδιακής συχνότητας (Μ.Κ.Σ), όπου η παραγωγή γαλακτικού οξέος δεν ξεπερνά τα 2 mmol/l. Αερόβιο-αναερόβιο στάδιο. Σαν πηγή ενέργειας χρησιμοποιούνται οι υδατάνθρακες και τα λίπη, με 75-85% της Μ.Κ.Σ, ενώ παραγωγή γαλακτικού δεν ξεπερνά τα 3 mmol/l. Συσσώρευση γαλακτικού. Αν συνεχίζεται η κίνηση, χωρίς ανάπαυση, υψηλότερη συγκέντρωση του γαλακτικού στο αίμα, αίσθημα έντονης κούρασης και πόνου στους εργαζόμενους μυς (κυρίως στα πόδια για τους δρομείς) και μείωση της απόδοσης. 31
Κύκλος των Cori Η σύνθεση γαλακτικού επιτρέπει την αναγέννηση του διαθέσιμου NAD+ και η αναερόβια γλυκόλυση συνεχίζεται. Ο κύκλος Cori αναφέρεται στην ανακύκλωση του γαλακτικού οξέος που παράχθηκε (κυρίως από τους μύες σε άσκηση) λόγω αναερόβιου μεταβολισμού. Το γαλακτικό (άλας νατρίου) διαχέεται στο αίμα και προσλαμβάνεται από το συκώτι, το όποιο το μετατρέπει σε γλυκόζη (γλυκονεογένεση). Αυτή η γλυκόζη μετατρέπεται σε γλυκογόνο ή αποδίδεται πίσω στο αίμα, όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τους μυς και άλλα όργανα. 32
33
Γαλακτική δεϋδρογενάση και ιατρική διαγνωστική Η γαλακτική δεϋδρογενάση (LDH), το ένζυμο που διέπει την αλληλο-μετατροπή πυροσταφυλικού-γαλακτικού οξέος, είναι αποκλειστικά ενδοκυττάριο και απελευθερώνεται μετά από καταστροφή τους (βλάβη των ιστών). Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις της LDH βρίσκονται σε καρδιά, ήπαρ, νεφρούς, σκελετικούς μυς και ερυθρά αιμοσφαίρια. Όταν η συγκέντρωση της LDH στο αίμα είναι ιδιαίτερα αυξημένη, τότε θα πρέπει (και μπορεί) να γίνεται ηλεκτροφόρηση των ισοενζύμων της, για να προσδιορισθεί η θέση (π.χ. το όργανο) με βλάβη των ιστών. 34
Γαλακτική δεϋδρογενάση και ιατρική διαγνωστική - διάγνωση εμφράγματος Δεν είναι τόσο εξειδικευμένη όσο η τροπονίνη. Στο αίμα: Άνοδος: 12-24 ώρες Κορύφωση: 2-3 ημέρες Πτώση: 5-14 ημέρες Ισοένζυμα LDH Μ: Muscle, H: Heart Υπάρχουν 5 ισοένζυμα 35
ΗΛΕΚΤΡΟΦΟΡΗΣΗ της LDH σε ΑΓΑΡΟΖΗ 36
Η ΣΧΕΣΗ ΤΟΥ ΠΥΡΟΣΤΑΦΥΛΙΚΟΥ ΜΕ ΤΟ ΟΞΑΛΟΞΙΚΟ. ΠΟΥ ΒΡΙΣΚΕΤΑΙ Η ΑΞΙΑ ΤΟΥ ΠΥΡΟΣΤΑΦΥΛΙΚΟΥ ΩΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΤΗ; 37
38
ΟΛΕΣ ΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΟΥ ΜΟΝΟΠΑΤΙΟΥ (ΔΡΟΜΟΥ) ΤΩΝ ΦΩΣΦΟΡΙΚΩΝ ΠΕΝΤΟΖΩΝ 39
ΕΝΑ ΜΟΝΟΠΑΤΙ ΠΑΡΑΚΑΜΨΗΣ ΜΕΡΟΥΣ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ, ΟΙ ΠΕΝΤΟΖΕΣ 40
Η ΡΙΒΟΥΛΟΖΗ ΓΙΝΕΤΑΙ ΡΙΒΟΖΗ 41
ΤΟ ΜΟΝΟΠΑΤΙ ΞΑΝΑΣΥΝΑΝΤΑ ΤΗ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗ 42
ΤΟ ΜΟΝΟΠΑΤΙ ΕΠΑΝΑΚΑΜΠΤΕΙ ΣΤΗ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗ 43
ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΡΙΒΟΥΛΟΖΗΣ, ΡΙΒΟΖΗΣ ΚΑΙ NADPH 44
ΙΣΤΟΙ ΜΕ ΕΝΕΡΓΟ ΜΟΝΟΠΑΤΙ ΠΕΝΤΟΖΩΝ: ΕΞΗΓΗΣΗ 45
ΚΥΑΜΙΣΜΟΣ (FAVISM) Ο κυαμισμός είναι μία κληρονομική ασθένεια του ανθρώπου που ακολουθεί φυλοσύνδετο υπολειπόμενο τύπο κληρονομικότητας. Στα άτομα που πάσχουν από την ασθένεια αυτή, παρατηρείται έλλειψη του ενζύμου αφυδρογονάση της 6-φωσφορικής γλυκόζης (G6PD ή G6PDH), το οποίο συμμετέχει στον κύκλο των φωσφορικών πεντοζών και είναι σημαντικό για το μεταβολισμό των ερυθρών αιμοσφαιρίων. 46
ΚΥΑΜΙΣΜΟΣ (FAVISM) Η γλυκοζο-6-φωσφορική αφυδρογονάση (G-6-PD) των ερυθρών αιμοσφαιρίων καταλύει τη μετατροπή του γλυκοζο- 6-φωσφορικού οξέος σε 6-φωσφογλυκονικό οξύ και οδηγεί στο σχηματισμό NADPH, που είναι απαραίτητο συνένζυμο της αναγωγάσης της μεθαιμοσφαιρίνης (ανάγει την μεθαιμοσφαιρίνη σε αναχθείσα αιμοσφαιρίνη) και της αναγωγάσης της γλουταθειόνης (δημιουργία αναχθείσας, αντιοξειδωτικής γλουταθειόνης). Οι βιοχημικές αυτές οδοί είναι αναγκαίες για τη φυσιολογική λειτουργία των ερυθροκυττάρων. 47
Reduced glutathione (GSH) Oxidized glutathione (GSSG) 48
Η ΑΝΑΓΜΕΝΗ ΓΛΟΥΤΑΘΕΙΟΝΗ ΣΤΑ ΕΡΥΘΡΑ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΑ 49
Ανεπάρκεια της αφυδρογονάσης της 6- φωσφορικής γλυκόζης Η φυσιολογική σύνθεση του ενζύμου καθορίζεται με ένα υπολειπόμενο φυλοσύνδετο γονίδιο στο χρωμόσωμα Χ, κυρίως σε άρρενα άτομα. Στις μεσογειακές χώρες η διαταραχή (μεταλλάξεις στο γονίδιο) αυτή συχνή, αλλά ακόμη συχνότερη είναι στην Αφρική και στους Αφροαμερικανούς. Η κατάσταση επιδεινώνεται, με τελική κατάληξη την επικίνδυνη αιμόλυση, από ουσίες που έχουν έντονες οξειδωτικές ιδιότητες. 50
ΚΥΑΜΙΣΜΟΣ (FAVISM) Τα άτομα που πάσχουν από την ασθένεια αυτή εμφανίζουν αιμολυτική αναιμία αν καταναλώσουν κουκιά ή αν έλθουν σ' επαφή με συγκεκριμένες χημικές ουσίες (π.χ. σαλικυλικά, σουλφοναμίδες και σουλφόνες, κινίνη και άλλα ανθελονοσιακά φάρμακα, νιτροφουραντοΐνη, χλωραμφαινικόλη, ναφθαλίνη, τρινιτροτολουόλιο, τη χρωστική κυανούν του μεθυλενίου, βιταμίνη Κ, προβενεσίδη, διμερκαπρόλη, φαινυλυδραζίνη). 51
ΦΑΡΜΑΚΑ ΠΟΥ ΠΡΕΠΕΙ ΟΠΩΣΔΗΠΟΤΕ ΝΑ ΑΠΟΦΕΥΓΟΝΤΑΙ ΣΕ ΕΛΕΙΨΗ G6PD. ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΘΕΙΤΕ ΕΙΔΙΚΟ. 52
ΦΑΡΜΑΚΑ ΚΑΙ ΤΡΟΦΙΜΑ ΠΟΥ ΠΡΕΠΕΙ ΟΠΩΣΔΗΠΟΤΕ ΝΑ ΑΠΟΦΕΥΓΟΝΤΑΙ ΣΕ ΕΛΕΙΨΗ G6PD. ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΘΕΙΤΕ ΕΙΔΙΚΟ. 53
KOYKIA Vicine Divicine ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΠΟΥ ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΣΤΑ ΚΟΥΚΙΑ Ή ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΝ ΑΠΟ ΤΟ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟ ΤΟΥΣΕΞΑΝΤΛΟΥΝ ΤΗ ΓΛΟΥΤΑΘΕΙΟΝΗ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΟΥΝ ΡΙΖΕΣ ΟΞΥΓΟΝΟΥ Fava or broad beans Convicine Isouramil 54
ΕΡΥΘΡΑ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΑ ΕΠΙ ΚΥΑΜΙΣΜΟΥ 55