BIOCHÉMIA II KATEDRA CHÉMIE, FAKULTA PRÍRODNÝCH VIED, UNIVERZITA MATEJA BELA BANSKÁ BYSTRICA KATABOLIZMUS SACHARIDOV GLYKOLÝZA MOŽNOSTI METABOLIZÁCIE PYRUVÁTU TÉMA 02 DOC. RNDR. MAREK SKORŠEPA, PHD.
ANAERÓBNA GLYKOLÝZA 2
INTRO základná metablická dráha (séria metablických reakcií) rzkladu glukózy Embden, Mayerhf a Parnas (EMP) 6 at. C 3 at. C GLUKÓZA 2 PYRUVÁT Význam: získanie energie v frme ATP a NADH ptrebnej na ďalšie prcesy prebieha v anaeróbnm prstredí enzýmy glyklýzy sú lkalizvané v cytplazme výhradný zdrj energie pre niektré bunky a tkanivá (napr. erytrcyty, mzg) 3
I. REAKCIE GLYKOLÝZY 4
2 FÁZY GLYKOLÝZY 1. prípravná fáza: 1. 5. reakcia - vyžaduje ATP 2. prdukčná fáza: 6. 10. reakcia tvrba ATP a NADH (vyžaduje NAD + ) 5
CELKOVÁ SCHÉMA ANAERÓBNEJ GLYKOLÝZY 6
I.1 PRÍPRAVNÁ FÁZA GLYKOLÝZY 7
SCHÉMA PRÍPRAVNEJ FÁZY GLYKOLÝZY 1 2 3 4 5 8
1 FOSFORYLÁCIA GLC NA GLC-6-FOSFÁT fsfrylácia Glc = aktivácia Glc na vstupe d glyklýzy endergnická reakcia pháňaná hydrlýzu ATP (prvtná sptreba ATP = nutný energetický vstup d glyklýzy) uzlvý bd metablizmu glukózy, z ktréh vychádza niekľk metablických pchdv enzým: glukkináza (resp. hexkináza) (alster. inhibítr = Glc-6-fsfát) 9
2 IZOMERIZÁCIA GLC-6-FOSFÁT NA FRU-6-FOSFÁT xidredukcia na uhlíkvých atómch C 1 a C 2 C 1 aldehyd (placetálvá sk.) je redukvaný na hydrxyskupinu C 2 hydrxyskupina je xidvaná na ketskupinu fruktózy-6-fsfát enzým: glukózafsfátizmeráza 10
3 FOSFORYLÁCIA FRU-6-FOSFÁT NA FRU-1,6-BISFOSFÁT druhá reakcia pháňaná hydrlýzu ATP (ďalšia sptreba ATP = nutný energetický vstup d glyklýzy) enzým: fsffruktkináza (alsterický inhibítr = ATP): vyská kncentrácia ATP inhibícia nízka kncentrácia ATP aktivácia 11
4 ŠTIEPENIE FRU-1,6-BISFOSFÁT NA DIHYDROXYACETÓNFOSFÁT A GLYCERALDEHYDFOSFÁT Fru-1,6-bisfsfát = aldl aldlvé štiepenie na 2 mlekuly izmérnych triózafsfátv: glyceraldehydfsfát dihydrxyacetónfsfát enzým: fruktózabisfsfátaldláza (aldláza) 12
5 IZOMERIZÁCIA DIHYDROXYACETÓNFOSFÁTU NA GLYCERALDEHYDFOSFÁT enzým: triózafsfátizmeráza 13
SUMARIZÁCIA PRÍPRAVNEJ FÁZY GLYKOLÝZY premena 1 mlekuly glukózy na 2 mlekuly glyceraldehyd-3-fsfátu prvá fáza je energeticky deficitná: sptreba 2 mlekúl ATP = nutný vstup d glyklýzy kľúčvé pstavenie v tejt sérii má Fru-1,6-bisfsfát alsterická regulácia fsffruktkinázy 14
I.2 PRODUKČNÁ FÁZA GLYKOLÝZY 15
SCHÉMA PRODUKČNEJ FÁZY GLYKOLÝZY 6 7 8 Pznámka: všetky reakcie prdukčnej fázy 2x!!! 9 10 16
6 OXIDÁCIA GLYCERALDEHYD-3-FOSFÁTU NA 1,3-BISFOSFOGLYCERÁT xidačná fsfrylácia (2 časti = xidácia + fsfrylácia) jediná xidačná reakcia v EMP xidačné činidl = NAD + je redukvané na NADH reakcia vyžaduje fsfátvú skupinu vznik zmiešanéh anhydridu 1,3-bisfsfglycerátu enzým: glyceraldehydfsfátdehydrgenáza 17
6 OXIDÁCIA GLYCERALDEHYD-3-FOSFÁTU NA 1,3-BISFOSFOGLYCERÁT (CONT D) 1. krk xidácia glyceraldehyd-3-fsfátu na 3-fsfglycerát 2. krk fsfrylácia 3-fsfglycerátu na 1,3-bisfsfglycerát 18
7 TRANSFER FOSFÁTOVEJ SKUPINY Z 1,3-BISFOSFOGLYCERÁTU NA ADP; TVORBA 3-FOSFOGLYCERÁTU prvá prdukcia ATP v EMP vyrvnanie energetickéh dlhu z prípravnej f. reakcia vyžaduje ADP reakcia je kmbináciu endergnickej fsfrylácie ADP (ΔG = +30,5 kj.ml 1 ) a exergnickej hydrlýzy zmiešanéh anhydridu (ΔG = 49,4 kj.ml 1 ) enzým: fsfglycerátkináza 19
8 IZOMERIZÁCIA 3-FOSFOGLYCERÁTU NA 2-FOSFOGLYCERÁT izmerizácia vnútrmlekulvým prensm fsfátu enzým: fsfglycerátmutáza 20
9 DEHYDRATÁCIA 2-FOSFOGLYCERÁTU NA FOSFOENOLPYRUVÁT dštiepenie H 2 O z 2-fsfglycerátu fsfenlpyruvát (PEP) bsahuje makrergickú väzbu enzým: enláza 21
10 TRANSFER FOSFÁTOVEJ SKUPINY Z FOSFOENOLPYRUVÁTU NA ADP; TVORBA PYRUVÁTU druhá tvrba ATP (zisk z bch fáz) pyruvát = knečný prdukt ΔG hydrlýzy pyruvátu = 61,9 kj.ml 1 enzým: pyruvátkináza (alsterický inhibítr = ATP) 22
SUMARIZÁCIA PRODUKČNEJ FÁZY GLYKOLÝZY premena 2 mlekúl glyceraldehyd-3-fsfátu na 2 mlekuly pyruvátu vznik 4 mlekúl ATP vznik 2 mlekúl NADH 23
CELKOVÁ BILANCIA GLYKOLÝZY glukóza 2 ATP 1. fáza + 4 ATP + 2 NADH 2. fáza 2 pyruvát + 2 ATP + 2 NADH celkvý efekt 24
REGULAČNÉ BODY GLYKOLÝZY 3 regulačné bdy v glyklýze 3 metablické energeticky významné reakcie ich enzýmy sú inhibvané členm reakcie: hexkináza fsffruktkináza pyruvátkináza 25
ODBÚRAVANIE ĎALŠÍCH SACHARIDOV niektré ďalšie sacharidy p príslušných úpravách tiež vstupujú d glyklýzy 26
MOŽNOSTI METABOLIZÁCIE PYRUVÁTU 27
2 SPÔSOBY ĎALŠIEHO SPRACOVANIA PYRUVÁTU pyruvát anaeróbna cesta fylgeneticky staršia aeróbna cesta fylgeneticky mladšia mliečne kvasenie kstrvé svalstv alkhlvé kvasenie kvasinky xidačná dekarbxylácia pyruvátu Cieľ ďalšieh spracvania pyruvátu: regenerácia NAD + mnžstv NAD + je v bunke bmedzené - musí sa regenervať citrátvý cyklus 28
ANAERÓBNE SPRACOVANIE PYRUVÁTU Cieľ anaeróbneh spracvania pyruvátu: regenerácia NAD + spätnu xidáciu NADH substrátm, ktrý sa môže redukvať týmt substrátm je: pyruvát (mliečne kvasenie = tvrba laktátu) acetaldehyd (alkhlvé kvasenie = tvrba etanlu) 29
MLIEČNE KVASENIE (TVORBA LAKTÁTU) regenerácia NAD + redukciu pyruvátu mliečne baktérie v kstrvm svalstve pri nedstatku kyslíka enzým: laktátdehydrgenáza laktát neskôr musí byť spracvaný v pečeni 30
CORIHO CYKLUS vzájmné prepjenie (cyklus) metablizmu laktátu a glukózy v rganizme Manželia Gerty a Carl Cri bjavitelia metablickéh cyklu laktátu a glukózy v rganizme Laktát, prdukvaný v svalch anaeróbnu degradáciu Glc, je krvu transprtvaný d pečene V pečeni je laktát rexidvaný na pyruvát a v prcese gluknegenézy ďalej knvertvaný päť na Glc Glc môže byť krvu transprtvaná naspäť d svalu, aleb ulžená v frme glykgénu ak zásbný zdrj energie 31
ALKOHOLOVÉ (ETANOLOVÉ) KVASENIE regenerácia NAD + dekarbxyláciu pyruvátu a následnu redukciu vzniknutéh acetaldehydu kvasinky Saccharmyces cerevisiae enzýmy: pyruvátdekarbxyláza a alkhldehydrgenáza 32
ENERGETICKÁ BILANCIA GLYKOLÝZY + ANAERÓBNEHO SPRACOVANIA PYRUVÁTU pri mliečnm aj alkhlvm kvasení vznikajú pri degradácii 1 mlekuly glukózy len 2 mlekuly ATP (ΔG = 61,0 kj.ml 1 ) prvnanie s úplnu xidáciu glukózy: (ΔG = 2829,0 kj.ml 1 ) 2 mlekuly ATP (ΔG = 61,0 kj.ml 1 ) získané anaeróbnym spracvaním glukózy predstavujú len 2% z celkvej energie, ktrú by tereticky bl mžné získať úplnu xidáciu glukózy (ΔG = 2829,0 kj.ml 1 ) 33
OXIDAČNÁ DEKARBOXYLÁCIA PYRUVÁTU len v aeróbnm prstredí prebieha v mitchndriálnej matrix pyruvát sa nesptrebváva na regeneráciu NAD + (bude regenervaný v dýchacm reťazci) 2 krky: dekarbxylácia pyruvátu (1) a následná xidácia (2) enzýmvý kmplex: pyruvátdehydrgenázvý kmplex (zahŕňa 5 enzýmv) 1. pyruvátdehydrgenáza (PDH, lipamid) 2. dihydrlipyltransacetyláza (dihydrlipamidacetyltransferáza) 3. dihydrlipyldehydrgenáza (dihydrlipamiddehydrgenáza) výknné enzýmy 4. pyruvátdehydrgenáza kináza (deaktivácia PDH fsfryláciu) 5. pyruvátdehydrgenáza fsfatáza (aktivácia PDH hydrlýzu fsfátu) regulačné enzýmy 34
MECHANIZMUS OXID. DEKARBOXYLÁCIE PYRUVÁTU 1. dekarbxylácia pyruvátu, tvrba hydrxyetyltiamínpyrfsfátu (HETPP) 2. xidácia dvjuhlíkatej hydrxyetylvej skupiny kys. lipvu (lipamidm) na acetyl, vznik red. frmy lipamidu s naviazanu Ac-skupinu 3. prens dvjuhlíkatej acetylvej skupiny z lipamidu na CA, vznik acetyl-ca 4. regenerácia (rexidácia) lipátu z redukvanej frmy na xidvanú vzniknutý AcCA vstupuje d citrátvéh cyklu 35
ŠTRUKTÚRA PYRUVÁTDEHYDROGENÁZOVÉHO KOMPLEXU A. 24 pdjedntiek dihydrlipyltransacetylázy (TA) tvrí jadr kmplexu 8 trimérv každý trimér je umiestnený v jednm z rhv kcky B. 24 αβ-dimérv pyruvátdehydrgenázy (PDH) umiestnené p dva na hranách kcky C. 6 dimérv dihydrlipyldehydrgenázy (DLD) umiestnené na šiestich stranách kcky 36
DOC. RNDR. MAREK SKORŠEPA, PHD. MAREK.SKORSEPA@UMB.SK KATEDRA CHÉMIE FAKULTA PRÍRODNÝCH VIED UNIVERZITA MATEJA BELA V BANSKEJ BYSTRICI