WĘGLOWODANY. Glukoneogeneza, glikogen, cykl pentozofosforanowy

Transkrypt

1 WĘGLOWODANY Glukoneogeneza, glikogen, cykl pentozofosforanowy

2

3

4

5 GLIKOLIZA BEZTLENOWA

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15 CYKL PENTOZOWY rybulozo- 5-P rybulozo- 5-P izomeraza epimeraza synteza DNA, RNA ksylulozo-5-p rybozo 5 P lokalizacja tkankowa wszystkie tkanki, szczególnie intensywnie:wątroba, tkanka tłuszczowa, nadnercza, gonady, erytrocyty transketolaza (z wit. B1) aldehyd 3-P-glicerynowy sedoheptulozo-7-p lokalizacja komórkowa cytoplazma transaldolaza erytrozo-4-p fruktozo-6-p fruktozo-6-p transketolaza (z wit. B1) aldehyd 3-P-glicerynowy ksylulozo-5-p rola: dostarcza NADPH+H+ oraz rybozo 5 fosforanu

16 CYKL PENTOZOWY NADPH + H+ synteza kwasów tłuszczowych synteza steroidów metabolizm ksenobiotyków redukcja glutationu

17 CZĘŚĆ UTLENIAJĄCA CYKL PENTOZOWY CH2-O-P CH2-O-P O OH OH NADP OH NADPH+H+ OH OH enzym: dehydrogenaza glukozo-6-fosforanowa klasa I (oksydoreduktazy) enzym regulatorowy hamowany przez NADPH O =O OH OH 1

18 CYKL PENTOZOWY CZĘŚĆ UTLENIAJĄCA CH2-O-P H2O O OH H+ =O OH OH 2 enzym: 6-fosfoglukonolaktolaza klasa III (hydrolazy) COO HC OH HO CH HC OH HC OH H2C O P

19 CZĘŚĆ UTLENIAJĄCA CYKL PENTOZOWY COOH2C OH NADP NADPH+H+ HC OH C=O HO CH HC OH CO2 HC OH HC OH HC OH H2C O P enzym: H2C O P dehydrogenaza 3 6-fosfoglukonianowa klasa I (dehydrogenaza)

20 CYKL PENTOZOWY rybulozo- 5-P rybulozo- 5-P izomeraza epimeraza 4 synteza DNA, RNA ksylulozo-5-p rybozo 5 P transketolaza (z wit. B1) aldehyd 3-P-glicerynowy sedoheptulozo-7-p transaldolaza erytrozo-4-p fruktozo-6-p fruktozo-6-p transketolaza (z wit. B1) aldehyd 3-P-glicerynowy ksylulozo-5-p enzym: izomeraza pentozo-5-p klasa V (izomerazy) H2C OH C=O HC OH HC OH H2C O P C H O HC OH HC OH HC OH H2C O P H2C OH C=O HO C H enzym: epimeraza HC OH pentozo-5-p klasa V (izomerazy) H2C O P

21 CYKL PENTOZOWY CZĘŚĆ NIEOKSYDACYJNA 2C C5 (ksylulozo-5-p) + C5 (rybozo-5-p) C3 (aldehyd + C7 (sedoheptulo3-p-glicerynowy) zo-7-p) ketoza aldoza aldoza ketoza 3C TRANSKETOLAZA (B1) C7 (sedoheptu- + C3 (aldehyd 3-P- ) C4 (erytrozo- + C6 (fruktozo-6-p) lozo-7-p) glicerynowy) 4-P) ketoza aldoza aldoza ketoza TRANSALDOLAZA 2C C5 (ksylulozo-5-p) + C4 (erytrozo-4-p) C3 (aldehyd + C6 (fruktozo-6-p) 3-P-glicerynowy) ketoza aldoza aldoza ketoza TRANSKETOLAZA (B1)

22 CYKL PENTOZOWY CZĘŚĆ NIEOKSYDACYJNA 2C C5 (ksylulozo-5-p) + C5 (rybozo-5-p) C3 (aldehyd + C7 (sedoheptulo3-p-glicerynowy) zo-7-p) ketoza aldoza aldoza ketoza 3C TRANSKETOLAZA (B1)

23 CYKL PENTOZOWY CZĘŚĆ NIEOKSYDACYJNA 3C C7 (sedoheptu- + C3 (aldehyd 3-P- ) C4 (erytrozo- + C6 (fruktozo-6-p) lozo-7-p) glicerynowy) 4-P) ketoza aldoza aldoza ketoza TRANSALDOLAZA

24 CYKL PENTOZOWY CZĘŚĆ NIEOKSYDACYJNA 2C C5 (ksylulozo-5-p) + C4 (erytrozo-4-p) C3 (aldehyd + C6 (fruktozo-6-p) 3-P-glicerynowy) ketoza aldoza aldoza ketoza TRANSKETOLAZA (B1)

25 CYKL PENTOZOWY Wariant 1 Zapotrzebowania komórki są jednakowe na NADPH i rybozo-5fosforan

26 CYKL PENTOZOWY Wariant 2 Potrzeba więcej NADPH niż rybozo-5-fosforanu. Mało ATP.

27 CYKL PENTOZOWY Wariant 3 Potrzeba więcej NADPH niż rybozo-5-fosforanu. Dużo ATP.

28 CYKL PENTOZOWY Potrzeba więcej rybozo-5-fosforanu niż NADPH.

29 GLIKOGEN

30 Glikogen zapasowa forma glukozy. Rozkład glikogenu powoduje szybki wzrost stężenia glukozy we krwi podczas braku glukozy z pożywienia (pomiędzy posiłkami) lub podczas intensywnej pracy mięśni. Glikogen może być magazynowany: - w wątrobie źródło energii dla całego organizmu, glukoza jest uwalniana do krwi. - mięśniach szkieletowych glukoza jest zużywana do syntezy ATP tylko w mięśniach

31 GLIKOGEN wiązanie 1 6 wiązanie 1 4 wiązanie 1 4 wiązanie 1 4

32 SYNTEZA GLIKOGENU GLIKOGENEZA 2Pi glukozo 6 P fosfoglukomutaza urydylotransferaza glukozo-1-fosforanowa glukozo 1 P + UTP UDP glukoza + PPi UDP glukoza + glikogen(n) (lub starter) glikogen(n+1) + UDP syntaza glikogenowa Enzym rozgałęziający tworzy wiązania 1,6 glikozydowe (amylo[ 1 4] [1 6] transglukozydaza).

33 SYNTEZA GLIKOGENU GLIKOGENEZA CH2 O P O OH OH CH2 OH O OH OH enzym: mutaza fosfoglukozowa (fosfoglukomutaza) OH OH O P OH

34 SYNTEZA GLIKOGENU GLIKOGENEZA CH2 OH O OH OH UTP O P CH2 OH O PPi OH OH enzym: urydylotransferaza glukozo-1-fosforanowa (pirofosforylaza UDP-glukozowa) OH O UDP OH

35 SYNTEZA GLIKOGENU GLIKOGENEZA UDP-glukoza + glikogen enzym: SYNTAZA GLIKOGENOWA klasa II enzym regulatorowy UDP + glikogen+1

36 DEGRADACJA GLIKOGENU (GLIKOGENOLIZA) glikogen(n) + Pi glukozo 1 P + glikogen-1) fosforylaza glikogenowa mutaza fosfoglukozowa glukozo 6 P w mięśniach glikoliza H2O w wątrobie Pi glukozo-6fosfataza glukoza brak fosfatazy glukozo-6-p Rozgałęzienia są usuwane przy udziale enzymów usuwających odgałęzienia: transferaza glukanowa i amylo 1,6glukozydaza krew

37 Oba procesy są regulowane: przez efektory allosteryczne przez kowalencyjne modyfikacje zależne od działania hormonów (glukagonu i insuliny)

38 ALLOSTERYCZNA REGULACJA METABOLIZMU GLIKOGENU glukozo-6-p glukoza (+) w stanie sytości ( ) fosforylaza glikogenowa Ca2+ AMP wątroba (+) glukozo-6-p ( ) ( ) ATP ( ) ( ) glikogen syntaza glikogenowa (+) (+) glukozo 1 fosforan mięśnie

39 HORMONALNA REGULACJA METABOLIZMU GLIKOGENU Fosforylaza glikogenowa występuje w dwóch formach: nieufosforylowana nie aktywna forma b ufosforylowana aktywna forma a Syntaza glikogenowa: nieufosforylowna forma a - aktywna ufosforylowana forma b - nie aktywna

40 Regulacja syntezy glikogenu Glukagon (wątroba) R G ATP Adrenalina (wątroba i mięśnie) R cyklaza adenylanowa PPi camp PKA nie aktywna Syntaza PKA actywna ATP ADP glikogenowa a (aktywna) Syntaza P glikogenowa b (nieaktywna) SYNTEZA GLIKOGENU ZAHAMOWANA Pi H2O fosfataza białek 1 INSULINA

41 Regulacja rozpadu glikogenu GLUKAGON (wątroba) R G ATP ADRENALINA (wątroba i mięsnie) R cyklaza adenylanowa PPi GLIKOGEN ULEGA DEGRADACJI camp PKA nie aktywna Kinaza b fosforylazay glikogenowej (nie aktywna) PKA aktywna ATP ADP Fosforylaza glikogenowa a P (aktywna) Kinaza a P fosforylazy glikogenowej Pi H2O (aktywna) fosfataza białek 1 ADP H2O ATP Pi fosfataza białek 1 Fosforylaza glikogenowa b (nie aktywna) INSULINA

42 SYNTAZA GLIKOGENOWA Hormony Forma a aktywna zależna od obecności glukozo 6 P Forma b - P nie aktywna może być aktywna kiedy glukozo-6-p występuje w wysokim stężeniu

43 FOSFORYLAZA GLIKOGENOWA w mięśniach Nieufosforylowana forma b jest zazwyczaj nieaktywna, ale może być aktywna w obecności AMP, który jest allosterycznym aktywatorem tego enzymu. ATP i glukozo-6-p są inhibitorami enzymu. Ufosforylowana forma jest niezależna od obecności AMP, ATP i glukozo-6-p. Podczas odpoczynku forma b (nieaktywna) jest dominująca. Podczas pracy mięśni AMP aktywuje degradację glikogenu. Hormony Forma b Forma a - P nieaktywna nieaktywna Forma b ( ) ATP, T T glukozo-6-p aktywna activated by Ca2+ (>1μM) R and calmodulin (+) AMP Forma a - P aktywna R

44 FOSFORYLAZA GLIKOGENOWA - wątroba AMP nie aktywuje fosforylazy b ale glukoza jest inhibitorem fosforylazy a. Celem rozpadu glikogenu wątrobowego jest uwolnienie glukozy do krwi. Fosforylaza w wątrobie jest wrażliwa na stężenie glukozy, a nie na poziom AMP. Hormony Forma b nieaktywna Forma b ( ) ATP, T glukozo-6-p aktywna R (+) AMP Forma a - P nieaktywna T ( ) stężenie glukozy Forma a - P aktywna R

45

46 Katabolizm głównych źródeł węgla Glikoliza (szlak EMP), cykl Krebsa, łańcuch oddechowy Glikoliza: Glukoza + 2 NAD+ 2 ADP + 2 Pi 2 pirogronian + 2 NADH + 2 ATP EMP szlak Embdena-Meyerhofa-Parnasa

47 LIPIDY TŁUSZCZOW CE

48 Lipidy Substancje organiczne, występujące w organizmach żywych, nierozpuszczalne w wodzie, ale dające się ekstrahować rozpuszczalnikami organicznymi (np. chloroformem, acetonem, benzenem) 48

49 Biologiczne funkcje lipidów Są materiałem budulcowym (fosfolipidy, cholesterol, glikolipidy) Decydują o właściwościach dynamicznych błony komórkowej Są prekursorami hormonów steroidowych (cholesterol) i hormonów tkankowych (kwasy tłuszczowe) Stanowią substrat dla syntezy kwasów tłuszczowych i niektórych witamin Biorą udział w zjawiskach immunologicznych (eikozanoidy) 49

50 Podział lipidów (1) A. Lipidy proste estry kwasów tłuszczowych z różnymi alkoholami a) Tłuszcze właściwe estry kwasów tłuszczowych z glicerolem b) Woski estry kwasów tłuszczowych z wyższymi alkoholami jednowodorotlenowymi A. Lipidy złożone 50

51 Podział lipidów (2) B. Lipidy złożone estry zawierające dodatkowe grupy funkcyjne a) Fosfolipidy zawierają resztę kwasu fosforowego i zasady azotowej lub aminoalkoholu. glicerofosfolipidy zawierające glicerol Sfingolipidy zawierające sfingozynę a) Glikolipidy zawierają kwasy tłuszczowe, alkohol sfingozynę i węglowodan a) Inne lipidy złożone sulfolipidy, aminolipidy, lipoproteiny 51

52 Podział lipidów (3) C. Prekursory i pochodne lipidów a) b) c) d) e) f) kwasy tłuszczowe, glicerol, alkohole inne niż glicerol, sterole i lipidy izoprenowe, witaminy rozpuszczalne w tłuszczach, hormony 52

53 KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości Kwasy tłuszczowe są monokarboksylowymi kwasami o łańcuchach węglowodorowych. Łańcuch węglowodorowy KT ma charakter hydrofobowy Grupa karboksylowa KT jest polarna erukowy arachidowy oleinowy stearynowy linolowy palmitynowy linolenowy arachidonowy 53

54 KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości Kwasy tłuszczowe nasycone, zawierające ponad 10 atomów węgla w łańcuchu: są substancjami stałymi są nierozpuszczalnymi w wodzie ich temperatura topnienia wzrasta wraz z długością łańcucha Kwasy tłuszczowe nienasycone w większości są w temperaturze pokojowe substancjami płynnymi 54

55 KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości Nienasycone kwasy tłuszczowe reaktywność: uwodnienie CH = CH + H2O redukcja CH = CH + XH2 R1 CH = CH R2 CH(OH) CH2 redukcja utlenianie CH2CH2 + X R1 CHO + R2 CHO utlenienie 55

56 KWASY TŁUSZCZOWE Struktura i właściwości Ze względu na obecność wiązania podwójnego nienasycone kwasy tłuszczowe mogą występować w dwóch formach stereoizomerycznych: cis i trans Kwas oleinowy Kwas elaidynowy 56

57 KWASY TŁUSZCZOWE Nazewnictwo kwasów tłuszczowych Nazwy zwyczajowe w większości przypadków wywodzą się od źródła ich odkrycia Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich stosuje się końcówkę anowy dla kwasów nasyconych enowy dla kwasów nienasyconych Kwas oktadekanowy Kwas stearynowy Kwas 9,12 oktadekadienowy Kwas linolowy 57

58 KWASY TŁUSZCZOWE Nazewnictwo kwasów tłuszczowych Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich położenie podwójnego wiązania oznacza się symbolem a numery węgli biorących udział w tworzeniu wiązań podwójnych, liczone są od węgla grupy karboksylowej litery n lub oznaczają miejsce wiązania podwójnego, licząc od grupy metylowej Kwas tłuszczowy z wiązaniem cis -9 58

59 Nasycone kwasy tłuszczowe Nazwa zwyczajowa kwasu Nazwa systematyczna kwasu Symbol kwasu Wzór chemiczny kwasu Temperatura topnienia Masłowy Butanowy C 4:0 CH3(CH2)2COO H - 7,9 Kapronowy Heksanowy C 6:0 CH3(CH2)4COO H - 3,4 Kaprylowy Oktanowy C 8:0 CH3(CH2)6COO H 16,7 Kaprylony Dekanowy C 10:0 CH3(CH2)8COO H 31,6 Laurynowy Dodekanowy C 12:0 CH3(CH2)10CO OH 44,2 Mirystynow y Tetradekanowy C 14:0 CH3(CH2)12CO OH 53,9 Palmitynow y Heksadekanowy C 16:0 CH3(CH2)14CO OH 63,0 Stearynowy Oktadekanowy C 18:0 CH3(CH2)16CO OH 69,6 Arachidowy Eikosanowy C 20:0 CH3(CH2)18CO OH 75,3 Behenowy Doeikosanowy C 22:0 59 CH3(CH2)20CO 79,9

60 Nienasycone kwasy tłuszczowe Nazwa zwyczajowa kwasu Tetradecenowy Nazwa systematyczna kwasu 9 tetradecenowy Nazwa skrótowa kwasu 14:1 9 Wzór chemiczny kwasu CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH 18:1 9 Oleinowy 9 oktadecenowy CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 18:1 (n-9) 20:1 9 Eikosenowy 9 - eikosenowy Erukowy 13 - doeikosenowy 22:1 13 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH Nerwonowy 15 - tetraeikosenowy 24:1 15 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH Linolowy 9,12 oktadekadienowy Linolenowy Eikosatrienow y Arachidonowy 9,12,15 oktadekatrienowy 18:2 9,12 18:2 (n-9) 18:3 9,12,15 18:3 (n-3) 20:3 5,8,11 5,8,11 - eikosatrienowy 20:3 (n-9) 5,8,11,14 eikosatetraenowy 20:4 5,8,11,14 20:4 (n-6) CH3(CH2)9CH=CH(CH2)7COOH CH3CH(CH=CHCH2)3(CH2)6 COOH CH3CH2(CH=CHCH2)3 (CH2)6 COOH CH3(CH2)7(CH=CHCH2)3 (CH2)2 COOH CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4 (CH2)2 COOH60

61 NNKT niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe kwas -linolenowy C 18:3;9,12,15 kwas linolowy C 18:2;9,12 Kwasy -3 i -6 nie mogą być syntetyzowane w organizmie muszą być dostarczone z pożywieniem Występują w: olejach roslinnych olejach z ryb 61

62 Tłuszcze właściwe (acyloglicerole) ze względu na budowę chemiczną należą do estrów składnik alkoholowy glicerol składnik kwasowy jednokarboksylowe wyższe kwasy tłuszczowe najczęściej są to mieszaniny triacylogliceroli różnych kwasów tłuszczowych 62

63 Tłuszcze właściwe (acyloglicerole) Glicerol H2C OH HO C H H2C OH triacyloglicerol C1 C2 sn-2 C3 sn-3 sn-1 O O H2C O C R1 R2 C O C H H2C O C R3 W acyloglicerolach drugorzędowa grupa hydroksylowa położona jest po lewej stronie atomu wegla Do oznakowania pozycji kwasów tłuszczowych stosuje się system numeracji stereospecyficznej (sn), umieszczając przedrostek sn przed nazwą reszty glicerolowej, np. 1,2,3 triacylo-sn-glicerol 63 O

64 Podział lipidów (2) B. Lipidy złożone estry zawierające dodatkowe grupy funkcyjne a) Fosfolipidy zawierają resztę kwasu fosforowego i zasady azotowej lub aminoalkoholu. glicerofosfolipidy zawierające glicerol sfingolipidy zawierające sfingozynę a) Glikolipidy zawierają kwasy tłuszczowe, alkohol sfingozynę i węglowodan a) Inne lipidy złożone sulfolipidy, aminolipidy, lipoproteiny 64

65 Glicerofosfolipidy Kwas fosfatydowy Fosfolipidy zbudowane są z czterech składników: 1. Glicerolu 2. Dwóch reszt acylowych połączonych wiązaniami estrowymi z atomami C1 i C2 glicerolu 3. Ortofosforanu połączonego wiązaniem estrowym z węglem C3 glicerolu 4. Innego alkoholu (cholina, etanoloamina, seryna, inozytol, glicerol) połączonego grupą -OH z resztą ortofosforanu 65

66 Glicerofosfolipidy + Kwas fosfatydowy + HO CH2 CH2 N(CH3)3 (cholina) R` - kwas palmitynowy R kwas oleinowy Fosfatydylocholina (lecytyna) Kwas fosfatydowy + etanoloamina Fosfatydyloetyloamina (kefalina) 66

67 Glicerofosfolipidy Kwas fosfatydowy fosfatydyloetanoloamina (kefalina) fosfatydylocholina (lecytyna) fosfatydyloseryna fosftydyloinozytol difosfatydyloglicerol (kardiolipina) 67

68 Sfingofosfolipidy Ceramidy Sfingomieliny Glikosfingolipidy cerebrozydy gangliozydy Zbudowane są z: sfingozyny długołańcuchowego, jednonienasyconego aminoalkoholu dihydroksylowego długołańcuchowego kwasu tłuszczowego ortofosforanu choliny 68

69 Sfingofosfolipidy sfingozyna + nienasycony kwas tłuszczowy ceramid (N- acetylosfingozyna) + cholina + H3PO4 sfingomielina 69

70 Glikolipidy Zawierają: ceramid cząsteczkę cukru (jedną lub więcej) galaktozydoceramid glukozyloceramid (cerebrozyd) 70

71 Gangliozydy Pochodne glukozyloceramidu zawierające jedną lub kilka grup kwasu sjalowego Kwas sjalowy Gangliozyd GM1 71

72 Woski Ester długołańcuchowych kwasów tłuszczowych z długołańcuchowym alkoholem. Zwierzęta i rośliny wykorzystują wosk jako powłokę ochronną : przed nadmiernym zwilżaniem piór zabezpieczają przed nadmiernym odparowaniem wody utrudniaja dostęp mikroorganizmom Składnikii w przygotowaniu: kosmetyków, maści (lanolina) powlekanie tabletek Źródła wosków: wosk pszczeli wosk z waleni (olbrot) liście kopernicji (Copernicia prunifera ) 72

73

74

75