DZYKOMÓRKOWA. WYKORZYSTYWANIE ENERGII ATP

Transkrypt

1 1 Biochemia=bios-życie+chemia Nauka badająca skład chemiczny organizmów żywych oraz zachodzące w nich procesy metaboliczne(anaboliczne i kataboliczne) oraz regulacje tych przemian, utrzymujące homeostazę ustrojową zarówno w dojrzałych organizmach, jak i podczas całego rozwoju embrionalnego. Prawa biochemii: 1.Na przemiany biochemiczne. Składają się wszystkie reakcje zachodzące w żywych układach 2 Żywym układem jest zarówno komórka jak i cały organizm 3. Każdy układ żywy jest utworzony przez zespół niemal identycznych elementów składowych cząsteczek organicznych i nieorganicznych 4.Układy żywe podlegają prawom chemii i fizyki 5. Reakcje biochemiczne są katalizowane przez enzymy 6. Enzymy to białka katalityczne 6.1 Rybozymy są RNA katalitycznymi 7.Słońce-podstawowe źródło energii dla życia na Ziemi 8.Procesy biochemiczne są kontynuowane z uwolnieniem energii 9.ATP jest wspólną walutą energii, wymienialną we wszystkich formach życia 10.W metabolizmie tlen organiczny 11.Siła protonomotoryczna dostarcza energii do syntezy ATP w: a)oksydacyjnej fosforylacji u tlenowców b)fosforylacji fotosyntetycznej u org. fotosyntetyzujących 12.Hydroliza ATP dostarcza energii dla utrzymania gradientów. Gradienty jonowe dostarczają energii dla transportu metabolitów 13. NADH jest nośnikiem H2 (protonów i elektronów) w większości procesów katabolicznych NADPH jest nośnikiem wodoru lub reduktorem w większości procesów anabolicznych 14.Aktywne monomery są prekursorami dla reakcji kondensacji i polimeryzacji 15.Reakcje kondensacji i polimeryzacji generują pirofosforany nieorganiczne, których następcza hydroliza katalizowana przez pirofosfatazy służy podtrzymaniu kierunków tych reakcji biochemicznych aż do ich zakończenia-dlatego powstaje ATP z 2 wysokoenergetycznymi wiązaniami 16.Struktura 1-rzędowa białek rządzi 2- i 3-rzędową 17.Biocząsteczki, które oddziałują interaktywnie ze sobą mają uzupełniającą się strukturę(teoria zamka i klucza) 18. Enzymy mogą być regulowane przez czynniki niekowalencyjne lub allosteryczne oraz przez modyfikacje kowalencyjne np. fosforylacja 19. Regulacje metabolizmu i cząsteczki o aktywności regulacyjnej (np. efektory allosteryczne) postępują szablonowo w sensie fizjologicznym i stanowią molekularną logikę komórki 20. Różne formy życia nieustannie ewoluują do nieznacznie różniących się form, barziej skutecznie zaadaptowanych do rozmnażania 21.DNA-cząsteczka dziedziczności 22.U niektórych wirusów RNA cząst. Dziedziczności 23.DNA-antyrównoległa, podwójna helisa ze sparowanymi zasadami 24.Biosynteza DNA-semikonserwatywna 25.Przepływ informacji we wszystkich podstawowych schematach żywych org. jest z DNA do RNA, z RNA na białko (z pokolenia na pokolenie) 1

2 26.U niektórych wirusów z RNA do DNA 27.Kod genetyczny trójkowy i odczyt z mrna 5 do 3 28.Kod genetyczny jest uniwersalny 29.Komplementarne parowanie zasad nukleotydów jest antyrównoległe 30.Reakcje wydłużania kw. nukleinowych zachodzą zawsze w kierunku Reakcje wydłużania aminokwasów w syntezie białka zachodzi zawsze od końca aminowego do karboksylowego 32.Geny eukariota są nieciągłe (przerywane) 33.Sekwencje intronowe w RNA są usuwane w reakcji składania eksonów (splicing) 2 SYGNALIZACJA MIĘDZYKOMÓRKOWA. WYKORZYSTYWANIE ENERGII ATP HORMONY-biologicznie czynne, aktywne przekaźniki chemiczne uczestniczące w sygnalizacji miedzykomórkowej regulują metabolizm, wzrost, reprodukcję wytwarzane i wydzielane przez: -gruczoły wewnątrzwydzielnicze (hormony klasyczne) -komórki neurosekrecyjne (neurohormony) -wyspecjalizowane komórki obecne w tkankach niegruczołowych Klasyczne gruczoły (endokrynne) są uwalniane do układu krążenia dzięki czemu docieraja do poszczególnych komórek w organizmie. Hormon po dotarciu do powierzchni komórki staje się informacją- sygnałem. może być odebrany, przetworzony, po czym komórka inicjuje kaskady reakcji enzymatycznych: wiązanie liganda aktywacja receptora transdukcja sygnału aktywacja efektora osłabienie sygnału dwa pierwsze etapy różnią się dla rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych w wodzie hormonów Szlak wewnątrzkomórkowy podąża podobnie w większości komórek i często korzysta z tych samych kaskad enzymatycznych bez względu na typ cząsteczki sygnałowej Rodzaje przekazywania hormonów przez komórki: autokrynia- działa na tę samą komórkę przez którą jest wydzielany parakrynia- działa na komórkę leżącą w pobliżu endokrynia- działa na komórkę oddaloną od siebie justykrynia- adhezja komórek Kanały jonowe są otwierane po związaniu liganda np. neuroprzekaźnika lub hormonu. Transdukcja sygnału hormonalnego i efekt biologiczny wymagają: 1. Aktywacji receptora 2. Białka G- wykazują aktywność GTPazową, znaczenie w pośrednictwie między efektorem a receptorem 3. Efektora 4. Wtórnych przekaźników (aktywacja kinaz- uczestniczą w fosforylacji) 5. Specyficznych kinaz białkowych 6. Fosforylacji- defosforylacji 7. Odpowiedzi komórkowej Białka G są przełącznikami cząsteczek efektorowych Są trimerami (podjednostki α zawiera GDP, β γ ) po kilku sekundach podjednostka α inaktywuje się- wymienia GTP na GDP i łączy się z kompleksem βγ. Białko G dysocjuje. Dopóki ligand jest w receptorze cykl może się powtarzać. Występują 2 grupy cyklaz: jedna do aktywacji wymaga kalmoduliny (białka wiążącego wapń), druga nie. 2

3 Współdziałanie podobnych enzymów z receptorem inhibitorowym (wiążącym np. adrenalinę, somatostatynę, prostaglandyny) białka G prowadzi do zahamowania cyklazy adenylowej i spadku stężenia camp Hormon pobudzający- adrenalina( receptorβ) Hormon hamujący- adrenalina (receptor α2) Cząsteczki informatorów 2 rzędu (wtórne przekaźniki) wszystkie poza Ca są wytwarzane przez efektory. Wzmacniają sygnał inicjowany przez aktywację receptora hormonem, są zwykle aktywne przez krótki czas, są inaktywowane przez swoiste mechanizmy. Wtórne przekaźniki odgrywają rolę w sygnalizacji i wymianie informacji Są to: camp, cgmp, 1,4,5- trifosforan, diacyloglicerol-dag, jony wapnia camp -wtórny przekaźnik w szlaku sygnalizacji komórkowej -stężenie camp w komórce szybko wzrasta w regulacji pozytywnej a maleje w regulacji negatywnej -powstaje z ATP (udział cyklazy adenylowej błony komórkowej) a rozkładany jest przez aktywną fosfodiestrazę Rola camp: -regulacyjna -katalityczna -aktywuje fosfotransferazy Toksyny krztuśca i cholery działają na poziomie białka G Toksyna cholery- kowalencyjna modyfikacja białka Gs (hamuje powrót białka G w stan nieaktywny) Toksyna krztuśca- kowalencyjna modyfikacja białka Gi Gs- stymulacja cyklazy adenylanowej Gi- hamowanie cyklazy adenylanowej IP3 i DAG -Powstają z prekursorowej cząsteczki i fosfatydyloinozytolu -Przekształcane w wyniku oddziaływań hormonów z receptorami do PIP i PIP2 -Hydroliza PIP2 przez fosfolipazę C dostarcza DAG i IP3 -DAG pozostaje w błonie i aktywuje kinazę białkową C -IP3 rozpuszcza się w wodzie, przechodzi do cytoplazmy, wiąże się z receptorem RI w błonie ER, aktywuje uwalnianie Ca2+ do cytoplazmy, wapń aktywuje receptory RR, które po aktywacji powodują dalsze uwalnianie Ca2+ z siateczki narastająca fala wapniowa- wygasa gdy zapasy Ca wyczerpią się Wapń Wtórny przekaźnik, aktywator kinaz dzięki bezpośredniemu wiązaniu ze swoistymi miejscami w kinazach, a wiążąc się z wyspecjalizowanymi białkami np. kalmoduliną reguluje aktywność kinazy Stężenie Ca w cytoplazmie jest na niskim poziomie(10 7mol/l) Przykład szlaku sygnalizacyjnego Ca w komórkach nerwowych gdzie depolaryzacja błony powoduje napływ Ca2+ do kolbki presynaptycznej inicjuje wydzielanie neurotransmiterów do szczeliny synaptycznej W komórce szlak sygnalizacji Ca pojawia się dzięki sygnałowi generowanemu na powierzchni komórki Kompleks hormon- receptor nie oddziałuje bezpośrednio na efektor- cyklazę adenylanową, cgmp Białka G bezpośrednio kontrolują aktywność efektorów. Składają się z 3 podjednostek αβγ i GDP- brak hormonu w receptorze. Podjednostka Gs-GDP nie jest zdolna do aktywacji cyklazy 3

4 αgs-gtp ma aktywność GTPazową, hydrolizuje GTP do GDP powrót do formy nieaktywnej Hormony działajace przez kinazy tyrozynowe np. insulina. O wrażliwości komórki na insulinę decyduje obecność receptorów na jej powierzchni (liczba receptorów jest obniżona i funkcja upośledzona w cukrzycy typu 3- odporna na insulinę) Receptor insuliny- tetramer- 2α2β Podjednostki α- od strony zewn. błony komórkowej, tworzą miejsce wiązania insuliny Podjednostki β- są zależną od insuliny kinazą tyrozynową GLUT4- nośnik glukozy do wnętrza komórki, zależny od insuliny w tkance tłuszczowej i mięśniowej GLUT1-3- niezależne od insuliny, rezydują w błonie komórkowej innych tkanek na stałe 3 METABOLIZM-UTLENIANIE I GENEROWANIE ENERGII METABOLIZM- przemiana materii, suma wszystkich reakcji chemicznych zachodzących w komórkach organizmu KATABOLIZM- grupa procesów i ciągów reakcji prowadzących do rozpadu- dostarczają energię ANABOLIZM- szlaki metaboliczne prowadzące do syntezy większych cząstek z mniejszych- pochłaniają energię Strategia metabolizmu sprowadza się do: Syntezy ATP i wytwarzania potencjału redukcyjnego (NADPH+H+) Syntezy elementów budulcowych do różnego rodzaju biosyntez ATP nie jest trwały, ma bogate energetycznie wiązania bezwodnikowe, uwalnia energięok.27kj Fosfokreatyna- wyższy zapas łatwo dostępnej energii, rozpada się na kreatynę (zostaje uwolniony pirofosforan) Reakcje kataboliczne: białka wielocukry tłuszcze aminokwasy cukry proste kw. tłuszcz., glicerol NH3 glukoza CO2 H2O produkty zbędne W reakcjach katabolicznych zachodzi degeneracja żywności i biochemiczna produkcja energii Ostatecznymi produktami katabolizmu są: CO2, H2O, ATP ATP uniwersalnym nośnikiem energii o wysokim potencjale przenoszenia fosforanów, co jest wykorzystane jako źródło energii podczas skurczu mięśni, aktywnym transporcie, wzmacnianiu sygnałów, biosyntezach Hydroliza ATP powoduje wzrost stosunku stężenia produktów do substratów ok. 100mln razy, reakcje termodynamicznie niekorzystne ulegają przekształceniu w korzystne ATP wytwarza w utlenianiu glukozę, kw. tłuszcz. i aminokwasy w wyniku fosforylacji wymagającej O2 Fosforylacja substratowa też dostarcza energię (nawet w warunkach beztlenowych). Intermediatem jest acetylo-coa Jednostka acetylowa ulega utlenieniu do CO2 w cyklu Crebsa i tworzy się równoważnik redukcyjny NADH2 i FADH2 CYKL CREBSA Odpowiada za 2/3 całkowitego utleniania związków węgla CO2 otrzymany z grupy acetylowej i atomów O2 pochodzacych z H2O jest wydalany jako produkt zbędny NADH+H+ i FADH2 przekazują protony i elektrony na łańcuch oddechowy 4

5 Energia zmagazynowana w wysokoenergetycznych elektronach NADH+H+ i FADH2 wykorzystywana jest do syntezy ATP z ADP podczas fosforylacji oksydacyjnej, która może funkcjonować tylko w warunkach tlenowych Istotą cyklu Crebsa jest dostarczenie równoważników transportujących wysokoenergetyczne elektrony na tlen, powstaje 1cz GTP oraz ATP. Służy generowaniu ATP dzięki dostarczaniu NADH+H+ i FADH2, dostarcza intermediatów do biosyntez Lokalizacja cyklu Crebsa -matrix mitochondrialne, łańcuch oddechowy- wewn. błona mitohondrium Do wnętrza mitochondrium musi być dostarczony tlen- ostatni akceptor elektronów ŁAŃCUCH ODDECHOWY Przenośnikiem jest NADH, zachodzi zmiana energii swobodnej, potencjał redoks substancji jest miarą jej powinowactwa do elektronów. Różnica potencjałów wynosi 1140mV. W normalnych warunkach transport elektronów z NADH+H+ do O2 jest bardzo korzystny G= -109kJ/mol Występują 4 kompleksy enzymatyczne: 1. dehydrogenaza NADH FMN Fe-S ubichinon 2. bursztynian [ FAD Fe-S ] ubichinon dehydrogenaza bursztynianowa 3. koenzym Q cytochrom c / reduktaza UQ-cyt c1 4. oksydaza cytochromowa 1,3,4- są pompami protonowymi 2- nie jest Transport elektronów powoduje powstanie gradientu protonowego. Całkowity gadient składa się z dużej siły wynikającej z potencjału błonowego, mniejszej siły wynikającej z gradientu stężenia H+. Obie siły tworzą całkowitą siłę protonomotoryczną wywiera presję na powrót H+. Wykorzystanie gradientu protonowego do syntezy ATP umożliwia syntaza w błonie. Enzym tworzy hydrofilową drogę w poprzek wewn. błony, pozwala na przepływ protonówsą one użyte do niekorzystnej reakcji między ADP i Pi dostarczając ATP Transportowi 2 elektronów do łańcucha oddechowego przez NADH2 towarzyszy powstanie 3cz. ATP, a przez FADH2 2cz. Syntaza ATP może syntetyzować ATP wykorzystując gradient H+ i pompować protony wbrew gradientowi elektrochemicznemu. Kierunek działania zależy od wielkości elektrochem. gradientu protonowego. Regulacja szybkości fosforylacji oksydacyjnej przez poziom ADP nazywa się kontrolą oddechową. Wydajność przekształcania energii utleniania w wysokoenergetyczne wiązania ATP jest rzędu 40%. Wydajne wykorzystanie energii swobodnej oddychania jest możliwe tylko w małych porcjach, dlatego w skład szlaków utleniania wchodzi tyle intermediatów Bilans: 3NADH+H+ 3*3=9ATP 1FADH2 1GTP 1*1=2ATP 1ATP =10ATP Inhibitory transportu elektronów: rotenon, amytal, amobarbital - hamują transport w kompleksie 1 uniemożliwiając wykorzystanie NADH+H+ jako substratu karboksyna uniemożliwia wykorzystanie FADH2 z dehydrogenazy bursztynianowej antymycyna A hamuje przepływ w oksydazie cytochromowej *cyjanek i azydek reagują z formą żelazową hemu a3 *tlenek węgla reaguje z formą żelazawą hemu a3 Rozprzęgacze fosforylacji oksydacyjnej to rozpuszczalne w lipidach substancje, przenoszą protony na druga stronę błony mitochondrialnej np.2,4-dinitrofenol (DNP) W ich obecności 5

6 elektrony są transportowane lecz brak syntezy ATP- siła elektromotoryczna uległa rozproszeniu oligomycyna hamuje przejście protonów przez syntazę ATP do matrix mitochondrialnej Rozprzęganie fosforylacji oksydacyjnej może być zjawiskiem biologicznie korzystnym. Służy jako źródło ciepła do utrzymania stałej temperatury u zwierząt hibernujących, u ssaków przystosowanych do niskich temperatur. Tkanka tłuszczowa brunatna jest bogata w mitchondria z termogeninami białkami rozprzęgającymi. 4 METABOLIZM WĘGLOWODANÓW - PRZEMIANY ODPOWIADAJĄCE ZA GENEROWANIE ENERGII W ATP Glukozo-6-fosforan Glukozo-1-fosforan szlak pentozowy Glikoliza 6-fosfopirogronian Glikogen pirogronian Fruktozo-6-fosforan Pirigronian W warunkach beztlenowych w mięśniach powstaje mleczan i alanina. W wątrobie mleczan przekształcany jest w cukier w procesie glukoneogenezy Fosforoliza glikogenu: Pi Glikogen glukozo-1-fosforan + glikogen fosforylaza glikogenowa mutaza- przekształca glukozo-1-fosforan w glukozo-6-fosforan, produktem przejściowym jest glukozo-1,6-bisfosforan Glikogen jest polisacharydem rozwidlonym Na hydrolizę łańcucha działają: fosforylaza ( uwolnionych 8 cząsteczek glukozo-1-fosforanu) transferaza (przenosi 3 reszty z miejsca rozwidlenia) α-1,6-glukozydaza (uwolniona 1 cząsteczka glukozy) Glikoliza tor przemian katabolicznych monosacharydów W OUN w warunkach tlenowych powstaje: CO2 + H2O W mięśniach szkieletowych w warunkach beztlenowych powstaje mleczan w warunkach tlenowych powstaje: CO2 + H2O W erytrocytach w warunkach beztlenowych powstaje mleczan glikoliza 2ATP 1cz glukozy fruktozo-1,6-bisfosforan 2cz aldehydu 3- fosfoglicerynowego zainwestowana energia rozszczepienie 6-węglowego cukru do 2cz 3-węglowego później odzyskana 2cz pirogronianu faza uzyskiwania energii 2 NADH 4 ATP fosforylacja substratowa zachodzi gdy nie ma fosforylacji oksydacyjnej, bo nie ma tlenu Glikoliza zachodzi w cytoplazmie Podczas aktywacji glukozy strata energii W wątrobie glukokinaza (ma dużą wartość Km) 6

7 W mięśniach heksokinaza (mała wartość Km) W warunkach beztlenowych brak możliwości regeneracji NAD, dlatego zachodzi utlenianie pirogronianu, powstaje mleczan i etanol Wynik netto glikolizy: 2cz ATP i 2cz NADH(w warunkach beztlenowych) 2cz pirogronianu W warunkach beztlenowych: Pirogronian NADH+H+ mleczan NAD+ dehydrogenaza mleczanowa glukoza 2ADP 2NAD+ NAD+ glikoliza 2ATP 2NADH+H+ 2cz pirogronianu regeneracja Produkcja mleczanu jest ślepym zaułkiem metabolizmu. Dalsze losy mogą zajść po jego przekształceniu w pirogronian. Powód: regeneracja NAD+. Komórki tworzące mleczan przekazują część obciążenia metabolizmu na wątrobę. Cykl Corich przekształcenie mleczanu w glukozę w wątrobie Wątroba Mięśnie Glukoza glukoza 6-P K 2-P glikoliza glukoneo- R geneza Pirogronian E pirogronian W Mleczan mleczan Glikoliza w erytrocytach to krótkie obejście głównego szlaku. Wytwarzany jest intermediat 2,3-bisfosfoglicerynian Oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu do acetylo-coa: Glukoza Pirogronian Kompleks dehydrogenazy pirogronianowej Acetylo-CoA CO2 lipidy Porównanie regeneracji cytoplazmatycznych NAD w różnych tkankach: beztlenowa glikoliza w pracujących mięśniach i erytrocytach NADH+H+ pirogronian NAD mleczan mostek glicerolo fosforanowy (glikoliza tlenowa w mięśniach i mózgu) mostek jabłczanowo-asparaginianowy (glikoliza tlenowa w wątrobie i sercu) Bilans energetyczny całkowitego spalania glukozy do CO2 i H2O: w mięśniach szkieletowych = 36ATP w sercu = 38ATP Fosfofruktokinaza enzym kluczowy w kontroli glikolizy Efekt Pasteura inhibicja (ok.7x) glikolizy przez oddychanie tlenowe, wynika głównie z inhibicji fosfofruktokinazy przez cytrynian, ATP, H+ Silnym allosterycznym aktywatorem fosfofruktokinazy wątrobowej jest fruktozo-2,6- bisfosforan, działa przez zwiększenie powinowactwa enzymu do fruktozo-6-fosforanu i osłabienie hamującego efektu ATP 7

8 Alternatywne drogi katabolizmu glukozy szlak pentozofosforanowy w tk. tłuszczowych, erytrocytach, korze nadnerczy, gruczołach mlecznych. Produkty: NADPH+H+ (do biosyntezy kwasów tłuszczowych i sterydów, utrzymuje glutation w stanie zredukowanym oraz regularność błon komórkowych) i rybozo-5-fosforan (składnik RNA, DNA, FAD, ATP, koenzymu acetylo-coa). Jest też szlakiem przemian pentoz do fruktozo-6-fosforanu i aldyhydu 3-fosfoglicerynowego Translokaza i transadenolaza odpowiadają zaz wiązanie cyklu fosfopentozowego z glikoliząy 5 GLUKONEOGENEZA I METABOLIZM TŁUSZCZÓW Glukoneogeneza synteza glukozy z prekursorów niecukrowych. Zachodzi w wątrobie oraz warstwie korowej nerek (1/10 produkcji watrobowej) Glukoza jest podstawowym materiałem energetycznym mózgu (dzienne zapotrzebowanie 120g), ważnym materiałem energetycznym erytrocytów, zawartość w płynie ustrojowym ok. 20g, ilość łatwo dostępnej glukozy z glikogenu ok. 190g, zapasy glukozy pokrywają zapotrzebowanie na 1 dzień dlatego organizm wytwarza glukozę z niewęglowodorowych prekursorów. Nie jest odwrotnością glikolizy Prekursory niecukrowe glukozy: mleczan, aminokwasy (alanina), glicerol jako pirogronian, szczawiooctan, fosfodihydroksyaceton Enzymy glukoneogenezy są zlokalizowane w cytoplazmie z wyjątkiem karboksylazy pirogronianowej obecnej w mitochondriach i glukozo-6-fosfatazy związanej z wewn. stroną błony ER Enzymy glikolizy: heksokinaza, fosfofruktokinaza, kinaza pirogronianowa Enzymy glukoneogenezy: glukozo-6-fosfataza, fruktozo-1,6-bisfosforan, karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa, karboksylaza pirogronianowa Pirogronian szczawiooctan fosfoenolopirogronian (reakcja nieodwracalna) Karboksylaza pirogronianowa grupą prostetyczną jest biotyna. Biotyna ulega karboksylacji gdy acetylo-coa wiąże się z enzymem. Acetylo-CoA jest aktywatorem allosterycznym karboksylazy pirogronianowej 1 etap z ATP do atomu N-1 biotyny enzymu przyłączany jest CO2 i powstaje karboksybiotyna 2 etap grupa karboksylowa przekazana na pirogronian duże stężenie acetylo-coa to sygnał że są potrzebne większe ilości szczawiooctanu. Gdy jest dużo ATP szczawiooctan zużywany jest w glukoneogenezie, gdy brak ATP szczawiooctan łączy się z acetylo-coa i wchodzi w cykl Crebsa Glukoza powstaje w ostatnim etapie glukoneogenezy w świetle ER: glukozo-6-fosforan przenoszony jest przez białko T1 do światła ER ulega hydrolizie do glukozy z udziałem glukozo-6-fosfatazy glukoza i P1 są przenoszone do cytoplazmy za pomocą pary białek transportujących nośnik glukozy - zbliżony do typu białek w błonie komórkowej (GLUT) potrzeba 5 białek do przekształcania cytoplazmatycznego glukzo-6-fosforanu w glukozę mózg i mięśnie nie zawierają glukozo-6-fosfatazy dlatego wolna glukoza nie może być wytwarzana w tych organach Przeciwstawna regulacja glukoneogenezy i glikolizy w wątrobie: gdy 1 proces nieaktywny, 2 bardzo aktywny szybkość glikolizy zależy od stężenia glukozy, a szybkość glukoneogenezy od stężnia mleczanu i innych prekursorów glukozy stężenie fruktozo-2,6-bisfosforanu jest duże w stanie syntezy pokarmu a małe w głodzie 8

9 Podczas głodowania dominuje glukoneogeneza W sytości, po posiłku uwalniana jest insulina stymuluje ekspresję fosfofruktokinazy pirogronianowej i dwufunkcyjnych enzymów wytwarzających i degradujących fruktozo-2,6- bisfosforan PRZEMIANY I TRANSPORT LIPOPROTEIN DO OSOCZA Wątroba jest miejscem tworzenia lipoprotein o bardzo małej gęstości VLDL transportujących triacyloglicerole z wątroby do innych tkanek oraz lipoproteiny o dużej gęstości HDL - dobry Cholesterol, transportujący nadwyżki cholesterolu z innych tkanek do wątroby Enzymy uczestniczące w trawieniu tłuszczowców: trzustkowa lipaza, lipaza lipoproteinowa (rozkłada triacyloglicerole chylomikronów, VLDL), lipaza wątrobowa, fosfolipazy AA AD C D (substratamisą fosfolipidy) Kwasy tłuszczowe jako źródło energii: Triacyloglicerole magazynują skondensowaną energię są zredukowane. Utlenienie 1g kwasu tłuszczowego wyzwala 37,7kJ, a cukru lub białek 16,7kJ. Są hydrolizowane z udziałemlipaz kontrolowanych przez camp. Kwasy tłuszczowe rozkładają się przez kolejne usuwanie jednostek dwuwęglowych. Przed utlenieniem są wiązane z koenzymem A Karnityna przenosi zaktywowane, długołańcuchowe kwasy tłuszczowe do matrix mitochondrialnej, pośredniczy trtanslokaza Transport acylokarnityny do mitochondrium jest sprzężony z przenoszeniem karnityny. Karnityna nie jest potrzebna, by średniołańcuchowe kwasy tłuszczowe (C8 i C10) acylo-coa wnikały do mitochondrium Beta-oksydacja kwasów tłuszczowych W każdym cyklu następuje utlenianie katalizuje dehydrogenaza CoA uwodnienie katalizuje hydrataza enolo-coa utlenianie dehydrogenaza L-3-hydroksyaculo-CoA tioliza acetytransferaza acetylo-coa (B-ketotiolaza) Każdy obrót cyklu utleniania dostarcza acetylo-coa, NADH+H+, FADH2 Podczas całkowitego utleniania palmitynianu powstaje 13ATP W procesie aktywacji palmitynianu zużywane są 2 wysokoenergetyczne wiązania fosforanowe (ATP AMP+Pi) Netto dostarcza 129ATP jeśli dominuje rozkład tłuszczów powstają ciała ketonowe Niedobór węglowodanów w diecie małe stężenie szczawiooctanu, bo zużywany jest do syntezy glukozy (przycukrzyca, głód) w glukoneogenezie niedostępny do kondensacji z acetylo-coa (acetylo-coa wykorzystany do tworzenia acetooctanu, acetonu, D- 3hydroksymaślanu) Acetooctan głównym miejscem ketogenezy są mitochondria watroby, skąd acetooctan i 3- hydroksymaślan dyfundują do krwi, są transportowane do tkanek obwodowych Acetooctan i 3-hydroksymaślan są źródłem energii w procesie oddychania. Mogą ulec przekształceniu do 2cz acetylo-coa do cyklu Crebsa Mięsień sercowy i kora nerki preferują acetooctan a nie glukozę Długotrwałe głodowanie acetooctan pokrywa zapotrzebowanie mózgu na materiał energetyczny w 75% Duże stężenie w krwi dostatek jednostek acetylowych, zmniejszenie szybkości lipolizy. Metabolizm ciał ketonowych Z 1 mola acetylo-coa powstaje 12 moli ATP w cyklu Crebsa i łańcuchu oddechowym, przekształcając ß-hydroksymaślan w acetooctan dostarczając NADH Synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w cytoplazmie. Enzymy uczestniczące syntazy kwasów tłuszczowych. Intermedianty biosyntezy są wiązane kowalencyjnie. Kwasy 9

10 tłuszczowe są wydłużane przez kolejne dobudowywanie jednostek dwuwęglowych. Aktywowanym donorem jest malonylo-acp. Reakcja przebiega kosztem energii z dekarboksylacji uwolnienie CO2. Związkiem redukującym jest NADPH+H+. Elongacja katalizowana jest przez wieloenzymowy kompleks, wstrzymana na etapie zsyntetyzowania 16-węglowego palmitynianu. Do tworzenia malonylo-coa potrzebne są węglowodany. Kluczowym miejscem kontroli w syntezie kwasów tłuszczowych jest karboksylaza acetylo- Coa powstaje wtedy malonylo-coa Cytrynian stymuluje karboksylazę acetylo-coa. Przy nadmiarze ATP i acetylo-coa następuje wzrost stężenia cytrynianu przyspieszenie syntezy kwasów tłuszczowych. 6 METABOLIZM TŁUSZCZOWCÓW I AMINOKWASÓW Po posiłku synteza kwasów tłuszczowych Na czczo utlenianie kwasów tłuszczowych w wątrobie Glikogen glukozo-6-fosforan glukoza Synteza kwasów materiał tłuszczowych energetyczny VLDL Tłuszcze z wątroby są transportowane do tkanek tłuszczowej skąd kwasy są transportowane do wątroby Glukoza (z wątroby) VLDL (z wątroby) Glukoza Glicerolo-3-fosforan trtiacyloglicerole lipaza zależna od hormonu gliecrol Synteza triacylogliceroli (schemat) Synteza fosfolipidów (schemat) Metabolizm sfingolipidów (schemat) Biosynteza cholesterolu 2 acetylo-coa cholesterol kwas tłuszczowy tłuszczowce acylo-coa kwas tłuszczowy sole żółciowe hormony steroidowe Acetylo-CoA hamuje reduktazę HMG CoA żywienie cholesterolem głodzenie (brak substratów) fosforylacja enzymu glukagon lowastatyna (lek z grupy statyn na choroby sercowo naczyniowe) Mewalonian aktywuje reduktazę HMG CoA insulina, hormony tarczycykwasy tłuszczowe powstają w wątrobie z cholesterolu. Pierwotne magazynowane są w woreczku żółciowym np. kwas chenodeoksycholinowy, kwas cholowy Wtórne kwasy żółciowe w jelicie np. kwas litocholowy, kwas deoksycholowy Ulegają dekoniugacji i wchłanianiu zwrotnemu przez śluzówkę - w połączeniu z albuminami wracają do wątroby tzw. Krążenie wątrobowo-jelitowe W wątrobie są sprzęgane z glicyną lub tauryną i wydzielane do żółci Poza kwasami w żółci występuje cholesterol, sole żółciowe, fosfolipidy Dużo cholesterolu w żółci jest wytrącany w postaci kamieni żółciowych 10

11 Wydzielanie żółci do jelita jest główną drogą wydalania cholesterolu, bo u ludzi szkielet steroidu nie może utleniać się do CO2 i H2O Powstawanie hormonów steroidowych z cholesterolu W komórkach nadnerczy cholesterol jest magazynowany w postaci estrów cholesterolu. Po hydrolizie wolny jest przekształcany w progesteron Cholesterol Pregnenolm Progestageny Glukokortykoidy mineralkortykoidy androgeny np. kortyzol np. aldosteron np. estrogeny Synteza witaminy D (schemat) Metabolizm aminokwasów Pula aminokwasów aminokwasy z diety i z proteolizy endogennych białek Zmniejszenie puli wynika z katabolizmu aminokwasów, syntezy białka i innych związków Całkowita utrata dzienna azotu poprzez mocz, skórę, kał jest równa całkowitej ilości azotu dostarczonego do organizmu = równowaga azotowa organizmu u zdrowych i dorosłych osób Jeśli straty azotu są mniejsze niż ilość dostarczanego do organizmu azotu dodatni bilans azotowy u zdrowych rosnących dzieci i u rekonwalescentów Jeśli straty azotu są większe niż ilość dostarczana do organizmu ujemny bilans azotowy u ludzi ze schorzeniami prowadzącymi do zaniku tkanek oraz u ludzi głodujących. Może zagrażać życiu. Gdy aktynomiozyna mięśni ulega degradacji uwalnia się 3-metylohistydyna wydalana z moczem i jest miarą rozpadu białek mięśni Aminokwasy mogą być substratami w utlenianiu biologicznym transaminacja i oksydeaminacja dostarczają łańcuchów węglowodorowych, które mogą być źródłem energii Cykl mocznikowy zachodzi w wątrobie, detoksykacja amoniaku do mocznika Na wytwarzanie 1 cząsteczki mocznika są zużywane 2g amoniaku (2ATP) i 1g asparaginianu (1ATP) Losy szkieletu węglowego amoniaku: aminokwasy ketogenne rozkładane do acetylo-coa lub acetoacetylo-coa powstają ciała ketonowe (leucyna, lizyna) aminokwasy glukogenne rozkładane do pirogronianu lub metabolitu cyklu Crebsa a z nich powstaje glukoza Wyłącznie glukogenne: alanina, arginina, asparaginian, asparagina, cysteina, glutamina, glutaminian, glicyna, histydyna, metionina, seryna, walina Ketogenne i glukogenne: izoleucyna, fenyloalanina, treonina, tyrozyna, tryptofan 11