B) podział (aldolowy) na 2 triozy. 2) izomeryzacja do fruktozo-6-p (aldoza w ketozę, dla umoŝliwienia kolejnych przemian)

Transkrypt

1 Glikoliza (Przegląd kluczowych struktur i reakcji) A) przygotowanie heksozy do podziału na dwie triozy: 1)fosforylacja glukozy (czyli przekształcenie w formę metabolicznie aktywną) 2) izomeryzacja do fruktozo-6-p (aldoza w ketozę, dla umoŝliwienia kolejnych przemian) 3) fosforylacja do fruktozo1,6-di P (dla umoŝliwienia podziału na 2 triozy) B) podział (aldolowy) na 2 triozy izomeryzacja (ketoza w aldozę)

2 C) utlenienie (oddanie 2H na NAD + z równoczesną syntezą związku wysokoenergetycznego) D) fosforylacja substratowa (synteza ATP kosztem energii z rozkładu wiązania wysokoenergetycznego 1,3-DPG, a następnie przemiana do PEP jako związku wysokoenergetycznego) E) fosforylacja substratowa (synteza ATP kosztem rozkładu wiązania w PEP)

3 Ogólny schemat glikolizy ze wskazaniem enzymów uczestniczących w kolejnych przemianach

4 Ogólny schemat glikolizy z podziałem na fazy inwestowania i produkcji energii

5 Profil energetyczny oraz przepływ elektronów w glikolizie beztlenowej

6

7 Bilans glikolizy w warunkach beztlenowych w cytoplazmie: Fosforyłacja glukozy Fosforylacja fruktozo-6-p Utlenienie aldehydu 3-P-glicerynowego Fosforylacja substratowa (1,3-DPG 3-PG) Fosforylacja substratowa (PEP Pirogronian) Redukcja pirogronianu do mleczanu Netto (zysk) -1 ATP -1 ATP +2 NADH +2 ATP +2ATP -2NADH 2 ATP Korzyści wynikające z glikolizy: Produkowana jest energia (ATP) w części cytoplazmatycznej, a więc tam, gdzie będzie zuŝywana przez mięśnie do pracy Produkcja energii jest moŝliwa w warunkach niezadowalającego zaopatrzenia mięśni w tlen (np. podczas intensywnego wysiłku) Funkcję zagospodarowania mleczanu przejmują inne tkanki (wątroba do produkcji glukozy, natomiast serce, inne grupy mięśniowe mniej obciąŝone wysiłkiem oraz mózg do produkcji energii)

8 Przebieg glikolizy w erytrocytach (tworzenie 2,3-DPG-który zmniejsza powinowactwo Hb do tlenu, tzn. ułatwia oddawanie O 2 )

9 Cykl Corich

10 Utlenienie pirogronianu (w mitochondriach)

11 Przebieg reakcji utlenienia pirogronianu

12 Lokalizacja procesów tlenowych w mitochondrium

13 Losy węgla w cyklu kwasu cytrynowego (Krebsa).

14 Enzymy cyklu Krebsa ================== Sumaryczne równanie cyklu kwasu cytrynowego: Acetylo-CoA + 3NAD + + FAD + + GDP + P i + 2H 2 O 2CO 2 + 3NADH + FADH 2 + GTP + 2H + + CoA

15 FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA Transport protonów przez kompleksy łańcucha oddechowego Ogólny mechanizm chemiosmotycznego sprzęŝenia fosforylacji oksydacyjnej z łańcuchem oddechowym

16 Przejściu 2 e - przez ETC od NADH na O 2 towarzyszy wyrzut 12 H + (po 4H + wyrzucane przez kompleksy I, III i IV) z macierzy do przestrzeni międzybłonowej Przestrzeń międzybłonowa macierz mitochochondrialna 12 H + 3 x 3 H + = 9 H + 3 H P i + 3 ADP 3 ATP 12 H + 9 H H +

17 Nowsza koncepcja: Przejściu 2 e - przez ETC od NADH na O 2 towarzyszy wyrzut 10H + (po 4 H + wyrzucane przez kompleksy I, i III oraz 2H + - przez kompleks IV) z macierzy do przestrzeni międzybłonowej Obliczenia dla przejścia 2 par elektronów (4 e - ) Przestrzeń międzybłonowa macierz mitochochondrialna 2 x 10 H + 5 x 3 H + = 15 H + 5 H P i + 5 ADP 5 ATP 20 H + 15 H H + czyli przejściu jednej pary elektronów (2 e - ) towarzyszy synteza 2,5 ATP

18 Struktura syntazy ATP (kompleks F 0 F 1 ) Reprinted with permission from W. Junge, H. Lill, and S. Engelbrecht, Trends Biochem. Sci. (1997) 22: with permission of Elsevier Science. Model rotacyjnego modelu syntezy ATP przez podjednostkę F1 syntazy ATP From Y. Zhou, T. M. Duncan, and R. L. Cross, Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1997) 94: Reprinted with permission of the PNAS.

19 Podjednostki białkowe wchodzące w skład złoŝonych kompleksów białkowych łańcucha oddechowego.

20 Miejsca oddziaływania wybranych inhibitorów łańcucha oddechowego i sztucznych akceptorów elektronów. ================================================================ CN -

21 2,4 Dinitrofenol (2,4-DNP) jako czynnik rozprzęgający fosforylację oksydacyjną Działanie czynnika rozprzęgającego oznacza, Ŝe wskutek częściowego rozproszenia gradientu stęŝeń protonów [H+], ilość powstałego ATP jest mniejsza mimo pełnego przebiegu procesu utlenienia biologicznego (produkcji H 2 O i CO 2 jako końcowych metabolitów). W tej sytuacji wydajność fosforylacji oksydacyjnej jest niŝsza (mniej ATP powstaje) i większa część energii jest uwalniana jako ciepło. Wydajność łańcucha oddechowego: Utlenienie 1 mola (NADH + H + ) daje 1 mol H 2 O, a to oznacza uwolnienie : -52 kcal energii Część tej energii, dzięki sprzęŝeniu produkcji wody metabolicznej z tworzeniem ATP, umoŝliwia wyprodukowanie 3 moli ATP, czyli 3 x (-7,3 kcal)= - 22 kcal, Stąd (22/52) * 100 %, to jest około 40 % energii z tworzenia wody ulega zamianie w energię biologicznie uŝyteczną (ATP)

22 Czółenko glicerolo-3-fosforanowe (a) i jabłczanowoasparaginianowe (b) dla transferu równowaŝników redukcyjnych (NADH) z cytoplazmy do mitochondrium.

23 Bilans glikolizy w warunkach tlenowych Cytoplazma Mitochondrium Fosforyłacja glukozy -1 ATP Fosforylacja fruktozo-6-p -1 ATP Utlenienie aldehydu 3-P-glicerynowego (2 cząst.) +2 NADH Fosforylacja substratowa (1,3-DPG 3-PG) (2 cząst.) +2 ATP Fosforylacja substratowa (PEP Pirogronian) (2 cząst.) +2ATP Utlenienie pirogronianu do Acetylo-CoA (2 cząst.) + 2 NADH Utlenienie izocytrynianu ((2 cząst.) + 2 NADH Utlenienie α-ketoglutaranu ((2 cząst.) + 2 NADH Defosforylacja bursztynylo-coa (2 cząst.) + 2 GTP Utlenienie bursztynianu ((2 cząst.) + 2 FADH 2 Utlenienie jabłczanu (2 cząst) + 2 NADH Suma = 2 ATP cyt +2 NADH cytopl +2 GTP+8 NADH mitoch + 2 FADH 2 Zysk energetyczny z glikolizy w warunkach tlenowych Sposób tradycyjny NADH 3 ATP FADH 2 2 ATP Sposób nowszy NADH 2,5 ATP FADH 2 1,5 ATP 2 NADH cytopl FADH 2 mitoch 4 ATP 3 ATP 2ATP cytoplazma 2 ATP 2 ATP 8 NADH 24 ATP 20 ATP 2 FADH 2 4 ATP 3 ATP 2 GTP 2ATP 2 ATP 2 ATP SUMA 36 ATP 30 ATP

24 Cykl pentozo-fosforanowy (C 6 C 5 + CO NADPH)

25 Podsumowanie: Znaczenie i funkcja glikolizy i cyklu pentozofosforanowego Charakter procesu Podstawowa funkcja Znaczenie w metabolizmie GLIKOLIZA Utlenienie Produkcja energii (ATP) Szybki mechanizm produkcji energii ATP (szczególnie w warunkach gorszego zaopatrzenia w tlen) CYKL PENTOZOWY Utlenienie Produkcja równowaŝników redukcyjnych NADPH Synteza kwasów tłuszczowych i cholesterolu Redukcja Fe 3+ do Fe 2+ w Hb (przez reduktazę Met-Hb) Regeneracja GSH (glutation zredukowany) w erytrocytach NADPH nie przekazuje protonu i elektronów na łańcuch oddechowy (!!!)

26 Glukoneogeneza (resynteza glukozy)

27 Porównanie glikolizy i glukoneogenezy Glukoneogeneza NIE JEST prostym odwróceniem glikolizy

28 Resynteza glikogenu (glikogenoneogneza) Proces sieciowania struktury glikogenu