BIOENERGETYKA cz. I METABOLIZM WĘGLOWODANÓW I LIPIDÓW. dr hab. prof. AWF Agnieszka Zembroń-Łacny

Transkrypt

1 BIOENERGETYKA cz. I METABOLIZM WĘGLOWODANÓW I LIPIDÓW dr hab. prof. AWF Agnieszka Zembroń-Łacny

2 METABOLIZM/ENERGIA WĘGLOWODANY i LIPIDY

3 WYKŁAD 6 Trawienie i wchłanianie WĘGLOWODANY TŁUSZCZE BIAŁKA Katabolizm glukoza kwasy tłuszczowe aminokwasy Acetylo-CoA GTP Cykl Krebsa 2CO 2 (4) 2H + + 2e - ATP

4 Metabolizm węglowodanów GLUKOZA: GLIKOLIZA, GLUKONEOGENEZA GLIKOGEN: GLIKOGENOLIZA, GLIKOGENEZA POŻYWIENIE/ABSORPCJA zawartość glikogenu glukoneogeneza (wzrost stężenia i aktywności enzymów) aminokwasy glicerol GLUKOZA rozpad białek synteza białka oksydacja glukozy wrażliwość na insulinę oksydacja glukozy wrażliwość na insulinę lipoliza

5 GLIKOLIZA szlak kataboliczny obejmuje 10 etapów, w tym 3 izomeryzacje i 4 reakcje, w których przenoszony jest fosforan (reszta fosforanowa) jedyna reakcja redoks występuje w etapie 6 P zachodzi w cytoplazmie organizmów tlenowych i beztlenowych w warunkach tlenowych dostarcza pirogronianu oraz NADH i H +, które przechodzą do mitochondriów w warunkach beztlenowych z pirogronianu oraz NADH i H + powstaje mleczan lub etanol

6 GLIKOLIZA GLUKOZA glukozo- 6-fosforan fruktozo- 6-fosforan fruktozo- 1,6-difosforan 2 2-fosfogliceryniany 2 3-fosfogliceryniany 2 1,3-difosfogliceryniany aldehyd 3-fosfo glicerynowy fosfodihydroksyaceton 2 fosfoenolopirogroniany 2 pirogroniany heksokinaza izomeraza glukozo-6- foforanowa 6-fosfofruktokinaza aldolaza fruktozodifosforanowa izomeraza fosfotriozowa dehydrogenaza aldehydu 3-fosfoglicerynowego kinaza fosfoglicerynianowa mutaza fosfoglicerynianowa hydrataza fosfopirogronianowa kinaza fosfopirogronianowa ATP ADP

7 GLIKOLIZA reakcje 1. GLUKOZA jest fosforylowana przy udziale ATP do glukozo-6-fosforanu 2. glukozo-6-fosforan ulega izomeryzacji do fruktozo-6-fosforanu 3. ponowna fosforylacja przy udziale ATP i powstaje fruktozo-1,6-difosforan 4. fruktozo-1,6-difosforan zostaje rozłożony przez aldolazę do dwóch trioz: aldehydu-3- fosfoglicerynowego i fosfodihydroksyacetonu reakcje zachodzą dwukrotnie 5. oba produkty (patrz pkt.4) pod wpływem izomerazy fosfotriozowej przechodzą jeden w drugi 6. aldehyd 3-fosfoglicerynowy pod wpływem dehydrogenazy ulega reakcji oksydacji z jednoczesnym wytworzeniem NADH i H + oraz 1,3-difosfoglicerynianu (reakcja redoks) 7. P zostaje przeniesiona na ADP i powstaje ATP i 3-fosfoglicerynian 8. P zostaje przesunięta wewnątrz cząsteczki z pozycji 3 do pozycji 2 i w efekcie powstaje 2-fosfoglicerynian 9. w wyniku odszczepienia cząsteczki wody od 2-fosfoglicerynianu powstaje fosfoenolopirogronian 10. kinaza pirogronianowa katalizuje przeniesienie P na ADP i powstanie pirogronianu

8 GLIKOLIZA BILANS ENERGETYCZNY GLIKOLIZA 2 glukoza pirogronian pirogronian 2 reakcja 1 zużycie jednej cząsteczki ATP reakcja 3 zużycie jednej cząsteczki ATP reakcja 7 powstanie dwóch cząsteczek ATP reakcja 10 powstanie dwóch cząsteczek ATP zysk netto 2 cząsteczki ATP glukoza + 2P + 2ADP + 2NAD + 2 cząsteczki pirogronianu + 2ATP + 2NADH + 2H + + 2H 2 O

9 METABOLIZM GLIKOGENU

10 Kaskada reakcji odpowiedzialna za hydrolizę glikogenu; mięśnie cyklaza adenylowa adrenalina G aktywacja receptor -adrenergiczny AMP camp aktywacja kinazy białkowej aktywacja kinazy fosforylazowej MIOCYT aktywacja fosforylazy hydroliza glikogenu

11 Zasada przekazywania sygnału SYGNAŁ adrenalina ODBIÓR receptor β- adrenergiczny PRZEKAZANIE camp ODPOWIEDŹ hydroliza glikogenu i triacylogleceroli

12 METABOLIZM GLIKOGENU łańcuch 1-4 glukanu (nierozgłęziony) łańcuch 1-4 glukanu (rozgłęziony 1-6) R-koniec redukujący UDPglukoza SYNTEZA rozkład przez glukozo-1- fosforan glukozo-1- fosforan DALSZY ROZKŁAD synteza jednostki glukoza urydylotransferaza UTP-glukozo- 1-fosforanowa syntaza glikogenowa enzym rozgałęziający 1,4- -glukan fosforylaza glikogenowa 4- -glukanotransferaza amylo-1,6-glukozydaza

13 METABOLIZM GLIKOGENU reakcje SYNTEZA 1. wytworzenie aktywnej postaci UDP-glukozy jest reakcją endoergiczną 2. przeniesienie reszt glukozowych na nieredukujące końce istniejących rozgałęzień 3. po osiągnięciu odpowiedniej długości (>11 reszt), od łańcucha zostaje odłączony oligosacharyd (6-7 reszt) i dołączony wiązaniem 1 6 do tego samego lub sąsiedniego łańcucha; rozgałęziona struktura umożliwia szybkie uwalnianie reszt glukozowych ROZKŁAD 4. enzym rozkładający odłącza od końca nieredukującego po kolei reszty w postaci glukozo-6-fosforanu 5. rozkład glikogenu ulega zatrzymaniu, gdy przed każdym rozgałęzieniem pozostaną 4 reszty glukozy 6. kolejne enzymy (glukanotransferaza i amylo-1,6-glukozydaza) znoszą punkt zatrzymania

14 GLIKOGENINA jest białkiem, które inicjuje syntezę glikogenu tzw. PRIMER GLIKOGENOWY inicjuje przyłączenie pierwszej glukozy do 1 ze swych reszt tyrozynowych i wydłużenie łańcucha do 7 dalszych reszt glukozowych utworzony fragment uaktywnia syntazę glikogenu, która powoduje dalsze wydłużanie w mięśniach glikogenina pozostaje związana w centrum cząsteczki glikogenu (patrz rycina) w wątrobie liczba cząsteczek glikogenu jest większa niż glikogeniny

15 GLIKOGENINA syntaza glikogenu primer glikogenowy fosforylaza i enzymy usuwające rozgałęzienia enzym rozgałęziający

16 glikogenina z mięśni królika

17 GLUKONEOGENEZA proces anaboliczny synteza glukozy prekursorami są AMINOKWASY i MLECZAN pochodzące z mięśni i erytrocytów oraz GLICEROL pochodzący z rozkładu triglicerydów zachodzi w wątrobie i kanalikach nerkowych, w mitochondriach, cytoplazmie i retikulum endoplazmatycznym (ER) utrzymuje właściwy poziom glukozy we krwi po wyczerpaniu zasobów glikogenowych glukoneogeneza może dostarczyć około kilkaset gramów glukozy na dobę Glukoneogeneza zużywa na cząsteczkę glukozy 3ATP i 1GTP, czyli 2 razy więcej niż wytwarzane jest w glikolizie!

18 REGULACJA METABOLIZMU WĘGLOWODANÓW HORMONY METABOLITY insulina stymuluje GLUT4 i syntazę glikogenową, hamuje syntezę enzymów glukoneogenezy glukagon (antagonista insuliny) indukuje enzymy glukoneogenezy, hamuje kinazę pirogronianową, aktywuje rozkład glikogenu (podobnie działa adrenalina) kortyzol indukuje enzymy glukoneogenezy oraz rozkład aminokwasów (prekursorów glukozy) ATP i cytrynian hamują glikolizą przez allosteryczna regulację fosfokruktokinazy acetylo-coa inhibitor kinazy pirogronianowej AMP i ADP aktywują rozkład glukozy i hamują glukoneogenezę fruktozo-1,6-difosforan aktywuje fosfofruktokinazę, hamuje fruktozo 1,6- difosfatazę

19 Metabolizm lipidów LIPOLIZA LIPOGENEZA ADIPOCYTY Źródła kwasów tłuszczowych: pokarm hydroliza synteza komórkowa hydroliza triacylogliceroli w adipocytach

20 LIPIDY; pochodzenie kwasów tłuszczowych LIPOLIZA ZEWNĄTRZKOMÓRKOWA układ pokarmowy LIPOLIZA WEWNĄTRZKOMÓRKOWA - adipocyty SYNTEZA komórkowa KWASY TŁUSZCZOWE ENERGIA

21 LIPOLIZA hydroliza wiązania estrowego i rozkład TG do glicerolu i kwasów tłuszczowych katalizowana w adipocytach przez lipazę wrażliwą na hormony (adrenalina, noradrenalina, glukagon) lipaza jest regulowana przez interkonwersję, która polega na aktywacji lub inaktywacji pewnych białek przez reakcje fosforylacji i defosforylacji TRANSDUKCJA SYGNAŁU

22 LIPOLIZA regulacja na zasadzie interkonwersji adrenalina receptor -adrenergiczny cyklaza adenylowa G aktywacja ATP camp aktywacja kinazy białkowej aktywacja kinazy fosforylazowej ADIPOCYT aktywacja lipazy hydroliza triacylogliceroli TG

23 TRANSPORT KWASÓW TŁUSZCZOWYCH acylotransferaza karnitynowa Acylokarnityna MITOCHONDRIA Rozkład tłuszczów -Oksydacja Karnityna Karnityna Acylokarnityna przenośnik karnitynowy Acylokarnityna SPALANIE KWASÓW TŁUSZCZOWYCH ZACHODZI W MITOCHONDRIACH!

24 ROZKŁAD KWASÓW TŁUSZCZOWYCH -oksydacja Flawoproteina przenosząca elektrony (EFT) Łańcuch oddechowy Acylo-CoA Acylo-CoA (n-2 atomy węgla) Acetylo-CoA Cykl Krebsa Dehydrogenaza acylo-coa Łańcuch oddechowy Hydrataza 2 -enoilo-coa Dehydrogenaza 3-hydroksyacylo-CoA Acetylotransferaza acetylo-coa Dehydrogenaza ETF

25 Acetylo-CoA produkt -oksydacji kwasów tłuszczowych wprowadza dwa atomy węgla do cyklu Krebsa

26 LIPOGENEZA prekursorami lipidów są triacyloglicerole TG pochodzące z lipoprotein VLDL (wytwarzane w wątrobie) i chylomikronów (wytwarzane komórkach błony śluzowej jelita) lipaza lipoproteinowa (wewnętrzna powierzchnia naczyń włosowatych) rozkłada TG na glicerol i kwasy tłuszczowe przyswajane przez adipocyty w adipocytach z glicerolu i kwasów tłuszczowych są ponownie tworzone TG (forma zapasowa)

27 LIPOGENEZA; synteza kwasów tłuszczowych glukoza aminokwasy przebiega w cytoplazmie komórek wątroby, tkanki tłuszczowej, nerek, płuc i gruczołu piersiowego najważniejszym prekursorem jest glukoza produktem końcowym jest kwas palmitynowy glikoliza acetylo-coa PALMITYNIAN rozkład aa ENZYMY syntaza kwasów tłuszczowych karboksylaza acetylo-coa (biotyna) podlega regulacji hormonalnej: insulina indukcja, glukagon inhibicja nienasycone kw. tłuszczowe kw. tłuszczowe o długich łańcuchach acylo-coa synteza triacylogliceroli TG

28 Źródła informacji: Murray RK, Granner DK, Rodwell VW. (tłumaczenie Kokot F i wsp.). Biochemia Harpera ilustrowana. Wyd. Lekarskie PZWL 2006 Koolman J, Röhm KH. (tłumaczenie Węglarz L, Wilczok T). Biochemia ilustrowany przewodnik. Wyd. Lekarskie PZWL 2006

29 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!