Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

1 Pentosofosfátová dráha. Metabolismus fruktosy a galaktosy. Vznik glukuronové kyseliny a aminocukrů.  Biochemický ústav LF MU 2012 (E.T.)

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "1 Pentosofosfátová dráha. Metabolismus fruktosy a galaktosy. Vznik glukuronové kyseliny a aminocukrů.  Biochemický ústav LF MU 2012 (E.T.)"— Transkript prezentace:

1 1 Pentosofosfátová dráha. Metabolismus fruktosy a galaktosy. Vznik glukuronové kyseliny a aminocukrů.  Biochemický ústav LF MU 2012 (E.T.)

2 2 Pentosofosfátová dráha Buněčná lokalizace: cytoplasma Tkáňová lokalizace: ve velkém rozsahu játra, tuková tkáň (až 50% metab. glukosy), erytrocyty, štítná žláza, laktující mléčná žláza ad. (obecně tkáně, kde probíhají redukční syntézy) Ostatní tkáně využívají jen některé reakce

3 3 Význam pentosofosfátové dráhy • zdroj NADPH (redukční syntézy, oxygenasy se smíšenou funkcí, redukce glutathionu) • zdroj ribosa-5-P (nukleové kyseliny, nukleotidy) • zapojení pentos přijatých potravou do metabolismu Neslouží k zisku energie, ani energii přímo nespotřebovává

4 4 Dvě části pentosofosfátové dráhy oxidační část nevratné reakce neoxidační část (regenerační) vratné reakce

5 5 Oxidační část pentosofosfátové dráhy laktonasa 6-fosfoglukonátdehydrogenasa Glukosa-6-P NADP + NADPH + H + 6-fosfoglukonolakton NADP + NADPH + H + Ribulosa-5-P + CO 2 6-fosfoglukonát glukosa-6-P- dehydrogenasa Regulace: inhibice NADPH (inhibice produktem)

6 6 O Glukosa-6-P6-fosfoglukonát O O OH OH OH CH 2 OP NADP + NADPH + H + C O O - C C C C C OH H OH OH OP H HO H H H H O OH OH H CH 2 OP OH 6-fosfoglukono-  -lakton H H2OH2O Oxidační část pentosofosfátové dráhy (podrobněji) – vznik 6-fosfoglukonátu glukosa-6-P-dehydrogenasa laktonasa

7 7 C O O - C C C C C OH H OH OH OP H HO H H H H H C C C C C OH OH OH OP H H H H H O NADP + NADPH + H + CO 2 6-fosfoglukonátribulosa-5-P Ziskem oxidační větve pentosového cyklu jsou 2 moly NADPH a pentosa fosfát Oxidační část pentosofosfátové dráhy (podrobněji) – přeměna 6-fosfoglukonátu 6-phosphoglukonátdehydrogenasa

8 8 Regenerační fáze pentosofosfátové dráhy (pokud pentosy nejsou využity pro syntézu nukleotidů) 3 Ribulosa-5-P 2 Fruktosa-6-P + Glyceraldehyd-3-P Proč regenerace ? Některé buňky potřebují mnoho NADPH. Při jeho produkci vzniká velké množství pentos, které buňka nepotřebuje. souhrnná rovnice:

9 9 Enzymy v regenerační fázi pentosofosfátové dráhy Ribosa-5-P H C C C C C OH O H OH OP H H H H HO Ribulosa-5-P Isomerasa Syntéza nukleotidů Pentosový cyklus – regenerační fáze

10 10 Epimerasa H C C C C C OH O H OH OP H H H H HO Ribulosa-5-P Xylulosa-5-P

11 11 Transketolasa - přenáší dvouuhlíkatý zbytek + + Kofaktor: thiamindifosfát Xylulosa -5-P Ribosa-5-P Glyceraldehyd-3-P Sedoheptulosa-7-P C C C C C C H OH OH OP HO H H H H C O OH H H OHH H C C C C C OH O H OH OP H H H H HO 5C 3C7C ++

12 12 Transaldolasa - přenáší tříuhlíkatý zbytek C C C C C C H OH OH OP O H H H H C O OH H H OHH + Sedoheptulosa-7-P Glyceraldehyd-3-P Erythrosa-4-P Fruktosa-6-P H C C C C C H OH OP HO H H C O OH H H OHH H + 7C3C 4C6C++

13 13 Transketolasa-přenáší dvouuhlíkatý zbytek Erythrosa-4-P + Xylulosa -5-P + Fruktosa-6-P Glyceraldehyd-3-P C C C C C H OH OP HO H H C O OH H H OHH H 4C 5C6C 3C + +

14 14 Souhrnná bilance pentosafosfátové dráhy Ribulosa-5-P Ribosa -5-P 2 Ribulosa-5-P 2 Xylulosa -5-P Xylu-5-P + Rib-5-P Glyc-3-P + Sed-7-P Sed-7-P + Glyc-3-P Ery-4-P + Fru-6-P Xylu-5-P + Ery-4-P Glyc-3-P + Fru-6-P 3 Ribulosa-5-P Glyceraldehyd-3-P + 2 Fru-6-P 3 x 5C 3C + 2 x 6C

15 15 H C C C C C C H OH OH OP O H H H H C O OH H H OHH Ribulosa-5-P Ribosa-5-P Xylulosa-5-P Erytrosa-4-P Glyceraldehyd-3-P TK TA TK Xylulosa-5-P H C C C C C OH O H OH OP H H H H HO C C C C C H OH OP HO H H C O OH H H OHH H

16 16 Reakce regenerační fáze pentosového cyklu jsou vratné. To umožňuje produkovat pentosy v buňce i v situacích, kdy není potřebné NADPH, pouhým zvratem reakcí regenerační fáze, z meziproduktů glykolýzy. Tvorba ribosafosfátu z meziproduktů glykolýzy

17 17 sedoheptulosa-7-P + glyceraldehyd-3-P 2 pentosy Další transketolasová reakce v opačném směru fruktosa-6-P + glyceraldehyd-3-P erytrosa-4-P + xylulosa-5-P (z glykolýzy) erytrosa-4-P + fruktosa-6-P sedoheptulosa-7-P + glyceraldehyd-3-P Transaldolasová reakce v opačném směru (z glykolýzy) Transketolasová reakce v opačném směru

18 18 Regulace pentosofosfátové dráhy • rychlost závisí na úvodních nevratných reakcích oxidační fáze (viz též snímek 5) • dostupnost substrátu (NADP + ), inhibice produktem • indukce enzymů insulinem

19 19 Potřeby buňky určují směr reakcí pentosofosfátové dráhy Potřeba buňkySměr dráhy pouze NADPHOxidativní větev produkuje NADPH, regenerační fáze konvertuje pentosy na Glc-6-P NADPH + ribosa-5-POxidativní větev produkuje NADPH a ribuloso-5-P, isomerasa ji přeměňuje na ribosu pouze ribosa-5-PProbíhá konverze fruktosa-6-P a glyceraldehydu-5-P na ribosa-5-P NADPH a pyruvátOxidativní větev produkuje NADPH, regenerační fáze přeměňuje ribulosa-5-P na fruktosa-6-P a glyceraldehyd- 3-P, glykolýza produkuje pyruvát

20 20 Reakce vyžadující NADPH • redukce oxidovaného glutathionu • monooxygenázové reakce s cytP450 • respirační vzplanutí v leukocytech • redukční syntézy: syntéza mastných kyselin elongace mastných kyselin syntéza cholesterolu a steroidů syntéza nukleotidů syntéza NO z argininu

21 21 NADH x NADPH / srovnání Charakteristika NADHNADPH vznikpřevážně při dehydrogenaci substrátů v katabolických dějích při dehydrogenaci substrátů v reakcích jiných než katabolických využitípřevážně dýchací řetezec* redukční syntézy a detoxikační reakce V dých. řetězci nemůže být oxidován Forma převažující v buňce NAD + NADPH * Transhydrogenasa v mitochondriální membráně může katalyzovat přenos H z NADH na NADP +

22 22 Význam pentosofosfátové dráhy pro erytrocyty GS-SG + NADPH + H + 2GSH + NADP + glutathionreduktasa Pentosový cyklus je jediným zdrojem NADPH pro erc 5-10% glukosy v erc NADPH je potřebný na regeneraci glutathionu Oxidovaný glutathion vzniká při odbourávání peroxidu vodíku a organických peroxidů v erytrocytu. Hromadění peroxidů v buňce vyvolává hemolýzu 2GSH + HO-OH → GS-SG + 2H 2 O Hromadění peroxidů v buňce vyvolává hemolýzu

23 23 Deficit glukosa-6-P dehydrogenasy v erytrocytech vrozená choroba způsobena bodovými mutacemi genu v chromosomu X u některých populací (až 400 různých mutací) až 400 milionů jedinců erytrocyty mají nedostatek redukovaného glutathionu choroba je často bezpříznaková a projeví se episodami hemolytické anemie po infekci, při užití některých léků (AAA)* nebo favových bobů (Vicia fava) Vysoká frekvence v tropických oblastech Afriky, Středomoří AAA* - antimalarika, antibiotika, antipyretika

24 24 Heinzova tělíska v erytrocytech s deficitem glukosa-6-P-dehydrogenasy Při deficitu redukovaného glutathionu dochází k poškození proteinů – částečná denaturace Vznikají nerozpustné proteiny vázané k membráně – Heinzova tělíska Erytrocyty jsou rigidní a nedeformovatelné – jsou odstraňovány makrofágy v játrech a slezině.

25 25 Favismus Hemolýza po požití bobů druhu Vicia fava

26 26 Zdroj fruktosy: sacharosa z potravy, ovoce, med, HFCS Dříve příjem fruktosy g/d, nyní se odhaduje až g/d Vstup do buněk: GLUT V Metabolismus fruktosy * HFCS (High fructose corn syrup).

27 27 Fruktosa a glukosa - srovnání GlukosaFruktosa Resorpce ve střevě Metabolismus Poločas v krvi Místo metabolismu K M pro hexokinasu K M pro fruktokinasu Vliv insulinu rychlejší, SGLT pomalejší 43 min většina tkání 0,1 mmol/l -  pomalejší, GLUT-5 rychlejší 18 min hlavně játra, ledviny, ercs 3 mmol/l 0,5 mmol/l -

28 28 Zásadní rozdíly mezi metabolismem glukosy a fruktosy •Fruktosa je metabolizována hlavně v játrech, enzymem fruktokinasou •Hexokinasa působí jen při vysoké koncentraci fruktosy •Játra metabolizují rychleji fruktosu než glukosu •Fruktosa sama nevyvolává uvolnění insulinu •Avšak příjem fruktosy může vyvolat následné zvýšení hladiny insulinu v důsledku přeměny fruktosy na glukosu

29 29 Metabolismus fruktosy Fruktosa Fruktosa- 1-P fruktokinasa aldolasa B Glyceraldehyd + dihydroxyaceton-P Glyceraldehyd-3-P triosa- kinasa ATP glykolýza hexokinasa Fruktoso-6-P 2 1 Zpětná konverze na glukosu ATP není regulovaná velmi nízké K M Převážná část fruktosy je metabolizována v játrech aldolasa B Srovnejte s metabolismem glukosy

30 30 Aldolasa A a aldolasa B • jsou isoenzymy (je známa i aldolasa C) • aldolasa A : glykolýza (štěpení Fru-1,6-bisP) • aldolasa B: štěpení fruktosa-1-P glukoneogenese (syntéza Fru-1,6-bisP)

31 31 Na rozdíl od glukosy je fruktosa rychle odbourána Proč ?

32 32 1 Fruktokinasa a aldolasa B (játra): metabolismus obchází regulované enzymy glykolýzy (hexokinasu a fosfofruktokinasu)  rychlé odbourání  fruktosa je rychlý, na insulinu nezávislý zdroj energie  vysoký příjem fruktosy a její rychlý metabolismus na acetylCoA vede ke zvýšené tvorbě mastných kyselin a následně ke zvýšení produkce triacylglycerolů  vysoký příjem fruktosy může spotřebovat značné množství fosfátu na syntézu fruktosa-1-fosfátu. Fosfát chybí pro syntézu ATP.

33 33 Dříve se fruktosa doporučovala diabetikům jako neškodné sladidlo Současná doporučení: malé množství fruktosy v ovoci je neškodné slazení fruktosou nebo jiný vyšší příjem fruktosy (např. formou infuze) – není doporučeno

34 34 Chybění aldolasy B – závažné !!! - hereditární fruktosová intolerance (autosomálně recesivní choroba) 1/ Fruktosa-1-P se hromadí v buňkách jater → hypoglykemie Proč hypoglykemie? Hromadící se Fru-1-P inhibuje glykogenolýzu a glukoneogenezi Nutné včasné odhalení, objeví se po té, co kojenec začne přijímat sacharosu (v prvních týdnech života velmi závažné) (v některých zemích neonatální skrínink) Úprava dietou bez fruktosy a sacharosy Poruchy metabolismu fruktosy

35 35 Chybění fruktokinasy -benigní - esenciální fruktosurie Fruktosa se hromadí v krvi a vylučuje do moči Bez závažných projevů Dieta bez fruktosy Diagnostika: pozitivní redukční zkouška v moči průkaz glukosy specifickým testem negativní Poruchy metabolismu fruktosy

36 36 Polyolová metabolická dráha - alternativní přeměna glukosy na glucitol a fruktosu v některých buňkách při vyšší koncentraci glukosy D-glukosa NADPH + H + NADP + D-glucitol Fruktosa (hlavní zdroj energie pro spermie) NAD + NADH + H + aldosareduktasa Játra, spermie, ovariální b. polyoldehydrogenasa Chybí v čočce, retině, nervových buňkách Glucitol nemůže z buňky unikat, pokud není přeměňován na fruktosu, hromadí se

37 37 Pozdní komplikace diabetu • při diabetické hyperglykemii vstupuje glukosa do buněk, které pro její vstup nevyžadují insulin • tvoří se D-glucitol, který nemůže z buňky unikat (past) • aktivita polyoldehydrogenasy v některých buňkách je malá (retina, čočka, nervová b.) • D-glucitol se hromadí Zvýšený osmotický tlak vyvolává poruchy buněk (diabetická katarakta, retinopatie, neuropatie)

38 38 Metabolismus galaktosy zdroj: laktosa (mléko*) • přeměna v játrech na glukosu epimerace aby mohla proběhnout, je třeba galaktosu aktivovat: na UDP-galaktosu * Ostatní mléčné výrobky (kefíry, tvaroh, sýry) laktosu téměř neobsahují

39 39 UDP-galaktosa (aktivní forma galaktosy) OH nevzniká přímou reakcí s UTP, nýbrž reakcí s UDP-glukosou

40 40 Metabolismus galaktosy v játrech ATP Galaktokinasa Gal-1-P UDP-glukosa Glukosa-1-P UDP-galaktosa uridyltransferasa UDP-glukosaepimerasa glykogen Galaktosa ADP Galaktosa je rychle metabolizována na glukosu syntéza glykolipidů, GAG..

41 41 UDP-glukosa UDP-galaktosa epimerasa reakce je vratná, může být využita i k produkci glukosy Izomerace glukosy na galaktosu Význam galaktosy syntéza laktosy syntéza glykolipidů, proteoglykanů a glykoproteinů

42 42 Porucha metabolismu: „klasická“ galaktosemie •nedostatek uridyltransferasy - závažné !!!! •akumulace galaktosa-1-P a galaktosy •1: živě narozených dětí, dědičnost onemocnění je autosomálně recesivní •interference s metabolismem fosfátů a glukosy, akumulace galaktosy a galaktosa-1-P v ledvinách, játrech, mozku a oční čočce •konverse galaktosy na galaktitol v oku – katarakta •nebezpečné pro novorozence, příznaky mezi dnem, hepatomegalie, ikterus, letargie, křeče •neléčená galaktosemie vede k poškození jater, ledvin, mozku •restrikce mléka a mléčných výrobků

43 43 Biosyntéza laktosy specifická pro mléčnou žlázu UDP-galaktosa glukosa Laktosa (galaktosyl-1,4-glukosa) Laktosasynthasa Laktosasynthasa je komplex dvou proteinů: • galaktosyltransferasa (přítomná v mnoha tkáních) •  -laktalbumin (přítomný v mléčné žláze jen při laktaci, syntéza je stimulována prolaktinem)

44 44 Metabolismus galaktosy v jiných buňkách Galaktosa a N-acetylgalaktosamin Jsou důležité komponenty glykoproteinů, proteoglykanů a glykolipidů. Syntéza těchto sacharidů probíhá ve všech typech buněk, galaktosyl and N-acetylgalaktosyl jsou přenášeny z UDP- galaktosy and UDP-N-acetyl-galaktosy pomocí UDP- galactosyltransferasy.

45 45 Metabolická dráha glukuronátu volný glukuronát glykosaminoglykany UDP-galakturonát UDP-iduronát

46 46 Příklady sloučenin vylučovaných ve formě glukosiduronátů Estrogeny Bilirubin Progesteron Meprobamat Morphin ad.

47 47 OH O OH COOH OH O H H L-gulonát NADPH + H + NADP + L-xylulosa xylitol D-xylulosa Xylulosa-5-P L-askorbát Primáti a morčata může vstoupit do pentosového cyklu Kyselina D-glukuronová Odbourání D-glukuronové kyseliny blok: →esenciální pentosurie, pentosy v moči CO 2

48 48 OH O O H H CHOH CH 2 OH 1 OH O O OH OH CHOH CH 2 OH -2H Syntéza L-askorbátu L-gulonát 1,4-lakton L-gulonové kyseliny kys.askorbová COO C C C C C H HO OH HHO H HO OH H H H - + H 2 O L-gulonolaktonoxidáza

49 49 L-gulonolaktonoxidáza je neaktivní u primátů, a tedy i u člověka, ale též u ryb a ptáků. Aktivní u většiny obratlovců Je to výsledek ztrátové mutace (vlivem volných radikálů či virové infekce?) u předchůdce podřádu Anthropoidea asi před 25 milióny lety A co morče? Genom morčete obsahuje jiné pozůstatky genu pro gulonolaktonoxidázu. Fungovat tento gen přestal přibližně před 20 miliony let – morče tedy přišlo k své závislosti na vitaminu C jindy a jinak než my. Kyselinu askorbovou potřebují i rostliny.

50 50 Historie vitaminu C  1754 – James Lind vydal knihu A Treatise on Scurvy, v níž navrhl citrony jako prevenci proti kurdějím.  1761 – Východoindická společnost doporučila používat na svých lodích citrony a pomeranče.  1795 – Bylo zavedeno preventivní podávání citronové šťávy na lodích anglického válečného námořnictva  1911 – Kazimir Funk přišel s hypotézou, že příčinou některých závažných chorob může být nedostatek určitých nezbytných stopových látek – vitaminů – ve výživě. Prvními nemocemi, jejichž příčina byla hledána v avitaminóze, byly xeroftalmie (šeroslepost), beri-beri a kurděje; hypotetické vitaminy byly označeny A, B a C.  1928 – Albert von Szent-Györgyi izoloval kyselinu askorbovou z papriky (Nobelovu cenu za to dostal r )  1933 – Tadeus Reichstein vyřešil chemickou syntézu kyseliny L-askorbové  1957 – J. J. Burns objasnil biochemickou příčinu, proč člověk, opice a morče (na rozdíl od řady jiných obratlovců) nejsou schopni syntetizovat vitamin C. Dle VESMÍR 80, září

51 51 Kyselina askorbová je významný antioxidant •Nejvyšší koncentrace polymorfonukleáry, nadledviny, také v oční čočce. •Kyselina askorbová je důležitou složkou mnoha oxidačně- redukčních reakcí •Redox potenciál +0,08 V, může redukovat O 2, cytochromy a,c ad. •V některých funkcích ji mohou nahradit jiné antioxidanty, v jiných je patrně nezastupitelná. •Je nezbytným kofaktorem při syntéze kolagenu (hydroxylace prolinu)

52 52 Příčiny skorbutu • Hydroxylace prolinu je nezbytná pro stabilitu kolagenu •Bez této posttranslační modifikace jsou molekuly kolagenu nestabilní a nejsou schopny vytvářet správné vyšší struktury. •Nedostatek vitaminu C se tak projeví na kvalitě všech tkání – postiženy jsou bazální membrány, stěny cév, vazy, kosti aj.

53 53 Přehled hlavních drah v metabolismu sacharidů GLUKOSA Glc-6-P Fru-6-P Fru-1,6-bisP Gra-3-P GALAKTOSA Gal-1-P Glc-1-P GLYKOGEN UDP-Glc UDP-Gal UDP-GlcUA GlcUA CO 2 Xyl-5-P CO 2 FRUKTOSA Glucitol Fru-1-P Glyceraldehyd PYRUVÁT Oxaloacetát Laktát ACETYL-CoA

54 54 Hexosaminová biosyntetická dráha (hexosamine biosynthetic pathway - HBP) Glc-6-P Glc-1-P glykogen Fru-6-P glykolýza Glc-N-6-P 1-3% UDP-GlcNAc Glykosylační pochody Tvorba glykoproteinů a glykolipidů

55 55 Význam glykoproteinů Interakce mezi buňkami, interakce s hormony, virusy Antigenicita (krevní skupiny atd.) Komponenty extracelulární matrix Tvorba mucinů (protektivní účinek v trávicím traktu, močových a dýchacích cestách)

56 56 Zkratka: Hexosy: GlukosaGlc GalaktosaGal MannosaMan Acetyl. hexosaminy: N-AcetylglukosaminGlcNAc N-AcetylgalaktosaminGalNAc Pentosy: XylosaXyl ArabinosaAra Deoxyhexosy (Methyl pentosa): L-FukosaFuc Sialové kys. : N-Acetylneuraminová k.NeuNAc Sacharidy přítomné v glykoproteinech a glykolipidech

57 57 Příklady sacharidových komponent glykolipidů a glykoproteinů: Ceramid (sphingolipid) nebo protein Glykoproteiny krevních skupin NeuNAc Glykoproteiny krevní plazmy

58 58 Syntéza aminocukrů vychází z fruktosa-6-P CH 2 OH C C O C HOH C OHH CH 2 OP OHH COOH CH CH 2 H 2 N CH 2 C H 2 N O D-fruktosa-6-P L-glutamin CH 2 OH C C N H C HOH C OHH CH 2 OP OHH COOH CH CH 2 H 2 N CH 2 C HOO 2-imino-D-fruktosa-6-P L-glutamát Aminotransferasa +

59 59 Iminofruktosa-6-P izomeruje na glukosamin-6-P 2-imino-D-fruktosa CH 2 OH C C N H C HOH C OHH CH 2 OP OHH přesmyk C C C C HOH C OHH CH 2 OP OHH H N H 2 OH D-glukosamin-6-P -6-P

60 60 Acetylace -NH 2 skupiny odstraní její bazicitu C C C C HOH C OHH CH 2 OP OHH H N H 2 OH D-glukosamin-6-P C C C C HOH C OHH CH 2 OP OHH H N H OH COCH 3 Acetyl-CoA N-Acetyl-D-glukosamin-6-P

61 61 CH 3 CO CH 2 C=O COOH HC–OH HO–CH HC–OH CH 2 –OH -NH–CH HC–OH Sialové kyseliny Acylderiváty kyseliny neuraminové Nejběžnější N-acetylneuraminová kyselina

62 62 N-acetylmannosamin-6-P CH 3 CO C C CH O C C H OHH OHH CH 2 O P HO H NH fosfoenolpyruvát C C C H OH C C H OHH OHH CH 2 O P HO H NH CH 3 CO N-acetylneuraminová kyselina Syntéza N-acetylneuraminové kyseliny

63 63 Aktivace aminocukrů pro syntézu glykoproteinů a glykosaminoglykanů - přehled Glucose 6-P Glucose 1-P UDP-Glucose UDP-Galactose UDP-Glucuronic acid UDP-Xylose Fructose 6-P Mannose 6-P Mannose 1-P GDP-Mannose GDP- L -Fucose N-Acetylglucosamine 6-P N-Acetylglucosamine 1-P UDP-N-Acetylglucosamine UDP-N-Acetylmannosamine UDP-N-Acetylgalactosamine N-Acetylneuraminic acid CMP-N-Acetylneuraminic acid CTP UTP GTP UTP


Stáhnout ppt "1 Pentosofosfátová dráha. Metabolismus fruktosy a galaktosy. Vznik glukuronové kyseliny a aminocukrů.  Biochemický ústav LF MU 2012 (E.T.)"

Podobné prezentace


Reklamy Google