Biochemie – úvod do anabolismu Josef Trögl

Anabolické dráhy Syntéza složitějších organických látek Nutné dodání energie a redukčního činidla obvykle ATP a NADPH, ale i jiná Výchozí látky jsou obvykle centrální meziprodukty katabolismu AcSCoA pyruvát meziprodukty citrátového cyklu aminokyseliny Lokalizace obvykle v cytoplazmě a na endoplazmatickém retikulu

Syntéza sacharidů Syntéza glukózy vychází z pyruvátu Obrácení glykolýzy, ale některé reakce odlišné Potřeba dodat více energie než kolik se glykolýzou uvolní Ostatní monosacharidy vznikají obvykle z glukózy Oligosacharidy a polysacharidy vznikají z fosforylovaných monosacharidů fosfát se odštěpuje – energie pro reakci

Syntéza glukózy Výchozí metabolity různé heterotrofní org.: C3-C4 látky (pyruvát, laktát, glycerol, meziprodukty citr. cyklu…) rostliny (nefotosynteticky) a některé MO – 2C (acetylkoenzym A) autotrofně z C1 (CO2)

Glukoneogeneze Univerzální dráha heterotrofních organismů Výchozí metabolit pyruvát Částečně obrácená glykolýza Některé reakce odlišné – hlavně ty silně endergonické DG0<0  na zvrat potřeba více energie Celkově musí organismus dodat více energie než získá U savců probíhá hlavně v játrech zásobní glykogen zpracování odpadu (kys. mléčná z anaerobního metabolismu savčích svalů) z glukogenních aminokyselin

glyceraldehyd-3-fosfát červeně odlišné reakce od glykolýzy Glukoneogeneze pyruvát ↓ glyceraldehyd-3-fosfát fosfoenolpyruvát fruktóza-1,6-bisfosfát 2-fosfoglycerát fruktóza-6-fosfát 3-fosfoglycerát glukóza-6-fosfát 1,3-bisfosfoglycerát glukóza červeně odlišné reakce od glykolýzy

Glukoneogeneze Syntéza fosfoenolpyruvátu Odlišný děj než při glykolýze Bakterie (některé) – přímá syntéza (enzym fosfoenolpyruvátsyntetáza) + ATP  + AMP + PPi

Glukoneogeneze Syntéza fosfoenolpyruvátu Ostatní MO, rostliny, živočichové – metabolická oklika přes oxalacetát + CO2 + ATP  + ADP + Pi enzym pyruvátkarboxyláza +GTP  + GDP + Pi + CO2 enzym fosfoenolpyruvátkarboxykináza

Glukoneogeneze pyruvátkarboxyláza je u živočichů výhradně v matrix mitochondrie pyruvát přechází přes mitochondriální membránu snadno fosfoenolpyruvátkarboxykináza je buď v matrix nebo v cytoplazmě (dle druhu živočicha) fosfoenolpyruvát přechází z matrix snadno oxalacetát nepřechází přes mitochondriální membrány – přeměna na transportovatelných malát (mitochondrie) a zpět (cytoplasma) enzym malátdehydrogenáza +NADH + NAD+

Glukoneogeneze Odštěpování fosfátových skupin pouze hydrolytické (nevzniká ATP, ale jen volný fosfát) DG0<0, ale celkově spotřeba více energie fruktózabisfosfatáza glukóza-6-fosfatáza O H C 2

Syntéza lipidů Syntéza mastných kyselin Syntéza glycerolu (sfingosinu…) Syntéza kompletního triacylglycerolu nebo fosfolipidu

Syntéza lipidů Syntéza mastných kyselin vychází z acetylkoenzymu A z odbourávání lipidů, sacharidů, aminokyselin… Prakticky obrácená b-oxidace, ale jiné enzymy a mechanismy reakcí Účast CO2 Spotřeba více energie než se uvolní odbouráním redukce pomocí NADPH

Syntéza lipidů Enzymový komplex syntáza mastných kyselin lokalizace v cytoplazmě u prokaryot i eukaryot prokaryota, chloroplasty rostlin – podjednotka pro každou reakci eukaryota – pouze dimer, pro každou reakci doména, ale podobná funkce Střední částí acyl carrier protein (ACP) – nese jako raménko syntetizovanou mastnou kyselinu a předává jednotlivým enzymům thiovazba (přes –SH skupinu) Dvě vazební místa cSH – centrální – nese tvořenou mastnou kyselinu pSH – periferní – vstup AcCoA

Syntéza lipidů

Syntéza lipidů

Biotin Biotin = vitamín H Kofaktor přenášející aktivovaný (=reaktivnější) oxid uhličitý Prosthetická skupina – amidová vazba karboxylu na lysin CO2 Lys-

Syntéza mastných kyselin Vstupující acetylkoenzym A se aktivuje karboxylací na malonyl-CoA enzym acetyl-CoA-karboxyláza – tři podjednotky biotin jako kofaktor + ATP + CO2  + ADP + Pi

Syntéza mastných kyselin 1. Transacetylace Přesun (transfer acetylu = transacetylace) tvořeného acylu z cSH na pSH Připojení malonylu na cSH Enzym malonyltransacylasa pSH

Syntéza mastných kyselin 1. Transacetylace Přesun (transfer acetylu = transacetylace) tvořeného acylu z cSH na pSH Připojení malonylu na cSH Enzym malonyltransacylasa

Syntéza mastných kyselin 2. Kondenzace Přenos acylu na malonyl a dekarboxylace Enzym 3-oxoacylsynthetáza

Syntéza mastných kyselin 2. Kondenzace Přenos acylu na malonyl a dekarboxylace Enzym 3-oxoacylsynthetáza + CO2 pSH

Syntéza mastných kyselin 3. Redukce karbonylu redukční činidlo NADPH vznik alkoholu Enzym 3-oxoacylreduktáza + NADP+ pSH

Syntéza mastných kyselin 4. Dehydratace Odštěpení vody vznik dvojné vazby Enzym 3-hydroxyacyldehydratáza + H2O pSH

Syntéza mastných kyselin 5. Redukce dvojné vazby Redukční činidlo NADPH popř. NADH Enzym enoylreduktáza + NADP+ pSH

Syntéza mastných kyselin 1. Transacetylace Pokračování od bodu 1, acyl je 2C prodloužen pSH

Syntéza mastných kyselin Pokračování od bodu 1, acyl je 2C prodloužen pSH

Syntéza mastných kyselin Hotová kyselina se uvolní z vazby na ACP Volná se následně aktivuje přenosem na SCoA – reaktivnější forma pro další metabolické reakce enzym thiokináza hydrolýza ATP na ADP + Pi Syntézou se tvoří maximálně C16 – kys. palmitová Jiné MK se tvoří dodatečnými reakcemi prodloužení v mitochondriích pomocí AcCoA vznik dvojných vazeb (cis) pomocí specifických dehydrogenáz hydroxylace

Syntéza acylglycerolů Výchozí látky sn-glycerol-3-fosfát acylkoenzym A Syntéza glycerol-3-fosfátu dvě cesty glycerol + ATP  glycerol-3-fosfát + ADP enzym glycerolkináza dihydroxyacetonfosfát + NADH + H+  glycerol-3-fosfát + NAD+ enzym glycerolfosfátdehydrogenáza

Syntéza acylglycerolů U savců v tukových buňkách tukové zásoby z nadbytečných sacharidů a aminokyselin Přenos dvou acylů na glycerol-3-fosfát – vzniká fosfatidát Enzymy acyltransferázy + R1-CO-SCoA  + SCoA + R2-CO-SCoA  + SCoA

Syntéza acylglycerolů Fosfatidáty jsou výchozí pro další syntézy Syntéza fosfolipidů – modifikace fosfátové skupiny aktivace pomocí CTP + CTP  + PPi následuje modifikace za odštěpení CMP druhý glycerol serin – výchozí pro syntézu ethanolaminu a chlolinu

Syntéza triacylglycerolů 1. Odštěpení fosfátu enzym fosfatidáthydroláza + H2O  + Pi 2. Acylace enzymy transacetylázy + R3-CO-SCoA  + SCoA

Syntéza aminokyselin a bílkovin Řada drah odlišnosti mezi organismy více drah u jednoho organismu „vedlejší produkty“ Syntéza uhlíkatých koster pyruvát, AcSCoA, meziprodukty citrátového cyklu, pentózového cyklu a glykolýzy Syntéza aminoskupiny živočichové, houby – jen organicky vázaný N (jiné aminokyseliny) rostliny - NH4+, NO3-, NO2- (masožravé rostliny org. N) bakterie – hlavně NH4+, některé i, NO3-, NO2- nebo fixace N2

Syntéza aminokyselin a bílkovin Výchozí metabolit Hlavní meziprodukt Další produkty 2-oxoglutarát glutamát glutamin prolin arginin lysin oxalacetát aspartát asparagin methionin threonin ( izoleucin) 3-fosfoglukonát serin glycin cystein pyruvát alanin valin leucin

Syntéza aminokyselin a bílkovin Výchozí metabolit Hlavní meziprodukt Další produkty fosfoenolpyruvát + erythróza-4-fosfát fenylalanin ( tyrosin) tyrosin tryptofab ribulóza-5-fosfát histidin

Syntéza bílkovin Probíhá z aminokyselin podle genetické informace na ribozómech viz přednáška „Genetika“ Některé kratší peptidy jsou syntetizovány i bez matrice glutathion, peptidová antibiotika… specifické bílkovinné komplexy – zajišťují správné pořadí aminokyselin syntéza přes aktivované aminokyseliny

Syntéza nukleových kyselin Genetické pochody Výchozí látkou a zároveň zdrojem energie jsou nukleosidtrifosfáty viz přednáška „Genetika“