Metabolismus sacharidů I. Glukóza a glykogen jako energetické substráty

Role sacharidů v metabolismu energetické substráty - v katabolických reakcích jsou využívány ke tvorbě ATP stavební látky glykoproteiny (většina proteinů v těle je glykována) proteoglykany (pojivo)

Sacharidy jako zdroj energie V potravě: polysacharidy: škrob, glykogen, vláknina disacharidy: sacharóza, laktóza aj. monosacharidy Jediným zásobním sacharidem je glykogen: játra + sval

Glukóza I. Má ústřední postavení v metabolismu sacharidů Všechny sacharidy přiváděné potravou jsou měněny na glukózu Všechny sacharidy v těle mohou být z glukózy syntetizovány Některé tkáně jsou na glukóze závislé (CNS, erytrocyty)

Glukóza II. Hladina glukózy v krvi (glykémie) je velmi citlivě regulována: 3,3 - 6,0 mM inzulín glukagon, adrenalin, GH, kortisol Hypoglykemie (< 3,3 mM) akutně ohrožuje život: CNS je závislý na glukóze jako zdroji energie Hyperglykemie: vede k osmotické diuréze a dehydrataci akceleruje aterosklerózu

Glukóza III. Znalost metabolismu glukózy je nezbytná například k: pochopení patogeneze všech typů diabetu mellitu a principů jeho léčby všech ostatních poruch energetického metabolismu a endokrinních onemocnění pochopení principů umělé výživy obezitologii a sportovní a tělovýchovné lékařství kritickou péči aj.

Role glukózy v metabolismu

Dráhy využití glukózy Glykolýza: Syntéza glykogenu tvorba 2 pyr (a dále laktát nebo AcCoA) slouží buď k produkci energie, nebo k přeměně sacharidů na lipidy Syntéza glykogenu Pentosový cyklus a přeměna Glc na jiné monosacharidy

Tvorba glukózy Glykogenolýza: rozklad jaterního glykogenu mezi jídly Glukoneogeneze: tvorba Glc z laktátu, glycerolu a aminokyselin význam hlavně při dlouhodobém hladovění a za patologických okolností jen v játrech a ledvinách

Transport glukózy do buněk 1. nezávisle na inzulínu: do většiny tkání (vč. jater, CNS) pasivně facilitovanou difuzí: GLUT-1, GLUT-2, -3 ve střevě a ledvinách sekundárně aktivní transport s Na+: SGLT-1 2. v závislosti na inzulínu: GLUT-4 v kosterní a srdeční svalovině a tukové tkáni

Fosforylace glukózy I. tvorba glukoso-6-fosfátu za spotřeby ATP první krok metabolismu glukózy, společný pro všechny její dráhy katalysován dvěma enzymy s různými vlastnostmi: glukokinasa a hexokinasa reakce je nevratná, ale Glc se může z Glc-6-P tvořit odštěpením anorg. fosfátu

Fosforylace glukózy II. Hexokinasa: ve všech tkáních inhibována Glc-6-P aktivita je relativně nezávislá na glykemii tvoří Glc-6-P, když je Glc-6-P potřeba Glukokinasa játra + β-buňky nezávislá na Glc-6-P aktivní pouze při vyšších glykémiích tvoří Glc-6-P tehdy, když je potřeba snížit glykemii

Glc-6-P

Glukosa-6-fosfatasa enzym, měnící Glc-6-P na glukózu přítomen pouze v játrech, ledvinách a enterocytech (NE např. ve svalu) vázaný na hladké endoplazmatické retikulum

Glykolýza I. Přeměna glukózy na pyruvát (laktát) Slouží k: produkci energie: hlavně aerobně, ale i anaerobně (jako jediná mtb. dráha) jako zdroj AcCoA pro syntézu lipidů (PDH) Probíhá ve všech buňkách Cytoplazma

Glykolýza II.: investice ATP a tvorba Gra-3-P Glc-6-P na Fru-6-P Fru-6-P na Fru-1,6-BP je regulační reakce: fosfofruktokinasa Fru-6-P je štěpen na Gra-3-P a DHAP

Glykolýza III.: pracovní stadium Gra-3-P je oxidován na 1,3-BPG, produkuje se NADH 1,3-BPG se mění na 3-PG za tvorby ATP (= 1. fosf. na substr. úrovni) 3-PG na 2-PG 2-PG na PEP PEP na pyr (2. fosf. na substr. úrovni)

Laktátdehydrogenasa Za spotřeby NADH konvertuje pyruvát na laktát Reakce volně reversibilní Poměr lac/pyr odráží poměr NADH/NAD

Regulace glykolýzy (tvorba Glc-6-P) Fosfofruktokinasa: nejdůležitější AMP aktivuje, ATP inhibuje citrát inhibuje inzulín aktivuje, glukagon inhibuje Pyruvátkinasa

Glukoneogeneze Tvorba glukózy z necukerných substrátů (laktát, glycerol, aminokyseliny) Význam po vyčerpání zásob jaterního glykogenu jako jediný zdroj Glc pro tkáně, které jsou na ní závislé Principem je tvorba PEP: dále jde o obrácené reakce glykolýzy

2 nejdůležitější reakce glukoneogeneze Pyruvátkarboxylasa: pyr  OAA PEP karboxykinasa: OAA  PEP Vysvětlují vznik Glc z laktátu (pyruvátu) i z aminokyselin (OAA z meziproduktů Krebsova cyklu)

Regulace glukoneogeneze Proces nutný za hladovění: inhibován inzulínem, aktivován glukagonem AcCoA je aktivátorem glukoneogeneze Reg. enzymů je více

Glykogen Zásobní polysacharid

Glykogen polymer glukózy hlavně v játrech (100g) a kosterní svalovině (500g), ale i jiných buňkách pozitivní PAS - reakce pouze jaterní glykogen se může stát zdrojem krevní glukózy (Glc-6-fosfatasa)

Syntéza glykogenu I. Po jídle pod vlivem inzulínu vychytávají glukózu játra i sval Glc  Glc-6-P Glc-6-P  Glc-1-P Glc-1-P + UTP  UDP-Glc + P UDP-Glc je enzymem glykogensynthasou navázán na neredukující konec glykogenové molekuly

Syntéza glykogenu II. Větvení zajišťuje tzv. větvící enzym „Nepřímá dráha syntézy glykogenu“ Proces je aktivován inzulínem a inhibován glukagonem

Glykogenolýza I. Zdroj krevní glukózy mezi jídly a při krátkodobém hladovění Glykogen je štěpen FOSFORYLASOU a za použití anorganického fosfátu vzniká Glc-1-P Glc-1-P konvertován na Glc-6-P

Glykogenolýza II. Fosforylasa je aktivována kovalentní modifikací (cAMP dependentní fosforylací) Aktivuje ji glukagon a inhibuje inzulín

Souhrn I.

Souhrn II. Po jídle je Glc z cirkulace odstraňována: v játrech měněna na glykogen a TAG (glykolýza) ve svalu využívána k produkci energie i syntéze glykogenu v tukové tkáni konverze na TAG