Intermediární metabolismus Vladimíra Kvasnicová

Vztahy v intermediárním metabolismu (sacharidy, lipidy, proteiny) po jídle (přísun energie z vnějšku) oxidace → CO2, H2O, urea + ATP tvorba zásob → glykogen, TAG Urea

Glykogen redukující konec neredukující konec Obrázky převzaty (květen 2007) z http://www.wellesley.edu/Chemistry/chem227/sugars/oligo/glycogen.jpg http://students.ou.edu/R/Ben.A.Rodriguez-1/glycogen.gif, http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255chem/mcb2.10.triacylglycerol.jpg

Vztahy v intermediárním metabolismu (sacharidy, lipidy, proteiny) během lačnění a hladovění využití energetických zásob glykogen → glukóza TAG → mastné kyseliny tvorba nových energetických substrátů glukoneogeneze (glycerol, svalové proteiny) ketogeneze (zásobní TAG → MK → ketolátky)

Přísun různých energetických substrátů Zásoba energie Různé potřeby mtb Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

katabolismus sacharidů lipidů proteinů Produkce energie katabolismus sacharidů lipidů proteinů Využití energie syntéza makromolekul svalová kontrakce aktivní transport iontů termogeneze Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Hlavní metabolické dráhy intermediárního metabolismu glykogenolýza glykolýza lipolýza -oxidace odbourávání ketolátek proteolýza odbourávání AMK glykogeneze glukoneogeneze lipogeneze syntéza MK ketogeneze proteosyntéza syntéza močoviny CITRÁTOVÝ CYKLUS, DÝCHACÍ ŘETĚZEC

Významné meziprodukty acetyl-Co A pyruvát NADH

acetyl-CoA pyruvát (PDH) – tj. z glukózy aminokyseliny (degrad.) – z proteinů mastné kyseliny (-oxidace) – z TAG ketolátky (degrad.) – z MK acetyl-CoA citrátový cyklus, DŘ → CO2, H2O, ATP syntéza MK syntéza ketolátek syntéza cholesterolu syntéza glukózy !!!

degradací některých AMK aerobní glykolýza oxidací laktátu (LD) degradací některých AMK pyruvát acetyl-CoA (PDH) laktát (laktátdehydrogenáza) alanin (alaninaminotransferáza) oxalacetát (pyruvátkarboxyláza) glukóza (glukoneogeneze)

NADH aerobní glykolýza PDH reakce -oxidace citrátový cyklus oxidace ethanolu NADH dýchací řetězec → reoxidace na NAD+ energetická zásoba ve formě ATP ! NEZBYTNÝ PŘÍSUN KYSLÍKU!

NADH pyruvát → laktát aerobní glykolýza PDH reakce -oxidace citrátový cyklus oxidace ethanolu NADH pyruvát → laktát dýchací řetězec → reoxidace na NAD+ energetická zásoba ve formě ATP ! NEZBYTNÝ PŘÍSUN KYSLÍKU!

Nejdůležitější je znát odpověď na otázky: KDE? KDY? JAK? kompartmentace metabolických drah cyklus sytost-hlad regulace metabolismu

Kompartmentace metabolických drah Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/proceuc/c7x7metazoan.jpg (květen 2007)

Cytoplazma glykolýza glukoneogeneze (z oxalacetátu nebo glycerolu) metabolismus glykogenu pentózový cyklus syntéza mastných kyselin syntéza neesenciálních aminokyselin transaminační reakce syntéze močoviny (část; pouze v játrech!) syntéza hemu (část) metabolismus purinových a pyrimidinových nukleotidů

Mitochondrie pyruvátdehydrogenázový komplex (PDH) začátek glukoneogeneze -oxidace mastných kyselin syntéza ketolátek (pouze v játrech!) oxidační deaminace glutamátu transaminační reakce citrátový cyklus dýchací řetězec (vnitřní mitochondriální membrána) aerobní fosforylace (vnitřní mitoch. membrána) syntéza hemu (část) syntéza močoviny (část)

Endoplazmatické retikulum Hladké ER syntéza TAG a fosfolipidů elongace a desaturace MK syntéza steroidů biotransformace xenobiotik glukóza-6-fosfatáza Drsné ER proteosyntéza (translace a posttranslační modifikace)

Golgiho aparát Ribosomy Jádro posttranslační modifikace proteinů třídění proteinů export proteinů (tvorba sekrečních váčků) Ribosomy proteosyntéza Jádro replikace a transkripce DNA syntéza RNA

Lyzosomy hydrolýza proteinů, sacharidů, lipidů a nukleových kyselin Peroxisomy oxidační reakce vyžadující O2 využití peroxidu vodíku degradace MK s dlouhým řetězcem (od C20)

Cyklus sytost-hlad (starve-feed cycle) popis vzájemného propojení metabolických drah za různých podmínek spolupráce různých tkání viz také http://www2.eur.nl/fgg/ow/coo/bioch/#english (Metabolic Interrelationships)

1) po jídle Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

2) počátek hladovění Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

3) hladovění Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

4) těsně po najedení Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Množství glykogenu v játrech během dne Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

PO JÍDLE HLADOVĚNÍ hormony odpověď organismu  inzulin  glukagon, adrenalin, kortizol odpověď organismu  glykémie  lipogeneze  proteosyntéza  glykémie  lipolýza  ketogeneze  proteolýza

PO JÍDLE HLADOVĚNÍ hormony odpověď organismu zdroj glukózy  inzulin  glukagon, adrenalin, kortizol odpověď organismu  glykémie  lipogeneze  proteosyntéza  glykémie  lipolýza  ketogeneze  proteolýza zdroj glukózy z potravy ze zásob (glykogen) z glukoneogeneze osud glukózy glykolýza tvorba zásob

z TAG přijatých potravou PO JÍDLE HLADOVĚNÍ zdroj MK z TAG přijatých potravou ze zásobních TAG osud MK -oxidace syntéza TAG  -oxidace ketogeneze

z TAG přijatých potravou PO JÍDLE HLADOVĚNÍ zdroj MK z TAG přijatých potravou ze zásobních TAG osud MK -oxidace syntéza TAG  -oxidace ketogeneze zdroj AMK z potravy ze svalových proteinů osud AMK proteosyntéza oxidace lipogeneze glukoneogeneze

Metabolismus amoniaku: význam glutaminu syntéza nukleotidů ( nukleové kyseliny) detoxikace aminodusíku (transport -NH2) syntéza citrulinu (propojení s močovinovým cyklem):  příjem proteinů potravou (za sytosti) nebo  degradace proteinů tělu vlastních (hladovění)  koncentrace glutaminu

=  detoxikace NH3 pocházejícího z proteinů enterocyt: Gln  citrulin  krev  ledviny ledviny: citrulin  Arg  krev  játra játra: Arg  urea + ornithin ornithin → zvýšená rychlost SYNTÉZY MOČOVINY =  detoxikace NH3 pocházejícího z proteinů

Obecné principy regulací katabolické / anabolické dráhy poslední krok všech regulací: změna koncentrace aktivního enzymu (= regulační = klíčový enzym) regulační enzymy většinou alosterické katalyzují silně exergonickou reakci (nevratná!) nízká koncentrace v buňce

I. Regulace na úrovni organismu přenos signálu mezi buňkami (signální molekuly) přenos signálu přes buněčnou membránu ovlivnění aktivity enzymu: indukce genové exprese → syntéza enzymu mezipřeměna již existujících enzymů (fosforylace / defosforylace)

II. Regulace na úrovni buňky kompartmentace metabolických drah změna celkové koncentrace enzymu (na úrovni syntézy nového enzymu ) změna aktivity enzymu (již existující enzym je aktivován nebo inaktivován)

1. Kompartmentace metabolických drah transport látek mezi kompartmenty různá distribuce enzymů různá distribuce substrátů a produktů ( transport) transport koenzymů následné procesy probíhají nedaleko od sebe

2. Syntéza nové molekuly enzymu: indukce substrátem nebo represe produktem (na úrovni transkripce) příklady: xenobiotika  indukce cyt P450 hem  represe delta-aminolevulát syntázy

3. Změna aktivity již existujícího enzymu ve vztahu k enzymové kinetice koncentrace substrátů ( Km) dostupnost koenzymů využití produktů změny pH substrátová specifita - různá Km

3. Změna aktivity již existujícího enzymu aktivace nebo inaktivace enzymu kovalentní modifikace enzymů mezipřeměna: fosforylace / defosforylace štěpení prekurzorů (proenzym, zymogen) modulace aktivity pomocí modulátorů (ligandů): inhibice zpětnou vazbou (feed back) vzájemná regulace mezi drahami (cross regulation) regulace krokem vpřed (feed forward)

Fosforylace / defosforylace některé enzymy jsou aktivní pokud jsou fosforylované, jiné jsou inaktivní fosforylace: proteinkinázy donorem fosfátu je makroergní sloučenina (ATP!) defosforylace proteinfosfatáza produktem je anorganický fosfát!

Reverzibilní kovalentní modifikace: fosforylace proteinkinázou defosforylace proteinfosfatázou B) fosforylovaný enzym je buď aktivní nebo inaktivní (různé enzymy jsou ovlivňovány různě) Obrázek převzat z http://stallion.abac.peachnet.edu/sm/kmccrae/BIOL2050/Ch1-13/JpegArt1-13/05jpeg/05_jpeg_HTML/index.htm (prosinec 2006)

Modulátory enzymové aktivity (aktivátory, inhibitory) izosterická modulace: kompetitivní inhibice alosterická modulace: změna Km nebo Vmax T-forma (méně aktivní) nebo R-forma (více aktivní) významné modulátory: ATP / ADP