Metabolismus sacharidů Pavla Balínová

Zdroje glukózy ● z potravy (4 hodiny po jídle) ● z glykogenu (4 - 24 hodiny po jídle) ● z glukoneogeneze (dny po jídle, hladovění) Obrázek byl převzat z knihy: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997

Glykémie hladina glukózy v krvi fyziologická norma glykémie nalačno 3,3 – 5,6 mmol/l je velmi přísně regulována řadou hormonů (inzulín, glukagon, adrenalin, kortizol, …) po jídle může přechodně vystoupit až na 7,1 mmol/l

Vstup glukózy do buněk a) usnadněnou difúzí (GLUT 1 – 7) GLUT 1 – hematoencefalická bariéra, erytrocyty GLUT 2 – játra, β-buňky v pankreatu GLUT 3 – neurony GLUT 4 – kosterní a srdeční svalovina, tuková tkáň b) kotransportem s Na+ iontem (SGLT-1 a 2) tenké střevo, ledviny Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997.

Vliv inzulínu na cílové buňky Transport Glc do buněk je závislý na účinku inzulínu (GLUT-4) v následujících tkáních: srdeční a kosterní svalovina, tuková tkáň Obrázek byl převzat z http://www.mfi.ku.dk/ppaulev/chapter27/Chapter%2027.htm

Dráhy utilizace glukózy – glykolýza, pentózafosfátový cyklus, syntéza glykogenu Fosforylace glukózy po vstupu do buňky je Glc vždy fosforylována za vzniku Glc-6-P enzym hexokináza katalyzuje esterifikaci glukózy donorem fosfátové skupiny je ATP! enzym je inhibován nadbytkem Glc-6-P existují 2 isoenzymy katalyzující vznik Glc-6-P: hexokináza a glukokináza hexokináza má vyšší afinitu ke glukóze než glukokináza

Hexokináza vs. glukokináza KM hexokináza = 0,1 mM KM glukokináza = 10 mM Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/glycolysis.html

Glykolýza · produkt: pyruvát (event. laktát) · funkce: zdroj ATP ● substrát: Glc-6-P · produkt: pyruvát (event. laktát) · funkce: zdroj ATP · buněčná lokalizace: cytosol · orgánová lokalizace: všechny tkáně · regulační enzymy: 6-fosfofrukto-1-kináza je hlavním regulačním enzymem Regulační enzymy jsou aktivovány hormonem inzulínem!

ATP vzniká v glykolýze při přeměně: 1,3-bisfosfoglycerátu na 3-fosfoglycerát fosfoenolpyruvátu (PEP) na pyruvát Obě reakce jsou fosforylace na substrátové úrovni!

Schéma glykolýzy Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/glycolysis.html

Regulace glykolýzy Regulační enzymy – inhibice Fru-6-P ● Hexokináza – inhibice Glc-6-P ● Glukokináza - aktivace inzulínem – inhibice Fru-6-P ● 6-fosfofruktokináza-1 (PFK-1) – aktivace inzulínem,↑AMP / ATP, Fru-2,6-bisP - inhibice ↑ ATP /AMP, citrát ● Pyruvátkináza – aktivace inzulínem, Fru-1,6-bisP - inhibice glukagonem, ↑ ATP /AMP, acetyl-CoA

Přeměna pyruvátu na laktát je katalyzována laktátdehydrogenázou (LD) LD je lokalizována v mnoha tkáních a je známo 5 izoenzymů je vratná reakce: CH3-CO-COO- + NADH + H+↔ CH3-CH(OH)-COO- + NAD+ • probíhá zde regenerace redukovaného NADH + H+ zpět na NAD+ - velmi důležité v případě nedostatku kyslíku ve tkáních!

Pentózový cyklus (pentózafosfátová dráha) · substrát: Glc-6-P · produkt: CO2, NADPH + H+ · funkce: zisk NADPH + H+, zisk rib-5-P pro syntézu nukleotidů, vzájemné přeměny monosacharidů · buněčná lokalizace: cytosol · orgánová lokalizace: všechny tkáně · regulační enzym: glukóza-6-fosfátdehydrogenáza

Pentózový cyklus – v 1. fázi je Glc-6-P oxidován za vzniku Rub-5-P Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/pentose-phosphate-pathway.html

Pentózový cyklus – ve 2. fázi probíhají vzájemné přeměny monosacharidfosfátů Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/pentose-phosphate-pathway.html

Syntéza glykogenu (glykogeneze) · substrát: Glc-6-P · produkt: glykogen · funkce: skladování glukózy ve formě glykogenu · buněčná lokalizace: cytosol · orgánová lokalizace: zejména játra a kosterní sval, menší zásoby glykogenu mají i ostatní tkáně · regulační enzym: glykogensyntháza Enzym glykogensyntháza je inhibován fosforylací (glukagon v játrech a adrenalin ve svalech)!

Syntéza glykogenu Glc-6-P → Glc-1-P Glc-1-P + UTP → UDP-Glc + PPi Glykogensyntáza katalyzuje tvorbu 1→4 glykosidových vazeb. Větvení tedy vznik 1→6 glykosidových vazeb je zajištěno enzymem amylo-(1,4 – 1,6)- transglykosylázou („branching enzyme“). Obrázek byl převzat z: http://en.wikipedia.org/wiki/Glycogen

Degradace glykogenu (glykogenolýza) Dráhy sloužící k doplnění Glc do krve – degradace glykogenu a glukoneogeneze Degradace glykogenu (glykogenolýza) · substrát: glykogen · produkt: Glc-6-P · funkce: uvolnění Glc z glykogenu · buněčná lokalizace: cytosol · orgánová lokalizace: játra, kosterní svaly, ale i všechny ostatní tkáně · regulační enzym: glykogenfosforyláza Enzym glykogenfosforyláza je aktivován fosforylací, kterou indukují hormony glukagon a adrenalin. Naopak inzulín působí inhibičně.

Degradace glykogenu (glykogenolýza) Glykogen (n Glc) + Pi → Glc-1-P + glykogen (n - 1 Glc) Enzym glykogenfosforyláza (štěpení 1→4 vazeb v buňkách probíhá fosforolyticky, v GIT hydrolyticky), produktem je Glc-1-P Enzymy 4--glukanotransferáza a amylo- 1→6-glukosidáza („debranching enzyme“) štěpí úseky glykogenu s vazbou 1→6 Glc-1-P ↔ Glc-6-P fosfoglukomutáza Glc-6-P → Glc glukóza-6-fosfatáza (játra, ledviny, enterocyty)

Glukoneogeneze · substrát: laktát, pyruvát, alanin, glutamin, aspartát a jiné aminokyseliny, glycerol · produkt: Glc-6-P · funkce syntéza glukózy · buněčná lokalizace: matrix mitochondrie + cytosol · orgáová lokalizace: játra a ledviny · regulační enzymy: pyruvátkarboxyláza a fosfoenolpyruvátkarboxykináza

Schéma glukoneogeneze Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/gluconeogenesis.html

Obrázek byl převzat z http://www. biochem. arizona

Regulace glukoneogeneze Hormony: aktivace: kortizol, glukagon, adrenalin inhibice: inzulín Enzym pyruvátkarboxyláza aktivace: acetyl-CoA z β-oxidace MK → zdroj ATP Enzym fruktóza-1,6-bisfosfatáza aktivace: citrát, hladovění inaktivace: AMP, Fru-2,6-bisP Enzym glukóza-6-fosfatáza (v ER jater, ledvin a enterocytů!)

Cyklus Coriových Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/gluconeogenesis.html

Glukóza-alaninový cyklus Obrázek byl převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/gluconeogenesis.html

Metabolismus fruktózy Fru je složkou disacharidu sacharózy část Fru je v enterocytech přeměněna na Glc: Fru-6-P → Glc-6-P → Glc část Fru se vstřebá a dostává se do jater, kde je fosforylována: Fru + ATP → Fru-1-P + ADP enzymem fruktokinázou Fru-1-P je rozložen aldolázou na glyceraldehyd (GA) a dihydroxyacetonfosfát (DHAP) DHAP vstupuje do glykolýzy a GA po přeměně na glyceraldehyd-3-P také

Metabolismus galaktózy Gal je součástí disacharidu laktózy v tenkém střevě se vstřebává stejným mechanismem jako Glc → do jater v játrech je fosforylována za vzniku Gal-1-P: Gal + ATP → Gal-1-P + ADP enzymem galaktokinázou Gal-1-P je přeměněn na UDP-Gal: Gal-1-P + UTP → UDP-Gal + PPi uridyltransferázou UDP-Gal je využívána v syntéze laktózy v laktující mléčné žláze epimerizace UDP-Gal na UDP-Glc enzymem 4-epimerázou UDP-Glc může být použita v syntéze glykogenu, nebo v syntéze kys. glukuronové či glykoproteinů