www.pandm.prv.pl 1 1 Biochemia=bios

www.pandm.prv.pl
1
Biochemia=bios-życie+chemia
Nauka badająca skład chemiczny organizmów żywych oraz zachodzące w nich procesy
metaboliczne(anaboliczne i kataboliczne) oraz regulacje tych przemian, utrzymujące
homeostazę ustrojową zarówno w dojrzałych organizmach, jak i podczas całego rozwoju
embrionalnego.
Prawa biochemii:
1.Na przemiany biochemiczne. Składają się wszystkie reakcje zachodzące w żywych
układach
2 Żywym układem jest zarówno komórka jak i cały organizm
3. Każdy układ żywy jest utworzony przez zespół niemal identycznych elementów
składowych –cząsteczek organicznych i nieorganicznych
4.Układy żywe podlegają prawom chemii i fizyki
5. Reakcje biochemiczne są katalizowane przez enzymy
6. Enzymy to białka katalityczne
6.1 Rybozymy są RNA katalitycznymi
7.Słońce-podstawowe źródło energii dla życia na Ziemi
8.Procesy biochemiczne są kontynuowane z uwolnieniem energii
9.ATP jest wspólną walutą energii, wymienialną we wszystkich formach życia
10.W metabolizmie tlen organiczny
11.Siła protonomotoryczna dostarcza energii do syntezy ATP w:
a)oksydacyjnej fosforylacji u tlenowców
b)fosforylacji fotosyntetycznej u org. fotosyntetyzujących
12.Hydroliza ATP dostarcza energii dla utrzymania gradientów. Gradienty jonowe
dostarczają energii dla transportu metabolitów
13. NADH jest nośnikiem H2 (protonów i elektronów) w większości procesów
katabolicznych NADPH jest nośnikiem wodoru lub reduktorem w większości procesów
anabolicznych
14.Aktywne monomery są prekursorami dla reakcji kondensacji i polimeryzacji
15.Reakcje kondensacji i polimeryzacji generują pirofosforany nieorganiczne, których
następcza hydroliza katalizowana przez pirofosfatazy służy podtrzymaniu kierunków tych
reakcji biochemicznych aż do ich zakończenia-dlatego powstaje ATP z 2
wysokoenergetycznymi wiązaniami
16.Struktura 1-rzędowa białek rządzi 2- i 3-rzędową
17.Biocząsteczki, które oddziałują interaktywnie ze sobą mają uzupełniającą się
strukturę(teoria zamka i klucza)
18. Enzymy mogą być regulowane przez czynniki niekowalencyjne lub allosteryczne oraz
przez modyfikacje kowalencyjne np. fosforylacja
19. Regulacje metabolizmu i cząsteczki o aktywności regulacyjnej (np. efektory
allosteryczne) postępują szablonowo w sensie fizjologicznym i stanowią molekularną logikę
komórki
20. Różne formy życia nieustannie ewoluują do nieznacznie różniących się form, barziej
skutecznie zaadaptowanych do rozmnażania
21.DNA-cząsteczka dziedziczności
22.U niektórych wirusów RNA cząst. Dziedziczności
23.DNA-antyrównoległa, podwójna helisa ze sparowanymi zasadami
24.Biosynteza DNA-semikonserwatywna
25.Przepływ informacji we wszystkich podstawowych schematach żywych org. jest z DNA
do RNA, z RNA na białko (z pokolenia na pokolenie)
1
www.pandm.prv.pl
26.U niektórych wirusów z RNA do DNA
27.Kod genetyczny trójkowy i odczyt z mRNA 5’do 3’
28.Kod genetyczny jest uniwersalny
29.Komplementarne parowanie zasad nukleotydów jest antyrównoległe
30.Reakcje wydłużania kw. nukleinowych zachodzą zawsze w kierunku 5’-3’
31.Reakcje wydłużania aminokwasów w syntezie białka zachodzi zawsze od końca
aminowego do karboksylowego
32.Geny eukariota są nieciągłe (przerywane)
33.Sekwencje intronowe w RNA są usuwane w reakcji składania eksonów (splicing)
2
SYGNALIZACJA MIĘDZYKOMÓRKOWA. WYKORZYSTYWANIE ENERGII ATP
HORMONY-biologicznie czynne, aktywne przekaźniki chemiczne uczestniczące w
sygnalizacji miedzykomórkowej
· regulują metabolizm, wzrost, reprodukcję
·wytwarzane i wydzielane przez: -gruczoły wewnątrzwydzielnicze (hormony klasyczne)
-komórki neurosekrecyjne (neurohormony)
-wyspecjalizowane komórki obecne w tkankach
niegruczołowych
Klasyczne gruczoły (endokrynne) są uwalniane do układu krążenia dzięki czemu docieraja do
poszczególnych komórek w organizmie. Hormon po dotarciu do powierzchni komórki staje
się informacją- sygnałem . może być odebrany, przetworzony, po czym komórka inicjuje
kaskady reakcji enzymatycznych:
wiązanie liganda
aktywacja receptora transdukcja sygnału aktywacja
efektora
osłabienie sygnału
dwa pierwsze etapy różnią się dla rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych w wodzie hormonów
Szlak wewnątrzkomórkowy podąża podobnie w większości komórek i często korzysta z tych
samych kaskad enzymatycznych bez względu na typ cząsteczki sygnałowej
Rodzaje przekazywania hormonów przez komórki:
·autokrynia- działa na tę samą komórkę przez którą jest wydzielany
·parakrynia- działa na komórkę leżącą w pobliżu
·endokrynia- działa na komórkę oddaloną od siebie
·justykrynia- adhezja komórek
Kanały jonowe są otwierane po związaniu liganda np. neuroprzekaźnika lub hormonu.
Transdukcja sygnału hormonalnego i efekt biologiczny wymagają:
1. Aktywacji receptora
2. Białka G- wykazują aktywność GTPazową, znaczenie w pośrednictwie między efektorem a
receptorem
3. Efektora
4. Wtórnych przekaźników (aktywacja kinaz- uczestniczą w fosforylacji)
5. Specyficznych kinaz białkowych
6. Fosforylacji- defosforylacji
7. Odpowiedzi komórkowej
Białka G są przełącznikami cząsteczek efektorowych
Są trimerami (podjednostki α –zawiera GDP, β γ ) po kilku sekundach podjednostka α
inaktywuje się- wymienia GTP na GDP i łączy się z kompleksem βγ. Białko G dysocjuje.
Dopóki ligand jest w receptorze cykl może się powtarzać.
Występują 2 grupy cyklaz: jedna do aktywacji wymaga kalmoduliny (białka wiążącego
wapń), druga nie.
2
www.pandm.prv.pl
Współdziałanie podobnych enzymów z receptorem inhibitorowym (wiążącym np. adrenalinę,
somatostatynę, prostaglandyny) białka G prowadzi do zahamowania cyklazy adenylowej i
spadku stężenia cAMP
Hormon pobudzający- adrenalina( receptorβ)
Hormon hamujący- adrenalina (receptor α2)
Cząsteczki informatorów 2 rzędu (wtórne przekaźniki) wszystkie poza Ca są wytwarzane
przez efektory. Wzmacniają sygnał inicjowany przez aktywację receptora hormonem, są
zwykle aktywne przez krótki czas, są inaktywowane przez swoiste mechanizmy. Wtórne
przekaźniki odgrywają rolę w sygnalizacji i wymianie informacji Są to: cAMP, cGMP, 1,4,5trifosforan, diacyloglicerol-DAG, jony wapnia
cAMP
-wtórny przekaźnik w szlaku sygnalizacji komórkowej
-stężenie cAMP w komórce szybko wzrasta w regulacji pozytywnej a maleje w regulacji
negatywnej
-powstaje z ATP (udział cyklazy adenylowej błony komórkowej) a rozkładany jest przez
aktywną fosfodiestrazę
Rola cAMP:
-regulacyjna
-katalityczna
-aktywuje fosfotransferazy
Toksyny krztuśca i cholery działają na poziomie białka G
Toksyna cholery- kowalencyjna modyfikacja białka Gs (hamuje powrót białka G w stan
nieaktywny)
Toksyna krztuśca- kowalencyjna modyfikacja białka Gi
Gs- stymulacja cyklazy adenylanowej
Gi- hamowanie cyklazy adenylanowej
IP3 i DAG
-Powstają z prekursorowej cząsteczki i fosfatydyloinozytolu
-Przekształcane w wyniku oddziaływań hormonów z receptorami do PIP i PIP2
-Hydroliza PIP2 przez fosfolipazę C dostarcza DAG i IP3
-DAG pozostaje w błonie i aktywuje kinazę białkową C
-IP3 rozpuszcza się w wodzie, przechodzi do cytoplazmy, wiąże się z receptorem RI w błonie
ER, aktywuje uwalnianie Ca2+ do cytoplazmy, wapń aktywuje receptory RR, które po
aktywacji powodują dalsze uwalnianie Ca2+ z siateczki –narastająca fala wapniowa- wygasa
gdy zapasy Ca wyczerpią się
Wapń
Wtórny przekaźnik, aktywator kinaz dzięki bezpośredniemu wiązaniu ze swoistymi
miejscami w kinazach, a wiążąc się z wyspecjalizowanymi białkami np. kalmoduliną
reguluje aktywność kinazy
Stężenie Ca w cytoplazmie jest na niskim poziomie(10 –7mol/l)
Przykład szlaku sygnalizacyjnego Ca w komórkach nerwowych gdzie depolaryzacja błony
powoduje napływ Ca2+ do kolbki presynaptycznej inicjuje wydzielanie neurotransmiterów do
szczeliny synaptycznej
W komórce szlak sygnalizacji Ca pojawia się dzięki sygnałowi generowanemu na
powierzchni komórki
Kompleks hormon- receptor nie oddziałuje bezpośrednio na efektor- cyklazę adenylanową,
cGMP
Białka G bezpośrednio kontrolują aktywność efektorów. Składają się z 3 podjednostek αβγ i
GDP- brak hormonu w receptorze. Podjednostka Gs-GDP nie jest zdolna do aktywacji
cyklazy
3
www.pandm.prv.pl
αGs-GTP ma aktywność GTPazową, hydrolizuje GTP do GDP – powrót do formy
nieaktywnej
Hormony działajace przez kinazy tyrozynowe – np. insulina. O wrażliwości komórki na
insulinę decyduje obecność receptorów na jej powierzchni (liczba receptorów jest obniżona i
funkcja upośledzona w cukrzycy typu 3- odporna na insulinę) Receptor insuliny- tetramer2α2β
Podjednostki α- od strony zewn. błony komórkowej, tworzą miejsce wiązania insuliny
Podjednostki β- są zależną od insuliny kinazą tyrozynową
GLUT4- nośnik glukozy do wnętrza komórki, zależny od insuliny w tkance tłuszczowej i
mięśniowej
GLUT1-3- niezależne od insuliny, rezydują w błonie komórkowej innych tkanek na stałe
3
METABOLIZM-UTLENIANIE I GENEROWANIE ENERGII
METABOLIZM- przemiana materii, suma wszystkich reakcji chemicznych zachodzących w
komórkach organizmu
KATABOLIZM- grupa procesów i ciągów reakcji prowadzących do rozpadu- dostarczają
energię
ANABOLIZM- szlaki metaboliczne prowadzące do syntezy większych cząstek z
mniejszych- pochłaniają energię
Strategia metabolizmu sprowadza się do:
·
Syntezy ATP i wytwarzania potencjału redukcyjnego (NADPH+H+)
·
Syntezy elementów budulcowych do różnego rodzaju biosyntez
ATP nie jest trwały, ma bogate energetycznie wiązania bezwodnikowe, uwalnia energięok.27kJ
Fosfokreatyna- wyższy zapas łatwo dostępnej energii, rozpada się na kreatynę (zostaje
uwolniony pirofosforan)
Reakcje kataboliczne:
białka
wielocukry
tłuszcze
aminokwasy
cukry proste
kw. tłuszcz., glicerol
NH3
glukoza
CO2
H2O
produkty zbędne
W reakcjach katabolicznych zachodzi degeneracja żywności i biochemiczna produkcja energii
Ostatecznymi produktami katabolizmu są: CO2, H2O, ATP
ATP – uniwersalnym nośnikiem energii o wysokim potencjale przenoszenia fosforanów, co
jest wykorzystane jako źródło energii podczas skurczu mięśni, aktywnym transporcie,
wzmacnianiu sygnałów, biosyntezach
Hydroliza ATP powoduje wzrost stosunku stężenia produktów do substratów ok. 100mln
razy, reakcje termodynamicznie niekorzystne ulegają przekształceniu w korzystne
ATP wytwarza w utlenianiu glukozę, kw. tłuszcz. i aminokwasy w wyniku fosforylacji
wymagającej O2
Fosforylacja substratowa też dostarcza energię (nawet w warunkach beztlenowych).
Intermediatem jest acetylo-CoA
Jednostka acetylowa ulega utlenieniu do CO2 w cyklu Crebsa i tworzy się równoważnik
redukcyjny NADH2 i FADH2
CYKL CREBSA
Odpowiada za 2/3 całkowitego utleniania związków węgla
CO2 otrzymany z grupy acetylowej i atomów O2 pochodzacych z H2O jest wydalany jako
produkt zbędny NADH+H+ i FADH2 przekazują protony i elektrony na łańcuch oddechowy
4
www.pandm.prv.pl
Energia zmagazynowana w wysokoenergetycznych elektronach NADH+H+ i FADH2
wykorzystywana jest do syntezy ATP z ADP podczas fosforylacji oksydacyjnej, która może
funkcjonować tylko w warunkach tlenowych
Istotą cyklu Crebsa jest dostarczenie równoważników transportujących wysokoenergetyczne
elektrony na tlen, powstaje 1cz GTP oraz ATP. Służy generowaniu ATP dzięki dostarczaniu
NADH+H+ i FADH2, dostarcza intermediatów do biosyntez
Lokalizacja cyklu Crebsa -matrix mitochondrialne, łańcuch oddechowy- wewn. błona
mitohondrium
Do wnętrza mitochondrium musi być dostarczony tlen- ostatni akceptor elektronów
ŁAŃCUCH ODDECHOWY
Przenośnikiem jest NADH, zachodzi zmiana energii swobodnej, potencjał redoks substancji
jest miarą jej powinowactwa do elektronów. Różnica potencjałów wynosi 1140mV. W
normalnych warunkach transport elektronów z NADH+H+ do O2 jest bardzo korzystny
G= -109kJ/mol
Występują 4 kompleksy enzymatyczne:
1.
dehydrogenaza NADH
FMN
Fe-S
ubichinon
2.
bursztynian
[ FAD
Fe-S ]
ubichinon
dehydrogenaza bursztynianowa
3.
koenzym Q cytochrom c / reduktaza UQ-cyt c1
4.
oksydaza cytochromowa
1,3,4- są pompami protonowymi
2- nie jest
Transport elektronów powoduje powstanie gradientu protonowego. Całkowity gadient składa
się z dużej siły wynikającej z potencjału błonowego, mniejszej siły wynikającej z gradientu
stężenia H+. Obie siły tworzą całkowitą siłę protonomotoryczną –wywiera presję na powrót
H+. Wykorzystanie gradientu protonowego do syntezy ATP umożliwia syntaza w błonie.
Enzym tworzy hydrofilową drogę w poprzek wewn. błony, pozwala na przepływ protonówsą one użyte do niekorzystnej reakcji między ADP i Pi dostarczając ATP
Transportowi 2 elektronów do łańcucha oddechowego przez NADH2 towarzyszy powstanie
3cz. ATP, a przez FADH2 2cz. Syntaza ATP może syntetyzować ATP wykorzystując
gradient H+ i pompować protony wbrew gradientowi elektrochemicznemu. Kierunek
działania zależy od wielkości elektrochem. gradientu protonowego. Regulacja szybkości
fosforylacji oksydacyjnej przez poziom ADP nazywa się kontrolą oddechową.
Wydajność przekształcania energii utleniania w wysokoenergetyczne wiązania ATP jest rzędu
40%. Wydajne wykorzystanie energii swobodnej oddychania jest możliwe tylko w małych
porcjach, dlatego w skład szlaków utleniania wchodzi tyle intermediatów
Bilans: 3NADH+H+ 3*3=9ATP
1FADH2
1*1=2ATP
1GTP
1ATP
=10ATP
Inhibitory transportu elektronów:
·
rotenon, amytal, amobarbital - hamują transport w kompleksie 1 uniemożliwiając
wykorzystanie NADH+H+ jako substratu
·
karboksyna – uniemożliwia wykorzystanie FADH2 z dehydrogenazy bursztynianowej
·
antymycyna A – hamuje przepływ w oksydazie cytochromowej
*cyjanek i azydek – reagują z formą żelazową hemu a3
*tlenek węgla – reaguje z formą żelazawą hemu a3
Rozprzęgacze fosforylacji oksydacyjnej to rozpuszczalne w lipidach substancje, przenoszą
protony na druga stronę błony mitochondrialnej np.2,4-dinitrofenol (DNP) W ich obecności
5
www.pandm.prv.pl
elektrony są transportowane lecz brak syntezy ATP- siła elektromotoryczna uległa
rozproszeniu
·
oligomycyna – hamuje przejście protonów przez syntazę ATP do matrix
mitochondrialnej
Rozprzęganie fosforylacji oksydacyjnej może być zjawiskiem biologicznie korzystnym. Służy
jako źródło ciepła do utrzymania stałej temperatury u zwierząt hibernujących, u ssaków
przystosowanych do niskich temperatur. Tkanka tłuszczowa brunatna jest bogata w
mitchondria z termogeninami – białkami rozprzęgającymi.
4
METABOLIZM WĘGLOWODANÓW - PRZEMIANY ODPOWIADAJĄCE ZA
GENEROWANIE ENERGII W ATP
Glukozo-6-fosforan
Glukozo-1-fosforan
szlak pentozowy
Glikoliza
6-fosfopirogronian
Glikogen
pirogronian
Fruktozo-6-fosforan
Pirigronian
W warunkach beztlenowych w mięśniach powstaje mleczan i alanina. W wątrobie mleczan
przekształcany jest w cukier w procesie glukoneogenezy
Fosforoliza glikogenu:
Pi
Glikogen
glukozo-1-fosforan + glikogen
fosforylaza
glikogenowa
mutaza- przekształca glukozo-1-fosforan w glukozo-6-fosforan, produktem przejściowym jest
glukozo-1,6-bisfosforan
Glikogen jest polisacharydem rozwidlonym
Na hydrolizę łańcucha działają:
·
fosforylaza ( uwolnionych 8 cząsteczek glukozo-1-fosforanu)
·
transferaza (przenosi 3 reszty z miejsca rozwidlenia)
·
α-1,6-glukozydaza (uwolniona 1 cząsteczka glukozy)
Glikoliza –tor przemian katabolicznych monosacharydów
W OUN w warunkach tlenowych powstaje: CO2 + H2O
W mięśniach szkieletowych w warunkach beztlenowych powstaje mleczan
w warunkach tlenowych powstaje: CO2 + H2O
W erytrocytach w warunkach beztlenowych powstaje mleczan
glikoliza
2ATP
1cz glukozy
fruktozo-1,6-bisfosforan
2cz aldehydu 3fosfoglicerynowego
zainwestowana energia
rozszczepienie 6-węglowego cukru do 2cz 3-węglowego
później odzyskana
2cz pirogronianu
faza uzyskiwania energii
2 NADH
4 ATP
fosforylacja substratowa zachodzi gdy nie ma fosforylacji oksydacyjnej, bo nie ma tlenu
Glikoliza zachodzi w cytoplazmie
Podczas aktywacji glukozy – strata energii
W wątrobie – glukokinaza (ma dużą wartość Km)
6
www.pandm.prv.pl
W mięśniach – heksokinaza (mała wartość Km)
W warunkach beztlenowych brak możliwości regeneracji NAD, dlatego zachodzi utlenianie
pirogronianu, powstaje mleczan i etanol
Wynik netto glikolizy: 2cz ATP i 2cz NADH(w warunkach beztlenowych)
2cz pirogronianu
W warunkach beztlenowych:
Pirogronian
mleczan
NADH+H+
NAD+
dehydrogenaza
mleczanowa
glukoza
2ADP
2NAD+
NAD+
glikoliza
2ATP
2NADH+H+
2cz pirogronianu
regeneracja
Produkcja mleczanu jest ślepym zaułkiem metabolizmu. Dalsze losy mogą zajść po jego
przekształceniu w pirogronian. Powód: regeneracja NAD+. Komórki tworzące mleczan
przekazują część obciążenia metabolizmu na wątrobę.
Cykl Corich – przekształcenie mleczanu w glukozę w wątrobie
Wątroba
Mięśnie
Glukoza
glukoza
6-P
K
2-P glikoliza
glukoneoR
geneza
Pirogronian E
pirogronian
W
Mleczan
mleczan
Glikoliza w erytrocytach to krótkie obejście głównego szlaku. Wytwarzany jest intermediat –
2,3-bisfosfoglicerynian
Oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu do acetylo-CoA:
Glukoza
Pirogronian
Kompleks dehydrogenazy pirogronianowej
Acetylo-CoA
CO2
lipidy
Porównanie regeneracji cytoplazmatycznych NAD w różnych tkankach:
·
beztlenowa glikoliza w pracujących mięśniach i erytrocytach
NADH+H+
pirogronian
NAD
mleczan
·
mostek glicerolo fosforanowy (glikoliza tlenowa w mięśniach i mózgu)
·
mostek jabłczanowo-asparaginianowy (glikoliza tlenowa w wątrobie i sercu)
Bilans energetyczny całkowitego spalania glukozy do CO2 i H2O:
w mięśniach szkieletowych = 36ATP
w sercu = 38ATP
Fosfofruktokinaza – enzym kluczowy w kontroli glikolizy
Efekt Pasteura – inhibicja (ok.7x) glikolizy przez oddychanie tlenowe, wynika głównie z
inhibicji fosfofruktokinazy przez cytrynian, ATP, H+
Silnym allosterycznym aktywatorem fosfofruktokinazy wątrobowej jest fruktozo-2,6bisfosforan, działa przez zwiększenie powinowactwa enzymu do fruktozo-6-fosforanu i
osłabienie hamującego efektu ATP
7
www.pandm.prv.pl
Alternatywne drogi katabolizmu glukozy – szlak pentozofosforanowy w tk. tłuszczowych ,
erytrocytach, korze nadnerczy, gruczołach mlecznych. Produkty: NADPH+H+ (do biosyntezy
kwasów tłuszczowych i sterydów, utrzymuje glutation w stanie zredukowanym oraz
regularność błon komórkowych) i rybozo-5-fosforan (składnik RNA, DNA, FAD, ATP,
koenzymu acetylo-CoA). Jest też szlakiem przemian pentoz do fruktozo-6-fosforanu i
aldyhydu 3-fosfoglicerynowego
Translokaza i transadenolaza odpowiadają zaz wiązanie cyklu fosfopentozowego z glikoliząy
5
GLUKONEOGENEZA I METABOLIZM TŁUSZCZÓW
Glukoneogeneza – synteza glukozy z prekursorów niecukrowych. Zachodzi w wątrobie oraz
warstwie korowej nerek (1/10 produkcji watrobowej)
Glukoza jest podstawowym materiałem energetycznym mózgu (dzienne zapotrzebowanie
120g), ważnym materiałem energetycznym erytrocytów, zawartość w płynie ustrojowym ok.
20g, ilość łatwo dostępnej glukozy z glikogenu ok. 190g, zapasy glukozy pokrywają
zapotrzebowanie na 1 dzień dlatego organizm wytwarza glukozę z niewęglowodorowych
prekursorów.
Nie jest odwrotnością glikolizy
Prekursory niecukrowe glukozy: mleczan, aminokwasy (alanina), glicerol – jako pirogronian,
szczawiooctan, fosfodihydroksyaceton
Enzymy glukoneogenezy są zlokalizowane w cytoplazmie z wyjątkiem karboksylazy
pirogronianowej obecnej w mitochondriach i glukozo-6-fosfatazy związanej z wewn. stroną
błony ER
Enzymy glikolizy: heksokinaza, fosfofruktokinaza, kinaza pirogronianowa
Enzymy glukoneogenezy: glukozo-6-fosfataza, fruktozo-1,6-bisfosforan, karboksykinaza
fosfoenolopirogronianowa, karboksylaza pirogronianowa
Pirogronian
szczawiooctan – fosfoenolopirogronian
(reakcja nieodwracalna)
Karboksylaza pirogronianowa – grupą prostetyczną jest biotyna. Biotyna ulega karboksylacji
gdy acetylo-CoA wiąże się z enzymem. Acetylo-CoA jest aktywatorem allosterycznym
karboksylazy pirogronianowej
1 etap – z ATP do atomu N-1 biotyny – enzymu – przyłączany jest CO2 i powstaje
karboksybiotyna
2 etap – grupa karboksylowa przekazana na pirogronian
duże stężenie acetylo-CoA to sygnał że są potrzebne większe ilości szczawiooctanu. Gdy jest
dużo ATP szczawiooctan zużywany jest w glukoneogenezie, gdy brak ATP szczawiooctan
łączy się z acetylo-CoA i wchodzi w cykl Crebsa
Glukoza powstaje w ostatnim etapie glukoneogenezy w świetle ER:
·
glukozo-6-fosforan przenoszony jest przez białko T1 do światła ER
·
ulega hydrolizie do glukozy z udziałem glukozo-6-fosfatazy
·
glukoza i P1 są przenoszone do cytoplazmy za pomocą pary białek transportujących
·
nośnik glukozy - zbliżony do typu białek w błonie komórkowej (GLUT)
·
potrzeba 5 białek do przekształcania cytoplazmatycznego glukzo-6-fosforanu w glukozę
·
mózg i mięśnie nie zawierają glukozo-6-fosfatazy dlatego wolna glukoza nie może być
wytwarzana w tych organach
Przeciwstawna regulacja glukoneogenezy i glikolizy w wątrobie:
·
gdy 1 proces nieaktywny, 2 bardzo aktywny
·
szybkość glikolizy zależy od stężenia glukozy, a szybkość glukoneogenezy od stężnia
mleczanu i innych prekursorów glukozy
·
stężenie fruktozo-2,6-bisfosforanu jest duże w stanie syntezy pokarmu a małe w głodzie
8
www.pandm.prv.pl
Podczas głodowania dominuje glukoneogeneza
W sytości, po posiłku uwalniana jest insulina – stymuluje ekspresję fosfofruktokinazy
pirogronianowej i dwufunkcyjnych enzymów wytwarzających i degradujących fruktozo-2,6bisfosforan
PRZEMIANY I TRANSPORT LIPOPROTEIN DO OSOCZA
Wątroba jest miejscem tworzenia lipoprotein o bardzo małej gęstości – VLDL
transportujących triacyloglicerole z wątroby do innych tkanek oraz lipoproteiny o dużej
gęstości – HDL -„dobry”
Cholesterol, transportujący nadwyżki cholesterolu z innych tkanek do wątroby
Enzymy uczestniczące w trawieniu tłuszczowców: trzustkowa lipaza, lipaza lipoproteinowa
(rozkłada triacyloglicerole chylomikronów, VLDL), lipaza wątrobowa, fosfolipazy AA AD C
D (substratamisą fosfolipidy)
Kwasy tłuszczowe jako źródło energii:
Triacyloglicerole magazynują skondensowaną energię – są zredukowane. Utlenienie 1g
kwasu tłuszczowego wyzwala 37,7kJ, a cukru lub białek 16,7kJ. Są hydrolizowane z
udziałemlipaz kontrolowanych przez cAMP. Kwasy tłuszczowe rozkładają się przez kolejne
usuwanie jednostek dwuwęglowych. Przed utlenieniem są wiązane z koenzymem A
Karnityna – przenosi zaktywowane, długołańcuchowe kwasy tłuszczowe do matrix
mitochondrialnej, pośredniczy trtanslokaza
Transport acylokarnityny do mitochondrium jest sprzężony z przenoszeniem karnityny.
Karnityna nie jest potrzebna, by średniołańcuchowe kwasy tłuszczowe (C8 i C10) acylo-CoA
wnikały do mitochondrium
Beta-oksydacja kwasów tłuszczowych
W każdym cyklu następuje utlenianie – katalizuje dehydrogenaza CoA
uwodnienie – katalizuje hydrataza enolo-CoA
utlenianie – dehydrogenaza L-3-hydroksyaculo-CoA
tioliza – acetytransferaza acetylo-CoA (B-ketotiolaza)
Każdy obrót cyklu utleniania dostarcza acetylo-CoA, NADH+H+, FADH2
Podczas całkowitego utleniania palmitynianu powstaje 13ATP
W procesie aktywacji palmitynianu zużywane są 2 wysokoenergetyczne wiązania
fosforanowe (ATP – AMP+Pi)
Netto dostarcza 129ATP
jeśli dominuje rozkład tłuszczów powstają ciała ketonowe
Niedobór węglowodanów w diecie – małe stężenie szczawiooctanu, bo zużywany jest do
syntezy glukozy (przycukrzyca, głód) w glukoneogenezie – niedostępny do kondensacji z
acetylo-CoA (acetylo-CoA wykorzystany do tworzenia acetooctanu, acetonu, D3hydroksymaślanu)
Acetooctan – głównym miejscem ketogenezy są mitochondria watroby, skąd acetooctan i 3hydroksymaślan dyfundują do krwi, są transportowane do tkanek obwodowych
Acetooctan i 3-hydroksymaślan są źródłem energii w procesie oddychania. Mogą ulec
przekształceniu do 2cz acetylo-CoA – do cyklu Crebsa
Mięsień sercowy i kora nerki preferują acetooctan a nie glukozę
Długotrwałe głodowanie – acetooctan pokrywa zapotrzebowanie mózgu na materiał
energetyczny w 75% Duże stężenie w krwi – dostatek jednostek acetylowych, zmniejszenie
szybkości lipolizy.
Metabolizm ciał ketonowych
Z 1 mola acetylo-CoA powstaje 12 moli ATP w cyklu Crebsa i łańcuchu oddechowym,
przekształcając ß-hydroksymaślan w acetooctan dostarczając NADH
Synteza kwasów tłuszczowych zachodzi w cytoplazmie. Enzymy uczestniczące – syntazy
kwasów tłuszczowych. Intermedianty biosyntezy są wiązane kowalencyjnie. Kwasy
9
www.pandm.prv.pl
tłuszczowe są wydłużane przez kolejne dobudowywanie jednostek dwuwęglowych.
Aktywowanym donorem jest malonylo-ACP. Reakcja przebiega kosztem energii z
dekarboksylacji – uwolnienie CO2. Związkiem redukującym jest NADPH+H+. Elongacja
katalizowana jest przez wieloenzymowy kompleks, wstrzymana na etapie zsyntetyzowania
16-węglowego palmitynianu. Do tworzenia malonylo-CoA potrzebne są węglowodany.
Kluczowym miejscem kontroli w syntezie kwasów tłuszczowych jest karboksylaza acetyloCoa – powstaje wtedy malonylo-CoA
Cytrynian stymuluje karboksylazę acetylo-CoA. Przy nadmiarze ATP i acetylo-CoA
następuje wzrost stężenia cytrynianu – przyspieszenie syntezy kwasów tłuszczowych.
6
METABOLIZM TŁUSZCZOWCÓW I AMINOKWASÓW
Po posiłku – synteza kwasów tłuszczowych
Na czczo – utlenianie kwasów tłuszczowych w wątrobie
Glikogen
glukozo-6-fosforan
glukoza
Synteza kwasów
materiał
tłuszczowych
energetyczny
VLDL
Tłuszcze z wątroby są transportowane do tkanek – tłuszczowej – skąd kwasy są
transportowane do wątroby
Glukoza (z wątroby)
VLDL (z wątroby)
Glukoza
kwas tłuszczowy
Glicerolo-3-fosforan
tłuszczowce
acylo-CoA
trtiacyloglicerole
lipaza zależna od hormonu
gliecrol
kwas tłuszczowy
Synteza triacylogliceroli (schemat)
Synteza fosfolipidów (schemat)
Metabolizm sfingolipidów (schemat)
Biosynteza cholesterolu
2 acetylo-CoA
cholesterol
sole żółciowe
hormony steroidowe
Acetylo-CoA hamuje reduktazę HMG CoA
·
żywienie cholesterolem
·
głodzenie (brak substratów)
·
fosforylacja enzymu
·
glukagon
·
lowastatyna (lek z grupy statyn na choroby sercowo – naczyniowe)
Mewalonian aktywuje reduktazę HMG CoA
·
insulina, hormony tarczycyKwasy tłuszczowe powstają w wątrobie z cholesterolu.
Pierwotne magazynowane są w woreczku żółciowym np. kwas chenodeoksycholinowy, kwas
cholowy
Wtórne kwasy żółciowe – w jelicie np. kwas litocholowy, kwas deoksycholowy
Ulegają dekoniugacji i wchłanianiu zwrotnemu przez śluzówkę - w połączeniu z albuminami
wracają do wątroby –tzw. Krążenie wątrobowo-jelitowe
W wątrobie są sprzęgane z glicyną lub tauryną i wydzielane do żółci
Poza kwasami w żółci występuje cholesterol, sole żółciowe, fosfolipidy
Dużo cholesterolu w żółci – jest wytrącany w postaci kamieni żółciowych
10
www.pandm.prv.pl
Wydzielanie żółci do jelita jest główną drogą wydalania cholesterolu, bo u ludzi szkielet
steroidu nie może utleniać się do CO2 i H2O
Powstawanie hormonów steroidowych z cholesterolu
W komórkach nadnerczy cholesterol jest magazynowany w postaci estrów cholesterolu. Po
hydrolizie – wolny – jest przekształcany w progesteron
Cholesterol
Pregnenolm
Progestageny
Glukokortykoidy
mineralkortykoidy
androgeny
np. kortyzol
np. aldosteron
np. estrogeny
Synteza witaminy D (schemat)
Metabolizm aminokwasów
Pula aminokwasów – aminokwasy z diety i z proteolizy endogennych białek
Zmniejszenie puli wynika z katabolizmu aminokwasów, syntezy białka i innych związków
Całkowita utrata dzienna azotu poprzez mocz, skórę, kał jest równa całkowitej ilości azotu
dostarczonego do organizmu = równowaga azotowa organizmu u zdrowych i dorosłych osób
Jeśli straty azotu są mniejsze niż ilość dostarczanego do organizmu azotu – dodatni bilans
azotowy – u zdrowych rosnących dzieci i u rekonwalescentów
Jeśli straty azotu są większe niż ilość dostarczana do organizmu – ujemny bilans azotowy – u
ludzi ze schorzeniami prowadzącymi do zaniku tkanek oraz u ludzi głodujących. Może
zagrażać życiu. Gdy aktynomiozyna mięśni ulega degradacji uwalnia się 3-metylohistydyna
wydalana z moczem i jest miarą rozpadu białek mięśni
Aminokwasy mogą być substratami w utlenianiu biologicznym – transaminacja i
oksydeaminacja dostarczają łańcuchów węglowodorowych, które mogą być źródłem energii
Cykl mocznikowy – zachodzi w wątrobie, detoksykacja amoniaku do mocznika
Na wytwarzanie 1 cząsteczki mocznika są zużywane 2g amoniaku (2ATP) i 1g asparaginianu
(1ATP)
Losy szkieletu węglowego amoniaku:
·
aminokwasy ketogenne rozkładane do acetylo-CoA lub acetoacetylo-CoA – powstają
ciała ketonowe (leucyna, lizyna)
·
aminokwasy glukogenne rozkładane do pirogronianu lub metabolitu cyklu Crebsa a z
nich powstaje glukoza
Wyłącznie glukogenne: alanina, arginina, asparaginian, asparagina, cysteina, glutamina,
glutaminian, glicyna, histydyna, metionina, seryna, walina
Ketogenne i glukogenne: izoleucyna, fenyloalanina, treonina, tyrozyna, tryptofan
11