+ OH

STRUKTURA A
METABOLISMUS
SACHARIDŮ
OBSAH
• Přehled strukturních forem sacharidů
• Glykoproteiny a glykosylace
• Transportéry glukosy přes plasmatickou membránu
• Glykolýza. Regulace glykolýzy
• Glukoneogeneze
• Regulace glykolýzy a glukoneogeneze
• Substrátové cykly
• Coriho cyklus
• Pentosafosfátová dráha
Struktura a základní vlastnosti monosacharidů
• Polyhydroxyaldehy – aldosy – na C1
• Polyhydroxyketony – ketosy – na C2
• Různý počet C
‐ C3 – aldotriosy
‐ C4 – ketotetrosy
• Chiralita (C*)
• v biologickém materiálu D-enantiomery, L-výjimečně
HO
O
CH2
O
C
CH2
HO
Dihydroxyaceton
(ketosa)
C
HO
H
O
H
C
CH2
HO
D-Glyceraldehyd
(aldosa)
C
H
HO
H
C
CH2
HO
L-Glyceraldehyd
(aldosa)
Struktura a základní vlastnosti monosacharidů
Aldosy
• Od trios výše (1 a více asymetrických C)
Ketosy
• Ketotriosa nemá C*
• D-sacharidy
mají stejnou absolutní konfiguraci asymetrického
centra nejvíce vzdáleného od karbonylové skupiny jako má
D-glyceraldehyd
• Epimery
- sacharidy, které se liší konfigurací pouze na jediném
uhlíkovém atomu, např D-glukosa a D mannosa (liší se na C2)
D-glukosa a D-galaktosa (liší se na C4)
• D-glukosa
jediná aldosa běžně se vyskytující v přírodě jako
monosacharid
HO
O
CH2
O
C
CH2
HO
Dihydroxyaceton
(ketosa)
C
HO
H
O
H
C
CH2
HO
D-Glyceraldehyd
(aldosa)
C
H
HO
H
C
CH2
HO
L-Glyceraldehyd
(aldosa)
D-Aldosy – se třemi až šesti uhlíky
Konfigurace D se odvozuje od chirálního uhlíku, který je nejvzdálenější
od aldehydové skupiny
1
2
3
CHO
H
C
OH
CH 2OH
D-Glyceraldehyd
CHO
1
CHO
2
H
C
OH
HO
C
H
3
H
C
OH
H
C
OH
4
CH 2OH
CH 2OH
D-Erythrosa
D-Threosa
CHO
1
2
H
C
OH
3
H
C
OH
4
CH 2OH
D-Erythrosa
CHO
1
CHO
2
H
C
OH
HO
C
H
3
H
C
OH
H
C
OH
4
H
C
OH
H
C
OH
5
CH 2OH
D-Ribosa
CH 2OH
D-Arabinosa
1
CHO
2 HO
C
H
3
C
OH
4
H
CH 2OH
D-Threosa
CHO
1
CHO
H
C
OH
HO
C
H
3 HO
C
H
HO
C
H
4
C
OH
H
C
OH
2
5
H
CH 2OH
D-Xylosa
CH 2OH
D-Lyxosa
CHO
1
CHO
2
H
C
OH
HO
C
H
3
H
C
OH
H
C
OH
4
H
C
OH
H
C
OH
5
CH 2OH
CH 2OH
D-Ribosa
D-Arabinosa
CHO
1
CHO
CHO
CHO
2
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
HO
C
H
3
H
C
OH
H
C
OH
HO
C
H
HO
C
H
4
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
5
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
6
CH 2OH
D-Allosa
CH 2OH
D-Altrosa
CH 2OH
CH 2OH
D-Glukosa
D-Mannosa
CHO
1
CHO
H
C
OH
HO
C
H
3 HO
C
H
HO
C
H
4
C
OH
H
C
OH
2
5
H
CH 2OH
CH 2OH
D-Xylosa
CHO
1
CHO
2
H
C
OH
3
H
C
H
4 HO
C
5
C
6
D-Lyxosa
H
CHO
HO
C
H
H
C
OH
HO
OH
H
CH 2OH
D-Gulosa
CHO
H
C
OH
HO
C
H
OH
HO
C
H
HO
C
H
C
H
HO
C
H
HO
C
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
CH 2OH
D-Idosa
CH 2OH
D-Galaktosa
CH 2OH
D-Talosa
D-Aldosy – se třemi až šesti uhlíky (přehled)
D-Ketosy se třemi až šesti uhlíky
Konfigurace D se odvozuje od chirálního centra nejdále od ketoskupiny
1
2
O
3
C
CH 2OH
CH 2OH
Dihydroxyaceton
1
2
3
O
H
4
C
C
CH 2OH
OH
CH 2OH
D-Erythrulosa
1
2
O
2
O
CH 2OH
O
CH 2OH
H
C
OH
HO
C
H
4
H
C
OH
H
C
OH
C
CH 2OH
CH 2OH
D-Ribulosa
D-Xylulosa
CH 2OH
O
C
CH 2OH
CH 2OH
O
C
CH 2OH
OH
HO
C
H
OH
HO
C
H
HO
C
H
OH
H
C
OH
H
C
OH
C
OH
HO
C
H
4
H
C
OH
H
C
5
H
C
OH
H
C
D-Psikosa
C
C
H
CH 2OH
O
H
3
6
C
3
5
1
C
CH 2OH
CH 2OH
CH 2OH
D-Fruktosa
D-Sorbosa
D-Tagatosa
Struktura a základní vlastnosti monosacharidů
Převládajícími formami monosacharidů v roztoku jsou cyklické.
• Aldehydy tvoří poloacetalové struktury
• Ketony tvoří poloketalové struktury
Podle heterocyklů
• Furan – furanosy
• Pyran – pyranosy
O
O
Furan
Pyran
Formy D-glukosy.
• Uzavřením poloacetalového kruhu vzniká nové chirální centrum na
uhlíku C1
• Existují dva anomery D-glukosy – a a b
Poloacetálová vazba
36%
63%
≤0,1%
≤1%
≤1%
Formy D-fruktosy
Otevřená forma
Cyklická forma
Glykosidy
Glykosidová vazba = vazba spojující anomerní uhlíkový atom
s kyslíkovým atomem acetalu (obdoba peptidové vazby u proteinů)
• acetaly a ketaly
• OR, SR, NR
• specificky štěpí glykosidasy
Homoglykosidy
• sacharid + sacharid
• di-, tri-,…, oligo-, polysacharidy
Heteroglykosidy
• sacharid + aglykon
Struktura disacharidů
Cyklická forma sacharosy
HOH2C
H
OH
H
O H
H
HO
H
OH
a
HOH2C
1
2
O
b
CH 2OH
O
H
HO
H
OH
H
Sacharosa
(a-D-Glukopyranosyl-(1 2)-b-D-fruktofuranosa)
Struktura disacharidů
O - a -D - glukopyranosyl
(12) - b - D – fruktofuranosid
Neredukující
O - b -D - galaktopyranosyl
(14) - b -D – glukopyranosa
Redukující
Struktura disacharidů
O - a -D - glukopyranosyl
(14)- a -D – glukopyranosa
Redukující
O - a -D - glukopyranosyl
(11) - a -D – glukopyranosid
Neredukující
Struktury celulosy, škrobu a glykogenu
HOH2C
O
O
HO
OH
O
HO
HOH2C
HOH2C
OH
O
O
O
HO
OH
Celulosa
(b[1 4]-glykosidová vazba)
HOH2C
O
O HO
OH
O
OH O
HOH2C
HO
O
OH
HOH2C
HO
O
O
Škrob a glykogen
(a[1 4]-glykosidová vazba)
O
b
a
Škrob
• Zásobní polysacharid
u rostlin
• 250 – 300 glukos
• Amylosa – rozpustná,
20-30%
• Amylopektin – větvení
20-30 glukos
Celulosa
• Stavební
u rostlin
polysacharid
Glykogen
Větvení glykogenu
• Řetězce glukos spojených glykosidovou vazbou a(1→4) jsou po 10
-12 glukosových jednotkách větveny glykosidovou vazbou
a(1→6)
• 1 – 5 MDa (sval, játra)
HOH2C
H
OH
H
H
O H
a 1
O
6 CH2
O
HOH2C
H
OH
H
H
H
OH
O H
a 1
a(1 6)-Glykosidová vazba
H
4
OH
H
O H
H
O
O
H
OH
a
O
H
OH
Mukopolysacharidy - glykosaminoglykany
aniontové polysacharidy
Kyselina hyaluronová
• Základní složka v kloubní tekutině, očním sklivci
• 250-25000 b(1-4)disacharidových jednotek
• Může vázat kationty
Chonroitin-4-sulfát
Chonroitin-6-sulfát
• Hlavní složka chrupavek
Keratansulfát
• Nejvíce heterogenní, proměnlivý obsah sulfátových
skupin,
• přítomna fukosa , mannosa, N-acetylglukosamin a
kyselina sialová
Heparin
• V intracelulárních granulích žírných buněk lemujících
tepenné stěny, zábrana vzniku krevních sraženin
Glykoproteiny
• Glykosidové vazby mezi proteiny a sacharidy
• N-glykosidy - vazby přes Asn
• O-glykosidy - vazby přes Thr nebo Ser
Asn
O
C
GlcNAc = N-Acetylglukosamin
H
N
C
O
C
H
H2C
CH 2OH
Ser
C
HN
O
O
HOH2C
OH
C
H
H2C
O
HO
H
N
O
OH
HO
HN
C
CH3
O
N-vázaný GlcNAc
HN
C
CH3
O
O-vázaný GalNAc
Glykosylace
• Glykosylace proteinů probíhá v lumen endoplasmatického retikula
(ER) a v Golgiho komplexu
• Obecně: N-glykosylace začíná v ER a pokračuje v Golgiho
komplexu
• O-Glykosylace probíhá pouze v Golgiho komplexu
Reakce monosacharidů
Reakce monosacharidů
Přeměny beze změny počtu C
• Izomerizace – izomerasy: Glu
• Epimerace – epimerasy: Glu
Fru
Gal
Změna počtu C
• Oxidační odbourání hexosy
pentosy
• Změna o 2 a 3 C
• Kombinace
• Změna o 1 C– pentosy
hexosy
• Přenos štěpů – donor ketosa, akceptor aldosa
• Transketolace – přenos 2C
• Transaldolace – přenos 3C
Proč právě glukosa je univerzálním zdrojem energie?
• Pravděpodobně
první sacharid tvořený z formaldehydových
jednotek za prebiotických podmínek
• Glukosa má nízkou tendenci neenzymově glykosylovat proteiny
díky preferenci cyklické formy
•K
relativně vysoké stabilitě glukosy přispívá to, že všechny
hydroxylové skupiny v b-D-glukose jsou v ekvatoriální poloze
GLYKOLÝZA
Glykolýza
• Od
roku 1860 (Luis Pasteur) – fermentace může probíhat pouze
v živých buňkách (vitalismus)
• 1897 - Hans Buchner a Eduard Buchner
• Příprava bezbuněčného extraktu kvasinek pro terapeutické účely
• Konzervace sacharosou – sacharosa byla rychle fermentována na ethanol
• Nechtěně tak poprvé prokázali, že fermentace může probíhat mimo živou
buňku
• Poté studována fermentace i ve svalech. Byly nalezeny naprosto shodné
děje
• Glykolýza
byla plně objasněna v roce 1940. Gustav Embden, Otto
Mayerhof, Carl Neuberg, Jacob Parnas, Otto Warburg, Gerty Cori
a Carl Cori
• Glykolýza
dráha
bývá také označována jako Emden-Mayerhof-Parnasova
Glykolýza
• Glykolýza, také fermentace, kvašení, probíhá anaerobně (např. ve
svalu), alkoholové kvašení – za aerobních podmínek
• Z řečtiny glyk- „sladký“, lysis, „rozpad“, ztráta sladkosti
• Pochod společný pro prokaryotní i eukaryotní organismy
• Glykolýzou se získává energie i bez přístupu kyslíku
• U eukaryot probíhá glykolýza ve třech stupních v cytoplasmě:
1. Převedení glukosy na fruktosa-1,6-bisfosfát (F-1,6-bisP)
2. Štěpení F-1,6-bisP na dvě triosy
3. Tvorba ATP při oxidaci tříuhlíkatých sloučenin na pyruvát
• Pyruvát může být dále převeden na laktát (ve svalech) nebo na
produkty fermentace jako je ethanol (např. kvasinkami)
Schematický průběh glykolýzy
1. V
prvním
fosforylace
stupni
probíhají
Schematický průběh glykolýzy
1. V
prvním
fosforylace
stupni
probíhají
2. V druhém štěpení hexosy na dvě
vzájemně převoditelné triosy
Schematický průběh glykolýzy
1. V
prvním
fosforylace
stupni
probíhají
2. V druhém štěpení hexosy na dvě
vzájemně převoditelné triosy
3. Ve třetím, při oxidaci tříuhlíkatých
fragmentů na pyruvát, se tvoří ATP
1. etapa, fosforylace hexos
Bilance – 2ATP/glukosa
Hexokinasa - fosforylace glukosy
• Kinasy – přenos fosfátu z ATP
• Hexokinasa - relativně nespecifická, ve všech typech buněk
• Glukokinasa - specifická pro glukosu, v jaterních buňkách, udržuje
hladinu glukosy v krvi
• Kofaktor Mg2+-ATP
• Fosforylací se destabilizuje glukosa
• Glukosa-6-fosfát neprochází buněčnou membránou
2-
CH 2OH
CH 2O PO 3
O
+
OH
HO
OH
OH
Glukosa
ATP
O
Hexokinasa
+
OH
HO
OH
OH
Glukosa-6-fosfát
(G-6P)
ADP
+
H
+
Glukosafosfátisomerasa
• Izomerace: aldosa – ketosa
O
2-
CH 2O PO 3
O H
H
OH
H
H
HO
OH
H
OH
C
H
H
C
OH
HO
C
H
H
C
H
C
O
CH 2OH
C
H
OH
H
C
OH
OH
H
C
OH
2-
Glukosa-6-fosfát
(otevřená forma)
2-
O3P OH2C
HO
CH 2O PO 3
Glukosa-6-fosfát
(G-6P)
C
CH 2OH
O
H
HO
OH
H
OH
H
2-
CH 2O PO 3
Fruktosa-6-fosfát
(otevřená forma)
Fruktosa-6-fosfát
(F-6P)
Fosfofruktokinasa.
•
•
Klíčová reakce nejen glykolýzy, určuje rychlost glykolýzy
Allosterický enzym
• AMP - aktivuje
• ATP, citrát - inhibuje
2-
O3P OH2C
O
H
HO
OH
H
OH
2-
CH 2OH
H
Fruktosa-6-fosfát
(F-6P)
+
ATP
Fosfofruktokinasa
O3P OH2C
2-
CH 2O PO 3
O
H
HO
OH
H
OH
H
Fruktosa-1,6-bisfosfát
(F-1,6-BP)
+
ADP
+
H
+
2. etapa, tvorba trios
Aldolasa
• Aldolové štěpení - zvrat aldolové kondenzace
O
O
C
CH 2O PO 32-
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
2CH 2O PO 3
HO
C
C
CH 2O PO 32-
Dihydroxyacetonfosfát
(DHAP)
H
H
Aldolasa
+
H
H
C
C
O
Glyceraldehyd-3-fosfát
(GAP)
OH
2-
CH 2O PO 3
Fruktosa-1,6-bisfosfát
(otevřená forma)
Triosafosfátisomerasa
•
•
•
•
Izomerace aldosa – ketosa
Reakce je rychlá a reversibilní
V rovnováze se tvoří 96 % ketosy
V dalším průběhu se využívá aldosa
H
H
C
O
C
H
OH
Triosafosfátisomerasa
H
2CH 2O PO 3
Dihydroxyacetonfosfát
(DHAP)
C
C
O
OH
2-
CH 2O PO 3
Glyceraldehyd-3-fosfát
(GAP)
3. etapa, tvorba ATP
Glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenasa
H
H
C
C
2-
O
O3PO
+
OH
+
NAD
2-
CH 2O PO 3
Glyceraldehyd-3-fosfát
(GAP)
+
Pi
Glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenasa
H
C
C
O
+
OH
NADH
2-
CH 2O PO 3
1,3-Bisfosfoglycerát
(1,3-BPG)
+
H
+
Glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenasa - struktura
•
•
Tvorba thiosemiacetalu
Vznik 1,3-bisfosfoglycerátu
*a
Glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenasa
• 1,3-bisfosfoglycerát je acylfosfát s vysokým potenciálem přenosu
fosfátu na ADP za tvorby ATP
O
H
H
C
C
O
+
OH
+
NAD
+
H2O
Oxidace
2-
H
C
C
C
+
OH
NADH
2-
CH 2O PO 3
O
H
C
OH
CH 2O PO 3
OH
+
OH
2-
CH 2O PO 3
Pi
Tvorba acyl-fosfátu
(dehydratace)
O
H
2-
C
C
OPO3
+
OH
2-
CH 2O PO 3
H2O
+
H
+
Fosfoglycerátkinasa
• Fosforylace na úrovni substrátu
• Vzhledem ke dvěma triosafosfátům se vytváří 2 x ATP
O
H
2-
C
C
OPO3
+
OH
2-
CH 2O PO 3
1,3-Bisfosfoglycerát
O
Fosfoglycerátkinasa
ADP
H
C
C
O
+
OH
2-
CH 2O PO 3
3-Fosfoglycerát
ATP
Fosfoglycerátmutasa
• Reakce vyžaduje katalytické množství 2,3-bisfosfoglycerátu
O
C
O
O
Fosfoglycerátmutasa
H
C
OH
H
C
O PO 3
2-
H
3-Fosfoglycerát
C
O
2-
H
C
O PO 3
H
C
OH
H
2-Fosfoglycerát
Fosfoglycerátmutasa
• Iniciátor reakce: katalytické množství 2,3-bisfosfoglycerátu, vede k
fosforylaci histidinu v aktivním místě enzymu
• 2,3-bisfosfoglycerátu se specificky váže na deoxyhemoglobin – mění
afinitu hemoglobínu ke kyslíku
• Vrozené poruchy glykolýzy v erytrocytech mění schopnost krve
přenášet kyslík
Enolasa
• Dehydratace 2-fosfoglycerátu za tvorby 2-fosfoenolpyruvátu
• Fosfoenolpyruvát má vysoký potenciál přenosu fosfátu na ADP za
tvorby ATP
O
C
O
O
2-
H
C
O PO 3
H
C
OH
H
2-Fosfoglycerát
Enolasa
H2O
O
2-
O PO 3
C
C
C
H
H
Fosfoenolpyruvát
(PEP)
Pyruvátkinasa
• Dochází k přechodu enol-keto
• Fosfát ve fosfoenolpyruvátu je vázán na nestabilní enol formu
• Po přenosu fosfátu na ADP se stabilizuje keto forma
O
O
O
2-
O PO 3
C
Pyruvátkinasa
C
C
H
H
Fosfoenolpyruvát
(PEP)
ADP
+
H
+
O
C
C
CH3
ATP
Pyruvát
O
Energetický výtěžek konverze glukosy na pyruvát
Glukosa + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+ = 2 pyruvát + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
• Bilance 3. etapy: + 4 ATP/glukosa
• Celkově: + 2 ATP/glukosa
• Za anaerobních podmínek je energetický výtěžek: - 197 kJ.mol-1
• Výtěžek je jen zlomkem energie, kterou je možné získat z glukosy
• Později srovnáme s aerobním výtěžkem
Zachování redoxní rovnováhy
Reoxidace NADH
• ve svalech vede ke tvorbě laktátu
• u kvasinek (Sacharomycet) ke tvorbě
ethanolu
Enzymy:
• laktátdehydrogenasa
• pyruvátdekarboxylasa
• alkoholdehydrogenasa
Různé dráhy pyruvátu
Tvorba ethanolu kvasinkami a dalšími mikroorganismy
O
O
C
C
CH3
Pyruvát
O
Pyruvátdekarboxylasa
H
C
H
+
CO2
O
CH3
Ethanal
(acetaldehyd)
Alkoholdehydrogenasa
H
H
NADH + H
+
+
NAD
C
OH
CH3
Ethanol
Laktátdehydrogenasa
•
•
Enzym u řady mikroorganismů (laktátová fermentace)
Ve svalech za nedostatku kyslíku – anaerobní stav
O
O
C
C
CH3
Pyruvát
O
Laktátdehydrogenasa
O
HO
NADH + H
+
+
NAD
C
C
CH3
Laktát
O
H
Isoenzymové formy laktátdehydrogenasy
• LDH je tetramer dvou typů 35 kD podjednotek
•H
(heart) typ převažuje v srdečním svalu a M (muscle)
v kontraktilním svalstvu a játrech
• Podjednotky asociují tak, že vytvářejí pět typů tetramerů:
• H4, H3M1, H2M2, H1M3, a M4
• H4 isoenzym má vyšší afinitu k substrátu než M4, který je allostericky
inhibován vysokou hladinou pyruvátu.
• H4 oxiduje laktát na pyruvát, který využívá srdeční sval za aerobních
podmínek. Srdeční sval je vždy aerobní!
• M4 funguje opačně – převádí pyruvát na laktát což je v souladu s
glykolýzou za anaerobních podmínek. Ostatní isoenzymy mají
vlastnosti mezi těmito dvěma krajními.
Vstup galaktosy a fruktosy do glykolýzy
Laktasa štěpí laktosu na glukosu a galaktosu
CH 2OH
CH 2OH
O
HO
O
O
OH
CH 2OH
+
OH
Laktasa
H2O
CH 2OH
O
HO
OH
OH
OH
OH
Laktosa
OH
O
+
OH
HO
OH
OH
OH
Galaktosa
Glukosa
Převedení galaktosa-1-fosfátu na glukosa-1-fosfát
CH 2OH
CH 2OH
O
HO
O
OH
O
O
P
OH
O
2-
OH
+
HO
O
O
O
Galaktosa-1-fosfát
O
Uridin
O
P
-O O -O
UDP-glukosa
Enzymy:
• galaktosa-1fosfáturidyltransferasa
P
OH
Galaktosa-1-fosfáturidyltransferasa
CH 2OH
CH 2OH
O
HO
O
OH
O
P
OH
O
• UDP-galaktosa-4-epimerasa
O
P
O
Uridin
+
OH
HO
O
UDP-galaktosa
• UDP-glukosa se regeneruje.
UDP-galaktosa-4-epimerasa
OH
O
P
OH
O
O
P
-O O -O
UDP-glukosa
O
Glukosa-1-fosfát
O
HO
O
P
OH
-O O -O
CH 2OH
O
O
Uridin
2-
Katarakt – šedý zákal
• Porucha aktivity galaktosa-1-fosfáturidyltransferasy
• Přítomnost aldosareduktasy v oční čočce vede ke tvorbě galacitolu,
který je osmoticky aktivní a vtahuje do čočky vodu
O
C
H
H
C
OH
HO
C
H
HO
C
H
H
C
OH
CH 2OH
Galaktosa
(cukerný aldehyd)
Aldosareduktasa
NADH + H
+
+
NAD
HO
H
C H
H
C
OH
HO
C
H
HO
C
H
H
C
OH
CH 2OH
Galacitol
(cukerný alkohol)
V játrech vstup fruktosy do glykolýzy cestou
fruktosa-1-fosfátu
Enzymy:
• Fruktokinasa
• Fruktosa-1-fosfátaldolasa
• Triosakinasa
V játrech vstup fruktosy do glykolýzy cestou
fruktosa-1-fosfátu
Alternativní fosforylace fruktosy adiposní tkáni
• Alternativně
může být fruktosa fosforylována na fruktosa-6fosfát hexokinasou.
• Afinita hexokinasy ke glukose je však 20x vyšší než k fruktose.
• V játrech se proto může tvořit jen malé množství fruktosa-6fosfátu. Analogické je to ve svalech.
• Fosforylace fruktosy na fruktosa-6-fosfát probíhá v adiposních
buňkách, kde je převaha fruktosy.
Laktosová intolerance
• Deficit laktasy, která štěpí laktosu na galaktosu a glukosu.
• Důsledky:
U dětí klesá aktivita laktasy po odstavení na 10%
hodnot po narození.
• Laktosa
je zdroj energie pro střevní mikroorganismy, které ji
fermentují na laktát a plyny (methan a vodík). Způsobuje to
nadýmání.
• Laktát je osmoticky aktivní, což způsobuje, že voda je vtahována
do střev – průjem.
• Způsobuje to také, že nejsou tráveny tuky a proteiny.
Kontrolní mechanismy glykolýzy
Kontrola glykolýzy je důležitá z těchto dvou důvodů:
1. Tvoří se ATP rozkladem glukosy na pyruvát
2. Tvoří se stavební jednotky k syntéze, např. mastných kyselin
V metabolických drahách jsou vhodným místem kontroly
enzymy katalyzující prakticky ireversibilní reakce.
Efektory nerovnovážných glykolytických enzymů
Glykolýza:
•
•
•
Hexokinasa
Fosfofruktokinasa
Pyruvátkinasa
Úloha hexokinasy při regulaci glykolýzy
• Hexokinasa je inhibována produktem – glukosa-6-fosfátem.
• Inhibice fosfofruktokinasy vede také k inhibici hexokinasy.
• Když je fosfofruktokinasa inaktivní, roste hladina fruktosa-6fosfátu a tím i glukosa-6-fosfátu.
• V játrech je glukokinasa, která fosforyluje glukosu při vysokých
koncentracích (glukokinasa je 60 x méně afinní ke glukose). Proto
je rolí glukokinasy v játrech spíše fosforylovat glukosu pro
tvorbu glykogenu.
• Dalším
důvodem proč je klíčovým enzymem regulace glykolýzy
fosfofruktokinasa a ne hexokinasa je, že glukosa-6-fosfát není
pouze meziproduktem glykolýzy. Může přecházet na glykogen
nebo se katabolizovat v pentosafosfátové dráze.
Fosfofruktokinasa
klíčový enzym regulace savčí glykolýzy
Jaterní enzym je 340 kDa homotetramer obsahující dvě katalytická a
dvě allosterická místa.
Inhibice a aktivace fosfofruktokinasy
• ATP je allosterický inhibitor
• AMP ruší inhibiční účinek ATP - aktivita enzymu roste, když poměr
ATP / AMP klesá
• Proč AMP a ne ADP? → Při rychlém úbytku ATP se vznikající ADP
rychle přeměňuje adenylátkinasou
ADP + ADP = ATP + AMP
• Malé
změny v koncentraci ATP ke zvýšení citlivosti regulace
fosfofruktokinasy.
Allosterická inhibice fosfofruktokinasy ATP
Reakční rychlost
Nízká hladina ATP
Vysoká hladina ATP
[Fruktosa-6-fosfát]
Inhibice a aktivace fosfofruktokinasy
• Fosfofruktokinasa je také inhibována snížením pH. Je to prevence
tvorby nadbytku laktátu.
• Fosfofruktokinasa
je inhibována citrátem. Nadbytek citrátu je
znamením nadbytku biosyntetických prekurzorů. Není nutné
odbourávat další glukosu.
• Aktivátorem
fosfofruktokinasy je fruktosa-2,6-bisfosfát (F-2,6bP). Aktivuje enzym tím, že zvyšuje jeho afinitu pro substrát.
• F-2,6-bP je allosterický aktivátor
2-
O3P OH2C
2-
O PO 3
O
H
HO
CH 2OH
H
OH
H
Fruktosa-2,6-bisfosfát
(F-2,6-BP)
A) Aktivace fosfofruktokinasy fruktosa-2,6-bisfosfátem
B) ATP jako substrát, nadbytek inhibuje, přidání F-2,6-bP ruší
inhibiční účinek ATP
A)
1 M F-2,6-BP
100
80
60
Relativní rychlost
Relativní rychlost
100
B)
0.1 M
40
0 M
20
1 M F-2,6-BP
80
60
40
0.1 M
0 M
20
1
2
3
4
[Fruktosa-6-fosfát] (M)
5
1
2
3
[ATP] (M)
4
5
Kontrola hladiny F-2,6-BP
• Fruktosa-2,6-bisfosfát
• tvoří se za katalýzy fosfofruktokinasou 2 (PFK2)
• je hydrolyzována fruktosabisfosfatasou 2 (FBPasa2)
• bifukční
enzym. Existuje v pěti isoenzymových formách. Forma L
převažuje v játrech a forma M ve svalech. Forma L se podílí na
udržování homeostéze krevní glukosy.
Při vysoké hladině glukosy v krvi se současně zvyšuje hladina
fruktosa-6-fosfátu v játrech, což vede ke zvýšené tvorbě F-2,6-BP a
tím ke zvýšení aktivity fosfofruktokinasy.
Kontrola hladiny F-2,6-BP
Jaké kontrolní mechanismy fungují v játrech ve vztahu
fosfofruktokinasou2 (PFK2) a fruktosabisfosfatasy2 (FBPasa2)?
• Aktivity
PFK2 a FBPasy2 jsou recipročně kontrolovány fosforylací
Ser zbytku.
• Při
nízké hladině glukosy (signalizuje glukagon
proteinkinasovou kaskádu s cAMP)
• dojde k fosforylaci bifunkčního enzymu proteinkinasou A
• aktivace FBPasy2 a inhibici PFK2.
• Snižuje se hladina F-2,6-BP a zpomaluje se glykolýza
přes
• Při vysoké hladině glukosy,
• ztrácí bifunkční enzym fosfát
• aktivace PFK2 a inhibice FBPasa2
• zvyšuje se hladina fruktosa-2,6-bisfosfátu a zrychluje glykolýza
Pyruvátkinasa
• Pyruvátkinasa
je tetramer (57 kDa podjednotka). Existuje řada
izoenzymových forem kódovaných různými geny.
• L typ převažuje v játrech a M ve svalech a mozku.
• Jaterní enzym podléhá na rozdíl od svalového allosterické regulaci.
• Katalytická aktivita L formy je kontrolována reversibilní fosforylací.
Aktivita M formy ne.
• Při nízké hladině glukosy funguje glukagon. Spouští se cAMP kaskáda
– dochází k fosforylaci pyruvátkinasy a tím ke snížení její aktivity. Tato
hormonální regulace zabraňuje spotřebě glukosy játry !!! Glukosa je
nutně potřebná k činnosti mozku a svalstva.
Úloha pyruvátkinasy při regulaci glykolýzy