Metabolismus sacharidů, lipidů a proteinů
Přehled metabolismu glukosy • glykémie 3,9 – 6,1 mM – hypoglykémie < 2,5 mM – hyperglykémie > 7,7 mM
• 70 % glukosy z GIT jde do jater potrava:
sacharidy
glycerol z lipidů
aminokyseliny z proteinů transformace v játrech
glukosa krve
glukoneogenese
glykogen zdroj energie
utilizace: CO2 + H2O
laktát
glukosa buněk pentosový cyklus
pentosy
glykolýza
glykoproteiny a glykolipidy
Glykolýza I • universální pro všechny organismy (kvasinka, člověk) • výjimečnost glukosy – tvorba ATP i za anaerobních podmínek
Produkty glykolýzy • za aerobních podmínek → pyruvát • laktát → výhradně za anaerobních podmínek – sval - sprinter – erytrocyt •
ethanol – kvasinky rodu Sacharomyces: pyruvát → acetaldehyd → ethanol
Vstup glukosy do buňky - přenašeče glukosy – pasivní transport – (glucose transporter - GLUT 1-7): • • • •
GLUT 2 – hepatocyt GLUT 1 – erytrocyt, mozek GLUT 3 – mozek GLUT 4 – kosterní sval, tuková tkáň – závislý na insulinu
– aktivní transport – (sodium glucose transporter SGLT) • enterocyt, ledvinový tubulus
Glykolýza II souhrnná reakce: glukosa + 2NAD+ + 2ADP + 2H3PO4 → 2 pyruvát + 2NADH(H+) + 2ATP energetický zisk na 1 mol glukosy • 2 moly ATP – anaerobně • 36 – 38 molů ATP aerobně napojením na dýchací řetězec – přenos NADH(H+) do mitochondrie: • člunek malátaspartátový – 3 ATP / NADH(H+) • člunek glycerolfosfátový - 2 ATP / NADH(H+)
• energetický zisk z anaerobní glykolýzy je malý → laktát je bohatá sloučenina • velmi rychlý zisk energie
Regulace glykolýzy • fosfofruktokinasa (6-fosfofrukto-1-kinasa) – aktivátor AMP, inhibitor ATP a citrát – fruktosa-2,6-bisfosfát – v játrech • • • •
vysoká koncentrace stimuluje glykolýzu nízká koncentrace stimuluje glukoneogenesy 6-fosfofrukto-2-kinasa: inzulín ↑, glukagon a katecholaminy↓ hlavní kontrolní přepínač metabolismu z glykolýzy na glukoneogenesy v játrech
– Pasteurův efekt – dodávka O2 zpomaluje glykolýzu
• hexokinasa
– inhibice glukosa-6-fosfát
• pyruvátkinasa – inhibice ATP
Glukoneogeneze
• syntéza glukosy po delším hladovění (24 hod) • 90 % játra, 10 % ledviny • zdroje – – – –
laktát, pyruvát - Coriho cyklus glukogenní AMK – alanin (glukosa-alaninový cyklus) a glutamin glycerol - 19 g/den propionyl-CoA – kráva
• 2 klíčové reakce – pyruvátkarboxylasa – fosfoenolpyruvátkarboxykinasa
• fosfatázy: fruktóza-1,6-bisfosfatáza, glukóza-6-fosfatáza • regulace 1. fruktosa-1,6-bisfosfatasa – aktivace – citrát, hladovění – inaktivace – AMP, Fru-2,6-P
2. pyruvátkarboxylasa • hormony – glukokortikoidy – zesilují efekt glukagonu; katecholaminy – antagonista - insulin
Pentózový = pentózafosfátový cyklus • oxidační fáze – tvorba NADPH + H+ – glukosa-6-fosfátdehydrogenasa
• přeměny monosacharidů – – – –
6 × ribulosa-5-fosfát ↔ 5 × fruktosa-6-fosfát transaldolasa – přenáší 3C transketolasa – přenáší 2C aldolasa
• lokalizace (cytosol) – tuková tkáň, játra (30% Glc), kůra nadledvin, mléčná žláza, erytrocyt – tvorba NADPH • syntéza MK, cholesterolu – tuková tkáň, mléčná žláza • glutathion – erytrocyt
– syntéza pentos
Pentosafosfátový cyklus O
O
H
C
C H
CH2OH
H
O H
OH
H
OH
H
OH
OH HO CH2OPO3
fruktóza6-P
glyceraldehyd3-P CH2OH
OH
H
OH CH2OPO3
HO H
OH
H
OH CH2OPO32-
HO
H
O
H
OH
H
H
OH
OH
H
OH
CH2OH
2-
H
O
ribóza5-P
O H
CH2OH
CH2OPO32-
H
2-
O
H
OH
H
OH
ribulóza5-P CH2OH
xylulóza5-P
sedoheptulóza7-P CH2OH
O HO
H
H
OH
H
OH CH2OPO32-
fruktóza6-P
erytróza4-P
CH2OPO32-
CH2OPO32-
CH2OPO32-
H
O C H
O
H HO OH CH2OPO32-
glyceraldehyd3-P
H
H
xylulóza5-P
OH CH2OPO32-
Glykogen • játra – 150 g • svaly – 300 g Glykogenolýza • glykogenfosforylasa (fosforylasa) – fosforolýza
• transferasa (linearizační enzym) • glukóza-6-fosfatáza – glukóza-6P → glukóza + P – aktivní v játrech a ledvinách – chybí v kosterním svalu a mozku
Syntéza glykogenu • uridindifosfátglukosa – UDP-glukosadifosforylasa – glukóza-6P → glukóza-1P fosfoglukomutasa – glukóza-1P + UTP → UDP-glukóza + difosfát
• glykogensynthasa • větvící enzym - transglykosylasa
Struktura glykogenu
• 1 redukující konec • velký počet neredukujících konců
Glykogenolysa a syntesa glykogenu
Struktura lipoproteinové částice
Složení lipoproteinových částic • chylomikrony – až 1 µm
• VLDL – very low density lipoproteins • IDL - intermediate density lipoproteins • LDL - low density lipoproteins
• HDL - high density lipoproteins
chylomikra HDL
90% TAG 2% TAG
1% proteiny 50% proteiny
Funkce lipoproteinů typ lipoproteinu
zdroj
významné apoproteiny
transportují hlavně
chylomikróny
střevo
B-48, C-II, E
TAG z potravy do extrahepat. tkání
VLDL
játra
C-II, B-100, E
nově syntetizované TAG do tkání
IDL
VLDL
B-100
zbytky VLDL do tkání
LDL
VLDL
B-100
cholesterol do tkání
HDL
játra
A-I, E, C-II
cholesterol z tkání zpět do jater
Funkce apoproteinů • strukturální – B-48, B-100 • kofaktory enzymů – CII (lipoproteinová lipáza), AI (LCAT) • ligandy pro lipoproteinové receptory – E (rozeznání zbytků v játrech)
CETP
CEPT cholesterol ester transfer protein
β-oxidace MK
Ketogeneze
• lokalizace: matrix mitochondrie • ketolátky zdrojem energie pro kosterní sval a myokard – při dlouhodobém hladovění cca 70% energie pro mozek
• u zdravého člověka v krvi cca 0,1 mM – převažuje 3-hydroxybutyrát • zvýšené hladiny = ketóza (> 10 mM) – dlouhodobé hladovění – neléčený diabetes - ketoacidóza
Syntéza mastných kyselin Enzym: synthasa mastných kyselin
Dílčí reakce:
Regulace metabolismu lipidů Lipolýza
aktivace
inhibice
hormon-senzitivní lipáza (v adipocytech)
katecholaminy, glukagon
inzulin prostaglandiny
lipoproteinová lipáza (na endoteliích kapilár)
inzulin apolipoprotein C-II (apoC-II)
Syntéza mastných kyselin acetyl-CoA karboxyláza citrát (hlavní regulační enzym) inzulin nízkotučná, syntáza mastných energeticky bohatá kyselin vysokosacharidová dieta (indukce)
acyl-CoA (C16- C18) glukagon (fosforylace, represe) strava bohatá na lipidy, hladovění (represe)
Syntéza cholesterolu O
P
P
O
dimethylallyldifosfát
P
P
O
isopentenyldifosfát
geranyldifosfát
O
P
P
farnesyldifosfát
skvalen
HO
skvalen
HO
lanosterol
cholesterol
P
P
Žlučové kyseliny OH COOH
HO
COOH
OH
HO
OH
kyselina cholová
kyselina chenodeoxycholová OH OC NHCH2COOH
HO
OH
kyselina glykocholová
Metabolismus aminokyselin • esenciální (nepostradatelné) – větvené: Leu, Ile, Val – aromatické: Phe, Trp – další: Met, Thr, Lys – poloesenciální: His, Arg • denní degradace proteinů 300 g = 100 g z potravy + 200 g endogenních potrava vlastní proteiny
POOL AMK
degradace: CO2, H2O, NH3
jiné AMK, tuky, sacharidy syntézy z AMK: hem, puriny, pyrimidiny, kreatin, hormony a neurotransmitery
Trávení proteinů v GIT peptidasy – hydrolyticky štěpí peptidovou vazbu • žaludeční a pankreatická šťáva + povrch střevních buněk • endopentidasy • exopeptidasy – karboxy- a amino• specifičnost endopeptidas – – – –
pepsin – nespecifický trypsin – štěpí za Lys a Arg chymotrypsin – štěpí za Tyr a Phe elastasa – výběrově štěpí pouze elastin
• zymogeny (proenzymy) end. retikulum → Golgiho aparát → zymogenní granule → secernace → odštěpení propeptidu v GIT
Absorpce AMK a jejich transport krví • žaludeční a pankreatická šťáva → krátké peptidy • kartáčový lem střevní sliznice → AMK + dipeptidy • aktivní transport do enterocytu → štěpení dokončeno dipeptidasami • játra – zpracování většiny AMK (s výjimkou Leu, Ile, Val) – změna spektra AMK
• plasmatické AMK – nejvíce: Gln, Val, Ala, Gly – málo: esenciálních (především Met)
Osud uhlíkové kostry AMK • ketogenní
Ile, Leu
– acetoacetát – acetyl-CoA – čistě ketogenní pouze Leu a Lys
• glukogenní
acetyl-CoA acetoacetyl-CoA
Leu, Phe Tyr, Lys Trp
acetoacetát
– pyruvát – jednotlivé meziprodukty citrátového cyklu GLUKOSA Asp, Asn
oxalacetát
Phe, Tyr, Asp
fumarát
Ile, Met, Val
sukcinyl-CoA
Glu, Gln, His, Pro, Arg
2-oxoglutarát
pyruvát
Ala, Gly, Ser, Cys, Trp, Thr
Zdroje amoniaku a cesty detoxikace • AMK → transaminace → oxidativní deaminace • puriny a pyrimidiny • bakteriální rozklad bílkovin v tlustém střevě Amoniak – NH3 • toxický – snesitelná plasmatická koncentrace 0,02 – 0,03 mM • NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH- (pKA 9,2) Cesty detoxikace NH3 u živočichů • močovina ← ureotelní živ. - suchozemští • kys. močová ← urikotelní živ. – ptáci a někteří plazi • amoniak ← amonotelní živ. - ryby
Obecný metabolismus AMK Transaminace • • • •
koenzym – pyridoxalfosfát AMK 1 + OK 2 → OK 1 + AMK 2 aspartátaminotransferasa AST alaninaminotransferasa ALT
Oxidační deaminace • • •
AMK → OK + NH3 glutamátdehydrogenasa Glu → 2-ketoglutarát + NH3
Dekarboxylace • • • • • •
AMK → amin + CO2 tyrosin → noradrenalin, adrenalin, dopamin, DOPA histidin → histamin tryptofan → serotonin glutamát → GABA aspartát → β-Ala
Močovinový (ornithinový) cyklus
Močovina
• nejedovatá, dobře rozpustná ve vodě • denní produkce 25 – 35 g
Močovinový cyklus • mitochondrie + cytoplasma hepatocytu • karbamoylsynthetasa I • 3 ATP na cyklus
Detoxikace NH3 přes glutamin • mozek: Glu + NH3 → Gln (glutaminsynthetasa) • játra, ledviny: Gln → Glu + NH3 (glutaminasa)
Rozdělení AMK podle intermediátů • AMK → transaminace → 2-oxokyselina • intermediáty citrátového cyklu • tetrahydrofolát v metabolismu AMK – přenos C1: methyl, methylen, methenyl, formyl – metabolismus: Gly, Ser, Thr, Met, Trp, His
Metabolismus AMK skupiny pyruvátu • glycin, serin, threonin a alanin • přeměna Gly ↔ Ser - hydroxymethyltransferasa
Metabolismus sirných AMK • cystein a methionin • methionin: esenciální, v potravě je ho málo • Met → S-adenosylmethionin = SAM – methylační činidlo • PAPS = fosfoadenosylfosfosulfát → sulfatační reakce
Degradace větvených AMK • valin, leucin, isoleucin – v potravě je jich dost
• metabolizovány ve svalech a mozku (ne v játrech) metabolismus = transaminace a oxidativní dekarboxylace → acyl-CoA • valin → sukcinyl-CoA • isoleucin → propionyl-CoA + acetyl-CoA • leucin → 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA → acetoacetát + acetyl-CoA
• mají léčebný účinek a používají se v dietách → hromadění proteinů ve svalu, srdci a játrech
