Metabolismus sacharidů SOUHRN

Metabolismus sacharidů SOUHRN Vladimíra Kvasnicová

doporučená animace: http://ull.chemistry.uakron.edu/Pathways/index.html

17 kJ/g

Výskyt a funkce sacharidů v lidském těle • v potravě polysacharidy, disacharidy, monosacharidy • vstřebávají se jen monosacharidy, hlavní je glukóza • zdroj energie pro všechny tkáně • uloženy do zásoby ve formě glykogenu • přeměna různých monosacharidů mezi sebou • přeměna monosacharidů na různé deriváty sacharidů • složené molekuly: proteoglykany, glykoproteiny, glykolipidy • součást nukleových kyselin (ribóza, 2-deoxyribóza) • nadbytek sacharidů se přemění na zásobní tuk

Chemická povaha, vlastnosti a reakce sacharidů • polární, rozpustné ve vodě, bohatě hydratované • polyhydroxyderiváty aldehydu nebo ketonu (karbonyl. slučeniny) • alkoholová i karbonylová skupina: oxidace / redukce

(vznik cukerných kyselin nebo alkoholů) • aldehydová skupina: vazba na primární aminoskupiny proteinů (neenzymatická glykosylace = glykace proteinů) • tvorba glykosidové vazby (enzymatická glykosylace vazba na proteiny a lipidy přes -OH nebo -CONH2 skupinu ) • tvoří estery s kyselinou fosforečnou H3PO4

(meziprodukty metabolismu)

MONOSACHARIDY

glukóza

H

galaktóza

fruktóza

glucitol (cukerný alkohol)

H H

H

H kyselina glukuronová (cukerná kyselina)

ribóza

glyceraldehyd

dihydroxyaceton

(nejjednodušší sacharidy)

Monosacharidy • v buňce tvoří estery kyseliny forforečné („fosfáty“) • jejich uhlíkatá kostra je částečně oxidovaná : -CH(OH)(při oxidaci poskytnou méně energie než oxidace tuků) • zdroj energie: Glc, Fru, Gal / zásoba energie: glykogen • přeměna na další sacharidy (složky nukleotidů, glykoproteinů) nebo deriváty sacharidů (aminocukry, uronové kyseliny – v proteoglykanech) • přeměna na tuk (zásoba energie) • významné meziprodukty metabolismu: glyceraldehyd-3-fosfát dihydroxyacetonfosfát (DHAP) 1,3-bisfosfoglycerát

anhydridová vazba

Monosacharidy glukóza produkce energie (glykolýza) zásoba energie (glykogen nebo přeměna na tuk) přeměna na další sacharidy, např. ribózu (pentózový cyklus → kromě ribózy aj. sacharidů produkuje NADPH+H+)

přeměna na kyselinu glukuronovou (oxidací glukózy) fruktóza ribóza přeměna na glukózu produkce energie (glykolýza) syntéza nuklotidů zásoba energie (přeměna na tuk) mannóza galaktóza syntéza glykoproteinů přeměna na glukózu nebo laktózu syntéza glykoproteinů a proteoglykanů

GLUKÓZA – centrální postavení

chirální uhlík

Obrázky převzaty z knihy Harper´s Biochemistry a z http://www.vuw.ac.nz/staff/paul_teesdalespittle/organic/chiral_web/images/fig1_5d.gif (říjen 2007)

Glukóza • glykemie: 3,6 – 5,6 mM (nalačno) / až 10 mM (po jídle) • po jídle: glykolýza, syntéza glykogenu, přeměna na tuk • během hladovění: glykogenolýza, glukoneogeneze • ostatní přeměny glukózy podle potřeby (pentózový cyklus, přeměna na jiné monosacharidy a deriváty)

• glykogen: syntéza z UDP-glukózy • přeměna na galaktózu: z UDP-glukózy • přeměna na kys. glukuronovou: z UDP-glukózy

všechny přeměny glukózy vycházejí z glukóza-6-fosfátu

Cesta z trávicího traktu do tukové tkáně • do buňky vstupují usnadněnou difuzí (protein. přenašeč) • v krvi volně rozpuštěné, krevní cukr = glukóza • filtruje se v ledvinách, v proximálním tubulu se zpětně vstřebává (ledvinový práh pro Glc = 9 - 10 mmol/l) • rychlost nárůstu glykemie po jídle závisí na glykemickém indexu potravin, schopnosti vstřebání a funkci jater (glukostatická funkce jater), max. za 45 - 60 min. • rychlost poklesu glykemie závisí na inzulinu • glukózu využívají všechny buňky jako zdroj energie: oxidace na CO2 a H20 (anaerobně na laktát), nadbytek se přemění na glykogen nebo zásobní tuk

http://www.dieta.cz/pin/a42d60cf466844ea7ba3da35c38e167f/

Transport glukózy do buněk: usnadněná difuze (proteinový přenašeč GLUT – různé typy)

ERYTROCYTY

NERVOVÁ TKÁŇ

- transport nezávislý na inzulínu Obrázek převzat z http://www.kumc.edu/research/medicine/biochemistry/bioc800/car02fra.htm (leden 2007)

JÁTRA - transport nezávislý na inzulínu Obrázek převzat z http://www.kumc.edu/research/medicine/biochemistry/bioc800/car02fra.htm (leden 2007)

TUKOVÁ TKÁŇ

SVALOVÁ TKÁŇ

- transport ZÁVISLÝ na inzulínu INZULÍN ZVYŠUJE VSTUP GLC DO TĚCHTO BUNĚK Obrázek převzat z http://www.kumc.edu/research/medicine/biochemistry/bioc800/car02fra.htm (leden 2007)

Obrázek převzat z Trends in Biochemical Sciences, reference edition, volume 6, str. 209. Elsevier/North-Holland Biomedical Press, 1981.

Sekundárně aktivní transport GLC: symport s Na+ - 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. ISBN 0-471-15451-2

Glc-6-P

!!!

+ NADPH

= tuk

= hepatocyt Obrázek převzat z http://www.kumc.edu/research/medicine/biochemistry/bioc800/car02fra.htm (leden 2007)


TEST:

O transportu glukózy platí: a) v krvi je přenášena ve vazbě na transportní protein b) inzulín zvyšuje počet přenašečů GLUT-4 v cytoplazmatické membráně c) sekundárně aktivní transport glc do buňky se nachází ve střevě a v ledvinách d) fosforylovaná glukóza není skrz membránu buňky transportována

O transportu glukózy platí: a) v krvi je přenášena ve vazbě na transportní protein b) inzulín zvyšuje počet přenašečů GLUT-4 v cytoplazmatické membráně c) sekundárně aktivní transport glc do buňky se nachází ve střevě a v ledvinách d) fosforylovaná glukóza není skrz membránu buňky transportována

Přehled metabolismu sacharidů katabolické dráhy • glykogenolýza (odbourávání glykogenu) • glykolýza: 1x glukóza → 2x pyruvát, 2x NADH, 2xATP • aerobně: pyruvát → acetyl-CoA → Krebsův cyklus → CO2 • anaerobně: pyruvát + NADH → laktát • pentózový cyklus: glukóza → CO2 + pentóza + 2x NADPH anabolické dráhy • glukoneogeneze (syntéza Glc z necukerných látek) • syntéza glykogenu • syntéza mastných kyselin (z acetyl-CoA) a zásob. tuků

Glykolýza - souhrn • enzymy glykolýzy se vyskytují v cytoplazmě buněk všech tkání • inzulin glykolýzu aktivuje, glukagon inhibuje; k inhibici dochází i při zvýšeném poměru ATP/ADP v buňce (= dostatek energie) a při ↓ pH • glykolýza může probíhat i za anaerobních podmínek (na rozdíl od β-oxidace mastných kyselin, oxidace ketolátek a Krebsova cyklu) • substrát: glukóza / produkty: 2x pyruvát, 2x NADH, 2x ATP • za aerobních podmínek je NADH regenerováno v dýchacím řetězci, pyruvát je po přeměně na acetyl-CoA (PDH v mitochondrii) oxidován v Krebsově cyklu (acetyl → 2 CO2); k přenosu redukčních ekvivalentů (= elektronů z NADH) do mitochondrie slouží tzv. člunky (OA/Mal/Asp, DHAP/GP)

• za anaerobních podmínek je NADH regenerováno v cytoplazmě laktátdehydrogenázou (LD): redukce pyruvátu na laktát; laktát je následně uvolněn z buňky do krve a metabolizován ve tkáních s aerobním metabolismem (myokard, játra) • pro erytrocyty je anaerobní glykolýza jediným zdrojem energie; odbočkou z glykolýzy v nich vzniká 2,3-BPG (bisfosfoglycerát), který po navázání na hemoglobin snižuje afinitu hemoglobinu ke kyslíku → kyslík je z hemoglobinu uvolněn do tkání

G L

spotřeba energie

Y K O

štěpení na 2 triózy

L Ý Z

produkce energie

A glykolýza = oxidační štěpení glukózy

glukóza vstupující do glykolýzy

Obrázek převzat z: J.Koolman, K.H.Röhm / Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition, Thieme 2005

Tyto enzymy nutno znát!

Obrázek převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/glycolysis.html (leden 2007)


Glykolýza připravuje glukózu pro aerobní metabolismus, nebo může být hlavním zdrojem energie pro buňku (ery)

Obrázek převzat z http://www.kumc.edu/research/medicine/biochemistry/bioc800/car02fra.htm (leden 2007)

Produkty aerobní glykolýzy

2

Produkty anaerobní glykolýzy

2

NADH byl spotřebován na přeměnu pyruvátu na laktát


2,3-BPG shunt (odbočka)

V ERYTROCYTECH: 2,3-BPG ↓ afnitu Hb k O2


Regulace glykolýzy regulační enzym hexokináza

aktivace

inhibice • glukóza-6-fosfát

glukokináza

• inzulin (indukce) • fruktóza-1-fosfát (játra)

• fruktóza-6-fosfát

6-fosfofrukto1-kináza (PFK-1)

• ↓ ATP / AMP • fruktóza-2,6-bisfosfát (zvýšen při ↑ poměru inzulin / glukagon) • inzulin (indukce)

• ↑ ATP / AMP • citrát • kyselé pH

• inzulin (indukce) • fruktóza-1,6-bisfosfát (regulace krokem vpřed)

• glukagon (represe, inhibice fosforylací) • ↑ ATP / AMP • acetyl-CoA

hlavní regulace (klíčový enzym)

pyruvátkináza

NEVRATNÁ REAKCE


Km

Km

U červené křivky lze z osy x odečíst vyšší hodnotu Km ∼ enzym má nižší afinitu k substrátu (potřebuje ho větší množství, aby rychlost reakce dosáhla hodnoty Vmax/2) Obrázek převzat z http://www.kumc.edu/research/medicine/biochemistry/bioc800/car02fra.htm (leden 2007)

NEVRATNÁ REAKCE


NEVRATNÁ REAKCE

= fosforylace na substrátové úrovni (tvorba ATP, energii poskytuje makroergní sloučenina)


Pi +

= fosforylace na substrátové úrovni Obrázek převzat z http://www.kumc.edu/research/medicine/biochemistry/bioc800/car02fra.htm (leden 2007)

Osud NADH+H+


Transport redukčních ekvivalentů do mitochondrie

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


GLYCEROLFOSFÁTOVÝ ČLUNEK


= transaminace

= karboxylace

= redukce

= oxidační dekarboxylace


TEST:

Při odbourání glukózy glykolýzou a) vznikají z jedné glukózy dva pyruváty b) se spotřebovávají 2 ATP c) jsou redukční ekvivalenty transportovány do mitochondrie člunkovým mechanismem d) může vznikat jako vedlejší produkt 2,3-bisfosfoglycerát

Při odbourání glukózy glykolýzou a) vznikají z jedné glukózy dva pyruváty b) se spotřebovávají 2 ATP c) jsou redukční ekvivalenty transportovány do mitochondrie člunkovým mechanismem d) může vznikat jako vedlejší produkt 2,3-bisfosfoglycerát

TEST:

O regulaci glykolýzy platí a) regulační enzymy katalyzují nevratné reakce glykolýzy b) inzulín glykolýzu inhibuje c) glykolýza je inhibovaná při ↑ ATP/ADP d) regulační enzym glukokináza má vyšší afinitu pro glukózu než hexokináza

O regulaci glykolýzy platí a) regulační enzymy katalyzují nevratné reakce glykolýzy b) inzulín glykolýzu inhibuje c) glykolýza je inhibovaná při ↑ ATP/ADP d) regulační enzym glukokináza má vyšší afinitu pro glukózu než hexokináza

Glukoneogeneze - souhrn • glukoneogeneze = syntéza glukózy z necukerných prekurzorů • aktivována stresovými hormony (glukagon, adrenalin, kortizol), tj. ve stresu, včetně hladovění; inhibována je inzulinem, tj. po jídle • probíhá hlavně v játrech (90%) a ledvinách (10%); při dlouhodobém hladovění se ledviny na syntéze glukózy podílejí větší měrou (až 40 %) • substráty: nejméně 3-uhlíkaté molekuly (laktát,pyruvát,alanin,glycerol) laktát: regenerace glukózy metabolizované za anaerobních podmínek (Coriho cyklus: glc → 2 pyr → 2 lac → 2 pyr → glc) glycerol: při hladovění vzniká z odbourávaných TAG tukové tkáně meziprodukty Krebsova cyklu: všechny se mohou přeměnit na oxalacetát, což je meziprodukt glukoneogeneze; mezipruktem NENÍ acetyl-CoA (→2 CO2) α-ketokyseliny: pyruvát, oxalacetát, α-ketoglutarát (vznikají transaminací aminokyselin: alaninu, aspartátu, glutamátu) glukogenní aminokyseliny: odbourávají se na meziprodukty Krebsova cyklu nebo na pyruvát

• pokud vychází z pyr (tj. i lac) a meziprod. Krebsova cyklu, tak začíná v mitochondrii; většina enzymů je v cytoplazmě – společné s glykolýzou • reg. enzymy katalyzují reakce, které nejsou „obrácenou“ glykolýzou

glukóza vstupující do glykolýzy

pyruvát vstupující do glukoneogeneze Obrázek převzat z: J.Koolman, K.H.Röhm / Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition, Thieme 2005

Glukoneogeneze probíhá jako „obrácená glykolýza“

s výjimkou 3 reakcí ! (= regulační reakce)

Obrázek převzat z http://www.biochem.arizona.edu/classe s/bioc462/462b/graphics/GlycolysisGN GLehn4Fig14-16.jpg (prosinec 2007)

Glukoneogeneze = tvorba glukózy z necukerných prekurzorů

Obrázek převzat z http://www2.mcdaniel.edu/Chemistry/CH3321JPGs/Metabolism/Gluconeogenesis.jpg (prosinec 2007)

pouze v mitochondrii


Cyklus Coriových (Coriho cyklus)

játra erytrocyty, sval


Glukózo-alaninový cyklus

játra

svaly


= tuk


Regulace glukoneogeneze regulační enzym

aktivace

pyruvátkarboxyláza • acetyl-Co A • kortizol, glukagon (indukce) fosfoenolpyruvát • kortizol, glukagon karboxykináza (indukce) fruktóza-1,6• kortizol, glukagon (indukce) bisfosfatáza

glukóza-6-fosfatáza • kortizol, glukagon (indukce)

inhibice • inzulin (represe)

• inzulin (represe) • ↑ AMP / ATP • fruktóza-2,6bisfosfát (zvýšen při ↑ inzulin / glukagon) • inzulin (represe) • inzulin (represe)

Regulace glukoneogeneze


TEST:

Glukoneogeneze a) vychází vždy z pyruvátu b) je katalyzována zcela stejnými enzymy jako glykolýza c) se podílí na přeměně uhlíkaté kostry mastných kyselin (např. kyseliny palmitové) na glukózu d) probíhá převážně v játrech a ledvinách

Glukoneogeneze a) vychází vždy z pyruvátu b) je katalyzována zcela stejnými enzymy jako glykolýza c) se podílí na přeměně uhlíkaté kostry mastných kyselin (např. kyseliny palmitové) na glukózu d) probíhá převážně v játrech a ledvinách

TEST:

O regulaci glukoneogeneze platí: a) je aktivována glukagonem b) regulační enzymy glukoneogeneze jsou shodné s regulačními enzymy glykolýzy c) glukoneogeneze je aktivována při hladovění d) mezi regulační enzymy glukoneogeneze patří pyruvátkarboxyláza

O regulaci glukoneogeneze platí: a) je aktivována glukagonem b) regulační enzymy glukoneogeneze jsou shodné s regulačními enzymy glykolýzy c) glukoneogeneze je aktivována při hladovění d) mezi regulační enzymy glukoneogeneze patří pyruvátkarboxyláza

Glykogen - struktura • větvený polymer glukózy (= glukan), na každé 8. – 10. Glc větev • α(1→4) vazby v lineárním řetězci, větev připojena α(1→6) • jeden redukující konec, ostatní konce neredukující (větve) • v buňce bývá na redukujícím konci kovalentně navázán na protein glykogenin (= enzym zahajující syntézu glykogenu) • glykogen je uložen v cytoplazmě buněk – bohatě hydratované glykogenové inkluze, histochemický průkaz PAS reakcí

• vyskytuje se v mnoha tkáních, nejvíce v játrech (10 % hmotnosti tkáně, 100 g celkem) a svalech (2 %, 400 g celkem) • kromě jater využívají ostatní tkáně glykogenové zásoby glukózy jen pro svou vlastní potřebu • jaterní glykogen je hlavním zdrojem krevní Glc na počátku hladovění

GLYKOGEN

(Glc)n

OH

neredukující konec

redukující konec

Obrázek převzat z http://students.ou.edu/R/Ben.A.Rodriguez-1/glycogen.gif (říjen 2007)

Glykogen - degradace • v potravě obsažen v mase, trávicí enzym: α-amyláza (hydroláza) • v buňce je odbouráván glykogen fosforylázou (transferáza) • větve odstraňovány odvětvovacím enzymem (transferáza), vazbu α(1→6) štěpí glykosidáza (hydroláza) • hlavní degradační produkt: glukóza-1-fosfát (izomerován na Glc-6-P mutázou); fosfát pochází z anorg. fosfátu nikoli z ATP • pro uvolnění glukózy do krve je nezbytná Glc-6-fosfatáza (v endoplazmatickém retikulu, chybí ve svalech) • část glykogenu se v buňce odbourává v lyzosomech • porucha degradace: glykogenózy („střádavá onemocnění“), různé typy, postihují jednu nebo více tkání, různě těžký průběh (smrt v dětství či jen přechodné problémy během života); játra: hypoglykémie, sval: slabost, křeče; obecně: zvětšení orgánů


glykogen Pi

glukóza ATP ADP


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

Glykogen - syntéza • nutný primer: zbytek glykogenu nebo enzym glykogenin • substrát: UDP-glukóza (Glc →Glc-6-P→ Glc-1-P + UTP → UDP-glc) • enzym glykogen syntáza: α(1→4) a větvící enzym: α(1→6) • glykogen při syntéze narůstá na neredukujících koncích: UDP aktivuje glukózu na uhlíku číslo 1 (UDP-1-Glc) vytváří se α(1→4) O-glykosidová vazba mezi glykogenem a glukózou, tj. glukóza se váže na 4. uhlík koncové glukózy glykogenu (= neredukující konec) takto je metabolismus glykogenu rychlý: syntéza i odbourávání může probíhat současně na mnoha koncových větvích glykogenu (neredukující konce) z tohoto důvodu je i produktem štěpení glykogenu glukóza-1-P

Metabolismus glykogenu animace



Regulace metabolismu glykogenu

regulační enzym glykogenfosforyláza (degradace glykogenu)

glykogensyntáza (syntéza glykogenu)

aktivace

inhibice

• glukagon, adrenalin (fosforylace) • ↓ ATP / AMP • Ca2+ (ve svalu) • inzulin (indukce) • glukóza-6-fosfát

• ↑ ATP / AMP • glukóza-6-fosfát • glukóza

• glukagon, adrenalin (fosforylace)

TEST:

Glykogen a) je syntetizován glykogenfosforylázou b) slouží jako zdroj krevní glukózy při hladovění c) je odbouráván při ↑ poměru inzulin/glukagon d) se syntetizuje z UDP-glukózy

Glykogen a) je syntetizován glykogenfosforylázou b) slouží jako zdroj krevní glukózy při hladovění c) je odbouráván při ↑ poměru inzulin/glukagon d) se syntetizuje z UDP-glukózy

Pentózový cyklus - souhrn • také „hexózomonofosfátový zkrat“ neboť je zde oxidována a štěpena glukóza ve formě monofosfátu (narozdíl od glykolýzy) • jde o alternativní oxidační štěpení glukózy v buňce pomocí NADP+ , cyklus může být chápán jako „odbočka glykolýzy“ • nevzniká zde žádné ATP ani NADH či FADH2, tj. neslouží k „tvorbě“ energie pro buňku (není propojen s dých. řetězcem) • substrát: Glc-6-P / produkty: CO2, 2 NADPH, různé monosacharidy (jejich fosfáty), hlavně Rib-5-P • regulační enzym: glc-6-P-dehydrogenáza, jeho genetický defekt je příčinou hemolytické anemie; regulován poměrem NADP+/NADPH; inzulin zvyšuje syntézu reg. enzymu • 2 části: oxidační (nevratná) a přeměna sacharidů (vratná) • pentózový cyklus běží buď jako cyklus (produkce NADPH), nebo funguje jako zdroj Rib-5-P pro syntézu nukleotidů

Pentózový cyklus oxidační fáze (nevratná)

vzájemné přeměny sacharid-monoP (vratné)

Obrázek převzat z http://courses.cm.utexas.edu/archive/Spring2002/CH339K/Robertus/overheads-3/ch15_pentose-alternatives.jpg (prosinec 2006)

Obrázek převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/pentose-phosphate-pathway.html (prosinec 2006)

syntéza nukleotidů

meziprodukty glykolýzy

Obrázek převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/pentose-phosphate-pathway.html (prosinec 2006)

Obrázek převzat z http://www.richmond.edu/~jbell2/14F34.JPG (prosinec 2006)

Obrázek převzat z http://courses.cm.utexas.edu/archive/Spring2002/CH339K/Robertus/overheads-3/ch15_pentose-alternatives.jpg (prosinec 2006)

Regulace pentózového cyklu • probíhá na úrovni dostupnosti substrátů a odčerpávání produktů

↑ NADPH / NADP+

reakce vyžadující NADP+ jsou inhibovány nedostatkem tohoto koenzymu

TEST:

Pentózový cyklus a) je zdrojem NADH+H+ b) zahrnuje reakce schopné přeměnit glukózu na 6 CO2 c) je regulován na úrovni glukóza-6-fosfát dehydrogenázy d) je propojen s glykolýzou přes glc-6-P, fruktóza-6-P a glyceraldehyd-3-P

Pentózový cyklus a) je zdrojem NADH+H+ b) zahrnuje reakce schopné přeměnit glukózu na 6 CO2 c) je regulován na úrovni glukóza-6-fosfát dehydrogenázy d) je propojen s glykolýzou přes glc-6-P, fruktóza-6-P a glyceraldehyd-3-P

Fruktóza • zdroj: sacharóza (Glc-Fru): štěpena sacharázou ve střevě volná v ovoci („ovocný cukr“ = fruktóza) a medu

• část fruktózy se přeměňuje na glukózu už ve střevě, metabolizována je hlavně v játrech • fruktokináza (Fru-1-P), hexokináza (Fru-6-P) • aldoláza B (defekt: vrozená intolerance fruktózy) • fruktóza nezvyšuje produkci inzulinu, její vstup do buněk i

metabolismus je na inzulinu nezávislý • fruktóza aktivuje glykolýzu (glukokinázu) a sama je metabolizována rychleji než Glc (nejde přes PFK-1) • osud: glykolýza, lipogeneze; syntéza mannózy (pro glykoproteiny)

Metabolismus fruktózy v játrech

syntéza TAG

= aldoláza B

glykolýza nebo glukoneogeneze Obrázek převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/glycolysis.html (leden 2007)

Sorbitol • cukerný alkohol vznikající redukcí karbonylové skupiny fruktózy nebo glukózy (alternativní název: glucitol) • glucitol jako umělé sladidlo (E420) se vstřebává v távicím traktu jen málo (polární látka) • enzym aldóza reduktáza (glukóza → sorbitol; NADPH): v mnoha tkáních, významný v játrech, sítnici, oční čočce, periferních

nervech a ledvinách (problémy u pacientů s hyperglykemií: osmoticky aktivní sorbitol zadržuje v buňkách vodu, změna osmolarity je příčinou šedého zákalu, periferní neuropatie a cévních problémů vedoucích k poškození ledvin a oční sítnice)

• sorbitol je dále oxidován na fruktózu sorbitol

dehydrogenázou (sorbitol → fruktóza; NAD+): významné v játrech a semenných váčcích (spermie získávají energii z Fru)


TEST:

Fruktóza a) může být fosforylována buď na fru-6-P nebo na fru-1-P b) může být v těle přeměněna na tuk c) po přeměně na fru-1-P inhibuje glukokinázu d) nemůže být v těle přeměněna na glukózu

Fruktóza a) může být fosforylována buď na fru-6-P nebo na fru-1-P b) může být v těle přeměněna na tuk c) po přeměně na fru-1-P inhibuje glukokinázu d) nemůže být v těle přeměněna na glukózu

Galaktóza • koncentrace v krvi: 0 – 0,3 mM • zdroj: laktóza (Gal-Glc) štěpena laktázou ve střevě; vzniká i štěpením glykoproteinů a glykolipidů v lyzosomech

• syntéza: z glukózy (galaktóza je 4-epimer glukózy) • vstup do buněk je nezávislý na inzulinu • galaktokináza (Gal-1-P), v mnoha buňkách • galaktóza se přeměňuje hlavně v játrech na glukózu uridyltransferáza: Gal-1-P + UDP-Glc → UDP-Gal + Glc-1-P epimeráza: UDP-Gal → UDP-Glc

• defekt galaktokinázy nebo uridyltransferázy: galaktosemie • využití: glykoproteiny, glykolipidy, glykosaminoglykany, laktóza mateřského mléka

Metabolismus galaktózy

epimerizace probíhá na úrovni UDPderivátů


Mannóza • součást glykoproteinů (gp) • 2-epimer glukózy, ale nevzniká epimerací Glc, nýbrž z fruktózy (což je ketoizomer glukózy, >CO sk. v pozici 2) • syntéza: Fru-6-P ↔ Man-6-P (izomerace); mannóza se touto cestou může i odbourávat (Fru-6-P je meziprodukt glykolýzy)

• z jejího derivátu N-acetylmannózaminu a z pyruvátu vzniká kyselina neuraminová: její deriváty označované jako sialové kyseliny (Sia, NeuAc) jsou také součástí glykoproteinů (vázány na koncích oligosacharidových větviček gp, nejsou v rostlinných glykoproteinech); mají záporný náboj (-COO-), odpuzováním se navzájem „načechrávají“ strukturu glykoproteinu v prostoru • stárnoucí gp krevní plazmy ztrácejí tyto koncové struktury Sia a jsou tak rozeznány buňkami a odbourány

GLYKOPROTEINY

Obrázek převzat z knihy: J.Koolman, K.H.Röhm / Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition, Thieme 2005

Syntéza aminocukrů

aminocukry vznikají z Fru-6-P amidací pomocí Gln, acetylací aminodusíku a následnou izomerací (Glc/Gal)

http://www.biochemj.org/bj/353/0245/bj3530245.htm (duben 2012)

ABO systém

Obrázek převzat z http://www.life.umd.edu/classroom/bsci422/mosser/ABO.gif (březen 2007)

PROTEOGLYKANY osový protein + glykosaminoglykany (GAG)

(aminocukr-uronová kys.)n Obrázek převzat z http://www.grandmeadows.com/archives/truth1.gif (říjen 2007)

Syntéza kys. glukuronové

• syntéza glykosaminoglykanů

• konjugační reakce v játrech Obrázek převzat z http://www.kumc.edu/research/medicine/biochemistry/bioc800/car02fra.htm (leden 2007)

TEST:

Glukóza může být v těle přeměněna na a) ribózu: za využití reakcí pentózového cyklu b) fruktózu, např. přes glucitol c) kyselinu glukuronovou: oxidací glukózy na C1 d) galaktózu: galaktóza je 2-epimer glukózy

Glukóza může být v těle přeměněna na a) ribózu: za využití reakcí pentózového cyklu b) fruktózu, např. přes glucitol c) kyselinu glukuronovou: oxidací glukózy na C1 d) galaktózu: galaktóza je 2-epimer glukózy

Klinické souvislosti (více viz. poznámky) • glykemická křivka (normální a snížená tolerance glc, DM) - oGTT • glykemický index (rychlost nárůstu glykémie po jídle) - GI • vláknina (rozpustná a nerozpustná) • glykace proteinů (glykovaný hemoglobin, fruktózamin) • glykosurie (ledvinný práh pro glukózu) • glykorachie (koncentrace glc v mozkomíšním moku) • laktátová acidóza (metabolická acidóza) • hemolytické anemie (při defektech enzymů glykolýzy a pent. cyklu) • metabolismus svalu (anaerobní a aerobní cvičení)

poznámky 1) •

nárůst glykémie po požití sacharidů se testuje pomocí oGTT (vypití nápoje obsahujícího 75 g glukózy / 300 ml, měří se glykemie nalačno, za 60 a 120 min. po vypití) - maximum glykémie je za 45 - 60 min., do 120 min. se vrací k normálu; u porušené glukózové tolerance je po 60 min. glykémie vyšší než 11 mM, ale po 120 min. je již nižší, zatímco u DM zůstává zvýšená nad 11 mM i po 120 min. (= potvrzení diabetu; méně než 7,8 mM po 120 min. DM vylučuje)

•

tvar glykemické křivky závisí na rychlosti vstřebávání (strmost vzestupné části), výška píku ukazuje na funkci jater, sestupná část křivky odpovídá odezvě těla na inzulin

•

glykemický index potravin udává jak sacharidy (50 g) dané potraviny zvyšují glykemii po jídle ve srovnání s podáním stejného množství čisté glukózy: plocha pod křivkou po požití potraviny dělená plochou pod křivkou po požití glukózy, vyjadřuje se v %; do 55 jde o nízký GI (= vhodné potraviny, např. celozrnné pečivo, zelenina, rýže: zvyšují glykemii pozvolna, tj. dochází jen k menšímu vyplavení inzulinu); GI nad 75 je vysoký, díky vyplavení více inzulinu se syntetizuje i více TAG (bílé pečivo, pivo)

•

vláknina (celulóza, pektin, hemicelulózy) zvětšuje objem tráveniny, zpomaluje vstřebávání látek, urychluje pasáž střevy a tím i kontakt škodliviny se střevní sliznicí, změkčuje stolici (váže vodu), vyloučí se víc cholesterolu a žlučových kyselin - tím se snižuje cholesterolémie; rozpustná vláknina (např. pektin) je metabolizována střevními bakteriemi - produkty (krátké karboxylové kyseliny) slouží jako zdroj energie pro kolonocyty

•

glykace proteinů probíhá neenzymaticky: Schiffova báze (aldimin) mezi Glc a primární -NH2 skupinou proteinu; po čase dochází k přesmyku: Amadoriho produkt (ketoamin, fruktózamin), který je nevratný; u proteinů s dlouhým biologickým poločasem (v endotelu, myelinových pochvách, glomerulární membráně, sítnici) dochází po týdnech a měsících k oxidaci navázané Glc a vznikající produkty se váží na další místa v proteinu (cross links), což poškozuje jeho funkci (neuropatie, retinopatie, glomeruloskleróza, gangréna dolních končetin u diabetiků - díky vzniku tzv AGE = advanced glycation end-products); glykuje se nejen hemoglobin (do 4,5% dobrá kompenzace diabetu, nad 6% neuspokojivá), ale i albumin a ApoB100 (ateroskleróza)

Glykovaný hemoglobin

fruktóza

http://www.medicographia.com/2010/01/advanced-glycation-end-products-ages-and-their-receptors-ragesin-diabetic-vascular-disease/

poznámky 2) •

ke glykosurii dochází pokud je alespoň 15 minut glykemie zvýšená nad 10 mM: profiltrovaná glukóza se z primární moči nevstřebá všechna zpět do krve; při poškození ledvin může ke glykosurii dojít i při nižších glykemiích (2,8 mM), u diabetické glomerulosklerózy může být bez glykosurie i vysoká glykemie (19 mM)

•

glykorachie (v moku z lumbální punkce) bývá 60% z hodnoty glykemie odebrané 4 hod. před odběrem moku; nízké hodnoty bývají u bakteriálních infencí (meningitida), nádorech či krvácení do mozku, kdy současně roste v moku koncentrace laktátu z anaerobní glykolýzy bakterií, nádorových buněk, erytrocytů

•

při nadprodukci laktátu v těle (hypoxie tkání, anaerobní cvičení) dokází k poklesu pH krve (laktátová acidóza) - měří se koncentrace laktátu v krvi

•

při defektu některého z enzymů glykolýzy (např. pyruvátkinázy) nebo glukóza-6fosfát dehydrogenázy pentózového cyklu jsou postiženy erytrocyty předčasnou lýzou: nedostatečná glykolýza produkuje méně ATP - v buňce se hromadí Na+, táhne za sebou vodu, erytrocyt zvětšuje objem a dříve praskne; pokud pentózový cyklus neprodukuje dostatek NADPH, není erytrocyt dostatečně chráněn proti oxidačnímu stresu - dochází k poškození membrány a hemolýze

•

při intenzivní svalové práci (sprint, zvedání činek) je sval méně okysličován a energii získává anaerobní glykolýzou; laktát se hromadí v buňce a snižuje pH, které inhibuje glykolýzu a způsobí vyčerpání svalů, bolest; odstarnění laktátu ze svalu probíhá dostatečně až po ukončení svalové práce; při aerobním cvičení jsou oxidovány mastné kyseliny, pro vstup acetyl-CoA do Krebsova cyklu je nezbytný dostatek oxalacetátu, který vzniká hlavně z pyruvátu - tj. i při aerobním cvičení sval potřebuje utilizovat určité množství glukózy

Metabolismus sacharidů SOUHRN

Recommend Documents