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 buněka) 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

Obrázek byl převzat z http://www.mfi.ku.dk/ppaulev/chapter27/Chapter%2027.htm

Transport Glc do buněk je závislý na účinku inzulínu (GLUT-4) v následujících tkáních: srdeční a kosterní svalovina, tuková tkáň

Dráhy utilizace glukózy – glykolýza, pentózafosfátový cyklus, syntéza

glykogenuFosforylace 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

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

KM hexokináza = 0,1 mM

KM glukokináza = 10 mM

Glykolýza

● 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● 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

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.edu/classes/bioc462/462b/glycolysis.html

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