1METABOLIZAM UGLJIKOHIDRATA

GLIKOLIZA

Kolegij: BIOKEMIJALADA RUMORA, TIHANA ANI GRUBII i KARMELA BARII

Zavod za medicinsku biokemiju i hematologiju

2 ATP/glukoza

anaerobnaoksidacija UH

36 ATP/glukoza

aerobnaoksidacija UH

2Prijenosnici glukoze (GLUT)

-olakan prijenos D-glukoze kroz st. membranumehanizmom uniporta Na+-neovisan prijenosni sustav olakane difuzije

-veinom smjeteni u st. membrani;12 transmembranskih segmenata (-uzvojnice)

-ovisnost o koncentracijskom gradijentu;prijenos glukoze u bilo kojem pravcu;ipak, smjer najee izvana unutar stanice

- GLUT porodica: GLUT1 do GLUT12

GLUT1 u veini st. sisavaca, ali vrlo malo u st. jetre i st. miia

Km = 1 mM bazalni unos glukoze;neovisan o inzulinu

GLUT2 prvenstveno u st. jetre i u -st. guterae;takoer u st. crijeva i bubrega

Km = 15-20 mM st. jetre -neovisan o inzulinu;-st. guterae regulacija izluivanja inzulina kao odgovor na konc. glukoze u krvi

GLUT3 u veini st. sisavaca;mozak (neuroni)

Km = 1 mM bazalni unos glukoze;neovisan o inzulinu

GLUT4 st. masnog tkiva, sranog miia i skeletnih miia

Km = 5 mM inzulin stimulira unos glukoze u stanicu

GLUT5 st. crijeva, bubrega, testisa, spermiji

- primarno je transporter fruktoze

normalna koncentracija glukoze u krvi ovjeka: 4,4 6,4 mM

3Na+-monosaharidni kotransportni sustav Na+-glukozni simport (crijevne i bubrene stanice)

41940. kompletan put glikolize;doprinosi: Gustav Embden,Otto Meyerhof, Carl Neuberg,Jacob Parnas, Otto Warburg,Gerty Cori, Carl Cori

glikolitiki put iliEmbden-Meyerhofov put

svi enzimi glikolize CITOSOL

Fosforilacija glukoze heksokinaza (HK)

enzimi KINAZE prijenos fosfatne skupine od ATP na intermedijer glikolize ili obrnuto

5 vezanje supstrata u stanici G-6-P(fosfatni ester) ne moe proi krozst. membranu

termodinamoki povoljna reakcija,ireverzibilna

vezanje glukoze inducira velikukonformacijsku promjenu HK:zatvaranje pukotine inducirano pristajanje

Izomerizacija G-6-P i F-6-P fosfoglukoza izomeraza

enzimi IZOMERAZE izomerizacija i pretvorbaketoza u aldoze i obrnuto; enolni meuprodukt

6Fosforilacija F-6-P fosfofruktokinaza-1 (FFK-1)

ireverzibilna reakcija

bis- 2 zasebne monofosfatne skupinedi- 2 fosfatne skupine povezane anhidridnom vezom

-iz C6 jedinicenastaju C3 jedinice

-ALDOLAZA:aldolno kidanje /aldolna kondenzacija

-C3 jedinice semeusobno pretvarajujedna u drugu

-TRIOZA FOSFAT IZOMERAZA:pretvorba ketoze u aldozu

7Gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza (GAPDH)

1. oksidacija aldehida ukarboksilnu kis. pomou NAD+

2. fosforilacija / dehidracija:nastajanje acilnog fosfata(mijeani anhidrid fosfatnekis. i karboksilne kis.) visok potencijal prijenosafosfatne skupine

8- tioesterski meuproduktje kovalentno vezan naenzim GAPDH

- reakcija troi NAD+!!!

Cys149

His176

9Prva reakcija u kojoj nastaje ATP

fosforilacija na razini supstrata supstrat sudjeluje ureakciji kataliziranoj enzimom u kojoj nastaje ATP ili GTP;donor fosfata je supstrat s visokim potencijalom prijenosafosfatne skupine 1,3-BPG

enzimi MUTAZE katalizira intramolekulsko pomicanjekemijskih skupina, poput fosfatne skupine (prijenos fosfatneskupine s jednog na drugi atom kisika unutar iste molekule)

10

fosfoglicerat mutaza nune male koliine2,3-bisfosfoglicerata zaaktivnost fosfoenzima

2,3-BPG

enzim-His8-fosfat + 3-PG enzim-His8 + 2,3-BPGenzim-His8 + 2,3-BPG enzim-His8-fosfat + 2-PG: 3-PG 2-PG

Sinteza 2,3-BPG (u eritrocitima 15-25%)

bifunkcionalan enzim BPG mutaza / 2,3-BPG fosfataza mutaza (stvaranje 2,3-BPG) i fosfataza (hidroliza 2,3-BPG)

MIP/MTMR = engl. multiple inositol polyphosphate /myotubularin and myopathy related protein = JUMPY

ADP

ATP

glucose

pyruvate

MIP phosphatase

Pi

11

pH MIP fosfataza i FFK-1

izuzetna osjetljivost MIP fosfataze na promjene pH: pH aktivnost MIP fosfataze

koncentraciju 2,3-BPG u eritrocitima reguliraju: relativno male promjene u pH SUPROTNA osjetljivost MIP fosfataze i FFK-1 na promjene pH

metabolika acidoza: 2,3-BPG u eritrocitima alkaloza (gubitak krvi, vie nadmorske visine):

2,3-BPG u eritrocitima

- druga reakcija u kojojnastaje ATP

- ireverzibilna reakcija- fosforilacija na razinisupstrata

- PEP enolni fosfat;visok potencijal prijenosafosfatne skupine

- enolni oblik jenestabilan;pretvorba u stabilniji keton(piruvat)

- dehidracija(eliminacija vode)

12

glukoza + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+ 2 piruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

Regeneracija NAD+ (vit. niacin)

13

ANAEROBNA GLIKOLIZA

kvasci i neki drugi mikroorganizmi ETANOL

razliiti mikroorganizmi i vii organizmi LAKTAT

TPP

TPP = tiamin pirofosfat (vit. tiamin, B1)

ANAEROBNA GLIKOLIZA LAKTAT krajnji produkt glikolize

razliiti mikroorganizmi

vii organizmi:

stanice koje nemaju mitohondrije ili ih imaju malo eritrociti ronica oka, lea, mrenica sr bubrega, testisi, leukociti relativno malo mitohondrija

miine st. tijekom intenzivne aktivnosti (vea potreba za energijom od dostave kisika)

14

AEROBNA GLIKOLIZA (prisutan O2 i mitohondriji)

PIRUVAT je krajnji produkt glikolize

unutranja membrana MTH nije propusna za NADH

GLICEROL-3-FOSFAT prijenosni sustav (st. miia) i MALAT ASPARTAT prijenosni sustav (st. jetre)

prenose reducirajue ekvivalente NADH iz citosola u matriks MTH, ali ne i obrnuto

GLICEROL-3-FOSFAT prijenosni sustav

a = citosolna glicerol 3-fosfat dehidrogenazab = mitohondrijska glicerol 3-fosfat dehidrogenaza

NADHcitosol + H+citosol + FADunutranja membrana MTH

NAD+citosol + FADH2 unutranja membrana MTH

15

MALAT ASPARTAT prijenosni sustav

a = citosolna malat DHb = antiport dikarboksilnih

kiselinac = mitohondrijska malat DHd = mitohondrijska aspartat

aminotransferazae = glutamat aspartat

antiportf = citosolna aspartat

aminotransferazaOAA = oksaloacetatMal = malatKG = -ketoglutarat

NADHcitosol + H+citosol + NAD+matriks MTH

NAD+citosol + NADHmatriks MTH + H+matriks MTH

osnovna uloga glikolize u metabolizmu: stvaranje ATP (energija) stvaranje meuprodukata za biosinteze(masne kiseline)

brzina glikolize se regulira kako bi se: zadovoljila potreba za energijom (ATP) zadovoljila potreba za biosintezom

mjesta regulacije: enzimi koji kataliziraju u biti ireverzibilne reakcije heksokinaza fosfofruktokinaza-1 piruvat kinaza

16

Regulacija kljunih enzima glikolize

reverzibilna alosterika kontrola msek. sek.

kovalentna modifikacija tj. regulacija fosforilacijom sek. min.

transkripcijska kontrola sati

Heksokinaza (HK) i glukokinaza (GK)

HK izoenzim u veini tkiva hiperbolna krivulja (Michaelis-Mentenova kinetika)

nizak Km za glukozu (

17

regulacijski protein glukokinaze (GK-RP) vee GK u inaktivan kompleks u jezgri st. jetre glukoza aktivnost GK potie disocijaciju kompleksa i translokaciju GK u citoplazmu

fruktoza 6-fosfat aktivnost GK stimulira translokaciju GK u jezgru

fruktoza 1-fosfat aktivnost GK inhibira translokaciju GK u jezgru

GK inducibilan enzim

glukoza u krvi inzulin transkripcija gena za GK koliina enzima GK u jetri glukoza u krvi

18

Fosfofruktokinaza-1(FFK-1)

alosteriki efektori FFK-1: negativni ATP, citrat (jetra), H+ ioni tj. pH (miii) pozitivni AMP, fruktoza-2,6-bisfosfat (F-2,6-BP)

ovi spojevi signaliziraju potrebu za drugaijom stopom glikolize kao odgovor na promjene u: energijskom stanju stanice (ATP i AMP) unutranjem okoliu stanice (H+ ioni) dostupnosti alternativnih goriva poput masnih kiselina i ketonskih tijela (citrat)

omjeru inzulina i glukagona u krvi (F-2,6-BP)

- visoka konc. ATP inhibira FFK-1 smanjuje afinitet enzima za F-6-P

- citat i H+ ioni poveavaju inhibicijsko djelovanje ATP;AMP i F-2,6-BP smanjuju inhibicijsko djelovanje ATP

19

MEHANIZAM AKTIVACIJE FOSFOFRUKTOKINAZE-1

fruktoza-2,6-bisfosfatom

F-2,6-BP aktivira FFK-1: sigmoidalna ovisnost brzine o konc. supstrata postaje hiperbolina uz 1 M F-2,6-BP.

F-2,6-BP smanjuje inhibicijsko djelovanje ATP-a.

FFK-1 najvaniji enzim koji odreuje stopu brzine glikolize!!!

inhibicija FFK-1 dovodi do inhibicije HK:kada je FFK-1 inaktivna, raste konc.F-6-P, a zatim i G-6-P (u ravnotei s F-6-P);G-6-P inhibira HK

G-6-P stanica vie ne treba glukozu za energiju niti za sintezu glikogena i glukoza e ostati u krvi

20

Dvije su FFK:

6-fosfofrukto-1-kinaza (FFK-1) njenim djelovanjem nastaje intermedijer glikolize F-1,6-BP

6-fosfofrukto-2-kinaza (FFK-2) njenim djelovanjem nastaje pozitivan alosteriki efektor FFK-1: F-2,6-BP;bifunkcionalan enzim FFK-2 / F-2,6-BPaza (kinaza i fosfataza)

fruktoza 6-P + ATP fruktoza 1,6-BP + ADP + H+FFK-1

Piruvat kinaza (PK)

alosterika regulacija (jetra i miii) negativni efektori: ATP (visok energijski naboj), alanin

(velike koliine graevnih jedinica), acetil-CoA

pozitivni efektori: F-1,6-BP (regulacija PK povezana s regulacijom FFK-1)

kovalentna modifikacija L tip (PKL) jetra, M tip miii i mozak (PKM) samo L (jetra) reverzibilna fosforilacija inaktivacija ( aktivnost) PK

PK (jetra) inducibilan enzim ( glukoza, inzulin)

21

U stanicama jetre:

, acetilCoA

Proteini ija se sinteza inducira u stanjima hipoksije

HIF = engl. hypoxia-inducible transcription factorVEGF = engl. vascular endothelial growth factor

(VEGF)

(HIF)

22

PK i hemolitika anemija

hemolitika anemija: pretjerano razaranje eritrocita deficit PK (5-25% od normalnog):

ATP, intermedijeri glikolize do toga koraka, 2,3-BPG afinitet Hb za O2

retikulociti (NEzrele crvene krvne stanice): MTH, stvaranje ATP-a oksidacijskom fosforilacijom;sazrijevanjem eritrociti: gubitak MTH, sinteza ATP-a iskljuivo glikolizom; bez ATP-a natiu i pucaju (liziraju se)