KATABOLIZAM

FAZE GLIKOLIZE

ADP + Pi

ADP + Pi

2 NAD+

Glukoza

Fruktoza-1,6-difosfat

DHAP

GAP

Piruvat Piruvat

ATP

ATP

GAP

2 NADH2 ADP 2 ATP

2 ADP 2 ATP

I faza:

UTROŠAK

ATP-a

II faza:

DOBIJANJE

ATP-a i NADH

Enzimi i intermedijeri glikolize

• 11 Glikolitičkih enzima (10 + LDH):

• lokalizacija u citozolu

• Intermedijeri glikolize - svi fosforilisani

– Negativno naelektrisanje povećava polarnost i onemogućuje prolaz kroz membranu

– Stvaranje kompleksa ES

• Vezivanje za enzim

• “Prepoznavanje” supstrata

– Fosforil ostaci postaju terminalne fosfatne grupe ATP

1. Fosforilacija D-glukoze: Heksokinaza

O

CH2OH

HH

OH

H

OH

OH

HOH

H

+ ATP

Heksokinaza

Mg2+

O

CH2OPO3

HH

OH

H

OH

OH

HOH

H

+ ADP H+

Glukoza

Glukoza-6-fosfat (G6P)

+

2-

Utrošak prvog mola ATP-a

Ireverzibilna reakcija

Enzimi:• Heksokinaza (većina ćelija)• Glukokinaza (jetra)

Kinetika fosforilacije D-glukoze pod dejstvom heksokinaze i glukokinaze

• Heksokinaza•Niska Km

•U većini ćelija•Negativni alosterni modulator G-6-P•Održava veliki konc.gradijent

•Glukokinaza•Visoka Km •U jetri •Aktivna samo posle obroka•Nema alosternog modulatora

2. Konverzija G-6P u F-6P

Fosfoglukoza-izomeraza (PGI)

O

CH2OPO3

HH

OH

H

OH

OH

HOH

H

Glukoza-6-fosfat (G6P)

2-

O

CH2OPO3

H

OH

H

H

OHOH

CH2OH

2-

Fruktoza-6-fosfat (F6P)

3. Fosforilacija F-6P: Fosfofruktokinaza

Fosfofruktokinaza (PFK)

O

CH2OPO3

H

OH

H

H

OHOH

CH2OH

2-

Fruktoza-6-fosfat (F6P)

Mg2+

+ ATP

O

CH2OPO3

H

OH

H

H

OHOH

CH2OPO3

2-

2-

Fruktoza-1,6-difosfat (FDP)

+ ADP H+

+

• PFK-1 glavni regulatorni enzim glikolize !!!

4. Cepanje FDP: Aldolaza

CH2OPO3

C

C

C

C

CH2OPO3

O

HOH

OH

H

H

OH

CH2OPO3

C

CH2

O

OH

C

OH

C OHH

CH2OPO3

Dihidroksiaceton-fosfat (DHAP)

Gliceraldehid-3-fosfat (GAP)

Fruktoza-1,6-difosfat (FDP)

Aldolaza

2-

2-

2-

2-

1

2

3

• Reverzibilna aldolna kondenzacija

• Intermedijer tipa Schiff-ove baze

5. Trioza-fosfat izomeraza: Interkonverzija trioza-fosfata

• U ravnoteži: 90% DHAP !

• Stalna potrošnja GAP u procesu glikolize favorizuje konverziju DHAP u GAP

C

C

CH2OPO3

O

OH

H

HC

OH

C OHH

CH2OPO3

Dihidroksiaceton- fosfat (ketoza)

Gliceraldehid- 3-fosfat (aldoza)

2-2-

C

OHH

C OHH

CH2OPO32-

Intermedijer (endiol)

6. Oksidacija gliceraldehid-3-fosfata:Stvaranje prvog visokoenergetskog intermedijera

Za odvijanjeglikolize neophodan NAD+

NADH pod aerobnimuslovima u mitohondrije(resporatorni lanac)

7. Fosfoglicerat-kinaza: Stvaranje prvog mola ATP-a fosforilacija na nivou supstrata

8. Fosfogliceromutaza: Konverzija 3-fosfoglicerata u 2-fosfoglicerat

• Reverzibilna reakcija

• Mehanizam reakcije:

enzim (donor fosforil gr.) + 3-fosfoglicerat 2,3-Difosfoglicerat

2-Fosfoglicerat + enzim

Sinteza i degradacija 2,3-DPG u eritrocitima: odvojak glikolitičkog puta

9. Enolaza: Stvaranje drugog visokoenergetskog intermedijera

Za delovanje enolaze neophodni K+ i Mg2+

Inhibitor: F- u prisustvu neorganskog fosfata vezuju se u stabilan kompleks sa Mg2+ u aktivnom centru enzima

10. Piruvat-kinaza: Stvaranje drugog mola ATP-a, fosforilacija na nivou supstrata

• PK - regulatorni enzim ! U prisustvu K+ i Mg2+

Sudbina piruvata pod anaerobnim uslovima: Laktat dehidrogenazamlečno-kiselinsko vrenje

Uloge:

1.ReoksidacijaNADH do NAD+

za inteziviranje glikolize (brzo dobijanje ATP-a)aerobni put glikolize daje više ATP-aanaerobni put brže

2. Laktat u jetri –za resintezu glukoze

Izoenzimi LDH kod sisara

M4

M3H

M2H2

MH3

H4

U skeletnim mišićima i jetriNiska KM za piruvatNema inhibicije piruvatom

U srčanom mišićuViša KM za piruvatAlosterna inhibicija piruvatom

• Tetramerni enzim

• Dva tipa subjedinica:

– M (mišićni tip) u tkivima – povremeno pod anaerobnim uslovima

– H (srčani tip) – u izrazito aerobnim tkivima

ALKOHOLNO VRENJE – ĆELIJE KVASCA

(koenzim TPP)

ENERGETIKA GLIKOLIZE

Glukoza 2 laktat + 2H+

Go’ = +61 kJ/mol glukoze2 ADP + 2Pi 2 ATP

Go’ = -196 kJ/mol glukoze

Efikasnost glikolize = 61/196 = 0,31

• (31% oslobođene energije iskorišćeno je za sintezu ATP-a)

• Pod realnim uslovima u ćeliji (uz realne koncentracije intermedijera), efikasnost glikolize je veća nego pod standardnim uslovima, i iznosi oko 59%

Regulacija glikolize: Promene slobodne energije u glikolitičkim reakcijama

(eritrociti)

Glu

koz

a G6

P

F6

P

FD

P

DH

AP

GA

P

3P

G

2P

G

PE

P

Piruvat

Heksokinaza

PFK

PK

G

GLAVNI MODULATORI ALOSTERNIH GLIKOLITIČKIH ENZIMA

Uticaj alosternih modulatora na aktivnost PFK-1

ATP – alosterni inhibitor PFKAMP - alosterni aktivator PFKUdruženi efekti ATP-a i AMP-avažni za mišićne ćelije:

Brza nadoknada ATP-a u mišićima: CK

kreatin+ATP↔fosfokreatin+ADP AK

2ADP↔ATP+AMP

Pad ATP-a za 10%

Porast AMP-a 4x

↑ PFK-1

↑ glikolize

Stvaranje F2,6Pnajmoćniji alosterni aktivator PFK-1

Bifunkcionalni enzim:Jedan aktivni centar – fosfofruktokinaza -2 ( PFK-2)Drugi aktivni centar – fruktoza-difosfataza ( FDP-aza)

Glukoza ↑

Glukagon ↓

cAMP ↓

Defosforilacija enzima(aktivacija PFK-2)

F2,6DP ↑

Aktivnost PFK-1 ↑

Stimulacija glikolize

Glukoza ↑

Glukagon ↓

cAMP ↓

Defosforilacija enzima(aktivacija PFK-2)

F2,6DP ↑

Aktivnost PFK-1 ↑

Stimulacija glikolize

Alosternaregulacija

PFK-2:hormonska

GLUKAGON

PFK-2 aktivnadefosforilisana

FDP aktivnafosforilisana

Glukoza ↓

Glukagon ↑

cAMP ↑

Fosforilacija enzima(aktivacija FDP-aze)

F2,6DP ↓

Aktivnost PFK-1 ↓

Inhibicija glikolize

Glukoza ↓

Glukagon ↑

cAMP ↑

Fosforilacija enzima(aktivacija FDP-aze)

F2,6DP ↓

Aktivnost PFK-1 ↓

Inhibicija glikolize

KATABOLIZAM GLIKOGENA (GLIKOGENOLIZA)

1. Glikogen-fosforilaza (fosforilaza) -piridoksal fosfat-

Glikogen(n ostataka) + G1P+ Pi

Glikogen(n-1 ostataka)

Odvajanje ostataka glukoze:

2. Fosfoglukomutaza (PGM)

Glukoza-1-fosfat(G1P)

Glukoza-6-fosfat(G6P)

PGM

3. Enzim razgranjavanja glikogena (14)transglikozilaza

SUDBINA GLUKOZA-6-FOSFATA (G-6P)

Mišići: nastavak razlaganja G-6P glikolizom

Jetra: direktno dobijanje glukoze (Glukoza-6-fosfataza)

G-6Pazaglukoza-6-fosfat + H2O glukoza + H3PO4

Regulacija aktivnosti glikogen fosforilaze Fosforilacija/defosforilacija enzima, alosterna regulacija

NEAKTIVNA AKTIVNA

HORMONSKA KONTROLA GLIKOGEN FOSFORILAZE

Glukoza u krvi ↓

Glukagon (jetra) ↑Adrenalin, noradrenalin (nadbubreg) ↑

AC

cAMP ↑ (ATP cAMP + PPi)

cAMP

PKA ↑ (PKA cAMP-reg.j + aktivana PKA)

Fosforilaza kinaza – P aktivna

Glikogen fosforilaza - P aktivna

GLIKOGENOLIZA ↑

Kaskadnisistem fosforilacije/defosforilacijeenzima i proteina koji učestvuju uregulacijikatabolizma glikogena

NEAKTIVNA AKTIVNA

KALMODULIN(mišići)

AKTVACIJA

INHIBICIJA

cAMP-zavisna fosforilacija inhibitora (ADRENALIN i GLUKAGON)

ADRENALIN i GLUKAGON

INSULIN aktivira

KATABOLIZAM FRUKTOZE

KATABOLIZAM GALAKTOZE

KATABOLIZAM MANOZE

FOSFOGLUKONATNI PUT

• Fiziološke funkcije

– Stvaranje NADPH

– Stvaranje riboze

– Stvaranje i degradacija šećera sa različitim brojem C-atoma (od 3 do 7)

3G6P + 6NADP+ + 3H2O 6NADPH + 6H+ + 3CO2 + 2F6P + GAP

FAZE FOSFOGLUKONATNOG PUTA

1. Oksidativna faza

3G6P + 6NADP+ + 3H2O 6NADPH + 6H+ + 3CO2 + 3Ru5P

2. Faza izomerizacije/epimerizacije pentoza

3Ru5P R5P + 2Xu5P

3. Reakcije transaldolaze i transketolaze

R5P + 2Xu5P 2F6P + GAP

3 Glucose-6-Phosphate + 6 NADP+

+ 3 H2O

--->

2 Fructose-6-Phosphate + Glyceraldehyde-3-Phosphate + 6 NADPH + 6 H+ + 3 CO2

Glucose-6-phosphate

6-Phosphogluconolactone

6-Phosphogluconate

Ribulose-5-phosphate

Xylulose-5-phosphate    +     Ribose-5-phosphate

Glyceraldehyde-3-P + Sedoheptulose-7- P    

Erythrose-4-P     +      Fructose-6-P

+

3

3

Fructose-6-phosphate

Glyceraldehyde-3-P

Regulacija fosfoglukonatnog puta

• Glavno mesto regulacije je reakcija G6PDH

– aktivator: NADP+

• Tok fosfoglukonatnog puta se prilagođava potrebama ćelije za NADPH, odnosno za ribozom

– samo NADPH:

višak riboze se reciklira do G6P

– samo riboza:

zaobilazi se oksidativna faza, riboza se stvara od glikolitičkih intermedijera F6P i GAP reakcijama treće faze u obrnutom smeru