süsivesikute metabolism · miks glc om inimkeha keskne süsivesik? väga hästi lahustub vees tema...
TRANSCRIPT
Süsivesikute
metabolism
Kristina Antonova
Hambaarst 1. rühm
Mis see on?
� - fermentatiivsete reakstioonide kogum
inimkehas, mille lähtemetaboliit on süsivesikud.
� Süsivesikute metabolism peab rahuldama üle
poole organismi energiavajadusest
Mis on tema põhieesmärk?
� Veresuhkru taseme hoidmine
� Metaboolne “põhikütus” enamike organismide
jaoks
� Tekitab monosahhariidseid eelühendeid
Miks Glc om inimkeha keskne
süsivesik?
� Väga hästi lahustub vees
� Tema tsükliline struktuur on optimaalse
stabiilsusega
� Keemiliselt suhteliselt inertne
� Glc – metaboolse energia allikas kõikide
keharakkude jaoks(aju,
erütrotsüüdid,neerupealised, silma võrkkest,
spermid)
Millised on glükoosi metabolismi
põhirajad?
� Glükogenolüüs
� Glükoneogenees
� Glükolüüs (kõik rakud)
� TKT
� Pentoosfosfaaditsükkel (Riboos-5-P ja
NADPH teke)
� Glükogenees (maks, lihased)
� Lipogenees (rasvkude, maks)
Glükoosi biosüntees
Glükoosi lõhustumine
Kuidas on inimkeha talitluse
seisukohalt tagatud ja kontrollitud
glükoosi võtmine rakkudesse...
� Na-sõltuv ko-transport
� Kergendatud dufusioon valktransporteritega
(GLUT)
� GLUT on koespetsiifiline
... ja lülitamine metaboolsetesse
radadesse?
� Vaid aktiveeritud biomolekul saab minna
metabolismi rajale
� Kui glükoos aktiveerub rakus glükoos-6-
fosfaadiks, siis suunatakse glükoos kontrollitult
glükolüüsi või glükogeneesi jne
Miks on glükoos-6-fosfaat üks
võtmeühenditest?
� Glc-6-P üle toimuvad kõik Glc kataboolsed ja
anaboolsed rajad:
1. Glükoosi lõhustamine, süntees
2. Glükogeeni lõhustamine, süntees
� Glc-6-fosfaadi teke on:
1. aktiveerimine
2. “glükoosi-lõks
3. Glc-gradiendi säilitamine”
� Glc-6-fosfaat difundeerub kiiresti ära!
Glükolüüs
� Glükolüüs - on üks organismi
ainevahetusradadest, mille käigus toimub
heksooside, eelkõige glükoosi oksüdatiivne
lõhustamine püruvaadini. Hapniku defitsiidi korral
toimub anaeroobne glükolüüs ja hapniku
küllaldasel olemasolul aeroobne glükolüüs, need
erinevad püruvaadile järgnevate
reaktsiooniproduktide poolest.
Glükoos
Püruvaat
Etanool Laktaat AcCoA
2ADP, NAD+
2ATP, NADH
NAD+
NADH
NAD+
NADH
NAD+
NADH
alkohoolnefermentatsioonpärmis
lihaskoerakud
aeroobne metabolism
Glükolüüs
Glükolüüs
Paljudes rakkudes ja
organismides on
glükoos ainuke
oluline
energiaallikas
� aju
� erütrotsüüdid
� paljud bakterid
Anaeroobne glükolüüs
� - glükoosi osaline lõhustumine tsütoplasmas 2 piimhappeks hapniku defitsiidil
1. Glc aktiveeritakse kohe Glc-6-P-ks
2. Glc-6-P tekitab heksoosi kinaas
3. Glc-6-P muundub 2 molekuliks glütseeraldehüüd-3-fosfaadiks(GAP) võtmeensüümiga: allosteeriline fosfofruktoosi kinaas-1 (Fru-2,6-bisP)
4. GAP konversioon laktaadiks võtmeensüümidega: püruvaadi kinaas ja laktaadi dehüdrogenaas(ATP tootmine)
� Võtmeensüümide sünteesi mõjutavad INS(soodustab sünteesi) ja glükagoon(vastupidi)
Anaeroobse glükolüüsi
regulatsioon
� Põhimehhanismid
1. Substraadiga varustatus
2. Allosteeriline kontroll
3. Hormonaalne kontroll
� Heksoosi kinaasi isovormid garanteerivad glükoosi aktivatsiooni erinevates kudedes(ekstrahepaatilistes rakkudes, närvikoerakkudes, ajukoerakkudes)
� Maksas prevaleerib isovorm Glc kinaas
1. Allosteeriline regulatsioon
Võtmeensüüm-FFK-1, mille aktiivsust kontrollib
raku energiaseisund, mille langedes ensüümi
aktiivsus tõuseb: ATP pole enam vaja toota
kõrge ATP tase inhibeerib allosteeriliselt
FFK-1; AMP kõrge tase evergiavarude
vähenemine.
Tsitraadi kõrgenenud tase ATP ja metaboliite
on piisavalt tsitraadi kõrgtase inhibeerib FFK-
1 allosteeriliselt
...
FFK-1 allosteeriline aktivaator – Fru-2,6-bisP.
FFK-2 teostab selle teket või lõhustumist.
Fru-2,6-bisP kontrollib FFK-2 tööd: tema taseme
tõusul aktiveerub kinaas-domeen; madala
taseme juures-fosfataas-domeen.
... Fru-2,6-bisP
� Moduleerib nii glükoosi kui ka glükoneogeneesi
� Kontrollib , et vastasprotsessid pole aktiivsed
üheaegselt
Pyr kinaas
Pyr kinaas – glükoosi regulatsioonikoht.
� Aktiveerib allosteeriliselt Fru-2,6-bisP
� AMP-allosteeriline aktivaator
� ATP- allosteeriline inhibiitor
2. Hormonaalne regulatsioon
Normaalne söömine
� INS tõusnud tase
� Fru-2,6-bisP tase tõuseb
� FFK-2 aktivatsioon
� Anaeroobse glükolüüsi stimuleerimine
� Glükoneogeneesi pärssumine
Nälgimine
� INS tase langeb
� glükagooni tase tõuseb
� Fru-2,6-bisP tase langeb
� Glc lõhustumine väheneb
� Glükoosi süntees intensiivistub
Glükoosi kinaasi indutseerib INS
Kokku
� Süsivesikuterikas toit ja INS suurendavad
võtmeensüümide hulka
� Tõstavad Glc lõhustamiskiirust
� Diabeet – madal insuliinitase+kõrge
glükagoonitase geenide transkriptsioon ja
glükolüütiliste ensüümide biosüntees on langenud
Tähtsus inimkehas
� Asendamatu ATP tootja hapnikuvõla tingimustes
� Annab rakkudele “elu” lühiajalise hüpoksiia puhul
� Katab küpsete erütrotsüütide mõõdukad
energiavajadused
� Aitab Pyr kuhjumist vältida
Laktatsidoos
� - tekib, kui laktaadi kontsentratsioon
vereplasmas on üle 5 mmol/l ja arteriaalnr vere
pH on alla 7,25
� Põhjused
1. Kudede hüpoksia
2. Mitteadekvaatne vereringlus
3. Pahaloomulised kasvajad
4. Rasked haigused(leukeemia, lümfoomid)
Miks rohke alkohol põhjustab
laktatsidoos?
Pyr dekarboksülaasi koensüüm on TDP, alkoholi dehüdrogenaasi-NADH.
Glc alkoholkäärimist inimkeha rakkudes ei toimu. Toimub alkoholi oksüdeerimine maksa alkoholi DH toimel atsetaaldehüüdiks.Toodab rohkesti NADH
Pyr intensivne konverteerimine lakdaadiks
Pyr pärsib glükoneogeneesi. Atseetaldehüüdi muudab atsetaadiks aldehüüdi DH.
Aeroobne glükolüüs
� - glükoosi täielik lõhustumine veeks ja CO2-ks
� Pyr viiakse mitokondritesse ja oksüdeeritakse üle
atsetüül-CoA täielikult
Püruvaadi ja atsetüül-CoA
tähtsus
� Pyr atsetüül-CoA-ks – suure energiamuuduga
multiastmeline metabolismi võtmeprotsess, mille viib läbi
PyrDH
� Shoki puhul PyrDH aeglustub minek inaktiivsesse vormi
ja aeroobne katbolism paraneb
� Allosteeriliselt ja hormonaalselt reguleeritud.Nende
aktiivsust mõjutavad Pyr, atsetüül-CoA jne
� Atsetüül-CoA – põhitootja PyrDH trikarboksüülhapete
tsükli jaoks
Glükoosi täielik oksüdatsiooni
biokeemilis-meditsiinilist sisu
� Biomolekulide lõhustumine atsetüül-CoA-ks
� Atsetüül-CoA lõhustumine veeksa ja CO2
� Lõhustumise kogu energiamuudust teatud osa
salvestamine ATP vormis
Inimkeha keskne metaboolne rada –
trikarboksüülhapete tsükkel (TKT)
� Seostab süsivesikute, lipiidide, aminohapete
metabolismi
� Viib lõpuni metaboliitide lõhustumine
� Toob selle käigus metaboolset energiat koostöös
hingamisahelaga
� Metaboolse energia põhitootja
� TKT häired on ohtlikud ja kriitilised
Vitamiinid TKT töös
� Koensüümid - tiamiini, riboflaviini,
pantoteenhappe, nikotiinhappe, lipoehappe
derivaadid
� TKT vajab normaaltööks kõikide nende piisavat
taset rakkudes!!!
Regulatoorsed ensüümid
� Tsitraadi süntaas
� Isotsitraadi dehüdrogenaas
� AKGDH
� TKT respiratoorne kontroll
� Teised ensüümid ja inhibiitorid
Aktiveerib kaltsium.
Selle tõus kiirendab
TKT tööd ja rahuldab
ATP energiavajadust
Tsitraadi süntaas
� Aktiivsus sõltub atsetüül-CoA ja OAA kättesaadavusestä
� Kõrge ATP ja NADH tase puudub intensiivne katabolismi vajadus rohke ATP
redutseeriv energia läheb sünteesida tarbeks
Lühikes ja keskmise ahelaga rasvhapete aktiivvormid ei inhibeeri tsitraadi süntaasi, sest nende lõhustumine TKT-s on soodustatud
Isotsitraadi dehüdrogenaas
� Intensiivne ATP kulutamine tõstab ADP taset
� Mitokondrites intensiivistab ATP tootmist ja
aktiveeribki ADP isotsitraadi DH
� Mg ja Na defitsiit võib häirida antud ensüümi tööd
AKGDH
� 3 ensüümi ja 5 vitamiinse koensüümi kompleks
� Tööks vajab tiamiini, riboflaviini, pantoteenhappe,
nikotiinhappe, lipoehappe pisavat taset
TKT respiratoorne kontroll
� Ainult aeroobsetes tingimustes
� Sõltub hingamisahela poolsest kontrollist
� ADP tase on kõrge Hapniku varustatus on
piisav ATP intensiivne teke
hingamisahel(oksüdatiivse fosforüülimise abil)
Teised ensüümid ja inhibiitorid
� Akonitaas/suktsinaad DH sisaldavad Fe-S
tsentreid
� Arsenaadid inhibeerivad AKGDH
� Malonaat pärsib suktsinaadi DH tööd
� Fluoratsetaat muundub fluoratsetüül-CoA-ka,
tsitraadi süntaas konverteerib fluortsitraadiks
� Fluoroksaloatsetaat metaboliseerub
fluormalaadiks blokeerib malaadi DH tööd
TKT anaboolne tähtsus
� Metaboolse energia põhitagaja
� Tema vaheühenditest algab mitmeid
biosünteese:
1. Tsitraat kasutub rasvhapete ja steroolide
sünteesis
2. AKG kasutub Glc , Gln; Pyr sünteesis
3. Suktrinüül-CoA kasutub heemi
4. OAA kasutub Glc, Asp, Ser, Asn sünteesis
Glükoneogenees on eluliselt
hädavajalik
� On vältimatu ära hoidmaks hüpoglükeemiat
� Hüpoglükeemia tekitab rakkude/kudede
kahjustusi – glükoneogeneesi abil hoiakse
veresuhkru taseme. Glc on ainus anergiallikas
skeletilihaste jaoks anaeroobsetes tingimustes.
� Glc kasutab loode on vajalik piimanäärmetes
laktoosi sünteesiks
Väikelaste organismile
hüpoglükeemia on eriti kahjulik
� Vastsündinutel on maksa glükogeenivaru
tagasihoidlik, glükogeneesi võimsus on tühine
ning ketokehade produktsion väga limiteeritud
� Nälgimisel langeb neerudele glükoneogeneesi
põhikoormus neerude subkliinilised
kahjustused
Miks ei saa glükoneogenees olla
glükolüüsi pöördprotsess?
� Glükoneogenees kasutab “bypass” ja uusi ensüüme, mis
kõrvaldavad energeetilised takistused ja võimaldavad
glükoosi lõhustumise ja sünteesi samaegse toimumise
raku kompartmentides.
� Anaeroobne glükolüüs tekitab laktaati – üht glükogeneesi
põhilisi lähtesubstraate.
� LDH muundab laktaadi Pyr-ks.
� Mitokondriaalse bypassi abil Pyr muutab PEP-ks.
� Biotiinsõltuv Pyr-karboksülaas viib Pyr-di OAA-ks, mille
PEP karboksüülkinaas muudab PEP-ks
Glükoneogeneesi biomoleekulid
� Laktaat (veresuhkru tootmiseks)
� Alaniin (Glc Pyr)
� Aspartaat (transamiinitav OAA-ks)
� Glütserool (läheb maksa glütseroolfosfaat DAP)
Glükogeensed aminohaped -aminohaped, mida inimkeha saab kasutada Glc sünteesi eelühenditena (Ala, Asp, Glu)
Ketogeenseid aminohappe (Leu, Lys) saab kasutada diabeedi puhul
Normaalne seisund
� INS stimuleerib Pyr kinaasi, Glc kinaasi, FFK-1,glükogeeni kinaasi ekspressiooni.
� INS pärsib glükoneogeneesi+langetab cAMP taset:
1. Fru-1,6-bisP taseme tõus
2. Pyr kinaasi aktiveerumine
� Fru-1,6-bisP pärsib glükoneogeneesi inhibeerides Fru-1,6-bisfosfataasi
� ADP pärsib Pyr-st PEP-di teket
Toitumispaus ja nälgimine
� Tõusev glükagoon soodustab PEP
karbokinaasi, Glc-6-fosfataasi,
animotransferaaside ekspressiooni+tõstab
cAMP taset:
1. Fru-1,6-bisP taseme langus
2. Pyr kinaasi inhibeerumine(PEP muutumine Pyr-
ks pärssub)
� Glükoneogenees vajab biotiini ja Mg
Tänan tähelepanu eest!