1
Kluczowy efekt metabolizmu
Kluczowy efekt metabolizmu
?
?
Kluczowe związki w metabolizmie
Kluczowe związki w metabolizmie
Glukozo- 6 -fosforan
Pirogronian
AcetyloCoA
O
OH
OH
OH
OH
CH
2
-O-P
COO
-
|
C = O
|
CH
3
O
//
CH
3
─ C ~ SCoA
Glukoza
Glukoza
wytwarzanie energii
wytwarzanie energii
(
(
gl
gl
ikoliza
ikoliza
)
)
przekształcenie w lipidy
przekształcenie w lipidy
magazynowanie jako glikogen
magazynowanie jako glikogen
~
~
50
%
50
%
30
30
–
–
40 %
40 %
~
~
10 %
10 %
Metaboliczne przemiany glukozy
Metaboliczne przemiany glukozo- 6-fosforanu
Gl
Gl
ik
ik
ogen
ogen
jest tworzony gdy jest
jest tworzony gdy jest
dużo G
dużo G
-
-
6
6
-
-
P i
P i
ATP
ATP
G
G
-
-
6
6
-
-
P
P
ulega
ulega
glikolizie
glikolizie
gdy potrzebne jest
gdy potrzebne jest
ATP
ATP
lub
lub
węglowe szkielety do biosyntez
węglowe szkielety do biosyntez
G
G
-
-
6
6
-
-
P
P
poprzez cykl
poprzez cykl
pentozowy
pentozowy
dostarcza:
dostarcza:
NADPH
NADPH
do biosyntez redukcyjnych
do biosyntez redukcyjnych
r
r
y
y
bo
bo
zo
zo
-
-
5
5
-
-
P do
P do
synte
synte
zy
zy
nu
nu
k
k
leot
leot
y
y
d
d
ów
ów
G
G
-
-
6
6
-
-
P
P
może być utworzony:
może być utworzony:
z rozpadu
z rozpadu
gl
gl
ikogenu
ikogenu
z pirogronianu
z pirogronianu
z glukogennych aminokwasów
z glukogennych aminokwasów
Glu
Glu
k
k
o
o
za
za
po w
po w
e
e
jściu
jściu
do
do
komórki ulega fosforylacji
komórki ulega fosforylacji
glukozo
glukozo
-
-
1
1
-
-
P
P
glikogen
glikogen
glukoza
glukoza
glukozo
glukozo
-
-
6
6
-
-
P
P
fruktozo
fruktozo
-
-
6
6
-
-
P
P
pirogronian
pirogronian
6
6
-
-
fosfoglukonian
fosfoglukonian
rybozo
rybozo
-
-
5
5
-
-
P
P
Metaboliczne przemiany pirogronianu
d
d
ehydrogena
ehydrogena
za
za
mleczanowa
mleczanowa
regener
regener
uje
uje
NAD
NAD
+
+
t
t
ransamina
ransamina
cja
cja
k
k
arbo
arbo
ksy
ksy
la
la
cja
cja
acetyloCoA aktywuje
karboksylazę pirogronianową
oksydacyjna dekarboksylacja
Pirogronian
Pirogronian
jest przekształcany w
jest przekształcany w
acetyl
acetyl
o
o
CoA
CoA
jedynie, gdy jest
jedynie, gdy jest
potrzebny
potrzebny
ATP
ATP
lub
lub
dwuwęglowe
dwuwęglowe
fragmenty do syntezy lipidów
fragmenty do syntezy lipidów
pirogronian
pirogronian
mleczan
mleczan
alanina
alanina
szczawiooctan
szczawiooctan
glukozo
glukozo
-
-
6
6
-
-
P
P
acetyloCoA
acetyloCoA
2
Metaboliczne przemiany acetyloCoA
oksy
oksy
da
da
cyjna
cyjna
de
de
k
k
arbo
arbo
ks
ks
yla
yla
cja
cja
pirogronianu
pirogronianu
β
β
-
-
o
o
ksy
ksy
da
da
cja
cja
kwasów tłuszczowych
kwasów tłuszczowych
ketogen
ketogen
ne
ne
amino
amino
kwasy
kwasy
e
e
ks
ks
port
port
do
do
cyto
cyto
zolu jako cytrynian
zolu jako cytrynian
do syntezy kwasów tłuszczowych
do syntezy kwasów tłuszczowych
ź
ź
ródła
ródła
acetyloCoA
acetyloCoA
kwasy tłuszczowe
kwasy tłuszczowe
acetyloCoA
acetyloCoA
CO
CO
2
2
3
3
-
-
hydroksy
hydroksy
-
-
3
3
-
-
metyloglutaryloCoA
metyloglutaryloCoA
cholesterol
cholesterol
ciała ketonowe
ciała ketonowe
Trans
Trans
port a
port a
cetyl
cetyl
o
o
CoA
CoA
d
d
o
o
c
c
yto
yto
plazmy
plazmy
AcetyloCoA
AcetyloCoA
Szczawiooctan
Szczawiooctan
Cytrynian
Cytrynian
Pirogronian
Pirogronian
Mitochondrium
Mitochondrium
Pirogronian
Pirogronian
Jabłczan
Jabłczan
Cytrynian
Cytrynian
Szczawiooctan
Szczawiooctan
AcetyloCoA
AcetyloCoA
Cytoplazma
Cytoplazma
Anaboli
Anaboli
z
z
m
m
i k
i k
ataboli
ataboli
z
z
m
m
muszą być precyzyjnie koordynowane
muszą być precyzyjnie koordynowane
I. Interakcje a
I. Interakcje a
lloster
lloster
y
y
c
c
zne
zne
Enzymy, które przeprowadzają nieodwracalne reakcje są często
miejscami kontroli allosterycznej
Fosfofruktokinaza w glikolizie
Karboksylaza acetyloCoA w syntezie kwasów tłuszczowych
Rodzaje mechanizmów kontrolnych
Rodzaje mechanizmów kontrolnych
II. Modyfikacje k
II. Modyfikacje k
o
o
w
w
alen
alen
cyjne
cyjne
Zwykle trwają dłużej (sek do min), niż allosteryczna regulacja (msek do sek)
Katalityczna aktywność fosforylazy glikogenowej jest wzmacniana przez
fosforylację, podczas gdy syntaza glikogenowa jest hamowana.
Specyficzne enzymy katalizują dodawanie i usuwanie grup fosforanowych.
Enzymy regulowane przez fosforylację
Enzymy regulowane przez fosforylację
Aktywne w formie
Aktywne w formie
ufosforylowanej
ufosforylowanej
(stymulacja przez glukagon lub adrenalinę)
fosforylaza
fosforylaza
gl
gl
ikogenowa
ikogenowa
lipa
lipa
za
za
triacyl
triacyl
o
o
gl
gl
icerolowa
icerolowa
A
A
ktywne
ktywne
w formie
w formie
nieufosforylowanej
nieufosforylowanej
(stymulacja przez
(stymulacja przez
insulin
insulin
ę)
ę)
syntaza
syntaza
glikogenowa
glikogenowa
fosfofruktokinaza
fosfofruktokinaza
II (
II (
wątroba)
wątroba)
kinaza
kinaza
pirogronianowa
pirogronianowa
(
(
wątroba)
wątroba)
karboksylaza
karboksylaza
acetyl
acetyl
o
o
CoA
CoA
redu
redu
k
k
ta
ta
za
za
HMG
HMG
-
-
CoA
CoA
III. Poziom e
III. Poziom e
nzym
nzym
ów
ów
Ilość enzymów oraz ich aktywność podlegają regulacji
Szybkość syntezy i rozpadu enzymów jest regulowana przez
hormony
hormony
IV.
IV.
Przedziałowość
Przedziałowość
procesów
procesów
V.
V.
Metabolic
Metabolic
zna
zna
spec
spec
j
j
aliza
aliza
cja
cja
organów
organów
Metaboliczna specializacja jest wynikiem zróżnicowanej ekspresji genów
Miejsca kontroli głównych szlaków metabolicznych
Miejsca kontroli głównych szlaków metabolicznych
1. Glikoliza
Proces glikolizy dostarcza:
- ATP
- szkielety węglowe do biosyntez
Najważniejszym punktem kontroli jest
Najważniejszym punktem kontroli jest
fo
fo
s
s
f
f
ofru
ofru
k
k
tokina
tokina
za
za
E
E
Fruktozo
Fruktozo
-
-
1,6
1,6
-
-
bisfosforan
bisfosforan
Fruktozo
Fruktozo
-
-
6
6
-
-
fosforan
fosforan
Aktywacja przez:
Aktywacja przez:
fruktozo
fruktozo
-
-
2,6
2,6
-
-
bisfosforan
bisfosforan
AMP
AMP
Inhibicja przez:
Inhibicja przez:
cytrynian
cytrynian
ATP
ATP
3
2. Cykl Krebsa i oksydacyjna fosforylacja
Wysokie stężenie ATP obniża aktywność
dehydrogenazy izocytrynianowej i dehydrogenazy
α
α
α
α
-ketoglutaranowej
Cykl Krebsa dostarcza intermediatów do biosyntez:
bursztynyloCoA do syntezy porfiryn
cytrynian do syntezy kwasów tłuszczowych
ketoglutaran do syntezy glutaminianu
szczawiooctan do syntezy asparaginianu
Podobną funkcję dostarczania intermediatu pełni karboksylaza pirogronianowa
Utlenienie glukozo 6-fosforanu jest kluczową reakcją cyklu
3. Cykl pentozowy
Przemiany wymagające NADPH (wątroba)
Przemiany wymagające NADPH (wątroba)
Synteza nukleotydów
Synteza neurotransmiterów
Synteza cholesterolu
Syntezy
Synteza kwasów tłuszczowych
Monooksygenazy cytochromu P450
Redukcja utlenionego glutationu
Detoksykacja
Fruktozo 1,6-bisfosfataza jest głównym enzymem
kontrolującym szybkość glukoneogenezy
4. Glukoneogeneza
Fruktozo
Fruktozo
-
-
1,6
1,6
-
-
fosforan
fosforan
Aktywacja przez:
Aktywacja przez:
cytrynian
cytrynian
Inhibicja przez:
Inhibicja przez:
fruktozo
fruktozo
-
-
2,6
2,6
-
-
bisfosforan
bisfosforan
AMP
AMP
Fruktozo
Fruktozo
-
-
6
6
-
-
fosforan
fosforan
E
E
pirofosforylaza UDP-glukozy
Wiele reakcji zachodzi dzięki hydrolizie pirofosforanu
5. Metabolizm glikogenu
S
S
ynte
ynte
za
za
i
i
degrada
degrada
cja
cja
g
g
l
l
ik
ik
ogen
ogen
u
u
-
-
porównanie
porównanie
Hormon
Hormon
Hormon
Hormon
4
Karboksylaza
Karboksylaza
acetyloCoA
acetyloCoA
jest kluczowym miejscem kontroli syntezy
jest kluczowym miejscem kontroli syntezy
6. Synteza i degradacja kwasów tłuszczowych
6. Synteza i degradacja kwasów tłuszczowych
Aktywacja przez:
Aktywacja przez:
cytrynian
cytrynian
Inhibicja przez:
Inhibicja przez:
palmitoiloCoA
palmitoiloCoA
E
E
Rozpad kwasów tłuszczowych związany jest z zapotrzebowaniem na
Rozpad kwasów tłuszczowych związany jest z zapotrzebowaniem na
ATP
ATP
β
β
-
-
o
o
ksy
ksy
da
da
cja
cja
zachodzi jedynie wtedy, gdy
zachodzi jedynie wtedy, gdy
NAD
NAD
+
+
i
i
FAD
FAD
są regenerowane
są regenerowane
MalonyloCoA
MalonyloCoA
hamuje degradację kwasów tłuszczowych
hamuje degradację kwasów tłuszczowych
poprzez blokowanie tworzenia
poprzez blokowanie tworzenia
acylokarnityny
acylokarnityny
Regulatory
Regulatory
allosteryczne
allosteryczne
enzymów
enzymów
-
-
zestawienie
zestawienie
F
F
os
os
f
f
ofru
ofru
k
k
tokina
tokina
za
za
I
I
(+) AMP,
(+) AMP,
fru
fru
k
k
to
to
zo
zo
-
-
2,6
2,6
-
-
bis
bis
f
f
os
os
foran
foran
(
(
-
-
) ATP, c
) ATP, c
ytrynian
ytrynian
Kinaza
Kinaza
pirogronianowa
pirogronianowa
(+)
(+)
fru
fru
k
k
to
to
zo
zo
-
-
1,6
1,6
-
-
bis
bis
f
f
os
os
foran
foran
Dehydrogenaza
Dehydrogenaza
pirogronianowa
pirogronianowa
(+) NAD
(+) NAD
+
+
(
(
-
-
) acetyl
) acetyl
o
o
CoA, ATP, NADH
CoA, ATP, NADH
Karboksylaza
Karboksylaza
pirogronianowa
pirogronianowa
(+) ac
(+) ac
e
e
tyl
tyl
o
o
CoA
CoA
Syntaza
Syntaza
cytrynianowa
cytrynianowa
(+) ADP, Ca
(+) ADP, Ca
2+
2+
(
(
-
-
) ATP, NADH,
) ATP, NADH,
acyl
acyl
o
o
CoA
CoA
Karboksylaza
Karboksylaza
a
a
cetyl
cetyl
o
o
CoA
CoA
(+) c
(+) c
ytrynian
ytrynian
(
(
-
-
)
)
długołańcuchowe
długołańcuchowe
acyl
acyl
o
o
CoA
CoA
Acylotransferaza
Acylotransferaza
karnitynowa
karnitynowa
(
(
-
-
)
)
malonyl
malonyl
o
o
CoA
CoA
Dehydrogenaza
Dehydrogenaza
iz
iz
oc
oc
ytrynianowa
ytrynianowa
(+) ADP, Ca
(+) ADP, Ca
2+
2+
(
(
-
-
) ATP, NADH
) ATP, NADH
Dehydrogenaza
Dehydrogenaza
g
g
lu
lu
k
k
o
o
zo
zo
-
-
6
6
-
-
P
P
(
(
-
-
) NADPH
) NADPH
Fruktozo 1,6
Fruktozo 1,6
bisfosfataza
bisfosfataza
(+) cytrynian
(+) cytrynian
(
(
-
-
) fruktozo
) fruktozo
-
-
2,6
2,6
-
-
bisfosforan, AMP
bisfosforan, AMP
Źrodła energii dla pracy mięśni
4,000,000
6.7
Przekształcenie kwasów tłuszczowych adypocytów w CO
2
19,000
6.2
Przekształcenie glikogenu wątroby w CO
2
84,000
16.7
Przekształcenie glikogenu mięśni w CO
2
6,700
39.1
Przekształcenie glikogenu mięśni w mleczan
446
73.3
Fosforan kreatyny
223
ATP w mięśniach
Całkowita
ilość
dostępnych
~P (mmol)
Max
szybkość
producji
ATP
(mmol/s)
Źródło
Zgromadzona energia przy założeniu średniej wagi ~70 kg, przy czym masa mięśni ~28 kg
Aktywność przemian metabolicznych – zależność od czasu
Stan po posiłku 1
Stan po posiłku 1
-
-
3 h
3 h
-
-
wysoki poziom energetyczny
wysoki poziom energetyczny
-
-
wysoki poziom glukozy we krwi
wysoki poziom glukozy we krwi
-
-
wysoki poziom insuliny we krwi
wysoki poziom insuliny we krwi
Stan po posiłku 4
Stan po posiłku 4
–
–
36
36
h
h
-
-
obniżenie stanu energetycznego
obniżenie stanu energetycznego
-
-
spadek poziomu glukozy we krwi
spadek poziomu glukozy we krwi
-
-
wysoki poziom
wysoki poziom
glukagonu
glukagonu
we krwi
we krwi
Stan po
Stan po
3
3
-
-
5
5
dniach
dniach
-
-
wzrost uwalniania kwasów tłuszczowych
wzrost uwalniania kwasów tłuszczowych
-
-
wzrost syntezy ciał ketonowych
wzrost syntezy ciał ketonowych
wzrost
wzrost
0
β
β
β
β-oksydacja
glukoneogeneza
glukoneogeneza
synteza TAG
Przemiany glicerolu
wzrost
wzrost
0
Lipoliza
0
0
wzrost
Synteza triacylogliceroli
spadek
wzrost
0
Glukoneogeneza
brak glikogenu
wzrost
spadek
Glikogenoliza
0
0
wzrost
Glikogeneza
3 – 5 dni
4 – 36 h
1 - 3 h
PROCES
Aktywność przemian metabolicznych – zależność od czasu