wĘglowodany glukoneogeneza, glikogen, cykl … · cykl pentozowy czĘŚĆ utleniajĄca o oh oh oh...

WĘGLOWODANY

Glukoneogeneza, glikogen, cykl pentozofosforanowy

GLIKOLIZA BEZTLENOWA

CYKL PENTOZOWY

lokalizacja tkankowa

wszystkie tkanki, szczególnie intensywnie:wątroba, tkanka tłuszczowa, nadnercza, gonady, erytrocyty

lokalizacja komórkowa

cytoplazma

rola:

dostarcza NADPH+H+

oraz rybozo – 5 – fosforanu

syntezaDNA, RNA

rybulozo- 5-P rybulozo- 5-P

ksylulozo-5-P rybozo – 5 – P

izomeraza epimeraza

trans-ketolaza

(z wit. B1)

aldehyd 3-P-glicerynowysedoheptulozo-7-P

trans-ketolaza

(z wit. B1)

trans-aldolaza

erytrozo-4-P

fruktozo-6-P

fruktozo-6-P

ksylulozo-5-P

aldehyd 3-P-glicerynowy

CYKL PENTOZOWY

NADPH + H+

synteza kwasów tłuszczowychsynteza steroidówmetabolizm ksenobiotykówredukcja glutationu

Ry boz o – 5 – fos foran

s yntez a RNA i DNA

s yntez a nuk leotydów

s yntez a k oenzy mów

CYKL PENTOZOWYCZĘŚĆ UTLENIAJĄCA

O

OHOH

OH

OH

CH2-O-P

O

OHOH

OH

CH2-O-P

= O

1

NADP NADPH+H+

enzym:dehydrogenaza glukozo-6-fosforanowaklasa I (oksydoreduktazy)enzym regulatorowy hamowany przez NADPH

CYKL PENTOZOWYCZĘŚĆ UTLENIAJĄCA

O

OHOH

OH

CH2-O-PH2O H+

enzym:6-fosfoglukonolaktolazaklasa III (hydrolazy)

= O

COO- | HC – OH |HO – CH | HC – OH | HC – OH | H2C – O – P

2

CYKL PENTOZOWYCZĘŚĆ UTLENIAJĄCA

enzym:dehydrogenaza6-fosfoglukonianowaklasa I (dehydrogenaza)

COO- | HC – OH |HO – CH | HC – OH | HC – OH | H2C – O – P

NADP NADPH+H+

CO2

H2C – OH | C = O | HC – OH | HC – OH | H2C – O – P

3

CYKL PENTOZOWY

enzym:izomeraza pentozo-5-Pklasa V (izomerazy)

H2C – OH | C = O | HC – OH | HC – OH | H2C – O – P

enzym:epimerazapentozo-5-Pklasa V (izomerazy)

C H– O | HC – OH | HC – OH | HC – OH | H2C – O – P

H2C – OH | C = O |HO – C – H | HC – OH | H2C – O – P

syntezaDNA, RNA

rybulozo- 5-P rybulozo- 5-P

ksylulozo-5-P rybozo – 5 – P

izomeraza epimeraza

trans-ketolaza

(z wit. B1)

aldehyd 3-P-glicerynowysedoheptulozo-7-P

trans-ketolaza

(z wit. B1)

trans-aldolaza

erytrozo-4-P

fruktozo-6-P

fruktozo-6-P

ksylulozo-5-P

aldehyd 3-P-glicerynowy

4

CYKL PENTOZOWY

CZĘŚĆ NIEOKSYDACYJNA

C5 (ksylulozo-5-P) + C5 (rybozo-5-P) ↔ C3 (aldehyd + C7 (sedoheptulo- 3-P-glicerynowy) zo-7-P) ketoza aldoza aldoza ketoza

C7 (sedoheptu- + C3 (aldehyd 3-P- ) ↔ C4 (erytrozo- + C6 (fruktozo-6-P) lozo-7-P) glicerynowy) 4-P) ketoza aldoza aldoza ketoza

C5 (ksylulozo-5-P) + C4 (erytrozo-4-P) ↔ C3 (aldehyd + C6 (fruktozo-6-P) 3-P-glicerynowy) ketoza aldoza aldoza ketoza

2C

2C

3C TRANSKETOLAZA (B1)

TRANSKETOLAZA (B1)

TRANSALDOLAZA

CYKL PENTOZOWY

CZĘŚĆ NIEOKSYDACYJNA

C5 (ksylulozo-5-P) + C5 (rybozo-5-P) ↔ C3 (aldehyd + C7 (sedoheptulo- 3-P-glicerynowy) zo-7-P) ketoza aldoza aldoza ketoza

2C

3C TRANSKETOLAZA (B1)

CYKL PENTOZOWY

CZĘŚĆ NIEOKSYDACYJNA

C7 (sedoheptu- + C3 (aldehyd 3-P- ) ↔ C4 (erytrozo- + C6 (fruktozo-6-P) lozo-7-P) glicerynowy) 4-P) ketoza aldoza aldoza ketoza

3C

TRANSALDOLAZA

CYKL PENTOZOWY

CZĘŚĆ NIEOKSYDACYJNA

C5 (ksylulozo-5-P) + C4 (erytrozo-4-P) ↔ C3 (aldehyd + C6 (fruktozo-6-P) 3-P-glicerynowy) ketoza aldoza aldoza ketoza

2C

TRANSKETOLAZA (B1)

CYKL PENTOZOWY

Wariant 1Zapotrzebowania komórki są jednakowe na NADPH i rybozo-5-fosforan

CYKL PENTOZOWY

Wariant 2Potrzeba więcej NADPH niż rybozo-5-fosforanu. Mało ATP.

CYKL PENTOZOWY

Wariant 3Potrzeba więcej NADPH niż rybozo-5-fosforanu. Dużo ATP.

CYKL PENTOZOWY

Potrzeba więcej rybozo-5-fosforanu niż NADPH.

GLIKOGEN

Glikogen – zapasowa forma glukozy. Rozkład glikogenu powoduje szybki wzrost stężenia glukozy we krwi podczas braku glukozy z pożywienia (pomiędzy posiłkami) lub podczas intensywnej pracy mięśni.

Glikogen może być magazynowany:- w wątrobie – źródło energii dla całego organizmu,

glukoza jest uwalniana do krwi.- mięśniach szkieletowych – glukoza jest zużywana

do syntezy ATP tylko w mięśniach

GLIKOGEN

wiązanie 1→6

wiązanie 1→4

wiązanie 1→4 wiązanie 1→4

SYNTEZA GLIKOGENU – GLIKOGENEZA

glukozo – 6 – P

glukozo – 1 – P + UTP UDP – glukoza + PPi

2Pi

UDP – glukoza + glikogen(n) glikogen(n+1) + UDP (lub starter)

urydylotransferazaglukozo-1-fosforanowa

syntaza glikogenowa

Enzym rozgałęziający tworzy wiązania 1,6 glikozydowe (amylo[1→4]→[1→6]transglukozydaza).

fosfogluko-mutaza

SYNTEZA GLIKOGENU – GLIKOGENEZA

O

OHOH

OH

OH

CH2 – O – P

O

OHOH

OH

O – P

CH2 – OH

enzym:mutaza fosfoglukozowa(fosfoglukomutaza)

SYNTEZA GLIKOGENU – GLIKOGENEZA

O

OHOH

OH

O – P

CH2 – OH

O

OHOH

OH

O – UDP

CH2 – OH

enzym:urydylotransferaza glukozo-1-fosforanowa(pirofosforylaza UDP-glukozowa)

UTP PPi

SYNTEZA GLIKOGENU – GLIKOGENEZA

enzym:SYNTAZA GLIKOGENOWAklasa IIenzym regulatorowy

UDP-glukoza + glikogen UDP + glikogen+1

DEGRADACJA GLIKOGENU (GLIKOGENOLIZA)

glikogen(n) + Pi glukozo – 1 – P + glikogen-1)

glukozo – 6 – P

glukoza glikolizabrak fosfatazy glukozo-6-P

krewRozgałęzienia są usuwane przy udziale „enzymów usuwającychodgałęzienia: transferaza glukanowa i amylo1,6glukozydaza

fosforylazaglikogenowa

mutaza fosfoglukozowa

w mięśniach w wątrobieH2O

Piglukozo-6-fosfataza

Oba procesy są regulowane:

przez efektory allosteryczne

przez kowalencyjne modyfikacje zależne od działania hormonów (glukagonu i insuliny)

ALLOSTERYCZNA REGULACJA METABOLIZMU GLIKOGENU

glikogen

glukozo – 1 – fosforanwątroba mięśnie

fosforylazaglikogenowa

syntazaglikogenowa

glukozo-6-Pglukozo-6-P

glukoza

ATP

Ca2+

AMP

(+)

(+)

(+)

(+)

(─)

(─)

(─)

(─)

w staniesytości

(─)

HORMONALNA REGULACJA METABOLIZMU GLIKOGENU

Fosforylaza glikogenowa występuje w dwóch formach: nieufosforylowana nie aktywna forma b ufosforylowana aktywna forma a

Syntaza glikogenowa: nieufosforylowna forma a - aktywna ufosforylowana forma b - nie aktywna

Regulacja syntezy glikogenu

R R

Glukagon (wątroba) Adrenalina (wątroba i mięśnie)

G cyklazaadenylanowa

ATP cAMP

PKA PKAnie aktywna actywna

Syntaza glikogenowa a (aktywna)

Syntaza ─ P glikogenowa b (nieaktywna)

ATP ADP

Pi H2O

fosfataza białek 1

SYNTEZAGLIKOGENUZAHAMOWANA

INSULINA

PPi

Regulacja rozpadu glikogenu

R R

GLUKAGON (wątroba) ADRENALINA (wątroba i mięsnie)

G cyklazaadenylanowa

ATP cAMP

PKA PKAnie aktywna aktywna

Kinaza bfosforylazay

glikogenowej (nie aktywna)

Kinaza a ─ P fosforylazy

glikogenowej(aktywna)

ATP ADP

Pi H2O

fosfataza białek 1

Fosforylaza glikogenowa b (nie aktywna)

Fosforylaza glikogenowa a ─ P (aktywna)

ADP

ATP

H2O

Pi

fosfatazabiałek 1

GLIKOGEN ULEGADEGRADACJI

INSULINA

PPi

SYNTAZA GLIKOGENOWA

Forma aaktywna

Forma b - Pnie aktywna

Hormony

zależna od obecnościglukozo – 6 – P

może być aktywna kiedyglukozo-6-P występujew wysokim stężeniu

FOSFORYLAZA GLIKOGENOWA – w mięśniach

Nieufosforylowana forma b jest zazwyczaj nieaktywna, ale może być aktywna w obecności AMP, który jest allosterycznym aktywatorem tego enzymu. ATP i glukozo-6-P są inhibitorami enzymu.Ufosforylowana forma jest niezależna od obecności AMP, ATP i glukozo-6-P.Podczas odpoczynku forma b (nieaktywna) jest dominująca.Podczas pracy mięśni – AMP aktywuje degradację glikogenu.

Forma bnieaktywna TForma b

aktywna R

Forma a - Paktywna R

Forma a - Pnieaktywna T

Hormony(+) AMP

(─) ATP,glukozo-6-P

activated by Ca2+ (>1μM)and calmodulin

FOSFORYLAZA GLIKOGENOWA - wątroba

AMP nie aktywuje fosforylazy b ale glukoza jest inhibitorem fosforylazy a.

Celem rozpadu glikogenu wątrobowego jest uwolnienie glukozy do krwi.

Fosforylaza w wątrobie jest wrażliwa na stężenie glukozy, a nie na poziom AMP.

Forma bnieaktywna TForma b

aktywna R

Forma a - Paktywna R

Forma a - Pnieaktywna T

Hormony

(+) AMP

(─) ATP,glukozo-6-P

(─) stężenie glukozy

Katabolizm głównychźródeł węgla

Glikoliza (szlak EMP), cykl Krebsa, łańcuchoddechowy

Glikoliza:

Glukoza + 2 NAD+ 2 ADP + 2 Pi 2 pirogronian + 2 NADH + 2 ATP

EMP szlak Embdena-Meyerhofa-Parnasa

LIPIDY

TŁUSZCZOWCE

48

Lipidy

Substancje organiczne, występujące w organizmach żywych, nierozpuszczalne

w wodzie, ale dające się ekstrahować rozpuszczalnikami organicznymi

(np. chloroformem, acetonem, benzenem)

49

Biologiczne funkcje lipidów

Są materiałem budulcowym (fosfolipidy, cholesterol, glikolipidy)

Decydują o właściwościach dynamicznych błony komórkowej

Są prekursorami hormonów steroidowych (cholesterol) i hormonów tkankowych (kwasy tłuszczowe)

Stanowią substrat dla syntezy kwasów tłuszczowych i niektórych witamin

Biorą udział w zjawiskach immunologicznych (eikozanoidy)

50

Podział lipidów (1)

A. Lipidy proste – estry kwasów tłuszczowych z różnymi alkoholami

a) Tłuszcze właściwe – estry kwasów tłuszczowych z glicerolem

b) Woski – estry kwasów tłuszczowych z wyższymi alkoholami jednowodorotlenowymi

A. Lipidy złożone

51

Podział lipidów (2)

B. Lipidy złożone – estry zawierające dodatkowe grupy funkcyjne

a) Fosfolipidy – zawierają resztę kwasu fosforowego i zasady azotowej lub aminoalkoholu. glicerofosfolipidy – zawierające glicerol Sfingolipidy – zawierające sfingozynę

a) Glikolipidy – zawierają kwasy tłuszczowe, alkohol sfingozynę i węglowodan

a) Inne lipidy złożone – sulfolipidy, aminolipidy, lipoproteiny

52

Podział lipidów (3)

C. Prekursory i pochodne lipidówa) kwasy tłuszczowe,

b) glicerol,

c) alkohole inne niż glicerol,

d) sterole i lipidy izoprenowe,

e) witaminy rozpuszczalne w tłuszczach,

f) hormony

53

KWASY TŁUSZCZOWEStruktura i właściwości

Kwasy tłuszczowe są monokarboksylowymi kwasami o łańcuchach węglowodorowych.

Łańcuch węglowodorowy KT ma charakter hydrofobowy

Grupa karboksylowa KT jest polarna

arachidowy

stearynowy

palmitynowy

arachidonowy

erukowy

oleinowy

linolowy

linolenowy

54

KWASY TŁUSZCZOWEStruktura i właściwości

Kwasy tłuszczowe nasycone, zawierające ponad 10 atomów węgla w łańcuchu:są substancjami stałymisą nierozpuszczalnymi w wodzieich temperatura topnienia wzrasta wraz z długością łańcucha

Kwasy tłuszczowe nienasycone w większości są w temperaturze pokojowe substancjami płynnymi

55

KWASY TŁUSZCZOWEStruktura i właściwości

Nienasycone kwasy tłuszczowe – reaktywność:

uwodnienie

redukcja

utlenienie

– CH = CH – + H2O – CH(OH) – CH2 –

– CH = CH – + XH2 – CH2CH2 – + X redukcja

R1 – CH = CH –R2 R1 – CHO + R2 – CHOutlenianie

56

KWASY TŁUSZCZOWEStruktura i właściwości

Ze względu na obecność wiązania podwójnego nienasycone kwasy tłuszczowe mogą występować w dwóch formach stereoizomerycznych: cis i trans

Kwas oleinowy Kwas elaidynowy

57

KWASY TŁUSZCZOWENazewnictwo kwasów tłuszczowych

Nazwy zwyczajowe w większości przypadków wywodzą się od źródła ich odkrycia

Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich stosuje się końcówkę

–anowy dla kwasów nasyconych –enowy dla kwasów nienasyconych

Kwas oktadekanowy Kwas 9,12 oktadekadienowy

Kwas stearynowy Kwas linolowy

58

KWASY TŁUSZCZOWENazewnictwo kwasów tłuszczowych

Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich położenie podwójnego wiązania oznacza się symbolem a

numery węgli biorących udział w tworzeniu wiązań podwójnych, liczone są od węgla grupy karboksylowej

litery n lub oznaczają miejsce wiązania podwójnego, licząc od grupy metylowej

Kwas tłuszczowy

z wiązaniem cis -9

59

Nasycone kwasy tłuszczowe

Nazwa zwyczajowa

kwasu

Nazwa systematyczna

kwasu

Symbol

kwasu

Wzór chemiczny

kwasu

Temperatura topnienia

Masłowy Butanowy C 4:0CH3(CH2)2COOH

- 7,9

Kapronowy Heksanowy C 6:0CH3(CH2)4COOH

- 3,4

Kaprylowy Oktanowy C 8:0CH3(CH2)6COOH

16,7

Kaprylony Dekanowy C 10:0CH3(CH2)8COOH

31,6

Laurynowy Dodekanowy C 12:0CH3(CH2)10COOH

44,2

Mirystynowy

Tetradekanowy C 14:0CH3(CH2)12COOH

53,9

Palmitynowy

Heksadekanowy C 16:0CH3(CH2)14COOH

63,0

Stearynowy Oktadekanowy C 18:0CH3(CH2)16COOH

69,6

Arachidowy Eikosanowy C 20:0CH3(CH2)18COOH

75,3

Behenowy Doeikosanowy C 22:0CH3(CH2)20COOH

79,9

60

Nienasycone kwasy tłuszczowe

Nazwa zwyczajowa

kwasu

Nazwa systematyczna

kwasu

Nazwa skrótowa

kwasuWzór chemiczny kwasu

Tetradecenowy 9 – tetradecenowy 14:1 9 CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH

Oleinowy 9 – oktadecenowy18:1 9

18:1 (n-9)CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH

Eikosenowy 9 - eikosenowy 20:1 9 CH3(CH2)9CH=CH(CH2)7COOH

Erukowy 13 - doeikosenowy 22:1 13 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH

Nerwonowy 15 - tetraeikosenowy 24:1 15 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH

Linolowy9,12 - oktadekadienowy

18:2 9,12

18:2 (n-9)

CH3CH(CH=CHCH2)3(CH2)6 COOH

Linolenowy9,12,15 - oktadekatrienowy

18:3 9,12,15

18:3 (n-3)

CH3CH2(CH=CHCH2)3 (CH2)6 COOH

Eikosatrienowy

5,8,11 - eikosatrienowy20:3 5,8,11

20:3 (n-9)

CH3(CH2)7(CH=CHCH2)3 (CH2)2 COOH

Arachidonowy5,8,11,14 - eikosatetraenowy

20:4 5,8,11,14

20:4 (n-6)

CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4 (CH2)2 COOH

61

NNKT – niezbędne nienasycone kwasy

tłuszczowe

kwas -linolenowy – C 18:3;9,12,15

kwas linolowy – C 18:2;9,12

Kwasy -3 i -6 nie mogą być syntetyzowane w organizmie muszą być dostarczone z pożywieniem

Występują w: olejach roslinnych olejach z ryb

62

Tłuszcze właściwe (acyloglicerole)

ze względu na budowę chemiczną należą do estrów

składnik alkoholowy – glicerol składnik kwasowy – jednokarboksylowe wyższe kwasy

tłuszczowe

najczęściej są to mieszaniny triacylogliceroli różnych kwasów tłuszczowych

63

Tłuszcze właściwe (acyloglicerole)

W acyloglicerolach drugorzędowa grupa hydroksylowa położona jest po lewej stronie atomu wegla

Do oznakowania pozycji kwasów tłuszczowych stosuje się system numeracji stereospecyficznej (sn), umieszczając przedrostek –sn przed nazwą reszty glicerolowej, np. 1,2,3 – triacylo-sn-glicerol

H2C – OH C 1 sn-1

HO – C – H C 2 sn-2 H2C – OH C 3 sn-3

Glicerol triacyloglicerol O

O H2C – O – C – R1 R2 – C – O – C – H H2C – O – C – R3

O

64

Podział lipidów (2)

B. Lipidy złożone – estry zawierające dodatkowe grupy funkcyjne

a) Fosfolipidy – zawierają resztę kwasu fosforowego i zasady azotowej lub aminoalkoholu. glicerofosfolipidy – zawierające glicerol sfingolipidy – zawierające sfingozynę

a) Glikolipidy – zawierają kwasy tłuszczowe, alkohol sfingozynę i węglowodan

a) Inne lipidy złożone – sulfolipidy, aminolipidy, lipoproteiny

65

Glicerofosfolipidy

Fosfolipidy zbudowane są z czterech składników:

1. Glicerolu2. Dwóch reszt acylowych

połączonych wiązaniami estrowymi z atomami C1 i C2 glicerolu

3. Ortofosforanu połączonego wiązaniem estrowym z węglem C3 glicerolu

4. Innego alkoholu (cholina, etanoloamina, seryna, inozytol, glicerol) połączonego grupą -OH z resztą ortofosforanu

Kwas fosfatydowy

66

Glicerofosfolipidy

Fosfatydylocholina (lecytyna)

R` - kwas palmitynowyR” – kwas oleinowy

Kwas fosfatydowy + HO – CH2 – CH2 – N(CH3)3 (cholina) +

Kwas fosfatydowy + etanoloamina

Fosfatydyloetyloamina (kefalina)

67

Glicerofosfolipidy

Kwas fosfatydowy

fosfatydyloetanoloamina (kefalina)

fosfatydylocholina (lecytyna)

fosfatydyloseryna

fosftydyloinozytol

difosfatydyloglicerol (kardiolipina)

68

Sfingofosfolipidy

Ceramidy Sfingomieliny Glikosfingolipidy

cerebrozydy gangliozydy

Zbudowane są z: sfingozyny – długołańcuchowego, jednonienasyconego

aminoalkoholu dihydroksylowego długołańcuchowego kwasu tłuszczowego ortofosforanu choliny

69

Sfingofosfolipidy

sfingozyna

+ nienasycony kwas tłuszczowy

ceramid (N- acetylosfingozyna)

+ cholina+ H3PO4

sfingomielina

70

Glikolipidy

Zawierają: ceramid cząsteczkę cukru (jedną lub więcej)

galaktozydoceramid

glukozyloceramid (cerebrozyd)

71

Gangliozydy

Pochodne glukozyloceramidu zawierające jedną lub kilka grup kwasu sjalowego

Gangliozyd GM1

Kwas sjalowy

72

Woski

Ester długołańcuchowych kwasów tłuszczowych z długołańcuchowym alkoholem.

Zwierzęta i rośliny wykorzystują wosk jako powłokę ochronną : przed nadmiernym zwilżaniem piór zabezpieczają przed nadmiernym odparowaniem wody utrudniaja dostęp mikroorganizmom

Składnikii w przygotowaniu: kosmetyków, maści (lanolina) powlekanie tabletek

Źródła wosków: wosk pszczeli wosk z waleni (olbrot) liście kopernicji (Copernicia prunifera )