Glikoliza (Przegląd kluczowych struktur i reakcji) A) przygotowanie heksozy do podziału na dwie triozy:

1)fosforylacja glukozy (czyli przekształcenie w formę metabolicznie aktywną)

2) izomeryzacja do fruktozo-6-P (aldoza w ketozę, dla umoŜliwienia kolejnych przemian)

3) fosforylacja do fruktozo1,6-di P (dla umoŜliwienia podziału na 2 triozy)

B) podział (aldolowy) na 2 triozy

izomeryzacja (ketoza w aldozę)

C) utlenienie (oddanie 2H na NAD+ z równoczesną syntezą związku wysokoenergetycznego)

D) fosforylacja substratowa (synteza ATP kosztem energii z rozkładu wiązania wysokoenergetycznego 1,3-DPG, a następnie przemiana do PEP jako związku wysokoenergetycznego)

E) fosforylacja substratowa (synteza ATP kosztem rozkładu wiązania w PEP)

Ogólny schemat glikolizy ze wskazaniem enzymów uczestniczących w kolejnych przemianach

Ogólny schemat glikolizy z podziałem na fazy inwestowania i produkcji energii

Profil energetyczny oraz przepływ elektronów w glikolizie beztlenowej

Bilans glikolizy w warunkach beztlenowych w cytoplazmie:

Fosforyłacja glukozy -1 ATP Fosforylacja fruktozo-6-P -1 ATP Utlenienie aldehydu 3-P-glicerynowego +2 NADH Fosforylacja substratowa (1,3-DPG⇒3-PG) +2 ATP Fosforylacja substratowa (PEP⇒Pirogronian) +2ATP Redukcja pirogronianu do mleczanu -2NADH Netto (zysk) 2 ATP

Korzyści wynikające z glikolizy:

� Produkowana jest energia (ATP) w części cytoplazmatycznej, a więc tam, gdzie będzie zuŜywana przez mięśnie do pracy

� Produkcja energii jest moŜliwa w warunkach niezadowalającego zaopatrzenia mięśni w tlen (np. podczas intensywnego wysiłku)

� Funkcję zagospodarowania mleczanu przejmują inne tkanki (wątroba do produkcji glukozy, natomiast serce, inne grupy mięśniowe mniej obciąŜone wysiłkiem oraz mózg – do produkcji energii)

Przebieg glikolizy w erytrocytach (tworzenie 2,3-DPG-który zmniejsza powinowactwo Hb do tlenu, tzn. ułatwia oddawanie O2)

Cykl Corich

Utlenienie pirogronianu (w mitochondriach)

Przebieg reakcji utlenienia pirogronianu

Lokalizacja procesów tlenowych w mitochondrium

Losy węgla w cyklu kwasu cytrynowego (Krebsa).

Enzymy cyklu Krebsa ==================

Sumaryczne równanie cyklu kwasu cytrynowego:

Acetylo-CoA + 3NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + 2H2O ⇒⇒⇒⇒

2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA

FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA

Transport protonów przez kompleksy łańcucha oddechowego

Ogólny mechanizm chemiosmotycznego sprzęŜenia fosforylacji oksydacyjnej z łańcuchem oddechowym

Przejściu 2 e- przez ETC od NADH na O2 towarzyszy wyrzut 12 H+ (po 4H+ wyrzucane przez kompleksy I, III i IV) z macierzy do

przestrzeni międzybłonowej Przestrzeń międzybłonowa macierz mitochochondrialna

12 H+ ⇐⇐⇐⇐ ⇒⇒⇒⇒ 3 x 3 H+ ==== 9 H+ ⇒⇒⇒⇒ 3 H+ + 3 Pi + 3 ADP ⇒⇒⇒⇒ 3 ATP 12 H+ 9 H+ + 3 H+

Nowsza koncepcja:

Przejściu 2 e- przez ETC od NADH na O2 towarzyszy wyrzut 10H+ (po 4 H+ wyrzucane przez kompleksy I, i III oraz 2H+ - przez

kompleks IV) z macierzy do przestrzeni międzybłonowej Obliczenia dla przejścia 2 par elektronów (4 e

-)

Przestrzeń międzybłonowa macierz mitochochondrialna

2 x 10 H+ ⇐⇐⇐⇐ ⇒⇒⇒⇒ 5 x 3 H+ ==== 15 H+ ⇒⇒⇒⇒ 5 H+ + 5 Pi + 5 ADP ⇒⇒⇒⇒ 5 ATP 20 H+ 15 H+ + 5 H+ czyli przejściu jednej pary elektronów (2 e-) towarzyszy synteza 2,5 ATP

Struktura syntazy ATP (kompleks F0F1)

Reprinted with permission from W. Junge, H. Lill, and S. Engelbrecht, Trends Biochem. Sci. (1997) 22:420. © 1997 with permission of Elsevier Science.

Model rotacyjnego modelu syntezy ATP przez podjednostkę F1 syntazy ATP

From Y. Zhou, T. M. Duncan, and R. L. Cross, Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1997) 94:10583. Reprinted with permission of the PNAS.

Podjednostki białkowe wchodzące w skład złoŜonych kompleksów białkowych łańcucha oddechowego.

Miejsca oddziaływania wybranych inhibitorów łańcucha oddechowego i sztucznych akceptorów elektronów. ================================================================

CN-

↓↓↓↓

2,4 Dinitrofenol (2,4-DNP) jako czynnik rozprzęgający fosforylację oksydacyjną

Działanie czynnika rozprzęgającego oznacza, Ŝe wskutek częściowego rozproszenia gradientu stęŜeń protonów [H+], ilość powstałego ATP jest mniejsza mimo pełnego przebiegu procesu utlenienia biologicznego (produkcji H2O i CO2 jako końcowych metabolitów). W tej sytuacji wydajność fosforylacji oksydacyjnej jest niŜsza (mniej ATP powstaje) i większa część energii jest uwalniana jako ciepło.

Wydajność łańcucha oddechowego:

Utlenienie 1 mola (NADH + H+) daje 1 mol H2O,

a to oznacza uwolnienie : -52 kcal energii

Część tej energii, dzięki sprzęŜeniu produkcji wody metabolicznej z tworzeniem ATP, umoŜliwia wyprodukowanie 3 moli ATP, czyli 3 x (-7,3 kcal)= - 22 kcal,

Stąd (22/52) * 100 % , to jest około 40 % energii z tworzenia wody ulega zamianie w energię biologicznie uŜyteczną (ATP)

Czółenko glicerolo-3-fosforanowe (a) i jabłczanowo-asparaginianowe (b) dla transferu równowaŜników redukcyjnych (NADH) z cytoplazmy do mitochondrium.

Bilans glikolizy w warunkach tlenowych C

ytop

lazm

a

Fosforyłacja glukozy -1 ATP

Fosforylacja fruktozo-6-P -1 ATP

Utlenienie aldehydu 3-P-glicerynowego (2 cząst.) +2 NADH

Fosforylacja substratowa (1,3-DPG⇒⇒⇒⇒3-PG) (2 cząst.) +2 ATP

Fosforylacja substratowa (PEP⇒⇒⇒⇒Pirogronian) (2 cząst.) +2ATP

Mito

chon

driu

m

Utlenienie pirogronianu do Acetylo-CoA (2 cząst.) + 2 NADH

Utlenienie izocytrynianu ((2 cząst.) + 2 NADH

Utlenienie α-ketoglutaranu ((2 cząst.) + 2 NADH

Defosforylacja bursztynylo-CoA (2 cząst.) + 2 GTP

Utlenienie bursztynianu ((2 cząst.) + 2 FADH2

Utlenienie jabłczanu (2 cząst) + 2 NADH

Suma = 2 ATPcyt+2 NADHcytopl +2 GTP+8 NADHmitoch + 2 FADH2

Zysk energetyczny z glikolizy w warunkach tlenowych Sposób tradycyjny

NADH ⇒⇒⇒⇒3 ATP

FADH 2 ⇒⇒⇒⇒2 ATP

Sposób nowszy

NADH ⇒⇒⇒⇒2,5 ATP

FADH 2 ⇒⇒⇒⇒1,5 ATP

2 NADHcytopl⇒⇒⇒⇒FADH 2 mitoch 4 ATP 3 ATP

2ATP cytoplazma 2 ATP 2 ATP

8 NADH 24 ATP 20 ATP

2 FADH2 4 ATP 3 ATP

2 GTP⇒⇒⇒⇒2ATP 2 ATP 2 ATP

SUMA 36 ATP 30 ATP

Cykl pentozo-fosforanowy (C6 ⇒⇒⇒⇒C5 + CO2 + 2 NADPH)

Podsumowanie:

Znaczenie i funkcja glikolizy i cyklu pentozofosforanowego

GLIKOLIZA CYKL PENTOZOWY Charakter procesu

Utlenienie Utlenienie

Podstawowa funkcja

Produkcja energii (ATP)

Produkcja równowaŜników redukcyjnych NADPH

Znaczenie w metabolizmie

Szybki mechanizm produkcji energii ATP (szczególnie w warunkach gorszego zaopatrzenia w tlen)

� Synteza kwasów tłuszczowych i cholesterolu

� Redukcja Fe3+do Fe2+ w Hb (przez reduktazę Met-Hb)

� Regeneracja GSH (glutation zredukowany) w erytrocytach

NADPH nie przekazuje protonu i elektronów na łańcuch oddechowy (!!!)

Glukoneogeneza (resynteza glukozy)

Porównanie glikolizy i glukoneogenezy

Glukoneogeneza NIE JEST prostym odwróceniem glikolizy

Resynteza glikogenu (glikogenoneogneza)

Proces sieciowania struktury glikogenu