metabolismus monosacharidŮ

of 18 /18
METABOLISMUS MONOSACHARIDŮ Metabolismus monosacharidů (zejména jejich katabolismus) je prakticky metabolismem glukosy. Ostatní monosacharidy z ní v případě potřeby vznikají, nebo jsou na ni několika reakcemi převedeny. Interkonverse monosacharidů. Monosacharidy mohou přecházet jeden v druhý několika typy přeměn. Hlavními jsou epimerace, kdy se mění konfigurace na některém uhlíku a izomerizace za přeměny aldosy v ketosu a naopak. Poslední reakce bude presentována dále (např. u glykolýzy), z epimeračních reakcí zde uvedeme vratnou přeměnu glukosy na galaktosu a naopak. Reakce spočívá v obrácení konfigurace na C4 a slouží jednak k produkci galaktosy potřebné např. k syntéze laktosy (u savců) nebo po derivatizacích k syntéze strukturních polysacharidů. Je katalysována enzymem 4-epimerázou (starší název galaktowaldenáza - Paula Walden r. 1896 popsal tento typ - Waldenův zvrat). Reakce probíhá s aktivovanými substráty, tj. glukosa a galaktosa jsou převedeny na UDP- deriváty. Vzorec UDP-glukosy (aktivní glukosa), XH je obecně akceptor glukosového zbytku (červeně) Vznik UDP-glukosy, analogicky vznikají i další UDP-monosacharidy (např. UDP-galaktosa)

Author: others

Post on 18-Dec-2021

2 views

Category:

Documents


0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Metab-sachariduMetabolismus monosacharid (zejména jejich katabolismus) je prakticky metabolismem
glukosy. Ostatní monosacharidy z ní v pípad poteby vznikají, nebo jsou na ni nkolika
reakcemi pevedeny.
Interkonverse monosacharid.
Monosacharidy mohou pecházet jeden v druhý nkolika typy pemn. Hlavními jsou
epimerace, kdy se mní konfigurace na nkterém uhlíku a izomerizace za pemny aldosy
v ketosu a naopak. Poslední reakce bude presentována dále (nap. u glykolýzy),
z epimeraních reakcí zde uvedeme vratnou pemnu glukosy na galaktosu a naopak. Reakce
spoívá v obrácení konfigurace na C4 a slouí jednak k produkci galaktosy potebné nap.
k syntéze laktosy (u savc) nebo po derivatizacích k syntéze strukturních polysacharid. Je
katalysována enzymem 4-epimerázou (starší název galaktowaldenáza - Paula Walden r. 1896
popsal tento typ - Waldenv zvrat).
Reakce probíhá s aktivovanými substráty, tj. glukosa a galaktosa jsou pevedeny na UDP-
deriváty.
Vzorec UDP-glukosy (aktivní glukosa), XH je obecn akceptor glukosového zbytku
(erven)
Vlastní pemna je uvedena na následujícím schematu:
Galaktosa je nejprve aktivována na konto ATP, vzniká Gal-1-P, reakcí s UDP-glukosou
vzniká UDP-galaktosa a glukosa, UDP-galaktosa podléhá 4-epimerázové reakci a mní se na
UDP-glukosu. Reakce probíhající v tomto smru umouje vyuití laktosy z mléka.
V opaném smru probíhá pi laktaci a umouje tvorbu laktosy jako souásti mléka. Genetická porucha spoívající v chybjící 4-epimeráze zpsobuje galaktosémii, u takto postiených jedinc je
teba upravit dietu vylouením galaktosy (laktosy) z potravy. Nástup onemocnní je rychlý a fatální.
Další monosti interkonverse monosacharid je zmna potu uhlík v monosacharidu
spoívající v penosu 2- a 3-uhlíkatých štp z jednoho monosacharidu na druhý. Penos C2-
štpu nazýváme transketolací (enzymy transketolázy), penos C3-štpu transaldolací (enzymy
transaldolázy; u glykolýzy si povšimneme enzymu aldolázy štpícího hexosu na 2 triosy).
Obecnými zásadami v mechanismu tchto pochod je, e donorem štpu je vdy ketosa (z ní
vzniká aldosa o 2 i 3 uhlíky kratší), akceptorem je pak aldosa (produktem je ketosa o 2 i 3
uhlíky delší).
Konkrétn se s tmito pochody setkáme v metabolické dráze zvané pentosový cyklus (viz
níe). Tam si také budeme ilustrovat monost zmny potu uhlík o 1 kombinací 2- a 3-
uhlíkového penosu.
Zmenšení potu uhlík v monosacharidu o 1 se také dosáhne oxidaním odbouráním
(dekarboxylací). Tento pochod nazývaný té pímá oxidace glukosy, je znázornn na
následujícím schematu. Výchozím metabolitem je glukosa-6-fosfát, která je dehydrogenována
na 6-fosfoglukonolakton, ten poskytuje hydrolytickým otevením kruhu 6-fosfoglukonát. Ten
je dále oxidován na 3-oxo-6-fosfoglukonát, produkt však okamit dekarboxyluje na ribulosa-
5-fosfát (Rul-5-P). Dleitým faktem je, e koenzymem obou dehydrogenáz je NADP + . To
napovídá, e smysl této dráhy není katabolický a nevede primárn k získání energie.
Produkovaný NADPH slouí jako donor redukních ekvivalent pi rzných metabolických
pochodech, pedevším syntézách (z nich syntéza mastných kyselin ho spotebuje kolem 40%). Za zmínku stojí uvést podobnou rekci u mikroorganism, plísní a hub. Substrátem je glukosa, akceptorem
elektron kyslík a vedle glukonolaktonu vzniká H2O2. Má praktický význam nap. pi stanovení glukosy a
produkci kys. glukonové.
Reakní schéma pímé oxidace glukosy, vlevo dole redukovaný pehled zmn potu C.
Dalším produktem tohoto pochodu je pentosa Rul-5-P. Z ní se psobením isomerázy získává
ribosa-5-fosfát (Rib-5-P) potebný pro syntézu nukleotid. Z obou tchto produkt však
organismus potebuje podstatn více NADPH, Rul-5-P tak vzniká v nadbytku. Tato
disproporce se vyeší pemnou Rul-5-P na hexosy, které mají na rozdíl od pentos podstatn
více moností vyuití v metabolismu (v. uloení do zásobních látek).
Pemna pentos na hexosy, tj. zvtšení potu C v monosacharidu probíhá kombinací
transaldolázových a transketolázových penos (viz výše). Tento tzv. pentosový cyklus
navazuje na pímou oxidaci glukosy (nkdy bývají oba spojovány pod tento název). Sled rekcí
je následující (íslování enzym je pokraováním schematu pímé oxidace glukosy):
Povšimnme si 3-epimerace a isomerace Rul-5-P (donor i akceptor C2 štpu musí mít
píslušnou formu – Xul-5-P a Rib-5-P). Sumárn lze spoítat, e do cyklu vstoupí 6 pentos a
získá se 5 hexos, obojí pedstavují celkem 30 uhlík.
V obráceném smru probíhá tento pochod u fotosyntézy, kde je poteba pemnit hexosu Fru-
1,6-bisP na pentosu Rul-1,5-bisP.
Reakní schéma pentosového cyklu s úastí koenzymu TPP v první transketolaci.
Glykolýza
významný katabolický proces slouící k získávání energie ze sacharidových zásob. Reakní
schéma glykolýzy se obvykle dlí na 2 etapy:
1. Tvorba fosforených ester hexos (zde se energie investuje pro dosaení vtší
efektivity reakcí)
2. Vznik triosafosfát a jejich pemny (doprovázeny uvolováním energie a vznikem
ATP) na koncové metabolity (podle podmínek pyruvát, laktát nebo etanol).
Sled glykolytických reakcí je dokumentován na pehledn na následujícím obrázku,
detailnjší rozpis jednotlivých krok je uveden dále.
Celkové schéma glykolýzy, základní sled pemny glukosy na pyruvát
KATABOLISMUS MONOSACHARID – GLUKOSY
Poátek 2. etapy – vznik triosafosfát
Další pemny vychází z GA3P, je nutno pemnit vzniklý DHAP psobením TIM.
V rovnováném stavu jsou pítomna pouze 4% GA3P, TIM má vysoké íslo pemny (10 5 ).
Oxidace GA3P a vznik makroergické sloueniny 1,3-BPG. Níe je uveden mechanismus
reakce, který je názorným píkladem konverse chemické energie mechanismem tzv.
substrátové fosforylace. ást ΔG uvolnné pi oxidaci se uloí ve form vedoucí nakonec
k syntéze ATP.
Schéma reakních koordinát výše uvedené reakce bez a za úasti –SH skupiny.
Konverse chemické energie z formy fosforylovaného intermediátu na ATP.
Závrené reakce glykolýzy. Siln exergonický pesmyk enol-formy pyruvátu na ketoformu
je vyuit k syntéze ATP.
Charakteristika a význam glykolýzy.
Glykolýza slouí pedevším jako zdroj energie, její energetická bilance odpovídá formáln 2
molm ATP syntesovaným na konto pemny 1 molu glukosy na 2 moly pyruvátu. Další
energie je skryta ve form tohoto produktu a té 2 mol NADH produkovaného pi
dehydrogenaci GA3P, její uvolnní však vyaduje úast dalších sloitjších a zejména na
dodávce kyslíku závislých enzymových systém (celkem tak lze získat dalších 36 mol ATP).
Výhodou glykolýzy je, e me probíhat i za anaerobních podmínek a rychlost zúastnných
reakcí me pevýšit aerobní pochody a 100x. V tom pípad se ovšem hromadí koncové
produkty glykolýzy, problémem je také anaerobní reoxidace NADH na NAD + nutný pro
zajištní GA3P dehydrogenázové reakce.
Anaerobní reoxidace NADH je realisována formou vyuití koncového produktu pyruvátu jako
náhraky kyslíku. V reakci katalysované laktádehydrogenázou se redukuje pyruvát na laktát.
U ady mikroorganism se laktát dále nepemuje, je vyluován do prostedí a pedstavuje
koncový produkt metabolismu (bakterie mléného kvašení). Alternativn nkteré
mikroorganismy nejprve pyruvát dekarboxylují na acetaldehyd a pak redukují na koncový
produkt etanol (alkoholové kvašení). Oba zpsoby jsou píkladem fermentativního
metabolismu (na rozdíl od respiraního).
Jednoduché schéma moných pemn pyruvátu.
Organismy, které nefermentují (nap. ivoichové) hromadí laktát pouze pechodn,
nevyluují ho, ale ve vhodných podmínkách ho pemní zpt na pyruvát a ten pak oxidaním
zpsobem dekarboxylují za vzniku CH3CO.SCoA (viz dále). Typickým píkladem je
intensivní svalová práce, kdy poteba ATP ve svalu pevýší monosti organismu dodávat
dostatené mnoství kyslíku (mnohé svaly ani nevyuívají aerobní mechanismy produkce
ATP – bílá vlákna). Hromadící se kyselina mléná okyseluje sval – projevem je bolest a
únava. Svalové buky laktát vyluují do krve a ta ho transportuje do jater, které ho díky
dobrému zásobení kyslíkem pemní zpt na pyruvát a ten pak dále metabolisují. Pi
nahromadní vtšího mnoství laktátu pokrauje jeho oxidaní odbourání i poté, co glykolýza
sníila svoji rychlost. To se projeví intensivním dýcháním pokraujícím po ukonení
intensivní svalové záte (mluvíme o „kyslíkovém dluhu“).
Schéma Coriho cyklu
Laktát transportovaný do jater se zásti (asi 30%) odbourá katabolickými oxidaními pochody
za zisku energie, vtší ást (70%) se pak pemuje zpt na glukosu (tu játra jednak exportují
do krevního obhu, jednak syntesují glykogen). Cyklus pemn a transportu metabolit
spoívající v produkci laktátu pedevším svalovými bukami a jeho penosem do jater a jeho
zptná pemna na glukosu, kterou pak svaly vyuívají, se nazývá Coriho cyklus. Pemnu
laktátu zpt na glukosu nazýváme resyntézou glukosy, analogický pochod syntézy glukosy
z látek necukerného pvodu (prakticky aminokyselin) pak glukoneogeneza. Tento termín se
asto pouívá pro oba pochody, nebo jsou v hlavním smru stejné.
Resynteza glukosy probíhá v podstat zvratem glykolytických reakcí. Problematickým
lánkem je vznik fosfoenolpyruvátu (PEP). ΔG 0 je kolem 66 kJ.mol
-1 , pímá fosforylace na
konto ATP by vyadovala jeho píliš vysokou koncentraci. Tato reakce probíhá proto
dvoustupov, nejprve se pyruvát karboxyluje (za úasti biotinu a spoteby ATP) na
oxaloacetát. Ten pak reaguje s GTP (ITP) za souasné dekarboxylace na PEP. Další pochody
jsou pak ji bezproblémové, kinázové reakce glykolýzy sice rovn nejsou vratné, ale vznik
nefosforylovaných hexos a nakonec glukosy probíhá efektivn (viz níe). Za pozornost stojí
obrat G3P-dehydrogenázové reakce, v tomto smru se s ní setkáváme té u fotosyntézy.
Vznik PEP. 1 – pyruvátkarboxyláza, 2-PEPkarboxykináza
Schéma zvratu glykolýzy – syntéza glukosy.
Pi glukoneogenezi jsou zdrojem nejastji aminokyseliny - oxalacetát vznikající z Asp,
pyruvát vznikající z Ala (vetn Try), další souvislosti si pipomeneme v píštích lekcích.
Význam resyntézy glukosy a glukoneogeneze spoívá hlavn ve vyuití nadbytku látek, je
nelze vyuít jinak (laktát pechodn nadprodukovaný, nadbytek bílkovin v potrav).
V nkterých pípadech – hladovní, stres – je nutno nahradit nedostatek glukosy její syntézou
z jiných zdroj – aminokyselin.
Pasteur 1860 – rychlost spoteby glukosy menší v aerobních podmínkách – Pasteurv efekt.
Regulace zptnou vazbou – ATP inhibuje fosfofruktokinasu.
Inhibice ATP (fosforylace podjednotek tetrametru), citrátem, H +
Vliv ATP na fosfofruktokinázu. Významný pochod pi regulaci glykolýzy.
Kinetická regulace fosforylace glukosy – hexokinasa a glukokinasa.
Kinetická regulace Coriho cyklu – isoenzymy LDH
Hormonální regulace