1 / 63

P entoso fosfátová dráha. Metabolismus fruktosy a galaktosy.

P entoso fosfátová dráha. Metabolismus fruktosy a galaktosy. Vznik glukuronové kyseliny a aminocukrů.  Biochemick ý ústav LF MU 2012 (E.T.). Pentosofosfátová dráha. Tk áňová lokalizace:

gale
Download Presentation

P entoso fosfátová dráha. Metabolismus fruktosy a galaktosy.

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Pentosofosfátová dráha. Metabolismus fruktosy a galaktosy. Vznik glukuronové kyseliny a aminocukrů.  Biochemický ústav LF MU 2012 (E.T.)

  2. Pentosofosfátová dráha Tkáňová lokalizace: ve velkém rozsahu játra, tuková tkáň (až 50% metab.glukosy), erytrocyty, štítná žláza, laktující mléčná žláza ad. (obecně tkáně, kde probíhají redukční syntézy) Ostatní tkáně využívají jen některé reakce Buněčná lokalizace: cytoplasma

  3. Význam pentosofosfátové dráhy • zdroj NADPH (redukční syntézy, oxygenasy se smíšenou funkcí, redukce glutathionu) • zdroj ribosa-5-P (nukleové kyseliny, nukleotidy) • zapojení pentos přijatých potravou do metabolismu Neslouží k zisku energie, ani energii přímo nespotřebovává

  4. Dvě části pentosofosfátové dráhy oxidační část nevratné reakce neoxidační část (regenerační) vratné reakce

  5. Oxidační část pentosofosfátové dráhy NADP+ NADPH + H+ 6-fosfoglukonolakton Glukosa-6-P laktonasa glukosa-6-P-dehydrogenasa 6-fosfoglukonát NADP+ NADPH + H+ 6-fosfoglukonátdehydrogenasa Ribulosa-5-P + CO2 Regulace: inhibice NADPH (inhibice produktem)

  6. O C O - H C O H H O C H C O H H H C O H H C O P H Oxidační část pentosofosfátové dráhy (podrobněji) – vznik 6-fosfoglukonátu NADPH + H+ NADP+ H2O C H O P C H O P 2 2 O O O H laktonasa O H glukosa-6-P-dehydrogenasa O H O H O H O H O H O H 6-fosfoglukono--lakton Glukosa-6-P 6-fosfoglukonát

  7. Oxidační část pentosofosfátové dráhy(podrobněji) –přeměna 6-fosfoglukonátu O C O - H H C O H H C O H H O C H C O H C O H H C O H H C O H H C O H H C O P H C O P H H NADP+ NADPH + H+ 6-phosphoglukonátdehydrogenasa CO2 6-fosfoglukonát ribulosa-5-P Ziskem oxidační větve pentosového cyklu jsou 2 moly NADPH a pentosa fosfát

  8. Regenerační fáze pentosofosfátové dráhy (pokud pentosy nejsou využity pro syntézu nukleotidů) souhrnná rovnice: 3 Ribulosa-5-P 2 Fruktosa-6-P + Glyceraldehyd-3-P Proč regenerace ? Některé buňky potřebují mnoho NADPH. Při jeho produkci vzniká velké množství pentos, které buňka nepotřebuje.

  9. H H C O H C O C H O H H C O H H C O P H Enzymy v regenerační fázi pentosofosfátové dráhy Isomerasa Syntéza nukleotidů Ribosa-5-P Ribulosa-5-P Pentosový cyklus – regenerační fáze

  10. H H C O H C O C H O H H C O H H C O P H Epimerasa Ribulosa-5-P Xylulosa-5-P

  11. H H C O H C O H O C H H C O H H C O P H Transketolasa - přenáší dvouuhlíkatý zbytek H H C O H C O C H HO + H C O H + H C O H H C O H H C O P Glyceraldehyd-3-P H Sedoheptulosa-7-P Ribosa-5-P Xylulosa -5-P 5C 5C 3C 7C + + Kofaktor: thiamindifosfát

  12. H H C O H C O O C H H C O H H C O H H C O H H H C O P H C O H H C O H O C H H C O H H C O H H C O P H Transaldolasa - přenáší tříuhlíkatý zbytek H + + Glyceraldehyd-3-P Erythrosa-4-P Sedoheptulosa-7-P Fruktosa-6-P + 4C + 6C 7C 3C

  13. Transketolasa-přenáší dvouuhlíkatý zbytek H H C O H + C O + H O C H H C O H H C O H Erythrosa-4-P H C O P Xylulosa -5-P H Fruktosa-6-P Glyceraldehyd-3-P 3C 5C 6C + 4C +

  14. Souhrnná bilance pentosafosfátové dráhy Ribulosa-5-P Ribosa -5-P 2 Ribulosa-5-P 2 Xylulosa -5-P Xylu-5-P + Rib-5-P Glyc-3-P + Sed-7-P Sed-7-P + Glyc-3-P Ery-4-P + Fru-6-P Xylu-5-P + Ery-4-P Glyc-3-P + Fru-6-P 3 Ribulosa-5-P Glyceraldehyd-3-P + 2 Fru-6-P 3C + 2 x 6C 3 x 5C

  15. H H C O H C O O C H H C O H H C O H H C O H H C O P H H H C O H C O H O C H H C O H H C O H H C O P H H Erytrosa-4-P Xylulosa-5-P Ribosa-5-P TK TA TK H H C O H C O Ribulosa-5-P H O C H H C O H H C O P Xylulosa-5-P Glyceraldehyd-3-P H

  16. Tvorba ribosafosfátu z meziproduktů glykolýzy Reakce regenerační fáze pentosového cyklu jsou vratné. To umožňuje produkovat pentosy v buňce i v situacích, kdy není potřebné NADPH, pouhým zvratem reakcí regenerační fáze, z meziproduktů glykolýzy.

  17. Transketolasová reakce v opačném směru fruktosa-6-P + glyceraldehyd-3-P erytrosa-4-P + xylulosa-5-P (z glykolýzy) Transaldolasová reakce v opačném směru erytrosa-4-P + fruktosa-6-P sedoheptulosa-7-P + glyceraldehyd-3-P (z glykolýzy) Další transketolasová reakce v opačném směru sedoheptulosa-7-P + glyceraldehyd-3-P 2 pentosy

  18. Regulace pentosofosfátové dráhy • rychlost závisí na úvodních nevratných reakcích oxidační fáze (viz též snímek 5) • dostupnost substrátu (NADP+), inhibice produktem • indukce enzymů insulinem

  19. Potřeby buňky určují směr reakcí pentosofosfátové dráhy

  20. Reakce vyžadující NADPH • redukce oxidovaného glutathionu • monooxygenázové reakce s cytP450 • respirační vzplanutí v leukocytech • redukční syntézy: • syntéza mastných kyselin • elongace mastných kyselin • syntéza cholesterolu a steroidů • syntéza nukleotidů • syntéza NO z argininu

  21. NADH x NADPH / srovnání * Transhydrogenasa v mitochondriální membráně může katalyzovat přenos H z NADH na NADP+

  22. Význam pentosofosfátové dráhypro erytrocyty Pentosový cyklus je jediným zdrojem NADPH pro erc 5-10% glukosy v erc NADPH je potřebný na regeneraci glutathionu Oxidovaný glutathion vzniká při odbourávání peroxidu vodíku a organických peroxidů v erytrocytu. Hromadění peroxidů v buňce vyvolává hemolýzu 2GSH + HO-OH→ GS-SG + 2H2O GS-SG + NADPH + H+ 2GSH + NADP+ glutathionreduktasa Hromadění peroxidů v buňce vyvolává hemolýzu

  23. Deficit glukosa-6-P dehydrogenasy v erytrocytech vrozená choroba způsobena bodovými mutacemi genu v chromosomu X u některých populací (až 400 různých mutací) až 400 milionů jedinců erytrocyty mají nedostatek redukovaného glutathionu choroba je často bezpříznaková a projeví se episodami hemolytické anemie po infekci, při užití některých léků (AAA)* nebo favových bobů (Vicia fava) Vysoká frekvence v tropických oblastech Afriky, Středomoří AAA* - antimalarika, antibiotika, antipyretika

  24. Heinzova tělíska v erytrocytech s deficitem glukosa-6-P-dehydrogenasy Při deficitu redukovaného glutathionu dochází k poškození proteinů – částečná denaturace Vznikají nerozpustné proteiny vázané k membráně – Heinzova tělíska Erytrocyty jsou rigidní a nedeformovatelné – jsou odstraňovány makrofágy v játrech a slezině.

  25. Favismus Hemolýza po požití bobů druhu Vicia fava

  26. Metabolismus fruktosy Zdroj fruktosy: sacharosa z potravy, ovoce, med, HFCS Dříve příjem fruktosy 16-20 g/d, nyní se odhaduje až 85-100 g/d * HFCS (High fructose corn syrup). Vstup do buněk: GLUT V

  27. Fruktosa a glukosa - srovnání

  28. Zásadní rozdíly mezi metabolismem glukosy a fruktosy • Fruktosa je metabolizována hlavně v játrech, enzymem fruktokinasou • Hexokinasa působí jen při vysoké koncentraci fruktosy • Játra metabolizují rychleji fruktosu než glukosu • Fruktosa sama nevyvolává uvolnění insulinu • Avšak příjem fruktosy může vyvolat následné zvýšení hladiny insulinu v důsledku přeměny fruktosy na glukosu

  29. Metabolismus fruktosy 1 Převážná část fruktosy je metabolizována v játrech 2 Fruktosa ATP hexokinasa není regulovaná velmi nízké KM fruktokinasa Srovnejte s metabolismem glukosy Fruktosa- 1-P Fruktoso-6-P aldolasa B Zpětná konverze na glukosu Glyceraldehyd + dihydroxyaceton-P aldolasa B ATP triosa-kinasa glykolýza Glyceraldehyd-3-P

  30. Aldolasa A a aldolasa B • jsou isoenzymy (je známa i aldolasa C) • aldolasa A : glykolýza (štěpení Fru-1,6-bisP) • aldolasa B: štěpení fruktosa-1-P • glukoneogenese (syntéza Fru-1,6-bisP)

  31. Na rozdíl od glukosy je fruktosa rychle odbourána Proč ?

  32. 1 Fruktokinasa a aldolasa B (játra): metabolismus obchází regulované enzymy glykolýzy (hexokinasu a fosfofruktokinasu)  rychlé odbourání  fruktosa je rychlý, na insulinu nezávislý zdroj energie • vysoký příjem fruktosy a její rychlý metabolismus na acetylCoA vede ke zvýšené tvorbě mastných kyselin a následně ke zvýšení produkce triacylglycerolů • vysoký příjem fruktosy může spotřebovat značné množství fosfátu na syntézu fruktosa-1-fosfátu. Fosfát chybí pro syntézu ATP.

  33. Dříve se fruktosa doporučovala diabetikům jako neškodné sladidlo Současná doporučení: malé množství fruktosy v ovoci je neškodné slazení fruktosou nebo jiný vyšší příjem fruktosy (např. formou infuze) – není doporučeno

  34. Poruchy metabolismu fruktosy Chybění aldolasy B – závažné !!! - hereditární fruktosová intolerance (autosomálně recesivní choroba) 1/40 000 Fruktosa-1-P se hromadí v buňkách jater → hypoglykemie Proč hypoglykemie? Hromadící se Fru-1-P inhibuje glykogenolýzu a glukoneogenezi Nutné včasné odhalení, objeví se po té, co kojenec začne přijímat sacharosu (v prvních týdnech života velmi závažné) (v některých zemích neonatální skrínink) Úprava dietou bez fruktosy a sacharosy

  35. Poruchy metabolismu fruktosy Chybění fruktokinasy -benigní - esenciální fruktosurie Fruktosa se hromadí v krvi a vylučuje do moči Bez závažných projevů Dieta bez fruktosy Diagnostika: pozitivní redukční zkouška v moči průkaz glukosy specifickým testem negativní

  36. Polyolová metabolická dráha - alternativní přeměna glukosy na glucitol a fruktosu v některých buňkách při vyšší koncentraci glukosy Glucitol nemůže z buňky unikat, pokud není přeměňován na fruktosu, hromadí se NADPH + H+ NADP+ D-glucitol D-glukosa aldosareduktasa NAD+ Játra, spermie, ovariální b. polyoldehydrogenasa NADH + H+ Chybí v čočce, retině, nervových buňkách Fruktosa (hlavní zdroj energie pro spermie)

  37. Pozdní komplikace diabetu • při diabetické hyperglykemii vstupuje glukosa do buněk, které pro její vstup nevyžadují insulin • tvoří se D-glucitol, který nemůže z buňky unikat (past) • aktivita polyoldehydrogenasy v některých buňkách je malá (retina, čočka, nervová b.) • D-glucitol se hromadí • Zvýšený osmotický tlak vyvolává poruchy buněk (diabetická katarakta, retinopatie, neuropatie)

  38. Metabolismus galaktosy zdroj: laktosa (mléko*) • přeměna v játrech na glukosu • epimerace • aby mohla proběhnout, je třeba galaktosu aktivovat: • na UDP-galaktosu * Ostatní mléčné výrobky (kefíry, tvaroh, sýry) laktosu téměř neobsahují

  39. UDP-galaktosa (aktivní forma galaktosy) OH OH OH nevzniká přímou reakcí s UTP, nýbrž reakcí s UDP-glukosou

  40. Metabolismus galaktosy v játrech Galaktosa je rychle metabolizována na glukosu Galaktosa ATP Galaktokinasa ADP UDP-glukosa Gal-1-P uridyltransferasa Glukosa-1-P UDP-galaktosa syntéza glykolipidů, GAG.. glykogen epimerasa UDP-glukosa

  41. epimerasa UDP-galaktosa reakce je vratná, může být využita i k produkci glukosy Izomerace glukosy na galaktosu UDP-glukosa Význam galaktosy syntéza laktosy syntéza glykolipidů, proteoglykanů a glykoproteinů

  42. Porucha metabolismu: „klasická“ galaktosemie • nedostatek uridyltransferasy - závažné !!!! • akumulace galaktosa-1-P a galaktosy • 1:40 000-60 000 živě narozených dětí, dědičnost onemocnění je autosomálně recesivní • interference s metabolismem fosfátů a glukosy, akumulace galaktosy a galaktosa-1-P v ledvinách, játrech, mozku a oční čočce • konverse galaktosy na galaktitol v oku – katarakta • nebezpečné pro novorozence, příznaky mezi 4.-9. dnem, hepatomegalie, ikterus, letargie, křeče • neléčená galaktosemie vede k poškození jater, ledvin, mozku • restrikce mléka a mléčných výrobků

  43. Biosyntéza laktosy specifická pro mléčnou žlázu UDP-galaktosa Laktosa (galaktosyl-1,4-glukosa) glukosa Laktosasynthasa • Laktosasynthasa je komplex dvou proteinů: • galaktosyltransferasa (přítomná v mnoha tkáních) • -laktalbumin (přítomný v mléčné žláze jen při laktaci, syntéza je stimulována prolaktinem)

  44. Metabolismus galaktosy v jiných buňkách Galaktosa a N-acetylgalaktosamin Jsou důležité komponenty glykoproteinů, proteoglykanů a glykolipidů. Syntéza těchto sacharidů probíhá ve všech typech buněk, galaktosyl andN-acetylgalaktosyl jsou přenášeny z UDP-galaktosy and UDP-N-acetyl-galaktosy pomocíUDP-galactosyltransferasy.

  45. H O C H H O C H 2 P O C H 2 2 O O U T P O O H O H O H O O U D P H O O P H O O H H O H O H O H UDP-glukosa glukosa-1-P glukosa-6-P + N A D O O C H O 2 + N A D O O H glukosiduronáty O O U D P H O H UDP-glukuronát Metabolická dráha glukuronátu volný glukuronát glykosaminoglykany UDP-galakturonát UDP-iduronát

  46. Příklady sloučenin vylučovaných ve formě glukosiduronátů Estrogeny Bilirubin Progesteron Meprobamat Morphin ad.

  47. Odbourání D-glukuronové kyseliny Primáti a morčata NADPH + H+ NADP+ C O O H H O L-gulonát L-askorbát O H H O O H CO2 O H Kyselina D-glukuronová L-xylulosa blok: →esenciální pentosurie, pentosy v moči xylitol D-xylulosa může vstoupit do pentosového cyklu Xylulosa-5-P

  48. C H O H 2 C H O H O O O O H H O H O H Syntéza L-askorbátu C H O H 2 1,4-lakton L-gulonové kyseliny C H O H - C O O O H O C H + H2O O 1 H H O C H H H C O H H O C H H H C L-gulonolaktonoxidáza -2H O H L-gulonát kys.askorbová

  49. L-gulonolaktonoxidáza je neaktivní u primátů, a tedy i u člověka, ale též u ryb a ptáků. Aktivní u většiny obratlovců Je to výsledek ztrátové mutace (vlivem volných radikálů či virové infekce?) u předchůdce podřádu Anthropoidea asi před 25 milióny lety A co morče? Genom morčete obsahuje jiné pozůstatky genu pro gulonolaktonoxidázu. Fungovat tento gen přestal přibližně před 20 miliony let – morče tedy přišlo k své závislosti na vitaminu C jindy a jinak než my. Kyselinu askorbovou potřebují i rostliny.

  50. Historie vitaminu C • 1754 – James Lind vydal knihu A Treatise on Scurvy, v níž navrhl citrony jako prevenci proti kurdějím. • 1761 – Východoindická společnost doporučila používat na svých lodích citrony a pomeranče. • 1795 – Bylo zavedeno preventivní podávání citronové šťávy na lodích anglického válečného námořnictva • 1911 – Kazimir Funk přišel s hypotézou, že příčinou některých závažných chorob může být nedostatek určitých nezbytných stopových látek – vitaminů –ve výživě. Prvními nemocemi, jejichž příčina byla hledána v avitaminóze, byly xeroftalmie (šeroslepost), beri-beri a kurděje; hypotetické vitaminy byly • označeny A, B a C. • 1928 – Albert von Szent-Györgyi izoloval kyselinu askorbovou • z papriky (Nobelovu cenu za to dostal r. 1937.) • 1933 – Tadeus Reichstein vyřešil chemickou syntézu kyseliny L-askorbové • 1957 – J. J. Burns objasnil biochemickou příčinu, proč člověk, opice a morče (na rozdíl od řady jiných obratlovců) nejsou schopni syntetizovat vitamin C. Dle VESMÍR 80, září 2001 497

More Related