CUKRY-METABOLIZM uzupelniony

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
+2 ATP
Fosforylacja substratowa (1,3-DPG⇒3-PG)
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+
12 H+
⇐
⇒ 3 x 3 H+ =
⇒ 3 H+ + 3 Pi

9 H+
+ 3 ADP ⇒ 3 ATP
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+
20 H+
⇐
⇒ 5 x 3 H+ =
⇒ 5 H+ + 5 Pi
15 H+
+ 5 ADP ⇒ 5 ATP
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 jabłczanowoasparaginianowe (b) dla transferu równowaŜników
redukcyjnych (NADH) z cytoplazmy do mitochondrium.
Mitochondrium
Cytoplazma
Bilans glikolizy w warunkach tlenowych
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
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 Sposób nowszy
NADH ⇒3 ATP
NADH ⇒2,5 ATP
FADH2 ⇒2 ATP
FADH2 ⇒1,5 ATP
2 NADHcytopl⇒FADH2 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
Charakter
procesu
Podstawowa
funkcja
Znaczenie w
metabolizmie
GLIKOLIZA
Utlenienie
Produkcja energii
(ATP)
Szybki mechanizm
produkcji energii
ATP (szczególnie w
warunkach gorszego
zaopatrzenia w tlen)
CYKL PENTOZOWY
Utlenienie
Produkcja równowaŜników
redukcyjnych NADPH
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