Glikolízis. Nagy Veronika. Bevezetés a biokémiába 2018/19

Átírás

1 Egyes ábrákat a Lehninger Principles of Biochemistry by D. L. Nelson, M.M. Cox, 5 th ed. című könyvből vettünk át. Nagy Veronika Bevezetés a biokémiába 2018/19 Glikolízis 1

2 A glükóz sorsa a felszívódást követően szerkezeti polimerek szintézise raktározás glikogén extracelluláris mátrix oxidáció a pentóz-foszfát út révén glükóz oxidáció a glikolízis révén ribóz-5-foszfát piruvát 2

3 A biológiai oxidáció általános sémája citromsavciklus aminosavak zsírsavak glükóz glikolízis 1. fázis acetil-coa termelés 1. Glikolízis piruvát 2. fázis az acetil-coa oxidációja 2. Citrát-ciklus 3. Terminális oxidáció 3. fázis elektrontranszfer és oxidatív foszforiláció légzési lánc 3

4 A glikolízis glükóz + 2 NAD ADP + 2 P i 2 piruvát + 2 NADH + 2 H ATP + 2 H 2 O ΔG = 85 kj/mol Redoxireakció: glükóz + 2 NAD + 2 piruvát + 2 NADH + 2 H + a glükóz oxidálódik: ΔG = 146 kj/mol / C 6 H 12 O 6 C 3 H 4 O 3 4

5 Az oxidálószer: NAD + (nikotinamid-adenin-dinukleotid) oxidálószer redukálószer 5

6 ΔG = 30 kj/mol A glikolízis során felszabaduló energiát ATP-ben tároljuk: 2 ADP + 2 P i 2 ATP + 2 H 2 O ΔG = +60 kj/mol A glikolízis teljes egyenlete: Min! ΔG = 85 kj/mol glükóz + 2 NAD ADP + 2 P i 2 piruvát + 2 NADH + 2 H ATP + 2 H 2 O 6

7 első aktiválás második aktiválás 6-szénatomos cukor hasítása 3-szénatomos cukrokká glükóz glükóz-6-foszfát frukóz-6-foszfát frukóz-1,6-biszfoszfát Előkészítő szakasz A glükóz foszforilezése és átalakítása gliceraldehid-3-foszfáttá hexokináz foszfohexóz izomeráz foszfofruktokináz-1 aldoláz trióz-foszfát izomeráz gliceraldehid-3-foszfát dihidroxi-aceton-foszfát 7

8 gliceraldehid-3-foszfát dihidroxi-aceton-foszfát trióz-foszfát izomeráz gliceraldehid-3-foszfát oxidáció és foszforilezés 2-foszfoglicerát foszfo-enol-piruvát 1,3-biszfoszfoglicerát szubsztrátszintű foszforilezés 3-foszfoglicerát szubsztrátszintű foszforilezés piruvát Visszafizető szakasz A gliceraldehid-3-foszfát oxidációja piruváttá, ATP és NADH szintézisével kapcsolva gliceraldehid- 3-foszfát dehidrogenáz foszfoglicerát kináz foszfoglicerát mutáz enoláz piruvát kináz 8

9 A glikolízis enzimei, és az általuk katalizált reakciók kináz: foszforilálás egy ATP felhasználásával Mg 2+! izomeráz: a szubsztrátum izomerizálása aldoláz: aldol dimerizáció dehidrogenáz: oxidáció 2 H atom eltávolítása révén mutáz: a szubsztrátum izomerizálása egy adott csoport molekulán belüli áthelyezésével enoláz: víz addíciója enolra Az enzimek a reakciókat mindkét irányba katalizálják! 9

10 Előkészítő szakasz 1 Aktiválás és csapdába ejtés Min! hexokináz glükóz glükóz-6-foszfát DG = 16.7 kj/mol Mg 2+! indukált illeszkedés 10

11 Szabadentalpia, G 1 A hexokináz reakció ΔG = 16.7 kj/mol Hogyan mehet végbe spontán egy termodinamikailag kedvezőtlen folyamat? (glükózból glükóz-6-foszfát képződése, ΔG > 0) Nem az enzim tehet róla, hanem a szabadentalpia-változás! Mechanikai példa Kémiai példa Endergonikus Exergonikus Reakciókoordináta A glükóz aktiválása. 11

12 A rákos sejtekben fokozottabb a glükóz metabolizmusa, mint az egészségesekben. glükóz glükózfelvétel Egyes hexokináz inhibitorok ígéretes kemoterapeutikumok: glükóz- 6-foszfátdehidrogenáz glükóz- 6-foszfát 6-foszfoglükonát 2-dezoxi-glükóz Lonidamine 3-brómpiruvát gliceraldehid 3-foszfát xilulóz- 5-foszfát piruvát 12

13 hexokináz [ 18 F]2-fluor-2-dezoxi-glükóz (FdG) [ 18 F]6-foszfo-2-fluor-2-dezoxi-glükóz (6-foszfo-FdG) A 18 F-ral jelölt 2-fluor-2-dezoxi-glükózt a hexokináz foszforilezi, amely így nem tudja elhagyni a sejtet (mint 6-foszfo-FdG), de nem is alakul tovább. Jelenléte a 18 F által kibocsátott pozitronsugárzás miatt kimutatható. 13

14 Pozitron Emissziós Tomográfia (PET) 14

15 2 Min! foszfohexóz izomeráz glükóz-6-foszfát fruktóz-6-foszfát 15

16 A foszfohexóz-izomeráz reakció mechanizmusa: tautomerizáció (ld. Szénhidrátok 34. o., avagy Adja-e a fruktóz a Fehling-reakciót? ) glükóz-6- foszfát glikozidos fruktóz-6- foszfát alkoholos Enzimhez kötődés és gyűrűfelnyílás Leválás az enzimről és gyűrűzárás glikozidos foszfohexóz izomeráz Báziskatalizált oxo-enol tautomerizáció, endiol képződése endiol köztitermék Báziskatalizált enol-oxo tautomerizáció, fruktóz-6-p képződése 16

17 3 Elkötelező lépés Min! foszfofruktokináz-1 (PFK-1) fruktóz-6-foszfát fruktóz-1,6-biszfoszfát 17

18 A PKF-1 aktivitása A foszfofruktokináz-1 allosztérikusan szabályozott fruktóz-6-foszfát fruktóz-1,6- biszfoszfát alacsony [ATP] citrát fruktóz-2,6- biszfoszfát magas [ATP] [fruktóz-6-foszfát] 18

19 4 Min! fruktóz-1,6-biszfoszfát aldoláz (fruktóz-1,6-biszfoszfát aldoláz) dihidroxi-acetonfoszfát gliceraldehid-3- foszfát 19

20 fruktóz-1,6-biszfoszfát fordított aldol-addíció ld. 3. heti munkafüzet vége az eredeti glükóz szénatomjai aldoláz az eredeti glükóz szénatomjai dihidroxi-acetonfoszfát gliceraldehid-3- foszfát 20

21 Az aldoláz reakció mechanizmusa fruktóz-1,6-biszfoszfát Enzimhez kötődés és gyűrűfelnyílás protonált Schiff-bázis aldoláz tetraéderes köztitermék képződése dihidroxi-acetonfoszfát protonált Schiffbázis keletkezése, melynek elektronszívó hatása elősegíti a C-C kötés hasadását gliceraldehid 3-foszfát C-C kötés hasadása (fordított aldoladdíció), az első termék leválása az enzimről A Schiff-bázis hidrolízise izomerizáció protonált kovalens enzimenamin köztitermék Schiff-bázis 21

22 5 Min! trióz-foszfát izomeráz dihidroxi-acetonfoszfát gliceraldehid-3- foszfát Két oxo-enol tautomerizáció endiolon keresztül (ld. foszfohexóz izomeráz). 22

23 Visszafizető szakasz Min! 6 gliceraldehid-3- foszfát szervetlen foszfát gliceraldehid- 3-foszfát dehidrogenáz SH-tartalmú enzim, a monojódacetát (alkilezőszer) gátolja vegyes anhidrid 1,3-biszfoszfoglicerát 23

24 A gliceraldehid-3-foszfát dehidrogenáz reakció gliceraldehid- 3-foszfát gliceraldehid- 3-foszfát dehidrogenáz enzim-szubsztrátkomplex képződése a monojódacetát (alkilezőszer) gátolja ezt az enzimet tiofélacetál köztitermék képződése 1,3-biszfoszfoglicerát a termék leválása az enzimről a tiofélacetál oxidációja tioészterré NAD + redukciója NADH-vá, szervetlen foszfát belépése tioészter: nagyenergiájú köztitermék 24

25 szabadenergia, G Miért nagyenergiájú a tioészter-kötés? tioészter A rezonancia-stabilizált szerkezetből származó energiakülönbség a tioészter hidrolízisét kísérő ΔG oxigénészter rezonanciastabilizált a észter hidrolízisét kísérő ΔG 25

26 7 Szubsztrátum-szintű foszforiláció Min! 1,3-biszfoszfoglicerát foszfoglicerát kináz 3-foszfoglicerát 26

27 Arzénmérgezés gliceraldehid-3- foszfát szervetlen foszfát gliceraldehid- 3-foszfát dehidrogenáz 1,3-biszfoszfoglicerát vagy arzenát gliceraldehid- 3-foszfát dehidrogenáz 1-arzeno-3-foszfoglicerát 27

28 + + H 2 O 1-arzeno-3-foszfoglicerát 3-foszfoglicerát foszfoglicerát kináz Mg 2+ A glikolízisben továbbalakul, de kimaradt az ATP-termelő lépés! + 3-foszfoglicerát 28

29 8 Min! foszfoglicerát mutáz 3-foszfoglicerát 2-foszfoglicerát 29

30 foszfoglicerát mutáz 3-foszfoglicerát A foszfát az aktív helyen lévő His-ről jön a szubsztrátum C-2 OH-csoportjára. A másik His általános bázis. 2,3-biszfoszfoglicerát (2,3-BPG) 2,3-BPG szükséges a ciklus elindításához 30

31 a hemoglobin allosztérikus inhibitora 2,3-biszfoszfoglicerát Hemoglobin 31

32 9 Min! enoláz 2-foszfoglicerát foszfo-enol-piruvát (PEP) a fluorid (F ) gátolja ezt az enzimet 32

33 10 Szubsztrátum-szintű foszforiláció Min! foszfo-enol-piruvát piruvát kináz piruvát 33

34 tautomerizáció piruvát (enol forma) piruvát (oxo forma) 34

35 glikolitikus reakiólépés A glikolízis reakciói (piros: visszafordíthatatlan) A vörösvértestben lejátszódó glikolitikus reakiók szabad-entalpiaváltozása glükóz + ATP glükóz-6-foszfát + ADP glükóz-6-foszfát fruktóz-6-foszfát fruktóz-6-foszfát + ATP fruktóz-1,6-biszfoszfát + ADP fruktóz-1,6-biszfoszfát dihidroxi-aceton-foszfát + gliceraldehid-3-foszfát dihidroxi-aceton-foszfát gliceraldehid-3-foszfát gliceraldehid-3-foszfát + P i + NAD + 1,3-biszfoszfoglicerát + NADH + H + 1,3-biszfoszfoglicerát + ADP 3-foszfoglicerát + ATP 3-foszfoglicerát 2-foszfoglicerát 2-foszfoglicerát foszfo-enolpiruvát + H 2 O foszfo-enolpiruvát + ADP piruvát + ATP DG = DG + RT ln Q Megj.: DG a reakiók (biokémiai) standard szabad-entalpiaváltozása, DG a reakciók szabad-entalpiaváltozása a fiziológiás körülmények között található valódi koncentraciók mellett. A pirossal jelzett reakciókat a glükoneogenezisben egyéb reakciók váltják ki. 35

36 Összefoglalás 1. A glikolízis reakciói glükóz + 2 NAD ADP + 2 P i 2 piruvát + 2 NADH + 2 H ATP + 2 H 2 O Min! ΔG = 85 kj/mol A sejtek glükózfelvétele: transzportereken keresztül A glikolízis a citoszolban megy végbe! Foszforilálás: aktiválás és csapdába ejtés A glikolízis visszafordíthatatlan lépései: 1, 3, 10 Szubsztrátum-szintű foszforiláció: 7, 10 Nagyenergiájú kötés képződése: 6, 9 glükóz glükóz-6-foszfát frukóz-6-foszfát frukóz-1,6-biszfoszfát gliceraldehid-3-foszfát dihidroxi-aceton-foszfát gliceraldehid-3-foszfát 1,3-biszfoszfoglicerát 3-foszfoglicerát 2-foszfoglicerát foszfo-enol-piruvát Előkészítő szakasz A glükóz foszforilezése és átalakítása gliceraldehid-3-foszfáttá hexokináz foszfohexóz izomeráz foszfofruktóz kináz-1 aldoláz trióz-foszfát izomeráz Visszafizető szakasz A gliceraldehid-3-foszfát oxidációja piruváttá, ATP és NADH szintézisével kapcsolva gliceraldehid- 3-foszfát dehidrogenáz foszfoglicerát kináz foszfoglicerát mutáz enoláz piruvát kináz piruvát 36

37 A glikolízis szabályozása glikolitikus reakiólépés A vörösvértestben lejátszódó glikolitikus reakiók szabad-entalpiaváltozása glükóz + ATP glükóz-6-foszfát + ADP glükóz-6-foszfát fruktóz-6-foszfát fruktóz-6-foszfát + ATP fruktóz-1,6-biszfoszfát + ADP fruktóz-1,6-biszfoszfát dihidroxi-aceton-foszfát + gliceraldehid-3-foszfát dihidroxi-aceton-foszfát gliceraldehid-3-foszfát gliceraldehid-3-foszfát + P i + NAD + 1,3-biszfoszfoglicerát + NADH + H + 1,3-biszfoszfoglicerát + ADP 3-foszfoglicerát + ATP 3-foszfoglicerát 2-foszfoglicerát 2-foszfoglicerát foszfo-enolpiruvát + H 2 O foszfo-enolpiruvát + ADP piruvát + ATP hexokináz piruvát-kináz foszfofruktokináz 1 DG = DG + RT ln Q Megj.: DG a reakiók (biokémiai) standard szabad-entalpiaváltozása, DG a reakciók szabad-entalpiaváltozása a fiziológiás körülmények között található valódi koncentraciók mellett. A pirossal jelzett reakciókat a glükoneogenezisben egyéb reakciók váltják ki. 37

38 DG = DG + RT ln Q Glikolízis glükóz Glükoneogenezis (a glükóz de novo szintésise) A glikolízis minden sejtben végbemehet, mint energiatermelő folyamat. A glükoneogenezis elsősorban a májban megy végbe. 38

39 Glikolízis hexokináz glükóz glükóz- 6-foszfát Glükoneogenezis glükóz-6-foszfatáz fruktóz- 6-foszfát fruktóz- 1,6-biszfoszfát dihidroxi-acetonfoszfát dihidroxi-acetonfoszfát foszfofruktokináz-1 fruktóz-1,6- biszfoszfatáz-1 (2) gliceraldehid-3-foszfát (2) 1,3-biszfoszfoglicerát 39

40 (2) 1,3-biszfoszfoglicerát (2) 3-foszfoglicerát (2) 2-foszfoglicerát piruvát kináz (2) foszfo-enol-piruvát PEP karboxikináz (2) piruvát piruvát karboxiláz 40

41 1 A hexokináz reakció hexokináz glükóz glükóz-6-foszfát Mg 2+! 41

42 kezdeti sebesség (v ) A hexokináz IV (glükokináz) és a hexokináz I (izozimek) kinetikai jellemzői v max v max 2 K M ~ 0,1 mm hexokináz I hexokináz IV (glükokináz) K M ~ 10 mm Hexokináz I, II, III: izomban nem specifikus glükózra G-6-P gátolja K M glükózra kicsi Hexokináz IV = glükokináz: májban specifikus glükózra G-6-P nincs rá hatással K M glükózra nagy szubsztrát (glükóz) koncentráció (mm) 42

43 A hexokináz IV (glükokináz) szabályozása a májban kapilláris glükóz sejtmag glükóz hexokináz IV hexokináz IV glükóz-6-foszfát szabályozó fehérje fruktóz-6-foszfát Éhezéskor, amikor a vércukorszint 5 mm alá csökken, a fruktóz-6-foszfát hatására a szabályozó fehérje és hexokináz IV kotranszporttal a sejtmagba jut, így a máj nem verseng a többi szervvel a glükózból nyerhető energiáért. 43

44 3 A foszfofruktokináz reakció: az elkötelező lépés foszfofruktokináz-1 (PFK-1) fruktóz-6-foszfát fruktóz-1,6-biszfoszfát 44

45 A PKF-1 aktivitása A foszfofruktokináz-1 allosztérikusan szabályozott fruktóz-6-foszfát fruktóz-1,6- biszfoszfát alacsony [ATP] citrát fruktóz-2,6- biszfoszfát magas [ATP] [fruktóz-6-foszfát] fruktóz-2,6-biszfoszfát (F26BP) 45

46 A fruktóz-2,6-biszfoszfát szerepe a glikolízis és a glükoneogenezis szabályozásában glükoneogenezis (a glükóz de novo szintésise) fruktóz-6-foszfát fruktóz-1,6-biszfoszfát glikolízis Enzimek allosztérikus szabályozása 46

47 A foszfofruktokináz-2 (PFK-2) kétfunkciós (bifunkcionális) enzim: fruktóz-6-foszfát Min! fruktóz-2,6-biszfoszfát kináz domén (PFK) foszfatáz domén (FPBase) szabályozó régió 47

48 A fruktóz-2,6-biszfoszfát-szint szabályozása Enzimek kovalens módosítása és Patobiokémia (4. félév) stimulálja a glikolízist, gátolja a glükoneogenezist inzulin foszfoprotein foszfatáz campfüggő protein kináz glukagon gátolja a glikolízist, stimulálja a glükoneogenezist 48

49 A fruktóz-2,6-biszfoszfát-szint szabályozása magas glükózkoncentráció (a glikolízis aktív) fruktóz-2,6-biszfoszfát (stimulálja a PFK-t) [F26BP] protein kináz A alacsony glükózkoncentráció (a glikolízis inaktív) fruktóz-6-foszfát (nincs PFK stimuláció) [F26BP] fruktóz-6-foszfát foszfo-protein foszfatáz fruktóz-2,6-biszfoszfát (stimulálja a PFK-t) stimulálja a glikolízist, gátolja a glükoneogenezist inzulin gátolja a glikolízist, stimulálja a glükoneogenezist 49

50 szénhidrát felszívódása a táplálékból éhezés magas vércukorszint alacsony vércukorszint inzulin glukagon [F-2,6-BP] nő magas [ATP] [NADH] [Ac-CoA] [F-2,6-BP] csökken alacsony [ATP] [NADH] [Ac-CoA] aktivált glikolízis aktivált glikogénszintézis gátolt glükoneogenezis aktivált zsírsavszintézis A máj szabályozza a vércukorszintet: gátolt glikolízis aktivált glikogénlebontás aktivált glükoneogenezis aktivált zsírsavlebontás 50

51 10 A piruvát kináz reakció foszfo-enol-piruvát piruvát kináz piruvát 51

52 A piruvát kináz szabályozása: minden szövetben allosztérikus, de a májban allosztérikus és kovalens is! csak a májban glukagon minden szövetben (májban is) piruvátkináz L (inaktív) piruvátkináz L/M piruvát transzamináció hosszú láncú zsírsav piruvát-kináz L: májban (liver) piruvát-kináz M: izomban (muscle) 52

53 Összefoglalás 2. A glikolízis szabályozása Szabályozási pontok: az irreverzíbilis (DG << 0 J) reakciók enzimei: hexokináz, foszfofruktokináz-1, piruvát-kináz Hexokináz: izoenzimek (I-IV), a májban glükokináz: K M (Glc) nagyobb, mint más szövetekben, és a Glc-6-P nem gátolja, alacsony [Glc] esetén visszahúzódik a sejtmagba vércukorszint szabályozása Foszfofruktokináz-1: allosztérikus szabályozás, ATP (magas energiaszint jele), citrát: gátolja AMP, ADP (alacsony energiaszint), fruktóz-2,6-biszfoszfát (Fru-2,6-BP): aktiválja A Fru-2,6-BP-szint szabályozása: foszfofruktokináz-2 (PFK-2/FPBase) magas vércukorszint inzulin PFK-2 aktiválódik [Fru-2,6-BP] alacsony vércukorszint glukagon FPBase aktiválódik [Fru-2,6-BP] Piruvát-kináz: allosztérikus szabályzás, a májban kovalens is (hormonális hatásra). ATP, Ac-CoA, zsírsav (magas energiaszint jele): gátolja fruktóz-1,6-biszfoszfát (az elkötelező lépés terméke): aktiválja májban: alacsony vércukorszint glukagon piruvát-kináz gátlása (foszforilezés)

54 A glikolízishez kapcsolódó anyagcsereutak 54

55 A piruvát további sorsa az anyagcserében glükóz glükoneogenezis anaerob körülmények glikolízis 2 piruvát 2 oxálacetát a májban hipoxiás vagy anaerob körülmények 2 etanol + 2 CO 2 alkoholos erjedés pl. élesztőben 2 CO 2 aerob körülmények 2 acetil-coa citrát-ciklus 2 laktát tejsavas erjedés dolgozó izomban, vörösvértestben, egyes mikroorganizmusokban anaerob körülmények: alacsony O 2 koncentráció 4 CO H 2 O aerob körülmények : magas O 2 koncentráció 55

56 A piruvát további sorsa a lebontó folyamatokban piruvát acetaldehid laktát acetil-coa etanol alkoholos erjedés pl. élesztőben tejsavas erjedés dolgozó izomban, vörösvértestben, egyes mikroorganizmusokban további oxidáció citrát-ciklus, légzési lánc, terminális oxidáció O 2 2 CO H 2 O anaerob körülmények: alacsony O 2 koncentráció aerob körülmények: magas O 2 koncentráció 56

57 Tejsavas erjedés (anaerob körülmények között) Min! DG = 25.1 kj/mol piruvát laktát dehidrogenáz L-laktát glükóz C 6 H 12 O 6 2 ADP 2 ATP Min! 2 piruvát 2 laktát C 3 H 6 O 3 A glikolízis és tejsavas erjedés teljes egyenlete (anaerob körülmények között): glükóz + 2 P i + 2 ADP 2 laktát + 2 ATP + 2 H 2 O DG = -158 kj/mol 57

58 A vér laktátkoncentrációja (μm) Cori-ciklus izom: a gyors összehúzúdáshoz ATP-t termel glikolízis révén A vér laktátkoncentrációja 400 m- es síkfutás során: vörösvértest előtte futás utána máj: ATP felhasználásával glükózt szintetizál (glükoneoenezis) idő (perc) 58

59 Alkoholos erjedés (anaerob körülmények között) Min! piruvát dekarboxiláz alkohol dehidrogenáz piruvát acetadehid etanol tiazóliumgyűrű tiamin-pirofoszfát (TPP) 59

60 A tiazolgyűrű 2-es C-jéről egy H + disszociál. A tiazólium-kation eliminációja során acetaldehid képződik. A TPP-karbanion a piruvát karbonilcsoportját támadja. aktív acetaldehid Protonálódással hidroxietil-tpp keletkezik. A dekarboxileződést elősegíti az elektronok delokalizációja a TPP tiazol-gyűrűjén. 60

61 Néhány TPP-függő reakció Néhány TPP-függő reakció enzim útvonal hasadó kötés keletkező kötés piruvát-dekarboxiláz alkoholos erjedés piruvát-dehidrogenáz α-ketoglutarát-dehidrogenáz acetil-coa szintézise citrát-ciklus transzketoláz szén beépülési reakciók pentóz-foszfát út 61

62 Az alkohol dehidrogenáz aktív centruma acetaldehid alkohol dehidrogenáz Az aktív helyen lévő Zn 2+ polarizálja az acetaldehid karbonil-csoportját, ezzel elősegíti a NADH-ról történő hidrid-ion transzfert. A redukált köztitermék a közegből felvesz egy további protont és etanollá alakul. etanol 62

63 gliceraldehid- 3-foszfát 1,3-biszfoszfoglicerát (1,3-BPG) piruvát acetaldehid etanol A glikolízis és alkoholos erjedés teljes folyamata (anaerob körülmények között): 2 ADP glükóz 2 ATP 2 NAD + 2 NADH 2 piruvát 2 acetaldehid 2 etanol CO 2 63

64 A glikolízist tápláló szénhidrátok szacharóz Fru keményítő, glikogén Glc, Glc-1-P maltóz, trehalóz laktóz Gal (trigliceridek) glicerin 64

65 A szénhidrátok felszívódása A tápcsatorna szájüreg száj nyelőcső amiláz enzimek: az α(1 4) glikozidos kötéseket hidrolizálják máj gyomor hasnyálmirigy vastagbél vékonybél végbél 65

66 Glükóz transzporterek név helye inzulin hatása érzékenység / affinitás GLUT 1 mindenhol, vvt, hasnyálmirigy β-sejtek független magas, (Glc, Gal) GLUT 2 vese velőállomány, máj, vékonybél hámsejtek független alacsony (Glc, Gal, Fru) (hasnyálmirigy β-sejtek) GLUT 3 agy neuronok, herék, placenta független magas, (Glc, Gal) GLUT 4 váz- és szívizom, zsírszövet függő magas Glc-ra specifukus GLUT 5 vékonybél, herék, vese független elsődleges fruktóztranszporter 66

67 A GLUT1 glükóz transzporter működése a vörösvértestekben D-glükóz kívül belül Koncentrációgradiens által szabályozott passzív transzport (facilitált diffúzió). 67

68 Glükóztranszport a bélhámsejtekben hámsejt véráram glükóz Na + - glükóz szimporter (magas extracelluláris [Na + ] szükséges a működéséhez glükóz GLUT2 glükóz uniporter 68

69 A keményítő szerkezete (α1 4) kapcsolt D-glükóz egységek az emésztés során az amiláz enzimek: az α(1 4) glikozidos kötéseket hidrolizálják szabad hidroxil-csoportokra (jóddal kék zárványvegyületet alkot) 69

70 A keményítő szerkezete Min! Nemredukáló vég amilóz (20-30%) Redukáló vég amilopektin amilóz elágazás elágazási pont Nemredukáló végek Redukáló végek elágazási pont fő lánc amilopektin (70-80%) Elágazási pontok: Glc-egységenként 70

71 A glikogén szerkezete Min! Nemredukáló vég α-1,6 kötés α-1,4 kötés Elágazási pontok: 8-12 Glc-egységenként (jóddal vörösbarna színreakciót ad) 71

72 A glikogén szerkezete mitokondrium glikogén szemcsék α-1,6 kötés α-1,4 kötés glikogén Elágazási pontok: 8-12 Glc-egységenként 72

73 Cellulóz* (β-1,4-kötések) Keményítő és glikogén* (α-1,4-kötések) 6 glükóz egység 6 glükóz egység β(1 4)-kötésekkel α(1 4)-kötésekkel (a cellulóz részlete) (az amilóz részlete) 73

74 A cellulóz szerkezete (β-1 4)-kötésű D-glükóz egységek amiláz enzimek: az α(1 4) glikozidos kötéseket hidrolizálják: a cellulózt nem tudjuk megemészteni 74

75 A sejtben tárolt glikogén felhasználása: nemredulákó vég glikogén n glükóz egység glikogén-foszforiláz Min! glükóz-1-foszfát foszfoglükomutáz (PLP) glikogén (n-1) glükóz egység glükóz-6-foszfát 75

76 Diszacharidok szacharáz Glc, Fru szacharóz laktáz Gal, Glc laktóz maltáz Glc maltóz trehaláz Trehalóz (α1glc 1αGlc) 76

77 Szacharóz szacharáz fruktóz glükóz máj ADP ATP ATP ADP izom, vese Min! fruktokináz hexokináz Min! fruktóz-1-foszfát fruktóz-1-foszfát aldoláz foszfofruktokináz 1 fruktóz-6-foszfát gliceraldehid trióz-kináz ATP ADP dihidroxi-acetonfoszfát gliceraldehid- 3-foszfát fruktóz-1,6-biszfoszfát 77

78 Min! dihidroxi-acetonfoszfát fruktóz-1-foszfát aldoláz fruktóz-1-foszfát gliceraldehid 78

79 Laktóz laktáz laktóz galaktóz glükóz Laktóz intolerancia (hypolactasia): Laktáz hiányában a vastagbél mikroflórája tejsavvá, metánná és hidrogénné bontja a tejcukrot hasi görcsök, diarrhea Terápia: - laktózmentes diéta - laktáz hozzáadása - laktáztartalmú baktériumflóra telepítése a vékonybélbe 79

80 galaktóz Min! galaktokináz glükóz-6-foszfát glikolízis Min! UDPglükóz galaktóz-1-foszfát NAD + NADH + H + NADH + H + UDP-glükóz- NAD + 4-epimeráz UDP-glükóz:galaktóz-1- foszfát uridil-transzferáz glükóz-1-foszfát foszfoglükomutáz UDP-glükóz-4-epimeráz UDP-galaktóz Min! UDP-glükóz 80

81 Galaktozémia Tejfogyasztást követő tünetek: hányás, sárgaság. Hosszú távú szövődmények: májkárosodás, szürkehályog, mentális retardáció. Az újszülötteket rögtön tesztelik (1: ) 1. típus (klasszikus galaktozémia): az uridiltranszferáz zavara 2. típus: a galaktokináz hiánya 3. típus: az epimeráz hiánya 81

82 Szürkehályog: A szemlencsében a galaktokináz hiányában felhalmozódó galaktóz ozmotikusan aktív galaktittá redukálódik. aldóz reduktáz galaktóz galaktit 82

83 Glicerin (a trigliceridek lebontásának terméke lehet) Min! glicerin glicerinfoszfát glicerinkináz glicerinfoszfát dehidrogenáz dihidroxi-aceton foszfát glikolízis 83

84 Összefoglalás 3. A glikolízishez kapcsolódó anyagcsereutak Erjedés (fermentáció) anaerob körölmények között: glükóz glükóz 2 ADP 2 ADP 2 ATP 2 ATP 2 NADH 2 NAD + 2 piruvát 2 laktát 2 piruvát 2 acetaldehid 2 etanol CO 2 A glikolízist tápláló szénhidrátok: szacharóz Fru keményítő, glikogén maltóz, trehalóz Glc, Glc-1-P laktóz Gal glicerin 84

85 trehalóz laktóz szacharóz galaktóz mannóz étk. glikogén, keményítő endogén glikogén fruktóz mannóz-6-foszfát glükóz-1- foszfát glükóz-6- foszfát fruktóz-6- foszfát fruktóz-1,6- biszfoszfát fruktóz-1-foszfát gliceraldehid dihidroxiaceton-foszfát gliceraldehid-3- foszfát laktáz trehaláz szacharáz α-amiláz hexokináz foszforiláz hexokináz hexokináz fruktokináz fruktóz-1- foszfát aldoláz foszfoglükomutáz foszfomannóz izomeráz trióz-foszfát izomeráz triózkináz laktóz intolerancia galaktozémia szürkehályog fruktóz intolerancia fructosuria glükóz 85