WĘGLOWODANY
Glukoneogeneza, glikogen, cykl pentozofosforanowy
GLIKOLIZA BEZTLENOWA
CYKL PENTOZOWY
lokalizacja tkankowa
wszystkie tkanki, szczególnie intensywnie:wątroba, tkanka tłuszczowa, nadnercza, gonady, erytrocyty
lokalizacja komórkowa
cytoplazma
rola:
dostarcza NADPH+H+
oraz rybozo – 5 – fosforanu
syntezaDNA, RNA
rybulozo- 5-P rybulozo- 5-P
ksylulozo-5-P rybozo – 5 – P
izomeraza epimeraza
trans-ketolaza
(z wit. B1)
aldehyd 3-P-glicerynowysedoheptulozo-7-P
trans-ketolaza
(z wit. B1)
trans-aldolaza
erytrozo-4-P
fruktozo-6-P
fruktozo-6-P
ksylulozo-5-P
aldehyd 3-P-glicerynowy
CYKL PENTOZOWY
NADPH + H+
synteza kwasów tłuszczowychsynteza steroidówmetabolizm ksenobiotykówredukcja glutationu
Ry boz o – 5 – fos foran
s yntez a RNA i DNA
s yntez a nuk leotydów
s yntez a k oenzy mów
CYKL PENTOZOWYCZĘŚĆ UTLENIAJĄCA
O
OHOH
OH
OH
CH2-O-P
O
OHOH
OH
CH2-O-P
= O
1
NADP NADPH+H+
enzym:dehydrogenaza glukozo-6-fosforanowaklasa I (oksydoreduktazy)enzym regulatorowy hamowany przez NADPH
CYKL PENTOZOWYCZĘŚĆ UTLENIAJĄCA
O
OHOH
OH
CH2-O-PH2O H+
enzym:6-fosfoglukonolaktolazaklasa III (hydrolazy)
= O
COO- | HC – OH |HO – CH | HC – OH | HC – OH | H2C – O – P
2
CYKL PENTOZOWYCZĘŚĆ UTLENIAJĄCA
enzym:dehydrogenaza6-fosfoglukonianowaklasa I (dehydrogenaza)
COO- | HC – OH |HO – CH | HC – OH | HC – OH | H2C – O – P
NADP NADPH+H+
CO2
H2C – OH | C = O | HC – OH | HC – OH | H2C – O – P
3
CYKL PENTOZOWY
enzym:izomeraza pentozo-5-Pklasa V (izomerazy)
H2C – OH | C = O | HC – OH | HC – OH | H2C – O – P
enzym:epimerazapentozo-5-Pklasa V (izomerazy)
C H– O | HC – OH | HC – OH | HC – OH | H2C – O – P
H2C – OH | C = O |HO – C – H | HC – OH | H2C – O – P
syntezaDNA, RNA
rybulozo- 5-P rybulozo- 5-P
ksylulozo-5-P rybozo – 5 – P
izomeraza epimeraza
trans-ketolaza
(z wit. B1)
aldehyd 3-P-glicerynowysedoheptulozo-7-P
trans-ketolaza
(z wit. B1)
trans-aldolaza
erytrozo-4-P
fruktozo-6-P
fruktozo-6-P
ksylulozo-5-P
aldehyd 3-P-glicerynowy
4
CYKL PENTOZOWY
CZĘŚĆ NIEOKSYDACYJNA
C5 (ksylulozo-5-P) + C5 (rybozo-5-P) ↔ C3 (aldehyd + C7 (sedoheptulo- 3-P-glicerynowy) zo-7-P) ketoza aldoza aldoza ketoza
C7 (sedoheptu- + C3 (aldehyd 3-P- ) ↔ C4 (erytrozo- + C6 (fruktozo-6-P) lozo-7-P) glicerynowy) 4-P) ketoza aldoza aldoza ketoza
C5 (ksylulozo-5-P) + C4 (erytrozo-4-P) ↔ C3 (aldehyd + C6 (fruktozo-6-P) 3-P-glicerynowy) ketoza aldoza aldoza ketoza
2C
2C
3C TRANSKETOLAZA (B1)
TRANSKETOLAZA (B1)
TRANSALDOLAZA
CYKL PENTOZOWY
CZĘŚĆ NIEOKSYDACYJNA
C5 (ksylulozo-5-P) + C5 (rybozo-5-P) ↔ C3 (aldehyd + C7 (sedoheptulo- 3-P-glicerynowy) zo-7-P) ketoza aldoza aldoza ketoza
2C
3C TRANSKETOLAZA (B1)
CYKL PENTOZOWY
CZĘŚĆ NIEOKSYDACYJNA
C7 (sedoheptu- + C3 (aldehyd 3-P- ) ↔ C4 (erytrozo- + C6 (fruktozo-6-P) lozo-7-P) glicerynowy) 4-P) ketoza aldoza aldoza ketoza
3C
TRANSALDOLAZA
CYKL PENTOZOWY
CZĘŚĆ NIEOKSYDACYJNA
C5 (ksylulozo-5-P) + C4 (erytrozo-4-P) ↔ C3 (aldehyd + C6 (fruktozo-6-P) 3-P-glicerynowy) ketoza aldoza aldoza ketoza
2C
TRANSKETOLAZA (B1)
CYKL PENTOZOWY
Wariant 1Zapotrzebowania komórki są jednakowe na NADPH i rybozo-5-fosforan
CYKL PENTOZOWY
Wariant 2Potrzeba więcej NADPH niż rybozo-5-fosforanu. Mało ATP.
CYKL PENTOZOWY
Wariant 3Potrzeba więcej NADPH niż rybozo-5-fosforanu. Dużo ATP.
CYKL PENTOZOWY
Potrzeba więcej rybozo-5-fosforanu niż NADPH.
GLIKOGEN
Glikogen – zapasowa forma glukozy. Rozkład glikogenu powoduje szybki wzrost stężenia glukozy we krwi podczas braku glukozy z pożywienia (pomiędzy posiłkami) lub podczas intensywnej pracy mięśni.
Glikogen może być magazynowany:- w wątrobie – źródło energii dla całego organizmu,
glukoza jest uwalniana do krwi.- mięśniach szkieletowych – glukoza jest zużywana
do syntezy ATP tylko w mięśniach
GLIKOGEN
wiązanie 1→6
wiązanie 1→4
wiązanie 1→4 wiązanie 1→4
SYNTEZA GLIKOGENU – GLIKOGENEZA
glukozo – 6 – P
glukozo – 1 – P + UTP UDP – glukoza + PPi
2Pi
UDP – glukoza + glikogen(n) glikogen(n+1) + UDP (lub starter)
urydylotransferazaglukozo-1-fosforanowa
syntaza glikogenowa
Enzym rozgałęziający tworzy wiązania 1,6 glikozydowe (amylo[1→4]→[1→6]transglukozydaza).
fosfogluko-mutaza
SYNTEZA GLIKOGENU – GLIKOGENEZA
O
OHOH
OH
OH
CH2 – O – P
O
OHOH
OH
O – P
CH2 – OH
enzym:mutaza fosfoglukozowa(fosfoglukomutaza)
SYNTEZA GLIKOGENU – GLIKOGENEZA
O
OHOH
OH
O – P
CH2 – OH
O
OHOH
OH
O – UDP
CH2 – OH
enzym:urydylotransferaza glukozo-1-fosforanowa(pirofosforylaza UDP-glukozowa)
UTP PPi
SYNTEZA GLIKOGENU – GLIKOGENEZA
enzym:SYNTAZA GLIKOGENOWAklasa IIenzym regulatorowy
UDP-glukoza + glikogen UDP + glikogen+1
DEGRADACJA GLIKOGENU (GLIKOGENOLIZA)
glikogen(n) + Pi glukozo – 1 – P + glikogen-1)
glukozo – 6 – P
glukoza glikolizabrak fosfatazy glukozo-6-P
krewRozgałęzienia są usuwane przy udziale „enzymów usuwającychodgałęzienia: transferaza glukanowa i amylo1,6glukozydaza
fosforylazaglikogenowa
mutaza fosfoglukozowa
w mięśniach w wątrobieH2O
Piglukozo-6-fosfataza
Oba procesy są regulowane:
przez efektory allosteryczne
przez kowalencyjne modyfikacje zależne od działania hormonów (glukagonu i insuliny)
ALLOSTERYCZNA REGULACJA METABOLIZMU GLIKOGENU
glikogen
glukozo – 1 – fosforanwątroba mięśnie
fosforylazaglikogenowa
syntazaglikogenowa
glukozo-6-Pglukozo-6-P
glukoza
ATP
Ca2+
AMP
(+)
(+)
(+)
(+)
(─)
(─)
(─)
(─)
w staniesytości
(─)
HORMONALNA REGULACJA METABOLIZMU GLIKOGENU
Fosforylaza glikogenowa występuje w dwóch formach: nieufosforylowana nie aktywna forma b ufosforylowana aktywna forma a
Syntaza glikogenowa: nieufosforylowna forma a - aktywna ufosforylowana forma b - nie aktywna
Regulacja syntezy glikogenu
R R
Glukagon (wątroba) Adrenalina (wątroba i mięśnie)
G cyklazaadenylanowa
ATP cAMP
PKA PKAnie aktywna actywna
Syntaza glikogenowa a (aktywna)
Syntaza ─ P glikogenowa b (nieaktywna)
ATP ADP
Pi H2O
fosfataza białek 1
SYNTEZAGLIKOGENUZAHAMOWANA
INSULINA
PPi
Regulacja rozpadu glikogenu
R R
GLUKAGON (wątroba) ADRENALINA (wątroba i mięsnie)
G cyklazaadenylanowa
ATP cAMP
PKA PKAnie aktywna aktywna
Kinaza bfosforylazay
glikogenowej (nie aktywna)
Kinaza a ─ P fosforylazy
glikogenowej(aktywna)
ATP ADP
Pi H2O
fosfataza białek 1
Fosforylaza glikogenowa b (nie aktywna)
Fosforylaza glikogenowa a ─ P (aktywna)
ADP
ATP
H2O
Pi
fosfatazabiałek 1
GLIKOGEN ULEGADEGRADACJI
INSULINA
PPi
SYNTAZA GLIKOGENOWA
Forma aaktywna
Forma b - Pnie aktywna
Hormony
zależna od obecnościglukozo – 6 – P
może być aktywna kiedyglukozo-6-P występujew wysokim stężeniu
FOSFORYLAZA GLIKOGENOWA – w mięśniach
Nieufosforylowana forma b jest zazwyczaj nieaktywna, ale może być aktywna w obecności AMP, który jest allosterycznym aktywatorem tego enzymu. ATP i glukozo-6-P są inhibitorami enzymu.Ufosforylowana forma jest niezależna od obecności AMP, ATP i glukozo-6-P.Podczas odpoczynku forma b (nieaktywna) jest dominująca.Podczas pracy mięśni – AMP aktywuje degradację glikogenu.
Forma bnieaktywna TForma b
aktywna R
Forma a - Paktywna R
Forma a - Pnieaktywna T
Hormony(+) AMP
(─) ATP,glukozo-6-P
activated by Ca2+ (>1μM)and calmodulin
FOSFORYLAZA GLIKOGENOWA - wątroba
AMP nie aktywuje fosforylazy b ale glukoza jest inhibitorem fosforylazy a.
Celem rozpadu glikogenu wątrobowego jest uwolnienie glukozy do krwi.
Fosforylaza w wątrobie jest wrażliwa na stężenie glukozy, a nie na poziom AMP.
Forma bnieaktywna TForma b
aktywna R
Forma a - Paktywna R
Forma a - Pnieaktywna T
Hormony
(+) AMP
(─) ATP,glukozo-6-P
(─) stężenie glukozy
Katabolizm głównychźródeł węgla
Glikoliza (szlak EMP), cykl Krebsa, łańcuchoddechowy
Glikoliza:
Glukoza + 2 NAD+ 2 ADP + 2 Pi 2 pirogronian + 2 NADH + 2 ATP
EMP szlak Embdena-Meyerhofa-Parnasa
LIPIDY
TŁUSZCZOWCE
48
Lipidy
Substancje organiczne, występujące w organizmach żywych, nierozpuszczalne
w wodzie, ale dające się ekstrahować rozpuszczalnikami organicznymi
(np. chloroformem, acetonem, benzenem)
49
Biologiczne funkcje lipidów
Są materiałem budulcowym (fosfolipidy, cholesterol, glikolipidy)
Decydują o właściwościach dynamicznych błony komórkowej
Są prekursorami hormonów steroidowych (cholesterol) i hormonów tkankowych (kwasy tłuszczowe)
Stanowią substrat dla syntezy kwasów tłuszczowych i niektórych witamin
Biorą udział w zjawiskach immunologicznych (eikozanoidy)
50
Podział lipidów (1)
A. Lipidy proste – estry kwasów tłuszczowych z różnymi alkoholami
a) Tłuszcze właściwe – estry kwasów tłuszczowych z glicerolem
b) Woski – estry kwasów tłuszczowych z wyższymi alkoholami jednowodorotlenowymi
A. Lipidy złożone
51
Podział lipidów (2)
B. Lipidy złożone – estry zawierające dodatkowe grupy funkcyjne
a) Fosfolipidy – zawierają resztę kwasu fosforowego i zasady azotowej lub aminoalkoholu. glicerofosfolipidy – zawierające glicerol Sfingolipidy – zawierające sfingozynę
a) Glikolipidy – zawierają kwasy tłuszczowe, alkohol sfingozynę i węglowodan
a) Inne lipidy złożone – sulfolipidy, aminolipidy, lipoproteiny
52
Podział lipidów (3)
C. Prekursory i pochodne lipidówa) kwasy tłuszczowe,
b) glicerol,
c) alkohole inne niż glicerol,
d) sterole i lipidy izoprenowe,
e) witaminy rozpuszczalne w tłuszczach,
f) hormony
53
KWASY TŁUSZCZOWEStruktura i właściwości
Kwasy tłuszczowe są monokarboksylowymi kwasami o łańcuchach węglowodorowych.
Łańcuch węglowodorowy KT ma charakter hydrofobowy
Grupa karboksylowa KT jest polarna
arachidowy
stearynowy
palmitynowy
arachidonowy
erukowy
oleinowy
linolowy
linolenowy
54
KWASY TŁUSZCZOWEStruktura i właściwości
Kwasy tłuszczowe nasycone, zawierające ponad 10 atomów węgla w łańcuchu:są substancjami stałymisą nierozpuszczalnymi w wodzieich temperatura topnienia wzrasta wraz z długością łańcucha
Kwasy tłuszczowe nienasycone w większości są w temperaturze pokojowe substancjami płynnymi
55
KWASY TŁUSZCZOWEStruktura i właściwości
Nienasycone kwasy tłuszczowe – reaktywność:
uwodnienie
redukcja
utlenienie
– CH = CH – + H2O – CH(OH) – CH2 –
– CH = CH – + XH2 – CH2CH2 – + X redukcja
R1 – CH = CH –R2 R1 – CHO + R2 – CHOutlenianie
56
KWASY TŁUSZCZOWEStruktura i właściwości
Ze względu na obecność wiązania podwójnego nienasycone kwasy tłuszczowe mogą występować w dwóch formach stereoizomerycznych: cis i trans
Kwas oleinowy Kwas elaidynowy
57
KWASY TŁUSZCZOWENazewnictwo kwasów tłuszczowych
Nazwy zwyczajowe w większości przypadków wywodzą się od źródła ich odkrycia
Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich stosuje się końcówkę
–anowy dla kwasów nasyconych –enowy dla kwasów nienasyconych
Kwas oktadekanowy Kwas 9,12 oktadekadienowy
Kwas stearynowy Kwas linolowy
58
KWASY TŁUSZCZOWENazewnictwo kwasów tłuszczowych
Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich położenie podwójnego wiązania oznacza się symbolem a
numery węgli biorących udział w tworzeniu wiązań podwójnych, liczone są od węgla grupy karboksylowej
litery n lub oznaczają miejsce wiązania podwójnego, licząc od grupy metylowej
Kwas tłuszczowy
z wiązaniem cis -9
59
Nasycone kwasy tłuszczowe
Nazwa zwyczajowa
kwasu
Nazwa systematyczna
kwasu
Symbol
kwasu
Wzór chemiczny
kwasu
Temperatura topnienia
Masłowy Butanowy C 4:0CH3(CH2)2COOH
- 7,9
Kapronowy Heksanowy C 6:0CH3(CH2)4COOH
- 3,4
Kaprylowy Oktanowy C 8:0CH3(CH2)6COOH
16,7
Kaprylony Dekanowy C 10:0CH3(CH2)8COOH
31,6
Laurynowy Dodekanowy C 12:0CH3(CH2)10COOH
44,2
Mirystynowy
Tetradekanowy C 14:0CH3(CH2)12COOH
53,9
Palmitynowy
Heksadekanowy C 16:0CH3(CH2)14COOH
63,0
Stearynowy Oktadekanowy C 18:0CH3(CH2)16COOH
69,6
Arachidowy Eikosanowy C 20:0CH3(CH2)18COOH
75,3
Behenowy Doeikosanowy C 22:0CH3(CH2)20COOH
79,9
60
Nienasycone kwasy tłuszczowe
Nazwa zwyczajowa
kwasu
Nazwa systematyczna
kwasu
Nazwa skrótowa
kwasuWzór chemiczny kwasu
Tetradecenowy 9 – tetradecenowy 14:1 9 CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH
Oleinowy 9 – oktadecenowy18:1 9
18:1 (n-9)CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
Eikosenowy 9 - eikosenowy 20:1 9 CH3(CH2)9CH=CH(CH2)7COOH
Erukowy 13 - doeikosenowy 22:1 13 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH
Nerwonowy 15 - tetraeikosenowy 24:1 15 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH
Linolowy9,12 - oktadekadienowy
18:2 9,12
18:2 (n-9)
CH3CH(CH=CHCH2)3(CH2)6 COOH
Linolenowy9,12,15 - oktadekatrienowy
18:3 9,12,15
18:3 (n-3)
CH3CH2(CH=CHCH2)3 (CH2)6 COOH
Eikosatrienowy
5,8,11 - eikosatrienowy20:3 5,8,11
20:3 (n-9)
CH3(CH2)7(CH=CHCH2)3 (CH2)2 COOH
Arachidonowy5,8,11,14 - eikosatetraenowy
20:4 5,8,11,14
20:4 (n-6)
CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4 (CH2)2 COOH
61
NNKT – niezbędne nienasycone kwasy
tłuszczowe
kwas -linolenowy – C 18:3;9,12,15
kwas linolowy – C 18:2;9,12
Kwasy -3 i -6 nie mogą być syntetyzowane w organizmie muszą być dostarczone z pożywieniem
Występują w: olejach roslinnych olejach z ryb
62
Tłuszcze właściwe (acyloglicerole)
ze względu na budowę chemiczną należą do estrów
składnik alkoholowy – glicerol składnik kwasowy – jednokarboksylowe wyższe kwasy
tłuszczowe
najczęściej są to mieszaniny triacylogliceroli różnych kwasów tłuszczowych
63
Tłuszcze właściwe (acyloglicerole)
W acyloglicerolach drugorzędowa grupa hydroksylowa położona jest po lewej stronie atomu wegla
Do oznakowania pozycji kwasów tłuszczowych stosuje się system numeracji stereospecyficznej (sn), umieszczając przedrostek –sn przed nazwą reszty glicerolowej, np. 1,2,3 – triacylo-sn-glicerol
H2C – OH C 1 sn-1
HO – C – H C 2 sn-2 H2C – OH C 3 sn-3
Glicerol triacyloglicerol O
O H2C – O – C – R1 R2 – C – O – C – H H2C – O – C – R3
O
64
Podział lipidów (2)
B. Lipidy złożone – estry zawierające dodatkowe grupy funkcyjne
a) Fosfolipidy – zawierają resztę kwasu fosforowego i zasady azotowej lub aminoalkoholu. glicerofosfolipidy – zawierające glicerol sfingolipidy – zawierające sfingozynę
a) Glikolipidy – zawierają kwasy tłuszczowe, alkohol sfingozynę i węglowodan
a) Inne lipidy złożone – sulfolipidy, aminolipidy, lipoproteiny
65
Glicerofosfolipidy
Fosfolipidy zbudowane są z czterech składników:
1. Glicerolu2. Dwóch reszt acylowych
połączonych wiązaniami estrowymi z atomami C1 i C2 glicerolu
3. Ortofosforanu połączonego wiązaniem estrowym z węglem C3 glicerolu
4. Innego alkoholu (cholina, etanoloamina, seryna, inozytol, glicerol) połączonego grupą -OH z resztą ortofosforanu
Kwas fosfatydowy
66
Glicerofosfolipidy
Fosfatydylocholina (lecytyna)
R` - kwas palmitynowyR” – kwas oleinowy
Kwas fosfatydowy + HO – CH2 – CH2 – N(CH3)3 (cholina) +
Kwas fosfatydowy + etanoloamina
Fosfatydyloetyloamina (kefalina)
67
Glicerofosfolipidy
Kwas fosfatydowy
fosfatydyloetanoloamina (kefalina)
fosfatydylocholina (lecytyna)
fosfatydyloseryna
fosftydyloinozytol
difosfatydyloglicerol (kardiolipina)
68
Sfingofosfolipidy
Ceramidy Sfingomieliny Glikosfingolipidy
cerebrozydy gangliozydy
Zbudowane są z: sfingozyny – długołańcuchowego, jednonienasyconego
aminoalkoholu dihydroksylowego długołańcuchowego kwasu tłuszczowego ortofosforanu choliny
69
Sfingofosfolipidy
sfingozyna
+ nienasycony kwas tłuszczowy
ceramid (N- acetylosfingozyna)
+ cholina+ H3PO4
sfingomielina
70
Glikolipidy
Zawierają: ceramid cząsteczkę cukru (jedną lub więcej)
galaktozydoceramid
glukozyloceramid (cerebrozyd)
71
Gangliozydy
Pochodne glukozyloceramidu zawierające jedną lub kilka grup kwasu sjalowego
Gangliozyd GM1
Kwas sjalowy
72
Woski
Ester długołańcuchowych kwasów tłuszczowych z długołańcuchowym alkoholem.
Zwierzęta i rośliny wykorzystują wosk jako powłokę ochronną : przed nadmiernym zwilżaniem piór zabezpieczają przed nadmiernym odparowaniem wody utrudniaja dostęp mikroorganizmom
Składnikii w przygotowaniu: kosmetyków, maści (lanolina) powlekanie tabletek
Źródła wosków: wosk pszczeli wosk z waleni (olbrot) liście kopernicji (Copernicia prunifera )