METABOLISMUS SACHARIDŮ Sacharidy v potravě: • polysacharidy: •škrob (brambory, pečivo, pudinky.....) • celulosa - ovoce, zelenina • disacharidy: • sacharosa (sladké jídlo) •laktosa (mléko a výrobky z něj) • maltosa ( mladé pivo, slad) Trávení sacharidů Sacharidy v potravě: Škrob, celulosa, sacharosa, laktosa Slinná a - amylasa škrob, celulosa, dextriny, sacharosa, laktosa Nízké pH v žaludku inaktivuje amylasu Pankreatická amylasa Maltosa, isomaltosa, laktosa, sacharosa, .. Specifické disacharidasy Glukosa, fruktosa, galaktosa celulosa Buňky střevní sliznice není resorbována ENZYMY ŠTĚPÍCÍ SACHARIDY V POTRAVĚ v Ústa: slinná a-amyláza štěpí škrob na kratší oligopeptidy (dextriny) v Žaludek: žádný enzym štěpící cukry denaturace slinné amylázy v Tenké střevo: pankreatická a-amyláza štěpí škrob až na dipeptidy maltosu a isomaltosu specifické disacharidázy štěpí disacharidy maltosu, isomaltosu, sacharosu a laktosu na monosacharidy glukosu, galaktosu a fruktosu Celulóza není v trávicím traktu člověka štěpena nejsou zde enzymy štěpící b - glykosidovou vazbu = vláknina Chybění nebo poruchy disacharidáz ve střevě -osmotická diarrhea Nerozložené disacharidy přechází do tlustého střeva, strhávají sebou vodu. Dochází k bakteriálnímu rozkladu disacharidů v tlustém střevě - vývoj CO2, , H2. (např.intolerance laktosy) Další osud monosacharidů • Monosacharidy jsou resorbovány do absorpčních buněk střevní sliznice • přechází do portální žíly a jsou transportovány do jater • játra mají hlavní roli v hospodaření s monosacharidy • játra - zásobují ostatní tkáně glukosou - metabolizují glukosu za zisku energie nebo vzniku dalších látek - vytváří zásobní polysacharid glykogen GLUKOSA V KRVI Jedna z hlavních priorit metabolické regulace: Hormonální regulace: insulin ( snižuje hladinu glukosy) glukagon adrenalin kortisol (zvyšují hladinu glukosy) Hladina glukosy v krvi nesmí poklesnout pod 3 mmol/l Resorpční fáze Postresorpční fáze, hladovění Sacharidy z potravy Glykogenolýza (játra) Glukoneogeneze (játra, ledviny) 3,1-5,0 mmol/l Hladina glukosy v krvi Vstup glukosy do buněk Glukosové transportéry -transmembránové bílkoviny usnadňující transport glukosy do buněk - typ GLUT (1-14)* nebo SGLT** * glucose transporter ** sodium-coupled glucose transporter Molekuly glukosy jsou výrazně polární, nemohou difundovat hydrofobní lipidovou dvojvrstvou membrány (vodíkové můstky mezi OH skupinami a vodou) GLUT 1-GLUT 14, shodné rysy: ~ 500 AK, 12 transmembránových helixů mechanismus: usnadněná difuze přes membránu (probíhá po koncentračním spádu, nevyžaduje energii) Proč tolik typů transportérů ? • liší se afinitou ke glukose • mohou být různým způsobem regulovány • vyskytují se v různých tkáních Glukosové transportéry typu GLUT Transport glukosy pomocí GLUT Mechanismus usnadněné difuze Receptory typu GLUT 4 jsou regulovány insulinem insulinový receptor Intracelulární membránové vesikly se „spícími „ glukosovými transportéry Pokud insulin není navázán na receptory, glukosa do buňky nemůže vstoupit insulin > insulinový receptor insulin Po navázání insulinu na receptor se váčky s transportéry pohybují k membráně Navázání insulinu na receptor > insulinový receptor glukosové transportéry penetrují do membrány, transport glukosy do buňky může začít Transport glukosy do buňky > Transport glukosy do buněk střevní sliznice a ledviných tubulů (SGLT) • Mechanismus: kotransport se sodíkem sekundární aktivní transport • na dvě specifická místa transportéru se navazuje glukosa a Na+ • jejich transport probíhá současně (bez spotřeby energie) • Na+ je následně z buňky čerpán ATPasou (spotřeba ATP) • glukosa je následně transportována z buňky pomocí GLUT2 Pod vlivem insulinu se zvýšuje počet transportérů na cytoplazmatické membráně adipocytů a svalových buněk - příjem glukosy do buněk se zvýší Receptory typu GLUT 4 – závěr: ? V které fázi metabolismu probíhá transport glukosy do svalových a tukových buněk ? Po jídle nebo při hladovění? JÁTRA DALŠÍ TKÁNĚ CNS ERYTROCYTY glukosa Distribuce glukosy do tkání jsou na přísunu glukosy závislé •proto, klesá-li příjem glukosy, organismus začíná glukosou šetřit a přednostně zásobuje pouze CNS a erytrocyty •Glukosa je do tkání distribuována především jako zdroj energie • pro erytrocyty a CNS je glukosa prakticky jediným a nenahraditelným zdrojem energie •ostatní buňky mohou metabolizovat i mastné kyseliny (nebo aminokyseliny a ketonové látky) • játra mají schopnost syntetizovat zásobní polysacharid glykogen a v době hladovění z něj uvolňovat glukosu • • játra a ( a v malé míře ledviny) mají též schopnost syntetizovat glukosu z necukerných metabolitů – glukoneogenezí Možnosti jater doplňovat glukosu do krve v době, kdy není přijímána potravou: Metabolické přeměny glukosy Glykolýza • zisk energie • zisk acetylCoA • probíhá ve většině buněk Syntéza glykogenu • zásobní forma glukosy • probíhá nejvíce v játrech a ve svalech Pentosový cyklus • zisk pentos • zisk NADPH pro syntetické reakce • nezískává se energie • probíhá ve většině b. • probíhá v cytoplazmě • vratné, enzymově katalyzované reakce • tři reakce jsou nevratné • zpětný průběh glykolýzy = glukoneogenze, 3 nevratné reakce jsou nahrazeny jinými • stimulace inzulinem • společným meziproduktem aerobní a anaerobní glykolýzy je pyruvát Glykolýza Glykolýza Aerobní • za přístupu kyslíku • produktem je pyruvát, který se dále oxidační dekarboxylací přeměňuje na acetyl-CoA • v počátečních reakcích se spotřebují 2 ATP • v dalších reakcích se získá ATP a NADHÞ proces slouží k získávání energie • Anaerobní • ve svalu při nedostatku kyslíku a též v erytrocytech, které nemají mitochondrie • produktem je pyruvát, který se přeměňuje na laktát, aby reoxidoval NADH potřebný pro další průběh glykolýzy • slouží k získávání energie, její výtěžek je menší než při aerobním procesu Glykolýza - průběh (zkráceně) Glukosa Glukoso -6-P Fruktoso-1,6-bis P Glyceraldehyd-3-P Dihydroxyceton-3-P ATP ATP Fruktoso-6-P Glyceraldehyd -3-P 1,3-bisfosfosfoglycerát NADH ………….. ATP …………. ATP 3 ATP NAD+ DŘ pyruvát pyruvát acetylCoA ATP NADH, FADH2 laktát NADH Anaerobní podmínky Aerobní podmínky NADH CO2 Oxidační dekarboxylace pyruvátu vyžaduje několik kofaktorů: thiamindifosfát, lipoát, FAD a NAD+ NAD+ NAD+ CC reakce probíhá, aby byl regenerován NAD+ Thiamin Vitamin B1 Zdroj: maso, kvasnice, celozrnný chléb a pečivo Denní potřeba: 1-2 mg Hypovitaminóza, avitaminóza: únavnost, neuritidy .. Extrémní avitaminóza: choroba beri-beri Celková bilance aerobní glykolýzy Reakce Zisk ATP glukosa ®2 pyruvát (substrátová f.) 2 NADH ® 2NAD+ 2 4-6* Aerobní glykolýza po pyruvát: * záleží na typu člunku (viz přednáška Resp.řetězec) Další přeměny pyruvátu: Reakce Zisk ATP 2 pyruvát ® 2 acetylCoA + 2 NADH 2 acetyl CoA ® 2 CO2 + 6 NADH + 2 FADH2 6* 2x 12 Celkový maximální zisk glykolýzy 36-38 ATP * (2x NADH do resp.ř.) Anaerobní glykolýza Probíhá zejména ve svalu při práci na kyslíkový dluh nebo erytrocytech, které nemají mitochondrie, (též v ostatních tkáních při hypoxii) Proč probíhá ? NADH vzniklé při oxidaci glyceraldehydfosfátu nemůže být oxidováno v dýchacím řetězci – při hypoxii chybí kyslík, v erytrocytech není dýchací řetězec Během krátké doby je všechno NAD+ v redukované formě ( NADH) - glykolýza dál nemůže probíhat Pyruvát + NADH ® Laktát + NAD+ Ve tkáni vzniká laktát, regeneruje se NAD+, první fáze glykolýzy může pokračovat Aby se NADH reoxidovalo probíhá reakce: •Při anaerobní glykolýze je čistý výtěžek energie 2 ATP • je to jen malý podíl z energie uchované v molekule glukosy • má však význam při dějích kdy • přísun kyslíku je omezen • tkáň nemá k dispozici mitochondrie (ercs, leukocyty, ..) Při anaerobní glykolýze se okyseluje vnitřní prostředí -v krvi se zvyšuje hladina laktátu -- může vzniknout laktátová acidosa Þsvalová práce probíhající na kyslíkový dluh má jen krátké trvání, ustává při velkém nahromadění laktátu Laktát je transportován do jater, kde je opět reoxidován na pyruvát glukosa Glukosa -6-P ¯ glukosa-1-P ¯¯¯ UDP-glukosa ¯¯¯ glykogen Syntéza glykogenu UDP Molekuly glykogenu mají hmotnost až 108, jsou uchovány v cytoplazmatických granulích glykogensyntáza větvicí enzym • Glykogen se syntetizuje v době, kdy glukosy je dostatek (po jídle) • syntéza probíhá předevšim v játrech a svalech • hormon: insulin • odbourání glykogenu (glykogenolýza) při hladovění doplňuje chybějící glukosu • glykogenolýza = postupné fosforolytické odbourávání glykogenu • produktem je glukosa-1-P • hormony: v játrech glykogen a adrenalin ve svalu adrenalin Odbourání glykogenu - glykogenolýza Hormonální regulace syntézy a odbourání glykogenu syntéza glykogenu insulin odbourání glykogenu glukagon, adrenalin • uplatňuje se při nedostatku glukosy (hladovění) • probíhá v játrech z laktátu, pyruvátu, glycerolu • stimulace glukagonem a stresovými hormony • využívá enzymů glykolýzy, reakce probíhají v opačném směru • (pouze 3 reakce glykolýzy jsou nahrazeny jinými) Glukoneogenese (syntéza glukosy de novo) Fáze metabolismu glukosy a jejich hormonální regulace 4 8 12 16 20 24 28 2 8 16 24 32 40 Hodiny Dny Využití glukosy (g/h) 40 30 20 10 0 I II III IV V Exogenní Glykogen (jaterní) Glukoneogeneze Zdroje glukosy v různých fázích metabolismu Metabolismus glukosy po jídle ( resorpční fáze) Charakteristika: • metabolismus řízen insulinem • většina tkání využívá glukosu jako zdroj energie, probíhá glykolýza • glukosa se ukládá „na horší časy „ ( játra, sval) – probíhá syntéza glykogenu v játrech a svalech • acetylCoA vzniklý glykolýzou může být využit k syntéze mastných kyselin a následně lipidů („tloustneme po sladkém“) Metabolismus glukosy delší dobu po jídle nebo při hladovění Charakteristika: • metabolismus řízen glukagonem (příp.stresovými hormony) • organismus „šetří“ glukosu • glukosa je využívána hlavně CNS a erythrocyty, ostatní tkáně metabolizují jiné živiny, zejména MK • hladina glukosy je doplňována odbouráváním glykogenu a glukoneogenezí v játrech Metabolismus glukosy při krátkdobém stresu • metabolismus řízen stresovými hormony (adrenalin, noradrenalin) • příprava na boj nebo útěk (fight or flight) • prioritou je zásobení svalu glukosou • v játrech glykogenolýza, glukoneogenze • ve svalech lipolýza, glykogenolýza a glykolýza Diabetes mellitus absolutní nebo relativní nedostatek insulinu Poruchy metabolismu při diabetu Glukagon >>>>> insulin štěpení glykogenu glukosa nevstupuje glukoneogenese do svalů, tuk. buněk uvolňování MK z tukové tkáně • hladina glukosy v krvi je vysoká, ale tkáně mají nedostatek glukosy • glukosa v moči - glukosurie • zvýšené uvolňování MK z tuk. tkáně Þ zvýšená tvorba acetylCoA b-oxidací tvorba ketonových látek (acetoacetát, 3-hydroxybutyrát, aceton) ketoacidosa • hypoglykemické koma Příčina: předávkování insulinem, zvýšená fyzická zátěž, vynechání příjmu potravy Příznaky: pocení, poruchy vědomí, kóma Nález: hypoglykemie Komplikace při diabetu • hyperglykemické kóma absolutní či relativní nedostatek insulinu Příčina: zátěž, stres, nemoc Příznaky: dehydratace, aceton v dechu a v moči, hypoxie, šokový stav, ketoacidóza, laktacidóza Nález: acidóza, laktát a b-hydroxybutyrát v krvi Dlouhodobé komplikace diabetu Neenzymová glykace proteinů - glukosa se váže na koncové - NH2 skupiny proteinů • Þ změna vlastností glykovaných proteinů • tvorba volných radikálů během glykace