‹#› 1 METABOLISMUS SACHARIDŮ © Biochemický ústav LF MU 2013 - (H.P.) ‹#› 2 Rozdělení sacharidů Monosacharidy: glukosa fruktosa galaktosa Oligosacharidy: 2-10 podjednotek monosacharidů vazba glykosidová (např. a-1,4 nebo b-1,4) sacharosa (glukosa+fruktosa) maltosa (glukosa+glukosa), laktosa (glukosa+galaktosa) Polysacharidy D-glukosa b-D-glukopyranosa a-D-glukopyranosa ‹#› 3 Polysacharidy Polysacharidy: až tisíce monosacharidových podjednotek vazba glykosidová (např. a-1,4 nebo a-1,6) mohou obsahovat i více druhů monosacharidových podjednotek i necukerné složky glykogen – „živočišný škrob“ syntéza ze sacharidů přijatých potravou glukosové jednotky (vazba a-1,4 a a-1,6) škrob – zásobní látka rostlin glukosové jednotky (vazba a-1,4 a a-1,6) amylosa + amylopektin celulosa – stavební rostlinný polysacharid glukosové jednotky (vazba b-1,4) nestravitelná pro člověka – vláknina potravy ‹#› 4 Hlavní živina pro lidský organismus Sacharidy Využitelné sacharidy Nevyužitelné sacharidy Polysacharidy škrob (těstoviny, rýže, pudinky, brambory,...) Oligosacharidy sacharosa (sladká jídla..) laktosa (mléko,..) maltosa (pivo, slad..) Monosacharidy glukosa (ovoce..) fruktosa (med, ovoce..) galaktosa Polysacharidy celulosa (ovoce, zelenina) ß VLÁKNINA ‹#› 5 Obsah škrobu v potravinách (průměrné hodnoty) Potravina Škrob (%) Pudinkový prášek Mouka pšeničná Rýže Těstoviny Rohlík Luštěniny Chléb Celozrnné pečivo Brambory Banán 80 75 75 70 60 60 50 40 15 15 ! ! ! ‹#› 6 Obsah glukosy v potravinách Potravina Glukosa (%) Glukopur Rozinky Med Hrozny Ovoce 100 50 30 6-10 1-5 ! U diabetiků nutná velká opatrnost ! ! http://www.veterinarnipece.cz/images/big/glukopur-2335.jpg ‹#› 7 Nejrozšířenější sacharid Glukosa (volná i vázaná) Sacharid tvořící největší využitelný zdroj energie škrob Sacharid tvořící významnou složku nestravitelného podílu v potravě celulosa ? ? ‹#› 8 Trávení sacharidů Schematicky Ústa → žaludek → tenké střevo → portální žíla Ústa: slinná a-amylasa (štěpení a-1,4 glykosidových vazeb) škrob Þ dextriny Žaludek: žádný enzym štěpící sacharidy inaktivace slinné a-amylasy ‹#› 9 Tenké střevo : pankreatická a-amylasa (štěpení a-1,4 glykosidových vazeb) dextriny a (škrob) Þ maltosa, isomaltosa, D-glukosa specifické disacharidasy (štěpení na monosacharidy) sacharosa, laktosa Þ glukosa, fruktosa, galaktosa kartáčový lem enterocytů absorpce monosacharidů Þ buňky střevní sliznice Portální žíla transport monosacharidů do jater ‹#› 10 Proč organismus nevyužívá celulosu jako zdroj energie ? Celulosa ß glukosové jednotky b-1,4-glykosidová vazba ‹#› 11 Nejvýznamnější monosacharidy v metabolismu GLUKOSA Fruktosa Galaktosa ‹#› 12 GLUKOSA V KRVI Nesmí klesnout pod 3 mmol/l ! ! 3,9-5,6 mmol/l plasma Regulace hormonální Glukagon Adrenalin Glukokortikoidy (Kortizol) Insulin Zvyšuje hladinu glukosy Snižuje hladinu glukosy ‹#› 13 13 Stanovení glukosy v kapilární krvi Accu-Chek® - Performa Nano accutrend_GCT%5B1%5D accucheck accu-check set ANd9GcQpFfzlxTBha3Si1IuLrgJ64p_C6nNfQA_HuIU28hBV0MbJsbVL Glukometr One touch Ultra GLUKOMETRY Accutrend® GCT Postup práce s glukometrem accu_chekactive2%5B1%5D accu_chekactive3%5B1%5D softclix2w%5B1%5D ‹#› 14 Nejvýznamnější orgán v metabolismu sacharidů JÁTRA • zásobuje ostatní tkáně glukosou • metabolizuje glukosu - zisk energie - prekursory pro ostatní látky • syntéza glykogenu JÁTRA ‹#› 15 Distribuce glukosy v organismu Ostatní tkáně CNS (za normál. podmínek) Erytrocyty Glukosa – jediný zdroj energie Glukosa není jediným zdrojem energie Využití i mastných kyselin a ketonových látek Játra ‹#› 16 Který orgán bude přednostně zásobován glukosou v případě , že poklesne hodnota glukosy v krvi ? MCj04344110000[1] ‹#› 17 METABOLISMUS GLUKOSY Glykolýza Syntéza a odbourání glykogenu Pentosový cyklus Glukoneogeneze ‹#› 18 • Lokalizace: cytoplasma (většina buněk) • Význam: zisk energie tvorba dalších látek • Rozdělení glykolýzy: aerobní glykolýza anaerobní glykolýza Glykolýza ‹#› 19 Glykolýza glukosa fosforylace Glukosa-6-fosfát pyruvát Anaerobní podmínky Aerobní podmínky laktát acetyl-CoA schematicky Pyr Glc-6-P Glc ‹#› 20 Glukosa Glukosa-6-P Fruktosa - 6 - P Fruktosa-1,6-bis P ATP ADP ATP ADP Glyceraldehyd -3 - P Dihydroxyaceton - P NADH ATP ATP Série reakcí Pyruvát 2 2 2 2 NAD+ ‹#› 21 Sumární rovnice glykolýzy (anaerobní i aerobní) C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 CH3-CO-COOH + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP Pro kontinuální průběh glykolýzy je třeba: • Regenerace NAD+ - tedy reoxidace NADH • Dostatek ADP ! ‹#› 22 22 glukosa fosforylace Glukosa-6-fosfát pyruvát Anaerobní podmínky Aerobní podmínky laktát acetyl-CoA Glykolýza schematicky > ‹#› 23 Aerobní glykolýza glukosa Acetyl-CoA Oxidační dekarboxylace (multienzymový komplex: thiamindifosfát, kyselina lipoová, koenzym A, FAD, NAD+) pyruvát CH3-CO-COOH + CoA-SH + NAD+ → CH3-CO-SCoA + CO2 + NADH + H+ ‹#› 24 Kde probíhá aerobní glykolýza ? • Většina buněk - matrix mitochondrie Příklad: Kosterní sval glukosa pyruvát Tvorba acetylCoA Reoxidace NADH – dýchací řetězec Kosterní sval – mírná práce nebo klid dostatečný přívod O2 ‹#› 25 25 glukosa fosforylace Glukosa-6-fosfát pyruvát Anaerobní podmínky Aerobní podmínky laktát acetyl-CoA Glykolýza schematicky ‹#› 26 Anaerobní glykolýza Pyruvát + NADH + H+ laktát + NAD+ glukosa pyruvát laktát Laktátdehydrogenasa (LD) LD H ‹#› 27 Kde probíhá anaerobní glykolýza ? Příklad: Kosterní sval (namáhaný) Tkáně při hypoxii Erytrocyty • Většina buněk je schopna anaerobní glykolýzy Kosterní sval - intenzivní práce nedostatečný přívod O2 glukosa pyruvát Tvorba laktátu (reakce LD) Práce na kyslíkový dluh ‹#› 28 Práce na kyslíkový dluh • Intenzivní svalová činnost • Nedostatek O2 • Vznik laktátu Hromadění laktátu buňka krev laktát ACIDÓZA Svalová bolest vyčerpání ! Délka trvání ? Krátký omezený časový úsek (např. sprint) ‹#› 29 • ukončení svalové činnosti (zmírnění práce) • dostatečné zásobení kyslíkem Poté dochází k přeměně části laktátu na pyruvát a NADH se reoxiduje v dýchacím řetězci. Jak odstraníme následky svalové bolesti a vyčerpání ? ‹#› 30 Jaký je průběh glykolýzy v kosterním svalu? Mírná práce (klid) Intenzivní práce Dostatečný přívod O2 Nedostatečný přívod O2 Vytrvalostní běh Sprint červená svalová vlákna bílá svalová vlákna Aerobní glykolýza Anaerobní glykolýza Práce na kyslíkový dluh ‹#› 31 Chybí mitochondrie Tvorba laktátu Laktát jde do krve Þ v játrech na pyruvát Jaký je průběh glykolýzy v erytrocytech? Aerobní glykolýza Anaerobní glykolýza Ñ ‹#› 32 Vztah vitaminů k metabolismu sacharidů ? Viz. další přednáška ‹#› 33 Energetická bilance anaerobní glykolýzy: Glukosa 2 ATP Energetická bilance aerobní glykolýzy: 38 ATP Glukosa Pyruvát Laktát Pyruvát acetyl-CoA citrátový cyklus NADH DŘ Sumárně aerobní glykolýza: Glukosa + 6 O2 + 38 ADP+Pi → 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP ‹#› 34 aerobní anaerobní Dostatečný přívod O2 Vysoký zisk energie: 38 ATP Nedostatečný přívod O2 Malý zisk energie: 2 ATP Význam – zisk energie • při dějích,kdy je omezen přísun kyslíku • tkáň nemá mitochondrie (ery,leu,..) Význam – zisk energie Glykolýza ‹#› 35 Syntéza glukosy: z látek vzniklých katabolismem sacharidů z necukerných zdrojů glukosa glykolýza glukoneogeneze Vratné enzymové reakce 3 nevratné reakce Zpětný průběh glykolýzy 3 nevratné reakce nahrazeny jinými reakcemi pyruvát laktát glycerol glukogenní aminokyseliny Lokalizace: játra,ledviny Glukoneogeneze Glukosa-6-P ‹#› 36 SVAL glukosa pyruvát laktát LD JÁTRA laktát LD pyruvát glukosa Coriho cyklus KREV Odstraňování laktátu z tkání do jater, kde se využívá pro tvorbu glukosy ‹#› 37 glukosa Slouží jako zdroj NADPH a pentos Pentosový cyklus NADPH Ribosa-5-fosfát ß ß Biosyntetické Syntéza nukleových reakce kyselin a nukleotidů Lokalizace např.játra Zdroj energie Pentosový cyklus glukosa-6-P ‹#› 38 Fruktosa „Rychlý“ zdroj energie Fruktosa Fruktosa-1-fosfát Zdroj fruktosy: Sacharosa Štěpení sacharosy: Tenké střevo Přeměny fruktosy: Játra ß Glykolýza Nezávislé na insulinu Metabolismus fruktosy ‹#› 39 Zdroj galaktosy: Laktosa Štěpení laktosy: Tenké střevo Přeměny galaktosy: Játra Galaktosa Aktivovaná glukosa (UDP-glukosa) ß Metabolismus glukosy Galaktosa Glykoproteiny Glykolipidy Laktosa Metabolismus galaktosy ‹#› 40 • probíhá převážně v játrech a ve svalech • lokalizace - cytoplasma buněk • glykogen: zásobní forma glukosy v buňkách zdroj energie • játra: 5 - 10 % hmotnosti jater po jídle 0,1 % hmotnosti jater po 24 hodinách hladovění • sval: 1,5 % hmotnosti svalu (odbourání až při těžké svalové práci) Syntéza a odbourání glykogenu ‹#› 41 Dostatečný přívod glukosy do buňky glukosa Glc → glc-6-P → glc-1-P →→→ glykogen Syntéza glykogenu • hormonální stimulace (inzulin) syntéza glykogenu ‹#› 42 glukosa Nedostatečný přívod glukosy do buňky Glykogen → glc-1-P → glc-6-P Odbourání glykogenu • glykogenolýza • hormonální stimulace (glukagon,adrenalin) • mechanismus glykogenolýzy: fosforolytické štěpení (anorganickým fosfátem) odbourání glykogenu játra: glc-6-P → glc sval: glc-6-P ‹#› 43 43 Syntéza glykogenu Odbourání glykogenu • stimulace inzulinem Hormonální regulace • játra: stimulace glukagonem adrenalinem • sval: stimulace adrenalinem ‹#› 44 Hormonální regulace metabolismu glukosy •INZULIN ↓Snižuje glukosu v krvi ↑Stimulace glykolýzy xInhibice glukoneogeneze ↑Zvyšuje syntézu glykogenu • •GLUKAGON ↑Zvyšuje glukosu v krvi ↑Stimuluje glukoneogenezi ↑Zvyšuje odbourání jaterního glykogenu ↑ • Anabolické účinky „Stresové“ hormony: Adrenalin (zvyšuje odbourání glykogenu) Kortizol (zvyšuje glukoneogenezi z AK) ‹#› 45 45 Schema metabolických drah glukosy glukosa pentosy (DNA, RNA ...) glykogen (játra, svaly) CO2 + H2O + energie pyruvát acetyl-CoA glykolýza oxidační dekarboxylace (nevratná !) citrátový cyklus + dýchací řetězec glukosa-6-P pentosový cyklus NADPH fruktosa glukoneogeneze syntéza glykogenu glykogenolýza laktát anaerobní glykolýza pouze v játrech (a ledvinách) mastné kyseliny lipidy ‹#› 46 STŘEVO JÁTRA CNS ERYTROCYTY SVAL TUKOVÁ TKÁŇ Metabolismus glukosy po jídle glukosa glukosa glykogen Acetyl-CoA MK MK TG glukosa glukosa glykogen Inzulin ‹#› 47 STŘEVO JÁTRA CNS ERYTROCYTY SVAL TUKOVÁ TKÁŇ Metabolismus glukosy v postresorpční fázi glukosa glykogen MK TG glukosa MK Glukagon ‹#› 48 STŘEVO JÁTRA CNS ERYTROCYTY SVAL TUKOVÁ TKÁŇ Metabolismus glukosy při hladovění glukosa glykogen MK TG glukosa MK Glukagon glukoneogeneze AK proteiny ‹#› 49 Patologické stavy při poruše metabolismu sacharidů Jiné poruchy v metabolismu sacharidů (např. deficit enzymů – disacharidas) Diabetes mellitus (viz – další přednáška) ‹#› 50 nerozložené disacharidy tlusté střevo Strhávají vodu Bakteriální rozklad disacharidů na CO2 , CH4 a H2 Intolerance laktosy Disacharidasy – porucha či úplný nedostatek enzymů Jiné poruchy v metabolismu sacharidů milk