Intermediární metabolismus
Vzájemné přeměny živinVzájemné přeměny živin
Josef Tomandl, 2013
1
M t b liMetabolismus (látková přeměna)
• souhrn všech reakcí, probíhajících v organismu
• dle charakteru přeměny látek
• anabolické (biosyntetické)anabolické (biosyntetické)
• katabolické (rozkladné)
• amfibolické
• dle energetického zabarveníg
• exergonní (ΔG < 0)
d í (ΔG > 0)
2
• endergonní (ΔG > 0)
MetabolismusMetabolismus
ADP + Pi
Buněčné komponentyŽiviny
ADP + Pi
NAD+
NADP+
ANABOLISMUSKATABOLISMUS
ATP
NADH
NADPH Glukosa
Aminokyseliny
Mastné kyseliny
CO2
H2O
NH
3
Mastné kyselinyNH3
Tři fáze katabolismu živin
4
Proteiny Sacharidy Tuky
I. fáze
Aminokyseliny Glukosa Mastné kyseliny
glykolýza
Pyruvát
β-oxidace
II. fáze ATP
laktát
g y ý
Acetyl-CoA NADH
FADHFADH2
III. fáze
ězec
NAD+
FAD
Citrátový
cyklus
NADH
FADH2
CO2
hacířetě
O2
cyklus
Aerobní CO2
Dýc
H2O
5
Aerobní
fosforylace
GTP
ADP + Pi ATP
Proteiny Sacharidy Tuky
I. fáze
Aminokyseliny Glukosa Mastné kyseliny
složité molekulysložité molekuly
⇓
j d d hé l k ljednoduché molekuly
6
II. fáze
Aminokyseliny Glukosa Mastné kyseliny
glykolýza
Pyruvát
β-oxidace
ATP
laktát
g y ý
jednoduché molekuly
NADH
Acetyl-CoA
NADH
FADH2
jednoduché molekuly
⇓ oxidace
amfibolické meziprodukty
NADH
FADH2amfibolické meziprodukty
+
NADH a FADH2 + ATP
Citrátový
cykluscyklus
7
Amfibolické intermediátyAmfibolické intermediáty
Pyruvát
Acetyl-CoA
produkty katabolických reakcí
Oxalacetát
- produkty katabolických reakcí
- substráty pro anabolické reakce
Fumarát
Citrátový
cyklus
2-Oxoglutarát
cyklus
8
Sukcinyl-CoA
Vznik acetyl-CoAacety Co
Aminokyseliny Mastné kyseliny
Leu, Ile, Lys
Phe Tyr Trp
Ketogenní AK
Pyruvát
β-oxidace
Phe, Tyr, Trp
CO2
oxidační
dekarboxylace
g
Acetyl-CoA
NADH
2
NADH NADH + FADH2
extrahepatálně2x oxidace
NADH
Ethanol Ketolátky
NADH
NADH
9
III. fáze
amfibolické intermediáty
⇓ oxidace v citrátovém cyklu
CO2 + NADH + FADH2 + ATP
⇓ reoxidace v dýchacím řetězci⇓
H2O + NAD+ + FAD
⇓
Acetyl-CoA
NADH
FADH2
⇓
ATP
ězec
NAD+
FAD
Citrátový
cyklus
NADH
FADH2
CO2
hacířetě
O2
cyklus
Aerobní CO2
Dýc
H2O
10
Aerobní
fosforylace
GTP
ADP + Pi
ATP
Citrátový (Krebsův) cyklusCitrátový (Krebsův) cyklus
• série enzymově katalyzovaných reakcí (matrix mitochondrie)
• oxidace acetyl-CoA ⇒ 2 CO2
C
O
CH
H
C o AH
• přenos elektronů z vazeb C−H a C−C ⇒ 3 NADH + 1 FADH2
• vznik molekuly GTP
11
Průběh CC
t l C A
3 produkty CC:
2 CO
O
C COOO
CH2
COO
-
Průběh
CC
oxalacetát
acetyl-CoA
C2
C
2 CO2
GTP → ATP
3 NADH + FADH2
H3C C
S CoA
CH2
COO
citrát
malát
C4
C
C4
3 NADH FADH2
C COO
CH2
CH
HO
COO
COO
-
-
-
fumarát
3 NADH + 3 H+
C6
C4 CH2
COO
isocitrát
2-oxoglutarát
fumarát
FADH2 CO2
C4
2 oxoglutarát
CO2
C5
sukcinát
C4
12
2
GTP
sukcinyl-CoA
Energetická bilance CC
t l C A
Přímo:
GTP ATP
Energetická bilance CC
oxalacetát
acetyl-CoA
C2
C
GTP → ATP
Nepřímo v dýchacím řetězci:
3 NADH 3 × 3 ATP
citrát
malát
C4
C
C4
3 NADH … 3 × 3 ATP
FADH2 … 2 ATP
Celkem:
fumarát
3 NADH + 3 H+
C6
C4Celkem:
12 ATP isocitrát
2-oxoglutarát
fumarát
FADH2 CO2
C4
2 oxoglutarát
CO2
C5
sukcinát
C4
13
2
GTP
sukcinyl-CoA
Průběh CC
t l C A
3 reakce CC
Průběh CC
oxalacetát
acetyl-CoA
C2
C
= NEVRATNÉ
citrát
malát
C4
C
C4
fumarát
3 NADH + 3 H+
C6
C4
isocitrát
2-oxoglutarát
fumarát
FADH2 CO2
C4
2 oxoglutarát
CO2
C5
sukcinát
C4
14
2
GTP
sukcinyl-CoA
Anaplerotické reakce CC
t l C A
Doplňování meziproduktů CC:
karboxylace pyruvátu
pyruvát
Anaplerotické reakce CC
CO2
oxalacetát
acetyl-CoA
C2
C
karboxylace pyruvátu
konverze propionyl-CoA
transaminace Glu
citrát
malát
C4
C
C4
fumarát
3 NADH + 3 H+
C6
C4
2-oxoglutarát
fumarát
FADH2
CO2C4
glutamát2 oxoglutarát
CO2
C5
sukcinát
C4 sukcinyl-CoA
g
15
2
GTP
y
propionyl-CoAVal, Ile, Thr, Met MK s lichým počtem C
pyruvát
thi iVitaminy a CC
t l C A
Vitaminy potřebné pro průběh CC:
Niacin … NAD
niacin
thiamin
riboflavin
lipoová kys.
Vitaminy a CC
CO2
oxalacetát
acetyl-CoA
C2
C
Niacin … NAD
Riboflavin … FAD
Pantotheát… HSCoA niacin
pantothenová kys.
citrát
malát
C4
C
C4
Thiamin … TDP
Lipoát
fumarát
3 NADH + 3 H+
C6
C4
niacin
2-oxoglutarát
fumarát
FADH2 CO2
C4
riboflavin
niacin
2 oxoglutarát
CO2
C5
sukcinát
C4 niacin
16
2
GTP
sukcinyl-CoA thiamin
pantothenová kys.
riboflavin
lipoová kys.
Význam citrátového cykluý y
Katabolismus AnabolismusKatabolismus Anabolismus
• konečná oxidace • zdroj substrátů (prekursorů)konečná oxidace
uhlíkatých sloučenin
zdroj substrátů (prekursorů)
pro biosyntetické reakce
C ⇒ CO2
H ⇒ redukované
koenzymy
glukoneogeneze
transaminacekoenzymy
uvolněná energie syntéza hemu
17
Katabolické děje
Vstupy do CCVstupy do CC
18
pyruvátGly Ala Cys Ser Thr Trp MK
Glc
t l C A
pyruvátGly, Ala, Cys, Ser, Thr, Trp MK
Leu Ile Lys
CO2
oxalacetát
acetyl-CoA
C2
C
Leu, Ile, Lys
Phe, Tyr, Trp
Asp, Asn
citrát
malát
C4
C
C4
fumarát
3 NADH + 3 H+
C6
C4
isocitrát
Phe Tyr
2-oxoglutarát
fumarát
FADH2 CO2
C4
Glu Gln Arg
Phe, Tyr
Syntéza močoviny
Syntéza purinů
2 oxoglutarát
CO2
C5
sukcinát
C4
sukcinyl-CoA
Glu, Gln, Arg,
His, Pro
19
2
GTP
Val, Ile, Met, Thr
Anabolické děje
Výstupy z CCVýstupy z CC
20
MK Ketonové
t l C A
Glc
MK
Puriny + pyrimidiny
Asn
Cholesterol
Ketonové
látky
oxalacetát
acetyl-CoA
C2
C
Asp
Cholesterol
citrát
malát
C4
C
C4
Pyruvát + NADPH
fumarát
3 NADH + 3 H+
C6
C4
isocitrát GABA
Asn, Pro
2-oxoglutarát
fumarát
FADH2 CO2
C4
Glu
,
2 oxoglutarát
CO2
C5
sukcinát
C4
Glu
21
2
GTP
sukcinyl-CoA
Hem Utilizace ketolátek
CC a syntéza lipidůCC a syntéza lipidů
jablečný enzym
malát
j ý y
pyruvát CO2 NADPH H
+
+ + +
biosyntéza MKoxalacetát acetyl-CoA
ATP
citrát
mitochondrie
cytosol
TG
acetyl-CoA
CC
citrát
22
Vztahy mezi metabolickými
dráhami
glukosa glycerol
TG
MK
pyruvát acetyl-CoA
nevratná nevratná
esenciální AKpy y
CCl k í AK
23
CCglukogenní AK
Vzájemné přeměny živinVzájemné přeměny živin
sacharidy tuky
t k h idxtuky sacharidyx
sacharidyglukogenní AK yg u oge
sacharidy (pyruvát, CC) C skelet neesenc. AK
AK tuky (při nadbytku proteinů)
x AKtuky
24