1.Odgovorite kako glukagon u uslovima snižene konc glukoze u krvi,djeluje na odvijanje glikolize i koji enzimi glikolize su kljucne tacke kontrole ovih metabolickih puteva ?

Ako se snizi koncentracija glukoze u krvi, u takvom stanju intracelularno se NE nastavlja proces glikolize. U tim uslovima(snizene koncentracije glukoze)poveća se nivo

polipeptidnog hormona glukagona. On će se vezati na receptore za glukagon u plazma membrani jetrenih celija. Kada se

veže za receptor onda se aktivira G protein u toj transdukciji siganla. Promjena konformacije receptora vezivanjem hormona inducirat će zamjenu gvanozin difosfata za

gvanozin trifosfatom na alfa podjedinici gen proteina. Ta će podjedinica disocirati od druge dvije podjedinice i odmah će aktivirati enzim koji se zove adenilciklaza. Ona dok

je aktivirana iz ATP-a će sintetizirati ciklički adenozin monofosat kao drugi glasnik. Ciklični adenozin monofosfat je alosterički aktivator protein kinaze A i enzima koji je

uključen u indukciju signala glukagona i drugih hormona. Zašto protein kinaze a ? protein kinaza A će katalizirati reakciju fosforilacije ovog

bifunkcionalong enzima na specifičnom serinskom ostatku na N-terminalnom regulatornom području. Tom fosforilacijom isključit će se kinazna aktivnost i aktivirat će

se fosfatazna aktivnost bifukcionalnog enzima. Ona katalizira reakciju hidrolitičkog otcjepljenja fosfata iz položaja 2 fruktoza 2,6- bisfosfata. On ce se premjestiti u fruktoza 6-fosfat, što znači da je u ćeliji snižena koncentracija frukotza 2,6 bisfosfata i nema vise

alosteričke stimulacije aktivnosti PFK 1 i onda je u suštini inaktiviran i enzim i čitav proces glikolize. Dakle glukagon to izvodi preko bifnkcionalnog enzima i to se

održavana nivo fruktoza 2,6- bisfosfata.Enzimi koji su kljucne tacke kontrole glikolize su : heksokinaza (glukokinaza-

jetra),PFK-1,piruvat kinaza.

Kako glukagon u uslovima snižene konc glukoze u krvi,djeluje na odvijanje glukoneogeneze • Glukagon stimulira odvijanje glukoneogeneze u uslovima snižene koncentracije glukoze u krvi.

MEHANIZAM :• Glukagon djeluju na glukoneogenezu u jetri indukcijom i represijom sinteze ključnih enzima ovog

metaboličkog puta.Na ekspresiju gena, hormon djeluju tako da primarno mijenja stupanj transkripcije gena za dat enzim, i regulira razgradnju mRNA. U stanju gladovanja (snižena koncentracija glukoze u krvi) povećava se nivo glukagona u krvi.Glukagon, čiji se nivo u krvi povisuje tokom gladovanja, inhibira ekspresiju regulatornih enzima glikolitičkog puta i stimulira ekspresiju enzima glukoneogeneze, fosofenolpiruvat karboksikinaze, fruktoza 1,6-bisfosfataze, glukoza 6-fosfataze.

• Vezivanje glukagona na njegov receptor u plazma membrani aktivira se adenilat ciklaza i dovodi do povišenja cAMP, koji aktivira protein kinazu A.

▼

• Protein kinaza A fosforilira protein CREB ("cAMP- response element binding protein″- protein koji se vezuje na element odgovora na cAMP), transkripcijski faktor koji se u svom fosforiliranom obliku može vezati na CRE u promotorskom mjestu (CRE – element odgovora na cAMP).

• CRE je element unutar regulatornog područja gena koji odgovara na cAMP.

• Vezivanje fosforiliranog CREB na CRE u promotorskom mjestu pokreće transkripciju gena koji kodiraju ključne enzime glukoneogeneze, kao što je fosfoenolpiruvat karboksikinaza.

Objasnite mehanizam kojim glukagon u

uslovima snizene konc glukoze u krvi reciprocno regulira glikolizu i glukoneogenezu ?

• - Kad se snizi nivo glukoze u krvi, poveca se nivo glukagona koji putem 7TM receptora pokrece kaskadu ciklicnog AMP, a protein kinaza A fosforilise bifunkcionalni enzim. Ova kovalentna modifikacija aktivira FBPazu2 i inhibira PFK2 pri cemu se snizava nivo fruktoza 2,6 bisfosfata sto inhibise glikolizu ali ubrzava glukoneogenezu.

• 3.Koji od enzima glikolitickog puta se djelovanjem glukagona reverzibilno

• fosforiliraju ?• Fosfofruktokinaza 2

Fruktoza 2,6-bisfosfat (F-2,6-BP)

-je snažan aktivator fosfofruktokinaze-1.

● Fruktoza 2,6-bisfosfat aktivira fosfofruktokinazu-1 tako što povećava afinitet enzima prema supstratu (fruktoza 6- fosfatu) i umanjuje inhibitorni efekt ATP.

● Fruktoza 2,6- bisfosfat je alosterički aktivator koji mijenja konformacijsku ravnotežu ovog tetramernog enzima sa T u R stanje.

Na koji način se regulira u ćeliji odgovarajuća koncentracija fruktoza 2,6-bisfosfata?

Ona se regulira ili fosforilacijom fruktoze (nastaje na taj način) ili defosforilacijom fruktoza 2,6-bisfosfata u fruktoza 6-fosfat (reakciju katalizira fosfofruktokinaza 2 ili bifunkcionalni enzim). Biofunkcionalni enzim tj fosfofruktokinaza 2 ima jedan polipeptidni lanac svijen u dvije domene. Jedna domena ima kinaznu, a druga fosfataznu aktivnost. Na N-terminalnom kraju nalazi se serinski ostatak koji se reverzibilno može fosforilirati i zavisno od toga da li je enzim fosforiliran, isključena je kinazna aktivnost, a aktivirana fosfatazna. Ako je enzim desforiliran onda je isključena fostazana, a uključena kinazna aktivnost. Kinazna domena PFK 2 (6-fosfofrukto 2-kinaza jer će se fruktoza 6-fosfat fosorilirati u položaju 2) katalizira fosforilaciju fruktoza 6-fosfata sa ATP-om i nastajanje fruktoza 2,6-bisfosfata. Domena sa fosfataznom aktivinošću naziva se fruktozabisfosfataza 2 (fosfati su na razičitim C atomima, zato su bis, a ne di) katalizira hidrolitičko otcjepljenje fosfata sa položaju 2 fruktoza 2,6-bisfosfata i nastajenje fruktoza 6-fosfata. Obje enzimske aktivnosti nalaze se na jednom polipetidnom lancu. Bifunkcionalni enzim vjerovatno je evolucijski nastao fuzijom gena koji kodiraju kinaznu i fosfataznu domenu.

Šta se dešava u slučaju povišene koncentracije glukoze krvi?

GLUKOLIZA JE TADA STIMULIRANA.U jetrene ćelije uvešće se glukoza preko glut 2 transportera koji ima Km vrijednost od 15-20mM. On dakle ima nizak afinitet, ali će doći do unosa glukoze u jetru kada su povišeni nivoi glukoze u krvi. Jetra sadrži poseban izoenzimski oblik heksokinaze koji se naziva glukokinaza i ona ima 50

puta slabiji afinitet prema glukozi od heksokinaze mišića ili drugih tkiva. Tek kad je glukoza prisutna u izobilju u krvi i preko glut 2 transportera unijeta u ćeliju i u njoj također prisutna u izobilju, doći će

do njene fosforilacije u glukoza 6-fosfat djelovanjem glukokinaze. Glukoza 6-fosfat dalje će se izomerizirati u fruktoza 6- fosfat i u uslovima izobilja glukoze u krvi, postoji i izobilje fruktoze 6-fosfat

unutar ćelije. Visoke koncentracije frukzoze 6-fosfata unutar ćelije će stimulirati jednu protein fosfatazu prisutnu unutar ćelije, a taj enzim će hidrolitički otcijepiti fosfatnu skupinu sa

bifunkcionalnog enzima i na taj način će naći u defosforilisanom obliku čime je ugašena fosfatazna, a aktivirana kinazna aktivnost. Sad će kinazna aktivnost bifunkcionalnog enzima fosforilirati fruktoza 6-fosfat u fruktoza 2,6-bisfosfat čime će koncentracija ovog alosteričkog aktivatora

povećati, a glikoliza ubrzati.

Fosfoproteinfosfatazu je enzim koji otcjepljuje fosfatne ostatke sa fosforiliranih proteina. U suštini imamo 4 tipa proteinfosfataza, a ako je aktiviramo ona će hidrolitički otcijepiti fosfatnu skupinu s enzima, čime će on postati defoforiliziran čime će ugasiti fosfatazna, a aktivirati kinazna aktivnost bifunckionalnog enzima, a koja će dalje fosforilirati fruktoza 2,6-bisfosat, povećaće se njegovi nivoi i stimuliraće se PFK1, a time i odvijanje procesa glikolize.

Zašto je fosfofrukto kinaza, a ne heksokinaza, ključni enzim koji određuje ritam glikolize??

Reakcija koju katalizira heksokinaza daje glukoza 6-fosfat,a glukoza 6-fosfat može da ide glikolizu, u glikogenezu, u ciklus pentoza fosfata gdje je oksidira pa se dobiva se redukovani NADPH. Ali prevođenje fruktoza 6-fosfata u fruktoza 1,6-bisfosfat je ireverzibilna reakcija glikolize i ona je jedinstvena za glikolizu, te je to upravo

reakciju koju katalizira PFK i ona je ključna tačka kontrole glikolize

• 4.Sta inhibira a sta aktivira enzime:• a) Heksokinaza • b) PFK 1• c) piruvat kinaza• A) Heksokinaza -enzim koji katalizira prvi stupanj glikolize, inhibira njegov proizvod glukoza 6-

fosfat. Visoki nivoi glukoza 6-fosfata signaliziraju da ćelija više ne treba glukozu niti za dobivanje energije u obliku ATP-a, niti za skladištenje u obliku glikogena, niti kao gradivne blokove u biosintetskim procesima što znači da će glukoza 6-fosfat inhibirati heksokinazu. Ovdje trebamo imati 2 stvari na umu: da će mišićnu heksokinazu glukoza 6-fosfat inhibirati, dok jetrenu glukokinazu neće (50 puta slabiji afinitet prema glukozi od heksokinaza u ostalim tkivima). To je jako važno jer jetra puferuje nivo glukoze u krvi, te kada je prisutna u izobilju glukoza će se putem glut 2 transportera unositi u jetru, fosforilirati u glukoza 6-fosfat, de će dalje ići proces sinteze glikogena koji će se potom pohranjivati.. Ako postoji inhibicija PFK1, postoji i inhibicija heksokinaze. Kada se PFK1 inaktivna, povećava se koncentracija fruktoza 6-fosfata, a time će povećava i koncentracija glukoza 6-fosfata jer će fruktoza 6-fosfat izomezirati u glukoza 6-fosfat.

•

• PFK 1- aktivira : visoki nivoi AMP,fruktoza 2,6-bisfosfat• inhibira : visoki nivoi ATP,citrata,H+ jona• Piruvat kinaza – aktivira : fruktoza 1,6-bisfosfat,• inhibira : ATP,alanin

GLAVNA ANOPLEROTSKA REAKCIJA KOJOM SE ODRZAVAJU NIVOI INTERMEDIJERA CITRATNOG CIKLUSA

• Reakcija karboksilacije piruvata je anaplerotska i njome se nadoknađuju intermedijati citratnog ciklusa.U ovoj prvoj reakciji karboksilacije piruvata u oksalacetat donor karboksilne skupine je bikarbonatni jon.I ova reakcija karboksilacije je egzergona i zahtijeva utrosak energije koju ce obezbijediti ATP. Piruvat karboksilaza je prvi regulatorni enzim na putu glukoneogeneze; kao pozitivni efektor zahtijeva acetil-CoA.

• Reakcijski mehanizam uključuje biotin kao nosač aktiviranog HCO3-.Biotin je vitamin

H1,on je prostetska skupina piruvat karboksilaze,ali funkcionise kao nosac C1 jedinica,to su skupine koje imaju jedan C atom u najoksidiranijem obliku.

• Piruvat + HCO3- + ATP → oksalacetat + ADP + Pi

Enzime koji sudjeluju u reakcijama citratnog ciklusa:1.Formiranje citrata-enzim:citrat sintaza2.Formiranje izocitrata-enzim:akonitaza3.Formiranje alfaketoglutarata-enzim:izocitrat dehidrogenaza4.Reakcija oks.dekarbox.alfaketoglut.u sukcinil CoA,enzim:komplex alfaketoglutarat dehidrogenaza(E1,E2.E3)5.Formiranje sukcinata,enzim:sukcinil CoA sintetaza6.Oksidacija sukcinata u fumarat-sukcinat dehidrogenaza7.Prevodjenje fumarata u L malat,enzim:fumaraza8.Oksidacija L malata u oksal acetat,enzim:malat dehidrogenaza

.Napisati intermedijere citratnog ciklusa:•Citroil Coa•Cis Akonitat•Oksal sukcinat4.•acil fosfat6.•Karbanjon

4.Produkti koji nastaju u reakcijama citratnog ciklusa:a.Citrat f.Fumaratb.Izocitrat g.L malatc.Alfaketoglutarat h.Oksal acetatd.Sukcinil CoAe.Sukcinat

5.Koenzimi u reakcijama citratnog ciklusa:B.CoA,C.NAD+,D.NADH,E.GDP,F.GTP,G.FAD+,H.FADH2.E)Krajnji produkt reakcije citratnog ciklusa je, na slici oznacen sa A: CO2

Znacaj citratnog ciklusaSa energetskog stanovista je ovaj put vazan zato sto ce se reducirani koenzimi oksidirati u mitohondrijskom lancu za transport elektrona i onda ce ta slobodna energija oksidacije biti iskoristena za sintezo ATP-a i nastaje voda kao drugi krajnji produkt potpunog katabolizma.U energetskom metabolizmu znacaj je jos sto mnogi intermedijeri citratnog ciklusa u molekulama sadrze 4-5 ugljikovih atoma su polazne supstance za sintezu drugih molekula.(npr.intermedijer α-keto glutarat moze biti koristan za sntezu glutamata,oksalacetat-aspartata,,sukcinil CoA za sintezu Hem-a).Prema tome intermedijeri citratnog ciklusa su prekursori u biosintezi drugih bioloski vaznih molekula.U svakom krugu citratnog ciklusa ulazi 1 acetilna grupa sadrzi 2 C atoma i ulazi u obliku acetil-CoA,a ciklus ce napustiti 2 molekule CO2.Citratni ciklus zauzima centralno mjesto u katabolickim putevima kojima se dobija energija.C4 i C5 intermedijati cit.ciklusa prekursori su za sintezu mnostva drugih produkata.Kod eukariota sve reakcije citratnog ciklusa odvijaju se u mitohondrijama(u njima i oksidativna dekarboksilacija piruvata).Enzimi koji kataliziraju one reakcije kondenzacije koje se odvijaju bez trosenja energije u obliku ATP-a ili GTP-a nazivaju se sintazama,a oni u kojima se trosi sintetazama.

5.Sematski predstavite sve puteve metaboliziranja glukoze u jetri .

glukoza ulazi u jetru putem Glut-2 transportera.

• Upisati enzime koji kataliziraju ireverzibilne reakcije glikolitickog puta .• heksokinaza,PFK 1,piruvat kinaza• koji enzimi glikolize su kljucne tacke preko kojih glukagon kontrolira glikolizu?• PFK 1 enzim koji katalzira fosforilaciju fruktoze 6 fosfat u fruktozu 1,6 bisfosfat posredstvom

reverzibilne fosforilacije PFK2 koja ima dvije domene : kinaznu i fosfataznu.• Enzim PFK 1 je vazna kontrolna tacka glikolize.Aktivnost ovog enzima je alostericki

regulisana.Uz znak (+) upisite alostericke aktivatore PFK 1,a uz znak (-) alostericke inhibitore ovog enzima.

• Dajte kratko objašnjenje alostericke kontrole PFK 1. (fosfofruktokinaze)• Za fosfofruktokinazu 1 alosterički aktivator je AMP. Ako su visoki nivoi AMP, to znači da su

ispcrpljeni energetski naboji ćelije i da je potrebno da se aktivira glikoliza kako bi se obezbijedila energija u obliku ATP-a. Kad gledamo AMP, on je alosterički aktivator i regulira proces glikolize vezano za energetski naboj ćelije.

• S druge strane, ATP je alosterički inhibtor ovog enzima. Visoki nivoi ATP-a signaliziraju da ćelija raspolaže sa dovoljno energiju u obliku ATP-a i da nije potrebno da se dalje razlaže glukoza u cilju da se obezbijedi energija.

• Citrat je metabolit unutar ćelije koji alosterički kontrolira aktivnost fosfofruktokinaze 1, citrat u suštini nastaje u onoj početnoj rekaciji citratnog ciklusa i visoki nivoii citrata signaliiziraju da ćelija da posjeduje dovoljne količine gradivnih blokova za biosint.reak. I onda kad se citrat veže za fosfofruktozu 1 kao alosterički efektor, on pojačava inhibitirno djelovanje ATP. ZNAČI ima dovoljno gradivnih blokova, to su visoki nivoi citrata i dovoljno ATP-a u ćeliji i oni će alosterički inhibirati fosfofrutokinazu 1.

• Visku koncentraciju H+ (metaboličke sudbine piruvata) ako nema dovoljno kisika na raspolaganju da se piruvat dalje potpuno aerobno metabolizira, stvaraće se u anaerobnim uslovima visoki nivoi mliječne kiseline. Dobro je da H+ joni inhibiraju fosfofruktokinazu 1 iz sljedećeg razloga: zato što se onda sprečava prekomjerno stvaranje mliječne kiseline. Ono bi dovelo do naglog pada pH i acidoze. Fruktoza 2,6-bisfosfat ona aktivira fosfofruktokinazu 1 tako što povećava afinitet ovog enzima prema supstratu.

• Ako se gleda fruktoza 2,6-bisfosfat, kažemo da je to alosterički aktivator koji mijenja konformacijsku ravnotežu ovog tetramernog enzima sa T u R stanje (katalitički aktivnije ). On aktivira fosfofruktokinazu 1 tako što povećava afinitet ovog enzima prema supstratu.

Glicerol nastao lipolizom triacilglicerola u adipoznom tkivu u jetri, koji se otpusta u krv, moze se u jetri procesom glukoneogeneze prevesti u glukozu.

a) Napisite i formulama predstavite reakcije glukoneogeneze iz glicerolab) Navedite nazive svih enzima koji kataliziraju reakcije kao i sve reaktante koji sudjeluju u datim reakcijama

• A.

• Koliko molekula ATP-a nastaje u procesu citratnog ciklusa, pojasnite.

• -Ako sumiramo, na kraju dobijemo konacnu reakciju citratnog ciklusa koja je:

• Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O →

• 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H+ + CoA

• Tako da u toku jednog citratnog ciklusa nastanu 3 molekule NADH(2,5 ATPx3) i jedna molekula FADH2(1x1,5),te jedna molekula GTP-a,koja ce se na kraju pretvoriti u molekulu ATP-a, i kada se sve to izracuna rezultat je 10 mol.ATP-a.

•Koliko se dobije energije kada se 1.mol Acetil CoA-e uvede u citratni ciklus i njegovi koenzimi odu u oksidativnu fosforilaciju:10mol ATP-A

Glukoza-6-fosfat ide u ciklus pentoza fosfata. U oksidativnim reakcijama ciklusa pentoza fosfata, stvara se reducira NADPH (reducens u biosintetskim reakcijama, važan za sintezu masnih kiselina,holesterola,steroidnih hormona, nekih neurotransmitera, te nukleotida, ali za redukciju glutationa- zaštitu od oksidativnog oštećenja), te riboza-5-fosfat. Prvo nastaje ribuloza-5-fosfat, koja može da izomerizira u svoj epimer- ksiluloza-5-fosfat, pa u suštini riboza nastati izomerizacijom fosforilirane ketoze u ribozu.

Druge neoksidativne reakcije imaju za cilj da se iz glukoza 6-fosfata sintetizira riboza-5-fosfat za potrebe sinteze nukleotida.

Ovaj put naziva se još i fosfo-gkukonatni put, gdje se u suštini nizom oksidativnih reakcija iz gluk-6-fosfata nastaje reducirani NADPH i riboza-5-fosfat. Zbirno ako prikažemo reakciju, od gluk-6-P uz izdvajanje CO2 (jer imamo prelaz iz heskoze u pentozu), nastaju dvije molekule NADPH.

Reakcije: Gluk-6-P ulazi u reakciju koju katalizira enzim gluk-6-P dehidrogenaza, tako da dehidrogenacijom glu-6-P biva prevedena u 6-fosfo-glukono-lakton. Ovo je prva reakcija u kojoj se stvara reducirani NADPH.

Djelovanjem enzima laktonaze, 6-fosfo-glukono-lakton se prevedi u 6-fosfo-glukonat. Enzim 6—fosfo-glukonat dehidrogenaza katalizira sljedeću reakciju u kojom dolazi do

dekarboskilacije uz izdvajanje CO2 te oksidacije gdje se OH skupina prevodi u keto skupinu i u suštini uklanjaju se 2 atoma H. Ovo je druga reakcija u kojoj se stvara NADPH. Nastaje fosforilirana ketoza: D ribuloza 5-fosfat.

Ona može da izomerizirau riboza-5-fosfat. (Ribuloza-5-P je fosforilirana ketopentoza,a ovo je fosforilirana aldopentoza.) Tada imao reakciju izomerizacije uz djelovanje fosfo-pentoza izomeraze.

Ribuloza-5 fosfat može i epimerizirati u ksliluloza-5-fosfat (i to reverzibilno). Ona je važna za one neoskidativne reakcije ciklusa pentoza fosfata.

Oskidativne reakcije ciklusa pentoza fosfata

Predstavite oksidativne reakcije ciklusa pentoza fosfata(formulama.)Uz reakcije napisite enzime koji ih kataliziraju, i koenzima koji u njima sudjeluju odnosno nastaju?

Koenzimi:NADH,NADPH

Regulacija citratnog ciklusa Tok kroz citratni ciklus određivat će nivoi ATP-a koji govore o energetskom naboju ćelije tj. da li je ćeliji potrebna energija ili nije, nivoi nastalih reduciranih koenzima, prvenstveno reducirani NADH, te će neke od enzima citratnog ciklusa inhibirati produkti reakcija koje kataliziraju. Tri enzima su tačke preko kojih se kontrolira tok i intenzitet odvijanja citratnog ciklusa. To su citrat sintaza, izocitrat dehidrogenaza i kompleks dehidrogenaze alfa-keto glutarata.

Citrat sintaza Njen alosterički inhibitor je ATP. Visoki nivoi ATP-a signaliziraju da ćelija raspolaže sa dovoljno energije . ATP kao alosterički efektor će povećati Mihaelisovu konstantu citrat sintaze prema Acetil-Co-A kao supstratu, to znači da će oslabiti afinitet enzima prema Acetil-Co-A, manje molekula enzima će vezati taj supstrat i onda se odvijanje reakcije usporava.Reakcija koju katalizira ovaj enzim je visoko egzergona i ona je ključna za odvijanje citratnog ciklusa. Poslednja reakcija kojom se malat prevodi u oksalacetat ima ravnotežu pomjerenu na lijevu stranu, jer su nivoi oksalacetata uvijek niski i njihovo trošenje u prvoj reakciji citratnog ciklusa koja je egzergona, pokreće odvijanje ovog metaboličkog puta.Izocitrat dehidrogenazaOvaj enzim alosterički inhibiraju visoki nivoi NADH i ATP-a. Visoki nivoi ADP signaliziraju nizak energetski naboj ćelije, pa oni alosterički stimuliraju enzim. Kompleks dehidrogenaza alfa-keto glutarataKatalizira reakciju oksidativne dekarboksilacije koja je analogna oksidativnoj dekarboksilaciji piruvata u Acetil-Co-A, te je analogna i regulacija aktivnosti.Enzim alosterički inhibiraju visoki nivoi NADH i visoki nivoi sukcinil-CoA. Komplex alfa keto glutarat dehidrogenaze će inhibirati i visoki nivoi ATP-a.

18

Cilj ciklusa pentoza fosfata:Glukoza-6-fosfat može da ide u oksidativne reakcije ciklusa pentoza fosfata sa jednim ciljem: u

tim oksidativnim reakcijama ciklusa pentoza fosfata stvara se reducirani NADPH. Reducirani NADPH je reducens, koenzim, u biosentetskim putevima i ove oksidativne reakcije su onaj metabolički put u organizmu u kome se stvara reducirani NADPH. Pitamo se gdje to nam treba? –Treba u velikom broju tkiva, tj. Tamo gdje ide biosinteza masti i stereoida, te se u ovim tkivima ciklus pentoza fosfata intenzivno odvija. Također, roducirani NADPH je veoma važan za održavanje redoks potencijala,pa se intenzivno odvija u eritrocitima, u nervnim ćelijama jer štiti ove ćelije od reaktivnih vrsta kisika – oksidativno oštećenje.

Pored reduciranog NADPH nastaje riboza-5-fosfat. Tako da ovim putem može gluk-6-fosfat da se prevede u pentoza-5-fosfat, tj. Heksoza u pentozu uz nastajanje NADPH.

Međutim, ciklus pentoza fosfata ima i svoje neoksidativne reakcije u kojima se riboza 5-fosfat može ponovo, posebnim setom reakcija, vratiti u glukoza-6-fosfat. Glukoza-6-fosfat ponovo može da ide u oksidativne rakcije. To je u ćelijama onih tkiva koji zahtjevaju za biosintetske precese visoke nivoe reduciranog NADPH.

Potom, imamo tkiva koja se regeneriraju, rastu, a svaka dioba ćelije zahtjeva i sintezu nukleinskih kiselina. Da bi se one sinzetizirale, mora biti prisuna pentoza, ili riboza, ili deoksiriboza.U ovakvim tkivima gluk-6-fosfat ide u neoskdiativne reakcije ciklusa pentoza fosfata kojim će se stvarati dovoljne količine riboza-5-fosfata.

Neto rezultat je stvaranje NADPH, reducensa za biosintetske reakcije, i riboza 5-fosfata, prekursora za sintezu nukleotida.► NADPH je reducens u anaboličkim (biosintetskim) putevima.■ Put pentoza fosfata posebno intenzivno se odvija u onim tkivima sisara koja aktivno sintetiziraju masne kiseline i steroide, kao što su mliječena žlijezda, adrenalni korteks, jetra i adipozno tkivo.■ Ova tkiva koriste NADPH za redukciju dvostrukih veza i karbonilnih grupa intermedijata u sintetskim procesima.U tkivima koja su manje aktivna u sintezi masnih kiselina, kao što su skeletni mišići, ciklus pentoza fosfata se praktično ne odvija.

19

Ubikinon (Q ili koenzim Q) Mobilni nosača elektrona koji funkcionira u mitohondrijskom lancu za transport elektrona. ubikinon se naziva koenzim Q.Ubikinon je u uridima rastvorljivi benzo-kinon ili benzo-kinol. Ima ovaj bočni lanac u kojima se ponavljaju izoprenske jedinice. Onaj koji je Q10 ima dugi bočni lanac koji se sastoji iz 10 izoprenskih jedinica.Znači ovo je benzokinon.Ako pogledamo ima dugi izoprenoidni lanac,ako je Q10.. znači ako se u lancu ponavlja 10 izoprenskih jedninica onda je to Q10.To je visoko nepolaran spoj.Kao nepolaran, dobro rastvorljiv u lipidnom sloju bioloških membrana i lako difunduje i kreće se u matriksu bioloških membrana.Sad u suštini ako primi reducirajući ekvivalent , on će primiti jedan atom hidrogena onda imamo, ova keto skupina će se reducirati u keto skupinu ,a ovdje imamo radikale.Pa će to biti semikinon radikal.Oznaćava se QH i ova tačka znači nespareni elektron.To znači da se radi o radikalu.I to nastajanje radikala je važno. Kadaprimi drugi reducirajući ekvivalent, to je H++ elektron preći će u potpuno reducirani oblik.Vidite ove dvije keto skupine,one su se reducirale u OH skupine.Onda je nastao Ubikinon, to je QH2, to je potpuno reducirani oblik ubikinona.

Neoskidativne reakcije ciklusa pentoza fosfata

Nakon nastajanja riboza-5-P odvija se izomerizacija i epimerizacija. Ako se riboza-5-fosfat prevodi u ksiluloza-5-P onda će ići izomerizacija u ribulozu, pa potom epimerizacija ribuloze u ksilozu.

U neoksidativnom puti funkcioniraju dvije rakcije u kojima će se izvršiti transformacija fosforiliranih pentoza u fosforilirane heksoza. Jedna od reakcija je transketolazna a druga je transaldolazna reakcija.

Neoksidativne reakcije (transaldolazne i transketolazne) (bez obzira na šemu) u potpunosti su reverzibilne!

• Glicerol nastao lipolizom se fosforilira i oksidira u dihidroksiaceton fosfat, koji se zatim izomerizira u gliceraldehid 3 fosfat. Taj je spoj medjuprodukt i kod glikolize i kod glukoneogeneze. Prema tome, glicerol moze u jetri, koja sadrzi posebne enzime, preci u piruvat ili u glukozu.

• Kondenzacijom gliceraldehid-3-fosfata i dihidroksiaceton fosfata nastaje fruktoza-1,6- difosfat i taj proces je suprotan onome koji katalizira enzim aldolaza (pri cemu se fruktoza-1,6-difosfat razgradjuje na gliceraldehid-3-fosfat i dihidroksiaceton fosfat).

• Djelovanjem enzima fruktoza-1,6-difosfataze iz fruktoza-1,6-difosfata se stvara fruktoza-6-fosfat i oslobadja se neorganski fosfat.

• Djelovanjem fosfoglukoza izomeraze, fruktoza-6-fosfat se prevodi u glukoza-6-fosfat.Glukoza-6-fosfataza katalizuje hidrolizu glukoza-6-fosfata na neorganski fosfat i slobodnu glukozu koja se oslobadja u krv. (Marks 380)

• b) Enzimi:• glicerol kinaza• 2) glicerol fosfat dehidrogenaza• 3) aldolaza• 4) fruktoza-1,6-difosfataza• 5) fosfoglukoza izomeraza• 6) glukoza-6-fosfataza

• Reaktanti:• 1) L-glicerol-3-fosfat• 2) dihidroksiaceton fosfat• 3) gliceraldehid-3-fosfat• 4) fruktoza-1,6-difosfat• 5) fruktoza-6-fosfat• 6) glukoza-6-fosfat

• A) aminokiseline• a) oksalacetat• 1) piruvat karboksilaza• 2) fosfoenolpiruvat karboskikinaza• b) fosfoenolpiruvat• C) glicerol• A) aminokiselina• D) alanin• B) laktat• 3) fruktoza-1,6-difosfataza• 4) glukoza-6-fosfataza

Glukoneogeneza sema,objasni

Prva zaobilaznica glukoneogeneze.

Piruvat + HCO3- + ATP → oksalacetat + ADP + Pi

Oksalacetat + NADH + H+ ↔ L- malat + NAD+

Malat + NAD+ ↔ oksalacetat + NADH + H+

Oksalacetat + GTP ↔ fosfoenolpiruvat + CO2 + GDP

Zbirna reakcija za prvi niz zaobilaznih reakcija kojima se piruvat prevodi u fosfoenolpiruvat je:

Piruvat + ATP + GTP + HCO3- → fosfoenolpiruvat + CO2 + ADP +

GDP + Pi

Ali, glukoza ima 6 C atoma, a piruvat 3, prema tome za sintezu jedne molekule glukoze treba utrošiti 2 molekule piruvata, što znači da je sve ovo pomonoženo sa 2. Potrebne su, dakle, 2 molekule ATP-a.

Koenzimi: ATP, NADH, NAD, GTP,biotin

Prva zaobilaznica glukoneogeneze.U prvoj zaobilaznici vrši se konverzija piruvata u fosfoenolpiruvat i rekacija zahtijeva 2 egzergone reakcije u kojima će se trošiti energija. Piruvat se prvo transportira iz citosola u mitohondrije, ili je nastao u mitohondrijama iz alanina reakcijom transaminacije. Piruvat karboksilaza, mitohondrijski enzim koji zahtijeva biotin, prevodi piruvat u oksalacetat.

Piruvat karboksilaza je prvi regulatorni enzim na putu glukoneogeneze; kao pozitivni efektor zahtijeva acetil-CoA.

Reakcijski mehanizam uključuje biotin kao nosač aktiviranog HCO3-.Biotin je vitamin

H1,on je prostetska skupina piruvat karboksilaze,ali funkcionise kao nosac C1 jedinica,to su skupine koje imaju jedan C atom u najoksidiranijem obliku.

Reakcija karboksilacije piruvata je anaplerotska i njome se nadoknađuju intermedijati citratnog ciklusa.U ovoj prvoj reakciji karboksilacije piruvata u oksalacetat donor karboksilne skupine je bikarbonatni jon.I ova reakcija karboksilacije je egzergona i zahtijeva utrosak energije koju ce obezbijediti ATP. Oksalacetat nastao iz piruvata potom se reducira u malat djelovanjem mitohondrijske malat dehidrogenaze i uz utrošak NADH.I ovafaza glukoneogeneze odvija se u matriksu mitohondrija.Potom malat napušta mitohondrije putem malat - α- ketoglutarat transportera ( on ce transportovati alfa-malat sa mitohondriaj u citosol u zamjenu za unos alfa-ketoglutarata iz citosola u matrix mitohondrija.U citosolu malat se reoksidira u oksalacetat, uz nastajanje citosolnog NADH. Reakciju katalizira citosolna malat dehidrogenaza. U citosolu oksalacetat se prevodi u fosfoenolpiruvat (PEP) djelovanjem fosfoenolpiruvat karboksikinaze.Ova od Mg2+ zavisna reakcija zahtijeva GTP kao donor fosfatne grupe. Reakcija je, u ćelijskim uslovima, reverzibilna. Stvaranje visokoenergetskog fosfatnog spoja ( fosfoenolpiruvata) izbalansirano je cijepanjem drugog (GTP).

• Druga zaobilaznica glukoneogeneze.

• Drugu zaobilaznicu predstavlja konverzija fruktoza-1,6-difosfata u fruktozu-6- fosfat.

• Druga glikoliticka reakcija koja se ne moze odvijati u glukoneogenezi je ona koju katalizira fosfofruktokinaza-1.

• Ova reakcija je visoko egzergona i ireverzibilna.

• Fruktoza-1,6- difosfat se prevodi u fruktoza-6-fosfat djelovanjem Mg2+ zavisne fruktoza-1,6-difosfataze koja katalizira ireverzibilno hidroliticko otcjepljenje fosfata na C-1:

• fruktoza-1,6-difosfat + H2O fruktoza-6-fosfat + Pi

Treca zaobliaznica glukoneogeneze

konverzija glukoza 6 - fosfata u slobodnu glukozu

Treća zaobilaznica je finalna reakcija glukoneogeneze – defosforilacija glukoza 6 – fosfata u slobodnu glukozu.

Reakciju katalizira glukoza 6 - fosfataza, koja hidrolizira fosfatni ester.

Glukoza 6 - fosfat + H2O → glukoza + Pi

ΔG0’ = - 13,8 kJ/mol

Ovaj Mg2+ ionima aktivirani enzim nalazi se sa luminalne strane endoplazmatskog retikuluma hepatocita i renalnih ćelija.

►Enzim nije prisutan u mišićima i mozgu, pa se glukoneogeneza u ovim tkivima ne odvija. Umjesto toga, glukoza proizvedena glukoneogenezom u jetri ili bubrezima, kao i ona unesena u organizam putem hrane, doprema se do mozga i mišića krvotokom.

Da bi se odvijao proces glukoneogeneze u citosolu moraju biti na raspologanje dovoljne količine reduciranog NADH. Zašto je potreban reducirani NADH?

On nastaje u reakciji glikolize, uz pomoć enzima gliceraldehid trifosfat dehidrogenaze kojom će se gliceraldehid trifosfat prevesti u glicerol 1,3 bisfosfoglicerat. Da bi se odvijala glikoliza, reducirani NADH se mora reoksidirati . Ovdje imamo, ako ide reakcija u obrnutom smjeru, onda mora da se 1,3, bisfosfolicerat preveo u glicerol Nivoi reduciranog NADH u citosolu su niski, a oksidiranog oblika visoki. Za razliku od mitohondrija gdje su visoke koncentracije reduciranog NADH, a niske koncentracije oksidiranog oblika.Na koji način će se sada u citosol dopremati taj reducirani NADH potreban za odvijanje glukoneogeneze?Tako što će u mitohondrijama ići redukcija oksal-acetata u malat djelovanjem malat dehidrogenaze. Taj malat će se transportovati u citosol, pa će citosolna malat dehidrogenaza oksidirati L-malat u oksal- acetat i pri tom će se stvarati reducirani NADH. Prema tome, ovim nizom reakcija, obezbjedit će se reducirani NADH potreban za dalje reakcije i odvijanje glukoneogeneze u citosolu.Sada imamo transport, kako će se obezbijediti transport od malata iz mitohodrija u citosol i njegovim prevođenjem u oksal acetat efikasno se premještaju reducirajući ekvivalenti iz mitohondrija u citosol gdje se troše za reakciju glukoneogeneze kataliziranu od gliceraldehidtrifosfat dehidrogenaza ..., ali u onom smijeru koji je obratan glikolitičke reakcije.Pošto se citosloni NADH troši, za glukoneogenezu u konverziji 1,3 - bisfosfoglicerata u gliceraldehid 3 - fosfat, biosinteza glukoze se ne može odvijati ukoliko na raspolaganju nema dovoljno reduciranog NADH.Odnos reduciranog NADH i NAD+ u citosolu i mitohondrijama, rekli smo da u samom citosolu konc NAD+ je mnogo veća od konc NADH, iznosi 8x10-4, iz čega vidimo koliko je u suštini niža konc NADH od NAD+ u citosolu.U suštini, kažemo da je količnih 105 puta je niži nego u mitohondrijama.U mitohondijama imamo odnos reduciranog NADH i NAD+ iznosi 80, isti ovaj količnik u citosolu je 0, 0008, znači u mitohodrijama su na raspologanju mnogo veće količine reduciranog NADH, tamo se odvijaju oksido – redukcijske reakcije i beta oksidacije gdje se stvaraju ogrome količine reduciranog NADH.

One reakcije glikolize koje ne funkcionišu u glukoneogenezi su 3 ireverzibilne rekacije glikolize, visoko egzergone, a to su : 1)fosforilacija glukoze u glukoza- 6-fosfat, djelovanjem heksokinaze2)fosforilacija fruktozo – 6 fosfata u fruktozo- 1,6 – bifosfat djelovanjem fosfofruktokinaze3)prevođenje fosfoenolpiruvata u piruvat djelovanjem piruvat kinazeVažni prekursori glukoze u životinjskim organizmima su: - laktat (glukoza je jedina gorivna supstanca za eritrocite, ali eritrociti nemaju mitohondrije, prema tome odvija se glikoliza i stvarat će se mliječna kiselina. Ta kiselina stvorena u eritrocitima isporučit će se u krv i putem nje će se transportovati do jetre, gdje će se iz laktata, mliječne kiseline sintetizirati glukoza i to se konstantno odvija. Drugo, kod visoke mišićne aktivnosti, ako je potrošnja glukoze u svrhu stvaranja energije velika, a snadbijevanjem kiseonikom nije adekvatno, stvarat će se velike količine mliječne kiseline, a ista će se iz mišićnih ćelija isporučiti u krv, a onda će se u jetri, iz tog laktata sintetizirati glukoza. Taj proces se stalno ponavlja.)- piruvat (Piruvat se također stvara u velikim količinama, laktat se na kraju i prevodi u piruvat. Centralni put glukoneogeneze je od piruvata do glukoze)- glicerol (Glikolizom 3 acil glicerola u masnom tkivu oslobađaju se trohidroksilni alkohol glicerol i slobodne masne kiseline. Te masne kiseline, vezuju se za albumin krvne plazme i transportuju do jetre. Glicerol je polarna molekula, i on se putem krvi transportuje do jetre. Jetra je taj organ koji može da ga iskoristi, jedina ima enzim glicerol kinazu koji fosforilira glicerol u glicerol-3-fosfat i onda ide glukoneogenza. )- neke aminokiseline (Neke aminokiseline prilikom kataboliziranja, razgradnje, sa velikog broja aminokiselina uklone se prvo alfa amino skupine u reakcijama transaminacije. Ostaje ono što se naziva „ugljikovi skeleti aminokiselina“ koje onda ulaze u puteve razgradnje i onda će se razgraditi do nekog od intermedijera citratnog ciklusa, a ako se razgradi do onih intermedijera citratnog ciklusa od koji nastaje oksal – acetat (od njega ide glukoneogenza), onda su to tzv. glukogene aminokiseline. )

Shematski je predstavljen put sinteze glukoze iz glicerola.Navedite intermedijere ovog puta i enzime koji kataliziraju pojedine stupnjeve u sintezi.

Formulama prikazite reakcije ovog puta ( to su formule iz prvog pitanja).

• Enzimi:• 1) glicerol kinaza• 2) glicerol fosfat dehidrogenaza• 3) aldolaza• 4) fruktoza-1,6-difosfataza• 5) fosfoglukoza izomeraza• 6) glukoza-6-fosfataza• Intermedijeri:• 1) L-glicerol-3-fosfat• 2) dihidroksiaceton fosfat• 3) gliceraldehid-3-fosfat• 4) fruktoza-1,6-difosfat• 5) fruktoza-6-fosfat• 6) glukoza-6-fosfat

Šematski su predstavljeni putevi glikolize i glukoneogenezeA)navesti nazive enzima glukoneogeneze koji alostericki kontrolira citrat kao alostericki efektor

B)objasnite ulogu citrata kao alosterickog efektora u regulaciji glukoneogeneze?C)nAPISATI 1,2,3 ENZIME REVERZIBILNOG GLIKOLITICOG PUTA, I enzime zaobilaznog puta

glukoneogeneze:

• 1.Heksokinaza• 2.Fosfofructokinaza• Piruvat kinaza• 1a-piruvat karboxilaza• 2a-fosfoenolpiruvat karboksilaza• 3a-fructoza 1,6 bifosfataza• 4a-glukoza 6 fosfataza

• Enzim glukoneogeneze koji alostericki kontrolira citrat kao alostericki efektor je : fruktoza 1,6-bisfosfataza.

• Uloga citrata kao alosterickog efektora u regulaciji glukoneogeneze : visoki nivoi citrata signaliziraju postojanje izobilja gradivnih blokova,tako da su postignuti uslovi favorizacije glukoneogeneze jer je celija zapravo bogata sa biosintetskim prekursorom.Citrat kao alostericki efektor aktivira kataliticku aktivnost fruktoze 1,6-bisfosfataze koji katalazira prevodjenje fruktoze 1,6-bisfosfata u fruktoza 6-fosfat (katalizira ireverzibilno hidrolitičko odcjepljenje fosfata na C-1 ( a ne prenos fosfatne grupe na ADP): tj.druga zaobilaznica glukoneogeneze.

Fruktoza 1,6 - bisfosfat + H2O → fruktoza 6 - fosfat + Pi

•Objasniti regulaciju II zaobilaznice glukoneogeneze reverzibilnom fosforilacijom:

► Fruktoza 1,6-bisfosfatazu snažno inhibira fruktoza 2,6-bisfosfat.□ Fosfofruktokinazu-1 (glikoliza) i fruktoza 1,6-bisfosfatazu (glukoneogeneza) recipročno regulira fruktoza 2,6-bisfosfat u jetri.● Fruktoza 2,6-bisfosfat snažno stimulira fosfofruktokinazu-1, a inhibira fruktoza 1,6-bisfosfatazu.□ Nivo fruktoza 2,6-bisfosfata nizak je u stanju gladovanja, a visok u stanju sitosti, zbog antagonističkog djelovanja glukagona i inzulina na stvaranje i razgradnju ove signalne molekule. ● Stoga je u stanju sitosti glikoliza ubrzana, a glukoneogeneza smanjena.□ Tokom gladovanja preovladava glukoneogeneza, jer je nivo fruktoza 2,6-bisfosfata veoma nizak. Glukoza nastala u jetri u ovim uslovima esencijalna je za preživljavanje mozga i mišića.

Fruktoza 2,6 bisfosfat sintetizira kao alosterički efektor ova dva enzima, to je enzim bisfunkcionalni enzim. To je fosfofrukto kinaza 2, koji ima kinaznu i fosfataznu domenu. Ako je aktivirana fosfatazna, onda će hidrolozirati hidrolitičko otcjepljenje fosfata sa položaja dva fruktoza 2,6 bisfosfata i onda će se sprječavati priboj ovog aldosteričkog efektora i voditi inhibiranju glikolize iz... glukoneogeneze. Čim se smijesi priboj fruktoza 2,6 bisfosfata prestane aldosterička inhibicija fruktoza 1,6 bisfosfataze. Ako je glukoza prisutna u izobilju, u izobliju se unosi u jetrene ćelije, fosforilira, izomerizira se glukoza 6 fosfat u fruktoza- 6 fosfat, on onda djeluje kao aktivator one fosfoprotein fosfataze koja će izvršiti defosforilaciju disfunkcionalnog enzima. Isključuje se fosfatazna, a uključuje se kinazna aktivnost. Iz fruktoza 6 fosfata ide fosforilacije i stvaranje fruktoza 2,6 bisfosfata, on snažno stimulira glikolizu,a inhibira glukoneogenezu, to faktički zavisi od nivoa glukoze u krvi.

INZULIN-GLIKONEOGENEZA

• inzulin djeluju na glikolizu i glukoneogenezu u jetri indukcijom i represijom sinteze ključnih enzima ovih metaboličkih puteva. Na ekspresiju gena, hormoni djeluju tako da primarno mijenjaju stupanj transkripcije gena za date enzime, i reguliraju razgradnju mRNA. Nivo inzulina u krvi povećava se nakon jela, kada glukoze ima u izobilju.

• MEHANIZAM :• ► Inzulin, čiji se nivo u krvi povisuje u stanju sitosti, stimulira ekspresiju

fosfofruktokinaze-1, piruvat kinaze i bifunkcionalnog enzima (PFK-2) koji stvara i razgrađuje F-2,6-bisfosfat i time podstiče glikolizu.

• Inzulin djeluje suprotno glukagonu.

• Inzulin djeluje preko signalne kaskade koja rezultira aktivacijom proteina IREB (proteina koji se vezuje na element odgovora na inzulin – IRE – u promotoru gena).

• ▼

• IREB se vezuje na IRE u regulatornom području gena i inhibira transkripciju gena za ključne enzime glukoneogeneze.

• ► Visok odnos glukagon/inzulin u krvi povećava enzimski kapacitet glukoneogeneze, a smanjuje enzimski kapacitet glikolize.

• ► Nizak odnos glukagon/inzulin ima suprotno djelovanje, povećava enzimski kapacitet glikolize, a smanjuje enzimski kapacitet glukoneogeneze.

• ► Odnos glukagon/inzulin se povećava u stanju kada je potrebna glikoneogeneza, a snižen je u stanju izobilja glukoze koja potiče iz gastrointestinalnog trakta.

• Objasniti regulaciju II zaobilaznice glukoneogeneze reverzibilnom fosforilacijom:• Fosfofruktokinazu 1(glikoliza) i fruktoza 1,6 -bifosfatazu(glukoneogeneza)reciprocno inhibira

fruktoza 2,6bifosfat u jetri. Fruktoza 2,6bifosfat snazno stimulira fosfofruktokinazu 1, a inhibira fruktoza 1,6 bifosfatazu. Citrat stimulira 1,6 bifosfatazu.

• Objasnite kako glukagon u uslovima snizene glukoze u krvi regulise reciprocno glikolizu i glukoneogenezu !

• - Kad se snizi nivo glukoze u krvi, poveca se nivo glukagona koji putem 7TM receptora pokrece kaskadu ciklicnog AMP, a protein kinaza A fosforilise bifunkcionalni enzim. Ova kovalentna modifikacija aktivira FBPazu2 i inhibira PFK2 pri cemu se snizava nivo fruktoza 2,6 bisfosfata sto inhibise glikolizu ali ubrzava glukoneogenezu.

• • Kako glukagon u uslovima snizene koncentracije glukoze u krvi djeluje na

glukoneogenezu?• U stanju gladovanja, kada je snižena koncentracije glukoze u krvi, povećava se nivo glukagona u

samoj krvi. Onda će glukagon inhibirati ekspresiju regulatornih enzima glikolitičkog puta a stimulirati ekspresiju enzima glukogeogeneze, i to fosofenolpiruvat karboksikinaze, fruktoza 1,6-bisfosfataze, glukoza 6-fosfataze. Svi su specifčni za glukoneogenezu.

• Glukagon će stimulirati ekspresiju gena ključnih enzima glukoneogeneze, a inhibirati transkripciju gena za ključne enzime glikolize.

• .Objasnite mahanizam, ukljucujuci i transdukciju hormonskog signala, kojim ce glukagon u uslovima snizene glukoze u krvi inhibirati biosintezu glikogena u jetri !

• - Polipeptidni hormon glukagon kojeg izlucuju alfa celije pankreasa, kada je nivo glukoze u krvi snizen, stimulise razgradnju glikogena u jetri. Glukagon se vezuje za svoje receptore i katalizira se zamjena GDP na GTP na alfa podjedinicu. Ona disocira i aktivira adenilat ciklazu koja stvara CAMP koji je alostericki aktivator PKA. PKA fosforilise fosforilazu kinazu na beta podjedinici i ona prelazi u kataliticki aktiviran oblik. PKA fosforilacijom takodje inaktivira glikogen sintazu.

• Objasnite glikogenozu tip I njen uzrok i karakteristike !• - Von Gierkova bolest - uzrokuje je nedostatak enzima glukoza 6 fosfataze u jetri, intestinalnoj mukozi i

bubrezima. Glikogen uskladisten u jetri ima normalnu strukturu ali je prisutan u abnormalno velikoj kolicini. Izostanak glukoza 6 fosfataze u jetri uzrokuje hiperglikemiju posto se glukoza ne moze osloboditi iz svog fosforilisanog oblika u krv, a porast glikolize u jetri dovodi do visokog nivoa laktata i piruvata u krvi. Povecana je zavisnost od metabolizma masti. Konacna potvrda bolesti se dobija odjedjivanjem aktivnosti glukoza 6 fosfataze u punktatu jetre.

• Enzim glikogen fosforilaza a, prisutan u jetri, ima funkciju senzora za glukozu. Objasnite mehanizam kojim se, u uslovima visokog nivoa glukoze u krvi, inaktivira ovaj enzim i time inhibira glikogenoliza u jetri !

• -Jetra reaguje na koncentraciju glukoze u krvi i upija glukozu. Nakon infuzije glukoze, u jetri naglo opada kolicina fosforilaze a. Nakon krace odgode povecava se kolicena glikogen sintaze a, pa pocinje sinteza glikogena. Fosforilaza a ima ulogu osjetila za glukozu u celijama jetre. Vezivanjem glukoze na fosforilazu a pomice se alostericka ravnoteza iz oblika R u oblik T, sto fosforilnu grupu na serinu 14 izlaze hidrolizi pomocu fosfataze i dovodi do deaktivacije enzima. Tako u stanju izobilja glukoze nema mobilizacije glikogena u jetri.

• Hormon inzulin stimulise glikogenezu u jetri. Objasnite molekulski mehanizam kojim inzulin, posto se veze na inzulinski receptor, podrzava sintezu glikogena !

• -U jetri inzulin stimulise glikogenezu i inhibira glikogenolizu. Kod visokih nivoa glukoze u krvi inzulin stimulira sintezu glikogena tako sto pokrece put aktivacije protein fosfataze 1. Inzulin se veze na receptor na plazma membrani. Aktivira se receptorski protein. Aktivirane su na inzulin osjetljive protein kinaze. Dolazi do fosforilacije G podjedinice PP1 na mjestu koje se razlikuje od onog koje fosforilise protein kinaza A. Vezivanje G podjedinice i granula glikogena. Sada je PP1 kompleks aktiviran i vrsi defosforilaciju glikogen sintaze koja postaje aktivna.

• Kancer i glikoliza

• U hipoksičnim tumorskim tkivima glikoliza postaje mnogo intenzivnija usljed djelovanja transkripcijskog faktora, hipoksijom induciranog transkripcijskog faktora (hypoxia-inducibile transcription factor) HIF-1.

■ U odsustvu oksigena, HIF-1 povećava ekspresiju većine glikolitičkih enzima i transportera za glukozu GLUT1 i GLUT3.

Unos glukoze korelira sa agresivnošću tumora i slabom prognozom.• Ova adaptacija omogućava ćelijama tumora da prežive dok se ne izvrši

vaskularizacija.

• HIF-1 također stimulira rast novih tumora tako što pojačava ekspresiju signalnih molekula kao što je vaskularni endotelni faktor rasta (VEGF),koji olakšava rast krvnih sudova.

Alteracije u ekspresiji gena u tumorima usljed hipksije. Hipoksični uslovi u tumorskoj masi dovode do aktivacije HIF-1 (hipoksijom induciranog transkripcijskog faktora), koji inducira metaboličku adaptaciju (povišenje glikolitičkih enzima) i aktivira angiogeni faktor koji stimulira rast novih krvnih sudova.

Sematski je pretstavljena regulacija metabolizma glikogena u jetri djelovanjem hormona glukagona. Na mjesta 1, 2, 3, 4, 5 i 6 navedite reakcije, na A, B, C i D nazive enzima koji kataliziraju date reakcije a na a i b nazive odgovarajucih spojeva !

1.Aktivirana adenilat ciklaza katalizira sintezu cAMP iz ATP2. Vezivanje dvije molekule cAMP za regulatorne podjedinice protein kinaze A,ona ce postati kataliticki aktivna.3. Fosforilacija na beta podjedinici fosforilaze kinaze b u fosforilazu kinazu a4. Fosforilacija glikogen sintaze a u glikogen sintazu b5. Fosforilacija glikogen fosforilaze b u glikogen fosforilazu a6.razgradnja glikogena ( glikogenoliza )

A) protein kinaza AB) fosforilaza kinaza ( a i b)C) Glikogen fosforilaza (a i b)D) glikogen sintaza (a i b)

a) glukosa-1-Pb) glukosa-6-P

Objasnite kompleks protein fosfataze 1 (PP1) i njegovu ulogu u regulaciji metabolizma glikogena !

■ Protein fosfataza 1 (PP1) poništava regulatorne efekte kinaza u metabolizmu glikogena.

► Protein fosfataza 1 (PP1) defosforilacijom inaktivira fosforilaza kinazu i glikogen fosforilazu i tako smanjuje stupanj razgradnje glikogena.

► Protein fosfataza 1 (PP1) uklanja fosfatnu grupu sa glikogen sintaze b i prevodi ovaj enzim u katalitički aktivan oblik a.

□ Kompletan kompleks PP1 čine tri komponente: sama PP1, 37 kDa katalitička podjedinica, G (RGI) podjedinica (123 kDa) koja ima visok afinitet prema glikogenu i inhibitor 1 (mala regulatorna podjedinica) čiji fosforilirani oblik inhibira PP1. ■ PP1 je aktivna samo kada je asocirana na molekulu glikogena. Sama PP1 nizak afinitet prema granulama glikogena. G podjedinica doprema PP1 u granule glikogena , u blizinu supstrata na koje može djelovati (to su fosforilirani enzimi ragradnje i sinteze glikogena).

■ Katalitičko djelovanje PP1 blokira fosforilirani oblik inhibitora 1. Stupanj fosforilacije inhibitora 1 je pod hormonskom kontrolom. Nefosforilirani oblik inhibitora 1ne blokira katalitičko djelovanje PP1.

Mehanizam regulacije protein fosfataze 1 (PP1) koja se vezuje na glikogen.

Aktivacija kaskade cAMP dovodi do inaktivacije PP1.Dvije komponente kompleksa PP1 i same su supstrati za protein kinazu A.

■ Fosforilacija G podjedinice PP1 djelovanjem protein kinaze A sprječava vezivanje katalitičke podjedinice PP1, a time i njen dostup supstratima.

■ Fosforilacija inhibitora 1 djelovanjem protein kinaze A blokira katalitičku aktivnost PP1.

Ova C podjedinica sama ima nizak afinitet prema glikogenu. Nju ce do glikogena dopremiti G podjedinica.. Treca podjedinica je ovaj mali inhibitorni protein. Sta se sad desava?!Kada je potrebno da PP1 bude blokirana, oni hormoni, oni enzimi koji vrse fosforilaciju enzima za razgradnju glikogena i time doprinose razgradnji, moraju sad izvrsiti fosforilaciju na tacno odredjenim mjestima PP1 da bi ona bila blokirana. Evo ako je u pitanju glukagon ili adernalin. Oni ce uRrditi sljedece: kad se aktivira protein kinaza A, ona ce izvrsiti fosforilaciju ove podjedinice G na PP1. A fosforilirani oblik G vise ne moze vezati kataliticku podjedinicu C. Prema tome blokirana je doprema C podjedinice do glukogena. A s druge strane, protein kinaza A ce fosforilirati mali inhibitorni protein, koji ce sad kao takav vezati kataliticku podjedinicu i stvoriti kompleks u kome je PP1 inaktivna!I time je hormonima pokrenuta fosforilacija podjedinica PP1, dovela do inhibicije PP1.

Hormon inzulin stimulise glikogenezu u jetri. Objasnite molekulski mehanizam kojim inzulin, posto se veze na inzulinski receptor, podrzava sintezu glikogena !

Inzulin stimulira sintezu glikogena tako što aktivira protein fosfatazu 1 (PP1).

► Kod visokih nivoa glukoze u krvi inzulin stimulira sintezu glikogena tako što pokreće put aktivacije protein fosfataze 1 (PP1).

► Aktivacijom PP1 inzulin istovremeno isključuje glikogenolizu. Inzulin ▼ Aktiviran receptorski protein ▼ ▼ Aktivirane na inzulin osjetljive protein kinaze ▼Fosforilacija G (RGI) na mjestu koje se razlikuje od onoga koje fosforilira protein kinaza A (pod kontrolom glukagona) ▼ Vezivanje PP1 sa RGI i granulom glikogena ▼ Defosforilacija glikogen sintaze, fosforilaza kinaze i glikogen fosforilaze

■ Defosforilirana glikogen sintaza – katalitički aktivna ■ Defosforilirana fosforilaza kinaza – katalitički inaktivna

Sustina je slijedeca : da ce inzulin aktivirati PP1 tako sto ce pokrenuti fosforiliciju R podjedinice na mjestu koje se razlikuje od mjesta fosforilacije koje je pod kontrolom glukagona.Tako fosforilirana R ili G podjedinica ce dopremiti kataliticku podjedinicu u granulu glikogena i izvrsit ce se defosforiliacija enzima razgradnje i same glikogen sintaze.

• Na koji nacin djeluje glukagon na metabolizam glikogena?• Glukagon se vezuje za svoje receptore i katalizira se zamjena GDP-a sa GTP-om na

alfa podjedinici. Onda disocira i aktivira adenilat ciklazu koja stvara cAMP koji je alostericki aktivator PKA. PKA fosforilise fosforilazu kinazu na beta podjedinici, i ona prelazi u kataliticki aktivan oblik.PKA fosforilacijom takodje inaktivira glikogen sistetazu.

• Objasni ulogu PP1 u regulaciji metabolizma glikogena• -PP1(Protein fosfataza 1) ponistava regulatorne efekte kinaza u metabolizmu

glikogena. PP1 defosforilacijom inaktivira fosforilaza kinazu i glikogen fosforilazu i tako smanjuje stupanj razgradnje glikogena.

• -uklanja fosfatnu grupu sa glikogen sintaze(beta) i prevodi ovaj enzim u kataliticki aktivan oblik(alfa)

• Koje su 3 komponente koje sadrzi PP1?• Kompletan kompleks cine 3 komponente:sama PP1 37 kDa kataliticka podjedinica,

G(Rɞ) podjedinica 123 kDa koja ima visok afinitet prema glikogenu, i inhibitor 1(mala regulatorna podjedinica)ciji fosforilirani oblik inhibira PP1.

Stvaranje acetil-CoA iz piruvata

Oksidativna dekarboksilacija

U matriksu mitohondrija, piruvat se na kompleksu piruvat dehidrogenaze, oksidativno dekarboksilira u acetil-CoA.

Ova ireverzibilna reakcija veza je između glikolize i citratnog ciklusa.

Acetil-CoA dalje može ući u citratni ciklus, da ide dalja oksidacija, te da nastane CO2 odnosno da se dobije energija, ili, drugo, acetil-CoA može ići u biosintetske puteve, da se iz njega sintetiziraju masne kiseline, holesterol itd..

Reakcija zahtjeva sudjelovanje 5 koenzima od kojih su 4 vezani za vitamine, 3 su koenzima prostetske skupine , 2 su koenzim kosupstrati u ovoj reakciji.

Kompleks piruvat dehidrogenaze cine 3 enzima:- enzim E1 koji se I sam zove piruvat dehidrogenaza, kao prostetsku skupinu sadrzi tiamin pirofosfat, on ce izvrsiti reakciju dekarboksilacije I oksidacije piruvata,-enzim E2 se naziva dihidrolipoil transacetilaza, on ce acetilnu skupinu koja je tioesterski vezana na lipoamidnu skupinu prenijeti na SK skupinu CoA I nastat ce acetil CoA,- enzim E3 kao prostetsku skupinu sadrzi FAD, naziva se dihidrolipoil dehidrogenaza, on treba reduciranu lipoamidnu skupinu enzima E2 prevesti u oksidirani oblik, tada FAD prelazi u reducirani oblik FADH2, ovdje je neobicno to sto ce se reducirajuci ekvivalenti sa FADH2 enzima E3 prenijeti na NAD+ koji je konacni akceptor reducirajucih ekvivalenata. NAD+ je oksidans u ovoj reakciji oksidativne dekarboksilacije. Prenos reducirajucih ekvivalenata uvijek ide u obrnutom smijeru.

TPP je konzimski oblik vitamina B1. Njegov reaktivni oblik je tiazolni prsten. Zbog pozitivnog naboja na N atomu, C2 atom ima kiseli karakter, i lako se disocira proton. Ako se disocira proton, onda ostane elektroski par, pa nastane karbanion. U kojim reakcijama on sudjeluje? On ima važnu ulogu u cijepanu veza koje su u blizini karbonilne skupine, kao npr. Dekarboskilacija alfa-keto-kiselina. (Primjer : Alkoholno vrenje, kada je piruvat dehirogenaza za TPP-om katalizirala reakciju nastajanja aldehida, pa je onda on reduciran u etanol. Tj. Imali smo cijepanje veze u blizini karbonilne skupine). Drugo u čemu ovaj enzim sudjeluje je u hemijskim preuređenima u kojima se aktivirana aldehidna grupa prenosi sa jednog C atoma na drugi. (primjer: u trasketolaznoj reakciji predhodne lekcije). Funkcionalni dio je znači tiazolni prsten sa kiselim protonom na C2. Kod karaniona imamo pozitivan naboj koji uvijek privlači elektrone te olakšava cijepanje veza.

Stvaranje acetil-CoA iz piruvata

Oksidativna dekarboksilacija

REGULACIJA OKSIDATIVNE DEKARBOKSILACIJE

•Alostericka regulacija zavisi od onih produkata, odnosno signalnih molekula unutar same celije. Dva su alostericka efektora kompleksa piruvat dehidrogenaze:1. Acetil coA, visoki nivoi acetil coA alostericki inhibiraju enzim E2,2. NADH, visoki nivoi je alostericki inhibirati enzim E3.•Regulacija reverzibilnom fosforilacijomFosforilaciju ce vrsiti protein kinaza, vrsi fosforilaciju specigicnog serinskog ostatka enzima E1. Ako je enzim fosforiliran onda je kataliticki inaktivan. Defosforilaciju ce uraditi protein fosfataza. Visoki nivoi NADH,ATP I acetilCoA ce pokrenuti protein kinazu, odnosno fosforilaciju. Ako se smanjuje nivo ATPa, smanjuje se aktivnost protein kinaze a povecava protein fosfataze. Visoki nivoi piruvata I ADP su alostericni aktivatori proteinfosfataze.•U vecini slucajeva protein fosfataza je I pod hormonskom regulacijom. U jetri ce se adrenalin vezati za α1, transdukcija ide kaskadom fosfatidil inozitol 4,5 bisfosfat, pa ce onda IPA djelovati tako d ace se povisiti koncentracija Ca jona, povisena koncentracija ovih jona isto aktivira fosfo protein fosfatazu.Sudbina acetilCoA – ide u citratni ciklus, u oksidaciji stvaranje reduciranih koenzima koji ce se dalje oksidirati u mitohondrijskom lancu za transport elektrona. Cilj ovih puteva je da se dobije energija u obliku ATPa. AcetilCoA moze da ide I u put stvaranja masnih kiselina, onda se iz viska masnih kiselina sintetiziraju triacil-gliceroli.Inzulin stimulira glikolizu u jetri, dok je glukagon inhibira. Inzulin vrsi aktiviranje protein fosfataze koja vrsi defosforilaciju piruvat dehidrogenaze, I prevodi je u kataliticki aktivni oblik. Glukoza nastala aktiviranjem glikolize prevodi se u piruvat koji oksidativnom dekarboksilacijom prelazi u acetil CoA, koji se dalje koristi pri stvaranju gradivnih blokova za stvaranje masnih kiselina, a kasnije I masti. Sav visak neiskoristene glukoze prevodi se u masti.

GENSKI DEFEKT AKTIVNOSTI PROTEIN FOSFATAZE

Postoji genski defekt aktivnosti protein fosfataze, tad se kompleks piruvat dehidrogenaze odrzava u fosforiliranom , kataliticki neaktivnom stanju. U ovim uslovima se piruvat prevodi u laktat da bi se odvijala glikoliza, tad nastaje laktatna acidoza, snizen je pH krvi. Ovo stanje posebno steti nervnom tkivu.Usljed smanjenog unosa tiamina, vitamina B1 dolazi do bolesti koja se naziva beri-beri. To je ozbiljno oboljenje sa neuroloskim I kardioloskim simptomima. Javlja se u zemljama DI, kod ljudi koji konzumiraju poliranu rizu, tiamin se nalazi samo u ljuskicama rize. Mozak svoje energetske potrebe podmiruje iskljucivo iz glukoze u krvi. Ta ce glukoza ici u proces glikolize. Neka druga tkiva mogu koristiti katabolizam masti za dobijanje energije, nije im potreban vitamin B1, dok to nije slucaj sa mozgom. Tri su enzima zavisna od tiamina: piruvat dehidrogenaza, αketoglutarat dehidrogenaza (citratni ciklus) I transketolaza (ciklus pentoza fosfata). Usljed nedostatka tiamina imamo povisen nivo piruvatai αketo glutarata u krvi. Imamo povisenu reakciju okidativne dekarboksilacije αketo glutarata u sukcinil CoA. Sve ovo dovodi do smanjenog metabolizma usljed ne stvaranja ATPa, tako nastaju neuroloski poremecaji uzrokovani nedostatkom tiamina. Slicne simptome beri-beri moze izazvati trovanje arsenitom ili zivom. Arsenit AsO3 3-. Oni se mogu vezati za SH skupinu reduciranog dihidrolipoila(lipo amidna), pa kompleks piruvat dehidrogenaze ne moze da funkcionise, jer blokiraju enzim E2. Tioilni reagensi (imaju SH skupinu) uzimaju se kao antidote, npr. 2,3 dimerkaptopropanol (ima dvije SH skupine koje se sad takmice sa lipoamidnom I skidaju Hg ili arsenit sa kompleksa), produkti detoksikacije izlucit ce se putem urina.

Karboksilacija piruvata u oksalacetat

Ovu reakciju katalizira piruvat karboksilaza. Prostetska skupina ovog enzima je biotin, to je specijalizirani nosac C1 grupe, grupe sa jednim C atomom u njenom najoksidiranijem obliku, u obliku CO2. Biotin je kovalentno, amidnom vezom, vezan na Ɛ-amino grupu Lys ostatka, gradeci biotinil-enzim.Biotin je strukturno ciklicki derivat uree koja sadrzi tiofanski prsten.Karboksilna skupina je amidno vezana sa Ɛ-amino skupinom Lys ostatka u aktivnom mjestu.Reakcije karboksilacije zahtjeva utrosak ATP-a I u sustini za karboksilaciju piruvata je potreban bikarbonatni jon,a bikarbonatni jon nastaje iz CO2 I H2O koji daju karbonatnu kiselinu koja onda disocira.Ovaj nitrogen iz biotina ce nukleofilno napasti karbonilnu skupinu bikarbonatnog jona,a oksigen bikarbonata ce nukleofilno napasti Ɣ fosfat(atom fosfora).U prvoj fazi reakcije stvarat ce se mjesoviti anhidrid bikarbonata i anorganskog fosfata koji ima anhidridnu vezu,a nakon toga doci ce do karboksilacije biotina i nastat ce karboksi-biotinil enzim.U drugom stupnju reakcije ce se karboksilna skupina prenijeti sa karoksi-biotinil enzima na piruvat i izvrsit ce se karboksilacija piruvata uz nastajanje oksalacetata,enzim se vraca u prvobitni oblik karboksi biotinil-enzim.Piruvat se nalazi u obliku kao enolatni anjon. Biotin je vitamin H.

--rekacija kojom se direktno odrzava nivo oksalacetata !!!!! glavnu anapletorsku reakciju citratnog ciklusa kojom se odrzavaju nivoi intermedijera citratnog ciklusa

• Galaktoza se u glikolitički put uključuje tako što se prevodi u metabolite glukoze.

• U četiri stupnja galaktoza se prevodi u glukoza 6- fosfat.

• ►Prva reakcija konverzije galaktoze u metabolit glukoze je fosforilacija galaktoze u galaktoza 1-fosfat koju katalizira galaktokinaza.

• ►Galaktoza 1-fosfat potom prihvata uridilnu grupu sa UDP-glukoze, intermedijera u sintezi glikozidnih veza. Reakciju katalizira galaktoza 1-fosfat uridil transferaza. Nastaju glukoza 1- fosfat i UDP-galaktoza.

• ►Galaktozni dio UDP-galaktoze potom epimerizira u glukozni. Konfiguracija –OH grupe na C- 4 atomu mijenje se djelovanjem UDP-galaktoza 4-epimeraza.

• Zbir reakcija koje kataliziraju kinaza, transferaza i epimeraza je:

• Gakaktoza + ATP → glukoza 1- fosfat + ADP + H+

• ►Glukoza 1-fosfat izomerizira u glukoza 6- fosfat djelovanjem fosfoglukomutaze.

• ○ Konverzija UDP-glukoze u UDP-galaktozu, djelovanjem UDP-galaktoza 4-epimeraze, je reverzibilna. To je od esencijalne važnosti za sintezu galaktozilnih ostataka u složenim polisaharidima i glikoproteinima, ukoliko količina galaktoze unesene putem hrane ne odgovara potrebama.

•

•

ULAZAK GALAKTOZE U GLIKOLITICKI PUT

Galaktozemija

Klasična galaktozemija –

naslijeđeni deficit aktivnosti enzima galaktoza 1-fosfat uridil transferaze.

► Dojenčad prestaju da napreduju. Nakon konzumiranja mlijeka povraćaju i imaju dijareju, česti su uvećenje jetre i žutica, koji ponekada napreduju ka cirozi. Stvara se katarakta, česti su letargija i retardiran mentalni razvoj. Nivo galaktoze u krvi značajno je povišen, a galaktoza je prisutna i u urinu.

● Definitivan kriterijum za dijagnozu je odsustvo galaktoza 1- fosfat uridil transferaze u eritricitima.

● Tretman koji se najčešće primijenjuje je uklanjanje galaktoze (i laktoze) iz prehrane.

► Enigma galaktozemije je u sljedećem –

mada uklanjanje galaktoze iz prehrane sprječava obolijevanje jetre i razvoj katarakte, većina pacijenata još uvijek pati od poremećaja funkcije centralnog nervnog sistema, najčešće kasnog sticanja sposobnosti govora.

Nastajanje katarakte

► Katarakta je zamaglenje očnih sočiva. ● Ukoliko galaktoza 1- fosfat uridil transferaza nije aktivna, aldoza reduktaza prisutna u očnim sočivima, reducira galaktozu u galaktitol.

● Galaktitol je osmotski aktivan, zbog čega voda difundira u sočiva, što potiče stvaranje katarakte.

○ Postoji visoka incidenca stvaranja katarakte kod starije populacije koja konzumira veće količine mlijeka u zreloj dobi.

Hipolaktazija (hypolactasia)

► Uzrokuje je deficit aktivnosti enzima laktaze, koji cijepa laktozu na glukozu i galaktozu.

Šta se događa sa laktozom u intestinumu osoba sa deficitom laktaze?

► Laktoza je dobar izvor energije za mikroorganizme u kolonu i oni je fermentiraju u mliječnu kiselinu uz istovremeno stvaranje metana (CH4) i hidrogena (H2). Nastali gas stvara neugodan osjećaj nadimanja. Mliječna kiselina koju su stvorili mikroorganizmi osmotski je aktivna, kao i nedigestirana laktoza, i povlači vodu u intestinum, što dovodi do dijareje. U težim slučajevima, gas i dijareja sprječavaju normalnu apsorpciju drugih nutrijenata, kao što su masti i proteini.

● Jednostavan tretman je izbjegavanje konzumiranja proizvoda koji sadrže mnogo laktoze. Alternativno enzim laktaza može se ingestirati sa mliječnim proizvodima.

BIOSINTEZA GLIKOGENA

• U jetri glikogen sluzi kao rezervoar glukoze. Razgradnjom se prevodi u glukozu u krvi i distribuira drugim tkivima.U misicima glukoza nastala razgradnjom glikogena metabolizira se glikolizom da bi se obezbjedila ATP energija potrebna za misicnu kontrakciju.

glukokinaza (jetra) D- glukoza + ATP → D- glukoza 6- fosfat + ADP heksokinaza (mišići)• Prvo glukoza u reakcijama gdje se stvaraju glikozidne veze mora se nalaziti u aktiviranom

obliku a to je uridin-difosfat-glukoza.Cak u sustini ako sinteza ide iz same glukoze potrebno je da se ta glukoza fosforilira sa ATP_om ako je u jetri to je glukokinaza ako je u misicima to je heksokinaza,i da nastane glukoza 6 fosfat.

fosfoglukomutaza Glukoza 6- fosfat ↔ Glukoza 1- fosfatSada u sustini glukoza 6 fosfat treba da izomerizira djelovanjem fosfoglukomutaze u glukoza 1

fosfat. glukoza 1-fosfat

Glukoza 1- fosfat + UTP → UDP- glukoza + PP i

uridil transferazaOnda ce glukoza 1 fosfat i uridil 3 fosfat djelovanjem glukoza 1 fosfat uridil transferaze preci u

aktivan oblik uridil di fosfat glukoze kojim ona ide u reakcije stvaranja glikozidnih vezai pri tome ce se ocjepiti anorganski pirofosfat koji ce kasnije djelovanjem pirofosfataze cijepati na 2 molekue anorganskog fosfata.

Predstavite oksidativne reakcije ciklusa pentoza fosfata(formulama.)Uz reakcije napisite enzime koji ih kataliziraju, i koenzima koji u njima sudjeluju odnosno nastaju?

Enzimi su:glukoza 6.fosfat dehidrogenaza,Laktolaza,

Fosfoglukonat dehidrogenaza,fosfopentoza izomerazaKoenzimi:NADH,NADPH

• Enzimi su:glukoza 6.fosfat dehidrogenaza,Laktolaza,Fosfoglukonat dehidrogenaza,fosfopentoza izomerazaKoenzimi:NADH,NADPH

• Glukoza 6.fosfat ulazi u reakciju koju katalizira enzim glukoza 6.fosfat dehidrogenaza, tako da dehidrogenacijom glukoza 6.fosfata biva prevedena u 6.fosfo-glukono-lakton. Ovo je prva reakcija u kojoj se stvara reducirani NADPH.

• Djelovanjem enzima laktonaze, 6 fosfoglukonolakton se prevodi u 6 fosfo glukonat.

• Enzim 6 fosfoglukonat dehidrogenaza katalizira sledecu rekaciju u kojom dolazi do dekarboksilacije uz izdvajanje CO2, te oksidacije gdje se OH skupina prevodi u keto skupinu i u sustini se uklanjaju 2 atoma H. Ovo je druga reakcija u kojoj se stvara NADPH, nastaje fosforilirana ketoza:D ribuloza 5 fosfat.

55

Kljucni enzimi za razgradnju glikogena

1. Glikogen fosforilaza

2. Fosforilaza kinaza

Glikogen fosforilaza i fosforilaza-kinaza se regulisu na 2 nacina:

Reverzibilna fosforilacija i alostericka kontrola.

1)Reverzibilna fosforilacija je pod kontrolom hormona epinefrina,inzulina,i glukagona.

2) alostericka kontrola ovih aktivnosti.Jako se razlikuje alostericka kontrola enzima u misicnoj celiji i onih u jetrenoj celiji,sto je sustini rezultat razlicite namjene glikogena deponovanog u jetri i misicnim celijama:

• mišići koriste glukozu za proizvodnju energije za sopstvene potrebe.

• jetra održava homeostazu glukoze u krvi odnosno cijelom organizmu.

• Objasnite znacaj oksidativnih reakcija ciklusa pentoza fosfata? Odgovorite u kojim tkivima se intenzivno odvijaju reakcije ciklusa pentoza fosfata i zasto?

• Glukoza 6.fosfat ulazi u oksidativne reakcije ciklusa fosfata pentoze sa jednim ciljem:u tim oksidativnim reakcijama se stvara reducirani NADPH. NADPH(reducirani) je reducens,koenzim u beiosintetskim putevima i ove oksidativne reakcije su onaj metabolicki put u kome se stvara reducirani NADPH. Gdje nam to treba? Treba nam u velikom broju tkiva, tamo gdje ide biosinteza mastu u steroida, te se u ovim tkivima ciklus pentoza fosfata intenzivno odvija. Takodje reducirani NADPH j ebitan za odrzavanje redoks potencijala koji se odvija u eritrocitima, u nervnim celijama jer stiti ove celije od reaktivnih vrsta kisika-oksidativno ostecenje.

• Genetski uzrokovan deficit aktivnosti jednog od enzima oksidativnih reakcija ciklusa pentoza fosfata moze dovesti do hemolize eritrocita. Koji je to enzim, i u kojim uslovima i zasto dolazi do pucanja membrana eritrocita?

U nedostatku enzima glukoza 6 fosfat dehidrogenaze u crvenim krvnim zrncima dolazi do inducirane hemoliticke anemije. Put fosfata pentoze je jedini izvor NADPH u eritrocitima, pa je kod nedostatka ovog enzima smanjena i produkcija NADPH. Glavna zadaca NADPH u eritrocitima je redukcija disulfidnog oblika glutationja u sulfhidrilni oblik. Reakciju katalizira glutation reduktaza.

a glutation je bitan za odrzavanje normalne strukture eritrocita i za odrzavanje hemoglobina u Fe 2+ obliku.

Predstavite oksidativne reakcije ciklusa pentoza fosfata(formulama.)Uz reakcije napisite enzime koji ih kataliziraju, i koenzima koji u njima sudjeluju odnosno nastaju?

Koenzimi:NADH,NADPH

Glukoza-6-fosfat ide u ciklus pentoza fosfata. U oksidativnim reakcijama ciklusa pentoza fosfata, stvara se reducira NADPH (reducens u biosintetskim reakcijama, važan za sintezu masnih kiselina,holesterola,steroidnih hormona, nekih neurotransmitera, te nukleotida, ali za redukciju glutationa- zaštitu od oksidativnog oštećenja), te riboza-5-fosfat. Prvo nastaje ribuloza-5-fosfat, koja može da izomerizira u svoj epimer- ksiluloza-5-fosfat, pa u suštini riboza nastati izomerizacijom fosforilirane ketoze u ribozu.

Druge neoksidativne reakcije imaju za cilj da se iz glukoza 6-fosfata sintetizira riboza-5-fosfat za potrebe sinteze nukleotida.

Ovaj put naziva se još i fosfo-gkukonatni put, gdje se u suštini nizom oksidativnih reakcija iz gluk-6-fosfata nastaje reducirani NADPH i riboza-5-fosfat. Zbirno ako prikažemo reakciju, od gluk-6-P uz izdvajanje CO2 (jer imamo prelaz iz heskoze u pentozu), nastaju dvije molekule NADPH.

Reakcije: Gluk-6-P ulazi u reakciju koju katalizira enzim gluk-6-P dehidrogenaza, tako da dehidrogenacijom glu-6-P biva prevedena u 6-fosfo-glukono-lakton. Ovo je prva reakcija u kojoj se stvara reducirani NADPH.

Djelovanjem enzima laktonaze, 6-fosfo-glukono-lakton se prevedi u 6-fosfo-glukonat. Enzim 6—fosfo-glukonat dehidrogenaza katalizira sljedeću reakciju u kojom dolazi do

dekarboskilacije uz izdvajanje CO2 te oksidacije gdje se OH skupina prevodi u keto skupinu i u suštini uklanjaju se 2 atoma H. Ovo je druga reakcija u kojoj se stvara NADPH. Nastaje fosforilirana ketoza: D ribuloza 5-fosfat.

Ona može da izomerizirau riboza-5-fosfat. (Ribuloza-5-P je fosforilirana ketopentoza,a ovo je fosforilirana aldopentoza.) Tada imao reakciju izomerizacije uz djelovanje fosfo-pentoza izomeraze.

Ribuloza-5 fosfat može i epimerizirati u ksliluloza-5-fosfat (i to reverzibilno). Ona je važna za one neoskidativne reakcije ciklusa pentoza fosfata.

Oskidativne reakcije ciklusa pentoza fosfata

• Predstavite neoksidativne reakcije ciklusa pentoze fosfata-formulama. Kako se zovu te reakcije.• Zatim napisiste koji enzimi i koenzimi sudjeluju ili nastaju u ovim reakcijama.• Neoskidativne reakcije ciklusa penzoza fosfata: Nakon nastajanja riboza-5-P odvija se izomerizacija i epimerizacija. Ako se

riboza-5-fosfat prevodi u ksiluloza-5-P onda će ići izomerizacija u ribulozu, pa potom epimerizacija ribuloze u ksilozu. • U neoksidativnom puti funkcioniraju dvije rakcije u kojima će se izvršiti transformacija fosforiliranih pentoza u fosforilirane

heksoza. Jedna od reakcija je transketolazna a druga je transaldolazna reakcija. • Transketolazna reakcija: enzim transketolaza kao prostetsku skupinu sadrži TPP, a on je koenzimski oblik vitamina B1. Ako

posmatramo transketolaznu reakciju imamo sljedeće: sa neke ketoze koja je donor prenosi se C2 skupina (skupina od dva ugljikova atoma), na aldozu koja je akceptor C2 skupine. Kada ketoza izgubi ovu C2 skupinu, onda će preći u aldozu, ali koja ima dva C atoma manje. Dok aldoza, koja je primila 2 C atoma, prelazi u ketozu koja ima 2 C atoma više. U neoksidativnom puutu sa fruktoza-6-P se prenosi C2 jedinica na gliceraldehid trifosfat. Tada fruktoza prelazi u aldozu sa 4 C atoma: eritrosa-4-fosfat. A gliceraldehid trifosfat prelazi u ketozu sa 5 ugljikovim atoma: ksiluloza-5-fosfat. Pogledajmo još jednu konverziju: sedoheptuloza-7-fosfatje ketoza (7C atoma), u trasketolaznoj reakciji prelazi u aldosu sa 5 atoma: ribozu-5-fosfat, a gliceraldehid koji je primio 2 C atoma, prelazi u ksiluloza-5-fosfat. Za odvijanje trasketolazne reakcije neophodan je TPP.

• Pri samoj reakciji, mehanizam reakcije, znači imamo tranketolazu koja kao prostetsku grupu ima- TPP. Reaktivni dio TPP je tiazolni prsten. U njemu je atom N četverovalentan i ima pozitivan naboj, zbog njega H atom na C2 ima kiseo naboj i lako će disocirati proton, na ugljikovom atomu će ostati 2 elektronska para tj. Nastaće karbanjon. On može da napada keto skupinu neke ketoze koja je donor C2 jedinice, i u suštini na TPP sada se kovalnetno vezuje ta ketoza koja je donor C2. Ovo prisutvo pozitivnog naboja će

• olakšavati cijepanje veze na ovom intermedijatu i oslobotit će se riboza-5-fosfat. Na enzim ostaje vezana skupina koja još ima karbanjon. On se sada napasti karbonilni ugljik aldoze koja će biti akceptor C2 jedinice, i iz gliceraldehid trifosfata nastaće ksilulaza-5-P. Ovo je tranketolazna jedinca gdje se C2 jedinica prenosi sa fosforilirane ketoze na aldozu kao akceptor.

• Transaldolazna reakcija: Druga reakcija koja se odvija. Katalizira je enzim tranaldolaza. Ovaj enzim nema prostetsku skupinu te sam izvodi ovu reakciju prenosi. U ovoj reakciji se prenosi C3 jedinica (dihidroksiacetonska jedinica sa 3 C atoma) sa ketoze kao donora na aldozu kao akceptora. Cijeli mehanizam se odvija uz stvaranje Šifovih baza. Sama trasaldolaza u aktivnom mjestu ima lizinski ostatak koji u bočnom lancu ima E(epsilon) amino-skupinu, koja grad Šifovu bazu za keto skupinom ketoze. Protonizacija nitrogena u Šifovoj bazi olakšava cijepanje C-C veze, pri čemu se oslobađa ketoza koja ima 2 C atoma manje.

• Reakcija ide u dva stepena, ali suština je sljedeća: • Prvo se kao Šifova baza na enzim veže ketoza, doći će do protonizacije, otcijepiti će se šećer sa 3 C atoma manje, a onda se

reaguje sa aldozom kaja je akceptor. Tako dolazi do prenosa C3 jedinice sa jednog na drugi šećer. • Neoksidativne reakcije (transaldolazne i transketolazne) (bez obzira na šemu) u potpunosti su reverzibilne!

Neoskidativne reakcije ciklusa pentoza fosfata

Nakon nastajanja riboza-5-P odvija se izomerizacija i epimerizacija. Ako se riboza-5-fosfat prevodi u ksiluloza-5-P onda će ići izomerizacija u ribulozu, pa potom epimerizacija ribuloze u ksilozu.

U neoksidativnom puti funkcioniraju dvije rakcije u kojima će se izvršiti transformacija fosforiliranih pentoza u fosforilirane heksoza. Jedna od reakcija je transketolazna a druga je transaldolazna reakcija.

Neoksidativne reakcije (transaldolazne i transketolazne) (bez obzira na šemu) u potpunosti su reverzibilne!

Shematski prikaz puta koji od šest pentoza (5C) vodi o pet heksoza (6C).

: Riboza 5-fosfat (aldoza) i ksiluloza 5 fosfat (ketoza), prvo u trasketolaznoj reakciji razmijene C2 jedinicu (sa ketoze na aldozu), tako da nastane iz ketoze gliceraldehid trifosfat, a iz aldoze sedoheptuloza-7-fosfat(ketoza). Potom ide transaldolazna reakcija gdje će se C3 jedinica prenijeti sa sedoheptuloze -7-fosfata na gliceraldehid trifosfat. Pri tome će sedoheptuloza preći u aldozu sa 4 C atoma- eritroza-4-fosfat, a gliceraldehid 3-fosfat će preći u fruktozu-6-fosfat. Ova fruktoza-6-fosfat može da izomerizira u glukoza-6-fosfat. Ovako nastaje prva fosforilirana heksoza.

Sada se ponovo odvija transketolazna reakcija u kojoj dolazi do prenosa C2 jedinice sa ksiluloza-5-P na eritroza-4-P. Ksiluloza-5-P prelazi u gliceraldehid 3-P (aldozu), a eritroza prelazi u fruktoza-6-P. (Nastaje druga heksoza, te imamo gliceraldehid 3-P).

U ovom ciklusu se utrošilo 3 fosforilirane pentoze, a dobilo smo 2 fosforilirane heksoze, ali nastao je i gliceraldehid 3-P. Ako se niz reakcija ponovi još jednom, imaćemo da je utrošeno 6 fosforiliranih pentoza, dobilo se 4 fosforilirane heksoze, ali i 2 gliceraldehid 3-P, iz koga se može sintetizirati još jedna molekula fruktoza-6-P (glukonegeneza). 6 fosforiliranih pentoza -> 5 fosforiliranih heksozaOdnosno, iz 5 heksoza, dobićemo 6 pentoza jer su reakcije reverzibilne.

Neoskidativne reakcije ciklusa pentoza fosfata

Reakcije citratnog ciklusa u kojima dolazi do oksidacije ?1) Oksidacija izocitrata do alfa ketoglutarata i CO2

(enzim izocitrat dehidrogenaza)2) Oksidacija alfa ketoglutarata u sukcinil CoA

(enzim komplex alfaketoglutarat dehidrogenaza)3.Oksidacija sukcinata u fumarat(enzim sukcinat dehidrogenaza)

4) Oksidacija malata u oksalacetat(enzim malat dehidrogenaza)

:

• Sema citratnog ciklusa• Napisati :• Enzime koji sudjeluju u reakcijama citratnog ciklusa:• 1.Formiranje citrata-enzim:citrat sintaza• 2.Formiranje izocitrata-enzim:akonitaza• 3.Formiranje alfaketoglutarata-enzim:izocitrat dehidrogenaza• 4.Reakcija oks.dekarbox.alfaketoglut.u sukcinil CoA,enzim:komplex

alfaketoglutarat dehidrogenaza(E1,E2.E3)• 5.Formiranje sukcinata,enzim:sukcinil CoA sintetaza• 6.Oksidacija sukcinata u fumarat-sukcinat dehidrogenaza• 7.Prevodjenje fumarata u L malat,enzim:fumaraza• 8.Oksidacija L malata u oksal acetat,enzim:malat dehidrogenaza• Napisati intermedijere citratnog ciklusa:• Citroil Coa• Cis Akonitat• Oksal sukcinat• 4.• acil fosfat• 6.• Karbanjon• Produkti koji nastaju u reakcijama citratnog ciklusa:• a.Citrat• b.Izocitrat• c.Alfaketoglutarat• d.Sukcinil CoA• e.Sukcinat• f.Fumarat• g.L malat• h.Oksal acetat• Koenzimi u reakcijama citratnog ciklusa:• B.CoA,• C.NAD+,• D.NADH,• E.GDP,• F.GTP,• G.FAD+,• H.FADH2.• E)Krajnji produkt reakcije citratnog ciklusa je, na slici oznacen sa A:• CO2

• Odgovorite koji od enzima citratnog ciklusa je komplex II mitohondrijskog lanca za transport elektrona:

• SUKCINAT DEHIDROGENAZA(Jedini enzim citratnog ciklusa koji je asociran na unutrasnju memnranu mitohondrija)

• Formulama predstavite reackiju koju katalizira ovaj enzim:

• Koliko molekula ATP-a nastaje u procesu citratnog ciklusa, pojasnite.• -Ako sumiramo, na kraju dobijemo konacnu reakciju citratnog ciklusa koja je:• Acetil CoA+3NAD+ +FAD+GDP+Pi+2H2O-------2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H+ + CoASH• Tako da u toku jednog citratnog ciklusa nastanu 3 molekule NADH(2,5 ATPx3) i jedna molekula FADH2(1x1,5),te jedna molekula

GTP-a,koja ce se na kraju pretvoriti u molekulu ATP-a, i kada se sve to izracuna rezultat je 10 mol.ATP-a• 32.Koliko se dobije energije kada se 1.mol Acetil CoA-e uvede u citratni ciklus i njegovi koenzimi odu u oksidativnu

fosforilaciju:• 10mol ATP-A

• Napisite i objasnite glavnu anapletorsku reakciju citratnog ciklusa kojom se odrzavaju nivoi intermedijera citratnog ciklusa:• To je REAKCIJA KARBOKSILACIJE PIRUVATA U OKSAL ACETAT. • Reakcija zahtjeva utrosak ATP-a, i za karboksilaciju piruvata potreban je bikarbonatni jon. Nastaje iz CO2 I H2O i daje karbonatnu

kiselinu koja odmah disocira. • Nitrogen iz biotina ce nukleofilno napasti ovaj karbonilni ugljik u bikarbonatnom jonu. A ovaj atom oksigena bikarbonata ce nukleofilni

napasti gama fosfat(zapravo atom fosfora). I u prvoj fazi reakcije, stvarat ce se mjesoviti anhidrid bikarbonata i anorganskog fosfata. On ima anhidridnu vezu. A nakon toga ce doci do karboksilacije biotina, i nastat ce karboxi biotinil enzim. (Ovo cemo imati kod biosinteze masnih kiselina.) U drugom stupnju reakcije ce se ova karboksilna skupina prenijeti sa karboxi biotinil enzima na piruvat i izvrsit ce se karboksilacija piruvata uz nastajanje oksalacetata.

• *Piruvat je u obliku enolatnog aniona.• Sam komplex piruvat karboksilaze je tetramer i sadrzi 4 identicne jedinice i svaka sadrzi amidno vezan biotin. Enzim ima dva

zasebna aktivna mjesta. Reakcija se odvija u dva stupnja. Biotinilna skupina djeluje kao flexibilna ruka koja se premjesta kada nastane karboxi biotinil na jednom aktivnom mjestu onda ce se kovaletno veza prebaciti u drugo aktivno mjesto gdje ce se izvrsiti karboxilacija piruvata i nastati oksalacetat.

• Navedite naziv enzima koji katalizira tu prostetsku grupu ovog enzima? Koji je vitamin prostetska grupa ovog enzima?• Reakciju karboksilacije piruvata u oksalacetat katalizira enzim koji se naziva piruvat karboksilaza. Ovu reakciju smu susretali u

glukoneogenezi, to je glavna anaklerotsku reakcija za odrzavanje intermedijera citratnog ciklusa, zapravo za odrzavanje nivoa oksalacetata. Prostetska skupina piruvat karboksilaze je biotin, i biotin je koenzim i specijalizirani nosac C1 grupe u njenom najoksidiranijem obliku karboxi grupe(COO-), to je grupa sa samo jednim ugljikovim atomom. Biotin je vitamin H. On je kovaletnom amidnom vezom vezan epsilon amidnu grupu lizinskog ostatka i gradi biotinil enzim.

• Biotin je strukturno ciklicki derivat uree koji sadrzi tiofanski prsten. Imamo karboxilnu skupinu koja je amidno vezana za epsilon amino skupinu lizinskog ostatka u aktivnom mjestu enzima.

• Formulama prikazite ovu reakciju. Formulom prikazite prostetsku grupu enzima koji katalizira ovu reakciju:

• Formulama prikazi reakciju koju u glukoneogenezi katalizira enzim oznacen sa 2 a kojom se intermedijer oznacen sa A prevodi u intermedijer B

• Sematski je pretstavljen put kojim se galaktoza prikljucuje na put glikolize odnosno moze se isporuciti u krv u obliku glukoze.

• I na mjestu ispod slike napisi nazive enzima koji kataliziraju u semi pretstavljene reakcije

• 1) galaktokinaza, • 2) galaktoza 1 fosfat uridiltransferaza, • 3) UDP galaktoza 4 izomeraza, • 4) glukoza 6 fosfataza

• Objasni klasicnu galaktozemiju i uzrok njenog nastajanja, te o kakvom tipu oboljenja se radi ?

• - Klasicna galaktozemija pretstavlja nasljedni deficit enzima galaktoza 1 fosfat uridiltransferaze. Dojencad prestaju napredovati, nakon konzumiranja mlijeka povracaju i imaju dijareju, hepatomegaliju i zuticu koja nekad napreduje do ciroze. katarakta, retardacija. Nivo galaktoze u krvi je povisen a galaktoza je prisutna i u urinu. Kriterijum za dijagnozu je odsustvo galaktoza 1 fosfat uridiltransferaze u eritrocitima. . Terapija - ukanjanje galaktoze iz ishrane. Mada vecina pacijenata ima retardaciju, u mogucnosti su da govore. Nekonzumiranje galaktoze sprecava oboljenja jetre i razvoj katarakte.

• Na slici je pretstavljena sinteza arahidonske kiseline iz linolne kis. koja je esencijalna masna kis.

• a) na mjestu ispod slike oznacena sa 1, 2, 3 napisite nazive reakcija i enzima koji kataliziraju date reakcije biosinteze.

• 1. ^6 dezaturaza, • 2. produzavanje sa malonil transacetilazom, • 3. ^5 desaturaza• b) na mjestu ispod slike oznacena sa a, b, c, d, e

napisite nazive ostalih reaktanata i produkata reakcije

• a) O2, • b) NADPH+H+ • c) 2H2O • d) NADP+ • e) malonil CoA• c) odgovorite zasto je linolna kiselina esencijalna

masna kis. i zasto !• - Linolna kis. je prekusor za sintezu arahidonske

kise. iz koje nastaju eiokosanoidi; kovalentno je vezana sa drugom masnom kis. vezanu za cerebrozide u kozi pri cemu nastaju neuobicajeni lipidi (acil glikozil cereizamid) koji pomaze da koza ne propusta vodu; linolna kis. je prekusor sinteze vazne neuronske masne kiseline

• Dugoročna kontrola M.K.(Adaptaciona kontrola)

• - Acetil CoA potreban za sintezu masnih kiselina iz mitohondrija u citosol prenosi citrat.

• Naziv reakcija i enzima koji ih kataliziraju

• 1. kondenzacija ( citrat sintaza) • 2. cjepanje citrata (ATP citrat liaza) • 3. redukcija oksal acetata do malata

(malat dehidrogenaza) • 4. oksidativna dekarboksilacija (malni

enzim)• Naziv spojeba• a. citrat • b. piruvat • c. NADP+H+ • d. NADPH

• Odgovorite koji enzim je kljucna tacka preko koje se kontrolise stupanj biosinteze holesterola i objasnite reakciju koju katalizira !

• - Stupanj u kome ce se holesterol de novo sintetisati visoko zavisi od nivoa holesterola u celiji. Kljucna tacka kontrole je enzim 3 hidroksi 3 metilglutaril CoA reduktaza (HMGCoA reduk.) koji katalizira reakciju prevodjenja MHGCoA u mevalonat.

Objasnite mahanizam, ukljucujuci i transdukciju hormonskog signala, kojim ce glukagon u uslovima snizene glukoze u krvi inhibirati biosintezu glikogena u jetri !

Ili Na koji nacin djeluje glukagon na metabolizam glikogena?

• Glukagon, polipeptidni hormon koji izjučuju α-ćelije pankreasa kada je nivo glukoze u krvi nizak, stimulira razgradnju glikogena u jetri.

• Ako se radi o jetrenim celijama, ako se snizi nivo glukoze u krvi, onda je povecano izlucuje glukagon. Glukagon se veze za specificni glukagonski receptor na plazmi membrani jetrenih celija. Kompleks glukagon-receptor dovodi do aktivacije proteina G. Gs je stimulirajuci. Ta aktivacija ukljucuje zamjenu GDP sa GTP na alfa podjedinici G proteina, cime nastaje Gs protein. On difunduje do adenilat ciklaze, aktivira je i on katalizira sintezu cAMP iz ATP. cAMP je drugi glasnik i on je alostericki aktivator drugog enzima-protein kinaze A.

• Protein kinaza A ima dvije kataliticke i dvije regulatorne podjedinice. Na svakoj od regulatornih podjedinica nalaze se po dva alostericka mjesta za vezanje cAMP. Kada se vezu po dvije molekule cAMP za regulatorne podjedinice, onda ce one disocirati sa katalitickih i onda ce protein kinza A prijeci u kataliticki aktivnu. Kataliticki aktivna protein kinaza A ce izvrsiti fosforilaciju beta podjedinice fosforilaza kinaze, a ova ce onda katalizirati fosforilaciju fosforilaze b u fosforilazu a i onda ce ici razgradnja glikogena, ide glikogenoliza i oslobadja se glukoza-1-fosfat.

• Ako glukagon i adrenalin aktiviraju glikegenolizu oni ce u sustini istovremeno inhibirati sintezu glikogena tako sto ce protein kinaza A fosforilirati glukagon sintazu A i time je inaktivirati jer je ona u aktivnom stanju nefosforilirana. I tu imamo primjer, hormonom pokretanih reverzibilnih fosforilacija u kojima se zavisno od situacija, jedan kataliticki put aktivira a drugi istovremeno inhibira.

• Jedan od mehanizama kojim se kontrolise kolicina ovog enzima ovog enzima u celiji a time i stupanj biosinteze holesterola je kontrola transkripcije njegovog gena. Objasnite mehanizam kojim se kontrolise transkripcija gena za ovaj kljucni enzim !

• - Gen za HMGCoA reduktazu ima sterolno regulatorno mjesto preko koga se kontrolise transkripcija ovog gena. Brzina sinteze mRNK HMGCoA reduktaze kontrolise se putem proteina koji se vezuje na sterolno regulatorno mjesto (SREBP). Kad su nivoi holesterola u celiji niski ovaj se transkripcijski faktor (SREBP) vezuje na kratku DNK sekvencu oznacenu kao sterolni regulatorni element (SRE) na 5 prim kraju gena za reduktazu i pojacava transkripciju gena za HMGCoA reduktazu. U svom inaktivnom obliku, SREBP je lociran na membrani endopl. ret. dje je asociran sa SCAP (protein koji cjepanjem aktivira SREBP). SCAP je senzor za holesterol. Kada nivoi holesterola u celiji opadnu SCAP prati SREBP u maloj membranskoj vezikuli do goldzijevog kompleksa gdje se SREBP odpusta putem dva proteoliticka cjepanja koje sukcesivno vrse serinska proteaza i metalo proteaza. SREBP migrira u nukleus gdje se vezuje na SRE gena HMGCoA reduktaze i nekoliko drugih enzima biosintetskog puta holesterola da bi pojacao transkripciju ovog gena. Kada nivo holesterola u citosolu poraste proteoliticko odpustanje SREBP je blokirano a SREBP prisutan u nukleusu se brzo degradira Transkripcija gena biosintetskog puta holesterola se zaustavlja. Kad su poviseni nivoi sterola u citosolu steroli se vezuju na SCAP i inaktiviraju ga sto dovodi do smanjenja stupnja transkripcije gena za HMGCoA reduktazu.

• Detaljno objasni rezervni transport holesterola i ulogu HDL lipoproteina u rezervnom transportu !• - HDL se sintetizira u jetri i tankom crijevu kao mala proteinima i fosfolipidima bogata cestica sa malo slobodnog

holesterola i bez estara holesterola. Sadrzi apo A I, apo A II, apo A IV, apo C II, apo C III, apo D I i druge apolipoproteine. Nascentne HDL cestice preuzimaju holesterol otpusten u plazmu iz izumrlih celija i embrana koje podlijezu metabolickom obrtu. LCAT asociran na HDL esterificira preuzeti slobodni holesterol koji preko posebnog transportnog proteina (apo D) usmjerava u IDL lipoproteinske cestice. Nastaju LDL lipoproteinske cestice. Putevima reverznog transporta HDL cestice preuzimaju holesterol

• uskladisten u celijama perifernih tkiva i vracaju ga u jetru. Za HDL lipoproteine se smatra da imaju zastitnu ulogu i da sprecavaju razvoj koronarne bolesti. Lipidima siromasne pre beta HDL cestice koje sadrze apo A I sintetiziraju se u jetri i intestinalnoj mukozi i otpustaju u cirkulaciju. Putem apo A I. pre beta HDL cestice stupaju u interakciju sa ABC1 transporterom u membrani makrofaga arterijskog zida i preuzimaju suvisni slobodni holesterol iz ovih celija. LCAT prisutan u plazmi prevodi ovaj slobodni holesterol u estre holesterola pri cemu pre beta HDL cestice sazrijevaju u zrele alfa HDL cestice. Holesterol prisutan u alfa HDL cesticama transportuje se u jetru direktnim i indirektnim putem. * Direktni put - Hepatociti putem SR-B1 receptora selektivno prihvataju estre holesterola sa zrelih alfa HDL cestica. Indirektni put - estri holesterola zrelih alfa HDL cestica zamjenjuju se za triacilglicerole koji su prisutni u lipoproteinskim cesticama koje sadrze apo B (VLDL, LDL) putem CEPT (protein koji transportuje estre holesterola). LDL lipoproteine prihvataju hepatociti endocitozom uz posredovanje LDL receptora. Holesterol koji je vracen u jetri izlucuje se u obliku zucnih soli i kao holesterol

• Glicerol nastao lipolizom triacilglicerola u adipoznom tkivu, u jetri se moze metabolizirati u dihidroksiaceton fosfat putem dvije enzimski katalizirane reakcije. Napisite te reakcije, navedite enzime koji ih kataliziraju i koenzime koji u njima sudjeluju. Objasnite znacaj ovih reakcija u metabolizmu gorivnih supstanci !

• Glicerol nastao lipolizom se fosforilira i oksidira u dihidroksiaceton fosfat, koji se zatim izomerizira u gliceraldehid 3 fosfat. Taj je spoj medjuprodukt i kod glikolize i kod glukoneogeneze. Prema tome, glicerol moze u jetri, koja sadrzi posebne enzime, preci u piruvat ili u glukozu. Moguc je i obrnut proces, u kojem se dihidroksiaceton fosfat reducira u glicerol fosfat. Hidroliza pomocu fosfataze daje tada glicerol. Prema tome, glicerol lako prelazi u interprodukte glikolize i obrnuto.

• Na slici je predstavljena biosinteza i razgradnja triacilglicerola u masnom tkivu.

• a)glukoza • b)glicerol 3 fosfat • c) VLDL lipoproteini • d)masna kiselina • e)masni acil CoA • 1)hormon senzitivna

lipaza

• Reakcijama pretstavi sintezu triacilglicerola u masnom tkivu !

Hilomikroni, sema njihovog metaboliziranjaTo su cestice kojima se iz intestinuma do drugih tkiva

transportuju triacilgliceroli ali i druge lipidne supstance unesene u organizam putem hrane. Imaju visok sadrzaj triacilglicerola. Sintetiziraju se na EPR epitelnih celija koje oblazu tanko crijevo i limfnim sistemom oticu u krv. Apolipoprotein karakteristican za hilomikrone je apo B 48 koji ostaje cvrsto vezan na hilomikrone tokom njihove cirkulacije. U krvi stupaju u interakciju sa HDL sa koga prihvataju apo C II. Tako se pripremaju za glavnu funkciju a to je prenos masnih kiselina u misicne celije i adipocite. Pri prolasku kroz kapilare vezuju se na lipoprotein lipazu. Apo C II olaksava vezivanje i djeluje kao aktivator lipoprotein lipaze. Hidrolizom triacilglicerola oslobodjene masne kiseline ulaze u celije perifernih tkiva. U adipocitima se iz ovih masnih kiselina resintetisu TAG kao rezervna gorivna supstanca. Posto oslobode odredjene kolicine TAG hilomikroni prelaze u manje lipoproteinske cestice osiromasene TAG i bogate holesterolom, koje se zovu ostaci hilomikrona. Oni stupaju u interakciju sa HDL lipoproteinima prisutnim u krvi pri cemu se apo C II vraca na HDL u zamjenu za apo E koji sa HDL prelazi na ostatak hilomikrona. Ostaci hilomikrona putem krvi dospjevaju do jetre koja ih preuzima endocitozom uz posredovanje receptora prisutnog na plazma memb. jetrenih celija.

• Nacrtajte i objasnite put sinteze VLDL iz glukoze u jetri !

• Masne kiseline koje,kao gorivne supstance koje nisu iskoristene za dobijanje energije,u jetri se prevode u triacil glicerole i ugradjuju u lipoproteinske cestice oznacene kao VLDL lipoproteini(lipoproteini veoma male gustine-pre svega beta lipoproteini).VLDL sadrze endogene triacilglicerole(triglicerola sintetizovanih u jetri),fosfolipide kao i holesterol koji porekoracuje potrebe jetre u njegovom esterificiranom i slobodnom obliku.

• Od apolipoproteina sadrze apo B100,apo CI,apo CII,apo CIII, i apo E. Ovi lipoproteini se putem krvi transportiraju iz jetre i misica i masnog tkiva,gdje aktivacijom lipoprotein lipaze usidrene na stijenkama kapilara pomenutih tkiva sa apo CII,dolazi do otpustanja masnih kiselina sa triacilglicerola koji se nalaze u VLDL lipoproteinima. Oslobodjene masne kiseline preuzimaju celije pomenuitih tkiva. Celije masnog tkiva preuzete masne kiseline koriste za resintezu triacilglicerola, koje kao rezervnu gorivnu supstancu skladiste u citosolu u obliku masnih kapljuca. Misicne celije ih prvenstveno oksidiraju da bi obezbjedile potrebnu energiju. Pri tome VLDL proteini prelaze i IDL lipoproteinske cestice,oznacene i kao ostaci VLDL lipoproteinske cestice(ostaci VLDL lipoproteina),koje su bogate esterima holesterola.IDL(Lipoproteini intermedijerne gustine)imaju dvojaku sudbinu:

• polovinu njih iz cirkulacije putem endocitoze preuzima jetra(endocitoza se odvija uz posredovanje receptora koji prepoznaje apo E na lipoproteinskoj cestici.

• Druga polovina IDL lipoproteina obogadjuje se esterificiranim holesterolom,tako sto ga preuzima s HDL lipoproteina i pri tome prelazi u LDL lipoproteine.(to je vazan put nastajanja LDL lipoproteina)

• Za sintezu palmitinske kis. na kompleksu sintaze masnih kis. potrebno je utrositi 8 molekula acetil CoA. Koliko molekula acetil CoA treba da se karboksilira u malonil CoA za sintezu palmitinske kis. na ovom kompleksu ?

• -Palmitol CoA + 7CoA +7FAD + 7NAD+ + 7H2O ---> 8 acetil CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+• Za palmitinsku kis. treba ponoviti sedam ciklusa i pri tome nastaje:• 7NADH x 2.5 = 17.5 ATP i 7FADH2 x 1.5 = 10.5 ATP. To je 28ATP - 2ATP iskoristena za oksidaciju

masne kis. pa je ukupna dobit 26ATP. Acetil CoA ulazi u citratni ciklus gdje za jednu molekulu dobijemo 10ATP. U oksidaciji palmitinske kis. nastaje 8 acetil CoA sto znaci 80ATP pa je za potpunu oksidaciju masne kis. energetska dobit 106ATP.

• 48. Kod osoba sa deficitom tiamina, uzrokovanim nedovoljnim unosom tiamina putem hrane, pojavljuju se znaci neuroloskog premecaja, kao sto su gubitak refleksa i mentalna konfuzija.

• a) Objasnite zasto deficit tiamina primarno uzrokuje promjene u funkciji mozga !• -Avitaminoza i nedovoljan unos tiamina oznacava nedovoljno TPP kao koenzima pa je kompleks piruvat

dehidrogenaze inaktivan i nastaju neuroloska oboljenja. Mozak je potpuno zavisan o glukozi za razliku od nekih tkiva koja mogu koristiti npr masne kis. pa zaobilaze komplex piruvat dehidrogenaze.

• b) Koji enzimski kompleksi sadrze tiamin profosfat kao prostetsku grupu ?• - TPP je prostetska grupa u tri vazna enzima: piruvat dehidrogenaza, alfa ketoglutarat dehidrogenaza i

transketolaza.• c) Koje vazne reakcije kataliziraju ovi enzimski kompleksi ?• -Transketolaza prenosi dikarboksilne jedinice sa jednog secera na drugi. Oksidacijsku dekarboksilaciju

piruvata pri stvaranju acetil CoA katalizira kompleks piruvat dehidrogenaze.• Oksidacijsku dekarboksilaciju alfa ketoglutarata katalizira enzimski kompleks alfa ketoglutarat

dehidrogenaze.• d) Strukturno prikazite TPP !

• reakcijama pretstavite proces ketogeneze• 1) 3-ketotiolaza• 2) 3 hidroksi 3 metil glutaril CoA sintaza• 3) 3 hidroksi 3 metil glutaril CoA liaza• 4) 3 hidroksibutirat dehidrogenaza• 5) acetoacetat dekarboksilaza• -Objasnjenje reakcije: Kondenzacijom dvije

molekule acetil CoA nastaje acetoacetil CoA uz izdvajanje redukovanog CoA. Reakciju katalizuje beta keto tiolaza. U sledecem stupnju kondenzacije se treca molekula acetil CoA uz pomoc vode. Reakciju katalizuje 3 hidroksi 3 metil glutaril CoA sintaza. U sledecoj reakciji od 3 hidroksi 3 metil glutaril CoA se uz pomoc HMGCoA liaze otcjepi molekula acetil CoA i nastaje prvo ketonsko tjelo - acetoacetat. Aceto acetat se moze reverzibilno uz pomoc NAD+ i enzima 3 hidroksi butarat dehidrogenaze pretvoriti u betahidroksibutirat. Koliko nastaje acetoacetata i betahidroksibutirata zavisi od odnosa NAD+/NADH u mitohondrijama. Acetoacetat takodje spontano dekarboksilacijom se moze prevesti u aceton.

Reakcijama pretstavite proces ketogeneze

• Odgovorite u kojim stanjima dolazi do intenzivne sinteze ketonskih tijela i dajte objasnjenje zasto !• -Kada acetil CoA ne moze uci u ciklus limunske kiseline, jer nema dovoljno oksalacetata, stvaraju se ketonska

tjela. Pri gladovanju i pri dijabetesu oksalacetat se upotrebljava za sintezu glukoze, pa ga nema dovoljno za kondenzaciju sa acetil koenzimom A. Uz te uvjete acetil CoA skrece u smeru stvaranja acetacetata i hidroksibutirata. Acetoaceton, aceton i D hidroksibutirat se ponekad nazivaju ketonskim tjelima.

• Pojasnite znacaj ketonskih tjela kao gorivnih supstanci !• -Najvaznija promjena nakon otprilike tri dana gladovanja je nastanak velikih kolicina ketonskih tjela u jetri. Sinteza

tih spojeva znatno poraste jer ciklus limunske kiseline ne moze oksidirati sve acetilne jedinice nastale razgradnjom masnih kiselina. Oksalacetat potreban za ulazak acetil CoA u ciklus limunske kiseline potrosi se za glukoneogenezu. Zbog toga jetra proizvodi i otpusta krv velike kolicine ketonskih tjela. U to vrijeme i mozak pocinje trositi znatne kolicine acetoacetata umjesto glukoze. Nakon tri dana gladovanja oko trecinu energetskih potreba mozga zadovoljavaju ketonska tjela. I srce upotrebljava ketonska tjela kao metabolicko gorivo. Ova promjena u izboru goriva naziva se ketozom. Nakon nekoliko sedmica gladovanja ketonska tjela postaju glavno metabolicko gorivo u mozgu. Mozgu je tada potrebno samo oko 40g glukoze na dan, u usporedbi sa oko 120g na pocetku gladovanja. Potrebu za glukozom uspjesno smanjuje prevodjenje masnih kis. u ketonska tjela u jetri, te njihova upotreba kao metabolicko gorivo u mozgu.

• Odgovorite i obajsnite zasto u teskim slucajevima diabetes melitusa dolazi do ketoacidoze !• -Glukagon stimulise lipolizu u masnom tkivu. Velike kolicine masnih kiselina, vezane na albumin krvne plazme,

dospjevaju u jetru. Glukoneogeneza trosi oksalacetat, pa je nedovoljno oksalacetata, pa je nedovoljno oksalacetata da bi se sav acetil CoA nastao beta oskidacijom masnih kis. uveo u citratni ciklus. Aktivira se proces ketogeneze. Rezultat pojacane lipolize u adipoznom tkivu i ubrzane oskidacije masnih kis. u jetri je ketoacidoza.

• Kljucna tacka preko koje se kontrolira biosinteza masnih kiselina je enzim acetil CoA karboksilaza.

• a) Napisite i objasnite reakciju koju katalizira ovaj enzim !• Sinteza masnih kis. zapocinje karboksilacijom acetil CoA u malonil CoA. Ta ireverzibilna

reakcija predstavlja odlucujuci korak u sintezi masnih kis. Sintezu malonil CoAkatalizira acetil CoA karboksilaza, enzim koji sadrzi biotin kao prostetsku grupu. Karboksilirana grupa je kovalentno vezana za eta amino grupe lizinskog ostatka. Najprije nastaje karboksi biotinski produkt na racun hidrolize ATP. Zatim se aktivirana CO2 grupa prenosi sa tog medjuprodukta na acetil CoA pa nastaje malonil CoA.

• .Sema regulacije aktivnosti acetil CoA karboksilaze.

• Na 1 i 2 dopisite enzime, na a naziv alosterickog aktivatora a na b inhibitora, na A naziv hormona koji stimulira enzim oznacen sa 2.AMP 1)aktivirana protein kinaza

• 2) protein fosfataza 2A• a) citrate• b) AMP I palmitol CoA• A ) inzulin

• Objasnite hormonsku regulaciju aktivnosti acetil CoA karboksilaze !• -Povecane kolicine inzulina stimuliraju aktivnost acetil CoA karboksilaze A nasuprot njemu glukagon i adrenalin inhibiraju

aktivnost ovog enzima. Ako djeluje glukagon vezuje se za receptor i pokrece kaskadu adenilat ciklaze koja ce fosforilisati protein fosfatazu 2A a fosforilisani oblik je kataliticki inaktivan. Inzulin stimulira biosintezu masnih kis., stimulise aktivnost acetil CoA karboksilaze. Stimulacijom protein fosfataze 2A ona se prevodi u kataliticki aktivan oblik.

• Kompleks A mitohondrijskog lanca za transport elektrona ?• -Taj tip kompleksa sadrzi 4 atoma zeljeza, 4 anorganska sulfida i 4 cisteinska ostatka. Atom zeljeza u tim FeS kompleksima

moze biti u reduciranom (Fe2+) ili u oksidiranom (Fe3+) obliku. NADH-Q reduktaza sadrzi komplekse tipova (Fe2S2) i (Fe4S4). Elektroni se prenose sa centara zeljezo-sumpor enzima NADH-Q reduktaze na koenzim Q.

• Koenzim Q je derivat kinona a ima dugi izoprenoidni rep koji cini molekulu izrazito nepolarnom i to omogucuje brzu difuziju u ugljikovodonicnoj fazi unutarnje mitohondrijske membrane. Koenzim Q je jedini nosac elektrona u respiracijskom lancu. Q ima ulogu vrlo pokretljivog nosaca elektrona izmedju flavo proteina i citohroma u lancu za prenos elektrona.

• a) Zokružite tačnu tvrdnju, beta oksidacijom propionil – CoA (C17) nastane: (pojasnite, 2 boda)• Propionil – CoA i 5 Acetil – CoA• Propionil –CoA i 6 Acetil – CoA• Propionil - CoA i 7 Acetil – CoA (tačan odg)• Tačan odgovor je treći, zato što u svakom krugu beta oksidacije Propionil-CoA lanac pomenute masne kiseline se smanjuje

za dva C atoma, što će značiti 7 krugova i nastanak 7 molekula Acetil- CoA.• b) Oksidacija Propionil – CoA, objasnite. (2 boda)• Propionil- CoA se karboksilira uz utrošak ATP-a i nastaje D izomer metilmalonil CoA. Reakciju katalizira propionil – CoA

karboksilaza, enzim koji kao prostetsku skupinu sadrži biotin. D izomer metilmalonil – CoA se izomerizira u L izomer metilmalonil – CoA, enzim koji katalizira ovu reakciju je Metilmalonil – CoA izomeraza (racemaza). L-metilmalonil – CoA se prevodi u sukcinil – CoA djelovanjem, metilmalonil – CoA mutaze. Metilmalonil – CoA mutaza kao koenzim sadrži derivat vitamina B12.

• c) Značaj oksidacije Propionil-CoA ( 1 bod) • Propionil – CoA se može beta oksidacijom prevesti u sukcinil – CoA koji je intermedijer citratnog ciklusa i može da se

prevede u oksalacetat iz koga može da ide proces glukoneogeneze i stvaranje glukoze iz nešećernih komponenti, koju onda mogu iskoristiti druga tkiva.

• Detaljno objasnite reverzni transport holesterola i uloga HDL lipoproteina u reverznom transportu. • Ispraznjene HDl cestice takodjer mogu prihvatiti holesterol uskladisten u ekstrahepatickim tkivima i dopremiti ga u jetru,

putem tzv reverznog transporta holesterola. U jednom putu reverznog transporta dolazi do interakcije nascentnog HDL s SR-BI receptorima holesterolom bogatih celija i pri tome se odvija pasivan prelazak holesterola s povrsine celije u HDL, koji potom holesterol doprema u jetru. U drugom putu reverznog transporta apo Ai ispraznjenog HDL reaguje sa aktivnim transporterom prisutnim na plazma membrani celija bogatih holesterolom, koji je oznacen kao ABC 1 protein. Apo AI ( i vjerovatno HDL ) preuzimaju endocitozom, a potom ih kao cestice obogacene holesterolom ponovo izlucuju u cirkulaciju. Ovim putem reverznog transporta, HDL fakticki oduzima holesterol perifernim tkivima i doprema ga u jetru.

■ Konverzija propionil-CoA u sukcinil-CoA.

● Propionil-CoA se karboksilira uz utrošak ATP i nastaje D izomer metilmalonil-CoA.

Reakciju katalizira propionil-CoA karboksilaza, enzim koji kao prostetsku grupu sadrži biotin.

● D izomer metilmalonil-CoA se racemizira u L-izomer, djelovanjem metilmalonil-CoA racemaze.

● L-metilmalonil-CoA se djelovanjem metilmalonil-CoA mutaze prevodi u sukcinil-CoA.Metilmalonil-CoA mutaza kao koenzim sadrži derivat vitamina B12.

Ide karboksilacija propionil CoA djelovanjem enzima propionil CoA karboksilaza. U karboksilaciji sudjeluje bikarbonatni jon, troši se ATP i propionil CoA karboksilaza (ima biotin kao prostetsku skupinu, analogno karboksilaciji piruvata u oksal –acetat).Karboksilacijom nastaje spoj metil malonil CoA (S – metil malonil CoA). Ovaj stereoizomer kao takav ne može da se metabolizira, prvo se mora izomerizirati u L – metil malonil CoA (R – stereoizomer).Izomerizaciju će vršiti enzim metil malonil CoA racemaza (racemaze mijenjaju položaje skupina na asimetričnim C atomima).Kada nastane L – metil malonim CoA, njega će enzim metil malonil CoA mutaza prevesi tu sukcinil CoA (mutaze spadaju u izomeraze, a kataliziraju reakcije intramolekulskog premještanja grupa) Enzim metil malonil CoA mutaza kao koenzim zadrži vitamin B12.

• U svakom krugu beta-oksidacije masnih koselina odvajaju se 2 reakcije oksidacije u kojima nastaju reducirani koenzimi. Zaokruzite navod koji smatrate tacnim. Beta oksidacijom stearinske kiseline nastaju:

• A.8 NADH i 8 FADH2• B.7 NADH I 7 FADH2• C.16 NADH I 16 FADH2• D.14.NADH I 14 FADH2• Obrazlozenje:• Prilikom oksidacije masnih kiselina odvija se 7 ciklusa beta oksidacije, jer se u

zadnjem ciklusu stvore 2 Acetil Coa .• Posto se pri samom ciklusu stvori 1 NADH i 1 FADH2 na kraju ciklusa stvore se 7

redukovanih NADH i 7 FADH2.Pri oksidaciji svaki molekul NADH stvori 3 mol.ATP,a FADH2 2 mol ATP-A.

• Strukturno predstavite koenzimski oblik vitamina B6• -piridoksal fosfat

• Odgovorite koji vazni metabolicki putevu energetskog metabolizma su pogodjeni deficitom tijamina, tako da dolazi do povisenih nivoa piruvata i alfaketo glutarata, i dajte objasnjenje?

• a.Napisite reakcije ovih vaznih metabolickih puteva koji su pogodjeni deficitom tiamina

• b.Odgovorite zasto se deficit tijamina(B1 vitamin) prvo manifestira neuroloskim poremecajem

• c.Strukturno predstavite tiamin pirofosfat,koenzimski oblik vitamina

• Tiamin je organska molekula sastavljena od pirimidinskog i tiazolskog prstena koji su međusobno povezani metilenskimmostom, a organizmu djeluje u obliku koenzima tiamin pirofosfata.

• Tiamin je vrlo potreban u intermediarnom metabolizmu ugljikohidrata jer je aktivna forma tiamina - tiamin pirofosfat, koenzim enzima koji kataliziraju dekarboksilaciju α-ketokiselina. Nalazi se i u aksonima živaca, pa ima i ulogu u neuromuskularnom prijenosu. Stoga on poboljšava probavu i održava normalno funkcioniranje živčanog sustava.

• Nedostatkom ovog vitamina dolazi do hipovitaminoze beri-beri.

• .Slika NADH-gradja i uloga ubikinon oksidoreduktaze.

• Kompleks 1 (NADH: ubikinon oksidoreduktaza)• Veoma je složen kompleks koji se sastoji iz 42

podjedinice, tj. iz 42 različita polipeptidna lanca, uključujući flavoprotein koji kao prostetsku skupinu sadrži flavin mononukleotid (FMN) i najmanje 6 Fe-S centara. Ovaj kompleks katalizira prenos reducirajućih ekvivalenata sa NADH na ubikinon koji će se pritom reducirati u ubikinol.

• Znači kompleks 1 katalizira dva istovremena i povezana procesa:

• Egzergoni prenos hidridnog iona sa NADH i protona iz matriksa mitohondrija na ubikinon.

• NADH se oksidira u NAD+, a ubikinon (Q) se reducira u ubikinol (QH2)

• Endergoni prenos 4 protona ( H+) iz matriksa mitohondrija u međumembranski prostor. Prema tome kompleks 1 je protonska pumpa koja ispumpava H+ ione, a pokreće je energija prenosa elektrona tj slobodna energija ove oksidoredukcijske reakcije. Prenos je uvijek vektorski. Matriks mitohondrija iz kojeg se protoni ispumpavaju postaje negativno nabijen, a međumembranski prostor mitohondrija pozitivno nabijen.

• Zbirna reakcija:• NADH + Q + 5H+ (N) NAD+ + QH2 + 4H+ (P)• (N) - negativna strana membrane tj unutrašnja• (P) - pozitivna strana membrane

• Zaokruzi TACAN ODGOVOR:• Od insulina zavisni dijabetes karakterizira:• Hiperglikemija• Prisustvo hilomikrona u krvnoj plazmi• Poviseni nivoi VLDL lipoproteina u krvnoj

plazmi• Ketoacidoza.• (Dajte obrazlozenje za odgovore koje

smatrate tacnim).

• Struktura aldosterona. Regulacija izlucivanja aldosterona.

• Regulacija je preko sistema renin-angiotenzin-aldosteron.

• Zaokruzite tacan odgovor i dajte objasnjenje. • Koenzimski oblik vitamina B6 ima vaznu ulogu pri metabolizmu masnih kiselina. Jedan od simptoma koji se

manifestiraju u slucaju nedostatka B6 je demencija, kao posledica nemogucnosti sinteze serotonina,norepinefrina,histamina i GABA iz njihovih aminokiselinskih prekursora.

Objasni gradju kompleksa ATP sintaze i princip rotacione katalize kojom se na ovom kompleksu iz ADP i Pi sintetizira ATP?

• Atp sintaza ima dvije funkcionalne komponente to je F1 I F0 komponenta.• F1 komponenta je periferni membranski protein koji je esencijalan za odvijanje ox.fosf. jer je to ona

komponentanad kojom ce se sintetizirati atp. F0 KOMPONENTA je integralni membranski protein to je pora za protone i kroz koju protoni proticu istom brzinom kojom se ispumpavaju pri transferu elektorna.F1 komonentu cine 3 naizmjenicno poredane alfa i beta podjedinice koje su rasporedjene oko jednog centralnog kanala kroz koji se proteze gama pobjedinica F1 komponente.Ona aktivira mjesta na kojima ce se sinetizirati atp i locirani su na beta podjedinicama i to u interfazi sa alfa podjedinicom.Sve tri beta podj.imaju identicnee aminokiselinske sekvence ali u svakom trennutku sve tri podjedinice se nalaze u 3 razlicita konformacijska stanja

• 1.konformacija je trennutku sve tri podjedinice se nalaze u 3 razlicita konformacijska stanja• 1.konformacija je je beta atp i ona se karakterise visokim afinitetom za vezivanje adeninskog nukleotida i to je

ona konformacija na kojoj ce se sintetizirati atp.• 2.konformacija je beta adp ona konfromacija koja ima nizi /slabiji afinitet prema adeninskom nukleotidu i i tu se

vezuju adp.• 3.konformacijsko sttanje je beta prazno i ona ima slab afinitet za vezivanje adeninskog nukleotida i sa koje se

otpusta sintetizirani atp.• Sad u sustini tumacimo kako ide sinteza atp na komplexu 5 taj proces se zove rotaciona kataliza.• Sustina ona konformacija beta atp prelzi u beta prazno,beta prazno prelazi u beta adp,a beta adp prelazi u beta

atp.Dalji tok protona opt uzrokuje rotaciju i tako sve u nedogled.TO JE ROTACIJA POKRETANA PROLASKOM PROTONA.

• Sad se pitamo sta ce stvarati energiju za stvaranje jedne fosfoanhidridne veze.Sinteza atp ce pokrenuti sve jace vezivanje atp u beta atp konformaciju i ili drugacije receno konformacija ce se stabilizirati.Prilikom vezivanja u beta atp stvorit ce se energija –oslobodi se energija vezivanja adeninskog nuleotida i dat ce energiju za formiranje fosfoanhidridne veze.Interakcija izmedju dvije molekule najbolje pokazuje konstanta disocijacije jer sve sto se veze mora se i otpustiti i naprimjer kd za adp na beta adp je deset na minus5,a kd za atp na beta atp je deset na minus 12,razlika kd je deset na petu i to je energija od nekih 40 kj/molu .- prica o nekom izrazu ja je nista nisam shvatio.Delta g kada se cijepa fosfoanhidridna veza iznosi 30.5 kj /molu i ovdje imamo sasvim dovoljno energije.

• I prilikom oksidacije jedne molekule nadh znaci deset protona nastane 2,5 molekula atp.

Coriev ciklus

-govori o vezi između glukoneogeneze u jetri i glikolize u ostalom organizmu.Na slici prikazani eritrociti koji koriste glukozu kao gorivnu supstancu da bi si obezbijedili energiju, proizvod glikolize je ovdje laktat koji sad iz eritrocita se isporučuje u krv, a krvlju dospjeva do jetre. U jetri se iz laktata odvija glukoneogeneza, sintetizira se glukoza koja se ponovo isporučuje u krv. Prema tome, da nema jetre, laktat bi bio u slijepom ćošku u metabolizmu. Ipak, jetra laktat može da prevede u glukozu, isto važi i za laktat oslobođen iz mišićnih ćelija koji, kao i onaj iz eritrocita, dospjeva u jetru i biva glukoneogenezom preveden u glukozu. Ovo se stalno odvija u organizmu. To je ona kraća zaobilaznica kad smo tumačili prevođenje laktata laktat dehidrogenazom u piruvat koji posle ide u mitohondrije, u mitohondrijama nastaje fosfoenolpiruvat.

Triacilgliceroli Triacilgliceroli su evolucijom odabrana spremišta energije. Spremište triacilglicerola u ljudskom tijelu je adipozno tkivo, deponovani su u obliku masnih kapljica koje su deponovane u citosolu adipoznog tkiva(gotovo potpuno zauzimaju lumen ćelije). Po hemijskoj strukturi, triacilgliceroli su esteri trohidroksilnog alkohola glicerola i viših masnih kiselina. Postoje mješoviti triacilgliceroli, to su oni u kojima je glicerol esterificiran sa 3, a u najčešćem broju slučajeva sa 2 različite masne kiseline. Zašto su triacilgliceroli evolucijom odabrana spremišta energije? Prvo treba reći da će se energija dobiti oksidacijom masnih kiselina, a u masnim kiselinama njihovi C atomi se nalaze u najreduciranijem obliku. Zato će se njihovom oksidacijom dobiti najviše energije. Drugo, triacilgliceroli su visoko nepolarni. Zato, kad se skladište u obliku kapljica oni nisu hidratisani, ne sadrže vodene plašteve. Istraživanja kažu, prosječan muškarac, koji ima tjelesnu težinu 70kg, u organizmu tj adipocitima sadrži 11kg triacilglicerola. Koliko se energije može postići? Oksidacijom 11kg triacilglicerola može se dobiti 419000kJ energije. Drugo spremište energije, za poređenje sa spremištem u adipocitima, su skeletni mišići (mišićni proteini), u njima je pohranjeno 109000kJ energije. Treće spremište energije, koje je mobilnije je glikogen deponovan u jetri, u njemu se oslobodi 2400kJ energije. Na kraju, najmobilniji oblik energije je onaj koji se dobiva iz glukoze prisutne u krvi i tu je pohranjeno 160kJ energije.

Triacilgliceroli, koji su deponovani u adipocitima, oslobađaju masne kiseline procesom LIPOLIZE triacilglicerola, a koju kataliziraju enzimi koji se zovu LIPAZE. Lipoliza podrazumijeva hidrolitičku razgradnju triacilglicerola na glicerol i masne kiseline. Šta se dešava? Masne kiseline, oslobođene lipolizom triacilglicerola u masnom tkivu, isporučit će se u krv i tu će se vezati za albumin te se tako transportovati putem krvi. Jedna molekula albumina ima 6 različitih mjesta za vezivanje masnih kiselina, ta mjesta imaju različit afinitet za vezivanje s masnim kiselinama.

Koja od dole navedenih reakcija je vazna za sintezu svih pomenutih spojeva, a da njeno odvijanja zahtjeva vitamin B6.

HidroksilacijaTransaminacija

DeaminacijaDekarboksilacija

OksidacijaObjasnite tu reakciju!!!

• 73.Slika sa kompleksima, dopisati nazive kompleksa, intermedijere i produkte i objasniti rotacionu katalizu ATP sintaze.

• 74.Stearinska kiselina kako nastaje u beta oksidaciji masnih kiselina, enzimi, koliko molekula ATP-a se utrosi pri njenoj sintezi?

• Etanol formule, enzimi koenzimi kako nastaje i toksicno djelovanje alkohola na jetrene celije.• Većina alkohola koji se popije, metabolizira se u jetri. Međutim, tijekom metabolizma alkohola, nastaju razgradni

produkti (npr. acetaldehid), koji su otrovniji i štetniji od samog alkohola. Uz to, skupina metaboličkih produkata, koje nazivamo slobodni radikali, mogu dodatno oštećivati jetre stanice i potaknuti proces upale, oštećujući tako neke vitalne jetrene funkcije, poput procesa stvaranja energije. Tijelo ima prirodnu obranu protiv slobodnih radikala (npr. antioksidanti), međutim oni mogu biti inhibirani konzumacijom alkohola, što vodi do pojačanog oštećivanja jetrenog parenhima.

•  Kronična konzumacija alkohola prolongira upalni proces, vodeći do pojačanog stvaranja slobodnih radikala, koji onda mogu uništavati i zdrave stanice jetre.

Kako će se odvijati razgradnja nezasićenih i polinezasićenih masnih kiselina?

Razgradnja na primjeru aktivirane linolne kiseline, linoleil – CoA Masne kiseline potrebno je aktivacijom prevesti u acil CoA i zatim ih trasportovati u matriks mitohondrija. U razgradnji ovih masnih kiselina, pored enzima beta oksidacije masnih kiselina, sudjeluju još dva enzima, jedan je izomeraza a drugi reduktaza.Prvo se odvijaju tri ciklusa beta oksidacije, pri čemu se u svakom ciklusu lanac skraćuje za molekulu acetil – CoA. Nakon ta tri ciklusa dobije se intermedijer koji ima dvostruku vezu na trećem C-atomu, onda se on naziva cis – delta 3 enoil CoA (on nije intermedijer beta –oksidacije). Prisustvo dvostruke veze na trećem C-atomu onemogućava uvođenje dvostruke veze između drugog i trećeg C-atoma. Slijedi reakcija izomerizacije, kojom će se cis deltra tri dvostruka veza izomerizirati u trans delta dva dvostruku vezu pomoću cis – delta tri izomeraze. Nastaje trans delta dva enoil CoA, to je intermedijer beta oksidacije. Idu dalje reakcije beta – oksidacije, otcjepljuje se molekula acetil CoA. Sada, pri razgradnji nastaje intermedijer koji se naziva cis delta 4 enoil CoA. Na ovaj intermedijer djeluje acil CoA dehidrogenaza i uvodi dvostruku vezu na drugi ugljikov atom. Nastaje spoj koji se naziva 2,4 dienoil CoA.Sada će enzim 2,4 dienoil CoA reduktaza izvršiti redukciju ovog intermedijera, a reducens je reducirani NADPH, pri čemu nastaje trans delta 3 enoil CoA. Sada izomeraza treba trans delta 3 enoil CoA izomerizirati u trans delta 2 enoil CoA.

Regulacija biosenteze masnih kiselina

Metabolizam masnih kiselina je strogo kontroliran.U smislu da se sinteza odvija u onom stupnju u kojem su potrebne u organizmu i drugo, kad se odvija biosinteza, nece se odvijati razgradnja!Najintenzivnija biosinteza masnih kiselina se odvija kada za njima postoji potreba, a kada organizam raspolaze sa dovoljno gradivnih blokova, ugljikohidrata i dovoljno energije.Glavni izvor acetil CoA je piruvat koji nastaje reakcijom glikolize. Medjutim, acetil CoA se ne moze vrattit u piruvat ili oksal acetat.Kljucni enzim preko koga se kontrolira biosinteza je acetil-CoA karboksilaza.A kataliticka aktivnost ovog enzima kontrolirirana je globalno i ti globalni signali su hormoni glukagon, epinefrin i inzulin!Ako gledamo generalno inzulin stimulira sve biosintetske procese i inzulin je taj koji stimulira aktivnost ovog enzima. Hormoni koji stimuliraju katabolicke puteve glukagon i epinefrin djelovat ce tako sto inhibiraju aktivnost CoA karboksilaze. Ako kazemo da je aktivnost ovog enzima regulirana na lokalnom nivou, tu se radi o alosterickoj kontroli aktivnosti enzima. I tu postoje oni intracelularni alostericki efektori.Sad imaju oni koji stimuliraju i oni koji inhibiraju aktivnost enzima.Onaj koji stimulira je citrat-visoki nivoi citrata ce stimulirati aktivnost enzima.Ako gledamo koji su to inhibitori, to su prvo AMP. Visoki nivoi AMP signaliziraju da celija ne raspolaze sa dovoljno energije i to nisu povoljni uslovi za biosintezu. I drugo, to je palmitoil CoA. Visoki nivoi palmitoil CoA signaliziraju da celija raspolaze sa dovoljno amsnih kiselina i onda ce on alostericki inhbirati ovaj enzim

Adaptivna kontrola biosinteze masnih kiselina

Ona se zasniva na promjeni stupnja ekspresije za enzime koji sudjeluju u bisintezi amsih kiselina. To je acetil CoA karboksilaza i kompleks sintaze masnih kiselina. Istrazivanja (na pacovima) Pacovi su bili izlozeni duzem gladovanju a onda su ima date velike kolicine ugljikohidrata bez masnih kisleina i pokazalo se da se vec u prvim danima drasticno povecao nivo enzima acetil CoA karboksilaze i kompleksa sintaze masnih kislelina. Kako su pacovi bili izlozeni gladovanju oni su svoje zalihe triacilglicerola potrosili a onda su hranjeni harnom bogatom ugljikohoidratima. Sav visak ugljikohidrata ide u masne kiseline i triacilglicerole, pogotovo ako je nedostatak, onda ce se gledati da se sto prije nasintetizira. I u toj adaptivnoj kontroli desit ce se sljedece: povecat ce transkripcija gena za acetil Coa karboksilazu i kompleks sintaze masnih kiselina i povecava se sadrzaj tih enzima i ubrzava se proces.

Biosinteza triacilglicerolaOdvija se u velikom broju u celijama velikog broja organa i tkiva. Najintenzivnija sinteza triacilglicerola se odvija u jetrenim celijama i celijama adipoznog tkiva. U intetinumu se odvija na drugi nacin(hilomikroni). Polazna supstanca za sintezu triacilglicerola je glicerol-3-fosfat. Jetra je jedini organ koji moze iskoristiti taj glicerol, zato sto sadrzi enzim glicerol kinazu koja glicerol iz dospio iz krvne plazme fosforilise u polozaju 3 i nastaje glicerol-3-fosfat. Adipozno tkivo ili druga tkiva ne mogu izvrsiti ovu fosforilaciju glicerola. Glicerol se oslobadja ragradnjom triacilglicerola (djelovanjem lipoproteinlipaze) i izdvajaju se MK i glicerol. U adipoznom tkivu se glicerol-3-fosfat obezbjedjuje redukcijom iz dihidroksiaceton fosfata koji je intermedijer glikolize. U jetri i adipoznom tkivu glukoza ide u proces glikolize, pri cemu se kao intermedijat nastati dihidroxiaceton fosfat. On se potom enzimski reducira u glicerol-3-fosfat. Reakcije kataliza enzim glicerol-3- fosfat dehidrogenaza i reakcija je potpuno reverzibilna. Sada kada je nastao glicerol-3- fosfat treba se izvrsiti esterifikacija OH skupine glicerola, tu esterifikaciju ce izvrsiti specificni enzimi koji se nazivaju acil transferaze. I imaju svoje specificnosti, prva ce specificna acil transferaza katalizirati prijenos acilnog ostatka sa acil CoA(aktivirane MK), koji se prvo vezao na C1 pa ce druga specificna acil transferaza katalizirati prijenos acilnog ostatka sa acil CoA na OH skupinu na C2 glicerol-3-fosfata. I onda je nastao intermedijer fosfatidat(disocirana fisfatidna kiselina)-ima na C1 vezanu esterski dugolancanu MK, na C2 ima tkdj dugolancanu MK, i na C3 ima esterski vezan fosfat. Onda ce specificni enzim fosfatidat fosfataza katalizirati otcjepljenje tog fosfata sa fosfatidata i nastat ce 1,2-diacil glicerol. I potom ce specificna acil transferaza katalizirati prijenos acilnog ostatka sa acil CoA na OH skupinu na C3, i biti ce sintetiziran triacilglicerol. U jetri visak triacilglicerola ugradjuje u VLDL lipoproteine, i isporuciti u krv. Oni koji su sintetizirani u adipocitima uskladistiti ce se u citosolima adipocita u onim masnim kapljicama.

Biosinteza i struktura glutationa. Oksidirani i reducirani oblici glutationa.

Ovaj peptid, gama-glutamil-cisteinil glicin.. amidno je vezan glutamatni ostatak preko svoje preko svoje karboksilne skupine u svom bočnu lancu sa amino skupinom cisteina i onda je vezan još i glicin.Ovaj tripeptid može postojati u svom oksidiranom i reduciranom obliku. Ukoliko se nalazi u reduciranom obliku skraćeno se uvijek označava kao GSH.Kada djeluje kao redoks sistem, on se može oksidirati pri čemu nastaje oksidirani oblik glutationa označen kao GSSG u kome su dvije molekule glutationa vezane disulfidnom vezom preko -SH skupina u bočnom lancu.

100

Deficit glukoza 6-fosfat dehidrogenaze-Pucanje membrane eritrocita

Genetski uzrokovan deficit aktivnosti glukoza 6-fosfat dehidrogenaze naslijedilo je oko 400 miliona ljudi.Većina glukoza 6-fosfatazom deficitarnih osoba su asimptomatične; do kliničkih manifestacija dolazi tek u kombinaciji sa nekim vanjskim faktorima.Deficit glukoza 6-fosfat dehidrogenaze uzrokuje ozbiljne medicinske probleme samo u slučajevima lijekovima (sulfo antibiotici, pamaqin – lijek protiv malarije), herbicidima odnosno divicinom uzrokovanog oksidativnog stresa. ● U osoba sa deficitom glukoza 6-fofat dehidrogenaze smanjena je proizvodnja NADPH i inhibirana detoksifikacija H2O2. Dolazi do oštećenja ćelije: peroksidacija lipida dovodi do pucanja membrane eritrocita, kao i do oštećenja proteina i DNA. Ako se putem hrane unesu i neki pesticidi, oni mogu u organizmu izazvati dodatni oksidativni stres. Kod osoba kod kojih postoji genski defekt i imaju smanjenu aktivnost glukoza 6-fosfat dehidrogenaze, može doći do masivne hemolitčke anemije. To može da se razvije u žuticu, ali i da ima znatno teže posljedice. Prosto nema dovoljne proizvodnje reduciranog NADPH, te se iznova odvija prva rekacija oksidativnog puta ciklusa pentoza fosfata. A čim nema dovoljno reduciranog NADPH, ne može se glutation prevoditi u svoj reducirani oblik i nema neutralizacije peroksida. I to rezultira peroksidativnim oštećenjem membrana na što su eritrociti naročito osjetljivi. Smanjuje se fluidnost, elastičnost, dolazi do bubrenja, bubri do određenog stupnja, pucaju nakon čega dolazi do masivne hemolize eritrocita. Genski defekt glukoza 6-fosfat dehidrogenaze se naročito nasljeđuje kod ljudi u području gdje je prisutna malarija.Jer parazit koji izaziva malariju jedan dio svog životnog vijeka provodi u eritrocitima. Takvi eritrociti su uvijek izloženi većem oksidativnom oštećenju pa je i manja mogućnost preživljavanja parazita i to je jedna evolucijska adaptcija kod onih ljudi koji žive u takvom području. Ona u nekom određenom stupnju štiti od malarije.

Ukupna energija koja se dobije u glikolizi,dobije se potpunom oksidacijom CO2,glukoze i vode.Glukoza ide u proces glikolize i nastaje piruvat. U reakciji gliceraldehid-trifosfat dehidrogenaze se gliceraldehid trifosfat prevodi u 1,3 bisfosfoglicerat i u toj reakciji nastaje reducirani NADH. Nastaje dva molekula piruvata i nastaje 2 gliceraldehid trifosfata,i to je reakcija u kojoj se stvara reducirani NADH,po svakoj molekuli gliceraldehid trifosfata jedan molekul reduciranog NADH. Piruvat ide u reakciju oksidativne dekarboksilacije pri kojoj nastaje acetil koenzim A. Dolazi do dekarboksilacije i stvara se CO2,2 molekule piruvata,2 mol.acetil koenzim A koji ulazi u citratni ciklus,a pri samoj reakciji oksidativne dekarboksilacije konacni akceptor reducirajucih ekvivalenata je NADH. U citratnom ciklusu reakcije oksidacije(3 reakcije) pri kojim se stvara NADH,koju katalizira izocitrat dehidrogenaza. U ovoj reakciji se izocitrat prevodi u α ketoglutarat. Zatim dolazi do oksidacije i dekarboksilacije i stvara se 1 molekula reduciranog NADH. Onda alfa ketoglutarat ulazi u reakciju oksidativne dekarboksilacije i prelazi u sukcinil koenzim A,tu se ponovo stvara reducirani NADH. Djelovanjem malat dehidrogenaze kada elmalat bude oksidiran u oksalacetat stvoriti ce se treca molekula reduciranog NADH. FADH2 se stvara u reakciji sukcinat dehidrogenaze. U citratnom ciklusu imati cemo 3 molekule NADH, jedna molekula FADH2 i direktno ce se dobiti jedna molekula gvanozin difosfata u reakciji sukcinil koenzim A sintetaze kada se cijepala tioesterska veza i sukcinil koenzim A preveo u sukcinat. I to sve puta 2, jer imamo 2 molekule acetil koenzima A iz jedne molekule glukoze. Svi ce se transportovati iz citosola u mitohondrije gdje ce se oksidirati u mitohondrijskom lancu za transport elektrona. Broj molekula ATPa koje se stvore u aerobnim ulovima iznosi 30 molekula ATPa. 2 molekule se potrose u reakcijama fosforilacije,tako da konacan broj molekula ATPa koji se stvori pri potpunoj oksidaciji glukoze do CO2 i vode,iznosi 28. Ako se glikoliza odvijala u anaerobnim uslovima nastaju samo 2 molekule ATPa.

Broj molekula ATPa koji se stvori pri potpunoj oksidaciji glukoze do CO2 i vode

Regulacija biosinteze holesterola

Stupanj u kome će se holesterol de-novo sintetizirati uveliko zavisi od nivoa holesterola u ćeliji. Ključna tačka kontrole je enzim 3-hidroksi 3-metilglutaril-CoA reduktaza. Ovaj enzim je veoma složen regulatorni enzim čija se aktivnost može modulirati 200 puta različitim mehanizmima. Ovo je prikazan taj enzim, tetramer, a ovdje (:D) su mjesta gdje se vezuje NADPH i mjesta gdje se vezuje 3-hidroski 3metilglutaril –CoA, koji treba da se reducira u mevalonat. Regulacija se provodi mehanizmom povratne sprege, pri čemu se mijenja količina enzima i mijenja se katalitička aktivnost u ćeliji već postojećeg enzima.

Mehanizmi kojima se kontrolira količina enzima u ćeliji :

1. Transkripcijska kontrola

2. Inhibicija stupnja translacije mRNA reduktaze

3. Povišeni nivoi holesterola u ćeliji čine HMGCoA reduktazu osjetljivijim na proteolizu.

4. Inhibicija aktivnosti HMGCoA reduktaze reverzibilnom fosforilacijom.

■ Transkripcijska kontrola

● Gen za HMGCoA reduktazu ima sterolno regulatorno mjesto preko koga se kontrolira transkripcija ovog gena.

1. Brzina sinteze mRNA HMGCoA reduktaze kontrolira se putem proteina koji se vezuje na sterolno regulatorno mjesto (SREBP).

▼ Kada su nivoi holesterola u ćeliji niski ovaj se transkripcijski faktor (SREBP) vezuje na kratku DNA sekvencu označenu kao sterolni regulatorni element (SRE) na 5’ kraju gena za reduktazu i pojačava transkripciju gena za HMGCoA reduktazu.▼ U svom inaktivnom obliku, SREBP je lociran na membrani endoplazmatskog retikuluma, gdje je asociran sa SCAP (protein koji cijepanjem aktivira SREBP). SCAP je senzor za holesterol.▼ Kada nivoi holesterola u ćeliji opadnu, SCAP prati SREBP, u maloj membranskoj vezikuli do Goldžijevog kompleksa, gdje se SREBP otpušta putem dva proteolitička cijepanja, koje sukcesivno vrše serinska proteaza i metaloproteaza.▼ SREBP migrira u nukleus gdje se vezuje na SRE gena HMGCoA reduktaze i nekoliko drugih enzima biosintetskog puta holesterola da bi pojačao transkripciju ovih gena.■ Kada nivo holesterola u citosolu poraste, proteolitičko otpuštanje SREBP je blokirano, a SREBP prisutan u nukleusu se brzo degradira. Transkripcija gena biosintetskog puta holesterola se zaustavlja.

● Kada su povišeni nivoi sterola u citosolu, steroli se vezuju na SCAP i inaktiviraju ga, šo dovodi do smanjenja stupnja transkripcije gena za HMGCoA reduktazu.

Familijarna hiperholesterolemija► Odsustvo LDL receptora dovodi do hiperholesterolemije i arteroskleroze.

● Visoke koncentacije LDL holesterola u plazmi.

● Zbog visoke koncentracije LDL lipoproteina u plazmi holesterol se odlaže u raznim tkivima. Depoziti holesterola (ksantomi) najveći su u koži i tetivama.

● Odlaganje holesterola na stijenkama arterija uzrokuje arterosklerozu.□ Molekulska osnova familijarne hiperholesterolemije je odsustvo LDL receptora odnosno izostanak njegove

funkcije.

Okarakterizirano je nekoliko tipova mutacija koje uzrokuju familijarnu hiperholesterolemiju:

1. LDL receptor se ne sintetizira (delecijska mutacija). – izgubljen gena za LDL receptor

2. Receptor se sintetizira ali ne dospijeva na plazma membranu jer nedostaje signal za intracelularni transport ili se, zbog mutacijom izazvane alteracije u primarnoj strukturi, nije svio u pravilnu strukturu. .( sa cim to mozemo povezati ? sinteza svih proteina zapocinje u citostolu,a onda oni koji su locirani u extracelularnom prostoru,plazma membrani,endoplazmatskom retikulumu ili ribozomima ulaze u sekretorni put i koji treba imati signal da bi se mogli vezati na receptor na endoplazmatskom prostoru da bi se mogla nastaviti sinteza,to je onaj signalni peptid na N terminalnom kraju . svi ti proteini koji ce uci u intracelularni sekretorni put na N terminalnom kraju imaju signalni peptid i signalnu sekvencu preko koje se usmjeravaju na receptor na endoplazmatskom retikulumu gdje ce sen nastaviti sinteza i dalje usmjeravati . U ovom slucaju postoji mutacija vezana za onu signalnu sekvencu pa ne moze dospjeti na membranu endoplaz.retikuluma.dok u nekim slucajevima mutacijom izazvane alteracije u primarnoj strukturi, doci ce do pogresnog savijanja proteina.

3. Receptor dospijeva na plazma membranu, ali ne vezuje LDL lipoprotein.

4. Receptor dospijeva na plazma membranu i vezuje LDL lipoprotein, ali zbog defekta na C-terminusu ne dolazi do internalizacije kompleksa LDL receptor - LDL lipoprotein.

105

HDL lipoproteini -

sintetiziraju se u jetri i tankom crijevu kao male, proteinima i fosfolipidima bogate čestice koje sadrže malo slobodnog holesterola i ne sadrže estere holesterola. To su predstavlja nascentne ili nezreleHDL lipoproteinske cestice.pored toga sadrže apoA-I, apoA-II, apo A-IV, apo C-II, apo C-III, apo D i apo E i druge apolipoproteine.za nascentne lipoproteinske cestice se smatra da imaju zastitnu ulogu.Smatra se da postoji visoka koleracija razvoja koronarnih bolesti i niskih koncentracija HDL-lipoproteina. Nascentne HDL lipoproteinske čestice preuzimaju holesterol otpušten u plazmu iz izumrlih ćelija i membrana koje podliježu metaboličkom obrtu.Kada preuzimaju preuzimaju slobodni holesterol i onda na HDL lipoproteinske cestice asocira enzim LCAT (lecitin holesterol acil transferaza) koji ce katalizirati esterifikaciju preuzetog slobodnog holesterola,tako sto ce katalizirati prenos acilne skupine sa polozaja 2 fosfatidil holina koji se jos zove lecitin, na OH skupinu holsterolatime ce nastati esterifikovani holesterol i lisoecitinkoji se prenosi u unutrasnjost HDL lipoproteinske cestice,prihvatanjem tog holesterola i njegovom esterifikacijom ove nascentne/nezrele HDL lipoproteinske cestice prelaze u zrele.

Sta ce sad uraditi zrele HDL lipoproteinske cestice? LCAT(lecitin holesterol acil transferaza) asociran na HDL esterificira preuzeti slobodni holesterol, koji se preko posebnog transportnog proteina (apo D) usmjerava u IDL lipoproteinske čestice. Nastaju LDL lipoproteinske čestice.

Reverzni transport holesterola

Putevima reverznog transporta HDL čestice preuzimaju holesterol uskladišten u ćelijama perifernih tkiva i vraćaju ga u jetru.

► Za HDL lipoproteine se smatra da imaju zaštitnu ulogu i da sprječavaju razvoja koronarne bolesti.

○ Postoji visok stupanj korelacije između niskih nivoa HDL lipoproteina u plazmi sa nastankom koronarne bolesti.

Reverzni transport holesterolaFC- slobodni ćelijski holesterol; ABCA1- (ATP-vezujući kasetni transporter A1); LCAT- lecitin-holesterol acil transferaza; CE - esteri holesterola; SR-B1 – receptor čistač, klasa B; TG – triacilgliceroli; CETP- protein transporter estera holesterola; LDLR – receptor LDL lipoproteina; HL - hepatička lipaza.

Lipidima siromašne pre-β HDL čestice koje sadrže apo A-I, sintetizraju se u jetri i intestinalnoj mukozi i otpuštaju u cirkulaciju.

▼ Putem apoA-I, pre-β HDL čestice stupaju u interakciju sa ABC1 transporterom u membrani makrofaga arterijske stijenke i preuzimaju suvišni slobodni holesterol iz ovih ćelija.▼ LCAT, prisutan u plazmi, prevodi ovaj slobodni holesterol u estere holesterola, pri čemu pre-β HDL čestice sazrijevaju u zrele α HDL čestice.

▼Holesterol prisutan u α HDL česticama transportuje se u jetru direktnim i indirektnim putem.

■ Direktni put transporta holesterola

hepatociti putem SR-B1 receptora selektivno prihvataju estere holesterola sa zrelih α HDL čestica.

■ Indirektni put transporta holesterola

esteri holesterola zrelih α HDL čestica zamjenjuju se za triacilglicerole koje su prisutni u lipoproteinskim česticama koje sadrže apoB (VLDL, LDL), putem CEPT (protein koji transportira estere holesterola). LDL lipoproteine prihvataju hepatociti endocitozom uz posredovanje LDL receptora.

○ Holesterol koji je vraćen u jetru izlučuje se u obliku žučnih soli i kao holesterol. ■ Triacilglicerole u modificiranim HDL česticama hidrolizira hepatička lipaza (HL) i tako regenerira male HDL čestice i pre-β HDL za dalje sudjelovanje u reverznom transportu.