Glikoliza (Przegląd kluczowych struktur i reakcji) A) przygotowanie heksozy do podziału na dwie triozy:
1)fosforylacja glukozy (czyli przekształcenie w formę metabolicznie aktywną)
2) izomeryzacja do fruktozo-6-P (aldoza w ketozę, dla umoŜliwienia kolejnych przemian)
3) fosforylacja do fruktozo1,6-di P (dla umoŜliwienia podziału na 2 triozy)
B) podział (aldolowy) na 2 triozy
izomeryzacja (ketoza w aldozę)
C) utlenienie (oddanie 2H na NAD+ z równoczesną syntezą związku wysokoenergetycznego)
D) fosforylacja substratowa (synteza ATP kosztem energii z rozkładu wiązania wysokoenergetycznego 1,3-DPG, a następnie przemiana do PEP jako związku wysokoenergetycznego)
E) fosforylacja substratowa (synteza ATP kosztem rozkładu wiązania w PEP)
Ogólny schemat glikolizy ze wskazaniem enzymów uczestniczących w kolejnych przemianach
Ogólny schemat glikolizy z podziałem na fazy inwestowania i produkcji energii
Profil energetyczny oraz przepływ elektronów w glikolizie beztlenowej
Bilans glikolizy w warunkach beztlenowych w cytoplazmie:
Fosforyłacja glukozy -1 ATP Fosforylacja fruktozo-6-P -1 ATP Utlenienie aldehydu 3-P-glicerynowego +2 NADH Fosforylacja substratowa (1,3-DPG⇒3-PG) +2 ATP Fosforylacja substratowa (PEP⇒Pirogronian) +2ATP Redukcja pirogronianu do mleczanu -2NADH Netto (zysk) 2 ATP
Korzyści wynikające z glikolizy:
� Produkowana jest energia (ATP) w części cytoplazmatycznej, a więc tam, gdzie będzie zuŜywana przez mięśnie do pracy
� Produkcja energii jest moŜliwa w warunkach niezadowalającego zaopatrzenia mięśni w tlen (np. podczas intensywnego wysiłku)
� Funkcję zagospodarowania mleczanu przejmują inne tkanki (wątroba do produkcji glukozy, natomiast serce, inne grupy mięśniowe mniej obciąŜone wysiłkiem oraz mózg – do produkcji energii)
Przebieg glikolizy w erytrocytach (tworzenie 2,3-DPG-który zmniejsza powinowactwo Hb do tlenu, tzn. ułatwia oddawanie O2)
Cykl Corich
Utlenienie pirogronianu (w mitochondriach)
Przebieg reakcji utlenienia pirogronianu
Lokalizacja procesów tlenowych w mitochondrium
Losy węgla w cyklu kwasu cytrynowego (Krebsa).
Enzymy cyklu Krebsa ==================
Sumaryczne równanie cyklu kwasu cytrynowego:
Acetylo-CoA + 3NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + 2H2O ⇒⇒⇒⇒
2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA
FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA
Transport protonów przez kompleksy łańcucha oddechowego
Ogólny mechanizm chemiosmotycznego sprzęŜenia fosforylacji oksydacyjnej z łańcuchem oddechowym
Przejściu 2 e- przez ETC od NADH na O2 towarzyszy wyrzut 12 H+ (po 4H+ wyrzucane przez kompleksy I, III i IV) z macierzy do
przestrzeni międzybłonowej Przestrzeń międzybłonowa macierz mitochochondrialna
12 H+ ⇐⇐⇐⇐ ⇒⇒⇒⇒ 3 x 3 H+ ==== 9 H+ ⇒⇒⇒⇒ 3 H+ + 3 Pi + 3 ADP ⇒⇒⇒⇒ 3 ATP 12 H+ 9 H+ + 3 H+
Nowsza koncepcja:
Przejściu 2 e- przez ETC od NADH na O2 towarzyszy wyrzut 10H+ (po 4 H+ wyrzucane przez kompleksy I, i III oraz 2H+ - przez
kompleks IV) z macierzy do przestrzeni międzybłonowej Obliczenia dla przejścia 2 par elektronów (4 e
-)
Przestrzeń międzybłonowa macierz mitochochondrialna
2 x 10 H+ ⇐⇐⇐⇐ ⇒⇒⇒⇒ 5 x 3 H+ ==== 15 H+ ⇒⇒⇒⇒ 5 H+ + 5 Pi + 5 ADP ⇒⇒⇒⇒ 5 ATP 20 H+ 15 H+ + 5 H+ czyli przejściu jednej pary elektronów (2 e-) towarzyszy synteza 2,5 ATP
Struktura syntazy ATP (kompleks F0F1)
Reprinted with permission from W. Junge, H. Lill, and S. Engelbrecht, Trends Biochem. Sci. (1997) 22:420. © 1997 with permission of Elsevier Science.
Model rotacyjnego modelu syntezy ATP przez podjednostkę F1 syntazy ATP
From Y. Zhou, T. M. Duncan, and R. L. Cross, Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1997) 94:10583. Reprinted with permission of the PNAS.
Podjednostki białkowe wchodzące w skład złoŜonych kompleksów białkowych łańcucha oddechowego.
Miejsca oddziaływania wybranych inhibitorów łańcucha oddechowego i sztucznych akceptorów elektronów. ================================================================
CN-
↓↓↓↓
2,4 Dinitrofenol (2,4-DNP) jako czynnik rozprzęgający fosforylację oksydacyjną
Działanie czynnika rozprzęgającego oznacza, Ŝe wskutek częściowego rozproszenia gradientu stęŜeń protonów [H+], ilość powstałego ATP jest mniejsza mimo pełnego przebiegu procesu utlenienia biologicznego (produkcji H2O i CO2 jako końcowych metabolitów). W tej sytuacji wydajność fosforylacji oksydacyjnej jest niŜsza (mniej ATP powstaje) i większa część energii jest uwalniana jako ciepło.
Wydajność łańcucha oddechowego:
Utlenienie 1 mola (NADH + H+) daje 1 mol H2O,
a to oznacza uwolnienie : -52 kcal energii
Część tej energii, dzięki sprzęŜeniu produkcji wody metabolicznej z tworzeniem ATP, umoŜliwia wyprodukowanie 3 moli ATP, czyli 3 x (-7,3 kcal)= - 22 kcal,
Stąd (22/52) * 100 % , to jest około 40 % energii z tworzenia wody ulega zamianie w energię biologicznie uŜyteczną (ATP)
Czółenko glicerolo-3-fosforanowe (a) i jabłczanowo-asparaginianowe (b) dla transferu równowaŜników redukcyjnych (NADH) z cytoplazmy do mitochondrium.
Bilans glikolizy w warunkach tlenowych C
ytop
lazm
a
Fosforyłacja glukozy -1 ATP
Fosforylacja fruktozo-6-P -1 ATP
Utlenienie aldehydu 3-P-glicerynowego (2 cząst.) +2 NADH
Fosforylacja substratowa (1,3-DPG⇒⇒⇒⇒3-PG) (2 cząst.) +2 ATP
Fosforylacja substratowa (PEP⇒⇒⇒⇒Pirogronian) (2 cząst.) +2ATP
Mito
chon
driu
m
Utlenienie pirogronianu do Acetylo-CoA (2 cząst.) + 2 NADH
Utlenienie izocytrynianu ((2 cząst.) + 2 NADH
Utlenienie α-ketoglutaranu ((2 cząst.) + 2 NADH
Defosforylacja bursztynylo-CoA (2 cząst.) + 2 GTP
Utlenienie bursztynianu ((2 cząst.) + 2 FADH2
Utlenienie jabłczanu (2 cząst) + 2 NADH
Suma = 2 ATPcyt+2 NADHcytopl +2 GTP+8 NADHmitoch + 2 FADH2
Zysk energetyczny z glikolizy w warunkach tlenowych Sposób tradycyjny
NADH ⇒⇒⇒⇒3 ATP
FADH 2 ⇒⇒⇒⇒2 ATP
Sposób nowszy
NADH ⇒⇒⇒⇒2,5 ATP
FADH 2 ⇒⇒⇒⇒1,5 ATP
2 NADHcytopl⇒⇒⇒⇒FADH 2 mitoch 4 ATP 3 ATP
2ATP cytoplazma 2 ATP 2 ATP
8 NADH 24 ATP 20 ATP
2 FADH2 4 ATP 3 ATP
2 GTP⇒⇒⇒⇒2ATP 2 ATP 2 ATP
SUMA 36 ATP 30 ATP
Cykl pentozo-fosforanowy (C6 ⇒⇒⇒⇒C5 + CO2 + 2 NADPH)
Podsumowanie:
Znaczenie i funkcja glikolizy i cyklu pentozofosforanowego
GLIKOLIZA CYKL PENTOZOWY Charakter procesu
Utlenienie Utlenienie
Podstawowa funkcja
Produkcja energii (ATP)
Produkcja równowaŜników redukcyjnych NADPH
Znaczenie w metabolizmie
Szybki mechanizm produkcji energii ATP (szczególnie w warunkach gorszego zaopatrzenia w tlen)
� Synteza kwasów tłuszczowych i cholesterolu
� Redukcja Fe3+do Fe2+ w Hb (przez reduktazę Met-Hb)
� Regeneracja GSH (glutation zredukowany) w erytrocytach
NADPH nie przekazuje protonu i elektronów na łańcuch oddechowy (!!!)
Glukoneogeneza (resynteza glukozy)
Porównanie glikolizy i glukoneogenezy
Glukoneogeneza NIE JEST prostym odwróceniem glikolizy
Resynteza glikogenu (glikogenoneogneza)
Proces sieciowania struktury glikogenu