Metabolismus sacharidů
Sacharidy jsou přítomny prakticky v každé buňce živého organismu. Sacharidy jsou také jednou z hlavních živin heterotrofních organismů. V živých organismech mají sacharidy několik funkcí:
zdroj energie pro buňky, zdroj uhlíku pro syntézu buněčných složek, rezervní forma chemické energie (škrob, glykogen), strukturní funkce (celulosa, chitin, proteoglykany) atd.
Sacharidy z chemického hlediska dělíme podle funkční karbonylové skupiny skupiny na:
polyhydroxyaldehydy è ALDOSY
polyhydroxyketony è KETOSY
Další rozdělení sacharidů vychází z počtu monosach. jednotek:
Monosacharidy - obsahují ve své molekule 3 - 7 atomů C
Oligosacharidy - jsou složeny ze 2 - 10 monosach. jednotek
Polysacharidy - jsou složeny z více jak 10 monosach. jednotek (stovky až tisíce)
Monosacharidy
- dělíme je dle počtu C:
triosy = 3 C (D-glyceraldehyd, dihydroxyaceton)
tetrosy = 4 C (D-erythrosa)
pentosy = 5 C (D-ribosa, D-xylosa)
hexosy = 6 C (D-glukosa, D-fruktosa, D-galaktosa, D-mannosa)
heptosy = 7 C
ANOMERY se liší postavením -OH a H na C*1
α-anomer má -OH skup. pod rovinou kruhu
β-anomer má -OH skup. nad rovinou kruhu
EPIMERY = isomery lišící se postavením -OH a H na C2, C3 a C4 glukosy
Galaktosa = C4 epimer Glc
Mannosa = C2 epimer Glc
Monosacharidy obsahují chirální C ñ optická aktivita
- řada chem. vlastností díky skupinám -OH, -COH a -C=O
př. oxidace primár. alkohol. skupiny uronové kyseliny
Glc kys. glukuronová
př. redukce aldehyd. skupiny cukerný alkohol
Glc glucitol
Man mannitol
Př. přítomnost jiných skupin v molekule monosacharidu
Aminocukry: -NH2 skup. místo -OH skup. (D-glukosamin, D-galaktosamin)
Fosforylované cukry - vznikají reakcí monosacharidu a ATP Õ monosacharid-P
Oligosacharidy
- monosach. jednotky jsou vzájemně spojené O-glykosidovou vazbou
disacharidy:
Sacharosa (α-D-Glc + β-D-Fru)
Maltosa (2x Glc)
Laktosa (Glc + Gal)
Polysacharidy - mají různé funkce (strukturní a rezervní)
- mohou mít lineární nebo rozvětvené řetězce
Rezervní polysacharidy (vzhledem k jejich polymerní povaze) jsou osmoticky neaktivní a mohou být tudíž uskladněny ve velkých množstvích v příslušných buňkách.
Celulosa - lineární řetězce Glc spojené β 1 4 vazbou, vyskytuje se v bun. stěnách rostl. bb.
Škrob - amylosa - lineární, Glc jednotky jsou spojené α 1 4 vazbou
- amylopektin - rozvětvený, Glc jednotky jsou spojené α 1 4 vazbou, v místech větvení je
α 1 6 vazba
Glykogen - rozvětvený Glc, α 1 4 vazba a α 1 6 vazba (větvící bod), uložen v játrech a ve svalech
Inulin - Fru, zásobní polysacharid čeledi hvězdnicovitých
Glykosaminoglykany (GAG) = aminocukr + uronová kyselina = kyselé heteropolysacharidy
- většina z nich je esterifikována kys. sírovou ñ sulfáty
- vyskytují se v extracelulár. matrix
Př. kys. hyaluronová, chondroitinsulfát, heparansulfát
Jsou-li tyto řetězce připojeny na protein ñ proteoglykany
Glykoproteiny - jsou umístěny na vnějším povrchu plasmatické membrány buňky
- na proteinový řetězec jsou napojeny sachar. jednotky (Man, Gal, GlcNAc, GalNAc, Sia)
- obsahují O- (mezi Ser nebo Thr proteinu a sacharidem) a N-glykosidické vazby (mezi Asp proteinu a sacharidem) - glykosylace proteinu probíhá v ER buňky
Glukosa je univerzální energetický substrát. Je možno z ní získávat energii i za nepřítomnosti O2. Některé buňky jsou na Glc velmi závislé: erytrocyty a buňky CNS. PDH reakce je nevratná, tudíž není možno syntetizovat Glc z MK, naopak je-li Glc v nadbytku → acetyl-CoA → MK.
Glykémie – normální hladina nalačno je 3,3 – 5,6 mmol/l. Po jídle může přechodně vystoupit až na
7,1 mmol/l.
Zdroje Glc:
- Z potravy (trávení sacharidů v GIT)
- Glykogenolýsa v játrech → Glc do krve mezi jídly. Zásoba jater. glykogenu stačí na 24 – 48 hodin.
- Glukoneogeneze z C3 a C4 látek (laktát, glycerol, většina AA). Je zdrojem Glc při dlouhodobém lačnění nebo při patologických podmínkách (játra, ledviny).
Po jídle je Glc rychle odstraňována z krevního oběhu (snižování glykémie):
1) spotřeba tkáněmi závislými na Glc (mozek, ery) – nejsou závislé na inzulinu !
2) spotřeba tkáněmi, které nejsou závislé na Glc, ale musí být nadbytek Glc (kosterní svaly) – závislé na inzulinu!
3) syntéza glykogenu v játrech a ve svalech – závislé na inzulinu!
4) přebytek Glc se přemění na MK → TAG → skladování (zejm. v tukové tkáni) – závislé na inzulinu!
Mechanismus transportu Glc přes buněčnou membránu
V buněčných membránách je celá řada glukosových transportérů (facilitovaná difuze = pasivní proces, kde je látka přenášena po svém koncentračním gradientu za pomoci přenašeče v membráně GLUT 1 – 7 (GLUcose Transporter). Pouze GLUT 4 je závislý na inzulinu (kosterní a srdeční svalovina, tuková tkáň). Inzulin mimo jiné zvyšuje počet GLUT 4 trasnportérů.
V enterocytech se Glc vstřebává z lumen střeva aktivním transportem (tentýž proces probíhá v buňkách proximál. tubulu ledvin). Přenos Glc je zajištěn kotransportem s Na+ - Glc jde proti svému koncentračnímu gradientu a energii poskytne iont Na+, který je transportován do buňky po koncentračním gradientu (SGLT-1 a 2 = Sodium – GLucose Transporter). K transportu Na+ zpět do ECT se spotřebovává ATP (Na+/K+ ATPasy).
Metabolismus sacharidů
Glykémie je udržována v poměrně úzkém rozmezí. Po jídle játra a ostatní tkáně vychytávají Glc z krve a aktivují metabolické dráhy, které Glc spotřebovávají. Naopak mezi jídly, kdy Glc ze střeva nepřichází, je zapotřebí ji do krve vylučovat.
Sacharidy jsou metabolizovány ve formě fosforečných esterů. Klíčovou látkou v metabolismu sacharidů je glukosa-6-fosfát (Glc-6-P). Glukosa-6-fosfát (Glc-6-P) je spojnice metabol. drah: glykolýsa, glukoneogeneze, pentosový cyklus, glykogeneze a glykogenolýsa.
Hlavní metabolické dráhy sacharidů začínají a končí glukosou (Glc). Pro pochopení mechanismu těchto drah a jejich regulace je nutné znát úlohu Glc v těle. Glc je hlavní forma, ve které jsou sacharidy vstřebávány z trávicího traktu do buněk organismu.
Vyšší organismy používají jako hlavní cestu odbourávání sacharidů glykolýsu a pentosový cyklus jako cestu doplňkovou.
Glykolýsa
= základní metabolický děj probíhající ve všech buňkách lidského organismu (v hojné míře v mozkových bb. ale i v rakovinových bb.), probíhá v cytosolu buňky.
Patří mezi katabolické děje.
Z 1 molekuly Glc se získají glykolýsou 2 molekuly pyruvátu (Pyr). Funkce glykolýsy je zisk energie z Glc nebo tvorba acetyl-CoA jako substrátu pro syntézu lipidů.
Glykolýsa probíhá a) za aerobních i b) anaerobních podmínek
ad a) za aerobních podmínek dalšími produkty jsou: 2 Pyr, 2 ATP a 2 NADH + H+
ad b) za anaerobních podmínek podléhá Pyr dalším reakcím, které regenerují NAD+ Õ výsledkem je laktát (fermentační produkty).
Reakce glykolýsy:
1. Fosforylace Glc po vstupu do buňky za spotřeby ATP Õ Glc-6-P + ADP pomocí E: hexokinasa (regulační E) - přeměňuje neutrální molekulu Glc na anion pomocí fosforylace a takto modifikovaná Glc je aktivovaná a schopná se dále metabolizovat.
Enzym hexokinasa má 4 isoenzymy (typy I - IV) - isoenzym typu IV je nazýván glukokinasa (lokalizována v hepatocytech a v β-bb. pankreatu). Glukokinasa (KM = 10 mM, je aktivována při vyšších koncentracích Glc , proto uplatňuje po jídle, kdy je koncentrace Glc v portální krvi vysoká a je zapotřebí vychytávat Glc játry (syntéza glykogenu). β-buňky pankreatu reagují na vyšší glykémie zvýšením sekrece inzulínu.
Enzym hexokinasa je ve všech ostatních tkáních, je aktivní při nižších glykémiích (KM = 0,1 mM). Hexokinasa je inhibována svým produktem Glc-6-P.
2. Isomerizace Glc-6-P na Fru-6-P za katalýzy E: hexosafosfátisomerasou, reverzibilní reakce.
3. Fosforylace Fru-6-P za spotřeby ATP na Fru-1,6-bisP pomocí E: 6-fosfofrukto-1-kinasa = klíčový allosterický regulační enzym v glykolýze (nevratná reakce)
Stojí za povšimnutí, že během výše uvedených reakcí byly spotřebovány 2 ATP na 1 Glc.
4. Aldolové štěpení Fru-1,6-bisP na 2 fosforylované triosy - glyceraldehyd-3-P (GA-3-P) a dihydroxyaceton-3-P (DHA-3-P) pomocí E: aldolasa.
5. Intramolekulární změny ve fosforylovaných triosach (mohou se přeměňovat jedna v druhou) jsou katalyzovány E: triosafosfátisomerasou.
6. Oxidace glyceraldehyd-3-P v přítomnosti E: glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenasy na
1,3-bisfosfoglycerát (energeticky bohatá sloučenina) a NADH + H+. Reakce je exergonní – na nově vzniklý COO- se naváže makroergní anhydridovou vazbou Pi. Tato reakce je jediná oxidační reakce v celé glykolýze.
7. 1,3-bisfosfoglycerát je hydrolyzován na 3-fosfoglycerát za katalýzy E: fosfoglycerátkinasou, Pi se přenese na ADP za tvorby ATP = substrátová fosforylace.
8. 3-fosfoglycerát podléhá isomerizaci za vzniku 2-fosfoglycerátu, E: fosfoglycerátmutasa.
9. Dehydratace 2-fosfoglycerátu za katalýzy E: enolasou vede ke vzniku fosfoenolpyruvátu (PEP) = makroergní sloučenina. PEP obsahuje esterově vázanou fosfátovou skupinu.
10. Z PEP a ADP vzniká Pyr a ATP (hydrolýsou PEP se uvolňuje velké množství volné energie, takže tato reakce je silně exergonická a prakticky nevratná) - substrátová fosforylace. Po odštěpení Pi se enol-pyruvát isomerizuje na stabilnější keto-pyruvát. Reakce je katalyzována E: pyruvátkinasou = regulační E.
Během reakcí 4 - 10 se tvoří 2 ATP na 1 C3-fragment, celkově tedy získáme 2 mol ATP na
1 mol Glc.
Další metabolické osudy pyruvátu:
Pyruvát je větvícím bodem glykolýsy. Konečný osud Pyr je závislý na oxidačním stavu buňky. Dále je nutné v buňce udržovat stálý redox stav, proto musí být NADH reoxidováno na NAD+.
Za aerobních podmínek se Pyr transportuje do matrix mitochondrie, kde se PDH reakcí mění na acetyl-CoA (→ CKC).
Za anaerobních podmínek (pracující sval) a v erytrocytech za aerobních podmínek je Pyr přeměňován na laktát za katalýzy E: laktátdehydrogenasou (LDH), poté je laktát uvolňován z buňky do krevního oběhu.
Pyr + NADH + H+ ---- laktát + NAD+
Touto reakcí vytvořené NAD+ je substrátem pro E: glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenasu, bez které by se glykolýsa zastavila.
Aerobní glykolýsa produkuje mnohem více ATP na 1 mol Glc, než anaerobní glykolýsa.
Regulace glykolýsy:
Regulačními body v glykolýse jsou tři enzymy: hexokinasa (je značně diskutabilní), 6-fosfofrukto-1-kinasa a pyruvátkinasa. Tyto enzymy katalyzují nevratné exergonní reakce.
Hlavním regulačním bodem v glykolýse je E: 6-fosfofrukto-1-kinasa. Jedná se o allosterický enzym, který je regulován aktivátory a inhibitory.
1. ↑ ATP / AMP vede k inhibici glykolýsy, protože jde o děj směřující k syntéze ATP. ATP je substrátem a zároveň allosterickým inhibitorem tohoto enzymu. ATP působí tlumivě, naproti tomu AMP je aktivátorem enzymu. Nadbytek ATP zabraňuje další spotřebě Glc jako živiny.
2. Glykolýsu inhibuje citrát. Pokud jsou oxidovány MK, vzniklý acetyl-CoA inhibuje PDH a tím veškerý Pyr směřuje do karboxylace na oxalacetát. Je-li dostatek acetyl-CoA i oxalacetátu, je syntetizován citrát, který se hromadí před enzymem isocitrátdehydrogenasou, citrát uniká do cytosolu a blokuje reg. enzym glykolýsy, protože v mitochondrii je dostatek meziproduktů CKC a není zapotřebí vyrábět další.
3. Fruktosa-2,6-bisfosfát (Fru-2,6-P) se uplatňuje jako aktivátor glykolýsy zvláště v játrech, pokles koncentrace této látky glykolýsu zpomalí.
4. Glykolýsa je aktivována inzulinem a inhibována kontraregulačními hormony (glukagon). Inzulín snižuje intracelulární koncentraci cAMP (převaha defosforylačních dějů), zatímco glukagon a katecholaminy působí naopak vzestup koncentrace cAMP (převaha fosforylací). 6-fosfofrukto-1-kinasa je aktivní v defosforylované formě.
5. Inhibice kyselým pH. 6-fosfofrukto-1-kinasa je inhibována protony.
Enzym hexokinasa je silně inhibován svým produktem – Glc-6-P.
Enzym pyruvátkinasa je regulována kovalentní modifikací pod vlivem inzulínu / glukagonu. Zvláště jaterní isoenzym je allostericky inhibován ATP.
Přenos NADH v buňce:
NADH se z cytoplasmy do mitochondrie může dostat dvěma transfery:
Glycerol-fosfátový člunek (v některých svalech a nervových buňkách) - dochází zde k přenosu vodíkových atomů z NADH + H+ na FAD+ Õ FADH2 Õ vstupuje do dýchacího řetězce místo NADH.
Malát-aspartátový člunek (v játrech a srdci)
Asp oxalacetát + NADH + H+ ----- malát + NAD+, malát prochází vnitřní mitoch. membránou a je oxidován na oxalacetát, přitom vzniká NADH + H+.
Pentosový cyklus
Pentosový cyklus umožňuje úplnou oxidaci Glc na CO2 bez zahrnutí CKC a dýchacího řetězce, s oxidacemi spojené dehydrogenace poskytují atomy H, které se váží na koenzym NADP+ NADPH + H+ Õ tento slouží jako redukční ekvivalent do biosyntéz (biosyntéza mastných kyselin a steroidů), dále vzniká ribosa-5-P, která je prekurzorem biosyntézy nukleových kyselin.
Pentosový cyklus je lokalizován v cytosolu buněk zejm. jater, tukových tkání, varlat, kůry nadledvin a také v laktující mléčné žláze (enzymy jsou lokalizovány ve všech tkáních).
Funkce pentosového cyklu:
1. zisk NADPH
2. zisk ribosa-5-P pro syntézu nukleotidů
3. vzájemné přeměny monosacharidů
Pentosový cyklus má v podstatě 2 fáze: oxidační a regenerační
a) fáze oxidační - viz obr. 1
Glc-6-P je oxidován na ribulosa-5-P, vzniká také CO2 a 2 NADPH + H+
První reakce pentosového cyklu je nevratná a regulační. Rychlost této dráhy závisí na dvou úvodních dehydrogenačních reakcích, které jsou závislé na dostupnosti NADP+. Naopak nadbytek NADPH dráhu zpomaluje. Tudíž hlavní regulační enzym je glukosa-6-fosfátdehydrogenasa.
b) fáze regenerační - viz obr. 2
V této fázi se pentosafosfáty, které se neuplatnily v biosyntéze nukleotidů, převádějí nazpět na hexosafosfáty (Fru-6-P ↔ Glc-6-P). Reakce této fáze jsou volně reverzibilní a nejsou regulovány.
Uplatňují se zde 2 enzymy, které jsou důležité ve vzájemných přeměnách různých cukerných fosfátů:
E: transaldolasa - transportuje C3-jednotky ze sedoheptulosy-7-P (ketosa) na aldehydovou skupinu glyceraldehydu-3-P
E: transketolasa - transportuje C2-jednotky z xylulosy-5-P (ketosa) za vzniku glyceraldehydu-3-P
Obecně: štěpy (= C3 a C2-jednotky) vznikají vždy z ketos, příjemcem těchto štěpů jsou aldosy
Obr. 2: Regenerační (neoxidační) fáze pentosového cyklu
Schema regenerační fáze pentos. cyklu: 3 C5 2 C6 + C3
Glukoneogeneze
= proces biosyntézy molekuly Glc z necukerných prekurzorů (C3 a C4 prekurzory – laktát, pyruvát, glycerol, Ala, Gln a jiné AA, propionát)
Probíhá v buňkách jater a v tubulárních buňkách ledvin a je lokalizována v matrix mitochondrie a cytosolu.
Glukoneogeneze je proces, který umožňuje přežít i delší hladovění, protože glykogen je vyčerpán asi za 24 hodin hladovění, po této době se aktivuje glukoneogeneze. Ale aktivuje se už ráno po nočním hladovění.
V podstatě by mohl tento proces probíhat obrácenou formou glykolýsy (Pyr → Glc), ale některé reakce v glykolýse jsou ireverzibilní a v glukoneogenezi je třeba je obejít s použitím odlišných enzymů = bypass 1, 2 a 3. Tři nevratné reakce v glykolýse jsou katalyzovány těmito enzymy: pyruvátkinasa, 6-fosfofrukto-1-kinasa a hexokinasa/glukokinasa.
Jednotlivé reakce glukoneogeneze:
1. Bypass 1: přeměna (karboxylace) Pyr na oxalacetát probíhá v mitochondrii za katalýzy
E: pyruvátkarboxylasou a za spotřeby ATP. Pyr je nutno transportovat do matrix mitochondrie. Oxalacetát je poté transportován z mitochondrie do cytosolu (transaminace na Asp nebo redukován na malát). Oxalacetát je v cytosolu přeměněn na PEP za katalýzy E: PEPkarboxykinasou (využívá GTP při dekarboxylaci oxalacetátu).
Reakce 2 - 4 jsou v podstatě obrácenou formou glykolýsy.
2. PEP je přeměněn na 3-fosfoglycerát.
3. 3-fosfoglycerát je fosforylován za vzniku 1,3-bisfosfoglycerátu za katalýzy E: fosfoglycerátkinasou
4. 1,3-bisfosfoglycerát je přeměněn na Fru-1,6-bisP.
5. Bypass 2: Fru-1,6-bisP je hydrolyticky přeměněn na Fru-6-P za katalýzy E: fruktosa-1,6-bisfosfatasou - tento enzym je klíčový v kontrole glukoneogeneze.
6. Fru-6-P se izomerizuje na Glc-6-P.
7. Bypass 3: Glc-6-P je hydrolyzována na Glc pomocí E: glukosa-6-fosfatasy - tento enzym se nevyskytuje v mozku a v kosterních svalech, proto tyto tkáně nedodávají do krevního oběhu Glc.
Obr. 3: Schema glukoneogeneze
Glukoneogeneze je energeticky náročný děj vyjádřený následující rovnicí:
2 Pyr + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 4 H2O ------- Glc + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+ + 2 H+
Substráty pro glukoneogenezi:
Laktát - je hlavním zdrojem C atomů pro syntézu Glc v procesu glukoneogeneze.
Laktát vzniká během anaerobní glykolýzy z Pyr za katalýzy E: laktátdehydrogenasou (LDH) v pracujícím svalu a také v ery - následně je laktát ze svalu uvolněn do krevního oběhu a transportován do jater, kde je přeměňován na Glc (glukoneogeneze), Glc je z jater uvolňována do krevního oběhu a může být vychytávána svalovými buňkami - tento cyklus se nazývá Coriho cyklus - viz obr. 4.
Obr. 4: Coriho cyklus
Pyruvát - je produkován ve svalu a dalších periferních tkáních - v těchto tkáních může podléhat transaminaci za vzniku alaninu (Ala) - Ala je transportován krví do jater, kde se transaminací přeměňuje na Pyr a tento vstupuje do glukoneogeneze - tato dráha se nazývá glukosa-alaninový cyklus (popsaný taktéž v metabolismu aminokyselin).
AMK - všechny AMK kromě Leu a Lys jsou degradovány přes meziprodukty (intermediáty) CKC (viz metabolismus AMK) - uhlíkaté skelety AMK jsou přeměněny na oxalacetát a následně na Pyr - Pyr putuje do glukoneogeneze.
Glycerol - je získáván při hydrolýze lipidů a může být použit jako substrát pro glukoneogenezi.
Glycerol je fosforylován na glycerol-3-P pomocí E: glycerolkinasy - následuje dehydrogenace na dihydroxyaceton-P za katalýzy E: glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenasou a v této formě vstupuje do glukoneogeneze.
Regulace glukoneogeneze
Glukoneogeneze je metabolická dráha, která je především aktivní za hladovění nebo za patolog. stavů (stres v důsledku sepse, polytraumat, popálenin apod.).
Regulační enzymy glukoneogeneze jsou ty, které obcházejí nevratné reakce glykolýsy:
Pyruvátkarboxylasa je aktivována acetyl-CoA pocházejícím z β-oxidace MK.
PEP karboxykinasa, Fru-1,6-bisfosfatasa a Glc-6-fosfatasa jsou regulovány stejnými vlivy jako reakce glykolýsy, pouze v opačném směru.
Enzym Fru-1,6-bisfosfatasa je aktivován za hladovění a pomocí citrátu. Naopak inhibiční efekt má AMP a Fru-2,6-bisP.
Hormony zesilující glukoneogenezi jsou glukokortikoidy a glukagon, také katecholaminy. Antagonisticky působí inzulín.
Metabolismus glykogenu
U živočichů glykogen slouží jako zásobárna sacharidů, ze které se mohou uvolňovat fosforečné estery Glc. Lidské tělo může skladovat více než 450 g glykogenu (1/3 v játrech a zbytek ve svalech a dalších orgánech). V lidském těle je glykogen uložen hlavně v játrech a ve svalech, množství glykogenu v dalších orgánech je malé. Jaterní glykogen slouží k udržování stálé hladiny Glc v krvi (= glykémie). Svalový glykogen zase slouží jako energetická zásoba pro svalovou práci. Svalové buňky neobsahují E: glukosa-6-fosfatasu, a proto svaly nemohou uvolňovat Glc do krevního oběhu.
Pouze neredukující konce glykogenu mohou být zkracovány nebo prodlužovány.
Glykogen je rozvětvený homopolymer Glc. Většina Glc zbytků je vázána pomocí α 1 4 vazeb. Každý 12. Glc zbytek je připojen k dalšímu Glc zbytku pomocí α 1 6 vazby. Tyto větve jsou prodlouženy dalšími Glc zbytky, které jsou spojené α 1 4 vazbami. Výsledkem jsou nerozpustné molekuly glykogenu připomínající strom.
Glykogeneze ( = syntéza glykogenu)
Proces syntézy glykogenu probíhá v cytosolu (játra, kosterní svalovina, méně i v dalších orgánech).
Syntéza glykogenu vychází z Glc - fosforylace Glc (v játrech: glukokinasa) za vzniku Glc-6-P - Glc-6-P je přeměňován na Glc-1-P za katalýzy E: glukosafosfátisomerasou - Glc-1-P dále reaguje s UTP za katalýzy E: UDP-glukosapyrofosforylasou - UDP-Glc (aktivovaná forma Glc). Tvorba glykosidických vazeb mezi Glc je endergonický proces a proto je zapotřebí energeticky bohatých substrátů. Přenos Glc zbytku z UDP-Glc je přímý (ΔG < 0). UDP-Glc se svým C1 připojuje na C4 neredukujícího konce glykogenu za katalýzy E: glykogensynthasou, čímž se uvolní UDP. Když rostoucí řetězec dosáhne určité délky (> 11 Glc zbytků), tak je z řetězce odstraněn oligosacharid složený ze 6 - 7 Glc zbytků pomocí E: amylo-(1,4 - 1,6)-transglykosylasy (také nazýván jako větvící enzym) a je připojen na zbytek -OH Glc uvnitř řetězce v pozici C-6 - vznik α 1,6 vazby. Tyto větve jsou dále prodlouženy pomocí
E: glykogensynthasy.
Regulace syntézy glykogenu
E: glykogensynthasa je regulován pomocí fosforylace:
- jestliže je navázána fosfát. skup. E je inaktivní
- jestliže není navázána fosfát. skup. E je aktivní
Syntéza glykogenu je aktivována inzulínem a inhibována glukagonem. Inzulín řídí syntézu glykogenu pouze ve svalu aktivuje glykogensynthasu. Naopak enzym je inhibován působením glukagonu (v játrech), adrenalinu a thyroxinu.
Glykogenolýsa ( = degradace glykogenu)
Glykogen není nikdy úplně degradován, degradace probíhá v cytosolu buněk (játra, ledviny a další tkáně, které obsahují glykogen). Degradace glykogenu probíhá fosforolýsou (navázání fosfátové skupiny) pomocí enzymu glykogenfosforylasy, kdy je uvolňován Glc-1-P jeden po druhém z neredukujících konců. Glc-1-P je přeměněn na Glc-6-P za katalýsy E: glukosafosfátisomerasou. Odbourávání glykogenu se zastaví u 4. Glc zbytku před místem větvení - E: glukanotransferasa (transglykosidasa) pak oddělí od postr. řetězce štěp tvořený 3 Glc zbytky a přenese jej na konec hlavního řetězce. V místě původního větvení zbývá 1 Glc zbytek vázaný α 1,6 vazbou, který je odštěpen pomocí E: amylo-α1→6-glukosidasy a nechává tak za sebou nevětvený řetězec, který může být dále štěpen E: glykogenfosforylasou.
Glc-6-P je přeměněn na Glc pomocí E: glukosa-6-fosfatasy (vyskytuje se v játrech, ledvinách a enterocytech) - z jater může být následně uvolněna Glc do krevního oběhu. Tento enzym je lokalizován v ER buňky. Glc-6-P je do ER transportována pomocí enzymu translokasy. Toto oddělení do ER slouží k tomu, aby vznikající Glc nebyla ihned zpět fosforylována na Glc-6-P.
Regulace glykogenolýsy:
E: glykogenfosforylasa patří mezi kovalentně modulované enzymy a je aktivována fosforylací, která je regulátorem jeho aktivity.
- aktivovaná fosforylasa (má navázanou fosfát. skupinu) = fosforylasa a
- neaktivní fosforylasa (nemá navázanou fosfátovou skupinu) = fosforylasa b
Fosforylaci tohoto enzymu katalyzuje E: kinasa fosforylasy. Glykogenolýsa je aktivována kontraregulačními hormony: glukagon, katecholaminy, kortisol a inhibována inzulínem.
Použitá literatura:
Vodrážka, Z.: Biochemie, Academia, Praha (1999)
Koolman, J., Rőhm, K-H.: Color Atlas of Biochemistry, Thieme, Stuttgart (1996)
Ledvina, M. a kol.: Biochemie pro studující medicíny, 1. díl, Karolinum, Praha (2005)
Použitá schémata metabolických drah byla převzata z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/
Obr. 1: Oxidační fáze pentosového cyklu.