Glikoliza glikis = sladak lisis = rastvaranje 1 Izgaranje glukoze Glukoza se u prisutnosti kisika oksidira do CO2 i H2O uz oslobađanje značajne količine energije 6CO2 + 6H2O 2840 kJ/mol 6O2 glukoza C6H12O6 2 1 U aerobnim uvjetima, stanice proizvode ATP kontroliranim “izgaranjem” glukoze u tri stupnja 1. glikoliza 2. ciklus limunske kiseline 3. oksidacijska fosforilacija 3 Otto Meyerhof 1884-1951. Embden-Meyerhofov put Metabolički proces: razgradnja glukoze do 2 piruvata Mjesto: citosol citosol Uvjeti: anaerobni aerobni 4 2 GLIKOLIZA je razgradnja glukoze do piruvata kroz 9 reakcijskih koraka glukoza Dijeli se u TRI STUPNJA 5 I. Stupanj glikolize glukoza ATP aktivacija glukoze: stvaranje spoja koji se lako može cijepati na fosforilirane trikarbonske jedinice ATP F-1,6-BP ulaganje energije: utrošak 2ATP piruvat 6 3 HO 6 CH2 REAKCIJE I. stupnja glikolize ATP 5 H OH 1 H HO 3 heksokinaza H Pi ADP OH 2 OH O 6 CH2 5 4 H OH 1 H OH 3 H OH 4 ADP H Pi OH O 6 CH2 O 5 ATP fosfofruktokinaza-1 2 H Pi 1 CH2OH fruktoza-6-fosfat (F6P) 2 H OH 3 OH O CH2 O H glukoza-6-fosfat (G6P) O H H HO fosfoglukoizomeraza glukoza (G) O H H 4 CH2 O OH H H OH Pi OH fruktoza-1,6difosfat (FBP) 7 II. Stupanj glikolize glukoza F-1,6-BP Cijepanje na fosforilirane trikarbonske jedinice DHAP GAP piruvat 8 4 II. stupanj glikolize Pi O CH2 H OH H H OH aldolaza gliceraldehid3-fosfat (GAP) Pi CH2 O O CH2 O O C CH2 OH CHO trioza-fosfat-izomeraza aldotrioza fruktoza1,6difosfat (FBP) Pi dihidroksiacetonfosfat (DHAP) OH O CH2 H C OH Pi ketotrioza Na glavnom putu glikolize Iz jedne molekule glukoze nastaju dvije molekule gliceraldehid-3fosfata 9 F-1,6-BP GAP DHAP 2NAD+ + 2Pi 1,3-BPG Izomerizacija GAP 1,3-BPG 2ADP 3PG 3PG 2PG 2PG PEP PEP Trioza-fosfat-izomeraza spašava (eng. salvage) fragmente od C3-atoma 2ADP piruvat piruvat 10 5 III. Stupanj glikolize glukoza NADH ATP Oksidoredukcijafosforilacija ATP piruvat 11 REAKCIJE III. stupnja glikolize Pi + NAD+ gliceraldehid3-fosfatdehidrogenaza Pi OH H O CH2 C C H O Pi OH O O CH2 C C H O Pi OH O O CH2 C C H O NADH + H+ gliceraldehid-3fosfat (GAP) Pi 1,3-difosfoglicerat (1,3-BPG) ADP fosfogliceratkinaza 3-fosfoglicerat (3PG) ATP fosfogliceromutaza Pi O O HO CH2 C C H O 2-fosfoglicerat (2PG) 12 6 Pi O O HO CH2 C C H O 2-fosfoglicerat (2PG) enolaza Pi O O CH2 C C O ADP piruvat-kinaza fosfoenolpiruvat (PEP) Energijom bogati spoj enolfosfat O O CH3 C C O ATP piruvat 13 GLUKOZA C6 jedinica Slobodna energija Energijski prinos pri pretvorbi glukoze u piruvat PIRUVAT 2 C3 jedinice PIRUVAT glukoza + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+ → 2 piruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O 14 7 Održavanje redoks ravnoteže: sudbina piruvata nastalog glikolizom Anaerobna (alkoholna fermentacija) Anaerobna (homolaktička fermentacija) Aerobna oksidacija piruvat CO2 acetaldehid CO2 laktat acetil-CoA etanol oksidacija 15 Alkoholna fermentacija U anaerobnim uvjetima, kvasci i neki mikroorganizmi regeneriraju NAD+ prevođenjem piruvata u etanol alkohol-dehidrogenaza piruvatdekarboksilaza piruvat acetaldehid etanol glukoza Regeneracija NAD+ radi održavanja kontinuiteta glikolize 2 piruvat 2 acetaldehid 2 etanol 16 8 Homolaktička fermentacija U mikroorganizmima i stanicama viših organizama, u nedostatku kisika piruvat se reducira u laktat laktat-dehidrogenaza piruvat laktat glukoza NAD+ Regeneracija radi održavanja kontinuiteta glikolize 2 piruvat 2 laktat 17 Tri su ireverzibilna koraka u glikolizi (visoka negativna slobodna energija) ΔG’ u fiziološkim uvjetima -27,2 kJ/mol glukoza heksokinaza Glikoliza Glukoneogeneza fruktoza-6-fosfat -25,9 kJ/mol fosfofruktokinaza-1 fruktoza-1,6-difosfat fosfoenolpiruvat -13,9 kJ/mol piruvat kinaza oksaloacetat piruvat 18 9 Alosterički regulatori glikolize U metaboličkim putovima, enzimi koji kataliziraju esencijalne ireverzibilne korake ključna su mjesta regulacije Enzim Aktivator Inhibitor heksokinaza AMP, ADP, fruktoza-6-fosfat glukoza-6-fosfat fosfofruktokinaza-1 fruktoza-2,6difosfat citrat, ATP, NADH piruvat kinaza AMP, fruktoza2,6-difosfat ATP, acetil-CoA 19 20 10 U aerobnim uvjetima piruvat se prenosi u matriks mitohondrija U mitohondriju se odvija: glukoza glukoza 1. oksidacijska dekarboksilacija piruvata u acetilCoA 2. ciklus limunske kiseline (CLK) 3. oksidacijska fosforilacija ATP ATP glikoliza NADH NADH ATP ATP ATP ATP piruvat CLK acetil-CoA piruvat Nosač piruvata: antiport koji prenosi piruvat u zamjenu za OH- ione 21 Acetil-CoA nastaje u matriksu mitohondrija oksidacijskom dekarboksilacijom piruvata nosač protein piruvatdehidrogenaza piruvat HS-CoA acetil-CoA 22 11 Ciklus limunske kiseline KREBSOV CIKLUS Hans Krebs 1900-1981. Metabolički proces: niz oksido-reduksijskih reakcija u kojima se acetilna skupina oksidira do 2CO2 Mjesto: matriks mitohondrija Uvjeti: aerobni 23 Ciklus limunske kiseline je amfibolički put Sudjeluje u anabolizmu i katabolizmu proteini amino kiseline konačni zajednički put oksidacije molekula goriva: aminokiselina, masnih kiselina i ugljikohidrata većina molekula goriva ulazi u ciklus kao acetil-CoA ugljikohidrati šećeri masti glicerol masne kiseline GLIKOLIZA glukoza gliceraldehid-3-fosfat piruvat ACETIL-CoA važan izvor preteča za sintezu biomolekula (aminokiseline, kolesterol, porfirin) CLK oksidacijska fosforilacija 24 12 piruvat acetil-CoA oksaloacetat malat citrat CIKLUS LIMUNSKE KISELINE fumarat izocitrat -ketoglutarat sukcinat sukcinil-CoA 25 Kondenzacija acetil-SCoA i oksaloacetata O CH3 C S CoA acetil-SCoA H2 O COO- CoASH COO- C O CH2 COOoksaloacetat citrat sintaza CH2 HO C COOCH2 COOcitrat 26 13 Izomerizacija citrata COOCH2 H2 O HO C COO- COO- CH2 citrat CH2 COO-akonitaza C COO- citrat CH H2 O COOakonitaza COO- akonitaza CH2 H C COOHO C H COOizocitrat 27 izocitrat Oksidacijska dekarboksilacija izocitrata COO- izocitrat CH2 H C COOHO C H izocitrat dehidrogenaza COO- NAD+ COO- -ketoglutarat CH2 H C COO- COO- C O CH2 COO- CH2 C O COO- NADH, H+ CO2 28 14 Oksidacijska dekarboksilacija -ketoglutarata sukcinat COOCH2 CH2 -ketoglutarat dehidrogenaza CoASH COO- sukcinil-CoA -ketoglutarat COO- GTP CO2 CH2 GDP + Pi Energijom bogata veza COOCoASH CH2 CH2 C O S CH2 C O CoA NADH COO- NAD+ Oksidacijska dekarboksilacija 29 Oksaloacetat se obnavlja oksidacijom sukcinata 30 15 Sukcinat dehidrogenaza je integralni dio mitohondrijske membrane COOHC Promjena slobodne energije CH nije dovoljna za redukciju NAD+ COO- Oksidacija sukcinata fumarat FADH2 sukcinat dehidrogenaza Sukcinat dehidrogenaza je izravno vezana na elektron-transportni lanac FAD COOCH2 CH2 COOsukcinat 31 Hidracija fumarata Oksidacija malata NADH, H+ NAD+ COOC O CH2 COOoksaloacetat COOHO C H CH2 COO- H2O COOHC CH COO- malat dehidrogenaza malat fumaraza fumarat 32 16 Energija oslobođena tijekom ciklusa pohranjuje se u reduciranom obliku NADH i FADH2, te u obliku ATP Proizvodi CLK acetil-SCoA • 2 CO2 • 8 elektrona bogatih energijom u obliku – 3 NADH = 3 x 2,5 ATP = 7,5 ATP NADH – Ciklus limunske kiseline 1 FADH2 = 1 x 1,5 ATP = 1,5 ATP • 1 GTP GTP + ADP = GDP + ATP FADH2 CO2 NADH GTP CO2 Po jednoj C2 jedinici nastaje 10 ATP NADH 33 CLK je izvor biosintetskih preteča CO2 piruvat aminokiseline acetil-CoA masne kiseline kolesterol oksaloacetat glukoza citrat aspartat fenilalanin tirozin malat CLK fumarat sukcinat izocitrat -ketoglutarat porfirini sukcinil-CoA izoleucin metionin masne kiseline s valin neparnim lancem aminokiseline 34 17 Malolaktička fermentacija: bakterija Leuconostoc oenos prevodi malat u laktat i CO2 malat: ion jabučne kiseline nezrelo grožđe ima previše jabučne kiseline koja vinu O daje opori okus C mliječna kiselina je slabija kiselina od jabučne kiseline -O laktat vinu daje mekši okus OH O CH2 C C H malat O OH O CH3 C C O H + CO2 laktat 35 36 18 glukoza respiracija fermentacija U aerobnim uvjetima: respiracija ili stanično disanje piruvat piruvat laktat etanol acetilCoA CLK elektroni 37 Nosači elektrona su veza između CLK i respiracijskog lanca 2piruvat piruvat dehidrogenaza 2NAD+ 2NADH 2acetil-CoA 2acetil-CoA 2NADH 2oksaloacetat 2NAD+ 2citrat 2malat 2izocitrat 2FADH2 2FAD 2fumarat CLK 2NAD+ 2NADH 2sukcinat 2-ketoglutarat 2sukcinil-CoA 2NAD+ 38 2NADH 19 Respiracijski lanac Mjesto: respiracijske nakupine na unutrašnjoj membrani mitohondrija Niz nosača elektrona prenosi elektrone s NADH i FADH2 na kisik vanjska membrana kriste Nosači: prostetičke skupine proteina unutrašnja membrana matriks 39 Supramolekulski kompleksi dio dio su su lanca lanca Supramolekulski proteinski proteinski kompleksi prenositelja elektrona u mitohondriju prenositelja elektrona u mitohondriju 4H+ 2x2H+ 2H+ 2H+ 2H+ međumembranski prostor membrana mitohondrija matriks mitohondrija 2H+ 4H+ e- e- ½ O2 sukcinat H2O fumarat + + + + NADH NADH NAD ++ NAD+ +H H NADH NAD H+ Kompleks Kompleks II Kompleks Kompleks II II Kompleks Kompleks III III Kompleks Kompleks IV IV NADH NADH dehidrogenaza dehidrogenaza sukcinat sukcinat dehidrogenaza dehidrogenaza citokrom citokrom reduktaza reduktaza citokrom oksidaza citokrom c oksidaza koenzim III koenzim Q: Q: mobilni mobilni prenositelj prenositelj elektrona elektrona ss kompleksa kompleksaIIiiII IIna nakompleks kompleksIII citokrom c: kompleksa III III na na kompleks kompleks IV IV citokrom c: prenositelj prenositelj elektrona elektrona ss kompleksa 40 20 Kompleks I: NADH dehidrogenaza (NADH-Q oksidoreduktaza) prenosi elektrone s NADH na koenzim Q ADP + Pi → ATP + H2O ΔGo´= + 30,5 kJ mol-1 NADH + CoQ → NAD+ + CoQH2 ΔGo´ = - 2 x 96494 x 0,360 = - 65,5 kJ mol-1 Fe-S Q Kompleks I osigurava dovoljno slobodne energije za sintezu ATP Kompleks I je protonska pumpa NADH 41 Kompleks II: sukcinat dehidrogenaza (sukcinat-koenzim Q reduktaza) jedini enzim CLK koji je vezan za membranu prenosi elektrone sa sukcinata na koenzim Q ADP + Pi → ATP + H2O ΔGo´= + 30,5 kJ mol-1 Kompleks II FADH2 + CoQ → FAD + CoQH2 ΔGo´ = sukcinat - 2 x 96494 x 0,015 2,9 kJ mol-1 =- fumarat + 2H+ Kompleks II nije protonska pumpa: ne osigurava dovoljno slobodne energije za sintezu ATP 42 Uloga kompleksa II: osigurava dotok elektrona s FADH2 u respiracijski lanac 21 Koenzim Q O mobilni prenositelj elektrona s kompleksa I i II na kompleks III H3C O CH3 CH3 (CH2 CH C CH2) nH H3C O O nepolarno sidro 2e2H+ OH H3C O CH3 H3C O (CH2 CH C CH2) nH CH3 OH 43 Kompleks III: citokrom reduktaza (citokrom c oksidoreduktaza) prenosi elektrone s koenzima Q na citokrom c prenositelji elektrona: citokromi ADP + Pi → ATP + H2O ΔGo´ = + 30,5 kJ mol-1 Kompleks III CoQH2 + citokrom c(oks) → CoQ + citokrom c(red) ΔGo´ = - 2 x 96494 x 0,190 = - 36,7 kJ mol-1 Kompleks III osigurava dovoljno slobodne energije za sintezu ATP Kompleks III je protonska pumpa 44 22 Citokromi proteini, nosači elektrona, koji kao prostetičku skupinu sadrže hem prenose po jedan elektron Fe oscilira između (+2) i (+3) stanja Hem b Protein Hem c hem u cyt c i c1 je kovalentno vezan na protein 45 Kompleks IV: citokrom c oksidaza prenosi po jedan elektron s citokroma c na O2 O2 je krajnji akceptor elektrona u respiracijskom lancu prenositelji elektrona: Cu i citokromi Cu oscilira između (+1) i (+2) stanja ADP + Pi → ATP + H2O ΔGo´= + 30,5 kJ mol-1 Kompleks IV citokrom c(red) + ½ O2 → citokrom c(oks) + H2O ΔGo´ = - 2 x 96494 x 0,580 = - 112 kJ mol-1 O2 Kompleks IV je protonska pumpa Kompleks IV osigurava dovoljno slobodne energije za sintezu ATP 46 23 Ponavljanje Vanjska membrana Međumembranski prostor Cyt b Unutrašnja membrana I III II sukcinat IV fumarat Matriks mitohondrija 47 PROTON-MOTORNA SILA pH = 1,4 visoka H+ niska vanjska membrana unutrašnja membrana H+ međumembranski prostor matriks Gradijent protona na unutrašnjoj membrani mitohondrija stvara membranski potencijal (0,14 V) u kojemu je citoplazmatska strana unutrašnje membrane mitohondrija pozitivna: PROTON-MOTORNA SILA 48 24 Na unutrašnjoj membrani mitohondrija nalazi se F1F0-ATPaza (kompleks V) F0 u unutrašnjoj membrani mitohondrija sadrži protonski kanal F1 F1 u matriksu mitohondrija i podjedinice stvaraju naizmjenični heksamer podjedinice sudjeluju u katalizi središnja stapka F0 i F1 povezani su središnjom stapkom F0 49 ATP se sintetizira kad se protonskim kanalom F1F0-ATPaze protoni vračaju u matriks mitohondrija ++++++ O2 ------ H2O H+ ATPaza MATRIKS H+ ADP + Pi ATP 50 25 Gradijent protona omogućava prijenos ADP i ortofosfata u matriks mitohondrija ADP3-+ Pi matriks mitohondrija međumembranski prostor ATP4ATP4- ADP3- H2PO4- H+ 3H+ ----+++++ 3H+ ATP4- ADP3- H2PO4- H+ ADP/ATP translokaza (antiport): ATP ima više negativnih naboja od ADP ATP izlazi, a ADP ulazi u matriks mitohondrija 51 ATP nikada ne nastaje u suvišku! međumembranski prostor citosol matriks odrasla osoba treba 1500-1800 kcal metaboličke energije na dan odgovara slobodnoj energiji hidrolize 200 mol ATP koncentracija ATP nije nikada veća od 0,1 mol treba osigurati stalnu proizvodnju ATP 52 26 Koliko se ATP dobije oksidacijom NADH i FADH2? oksidacija NADH pumpa 10 H+ (4 + 2 + 4) oksidacija FADH2 pumpa 6 H+ (2 + 4) protok od 3 H+ po molekuli ATP ATP/ADP translokaza troši 1 H+ po ADP 2,5 ATP po NADH 1,5 ATP po FADH2 53 H2O nastaje uzastopnim prijenosom 4 elektrona na O2 u toku prijenosa nastaju intermedijeri - radikali citokrom oksidaza zadržava reaktivne intermedijere do potpune redukcije kisika reaktivne čestice mogu “iscuriti” iz aktivnog centra enzima: oksidacijski stres zdrava stanica stanica napadnuta slobodnim radikalima stanica pod oksidacijskim stresom 54 27 Uzroci nastajanja slobodnih radikala ionizirajuće zraćenje UV zraćenje pušenje metabolizam oštećenje DNA upala onečišćenje zraka 55 Oksidacijski stres pojačano stvaranje spojeva s aktivnim kisikom i slobodnih radikala “Reactive Oxygen Species” (ROS): superoksid radikal anion: O2-. arginin vodikov peroksid: 2 H++ O2-. → O2 + H2O2 hidroksi radikal: Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO. + OH56 28 Radikali uzrokuju oštećenja inaktivacija enzima depolimerizacija polisaharida oštećenje DNA oštećenje membrana oštećenje membrane mutacija poremećaj u radu respiracijskog lanca pad membranskog potencijala pad proizvodnje ATP bolest ili smrt stanice 57 Stanični obrambeni mehanizam: antioksidansi superoksid dismutaza 2 O2-. + 2 H+ → H2O2 + O2 katalaza RH2 + H2O2 → R + 2 H2O glutation peroksidaza (sadrži Se) 2GSH + R-O-O-H → G-S-S-G + R-OH + H2O G-S-S-G + NADPH + H+ → 2GSH + NADP+ 58 29 fenolni antioksidans: -tokoferol (vitamin E) fenoli stvaraju rezonantno stabilizirane radikale karotenoidi: β-karoten u žuto-narančastom i tamno zelenom voću prekursor retinola (vitamin A) antioksidans u membranama askorbinska kiselina (vitamin C) djeluje u vodenim odjeljcima stanice i u vanstaničnim tekućinama sprječava peroksidaciju membranskih lipida 59 Flavonoidi su snažni antiksidansi kakao 60 30 Glukoneogeneza 61 GLUKONEOGENEZA je proces sinteze glukoze de novo iz neugljikohidratnih preteča Preteče: piruvat i laktat glicerol ugljikovodični lanci većine aminokiselina masne kiseline s parnim brojem C-atoma se kod životinja ne mogu prevesti u glukozu 62 31 Glukoneogeneza NIJE izravni obrat glikolize! G l u k o n e o g e n e z a Pi glukoza-6-fosfataza (- 5,1 kJ/mol) GLUKOZA H2O ATP heksokinaza (- 16,7 kJ/mol) ADP GLUKOZA-6-FOSFAT FRUKTOZA-6-FOSFAT fruktoza-1,6-difosfataza (- 8,6 kJ/mol) Pi ATP H2O ADP fosfofruktokinaza (- 14,2 kJ/mol) FRUKTOZA-1,6-DIFOSFAT dihidroksiaceton fosfat gliceraldehid-3fosfat 1,3-difosfoglicerat ADP ADP ATP ATP 3-fosfoglicerat 2-fosfoglicerat PEPCK G l i k o l i z a FOSFOENOLPIRUVAT GDP + CO2 + 0,8 kJ/mol piruvat karboksilaza ADP GTP OKSALOACETAT ADP + Pi ATP piruvat kinaza (- 31,4 kJ/mol) PIRUVAT ATP + CO2 63 ireverzibilne reakcije glikolize Stehiometrija glikolize i glukoneogeneze GLIKOLIZA glukoza + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2 piruvata + 2NADH + 4H+ + 2ATP + 2H2O + 2ATP Go´= - 84 kJ/mol GLUKONEOGENEZA 2 piruvata + 2NADH + 4H+ + 4ATP + 2GTP + 6H2O glukoza + 2NAD+ + 4ADP + 2GDP + 6Pi - 6ATP Go´= - 38 kJ/mol Σ 2ATP + 2GTP + 4H2O → 2ADP + 2GDP + 4P 64 i 32 Sirovine za glukoneogenezu uključuju se u proces samo na određenim mjestima laktat piruvat aminokiseline oksaloacetat glicerol triozafosfati aminokiseline propionat fruktoza glukoza 65 Više biljke pretvaraju triacilglicerole (TG)u C4-međuprodukte CLK oleosom TG glioksisom MK acetilCoA acetilCoA citrat izocitrat -oksid. OAA malat glioksilat sukcinat sukcinat PEP malat F-6-P OAA fumarat mitohondrij malat SAHAROZA Ricinus communis 66 33 Sinteza glukoze iz fruktoze FRUKTOZA ATP fruktokinaza ADP fruktoza-1-fosfat fruktoza-1-fosfat aldolaza gliceraldehid trioza kinaza + DIHIDROKSIACETONFOSFAT ATP glukoneogeneza ADP glukoza-6-fosfat gliceraldehid-3-fosfat glikoliza piruvat laktat 67 Sinteza glukoze iz aminokiselina aminokiseline iz proteina unesenih hranom, a u gladovanju razgradnjom proteina skeletnih mišića Alanin Cistein Glicin Serin Treonin Triptofan Aspartat Asparagin laktat piruvat glukoza glukoneogeneza acetil-CoA oksaloacetat malat alanin, serin, glicin, arginin itd. pretvaraju se u piruvat ili intermedijere ciklusa limunske kiseline, koji se metaboliziraju u oksaloacetat Fenilalanin Tirozin citrat fumarat sukcinat CLK izocitrat -ketoglutarat sukcinil-CoA Izoleucin Metionin Valin Arginin Glutamat Glutamin Histidin Prolin 68 34
© Copyright 2024 Paperzz
