Anabolick procesy v organismu mirka rovenskalfmotol cuni cz

Anabolické procesy v organismu mirka. rovenska@lfmotol. cuni. cz

Anabolismus = syntetické reakce sloužící k tvorbě složitějších látek (naproti tomu katabolismus látky rozkládá)

Schéma metabolismu Biopolymery (z potravy, ze zásob) jsou katabolizovány získávají se monomerní stavební jednotky a energie; uvolňují se odpadní produkty Stavební jednotky a energie slouží k syntéze makromolekul, energie i ke konání práce (transport látek, svalová kontrakce)

Spřažené reakce Energie získaná v katabolických reakcích a uložená např. ve formě ATP je využita pro endergonické pochody: většina anabolických reakcí, transport látek, svalová kontrakce. Tedy: endergonická reakce je spřažena s exergonickou, která jí dodává potřebnou energii – typicky se štěpením ATP na ADP a fosfát: ATP + H 2 O ADP + P ATP = hlavní forma uložení chemické energie v buňkách

Příklad spřažených reakcí: 1) glukosa + P glukosa-6 -fosfát + H 2 O …endergonická reakce – vyžaduje energii 2) ATP ADP + P …exergonická reakce – uvolňuje energii Spřažení glukosa + ATP glukosa-6 -fosfát + ADP …celkově se energie uvolňuje a Glc může být fosforylována (1. reakce glykolýzy)

I anabolismus je stupňovitý: pyruvát, glycerol, oxalacetát, AA acetyl-Co. A NH 3, jednoduché intermediáty (např. 2 -oxoglutarát z CC) glukosa polysacharidy mastné kyseliny aminokyseliny lipidy proteiny

ALE: anabolismus není prostým zvratem katabolismu: Některé reakce katabolismu jsou zvratné, ale jiné jsou silně exergonické, tj. nevratné (často na počátku dráhy) Anabolismus tak NEMŮŽE probíhat jako prostý zvrat katabolismu a na místě těchto nevratných kroků musí použít jinou cestu (reakce opačným směrem běžet nemůže) Toto oddělení anabolických a katabolických drah umožňuje jejich vzájemně nezávislou regulaci!!!

Anabolismus sacharidů Glukoneogeneze Glukosa je zdrojem energie pro CNS nedostatek může vést až k dysfunkci mozku a smrti! Je také zdrojem energie pro kosterní sval za anaerobních podmínek Glukosa může vznikat z: pyruvátu laktátu (přemění se na pyruvát) oxalacetátu, a tedy i z intermediátů CC, které se na oxalacetát mohou v CC přeměnit aminokyselin (hlavní zdroj), které se mohou přeměnit na oxalacetát nebo pyruvát, tzn. z aspartátu resp. z alaninu glycerolu (může být přeměněn na glyceraldehyd-3 -fosfát)

Glukoneogeneze využívá některé reakce glykolýzy v opačném směru, ale v místě nevratných reakcí nelze jednoduše obrátit směr V těchto místech musí jít glukoneogeneze oklikou Jde hlavně o vznik fosfoenolpyruvátu (PEP) z pyruvátu: reakce PEP → pyr je exergonická (hydrolýzou PEP se uvolní více energie, než je třeba pro syntézu ATP) opačně neprobíhá přeměna pyr PEP probíhá při glukoneogenezi přes oxalacetát

Op. : glykolýza ADP, H 3 PO 4 2 x 2 ATP 2 tato reakce – exergonická, tzn. má-li běžet opačně, nevznikne ATP, ale jen anorg. fosfát 2 x 2 x pyruvát tato reakce – též nevratná nutná oklika přes oxalacetát – H 2 O 2 x

Oklika přes oxalacetát Dodává se energie v podobě ATP a GTP. Účastní se biotin tj. vitamín ze skupiny vitamínů B

Od fosfoenolpyruvátu probíhá glukoneogeneze jako zvrat glykolýzy – až na to, že hydrolýza fruktosa-1, 6 -bisfosfátu neposkytuje ATP, ale jen anorganický fosfát: NADH+H+ NAD+ 2 x pyruvát → 2 x oxalacetát → 2 2 2 – 2 P

Coriho cyklus Glukoneogeneze probíhá zejména v játrech Laktát vznikající anaerobní glykolýzou ve svalu je přenášen krví do jater a ledvin, kde je z něho syntetizována glukosa (ve svalu chybí enzymy glukoneogeneze); ta pak může být krví zase přenesena do tkání (svalu)

Aminokyseliny jako zdroj pro glukoneogenezi: Zdrojem pro syntézu Glc mohou být ty AA, které lze přeměnit na pyruvát nebo oxalacetát, tzn. alanin a aspartát Přeměna = transaminace, tj. výměna aminoskupiny z aminokyseliny za -C=O oxokyseliny pyruvát oxalacetát

Syntéza glykogenu Glykogen – hlavní zásobní forma sacharidů u živočichů, uložená v játrech a svalech; skládá se z molekul glukosy: vazba -1, 6 (větvení) vazba -1, 4 Syntéza probíhá hlavně v játrech a svalech

Z glukosa-1 -fosfátu pomocí UTP: glukosa-1 -fosfát Využívá se energie uložené v UTP! uridindifosfoglukosa

Glukosa z UDP-Glc je připojena ke koncové Glc vznikajícího glykogenu: UDP-Glc + (Glc)n+1 + UDP vznikající glykogen Větvení: přenesením několika koncových molekul Glc na –OH na C 6 jiné molekuly Glc: větvicí enzym

Anabolismus lipidů Syntéza mastných kyselin Z acetyl-Co. A, v cytoplasmě Acetyl-Co. A je přeměněn na malonyl-Co. A; CO 2 pro tuto přeměnu přenáší biotin; pro navázání CO 2 na biotin je třeba ATP + enzym–biotin–COO- – E-biotin

Na multiproteinovém komplexu ACP dojde ke kondenzaci malonylu a dalšího acetylu z acetyl-Co. A za vzniku acetoacetátu: * + –CO 2 Ten je redukován pomocí NADPH+H+ na butyryl-Co. A, který kondenzuje s dalším malonylem, produkt (6 uhlíků) je znovu redukován NADPH atd. : 2 NADPH+H+ 2 NADP+ ZASE od * +malonyl – H 2 O – CO 2 6 C 2 NADPH – H 2 O hexyryl-ACP

V každém cyklu kondenzuje vznikající kyselina (vázaná na ACP) s dalším malonylem (a prodlužuje se o dva uhlíky – jeden odstupuje jako CO 2) a redukuje se pomocí NADPH, až v 7. cyklu vzniká kys. palmitová (C 16) Oproti -oxidaci není při syntéze FA využíván NAD(H), nýbrž NADP(H) Zdrojem NADPH je pentosofosfátová dráha, která vedle NADPH produkuje i ribosa-5 -fosfát pro syntézu DNA, RNA; výchozí látkou je glukosa-6 -fosfát

Další úpravy FA Prodloužení: v cytoplasmě probíhá prodlužování o 2 C až k palmitové kyselině CH 3(CH 2)14 COO-. Další prodloužení katalyzují elongasy v endoplasmatickém retikulu (ER), příp. v mitochondriích. Tvorba nenasycených FA: katalyzována desaturasami v ER Tzv. esenciální mastné kyseliny není lidské tělo schopno syntetizovat, a musí tedy být přijímány v potravě: hlavně kys. linolová, z níž v organismu vzniká kys. arachidonová; obě jsou prekurzory biologicky významných látek eikosanoidů (prostaglandiny, tromboxany, leukotrieny, lipoxiny).

Syntéza triacylglycerolů a fosfolipidů acyl-Co. A V endoplazmatickém retikulu Z mastných kyselin aktivovaných vazbou na Co. A (tj. z acyl-Co. A; aktivace vyžaduje ATP) a glycerol– 3–fosfátu H 2 O acyl-Co. A P

Diacylglycerol je dále: A) acylován na 3. uhlíku vzniká triacylglycerol B) vnesením derivatizované fosfoskupiny modifikován na fosfolipid; jejím donorem je CDP-derivát: O CDP–O–(CH 2)2–NH 3+ (CDP-ethanolamin) – P –O–(CH 2)2–NH 3+ CMP O- fosfatidylethanolamin

Anabolismus proteinů Syntéza aminokyselin Některé AA nedokáže lidské tělo syntetizovat, a musí je tedy přijímat v potravě…esenciální aminokyseliny (Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Trp…) Neesenciální AA jsou syntetizovány z: intermediátů glykolýzy intermediátů citrátového cyklu (oxalacetát) glutamátu (Gln, Pro) Glu je využíván též jako donor aminoskupiny při transaminacích: pyruvát + Glu → Ala + 2 -oxoglutarát oxalacetát + Glu → Asp + 2 -oxoglutarát Vznik Glu: NH 3 + 2 -oxoglutarát +NADPH+H+ → Glu + NADP+ + H 2 O

Proteosyntéza V jádře buňky probíhá transkripce: přepis genetické informace z DNA do (komplementární) m. RNA Podle m. RNA jsou pak na ribozomech syntetizovány proteiny…translace Ribosom se skládá z malé a velké podjednotky; ty jsou tvořeny proteiny a ribosomálními RNA (r. RNA) Pro translaci jsou vedle aminokyselin, m. RNA a ribosomu třeba také: molekuly t. RNA (transferová RNA): svým 3´-koncem váže určitou aminokyselinu a antikodonem se páruje s m. RNA energie ve formě ATP, GTP

Tvorba aminoacyl-t. RNA Pro každou AA existuje nejméně 1 t. RNA, která ji váže a přenáší na ribosom Pro každou AA existuje zvláštní enzym, který katalyzuje aktivaci AA, při níž se AA naváže na t. RNA; aktivace opět vyžaduje ATP: AA + ATP + t. RNA enzym PP + AMP + aminoacyl-t. RNA (AA-t. RNA)

Průběh translace 1) Iniciace: první t. RNA (nesoucí vždy Met) a m. RNA se s pomocí iniciačních faktorů (proteiny) naváží na ribosom v P-místě…vyžaduje hydrolýzu GTP a ATP 2) Elongace: aminoacyl-t. RNA se s pomocí elongačního faktoru a za hydrolýzy GTP naváže do A-místa na ribosomu peptidyl (v 1. kroku jen Met) vázaný na t. RNA v P-místě se naváže peptidovou vazbou na AA-t. RNA v A-místě hydrolýza GTP umožní translokaci: ribosom se posune po m. RNA o 3 báze (1 kodon) směrem k jejímu 3´-konci. Peptidyl-t. RNA se tak dostává zase do P-místa; A-místo se tak uvolní pro další AA atd…

Elongace m. RNA t. RNA vazba aminoacyl-t. RNA do A-místa přenos Met (peptidylu) z P-místa na novou AA-t. RNA v A-místě a tvorba peptidové vazby směr pohybu ribosomu 5´ znovu přenos peptidylu (Met-Ser) na novou AA-t. RNA (Glu) atd. translokace a vazba nové (Glu) AA-t. RNA do A-místa 3´

3) Terminace: v A-místě se objeví stop kodon m. RNA (neexistuje t. RNA, jejíž antikodon by ho rozeznával) za pomoci terminačního faktoru a hydrolýzy GTP se polypeptid uvolňuje z t. RNA v P-místě. Tvorbu peptidové vazby katalyzuje nikoli proteinový enzym, nýbrž RNA (r. RNA nebo t. RNA), která se proto označuje jako ribozym.

Pořadí bází (kodonů) v m. RNA tedy určuje pořadí AA v proteinu, tj. jeho primární strukturu Ribosom se posunuje po m. RNA směrem k jejímu 3´-konci, polypeptid přitom roste od N-konce (methioninu) k C-konci Proteiny, které se mají dostat do membrán, lysosomů nebo ven z buňky, nejsou syntetizovány na volných ribosomech v cytoplasmě, nýbrž na ribosomech vázaných na drsné endoplasmatické retikulum Mnohé proteiny se ještě před ukončením translace začínají modifikovat (tzv. posttranslační modifikace, viz dále)

Antibiotika a proteosyntéza Některá antibiotika fungují tak, že inhibují bakteriální syntézu proteinů Využívá se toho, že bakteriální ribosom má jiné složení než eukaryotické ribosomy antibiotika interagují s proteiny resp. RNA bakteriálních, nikoli však eukaryotických ribosomů Např. : tetracyklin zabraňuje vazbě aminoacyl-t. RNA do A-místa

Posttranslační modifikace Proteolýza: odštěpuje se N-koncový Met, u polypeptidů syntetizovaných ve formě neaktivních prekurzorů (inzulin) i další peptidový fragment Tvorba –S–S– můstků v endoplasmatickém retikulu (ER): ovlivňuje konformaci a aktivitu proteinu Glykosylace: připojení sacharidu na –OH Ser, Thr (O-glykosidicky) nebo amidový dusík Asn (N-glykosidicky); probíhá v ER a v Golgiho komplexu Fosforylace –OH skupiny Ser, Thr nebo Tyr: v cytoplasmě Hydroxylace Pro (v poloze 3 či 4) a Lys (v poloze 5) v kolagenech: v ER

Glykace Neenzymatická posttranslační modifikace Aldosa (monosacharid) reaguje svou aldehydovou skupinou s aminoskupinami proteinů Konečné produkty pokročilé glykace (AGEs) jsou považovány za klíčové faktory v patogenezi diabetické nefropatie a jiných diabetických komplikací pentosidin