Biochemie vod do anabolismu Josef Trgl Modernizace vuky
Biochemie – úvod do anabolismu Josef Trögl Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 1
Anabolické dráhy • Syntéza složitějších organických látek • Nutné dodání energie a redukčního činidla – obvykle ATP a NADPH, ale i jiná • Výchozí látky jsou obvykle centrální meziprodukty katabolismu – – Ac. SCo. A pyruvát meziprodukty citrátového cyklu aminokyseliny • Lokalizace obvykle v cytoplazmě a na endoplazmatickém retikulu Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza sacharidů • Syntéza glukózy vychází z pyruvátu – Obrácení glykolýzy, ale některé reakce odlišné – Potřeba dodat více energie než kolik se glykolýzou uvolní • Ostatní monosacharidy vznikají obvykle z glukózy • Oligosacharidy a polysacharidy vznikají z fosforylovaných monosacharidů – fosfát se odštěpuje – energie pro reakci Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza glukózy • Výchozí metabolity různé • heterotrofní org. : C 3 -C 4 látky (pyruvát, laktát, glycerol, meziprodukty citr. cyklu…) • rostliny (nefotosynteticky) a některé MO – 2 C (acetylkoenzym A) • autotrofně z C 1 (CO 2) Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Glukoneogeneze • • Univerzální dráha heterotrofních organismů Výchozí metabolit pyruvát Částečně obrácená glykolýza Některé reakce odlišné – hlavně ty silně endergonické – DG 0<0 na zvrat potřeba více energie Celkově musí organismus dodat více energie než získá • U savců probíhá hlavně v játrech – zásobní glykogen – zpracování odpadu (kys. mléčná z anaerobního metabolismu savčích svalů) – z glukogenních aminokyselin Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Glukoneogeneze pyruvát ↓ glyceraldehyd-3 -fosfát fosfoenolpyruvát ↓ ↓ fruktóza-1, 6 -bisfosfát 2 -fosfoglycerát ↓ ↓ fruktóza-6 -fosfát 3 -fosfoglycerát ↓ ↓ glukóza-6 -fosfát 1, 3 -bisfosfoglycerát ↓ ↓ glukóza červeně odlišné reakce od glykolýzy Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Glukoneogeneze • Syntéza fosfoenolpyruvátu • Odlišný děj než při glykolýze • Bakterie (některé) – přímá syntéza (enzym fosfoenolpyruvátsyntetáza) + ATP + AMP + PPi Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Glukoneogeneze • Syntéza fosfoenolpyruvátu • Ostatní MO, rostliny, živočichové – metabolická oklika přes oxalacetát + CO 2 + ATP + ADP + Pi enzym pyruvátkarboxyláza +GTP + GDP + Pi + CO 2 enzym fosfoenolpyruvátkarboxykináza Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Glukoneogeneze • pyruvátkarboxyláza je u živočichů výhradně v matrix mitochondrie – pyruvát přechází přes mitochondriální membránu snadno • fosfoenolpyruvátkarboxykináza je buď v matrix nebo v cytoplazmě (dle druhu živočicha) – fosfoenolpyruvát přechází z matrix snadno – oxalacetát nepřechází přes mitochondriální membrány – přeměna na transportovatelných malát (mitochondrie) a zpět (cytoplasma) • enzym malátdehydrogenáza +NADH Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí + NAD+
Glukoneogeneze • Odštěpování fosfátových skupin pouze hydrolytické (nevzniká ATP, ale jen volný fosfát) – DG 0<0, ale celkově spotřeba více energie fruktózabisfosfatáza CH 2 OH O glukóza-6 -fosfatáza OH OH
Syntéza lipidů • Syntéza mastných kyselin • Syntéza glycerolu (sfingosinu…) • Syntéza kompletního triacylglycerolu nebo fosfolipidu Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza lipidů • Syntéza mastných kyselin vychází z acetylkoenzymu A – z odbourávání lipidů, sacharidů, aminokyselin… • Prakticky obrácená b-oxidace, ale jiné enzymy a mechanismy reakcí – Účast CO 2 – Spotřeba více energie než se uvolní odbouráním – redukce pomocí NADPH Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza lipidů • Enzymový komplex syntáza mastných kyselin – lokalizace v cytoplazmě u prokaryot i eukaryot – prokaryota, chloroplasty rostlin – podjednotka pro každou reakci – eukaryota – pouze dimer, pro každou reakci doména, ale podobná funkce • Střední částí acyl carrier protein (ACP) – nese jako raménko syntetizovanou mastnou kyselinu a předává jednotlivým enzymům – thiovazba (přes –SH skupinu) • Dvě vazební místa – c. SH – centrální – nese tvořenou mastnou kyselinu – p. SH – periferní – vstup Ac. Co. A Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza lipidů Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza lipidů Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Biotin • Biotin = vitamín H • Kofaktor přenášející aktivovaný (=reaktivnější) oxid uhličitý • Prosthetická skupina – amidová vazba karboxylu na lysin CO 2 Lys- Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza mastných kyselin • Vstupující acetylkoenzym A se aktivuje karboxylací na malonyl-Co. A – enzym acetyl-Co. A-karboxyláza – tři podjednotky – biotin jako kofaktor + ATP + CO 2 + ADP + Pi Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza mastných kyselin 1. Transacetylace • Přesun (transfer acetylu = transacetylace) tvořeného acylu z c. SH na p. SH • Připojení malonylu na c. SH • Enzym malonyltransacylasa p. SH Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza mastných kyselin 1. Transacetylace • Přesun (transfer acetylu = transacetylace) tvořeného acylu z c. SH na p. SH • Připojení malonylu na c. SH • Enzym malonyltransacylasa Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza mastných kyselin 2. Kondenzace • Přenos acylu na malonyl a dekarboxylace • Enzym 3 -oxoacylsynthetáza Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza mastných kyselin 2. Kondenzace • Přenos acylu na malonyl a dekarboxylace • Enzym 3 -oxoacylsynthetáza p. SH + CO 2 Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza mastných kyselin 3. Redukce karbonylu • redukční činidlo NADPH • vznik alkoholu • Enzym 3 -oxoacylreduktáza p. SH + NADP+ Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza mastných kyselin 4. Dehydratace • Odštěpení vody • vznik dvojné vazby • Enzym 3 -hydroxyacyldehydratáza p. SH + H 2 O Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza mastných kyselin 5. Redukce dvojné vazby • Redukční činidlo NADPH popř. NADH • Enzym enoylreduktáza p. SH + NADP+ Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza mastných kyselin 1. Transacetylace • Pokračování od bodu 1, acyl je 2 C prodloužen p. SH Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza mastných kyselin • Pokračování od bodu 1, acyl je 2 C prodloužen p. SH Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza mastných kyselin • Hotová kyselina se uvolní z vazby na ACP • Volná se následně aktivuje přenosem na SCo. A – reaktivnější forma pro další metabolické reakce – enzym thiokináza – hydrolýza ATP na ADP + Pi • Syntézou se tvoří maximálně C 16 – kys. palmitová • Jiné MK se tvoří dodatečnými reakcemi – prodloužení v mitochondriích pomocí Ac. Co. A – vznik dvojných vazeb (cis) pomocí specifických dehydrogenáz – hydroxylace Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza acylglycerolů • Výchozí látky – sn-glycerol-3 -fosfát – acylkoenzym A • Syntéza glycerol-3 -fosfátu – dvě cesty glycerol + ATP glycerol-3 -fosfát + ADP enzym glycerolkináza dihydroxyacetonfosfát + NADH + H+ glycerol-3 -fosfát + NAD+ enzym glycerolfosfátdehydrogenáza Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza acylglycerolů • U savců v tukových buňkách – tukové zásoby z nadbytečných sacharidů a aminokyselin • Přenos dvou acylů na glycerol-3 -fosfát – vzniká fosfatidát • Enzymy acyltransferázy + R 1 -CO-SCo. A + R 2 -CO-SCo. A + SCo. A Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza acylglycerolů • Fosfatidáty jsou výchozí pro další syntézy • Syntéza fosfolipidů – modifikace fosfátové skupiny – aktivace pomocí CTP + CTP + PPi – následuje modifikace za odštěpení CMP • druhý glycerol • serin – výchozí pro syntézu ethanolaminu a chlolinu Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza triacylglycerolů 1. Odštěpení fosfátu – enzym fosfatidáthydroláza + H 2 O + Pi 2. Acylace – enzymy transacetylázy + R 3 -CO-SCo. A + SCo. A Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza aminokyselin a bílkovin • Řada drah – odlišnosti mezi organismy – více drah u jednoho organismu – „vedlejší produkty“ • Syntéza uhlíkatých koster – pyruvát, Ac. SCo. A, meziprodukty citrátového cyklu, pentózového cyklu a glykolýzy • Syntéza aminoskupiny – živočichové, houby – jen organicky vázaný N (jiné aminokyseliny) – rostliny - NH 4+, NO 3 -, NO 2 - (masožravé rostliny org. N) – bakterie – hlavně NH 4+, některé i, NO 3 -, NO 2 - nebo fixace N 2 Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza aminokyselin a bílkovin Výchozí metabolit Hlavní meziprodukt Další produkty 2 -oxoglutarát glutamin prolin arginin lysin oxalacetát asparagin methionin threonin ( izoleucin) 3 -fosfoglukonát serin glycin cystein pyruvát alanin valin leucin Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza aminokyselin a bílkovin Výchozí metabolit Hlavní meziprodukt Další produkty fosfoenolpyruvát + erythróza-4 -fosfát fenylalanin ( tyrosin) tyrosin tryptofab ribulóza-5 -fosfát histidin Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza bílkovin • Probíhá z aminokyselin podle genetické informace na ribozómech – viz přednáška „Genetika“ • Některé kratší peptidy jsou syntetizovány i bez matrice – glutathion, peptidová antibiotika… – specifické bílkovinné komplexy – zajišťují správné pořadí aminokyselin – syntéza přes aktivované aminokyseliny Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Syntéza nukleových kyselin • Genetické pochody • Výchozí látkou a zároveň zdrojem energie jsou nukleosidtrifosfáty • viz přednáška „Genetika“ Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
- Slides: 36