METABOLISMUS SACHARID Biochemick stav LF MU 2013 H

METABOLISMUS SACHARIDŮ © Biochemický ústav LF MU 2013 - (H. P. ) 1

Rozdělení sacharidů Monosacharidy: glukosa fruktosa galaktosa a-D-glukopyranosa D-glukosa -D-glukopyranosa Oligosacharidy: 2 -10 podjednotek monosacharidů vazba glykosidová (např. a-1, 4 nebo -1, 4) sacharosa (glukosa+fruktosa) maltosa (glukosa+glukosa), laktosa (glukosa+galaktosa) Polysacharidy 2

Polysacharidy: až tisíce monosacharidových podjednotek vazba glykosidová (např. a-1, 4 nebo a-1, 6) mohou obsahovat i více druhů monosacharidových podjednotek i necukerné složky glykogen – „živočišný škrob“ syntéza ze sacharidů přijatých potravou glukosové jednotky (vazba a-1, 4 a a-1, 6) škrob – zásobní látka rostlin glukosové jednotky (vazba a-1, 4 a a-1, 6) amylosa + amylopektin celulosa – stavební rostlinný polysacharid glukosové jednotky (vazba -1, 4) nestravitelná pro člověka – vláknina potravy 3

Hlavní živina pro lidský organismus Sacharidy Využitelné sacharidy Polysacharidy škrob (těstoviny, rýže, pudinky, brambory, . . . ) Oligosacharidy sacharosa (sladká jídla. . ) laktosa (mléko, . . ) maltosa (pivo, slad. . ) Monosacharidy glukosa (ovoce. . ) fruktosa (med, ovoce. . ) galaktosa Nevyužitelné sacharidy Polysacharidy celulosa (ovoce, zelenina) VLÁKNINA 4

Obsah škrobu v potravinách (průměrné hodnoty) Potravina Pudinkový prášek Mouka pšeničná Rýže Těstoviny Rohlík Luštěniny Chléb Celozrnné pečivo Brambory Banán Škrob (%) 80 75 75 70 60 60 50 40 15 15 ! ! ! 5

Obsah glukosy v potravinách Potravina Glukosa (%) Glukopur 100 Rozinky 50 Med 30 ! Hrozny 6 -10 ! Ovoce 1 -5 ! U diabetiků nutná velká opatrnost 6

? Nejrozšířenější sacharid Glukosa (volná i vázaná) ? Sacharid tvořící největší využitelný zdroj energie škrob Sacharid tvořící významnou složku nestravitelného podílu v potravě celulosa 7

Trávení sacharidů Schematicky Ústa → žaludek → tenké střevo → portální žíla Ústa: slinná a-amylasa (štěpení a-1, 4 glykosidových vazeb) škrob dextriny Žaludek: žádný enzym štěpící sacharidy inaktivace slinné a-amylasy 8

Tenké střevo : pankreatická a-amylasa (štěpení a-1, 4 glykosidových vazeb) dextriny a (škrob) maltosa, isomaltosa, D-glukosa specifické disacharidasy (štěpení na monosacharidy) sacharosa, laktosa glukosa, fruktosa, galaktosa kartáčový lem enterocytů absorpce monosacharidů buňky střevní sliznice Portální žíla transport monosacharidů do jater 9

Proč organismus nevyužívá celulosu jako zdroj energie ? Celulosa glukosové jednotky -1, 4 -glykosidová vazba 10

Nejvýznamnější monosacharidy v metabolismu GLUKOSA Fruktosa Galaktosa 11

GLUKOSA V KRVI ! Nesmí klesnout pod 3 mmol/l 3, 9 -5, 6 mmol/l ! plasma Zvyšuje hladinu glukosy Snižuje hladinu glukosy Glukagon Adrenalin Glukokortikoidy Regulace hormonální Insulin (Kortizol) 12

Stanovení glukosy v kapilární krvi GLUKOMETRY Accutrend® GCT Accu-Chek® - Performa Nano Postup práce s glukometrem Glukometr One touch Ultra 13

Nejvýznamnější orgán v metabolismu sacharidů JÁTRA • zásobuje ostatní tkáně glukosou • metabolizuje glukosu - zisk energie - prekursory pro ostatní látky • syntéza glykogenu 14

Distribuce glukosy v organismu Ostatní tkáně Glukosa není jediným zdrojem energie Využití i mastných kyselin a ketonových látek Játra CNS (za normál. podmínek) Erytrocyty Glukosa – jediný zdroj energie 15

Který orgán bude přednostně zásobován glukosou v případě , že poklesne hodnota glukosy v krvi ? 16

METABOLISMUS GLUKOSY Glykolýza Syntéza a odbourání glykogenu Pentosový cyklus Glukoneogeneze 17

Glykolýza • Lokalizace: cytoplasma (většina buněk) • Význam: zisk energie tvorba dalších látek • Rozdělení glykolýzy: aerobní glykolýza anaerobní glykolýza 18

Glykolýza schematicky Glc glukosa fosforylace Glukosa-6 -fosfát Glc-6 -P pyruvát Pyr Anaerobní podmínky laktát Aerobní podmínky acetyl-Co. A 19

Glukosa ATP ADP Glukosa-6 -P Fruktosa - 6 - P ATP ADP Fruktosa-1, 6 -bis P Glyceraldehyd -3 - P Dihydroxyaceton - P NAD+ 2 NADH 2 ATP Série reakcí 2 ATP 2 Pyruvát 20

Sumární rovnice glykolýzy (anaerobní i aerobní) C 6 H 12 O 6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 CH 3 -CO-COOH + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP ! Pro kontinuální průběh glykolýzy je třeba: • Regenerace NAD+ - tedy reoxidace NADH • Dostatek ADP 21

Glykolýza schematicky glukosa fosforylace Glukosa-6 -fosfát pyruvát Anaerobní podmínky laktát Aerobní podmínky acetyl-Co. A 22

Aerobní glykolýza glukosa pyruvát Oxidační dekarboxylace (multienzymový komplex: thiamindifosfát, kyselina lipoová, koenzym A, FAD, NAD+) Acetyl-Co. A CH 3 -CO-COOH + Co. A-SH + NAD+ → CH 3 -CO-SCo. A + CO 2 + NADH + H+ 23

Kde probíhá aerobní glykolýza ? • Většina buněk - matrix mitochondrie Příklad: Kosterní sval – mírná práce nebo klid dostatečný přívod O 2 glukosa pyruvát Tvorba acetyl. Co. A Reoxidace NADH – dýchací řetězec 24

Glykolýza schematicky glukosa fosforylace Glukosa-6 -fosfát pyruvát Anaerobní podmínky laktát Aerobní podmínky acetyl-Co. A 25

Anaerobní glykolýza glukosa pyruvát Laktátdehydrogenasa (LD) laktát Pyruvát + NADH + H+ LD laktát + NAD+ H 26

Kde probíhá anaerobní glykolýza ? • Většina buněk je schopna anaerobní glykolýzy Příklad: Kosterní sval (namáhaný) Tkáně při hypoxii Erytrocyty Kosterní sval - intenzivní práce nedostatečný přívod O 2 glukosa pyruvát Tvorba laktátu (reakce LD) Práce na kyslíkový dluh 27

Práce na kyslíkový dluh • Intenzivní svalová činnost • Nedostatek O 2 • Vznik laktátu buňka krev Hromadění laktátu laktát Délka trvání ? ! ACIDÓZA Svalová bolest vyčerpání Krátký omezený časový úsek (např. sprint) 28

Jak odstraníme následky svalové bolesti a vyčerpání ? • ukončení svalové činnosti (zmírnění práce) • dostatečné zásobení kyslíkem Poté dochází k přeměně části laktátu na pyruvát a NADH se reoxiduje v dýchacím řetězci. 29

Jaký je průběh glykolýzy v kosterním svalu? Mírná práce (klid) Intenzivní práce Dostatečný přívod O 2 Nedostatečný přívod O 2 Aerobní glykolýza Anaerobní glykolýza Práce na kyslíkový dluh Vytrvalostní běh Sprint červená svalová vlákna bílá svalová vlákna 30

Jaký je průběh glykolýzy v erytrocytech? Aerobní glykolýza Anaerobní glykolýza Chybí mitochondrie Tvorba laktátu Laktát jde do krve v játrech na pyruvát 31

Vztah vitaminů k metabolismu sacharidů ? Viz. další přednáška 32

Energetická bilance anaerobní glykolýzy: 2 ATP Glukosa Pyruvát Laktát Energetická bilance aerobní glykolýzy: 38 ATP Glukosa Pyruvát acetyl-Co. A citrátový cyklus NADH DŘ Sumárně aerobní glykolýza: Glukosa + 6 O 2 + 38 ADP+Pi → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38 ATP 33

Glykolýza aerobní anaerobní Dostatečný přívod O 2 Nedostatečný přívod O 2 Vysoký zisk energie: 38 ATP Malý zisk energie: 2 ATP Význam – zisk energie • při dějích, kdy je omezen přísun kyslíku • tkáň nemá mitochondrie (ery, leu, . . ) 34

Glukoneogeneze Syntéza glukosy: z látek vzniklých katabolismem sacharidů z necukerných zdrojů glukosa Lokalizace: játra, ledviny Glukosa-6 -P glukoneogeneze glykolýza Zpětný průběh glykolýzy 3 nevratné reakce nahrazeny jinými reakcemi Vratné enzymové reakce 3 nevratné reakce pyruvát laktát glycerol glukogenní aminokyseliny 35

Odstraňování laktátu z tkání do jater, kde se využívá pro tvorbu glukosy Coriho cyklus JÁTRA SVAL glukosa pyruvát LD laktát KREV pyruvát LD laktát 36

Pentosový cyklus Slouží jako zdroj NADPH a pentos Zdroj energie glukosa-6 -P Lokalizace např. játra Pentosový cyklus NADPH Biosyntetické reakce Ribosa-5 -fosfát Syntéza nukleových kyselin a nukleotidů 37

Metabolismus fruktosy Zdroj fruktosy: Sacharosa Štěpení sacharosy: Tenké střevo Přeměny fruktosy: Játra Fruktosa Nezávislé na insulinu Fruktosa-1 -fosfát Glykolýza „Rychlý“ zdroj energie 38

Metabolismus galaktosy Zdroj galaktosy: Laktosa Štěpení laktosy: Tenké střevo Přeměny galaktosy: Játra Galaktosa Aktivovaná glukosa (UDP-glukosa) Metabolismus glukosy Glykoproteiny Glykolipidy Laktosa 39

Syntéza a odbourání glykogenu • probíhá převážně v játrech a ve svalech • lokalizace - cytoplasma buněk • glykogen: zásobní forma glukosy v buňkách zdroj energie • játra: 5 - 10 % hmotnosti jater po jídle 0, 1 % hmotnosti jater po 24 hodinách hladovění • sval: 1, 5 % hmotnosti svalu (odbourání až při těžké svalové práci) 40

Syntéza glykogenu • hormonální stimulace (inzulin) glukosa Dostatečný přívod glukosy do buňky syntéza glykogenu Glc → glc-6 -P → glc-1 -P →→→ glykogen 41

Odbourání glykogenu • glykogenolýza • hormonální stimulace (glukagon, adrenalin) • mechanismus glykogenolýzy: fosforolytické štěpení (anorganickým fosfátem) odbourání glykogenu Nedostatečný přívod glukosy do buňky glukosa játra: glc-6 -P → glc Glykogen → glc-1 -P → glc-6 -P sval: glc-6 -P 42

Hormonální regulace Syntéza glykogenu • stimulace inzulinem Odbourání glykogenu • játra: stimulace glukagonem adrenalinem • sval: stimulace adrenalinem 43

Hormonální regulace metabolismu glukosy INZULIN GLUKAGON ↓ Snižuje glukosu v krvi ↑ Zvyšuje glukosu v krvi ↑ Stimulace glykolýzy ↑ Stimuluje glukoneogenezi x Inhibice glukoneogeneze ↑ Zvyšuje odbourání jaterního glykogenu ↑ Zvyšuje syntézu glykogenu Anabolické účinky „Stresové“ hormony: Adrenalin (zvyšuje odbourání glykogenu) Kortizol (zvyšuje glukoneogenezi z AK) 44

Schema metabolických drah glukosy glukosa pouze v játrech (a ledvinách) NADPH pentosy pentosový cyklus glukosa-6 -P (DNA, RNA. . . ) glykolýza fruktosa syntéza glykogenu glykogenolýza (játra, svaly) glukoneogeneze pyruvát anaerobní glykolýza laktát oxidační dekarboxylace (nevratná !) mastné kyseliny lipidy acetyl-Co. A citrátový cyklus + dýchací řetězec CO 2 + H 2 O + energie 45

Metabolismus glukosy po jídle Inzulin JÁTRA CNS glykogen glukosa Acetyl-Co. A MK ERYTROCYTY glukosa STŘEVO glukosa glykogen MK SVAL TG TUKOVÁ TKÁŇ 46

Metabolismus glukosy v postresorpční fázi Glukagon JÁTRA CNS glykogen glukosa ERYTROCYTY glukosa STŘEVO MK MK SVAL TG TUKOVÁ TKÁŇ 47

Metabolismus glukosy při hladovění Glukagon JÁTRA CNS glykogen glukosa ERYTROCYTY glukoneogeneze glukosa proteiny STŘEVO AK MK MK SVAL TG TUKOVÁ TKÁŇ 48

Patologické stavy při poruše metabolismu sacharidů Diabetes mellitus (viz – další přednáška) Jiné poruchy v metabolismu sacharidů (např. deficit enzymů – disacharidas) 49

Jiné poruchy v metabolismu sacharidů Disacharidasy – porucha či úplný nedostatek enzymů nerozložené disacharidy Strhávají vodu tlusté střevo Bakteriální rozklad disacharidů na CO 2 , CH 4 a H 2 Intolerance laktosy 50