Z klady biochemie kbc bch
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 34

Základy biochemie KBC / BCH PowerPoint PPT Presentation


  • 67 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Základy biochemie KBC / BCH. Integrace a regulace savčího energetického metabolismu. Osnova. Metabolismus jako vysoce organizovaný a propojený systém. Katabolismus a anabolismus. Hlavní metaboliské dráhy savců. Metabolismus savčího mozku, svalů, adiposní tkáně, jater a ledvin.

Download Presentation

Základy biochemie KBC / BCH

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Z klady biochemie kbc bch

Zklady biochemie KBC / BCH

Integrace a regulace savho energetickho metabolismu


Osnova

Osnova

  • Metabolismus jako vysoce organizovan a propojen systm. Katabolismus a anabolismus.

  • Hlavn metabolisk drhy savc.

  • Metabolismus savho mozku, sval, adiposn tkn, jater a ledvin.

  • Meziorgnov transport. Coriho a glukosa-alaninov cyklus.

  • Hormonln regulace energetickho metabolismu.

  • Penos signl. Receptory spojen s G proteiny. Adenyltcyklasa. Receptory typu tyrosinkinasa. Protein fosfatasy. Fofoionositidov drha.

  • Poruchy energetickho metabolismu. Hladovn. Cukrovka.


Metabolismus jako vysoce organizovan a propojen syst m

Metabolismus jako vysoce organizovan a propojen systm

  • Zkladn strategi katabolickch reakc metabolismu je tvorba ATP, redukn sly (NADPH) a stavebnch jednotek pro biosyntzu.

  • Zkladn strategi anabolickch reakc metabolismu je syntza biomakromolekul a dalch organickch ltek.

  • loha ATP:

  • Univerzln energetick platidlo, zdroj energie pro svalovou prci, aktivn transport, zeslen signlu a biosyntzy. Hydrolza ATP vede ke zmnm rovnovnho pomru produktu ku reaktantu faktorem 108. Termodynamicky nevhodn reakce mohou za souinnosti hydrolzy ATP probhat.

  • ATP se tvo oxidac energi bohatch molekul jako jsou glukosa, mastn kyseliny a aminokyseliny. Spolenm meziproduktem vtiny tchto reakc je acetyl CoA. Uhlkov atomy acetyl CoA jsou kompletn oxidovny na CO2 v citrtovm cyklu za souasn tvorby NADH a FADH2. Navazuje dchac etzec ve kterm se pevd tyto elektrony s vysokm potencilem a na O2.


Z klady biochemie kbc bch

  • Pi toku elektron dchacm etzcem jsou pumpovny protony pes vnitn mitochondriln membrnu do cytosolu. Jejich zptn tok pes FoF1 ATPasu do matrix mitochondrie vede k syntze ATP.

  • V glykolze se tvo jen dv molekuly ATP z jedn molekuly glukosy, zatmco kompletn oxidace glukosy na CO2 poskytuje 30 molekul ATP.

  • NADPH je hlavnm dodavatelem elektron pi reduknch biosyntzch. Vtina NADPH je tvoena v pentosafosftov drze.

  • Biomolekulyjsou tvoeny z malch stavebnch jednotek. Tak nap. acetyl CoA je prekurzorem dvouuhlkat jednotky pi syntze mastnch kyselin, prostaglandin a cholesterolu.


Z klady biochemie kbc bch

  • Biosyntzy a odbourvn bvaj vtinou odlin. Nap. syntza mastnch kyselin se odehrv v cytosolu, zatmco degradace v matrix mitochondrie. Odlin jsou i samotn drhy. Oba procesy tak mohou termodynamicky vhodn probhat souasn.


Hlavn metabolick dr hy u savc

Hlavn metabolick drhy u savc

  • Glykolza odbourvn glukosy ns dv molekuly pyruvtu za tvorby dvou molekul ATP.

  • Glukoneogeneze syntza glukosy z necukernch prekurzor jako je nap. pyruvt. ada reakc je zvratem glykolzy.

  • Odbourvn a syntza glykogenu. Dva protichdn procesy katalyzovan glykogenfosforylasou a glykogensynthasou jsou vzjemn regulovanhormonln kontrolovanou fosforylac a defosforylac.

  • Odbourvn a syntza mastnch kyselin. Mastn kyseliny jsou odbourvny na dvouuhlkat tpy (acetyl CoA) b oxidac. Acetyl CoA je pes malonyl CoA substrtem syntzy mastnch kyselin.


Z klady biochemie kbc bch

  • Citrtov cyklus. Oxidace acetyl CoA na CO2 a H2O za souasn produkce redukovanch koenzym jejich reoxidace pohn syntzu ATP. Do citrtovho cyklu vstupuj uhlkat kostry glukogennch aminokyselin jako meziprodukty nebo pes pyruvt, potamo acetyl CoA, jako substrt.

  • Oxidativn fosforylace. Probh ve vnitn mitochondriln membrn jako reoxidace NADH a FADH2 tvoench glykolzou, b oxidac a citrtovm cyklem za tvorby ATP fosforylac ADP.

  • Odbourvn a syntza aminokyselin. Pebyten aminokyseliny jsou deaminovny a aminodusk je eliminovn jako moovina. Uhlkat kostra vstupuje do glykolzy nebo citrtovho cyklu. Neesenciln aminokyseliny jsou syntetizovny ze spolench metabolit.


Hlavn metabolick dr hy savc

Hlavn metabolick drhy savc


Z klady biochemie kbc bch

  • Dv sloueniny le na kiovatce vech tchto metabolickch drah: acetyl CoA a pyruvt.

  • Vechny drhy jsou smrovny podle poteby ATP. Indiktorem je AMP. ada enzym je aktivovna nebo inhibovna allostericky AMP a ada dalch je regulovna fosforylac AMP-dependentn proteinkinasou (AMPK).

  • Jedin v nkterch tknch, jako jsou jtra, mohou probhat vechny ve uveden reakce. V dan buce probh jen mal st z monch metabolickch drah


Metabolismus sav ho mozku sval adiposn ch tk n jater a ledvin

Metabolismus savho mozku, sval, adiposnch tkn, jater a ledvin

  • Mozek.

  • Mozek charakterizuje vysok respirace. Akoliv mozek tvo jen 2 % hmotnosti dosplho lovka, spotebuje piblin 20 % spoteby kyslku pi odpoinku. Vtina produkovan energie mozkem se spotebuje na innost (Na+-K+)-ATPasy plasmatick membrny (udrovn membrnovho potencilu pro penos nervovho vzruchu).

  • Primrnm zdrojem energie pro mozek je glukosa. Pi hladovn pepn mozek na ketoltky. V mozkov tkni je skladovno mal mnostv glykogenu a proto mus bt stle zsobovn glukosou.

  • Sval.

  • Hlavnmi zdroji energie pro sval jsou glukosa (z glykogenu), mastn kyseliny a ketoltky. Sval v klidu skladuje 2 % glykogenu na vhu. Triacylglyceroly jsou efektivnj skladovatelnou energi, ale pomaleji mobilizovatelnou.


Z klady biochemie kbc bch

  • Svalov glykogen je pevdn na glukosa-6-fosft. Svaly neexportuj glukosu a nemaj enzymov apart glukoneogeneze. Sacharidov metabolismus sval slou jen svalm.

  • Svalov kontrakce je zvisl na hydrolze ATP. Svaly v klidu spotebovvaj 30 % tlesnho kyslku. Pi svalov prci se respirace zvyuje a 25x. Hydrolza ATP se zvyuje jet vce. ATP je v potcch regenerovn z fosfokreatinu a ADP. Fosfokreatin je zsoba energie tvoen z ATP a kreatinu. Sval me pracovat anaerobn glykolza.

  • Srden sval pracuje kontinuln. Mus tedy bt v aerobnm reimu. Buky srdenho svalu obsahuj a 40 % svho cytoplasmatickho objemu mitochondrie. Srdce metabolizuje mastn kyseliny, ketoltky, glukosu, pyruvt a laktt.


Z klady biochemie kbc bch

  • Adiposn tk

  • Funkc adiposn tkn je skladovat a uvolovat mastn kyseliny. Adiposn tk u 70 kg mue obsahuje 15 kg tuku. Toto mnostv reprezentuje 590 000 kJ energie, kter je schopno udret tlo pi ivot 3 msce.

  • Do adiposn tkn vstupuj mastn kyseliny z lipoprotein. Jsou aktivovny jako acyl CoA a pot esterifikovny glycerol-3-fosftem.

  • Glycerol-3-fosft je reduknm produktem dihydroxyacetonfosftu (glykolytick produkt glukosy).

  • V dob metabolick poteby, adipocyty hydrolyzuj triacylglyceroly na mastn kyseliny a glycerol psobenm na hormonln kaskdu navazujc lipasy.

  • Za situace dostatku glycerol-3-fosftu se tvo triacylglyceroly. Pi nedostaku glycerolu vstupuj mastn kyseliny do krevnho eit. Mobilizace mastnch kyselin z sti zvis na hladin glukosy.


Z klady biochemie kbc bch

  • Jtra

  • Jtra jsou centrlnm mstem metabolismu. Udruj vyrovnan hladiny cirkulujcch ivin pro mozek, svaly a dal tkn.

  • Vechny iviny absorbovan v tenkm stev, krom mastnch kyselin, jsou vneny do jater.

  • Jednou z hlavnch funkc jater je udrovat vyrovnanou hladinu krevn glukosy (jtra jako glukosov stoj).

  • Kdy se hladina krevn glukosy zvedn na koncentraci cca 6 mM, pevd jtra glukosu na glukosa-6-fosft glukokinasou.

  • Glukokinasa je isoenzymem hexokinasy, m ni afinitu ke glukose (Km = 5 mM; hexokinasa m Km 0, 1 mM). Glukokinasa vykazuje sigmoidn kinetiku i kdy je monomer !! Glukokinasa, na rozdl od hexokinasy, nen inhibovna produktem glukosa-6-fosftem.


Relativn enzymov aktivity hexokinasy a glukokinasy p i fyziologick ch hladin ch krevn glukosy

Relativn enzymov aktivity hexokinasy a glukokinasy pi fyziologickch hladinch krevn glukosy


Glukosa 6 fosf t jako st edn l tka sacharidov ho metabolismu

Glukosa-6-fosft jako stedn ltka sacharidovho metabolismu


Z klady biochemie kbc bch

  • Alternativn cestou zisku energie v jtrech jsou tak mastn kyseliny. Pi vysok spoteb energie jsou mastn kyseliny degradovny na acetyl CoA a pot na ketoltky a ty exportovny do perifernch tkn. Jtra samotn nemohou vyuvat ketoltky, protoe nemaj 3-ketoacyl-CoA transferasu. Proto jsou zdrojem energie pro jtra spe mastn kyseliny ne ketoltky.

  • P nzk energetick poteb jsou mastn kyseliny pevdny na triacylglyceroly a formou VLDL jsou transportovny do adiposnch tkn.

  • V tomto ppad meziprodukt syntzy mastnch kyselin malonyl CoA inhibuje transport mastnch kyselin do mitochondrie !!!


Z klady biochemie kbc bch

  • V jtrech jsou aminokyseliny odbourvny na rzn meziprodukty, kter jsou kompletn oxidovny na CO2 a H2O nebo pevedeny na ketoltky.

  • Bhem hladovn se zskv energie degradac aminokyselin protein kosternho svalstva (Ala a Glu).

  • Aminokyseliny se tak, krom svch strukturlnch a funknch rol, stvaj energetickou rezervou.


Z klady biochemie kbc bch

  • Ledviny.

  • Ledviny filtruj moovinu a dal odpadn ltky z krve pi zachovn dleitch metabolit jako je glukosa.

  • Ledviny udruj pH krve regenerac krevnch stoj jako je hydrogenuhliitanov a vyluovnm H+ nadbytku kyselin (acetoacett a b-hydroxybutyrt) spolu s konjugovanmi bzemi. Protony se tak vyluuj jako NH4+ s amoniakem uvolnnm z Glu a Gln. Zbyl uhlkov kostra a-oxoglutartu me bt pevedena na glukosu glukoneogenez.

  • Ledvinu jsou jedinm orgnem, vedle jater, kde probh glukoneogeneze !!!

  • Pi hladovn poskytuj ledviny vce ne 50 % tlesn poteby glukosy.


Meziorg nov transport

Meziorgnov transport

  • Coriho cyklus (Carl a Gerta Cori, rodci z Prahy)


Z klady biochemie kbc bch

Glukosa alaninov cyklus. Transport dusku ze sval do jater. Ve svalech je k transaminaci vce vyuvn pyruvt ne oxaloacett.


Glukosa alaninov cyklus

Glukosa alaninov cyklus


Hormon ln regulace energetick ho metabolismu

Hormonln regulace energetickho metabolismu

  • Insulin.

  • Na zvenou hladinu glukosy v krvi reaguj b buky Langerhansovch ostrvk pankreatu produkci insulinu. Induktorem syntzy insulinu je glukokinasa.

  • Insulin reguluje hladinu glukosy tak, e umouje vstup glukosy do svalovch a adiposnch bunk a inhibuje tvorbu glukosy v jtrech. Insulin stimuluje rst bunk a diferenciaci zvenou syntzou glykogenu, protein a triacylgylcerol.

  • Insulin stimuluje ve svalovch bukch a adipocytech glukosov transportr GLUT4.

  • Insulin blokuje glukoneogenezi a glykolzu v jtrech.

  • Funkci insulinu obraci glukagon a katecholaminy (adrenalin)


Hormon ln regulace energetick ho metabolismu1

Hormonln regulace energetickho metabolismu


Katecholaminy

Katecholaminy

  • Adrenalin a dal katecholaminy maj inek podobn glukagonu. Noradrenalin se uvoluje pi stresu.

  • Dva typy receptor:

    b-adrenergn spojen s adenyltcyklsovm systmem.

    a-adrenergn spojen se zvenou intracelulrn koncentrac Ca2+.

  • Adrenalin iniciuje vyluovn glukagonu a ten stimuluje tpen glykogenu. Vazbou na oba receptory se stimuleuje pes cAMP a Ca2+ tpen glykogenu a zvenou koncentrac vpenatch iont se aktivuje fosforylasakinasa aktivujc glykogenfosforylasu a inaktivujc glykogensynthasu.

  • Vazbou adrenalinu na b-adrenergn receptory adipocyt se stimuluje tak lipasa .


Hormon ln kontrola energetick ho metabolismu ve stavu nasycen

Hormonln kontrola energetickho metabolismu ve stavu nasycen.


Hormon ln kontrola energetick ho metabolismu p i hladov n nebo stresu

Hormonln kontrola energetickho metabolismu pi hladovn nebo stresu.


Metabolick homeost ze

Metabolick homeostze

  • Vyrovnan metabolick drhy se manifestuj jako metabolick homeostze (vyrovnan vstup a spoteba energie).

  • Dietn proteiny jsou tpeny na aminokyseliny a ty absorbovny. Tenk stevo vyuv aminokyseliny k zisku energie, ale vtina je transportovna krv do jater. Zde jsou vyuity k syntze protein nebo, pokud jsou v nadbytku, jsou oxidovnyza tvorby energie nebo pevedeny na skladovateln glykogen. Mohou bt tak pevedeny na glukosu nebo triacylglyceroly a exportovny. Aminokyseliny nejsou skladovny.

  • Dietn sacharidy jsou, stejn jako proteiny, v tenkm stev tpeny a absorbovan monomery transportovny do jater. Asi tetina absorbovanch sacharid je ihned pevedena v jtrech na glykogen, asi polovina na glykogenu ve svalech a zbytek oxidovn za tvorby energie. Nadbytek glukosy je v jtrech peveden na triacylglyceroly a skladovn v adipocytech. Ve stimulovno insulinem.


Metabolick homeost ze1

Metabolick homeostze

  • Dietn mastn kyseliny cirkuluj ve form triacylglycerolu v chylomikronech. Nejdve lymfou pot krevnm eitm. Nedostvaj se tedy stejn jako aminokyseliny a sacharidy nejdve do jater. Ped uloenm v adipocytech jsou triacylglyceroly tpeny lipoproteinlipasami na mastn kyseliny a glycerol. Mastn kyseliny jsou absorbovny adipocyt a esterifikovny s glycerolem.


Hladov n

Hladovn

  • Hladina krevn glukosy se udruje konstantn (5mM) psobenm insulinu a glukagonu.

  • Tlesn zsoba sacharid je jednodenn.

  • Po nonm hladovn dochz ke kombinovanmu psoben zven sekrece glukagonu a snen insulinu. Snen hladina insulinu inhibuje pjem glukosy svaly. Svaly pepnaj z glukosy na metabolismus mastnch kyselin, Tento stav umouje, aby glukosu vyuily jin tkn jako je mozek, kter neme vyuvat mastn kyseliny.

  • Po dlouhodobjm hladovn je odbourvn jatern glykogen. Zvyuje se glukoneogeneze. Po 40 hod hladovn glukoneogeneze dodv a 96 % potebn glukosy. Druhm orgnem, kter dodv glukosu glukoneogenez jsou ledviny.


Hladov n1

Hladovn

  • Glukosa je bhem hladovn syntetizovna z glycerolu a aminokyselin.

  • Po nkolika dnech hladovn jsou v jtrech syntetizovny ketoltky z acetyl CoA.

  • Mozek se postupn adaptuje na ketoltky (syntza potebnch enzym).

  • Po 3 dnech hladovn je jedna tetina poteby energie mozku zskvna z ketoltek, po 40 dnech ji 70 %.


Cukrovka diabetes mellitus

Cukrovka (Diabetes mellitus)

  • Stimulace vstupu glukosy do bunk je naruena.

  • Onemocnn charakterizovan vysokou hladinou glukosy v krvi. Glukosa je tak vyluovna mo.

  • Dochz k hydrolze triacylglycerol, oxidaci mastnch kyselin, glukoneogenezi a tvorb ketoltek.

  • Stav oznaovan jako ketosa vysok hladina ketoltek v krvi.

  • Ketoltky maj kysel charakter a proto kles pH, stojn systmy nesta kompenzovat H+ - kysel mo.

  • Vyluovn H+ mo je spojeno s vyluovnm vody, NH4+, Na+, K+ a Pi. Dochz k dehydrataci organismu (ze) a sniuje se objem krve.

  • Dv hlavn formy diabetu:

  • 1.) Diabetes I. typu - juveniln diabetes (propuk v dtstv nebo v mld) neboli diabetes zvisl na insulinu - je zpsoben tm, e se ve slinivce pestal insulin vytvet. Propuk nhle.

  • 2.) Diabetes II. typu - diabetes dosplch (propuk nejdve po 30. roce ivota) neboli diabetes nezvisl na insulinu - je vyvoln nedostatenost insulinovch receptor nebo penosov kaskdy insulinovho signlu. Propuk pozvolna.


Typy diabetu

Typy diabetu

  • Diabetes I. typu, nedostatek insulinu, defektn b buky pankreatu. Autoimunitn onemocnn pi kterm dochz k selektivnmu rozpadu b bunk pankreatu. L se injekcemi insulinu a dietou.

  • Typickm jevem je hyperglykemie.

  • Diabetes II. typu, je vtinou spojen s obezitou, ddin onemocnn, jedinci maj normln hladinu insulinu, ale jejich buky jsou rezistentn k insulinu.

  • Tento typ diabetu se l metforminem a thiazolidindionem (TZD).


L ba diabetu ii typu

Lba diabetu II. typu

  • Metformin sniuje rezistenci bunk k insulinu tm, e sniuje uvolovn glukosy z jater.

  • TZD zvyuje insulinem stimulovan vstup glukosy do svalovch bunk.

  • Clem obou ltek je komplex I mitochondrilnho elektronovho transportu, sniuje se tvorba ATP, zvyuje se hladina AMP. Kles glukoneogeneze v jtrech a a zvyuje se spoteba glukosy svalovmi bukami.


Koordinace anabolick ch a katabolick ch drah

Koordinace anabolickch a katabolickch drah

  • Allosterick regulace. Vtina metabolickch drah je regulovna spe aktivitou enzym ne dostupnost substrt. Nejdleitjmi regulanmi enzymy jsou ty, kter katalyzuj prvn ireversibiln reakce metabolick drhy. Enzymy katalyzujc klov kroh drhy jsou obvykle allostericky regulovny. Nap. fosfofruktokinasa v glykolze nebo acetyl CoA karboxylasa pi syntze mastnch kyselin.

  • Kovalentn modifikace. Nkter enzymy jsou regulovny fosforylac pslunou kinasou nebo defosforylovny pslunou fosfatasou. Nap. degradace glykogenu je glykogenfosforylasou je aktivovna fosforylac, zatmco glykogensynthasa je aktivovna defosforylac.


  • Login