Biochemia II

8/18/2019 Biochemia II

1/145

AH MM TH

BIOHEMIJA

BIOCHEMIA FUNDAMENTUM MEDICINAE EST


2/145

AH MM TH

UVOD U BIOHEMIJU

Meicinsku biohemiju stuenti često najmanje cijene kao premet na meicinskim

studijama.Mnogi studenti ne razumiju kako de se biohemija koju uče primjenjivati u kliničkoj

praksi.

Naročito često se ešava a stuenti, sa željom a što lakše polože ispit, upanu u zamku

učenja napamet, umjesto a shvate ključne principe biohemije. To je velika šteta jer meicinska

biohemija pruža molekularnu osnovu i okosnicu na koju se naovezuju svi premeti koji se

kasnije proučavaju na meicinskom fakultetu. Meicinska biohemija prestavlja osnovu

pomodu koje bolest može a se razumije na molekuarnom nivou i obezbjeđuje znanja na kojima

se zasnivaju liječenja i terapije novim lijekovima.

Bilo bi veoma teško razumjeti savremenu meicinsku praksu ako se ne usvoje osnovni principi

biohemije I z predgovora:

“Marksove osnove meicinske biohemije”

Cilj kursa ja da student usvoji znanja o metabolizmu čovjeka – nastajanju i sklaištenju

metaboličke energije, sintezi i razgranji glavnih delijskih komponenata, hormonskom

integriranju metaboličkih puteva, biohemije hormona, uključujudi kliničke korelacije koje

opisuju aberantnu biohemiju bolesnih stanja.

Ovaj kurs treba a uvee stuenta u biohemijske principe koji de mu pomodi a razumije

interakciju genetičke informacije, konformacije proteina i metabolizma u fizološkim procesima i

dati temelj za razumjevanje molekularne fiziologije.


3/145

AH MM TH

Metabolizam i biološke oksio – redukcije

da bi organizam opstao mora ekstrahovati energiju jer je energ. neophodna za

obavljanje razl. vrsta rada ( biosinteza makromolekula

Organizmi se dijele u 2 skupine

kemotropni

fototropni

kemotropni - ekstr. energ. unosom u.h. masti i proteina

gorivne supst. ili nutrijenti

katabolizmom treba da se obezbjedi energija

organizmi vrše transformaciju energije,

Dva osnovna pitanja biohemije su:

Kako delije ekstrahuju energiju i reucirajudu snagu iz okoline?

Kako delije sintetiziraju graivne blokove za svoje makromolekule?

Ovi procesi izvoe se visoko integriranom mrežom hemijskih reakcija, koje se nazivaju

metabolizmom.

Metabolizam

sveukupnost hemijskih transformacija u deliji ili organizmu

a odvija se putem serija enzimski kataliziranih reakcija koje čine metaboličke puteve.

met putevi odvijaju se –

enzimski se katalizira jedna hem. pretvorba pa produkt te hemijske pretvorbe je supstrat za slj.

hemijsku pretvorbu te se odvija niz enzimski kataliziranih reakcija

U svakom uzastopnom stupnju metaboličkog puta izvoe se male, specifične hemijske

promjene, obično uklanjanje grupe, prenos ili oavanje specifičnog atoma ili grupe. Prekursor

se prevoi u proukt preko serije metaboličkih intermeijata koji se nazivaju metabolitima.


4/145

AH MM TH

Prekursor- je polzna supstaca koja ulazi u metabolički put i koja se nizom enz. kat. reakcija treba

prevesti u krajnji proizvo tog metaboličog puta

Intermedijarni metabolizam

onosi se na povezane aktivnosti svih metaboličkih puteva koji interkonvertiraju prekursore,metabolite i produkte male molekuske mase (generalno Mr


5/145

AH MM TH

Biološke oksidacije i redukcije

Prenos fosfatnih grupa je centralno obilježje metabolizma.Pojenako je važna i ruga vrsta

transfera – transfer elektrona u oksido - redukcijskim reakcijama.

Ove reakcije uključuju gubitak elektrona sa jene hemijske vrste, koja se pri tome oksidira i

prihvatanje elektrona od strane druge, koja se reducira. Tok elektrona u oksido-redukcijskim

reakcijama je, irektno ili inirektno, ogovoran za cjelokupni ra koji vrše živi organizmi.

Elektroni se sa jedne molekule (donor elektrona) na drugu (akceptor elektrona) prenose na

jean o četiri različita načina:

1. Direktno kao elektroni. Na primjer, Fe2+

/Fe3+

redoks par prenosi elektron na Cu+/Cu

2+

redoks par:

Fe2+

+ Cu2+ ↔

Fe3+

+ Cu+

2. Kao atomi hidrogena. Atomi hidrogena sastoje se iz protona (H+) i jednog

elektrona (e-). U ovom slučaju opšta reakcije je

AH2 ↔ A + 2e- + 2H

+

gdje je AH2 hidrogen/elektron donor. AH2 i A čine konjugirani reoks par (A/AH2) koji

reducira drugu komponentu B (ili redoks par, B/BH2), prenosom atoma hidrogena.

AH2 + B ↔ A + BH2

3. Kao hidridni ion (:H-), koji ima va elektrona. Ovo se ešava pri jelovanju ehirogenaza

u čijim reakcijama sudjeluje NAD.

4. irektnim vezivanjem sa oksigenom. U ovom slučaju oksigen se vezuje sa organskim

reduktantom

R - CH3 + ½ O2 → R - CH2 – OH

Sva četiri tipa transfera elektrona ovijaju se u deliji.

Termin reucirajudi ekvivalent koristi se a bi se označio ekvivalent o jenog elektrona koji

sudjeluje u reakciji oksido-redukcije, bez obzira da li je ovaj ekvivalent sam elektron, atom

hidrogena, hidridni ion ili se transfer elektrona odvija u reakciji sa oksigenom, uz nastajanje

oksigeniranog produkta rakcije.


6/145

AH MM TH

● Pošto se biološke gorivne molekule obično ehirogeniraju enzimski uz istovremeni gubitak

va reucirajuda ekvivalenta, biohemičari ogovorno kao jeinicu bioloških oksiacija smatraju

dva reducirajuda ekvivalenta koji sa supstrata prelaze na oksigen.

Regulacija metaboličkih procesa

Složena mreža reakcija koje čine intermeijarni metabolizam mora biti

strogo kontrolirana. U isto vrijeme metabolička kontrola mora biti

fleksibilna, jer vanjski uslovi u kojima se nalazi delija nisu konstantni.

Metabolizam se regulira:

(1) količinom enzima

(2) njihovim katalitičkim aktivnostima

(3) ostupnošdu supstrata

(1) Količina enzima

Količina svakog enzima zavisi o brzine njegove njegove sinteze i razgranje.Nivo vedine

enzima primarno se kontrolira promjenom stupnja transkripcije gena koji ih kodiraju.

(2) Katalitička aktivnost enzima regulira se:

(a) reverzibilnom alosteričkom kontrolom

prva reakcija velikog broja biosintetskih puteva inhibira se krajnjim proizvodom tog puta

(feedback inhibicija).

(b) reverzibilnom kovalentnom modifikacijom enzima

hormoni kooriniraju metaboličke relacije između različitih tkiva tako što reguliraju reverzibilnu

moifikaciju ključnih enzima

(3) Kontrola dotoka supstrata

prenos supstrata iz jenog delijskog kompartmenta (ojeljka) u rugi(npr. iz citosola u

mitohonrije) također može služiti kao tačka kontrole

Važan generalni princip metabolizma je da su putevi biosinteze i razgradnje gotovo uvijek

različiti. Ovo razvajanje neophono je iz energetskih razloga. To olakšava kontrolu

metabolizma. Ko eukariota, metabolička kontrola i fleksibilnost su pojačane


7/145

AH MM TH

kompartmenizacijom (npr. oksidacija masnih kiselina odvija se u mitohordijama, a sinteza

manih kiselina u citosolu). Mnoge reakcije u metabolizmu kontrolira energetski status delije.

Jedan od pokazatelja energetskog statusa (stanja) je energetski naboj koji se definira kao

Energetski naboj vedine delija krede se u rasponu 0 ,80 o 0,95.

Putevi u kojima se stvara ATP (katabolički) inhibirani su energetskim nabojem, ok su putevi u

kojima se ATP iskorištava (anabolički) stimulirani visokim energetskim nabojem. Kontrola ovih

puteva izvoi se a bi se energetski naboj oržao u ovim uskim granicama.


8/145

AH MM TH

Bioenergetika

Kako demo razumjeti stvaranje rea u haosu? Zakoni termoinamike razlikuju sistem i njegovu

okolinu. Sistem se definira kao materija u definiranom poručju prostora. Materija u ostaku

svemira naziva se okolinom. Prvi zakon termodinamike tvrdi da je ukupna energija sistema i

njegove okoline konstantna. Saržaj energije u univerzumu je konstantan; energija se ne može

niti svoriti niti uništiti.

Drugi zakon termoinamike tvri a se proces može ovijati spontano samo ako zbir entropija

sistema i njegove okoline poraste.

(ΔSsistem

+ ΔSokolina

) > 0 za spontani proces

Biohemijski važan termoinamički parametar koji govori o spontanosti odvijanja hemijske

reakcije je promjena slobodne energije (ΔG).

a bismo shvatili hemijske transformacije i metaboličke reakcije moramo razmotriti termoinamičke i

kinetičke parametre koji se tumače u biofizici. Ključni termoinamički parametar koji govori o

spontanosti ovijanja hemijskih reakcija u biološkim sistemima je promjena slobone energije. Ona

zavisi o hemijske priroe proukata i reaktanata i njihovih koncentracija. Onaj termoinamički

parametar koji je konstantan za svaku hemijsku reakci ju, a koji oražava hemijsku prirou proukata ireaktanata, to je promjena standardne slobodne energije. Kada smo definirali promjenu standardne

slobodne energije, onda smo rekli da je to promjena slobodne energije u reakciji u standardnim

uslovima (u uslovima gje su početne koncentracije i reaktanata i proukata jenomolarne).

Temperatura je 298K (25°C). Ako u reakcijama sudjeluje neki gas, onda je to parcijalni pritisak gasa od

101,3kPa, a ako sudjeluju H+ joni, onda je to jednomolarna koncentracija H+ jona. To je znači pH=0 i u

reakcijama u kojima sudjeluje ATP uvijek su potrebni dvovalentni joni i to prvenstveno Mg2+ ili

eventualno Mn2+ tako da standardni uslovi determiniraju prisustvo jedan milimolarne koncentracije

magnezijumovih jona. U biološkim sistemima koncentracija daleko odstupa od pH=0. Ona iznosi oko

pH=7 i ona u suštini za biohemijske transformacije se uvoi pojam promjene stanarne slobone

energije i označava se sa G0’ i ona je omjerena ko pH=7. Oznaka prim znači u suštini a je topromjena standardne slobodne energije pri pH=7. Jel mogu to zamijenit? Promjena standardne

slobone energije je konstantna i karakteristična je za atu reakciju. Ona se ne mijenja. Zavisno o toga

a li je G0’>0, ona su to energone reakcije koje traže a im se opremi energija, a ako je G0’< 0,

onda su to egzergone reakcije koje se mogu spontano odvijati.


9/145

AH MM TH

Ako gleamo kako de se spontano ovijati, ovijat de se o spojeva sa višom u spojeve sa nižom

slobodnom energijom koji su manje hemijski reaktivni i stabilniji. I saa, ono što moramo zapamtiti,

kriterijum za spontanost ovijanja biohemijske reakcije je promjena slobone energije zato što a li de

G biti vede ili manje o G0’ zavisi o koncentracije proukata i reaktanata. Pogleajte saa nešto

važno: reakcija koja na osnovu G nije spontana može poešavanjem koncentracije proukata i

reaktanata imati negativnu promjenu slobodne energije. Ovaj princip osnova je kuplovanja reakcija u

metaboličkim putevima. Kuplovanje znači kaa je jena reakcija u metabolizmu vezana sa drugom

reakcijom. Proukt jene reakcije je reaktant u rugoj reakciji. To znači a se proukt jene reakcije

stalno troši u sljeedoj reakciji. Vratimo se na izraz. Ako se troše reaktanti jene reakcije u sljeedoj

reakciji, izraz |A||B| de biti negativan te je količnik negativan pa je vrijenost RTln o toga negativnog

preznaka. Ako je G0 pozitivno, a ovo negativno i ako ovaj količnik ima tako malu vrijenost a je

apsolutna vrijenost RTln o umnoška koncentracije proukata i reaktanata veda o G0 imat de

negativan preznak i bit de G negativno! (to je egzergona reakcija u ovom slučaju). Reakcija se ovija

ok se ne uspostavi ravnotežno stanje u kojemu je promjena slobone energije=0 i uspostave se

ravnotežne koncentracije proukata i reaktanata. Sada treba spomenuti izraz koji povezuje konstantu

ravnoteže hemijske reakcije i promjenu stanarne slobone energije. Reakcija de idi o uspostavljanja

ravnotežnog stanja. Prironi logaritam se prebaci u logaritam po bazi 10 te se obije:

G0’=-2,303RTlogK’eq

Termoinamički nefavorizirane (energone) reakcije se mogu ovijati tako što su kuplovane sa nekom

egzergonom reakcijom. Ona kažemo a energone reakcije u nekim slučajevima pokredu one reakcije

koje su egzergone kada je endergona reakcija vezana za egzergonu reakciju. Ukupna promjena slobodne

energije za hemijski vezanu (kuplovanu) seriju reakcija jednaka je zbiru promjena slobodnih energija

pojeinačnih stupnjeva. Ako pogleamo reakciju AB+C, u njoj se reaktant prevodi u produkt B i

produkt C. Tu je promjena standardne slobodne energije visoko pozitivna te je ova reakcija endergona.Ova reakcija je vezana sa drugom reakcijom koja je egzergona: B zato što se proukt prve reakcije

troši u rugoj reakciji čija je promjena stanardne slobodne energije visoko negativna. Sad ako

pogledamo, promjena standardne slobodne energije je zbir promjena standardnih slobodnih energija

obje vezane reakcije i iznosi G0’uk=-13KJ/mol

Primjer prelaska glukoze u glukoza 6-fosfat. Reakcija može biti energetski povoljna ako je hemijski

vezana sa jenom egzergonom reakcijom, a to je u ovom slučaju cijepanje ATP-a na ADP i Pi. Promjena

stanarne slobone energije za tu reakciju iznosi G0’= -30.5KJ/mol. Ako se vežu ove vije reakcije,

promjena standardne slobodne energije za ove kuplovane reakcije je visoko negativna (-16,7KJ/mol) pa

zaključujemo a je ukupna reakcija egzergona. Fosforilacija glukoze sa ATP-om u glukoza-6-fosfat odvija

se enzimski kataliziranom reakcijom prenosa fosfatne skupine sa ATP-a na glukozu. Je l’ jasno? Ova

reakcija idi de tako što de biti enzimski kataliziran prenos ove terminalne fosfatne skupine sa ATP-a na

glukozu te nastaje ADP i glukoza-6-fosfat i pri tome prenosu se cijepa fosfoanhidrinska veza, ali zbirna

reakcija ne uključuje hirolitičko cijepanje vec prenos fosfatne skupine. Enzimi koji kataliziraju reakcije

prenosa terminalne fosfatne skupine sa ATP-a na neki drugi spoj nazivaju se KINAZE (one spadaju u

transferaze). ATP je spoj preko kojeg se odvija tok slobodne energije u biološkim sistemima. ATP nije

spremište energije. To je spoj koji irektno sujeluje u opremi energije u biološkim sistemima. ATP-a se


10/145

AH MM TH

potroši u jenakoj količini koliko ga nastaje u organizmu. Stalno se vrši sinteza ATP-a i trošenje ATP-a. Za

24 sata u stanju mirovanja obrne se 42kg ATP-a. Stalno se vrši njegov metbolički obrt (sinteza ATP-a i

njegovo cijepanje na ADP i Pi).

Struktura ATP-a

Aktivni oblik ATP-a je onaj za koji je vezan Mg2+ na trifosfatnu jedinicu. U molekuli ATP-a imamo

estersku vezu. Imamo također fosfoanhirine veze. Anhirine veze su ako se vije kiselinske skupine

vežu uz izvajanje voe. Ove veze su energijom bogate veze. Cijepanje ovih veza je visoko egzergono.

Ako ide cijepanje na AMP i Pi, onda je promjena standardne slobone energije još negativnija. U samim

delijama promjena slobone energije je jos negativnija zato sto in vivo koncentracije ATP-a, ADP-a i

anorganskog fosfata nisu jenomolarne i ona i one utiču na promjenu slobone energije. Imamo

primjer u čovječijim eritrocitima. ATP je spoj koji ima visok fosforilirajudi potencijal. To znači a ATP

veoma lako predaje svoju fosfatnu skupinu na neke druge spojeve koji se pri tome fosforiliraju i prelaze

u reaktivniji oblik (npr. fosforilacija glukoze u glukoza-6-fosfat). ATP ima visok fosforilirajuci potencijal

zato sto ima trifosfatnu jeinicu koja u fiziološkom pH ima negativan naboj i ti negativni naboji u

trifosfatnoj jeinici se nalaze na veoma malim rastojanjima te se zbog toga između nalaze elektrostatska

odbijanja (repulzije). Te repulzije de se smanjiti kaa se otcijepi ovaj terminalni fosfat. rugi faktor koji

doprinosi stabilizaciji je rezonancijska stabilizacija ovog otcijepljenog anorganskog fosfata. Taj fosfat

može se nadi u više rezonantnih oblika. U svakom o tih oblika veza između atoma fosfora i oksigena ima

pojenako izražen karakter vostruke veze i H+ nije permanentno vezan niti na jean o ovih oksigena.

U samom ATP-u ovaj anorganski fosfat ne može se nadi u svim rezonantnim oblicima u kojima se nalazi

ovaj ortofosfat pa se to naziva rezonancijskom stabilizacijom.Trede je, kaa se izvrši to cijepanje, veoma

de brzo odi o isocijacije ovog protona sa AP-a zato što je u in vivo uslovima pH neutralno i to je

sredina sa niskom koncentracijom H+ jona te de ona ova OH skupina sa AP veoma lako isocirati i

otpustiti H+ jon. Četvrti faktor je stvaranje hiratacijskih plaštova voe. Solvatacija (stvaranjehiratacijskih plaštova) je mnogo veda kaa se rai o AP-u i Pi nego kada se radi o trifosfatnoj jedinici u

ATP-u. Četiri stupnja su: elektrostatske repulzije, rezonancijska stabilizacija, isocijacija i stupanj

solvatacije. Voa se mnogo lakše vezuje (stupanj hiratacije je vedi) za AP i Pi nego za trifosfatnu

jedinicu ATP-a.

ATP je u vodenoj sreini termoinamički nestabilan. On rao preaje svoju fosfatnu skupinu i prelazi u

AP. ATP je kinetički stabilan jer je energija aktivacije za hirolitičko cijepanje fosfoanhirinih veza u

ATP-u veoma visoka. Ako bi se cijepao ATP u anorganski fosfat, kinetička energija je oko 200-400 KJ/mol.

Do prenosa fosfatne skupine sa ATP-a odi de samo ako je reakcija enzimski katalizirana. Katalizu vrše

enzimi kinaze. Ie prenos fosfatnih skupina pri čemu se cijepa fosfoanhirina veza. Kaa kinaza veže

supstrat, snižava se energija aktivacije i ona de o tih reakcija fosforilacije idi samo kaa su reakcije

enzimski katalizirane. Potencijal prenosa fosfatnih grupa važan je oblik transformacije delijske energije.

ATP obezbjeđuje energiju prenosom grupe, a ne jenostavnom hidrolizom fosfoanhidridnih veza.

Hemijska svojstva ATP-a ključna su za njegovu ulogu u metabolizmu. Maa je u voenoj sreini ATP

termoinamički nestabilan i stoga je obar onor fosfatne skupine, on je kinetički stabilan zbog

ogromne energije aktivacije od 200-400 KJ/molu za nekatalizirano cijepanje fosfoanhidridnih veza u ATP.


11/145

AH MM TH

ATP nije jeini spoj u organizmu koji ima visok fosforilirajudi potencijal. U samom metabolizmu nastaju i

rugi spojevi koji imaju taj fosforilirajudi potencijal. Neki spojevi, koji su prisutni u biološkim sistemima,

imaju čak i vedi fosforilirajudi potencijal o ATP-a. Fosforilirajudi potencijal se oređuje na osnovu

promjene stanarne slobone energije (G0’) za hirolitičko otcjepljenje fosfatne skupine tih spojeva.

Standardne slobodne energije hidrolize nekih fosforiliranih spojeva (ΔG0' )

Spoj kJ mol-1

Fosfoenolpiruvat - 61,9

1,3-Bisfosfoglicerat - 49,4

Kreatin fosfat - 43,1

ATP (u ADP) - 30,5

Glukoza 1- fosfat - 20,9

Pirofosfat (difosfat) - 19,3

Glukoza 6- fosfat - 13,8

Glicerol 3- fosfat - 9,2

Neki o ovih spojeva sa visokim fosforilirajudim potencijalom nastaju u samom metabolizmu. Tako

imamo npr. fosfoenolpiruvat koji nastaje procesom glikolize u intracelularnom katabolizmu glukoze.

Ako pogleamo G0’ za kretanje fosfatne skupine u fosfoenolpiruvatu, ona iznosi -61.9 kJ/mol.


12/145

AH MM TH

Drugi spoj je 1,3-bisfosfoglicerat. To je spoj koji je intermedijar i nastaje u procesu glikolize. Prema tome,

recimo, fosfoenolpiruvat i 1,3-bisfosfoglicerat de u organizmu nastati pri samoj razgranji glukoze. Oni

imaju vedi fosforilirajudi potencijal o samog ATP-a. Sljeedi je keratin fosfat. On je energijom bogati

spoj deponovan u CNS-u i mišidima. On je za razliku o ATP-a rezervno spremište energije. Jeini način

da nastane kreatinfosfat je da se keratin fosforilira sa ATP-om uz katalitičko jelovanje keratin kinaze.

Kreatin fosfat može regenerirati ATP tako što de keratin kinaza katalizirati prenos fosfatne skupine sakeratin fosfata na ADP i tako nastaje ATP. Kreatin fosfat ne sudjeluje neposredno kao ATP u

metaboličkim reakcijama.. Saa imamo neke fosforilirane spojeve. Cijepanje fosfata sa pirofosfata je

visoko egzergona reakcija i tu je promjena standardne slobodne energije -19.3 kJ/mol. Anorganski

pirofosfat se jelovanjem pirofosfataze može cijepati na vije molekule anorganskog fosfata.

ATP može funkcionirati kao spoj preko kojeg se ovija tok slobone energije. Zbog centralnog položaja

na skali za potencijal za prenos fosfatnih grupa, ATP može a nosi energiju sa spojeva sa visokim

potencijalom za prenos fosfatnih skupina kao donora koji su nastali u katabolizmu na akceptorske

spojeve kao što je glukoza koja pri tome prelazi u reaktivniji oblik.


13/145

AH MM TH

Imamo spojeve koji imaju vedi fosforilirajudi potencijal o ATP-a, a nastat de u samom metabolizmu kao

fosfoenolpiruvat i 1,3 bisfosfoglicerat. Kaa sa ovih spojeva, koji imaju vedi fosforilirajudi potencijal o

ATP-a, fosfatne skupine se mogu prenijeti na AP i on de se prevesti u ATP. rugo, rekli smo, vedi

fosforilirajudi potencijal o ATP-a ima kreatin fosfat i isto tako može se vršiti prenos fosfatne skupine na

AP te se regenerira ATP. Saa taj ATP može zbog svog fosforilirajudeg potencijala alje a prenosi

fosfatnu skupinu na neke ruge spojeve. Može fosforilirati glukozu pa de predi u glukoza-6-fosfat. Možefosforilirati glicerol koji onda predje u glicerol-3-fosfat. Prema tome, vidimo da se preko ATP-a vrši tok

fosfatnih skupina. Gukoza, kada primi fosfatnu skupinu, prelazi u spoj koji ima vedi saržaj slobone

energije o same glukoze i hemijski je reaktivnija. Glicerol takojer prelazi u reaktivniji spoj koji ima vedi

saržaj slobone energije.

Kaa nastane 1,3 bisfosfoglicerat, u sljeedem stupnju reakcije glikolize de nastati trifosfoglicerat tako

što se fosfatna skupina sa 1,3 bisfosfoglicerata prenese na AP te u toj reakciji glikolize irektno nastaje

molekula ATP-a. Kaa fosfoenolpiruvat finalno pređe u piruvat, idi de u reakciji prenos fosfatne skupine

sa fosfoenolpiruvata na ADP i tu reakciju katalizira kinaza. Ovo su dvije reakcije gdje se direktno stvara

ATP. Reakcije gje se irektno stvara ATP zovemo fosforilacija na nivou supstrata. rugi način na koji sestvara ATP je oksidativna fosforilacija..

Objasni pojam fosforilacija na nivou supstrata!

Principi regulacije metaboličkih procesa

Složena mreža reakcija koje čine intermeijarni metabolizam mora biti strogo kontrolirana. Ta

metabolička kontrola mora biti fleksibilna jer se uslovi u kojima se nalazi delija mijenjaju. Tri su načina na

koje se može regulirati metabolizam. To su:

1. Količinom enzima – promjenom nivoa količine atog enzima atog metaboličkog puta. Mijenja sestupanj ekspresije gena za ate enzime. Količina svakog enzima u deliji zavisi od brzine njegove sinteze i

razgranje jer imaju životni vijek pa se razgrađuju i sintetiziraju. Nivo vedine enzima primarno se

kontrolira promjenom stupnja transkripcije gena koji ih kodiraju. Ovo je najsporija regulacija.

2. Njihovim katalitičkim aktivnostima – to je regulacija aktivnosti u deliji ved postojedeg enzima. Ona se

može regulirati sljeedim mehanizmom: a) reverzibilnom alosteričkom kontrolom – ova kontrola je

veoma brza, gotovo trenutna. Veoma često krajnji proukt biosintetskog puta alosterički inhibira enzim

koji katalizira prvu reakciju u atom metaboličkom putu. To je alosterička kontrola mehanizmom

negativne povratne sprege. Prva reakcija velikog broja biosintetskih puteva inhibira se krajnjim

proizvodom tog puta (feedback inhibicija). b) reverzibilnom kovalentnom modifikacijom enzima – to je

najčešde reverzibilna fosforilacija enzima. Tim procesom (fosforilacijom) neki enzimi metaboličkog puta

mogu postati katalitički aktivni, a neki katalitički neaktivni. Hormoni kooriniraju različite reakcije tako

što reguliraju reverzibilnu moifikaciju ključnih enzima metaboličkih puteva.


14/145

AH MM TH

3. ostupnošdu supstrata – Metabolički putevi ne ovijaju se samo u jenom delijskom ojeljku ved

započnu u jenom delijskom ojeljku pa se intermeijer prebaci u rugi delijski ojeljak i koristi se za

rugi niz reakcija. Sljeeda tačka kontrole je kontrola otoka supstrata. Prenos supstrata iz jenog

delijskog ojeljka u rugi (npr. iz citosola u mitohonrije) također može služiti kao tačka kontrole.

Generalni princip metabolizma je a su putevi biosinteze i razgranje uvijek različiti. Tako je npr. putsinteze masnih kiselina jedan put, a put njihove razgradnje je drugi put (drugi niz reakcija). Ovo

razvajanje je neophono iz energetskih razlika jer olakšava kontrolu metabolizma. Nekada putevi

razgranje ili sinteze mogu se ovijati u različitim delijskim ojeljcima pa su oijeljeni i prostorno. To je,

recimo, slučaj sa biosintezom i razgranjom masnih kiselina.

Veoma važna stvar u regulaciji metabolizma je energetsko stanje delije. Katabolički putevi služe a bi se

obezbijedila energija u obliku ATP-a. Biosintetski putevi traže opremu energije u obliku ATP-a. Prema

tome, ovijat de se katabolički ili anabolički procesi u zavisnosti o energetskog stanja delije. Jedan od

parametara koji to ilustruje je energetski naboj. Mnoge reakcije u metabolizmu kontrolira energetski

status delije. Jean o pokazatelja tog energetskog stanja delije je energetski naboj, a efinira se

količnikom:

ATP se može cijepati na AP pa na AMP. Enzim kinaza može katalizirati regeneraciju nešto ATP-a i ADP-a

pa se zato u ovaj količnik oaje ½ koncentracije AP-a! Energetski naboj se oržava u deliji u

puferovanoj vrijenosti o 0,80 o 0,95. Može imati vrijenost o 0-1, ali je u delijama taj nabojpuferovan i rži se u vrijenostima a ovaj količnik bue u vrijenostima između 0,80 i 0,95. Ako je visok

energetski naboj delije, ona de se inhibirati oni katabolički putevi u kojima se stvara energija zato što

delija ima ovoljno energije pa nema potrebe a se troše gorivne supstance. Ako delija ima visok

energetski naboj, ona de se poticati biosintetski procesi. Ako se snizi energetski naboj, stimulirat de se

putevi katabolizma, a inhibirati anabolički procesi. O energetskog naboja ovisi a li de se u deliji ovijati

anabolički ili katabolički procesi.

Glavne gorivne supstance koje čovjek koristi a bi obezbijeio sebi energiju su ugljikohirati. U

prehrambenoj liniji se najviše obezbjeđuje katabolizmom karbohirata. Najviše se konzumira skrob. To

je biljni polisahari. Izgrađen je iz glukoznih jeinica. Ima vije komponente: amilozu i amilopektin. Uamilozi su ravni lanci u kojima su glukozne jedinice povezane alfa 1->4 glikozidnim vezama. Amilopektin

sarži razgranate lance glukozih jeinica koje su u tačkama grananja su glukozne jeinice vezane alfa 1-

>6 glikozinim vezama. Ima relativnu molekulsku masu oko 100 ka. Mi hranjenjem životinjskom

hranom možemo u organizam unijeti glikogen. eponovan je u mišidima i jetri. Glikogen je također

razgranati polisahari, samo što ima vedi broj grananja. Čovjek također konzumira saharozu. Saharoza je

isahari izgrađen iz glukoze i fruktoze. Naziva se trščani šeder. U mlijeku možemo nadi mliječni šeder,


15/145

AH MM TH

laktozu. Izgrađena je iz glukoze i galaktoze. Mlae gljive sarže poseban isahari trehalozu. Zatim mogu

se putem hrane unositi monosaharidi: fruktoza, glukoza. Rafinoza je prisutna u sjemenkama lebuminoza

(grah, grašak,…). Rafinoza sarži vezane fruktozne jeinice vezane na saharozu B-glikozidnim vezama.

Ključni enzimi u igestiji ugljikohirata su pljuvačna i pankreasna alfa-amilaza. Tako a de igestija početi

ved pri žvačnom procesu u usnoj šupljini po jelovanjem pljuvačne alfa-amilaze. U ustima dolazi do

hidratisanja npr. skroba i glikogena i samo u hiratisanom stanju na njih može a jeluje alfa-amilaza.

Ključno mjesto u igestiji polisaharia pripaa pankreasnoj alfa-amilazi. Ovaj enzim je

enopolisahariaza! Polisahariaza znaci a cijepa polisaharie, a ’eno’ a hirolitički cijepa alfa 1->4

glikozine veze. Pri tome de nastati isahari maltaza, zatim može nastati trisahari maltotrioza i nastaju

oligosaharii koje nazivamo graničnim ekstrinima. Granični ekstrini sarže oko 8 glukoznih jeinica, ali

mogu saržavati jeno ili više granan ja. Ako gledamo pankreasnu alfa-amilazu, ona de, u suštini, cijepati

alfa 1->4 glikozine veze u unutrašnjosti lanaca. Nede cijepati alfa 1->6 glikozidne veze u polisaharidu i

nede cijepati one glikozine veze onih glukoznih ostataka koji prestavljaju tačke grananja. Zato i nastaju

granični ekstrini. Zato imamo isahari maltozu, trisahari maltotriozu i alfa-granične ekstrine. Alfa-

amilaza se izlučuje u ovoljnoj količini kako bi izvršila igestiju unesenog proukta. alja igestija se

nastavlja u intestinumu. Tu igestiju de izvršiti enzimi koji su locirani na plazma membrani epitelnih delija

intestinuma. Alfa-glukozidaze maltaze cijepaju alfa 1->4 glikozidnu vezu u disaharidu maltozi te nastaje

glukoza. Zatim, enzim laktaza de jelovati na mliječni šeder laktozu. Ona spada u B-galaktozidaze jer je

specifična prema B-galaktozi. Saharozu de cijepati enzim saharaza. Ima specifičnost za alfa-glukozni

ostatak saharoze. Glavni monosaharidi nastali ovom digestijom su D-glukoza, D-galaktoza i D-fruktoza.

Digestija je proces hirolitičkog cijepanja glikozinih veza. Prema tome svi procesi igestije su procesi

hirolize koji su enzimski katalizirani. igestija o stupnja monosaharia je važna kako bi se izvršila

apsorpcija tih karbohidrata. Apsorpcija iz lumena intestinuma de se izvršiti u epitelne delije intestinuma

preko oređenih transportera. Apsorpcija ie o natrijum-zavisnih kotransportera. Naziva se natrijum-

monosahari kotransporter koji je specifičan za -glukozu i D-galaktozu. Kotransporter znači a de

istovremeno u istom smjeru transportovati natrijumove jone i glukozu ili galaktozu. Šta pokrede

transport ove glukoze ili galaktoze u delije? Pokrede ih koncentracija natrijumovih jona. Ovo je tip

sekundarnog aktivnog transporta. U njemu se direktno ne troši energija ved se troši za transport i

ispumpavanje natrijumovih jona koji su uneseni u ekstracelularni prostor djelovanjem Na+/K+ ATP-azne

pumpe. Na+/K+ ATP-azna pumpa prestavlja primarni aktivni transport. Ona oržava graijent

koncentracije natrijumovih i kalijumovih jona. Za fruktozu postoji poseban transporter za fruktozu, a to

je GLUT5. On ne ovisi o natrijumovih jona. U enterocite uneseni monosaharii trebaju a se isporuče u

kapilare, u krvotok. Za to je odgovoran transporter GLUT2 lociran na kontraluminalnoj strain enterocita.

Preko ovog transportera de se i glukoza, i galaktoza, i fruktoza transportovati iz enterocita u kapilare i

ospjeti u krvotok. GLUT2 ih transportuje iz poručja visoke koncentracije u poručje niske

koncentracije. Toliko za danas!


16/145

AH MM TH

5 3 GLUT transporteri

Bakterije metaboliziraju ugljikohidrate i metaboliziraju ih anaerobno.

Kao proukti tog metaboliziranja o strane bakterija nastade laktat, gasovi kao hirogen,

metan… Neke o ovih supstanci su osmotski aktivne pa de odi o izlučivanja tekudine, a negje

i gasova pa de stvarati grčeve u stomaku. Tako sjemenke leguminoza, graham, soje, graška

sarže rafinozu. Ona je saharoza na koju je glikozino vezana jena ili više molekula galaktoze.

Takvu rafinozu de metabolizirati samo bakterijski enzimi i tako se pokretljivost crijeva povedava.

Mlae gljive sarže trehalozu. a bi se ona metabolizirala, treba nam poseban enzim trehalaza.

Ono što se ne može igestirati sa enzimima koji su normalno prisutni u čovjeku, metaboliziraju

enzimi bakterija koje se nalaze u donjim dijelovima crijevnog trakta.

Pogledajmo sada na koji način de glukoza biti unesena u delije različitih tkiva.

Prvo, glukoza je polarna supstanca i ona tek tako ifuzijom ne može u ovoljnim količinama biti

unesena kroz plazma membranu delija različitih tkiva. Za unos glukoze u delije postoje posebno

dizajnirani proteini u plazma membranama delija različitih tkiva koji se nazivaju transporteri za

glukozu ili GLUT-transporteri. Funkcija ovih proteina je što posreuju u jenom termoinamički

povoljnom olakšanom unosu glukoze u deliju. Termoinamički je povoljan unos zato što ne

zahtijeva utrošak energije i zato što vrši transport iz poručja više u ojeljak sa nižom

koncentracijom glukoze. To je, u suštini, olakšana ifuzija.

Članovi ove familije transportera proteina označeni su o GLUT-1 do GLUT-5. To su

jenolančani proteini. Njihove molekule sastoje se iz jenog polipeptinog lanca koji ima užinu

oko 500 aminokiselinskih ostataka. Tačna struktura ovih proteina još uvijek nije poznata. Oni

imaju strukturni motiv koji čini 12 transmembranskih alfa segmenata koji imaju strukturu

amfipatičke alfa-uzvojnice.

To znači a je ko uzvojnice jean njen io polaran, a rugi nepolaran. Amfipatička molekula

ima polarni i nepolarni dio. Kod takve alfa-uzvojnice se polarni aminokiselinski ostaci nalaze sa

jedne, a nepolarni sa druge strane uzvojnice. Kada te alfa-uzvojnice asociraju, tvorit de poru

(kanal), ali tako a polarni ijelovi onih amfipatičkih alfa-uzvojnica su orijentirani prema

unutrašnjosti i stvaraju polarnu okolinu, a oni nepolarni su orijentisani sa vanjske strane tog

snopa i hirofobnim interakcijama se mogu učvrstiti u plazma membranu. Nastaje jean

transmembranski kanal.


17/145

AH MM TH

Transmembranski proteini su proteini koji specifično prepoznaju onaj jon ili molekulu čiji

transport treba a izvrše. Tačan mehanizam funkcioniranja ovih transportera još uvijek nije

pojašnjen, ali on svakako uključuje promjenu konformacije transportera. Transporteri imaju

visoku specifičnost prema jonu ili molekuli koju transportuju. GLUT-transporteri specifično

prepoznaju D-glukozu. Oni imaju u svojoj trodimenzionalnoj strukturi imaju mjesto preko koga

de sterički prepozati glukozu i specifično je vezati. Transporteri imaju specifičnost prema

molekuli koju transportuju slično kao što enzim ima specifičnost prema supstratu, samo što se

pri transportu ne odvija hemijska reakcija jer nema katalize.


18/145

AH MM TH

Afinitet nekog transportera prema supstanci koju prenosi isto se karakterizira Km vrijednosti

(nizak Km=visok afinitet i obrnuto).

Transport glukoze u eritrocite

Model transporta glukoze u eritrocite putem GLUT1

odvija se putem GLUT-1 transportera. Ovaj transporter mijenja konformaciju pri transportu

glukoze.

On postoji u konformaciji T1 gdje je mjesto za vezivanje glukoze otvoreno prema

ekstracelularnoj strani i ono ima visok afinitet za vezivanje glukoze. Kaa se glukoza veže za nju

specifično mjesto, odi de o promjene konformacije transportera i on de saa predi u T2

konformaciju.

U toj T2 konformaciji mjesto gje je vezana glukoza otvoreno je prema citosolnoj strani delije.Ono ima sada promijenjen afinitet prema glukozi. U ovoj konformaciji afinitet transportera

prema glukozi je nizak i ona de otpustiti glukozu.

Postoje 2 konformacije : jedna konformacija gdje je mjesto za vezivanje glukoze otvoreno

prema ekstracelularnoj strani, specifično de vezivati glukozu. Vezivanje glukoze izazvat de

promjenu konformacije transportera u t2 konformaciju.


19/145

AH MM TH

U t-2 konformaciji mjesto gje je vezana glukoza izloženo je prema citosolnoj strani i ima slab

afinitet prema glukozi, zbog toga de odi o opuštanja glukoze.

Otpuštanje glukoze ponovo pokrede promjenu konformacije transportera iz t-2 u t-1 stanje koje

je spremno za prihvatanje nove molekule glukoze.

Familija transportera za glukozu

Naziv Tkivna lokacija Km Doatno tumačenje

GLUT1 Sva tkiva sisara 1 mM Bazalni prihvat glukoze

GLUT2 Jetra i β-delije 15-20 mM U pankreasu, ima ulogu

pankreasa u regulaciji inzulina

U jetri, uklanja suvišak

glukoze u krvi

GLUT3 Sva tkiva sisara 1 mM Bazalni unos glukoze

GLUT4 Mišidi i delije 5 mM Količina u plazma

masnog tkiva membrani se povedava

tokom vježbanja

GLUT5 Tanko crijevo - Primarni transporter

za fruktozu


20/145

AH MM TH

Familije transportera za glukozu

GLUT-1 prisutan je na plazma membranama svih tkiva sisara ima kM vrijenost 1 mmol što

znači a ovaj transporter ima visok afinitet prema glukozi.

Normalna konc. glukoze u krvi je 4-5 mmol/l a to znači a a de zbog Km o 1 mmol ovaj

transporter biti stalno zasiden glukozom i a može a unosi glukoze u deliju u stanjima snižene

konc. glukoze u krvi (hipoglikemija). GLUT-1 je odgovoran za unos glukoze u eritrocite, jedina

gorivna supstanca koju koriste eritriciti je glukoza. GLUT-1 je odgovoran za osnovni (bazalni

unos glukoze u delije.

GLUT-3 za njega važi sve kao i za GLUT-1, ali je on ogovoran za unos glukoze u nervne delije.

Glukoza (prisutna i krvi) je jedina gorivna supstanca koju koristi mozak osim u stanjima

prouženog gladovanja.

Eritrociti i mozak snadbjeveni su onim transporterima koji garantuju unos glukoze i u

normalnim i u stanju hipoglikemije, zbog njihove potpune ovisnosti o glukozi.

GLUT-2

lociran u plazma membrani hepatocita i u beta delijama pankreasa.

Km vrijednost iznosi 15-20 mmol ova visoka vrijednost Km govori o slabom afinitetu ovog

transportera prema glukozi. To nam govori a de o unosa glukoze u jetrene delije i u beta delije

pankreasa odi samo kaa je glukoza u krvi prisutna u višku ( kaa su jako povišene konc.

glukoze u krvi) npr. u postapsortivnoj fazi nakon digestije i apsorpcije dijetalnih karbohidrata.

Jetra na ovaj način puferuje nivo glukoze u krvi, tako a preuzetu glukozu usmjeruje u procese

glikogeneze ili u procese razgradnje glukoze da se obezbijede gradivni blokovi za biosintetske

reakcije.

JETRA PREUZIMA GLUKOZU SAMO U STANJIMA VISOKE KONCENTRACIJE GLUKOZE U KRVI I

KORISTI JE ZA SINTEZU GLIKOGENA I ZA DOBIJANJE GRADIVNIH BLOKOVA ZA BIOSINTETSKE

PROCESE. Kod normalne konc. glukoze u krvi jetra ne preuzima glukozu.

Preko GLUT-2 u beta delijama pankreasa etektije nivo glukoze u krvi i zavisno o nivoa glukoze

ona ogovara aekvatnim izlučivanjem inzulina.


21/145

AH MM TH

GLUT-4

je lociran u plazma membranama skeletnih mišida i aipocita. Km je 5 mmol, unos glukoze u

miš. delije i aipocite putemo ovog transportera je po kontrolom inzulina

GLUT 5- prisutan je u tankom crijevu i primaran je transporter za fruktozu.

Kod svakog GLUT-a moramo znati: njihove afinitete prema glukozi, distribuciju u tkivima i u

kojima uslovima de koje tkivo...

Na koji način inzulin regulira unos glukoze u miš. delije i aipocite putem GLUT-4?

GLUT 4 locirani su u membranam malih vezikula koje se nalaze u blizini plazma membrane.

Kaa je ošlo o izlučivanja inzulina i kaa je inzulin prisutan u plazmi ( luči se zbog povedane

konc. glukoze u krvi) inzulin de se vezati na inzulinski receptor lociran u plazma membrani.

Slika Nelson i Cox

na ovaj receptor ne vezuju se 2 nego samo jedna molekula inzulina ( za razliku od slike).

Vezivanjem inzulina na receptor pokrenut de se mehanizam koji de ovesti o fuzije vezikula

koje sarže GLUT 4 sa plazma membranom. U plazma membrani de se povedati br. GLUT 4 i odi

de o povedanog unosa glukoze. Kaa nivo inzulina opane transporteri za glukozu GLUT4

uklanjaju se endocitozom sa plazma membrane.


22/145

AH MM TH

Inzulin je hormon čiji se signal može prenijeti o nukleusa i koji u nukleusu kontrolira stepen

ekspresije gena za proteine koji su po njegovom kontrolom. Može a pokrene mehanizme

kojima direktno regulira glukagon.

Kaskada kojom se prenosi signal:

Imamo inzulinski receptor koji se sastoji iz 2 alfa podjedinice koje su locirane ekstracelularno i 2

beta pojeinice koje se proteže kroz plazma membranu i čiji su C terminalni ijelovi locirani ucitosolu.

Na inzulinski receptor vezuje se jedna molekula inzulina i to na mjesto koje na receptoru

formiraju 2 alfa podjedinice. Vezivanjem inzulina na receptor dolazi do autofosforilacije

inzulinskog receptora pri čemu de se fosforilirati specifični tirozinski ostatci na C terminalnim

krajevima beta podjedinica.


23/145

AH MM TH

Šta to znači autofosforilacija?

To znači a de beta pojeinice receptora uzajamno jena rugu fosforilirati na specifičnim

tirozinskim ostatcima.

Autofosforilacijom otvara se aktivno mjesto receptora koje ima TIROZIN KINAZNU AKTIVNOST.

Inzulinski receptor je enzimski receptor.

enzimska aktivnost - TIROZIN KINAZNA AKTIVNOST- znači a de ovaj receptor saa fosforilirani

receptor fosforilirati specifične tirozinske ostatke na ciljnim proteinima koji su supstrat za

inzulinski receptor.

Jean o tih cilnjih proteina koji de fosforilirati inz.receptor označen je kao supstrat 1

inzulinskog receptora ( IRS 1)

Na fosfotirozinske ostatke IRS 1 oni postaju mjesto asocijacije na kome de otpočeti asocijacija

proteina koji izgrađuju jean kompleks koji de inzulinski signal prenijeti u nukleus.

Na fosfotirozinski ostatak IRS 1 prvo de asocirati protein Grb 2 na asocirani Grb 2 asocirat de

rugi protein Sos. Taa de pokrenuti zamjenu Gvanilatnog nukleotia na Ras proteine i time de

se aktivirati Ras protein.

U čemu se sastoji zamjena?

Guanozin difosfat (GDP)vezan na Ras zamijenit de se Guanozin trifosfatom( GTP).

Dalje Ras protein aktivira prvu protein-kinazu u kaskai inzulinskog signala označena je kao

Raf-1. Aktivirana Raf-1 saa de katalizirati fosforilaciju ruge protein kinaze koja je označena

kao MEK. Fosforilacija de se izvršiti na Serinskim ostatcima MEK-a. Ovom aktivacijom

fosforilirani MEK de izvršiti fosforilaciju slj. protein kinaze u kaskai ( 3. protein kinaze )-

označena je kao MAPK( mitogen aktivirana protein kinaza). Fosforilacija de se izvršiti na jenom

treoninskom i jednom tirozinskom ostatku.

U ovom slučaju imamo u signalnu kaskau uključene 3 protein kinaze koje sukcesivno aktiviraju jedna drugu.

Saa ova aktivirana(fosforilirana) MAPK ifunuje u nukleus gje de izvršiti fosforilaciju jenog

nuklearnog transkripcijskog faktora označenog kao ELk-1.


24/145

AH MM TH

Fosforilirani ELk-1 de asocirati sa jenim rugim transkripcijskim faktorom SRF i oni de na

specifičnom mjestu NA aktivirati transkripciju gena, za onaj protein koji je po kontrolom

inzulina.

DRUGI MEHANIZAM

je signal o inzulinskog receptora koji de pokrenuti fuziju vezikula sa GLUT 4 transporterima

Inzulin se vezuje na inzulinski receptor olazi o autofosforilacije i ona de tirozin -kinazna a

ktivnost receptora fosforilirati IRS-1 .

Na fosfotirozinske ostatke IRS-1 de saa asocirati enzim FOSFATIIL INOZITOL 3 KINAZA(PI-3K)

FOSFATIIL INOZITOL 3 KINAZA de katalizirati fosforilaciju membranskog lipia fosfatiil

inozitol 4,5 bisfosfata (PIP 2) u fosfatidil inozitol 3,4,5 trifosfat (PIP 3)

Na PIP 3 jednu njenu molekulu de asocirati PK 1 kinaza( nije prikazana na slici) ( PK 1 značiod fosfatidil inozitol zavisna kinaza 1). Na drugu molekulu PIP 3 asocira PKB ( protein kinaza B),

saa de PK 1 izvršiti fosforilaciju PKB. Smatra se a je fosforilirana PKB ta koja pokrede

mehanizam fuzije vezikula sa GLUT 4 sa plazma membranom.

Tačan mehanizam još uvijek nije potpuno objašnjen.


25/145

AH MM TH

Inzulin može i a irektno regulira neke metaboličke puteve. Kaa je glukoza u krvi prisutna u

izobilju, vezat de se inzulin. Otpočet de transukcija signala a fosforilirana protein kinaza B (PKB)

može fosforilirati rugu kinazu koja je označena kao GLIKOGEN SINTAZA KINAZA 3 ( GFK3) ILI

KINAZA 3 GLIKOGEN SINTAZE. Ovaj enzim vrši fosforilaciju glikogen sintaze.

A glikogen sintaza je enzim koji vrši sintezu glikogena .

Kada je glikogen sintaza aktivna?

Glikogen sintaza je aktivna kada se nalazi u nefosforiliranom obliku. Ako je fosforilirana onda je

katalitički neaktivna.

Kada protein kinaza B fosforilira GFK3 ovaj enzim postaje fosforiliran i katalitički neaktivan i

kao takav ne može fosforilirati glikogen sintazu što alje znači a de glikogen sintaza biti

nefosforilirana i katalitički aktivna.

primjer mišidnih delija: Mišidne delije prihvataju glukozu iz krvi putem GLUT 4 koji je pod

kontrolom inzulina. Inzulin se vezuje kaa je nivo glukoze u krvi povišen. Vezivanjem inzulina na

inzulinski receptor počinje kaskaa ogađanja koja de voiti aktivaciji protein kinaze B

(PBK).Fosforilirana protein kinaza B de fosforilirati GFK 3 i taj de enzim ostati u fosforiliranom

neaktivnim obliku a to znači a de glikogen sintaza u mišidima biti katalitički aktivna i ona u

mišidima se ovija sinteza glikogena.

Slika iz Marksa

Inzulin je vezan na inzulinski receptor ošlo je o autofosforilacije receptora. Protein kinazna

aktivnost receptora de fosforilirati IRS 1 na njega de asocirati fosfatiil inozitol kinaza 3, ona de

katalizirati fosforilaciju PIP 2 u PIP 3. Na PIP 3 se vezuje PK1 i PKB ona de PK1 fosforilirati

PKB, ona de isocirati i između ostalog izvršiti pokretanje mehanizma fuzije vezikula sa GLUT4 i

fosforilaciju GFK3.


26/145

AH MM TH

likoliza

izveeno iz grčke riječi glyk - slatko

i riječi lysis- disolucija

Glikoliza je metabolički put u praktično svim delijama, eukariotskim i prokariotskim. Ueukatiotskim delijama glikoliza se ovija u citosolu

Glikoliza je metabolicki put koji se razlicito odvija u svim celijama I u eukariotskim I

prokariotskim.

U eukariotskim ovaj process je lociran u citosolu.

Proces glikolize podrazumijeva metabolicki put kojim se intracelularno razgradjuje glukoza.

Dva su osnovna puta tj cilja procesa glikolize, zapravo intracelularnog kataboliza glukoze:

1. Da se celiji obezbijedi energija u obliku ATP-a(da podmiri svoje energetske potrebe),

2. Da celija obezbijedi gradivne blokove za biosintetske puteve/reakcije.

Proces glikolize:

kada se putem GLUT transportera glukoza unese u deliju ona ima samo jednu sudbinu, odmahde se fosforilirati u glukoza 6-fosfat. Ovom fosforilacijom ona postaje hemijski reaktivnija tepostaje polarnija zbog prisustva fosfatne skupine I ona više ne može napustiti deliju.

Zašto je glukoza značajnija u onosu na mnogobrojne ruge monosaharie?Ona je nastala osta rano iz formalehia u nekim prebiotičkim uslovima I ona je kao gradivnasupstanca bila na raspolaganju ved veoma ranim biološkim sistemima. Glukoza također imanizak potencijal da neenzimski glikozilira proteine.

Šta je neenzimska glikozilacija proteina?

Postoje glikozilacije koje se vrše enzimski kataliziranim reakcijama. Međutim uslje npr.povišene glukoze u krvi gje mogu nespecifično onosno neenzimski a ođe o glikozilacijenekih protein tj odi de o nastanka neenzimske glikozilacije nekih proteina. Ako ođe o takveglikozilacije obično to može a izmijeni konformaciju I a utiče na biološku funkciju atog

proteina. anas se kao parameter oređuje glikozilirani Hb. akle u slučaju povišenih nivoamože a ođe o tih nespecifičnih glikozilacija time one utiču na konformaciju proteina I moguuticati na biološku funkciju proteina.

a bi krenula glikozilacija, onaj monosahari koji ce izvršiti glikozilaciju mora se nalaziti uotvorenom lančastom obliku. Co skupina šedera može raeagovati sa NH2 skupinama proteina sakojima grai šifove baze.


27/145

AH MM TH

Reakcija glikozilacije de idi tako što de se stvarati šifove baze sa onim amino skupinama ubočnim lancima nekih aminokiselina u proteinu. Potom se te šifove baze pregrađuju u stabilnekovalentne veze. To je neenzimska glikozilacija. Uslov je dakle, da monosaharid mora biti u

otvorenom lančastom obliku. U voenoj sreini glukoza se ominantno nalazi u prstenastomobliku (negje oko 96%) tako a je njen lančasti oblik prisutan u veoma niskim koncentracijama

samim tim je smanjen njen potencijal neenzimske glikozilacije.

Ka uđe u deliju glukoza se akle fosforilirati u glukoza 6-fosfat- ova reakcija fosforilacije jeenzimski katalizirana reakcija, katalizira je enzim heksokinaza(kinaza specifična za heksoze, u jetri je glukokinaza).

Put glikolize ima dvije faze:

1. faza ulaganja/investiranja

to je ona faza glikolize u kojoj se troši energija u obliku ATP-a.Ta energija de se trošiti za fosforilaciju glukoze u glukoza 6-fosfat.

Potom de se glukoza 6-fosfat izomerizirati u fruktoza 6-fosfat, potom se fruktoza 6-fosfat fosforilira u fruktoza 1,6bisfosfat uz utrošak ATP-a.Zatim de se fruktoza 1-6bis fosfat da se cijepa na dvije fosforilirane trioze:dihidroksi acetat(96%) I gliceraldehid trifosfat(4%).

Kaa nastanu trioze završena je prva faza glikolize.

2. Faza naplate- u ovoj fazi u reakciju ide gliceraldehid 3-fosfat koji de se nizom enzimskikataliziranih reakcija (oksiativnim prevođenjem) prevesti u piruvat, u ovom nizureakcija de se obiti energija u viu ATP-a I reduciranog NADH.


28/145

AH MM TH


29/145

AH MM TH

Trioza fosfat izomeraza de ihiroksi aceton-fosfat izomerizirati u gliceraldehid 3-fosfat. Ovajenzim je katalitički perfektan enzim, koji velikom brzinom prevoi ihiroksiaceton-fosfat ugliceraldehid 3- fosfat.

Tako a demo iz jene molekule glukoze obiti 2 molekule gliceralehi 3-fosfata a glikolizomde nastati vije molecule piruvata.


30/145

AH MM TH

Gliceraldehid 3-fosfat de se nizom enzimski kataliziranih reakcija prevesti u piruvat,dihidroksiaceton-fosfat enzimom biva preveden u gliceraldehid 3-fosfat!

U narenim reakcijama važno je pratiti ireverzibilne I reverzibilne reakcije.

Ireverzibilne su one koje imaju veliku negativnu promjenu slobodne energije, one koje su u

blizini nule one su reverzibilne.

1. Reakcija je fosforilacija glukoze u glukoza 6-fosfat, katalizira process HEKSOKINAZA,

fosforilacija se vrši sa ATP-om I prisustvom Mg2+ iona. Ovdje je energija visoka,ireverzibilna je reakcija!

2. Reakcija izomerizacije kojom se glukoza 6-fosfat(fosforilirana aldoza) prevodi u fruktoza

6-fosfat (fosforilirana ketoza).

Enzim koji katalizira reakciju je FOSFOHEKSOZA IZOMERAZA.

Reakcija je reverzibilna.

U ovoj reakciji se šederi nalaze u prstenastom obliku pa ih je prvo potrebno prevesti ulančasti oblik a potom izvršiti izomerizaciju a potom iskatalizirati ponovno zatvaranjeprstena.


31/145

AH MM TH

3. Ireverzibilna reakcija u kojoj fruktoza 6-fosfat fosforilira u fruktoza 1-6bisfosfat.

Fosforilacija ide sa ATP-om a enzim koji to katalizira je FOSFOFRUKTOKINAZA 1 - složenalosterički enzim koji prestavlja glavnu tačku kontrole glikolitičkog puta. Reakcija jevisoko egzergona.

4. Po nastanku fruktoza 1-6bisfosfata aktivirat de se enzim ALOLAZAkoji de fruktoza 1-6bisfosfat cijepati na dvije fosforilirane trioze tj gliceraldehid 3-fosfat Idihidroksi aceton fosfat.

Reakcija je reverzibilna. Suprotna reakcija je aldolna kondenzacija kada od produkata

kondenzacijom nastane fruktoza 1-6bisfosfat. U daljnju reakciju ide gliceraldehid 3-

fosfat, odavdje idu reakcije koje proizvode energiju.


32/145

AH MM TH

5. Gliceraldehid 3-fosfat po katalitičkim ejstvom enzima GLICERALEHI 3-FOSFATDEHIDROGENAZA prevodi se u 1,3bisfosfoglicerol ( to je acil, jedan od 3 spoja koji imaju

vedi fosforilirajudi potencijal o ATP-a). Reakcija je reverzibilna.U reakciji sudjeluje gliceraldehid-fosfat + anorganski P I NAD- koji daju 1,3

bisfosfoglicerol+ NADH(reducirani)+H+.

Ovdje je prvo doslo do jedne egzergone reakcije a to je oksidacija aldehidne skupine

gliceraldehid 3-fosfata u karboksilnu skupinu I promjena slobodne energije za ovu

reakciju je visoko negativna priblizno -50kJ/mol. Drugi dio reakcije koju katalizira ovaj

enzim je visoko endergona- podrazumijeva vezivanje anorganskog fosfata na

karboksilnu skupinu, brojčano gleano to je ista vrijenost energije kao ko egzergonereakcije samo u suprotnog predznaka tj +50kJ/mol.


33/145

AH MM TH

Kako GLICERALDEHID 3-fosfat DEHIDROGENAZA poveze ovu endergonu I egzergonu

reakciju tj

kataliticki mehanizam enzima:

On slobodnu energiju egzergone reakcije oksidacije iskoristi za endergono stvaranje

anhidridne veze. Oksidans u ovoj reakciji je NADH koji je presao u NAD+.Reakcija ie tako a de enzim u toku same katalize sačuvati io slobodne energijeoksiacije alehine skupine u obliku tioesterske veze u obliku intermeijata koji de bitidvovalentno vezani za enzim.

Enzim u aktivnom mjestu ima cisteinski ostatak a u bočnom lancu ima SH skupinu, naenzimu a u blizini aktivnog mjesta je I specificno mjesto na koje se veže NA+(oksians uovoj reakciji), sada reaguje gliceraldehid 3-fosfat reaguje sa SH skupinom na enzimu pri

čemu de se prolazno stvoriti tiohemiacetal(intermeijer). NA+ izvrsi oksiaciju tako štode preuzeti hirini ion sa tiohemiacetala I predi se u reucirani oblik NAH, na enzimude ostati vezan tioesterski kovalentno vezan intermeijer. Tioesterske veze se takođe

smatraju energijom bogatim vezama. Dio slobodne energije oksidacije gliceraldehidneskupine ostat de sačuvan u tioesterskoj vezi. Zatim, reucirani NAH de a isocira saenzima a na molekul enzima se ponovo veže NAD+ koji dodatno polarizira tioesterskuvezu I olakšava napa anorganskog fosfata na tu tioestersku vezu te de tako nastati 1,3bisfosfoglicerat ok de se enzim vratiti u prvobitni oblik(energoni io reakcije). akle,reakcija je važna jer je nastao spoj koji ima visok fosforilirajudi potencijal kao I zbog togašto u ovoj reakciji nastaje reucirani NAH.


34/145

AH MM TH

Nakon ovoga ie reakcija u kojoj de se stvoriti prva molekula ATP-a na način a de se sa1,3bisfosfoglicerata fosfatna skupina prenijeti na AP pri čemu de nastati 3-fosfogliceratI ATP, reakciju katalizira enzim FOSFOGLICERAT KINAZA.

Ovaj način nastajanja ATP se označava kao fosforilacija na nivou supstrata tj. Direktno

stvaranje ATP-a(postoji jos jedna ovakva reakcija u glikolizi).rugi način je oksiacijom reuciranih koenzima tzv oksiativnom fosforilacijom umitohondrijskom lancu za transport elektrona.


35/145

AH MM TH

Naredna reakcija glikolize je ta da 3-fosfoglicerat izomerizira u 2-fosfoglicerat, pod

katalitičkim ejstvom enzima FOSFOGLICERAT MUTAZA( enzimi MUTAZE su takvi a

kataliziraju intramolekulsko premještanje hemijskih grupa).

Potom, iz 2 –fosfoglicerat nastaje spoj koji ima vedi fosforilirajudi potencijal o ATP-a ato je fosfoenolpiruvat, reakciju katalizira enzim ENOLAZA, u reakciji se izdvaja I molekula

voe. Nastaje fosforilirani enolni oblik piruvata visokog fosforilirajudeg potencijala.Reakcija je reverzibilna .


36/145

AH MM TH

U posljenjoj reakciji glikolize de se fosfatna skupina sa fosfoenolpiruvata prenijeti naAP pri čemu de nastati ATP I piruvat. Reakcija je ireverzibilna. Katalizira je PIRUVATKINAZA.

Neto reakcija prevođenja glukoze u piruvat je sleeda:glukoza prevest de se u vije molekule piruvata, potom oksiacija koja o 2 molekuleNA+ koje se reuciraju u 2 NAH+, imat demo i vije molekule AP-a i dvije molekulePi te de nastati 2 molekule ATP-a. 2 molekule su utrošene za fosforiliranje, 4 su obiveneu konverzijama iz čega zaključujemo a je neto obitak 2 molekule ATP-a pri prevođenju

molekule glukoze u dvije molekule piruvata.


37/145

AH MM TH

Regulacija glikolize

Sam proces glikolize je strogo reguliran kako bi se ogovorilo potrebama unutar same delije, ali i

uslovima u kojima se delija nalazi. Proces glikolize ima 2 cilja:

1. a se deliji razgranjom glukoze obezbijei energija u obliku ATP-a

2. da se obezbijede gradivni blokovi za biosintetske procese, između ostalog za biosintezu masnih

kiselina.

U metaboličkim putevima, ona potencijalna mjesta preko kojih se regulira oređeni metabolički put su

koja kataliziraju ireverzibilne reakcije tog metaboličkog puta. Tačke preko kojih de se vršiti regulacija

nekog metaboličkog puta su generalno one reakcije koje su praktički ireverzibilne u atom

metaboličkom putu. Regulirat de se regulacijom aktivnosti onih enzima koji kataliziraju ate ireverzibilne

reakcije. Tako a ovi enzimi nemaju samo katalitičku ulogu nego i regulatornu ulogu u datom

metaboličkom putu. Reakcije koje su praktično ireverzibilne, koje kataliziraju enzimi heksokinaza

(fosforilacija glukoze u glukoza-6-fosfat), zatim reakcija koju katalizira enzim fosfofruktokinaza 1 koja

fosforilira glukoza-6-fosfat u glukoza-1,6-bisfosfat i tredi je piruvat-kinaza katalizira posljednju reakciju

glikolitičkog puta u kojoj se fosfoenolpiruvat prevoi u piruvat. Svaki o ovih enzima je tačka preko koje

se kontrolira stupanj i intenzitet odvijanja procesa glikolize.

Na koji način se ovijaju aktivnosti enzima? Prvi je reverzibilnim vezivanjem alosteričkih efektora. To je

najbrži mehanizam. rugi je reverzibilnom fosforilacijom-kovalentnom moifikacijom enzima. Tredi

mehanizam, koji je najsporiji, je regulacija na nivou transkripcije gena za te ključne enzime. Vrijeme

potrebno za reverzibilnu alosteričku kontrolu je veoma kratko (u milisekunama) Za kovalentnu

modifikaciju su potrebne sekunde, a za regulaciju na nivou transkripcije gena potrebni su sati.


38/145

AH MM TH

Prvu reakciju prevođenja glukoze u glukoza-6-fosfat katalizira heksokinaza. Tačka koja je ključna za

regulaciju procesa glikolize je kontrola aktivnosti enzima fosfofruktokinaze 1. To je enzim koji katalizira

fosforilaciju fruktoza-6-fosfat u fruktoza-1,6-bisfosfat. Ovdje imamo cijeli niz efektora koji kontroliraju

akivnost ovog enzima. ATP signalizira visok energetski naboj delije. Ako su visoki nivoi ATP-a, ona delija

ne treba razgrađivati glukozu a bi sebi obezbijeila oatnu energiju. Prema tome, visoki nivoi ATP-a su

alosterički inhibitori fosfofruktokinaze 1. S ruge strane, visoki nivoi AMP jeluju suprotno.


39/145

AH MM TH

Visoki nivoi AMP govore o niskom energetskom naboju delije i ona de oni poništiti inhibitorno

djelovanje ATP-a i snažno stimulirati aktivnost f osfofruktokinaze 1, a time se intenzivira put glikolize. Ako

gleamo ATP i AMP, to su va alosterička efektora koja su u vezi sa energetskim nabojem delije.

Ovdje sada imamo predstavljen citrat. Pored proizvodnje energije u obliku ATP-a, smisao procesa

glikolize je da se dobiju gradivni blokovi za biosintetske puteve i onda je normalno da postoji molekulakoja de signalizirati stanje delije vezano za prisustvo graivnih blokova. U ovom slučaju to je citrat. Citrat

nastaje u prvoj reakciji citratnog ciklusa iz acetil-CoA i oksalacetata. Visoki nivoi citrata signaliziraju

prisustvo ovoljnih količina graivnih blokova za biosintetske procese. Citrat kao alosterički efektor

pojačava inhibitorno jelovanje ATP-a. Piruvat je krajnji proukt glikolize i on se može reakcijom

oksidativne dekarboksilacije prevesti u acetil-CoA. Acetil-CoA je onaj koji ulazi u citratni ciklus i u prvoj

reakciji citratnog ciklusa sa oksalacetatom de ati citrat. Prema tome, visoki nivoi citrata nam govore a

u deliji postoji ovoljno graivnih blokova za biosintetske procese. Prvenstveno se to onosi na ovoljnu

količinu acetil-CoA koji služi za sintezu svega i svačega.

Dalje imamo H+ jon kao alosterički efektor. Povišeni nivoi H+ jona alosterički inhibiraju fosfofruktokinazu

1. Ova kontrola je veoma važna jer se njome regulira nivo laktata koji može nastati kao krajnji proukt

glikolize u anaerobnim uslovima – u uslovima nedovoljne snabdjevenosti molekulskim kisikom. Time se

regulira pH i nastanak acidoze. Visoki nivoi H+ jona de alosterički inhibirati fosfofruktokinazu 1. Ta

inhibicija H+ jona je važna za regulaciju ovijanja glikolize u anaerobnim uslovima kaa kao proukt

glikolize nasta je laktat. Time je ovom inhibicijom spriječeno prekomjerno stvaranje laktata iz glukoze u

anaerobnim uslovima.

Još jean alosterički efektor koji demo spomenuti je fruktoza-2,6-bisfosfat. Otkriven je 1980. godine. On

je snažni alosterički aktivator fosfofruktokinaze 1. Prema tome, povišeni nivoi fruktoza-2,6-bisfosfata

snažno stimuliraju proces glikolize.

Fosfofruktokinaza 1 je glavni kontrolni element u glikolitičkom putu. To je ključni enzim preko kojeg se

kontrolira glikoliza i to je tetramer koji se sastoji iz 4 ientične pojeinice. Visoki nivoi ATP-a alosterički

inhibiraju fosfofruktokinazu 1 u jetri tako što smanjuju afinitet ovog enzima prema supstratu (prema

fruktoza-6-fosfatu). Visoke koncentracije ATP-a mijenjaju hiperboličku krivu vezivanja supstrata na

enzim. ATP se vezuje na specifično regulatorno alosteričko mjesto na enzimu koje se razlikuje o onog

katalitičkog mjesta. Suprotno ATP-u jeluje AMP. On poništava inhibitorno jelovanje ATP-a i AMP je

pozitivni alosterički regulator fosfofruktokinaze 1 koji stimulira glikolizu kako bi se popravio energetski

naboj delije i obio ATP. Sa sniženjem količnika ATP/AMP aktivnost fosfofruktokinaze 1 se povedava.

Fosfofruktokinaza 1 ima katalitička i alosterička mjesta. (Stryer slika) Alosterička mjesta su uvijek izvanaktivnog mjesta enzima. Specifično prepoznaju alosterički efektor i u ovom slučaju su locirana između

podjedinica. Visoki nivoi ATP-a čine a kriva koja ima oblik hiperbole pređe u sigmoian oblik i oni slabe

afinitet enzima prema supstratu.


40/145

AH MM TH

AH

Zašto je AMP alosterički efektor, a ne AP? Time je uspostavljen još vedi stupanj osjetljivosti kontrole

enzima. Aenilatni put čine |ATP|+|AP|+|AMP|=const. (zbir koncentracija ATP, AP i AMP-a). U

nekom kradem vremenskom intervalu, zbir koncentracija ovih adenilatnih nukleotida je konstantan.

Imamo sada situaciju da je koncentracija ATP-a mnogo veda o koncentracije AP-a i još je veda o

koncentracije AMP-a. Enzim aenilat ciklaza može vršiti regeneraciju.

adenilat ciklaza

ADP + ADP ATP + AMP

Kaa se u deliji troši ATP, nastaju velike količine AP-a. Adenilat-ciklaza može sa iz AP-a regeneriratioeđenu količinu ATP-a tako što de katalizirati prenos anorganskog fosfata s jene molekule AP-a narugu pa de nastati ATP i AMP. Buudi a je ATP prisutan u najvedim koncentracijama, male promjene ukoncentraciji ATP-a rezultirade velikim promjenama u koncentraciji AMP-a. Putem AMP-a je još finijepoešena regulacija fosfofruktokinaze 1 zavisno o energetskog stanja delije.

Ključni efektor u regulaciji procesa glikolize je fruktoza-2,6-bisfosfat. On je snažan alosterički aktivatorfosfofruktokinaze 1. Fosforiliran je na OH skupini na C2 i na OH skupini na C6. Fruktoza-2,6-bisfosfat

aktivira fosfofruktokinazu 1 tako što povedava afinitet ovog enzima prema supstratu (prema fruktoza-6-fosfatu) te umanjuje inhibitorno djelovanje ATP-a. Fruktoza-2,6-bisfosfat je alosterički aktivator koji

mijenja konformacijsku ravnotežu fosfofruktokinaze 1 u f konformacijsko stanje. Na koji način se reguliraogovarajuda količina fruktoza-2,6-bisfosfata?Fruktoza-2,6-bisfosfat sintetizira i razgrađuje jean poseban enzim koji se naziva bifunkcionalni enzim ioznačen je kao fosfofruktokinaza 2 (PFK-2). Ovaj enzim na jednom polipeptidnom lancu ima dvijedomene. Jedna domena ima kinaznu aktivnost koja de katalizirati fosforilaciju fruktoza-6-fosfata sa ATP-om u fruktoza-2,6-bisfosfat i ima drugu domenu koja ima fosfataznu aktivnost, a to je ona koja defruktoza-2,6-bisfosfat prevoditi (hidrolizirati) u fruktoza-6-fosfat. Katalizirat de hirolitičko otcjepljenje


41/145

AH MM TH

fosfata sa položaja 2. Obje enzimske aktivnosti se nalaze na jenom polipeptinom lancu bifunkcionalnienzim je vjerovatno nastao fuzijom gena koji kodiraju kinaznu i fosfataznu domenu.

Kaa de enzim imati kinaznu, a kaa fosfataznu aktivnost? Ove aktivnosti enzima su recipročnoregulisane. To znači a ako je aktivirana kinazna aktivnost, ona je izgubljena fosfatazna aktivnostenzima i obrnuto, ako je isključena kinazna aktivnost enzima, ona je uključena fosfatazna aktivnost. Tevije aktivnosti se reguliraju reverzibilnom fosforilacijom specifičnog serinskog ostatka koji se nalazi uovom regulatornom poručju. Ovje imamo prestavljene izoenzime bifunkcionalnog enzima (recimo jetreni i srčani izooblik enzima). (slika iz Devlina)Bifunkcionalni enzim posjeuje 5 izoenzimskih oblika koji se razlikuju po veličini (broju aminokiselinskihostataka), po kinetici i imunološki regulatornim svojstvima. Onaj oblik bifunkcionalnog enzima koji jeprisutan u jetri označen je sa slovom ‘’L’’, a onaj koji je prisutan u mišidima je ‘’M’’. Oni nastajualternativnim splajsingom produkta transkripcije istog gena. Jetreni (L) oblik PFK-2 pomaže oržavanjuhomeostaze glukoze u krvi.

Aktiviranje ove dvije aktivnosti enzima moramo posmatrati s aspekta nivoa glukoze u krvi. Kada se snizi

koncentracija glukoze u krvi jače se luči glukagon. Glukagon se vezuje na njegov specifični receptor naplazma membrani jetrenih delija, aktivira se kaskaa aenilat ciklaze i povedava se nivo cikličkog AMP-akao rugog glasnika. Povišeni nivoi cikličkog AMP-a aktiviraju protein kinazu A. Ona je uključena u

transukciju signala glukagona. Protein kinaza A potom vrši fosforilaciju serinskog ostatka nabifunkcionalnom enzimu. Ovom fosforilacijom se isključuje kinazna aktivnost, a aktivira fosfataznaaktivnost bifunkcionalnog enzima. Fosfatazna aktivnost de katalizirati hirolitičko otcjepljenjeanorganskog fosfata sa položaja 2 fruktoza-2,6-bisfosfata i prevoditi ga u fruktoza-6-fosfat. Ovim sesnižava nivo fruktoza-2-6-bisfosfata u deliji i nema više stimulacije glikolize (inhibira se ovijanje procesaglikolize).

Kaa su povišeni nivoi glukoze u krvi, glukoza se u jetru unosi putem GLUT2 i ona de poseban

izoenzimski oblik heksokinaze koji je prisutan u jetri, a naziva se glukokinaza, vršiti fosforilaciju glukoze u

glukoza-6-fosfat. Ta de se glukoza-6-fosfat izomerizirati u fruktoza-6-fosfat i koristit de se u deliji nivoi

fruktoza-6-fosfata. Taj fruktoza-6-fosfat de saa stimulirati aktivnost fosfoprotein-fosfataze (protein-

fosfataze). To je enzim koji de izvršiti efosforilaciju bifunkcionalnog enzima.Aktivira se kinazna

aktivnost.. Fosfataze hirolitički otcjepljuju anorganski fosfat sa fosforiliranih proteina. Fosfoprotein-

fosfataza hirolitički otcjepljuje anorganski fosfat sa bifunkcionalnog enzima i prevoi enzim u

nefosforilirani oblik. Visoki nivoi fruktoza-6-fosfata de stimulirati fosfoprotein fosfatazu i ona de izvršiti

defosforilaciju bifunkcionalnog enzima. Saa de se isključiti fosfatazna, a uključit de se kinazna

aktivnost enzima. Kinazna aktivnost de vršiti saa fosforilaciju fruktoza-6-fosfata u fruktoza-2,6-

bisfosfat. Povisit de se nivoi fruktoza-2,6-bisfosfata i u deliji je fruktoza-2,6-bisfosfat stimulirati proces

glikolize, onosno stimulirati aktivnost fosfofruktokinaze 1. Ako gleamo jetru, povedanim unosom

glukoze de nastati povedano stvaranje gradivnih blokova za sinezu masnih kiselina. Funkcija jetre je da

puferuje nivo glukoze u krvi.

Sljeeda tačka kontrole je enzim heksokinaza. To je enzim koji katalizira prvu ireverzibilnu reakciju uglikolizi, a to je fosforilacija glukoze u glukoza-6-fosfat. Visoke koncentracije glukoza-6-fosfata u deliji

signaliziraju a delija više ne treba glukozu za obijanje energije, za sintezu glikogena i za obijanje

prekursora za biosintetske reakcije. Inhibicija fosfofruktokinaze 1 dovodi do inhibicije heksokinaze.


42/145

AH MM TH

Ako je inhibirana fosfofruktokinaza 1, nagomilavat de se supstrat za ovaj enzim, a to je fruktoza-6-fosfat.

On de se izomerizirati u glukoza-6-fosfat koja de inhibirati heksokinazu. Visoki nivoi glukoza-6-fosfata NE

inhibiraju glukokinazu.

Zašto je fosfofruktokinaza ključni enzim koji oređuje ritam glikolize? Ključne tačke preko kojih se

generalno kontroliraju metabolički putevi su one reakcije koje su ireverzibilne, ali i koje su jeinstvene zaati metabolički put. Razmotrimo to na primjeru heksokinaze i fosfofruktokinaze 1. Kada heksokinaza

fosforilira glukoza-6-fosfat, on ne ie samo u put glikolize. On može biti korišten za sintezu glikogena, ali

može idi i u još jean metabolički put, a to je ciklus pentoza fosfata. Prema tome, proukt heksokinaze

može biti različito metabolički usmjeren. Fosfofruktokinaza 1 katalizira ireverzibilnu reakciju koja je

praktično jeinstvena za glikolitički put i zato prestavlja ključnu tačku regulacije.

Enzim piruvat kinaza je sljeeda tačka kontrole. Ona katalizira posljednju reakciju glikolize u kojoj se

prevodi fosfoenolpiruvat u piruvat. Piruvat kinaza je tetramer od 57 kDa. U finalnoj reakciji glikolize koju

ona katalizira nastaju ATP i piruvat. Piruvat je centralni metabolički intermeijer koji se može alje

oksiirati i može se koristiti kao graivni blok. Postoji nekoliko izoenzimskih oblika piruvat kinaze i za

razliku o bifunkcionalnog enzima, njih koiraju različiti geni. L izoenzimski oblik prisutan je u jetri, a M u

mišidima. Oba oblika imaju neka zajenička svojstva. Oba vežu fosfoenolpiruvat. Fruktoza-1,6-bisfosfat,

koji je proizvo prethone ireverzibilne reakcije u glikolitičkom putu snažno alosterički aktivira oba

izoenzimska oblika piruvat kinaze. ATP alosterički inhibira i jetreni i mišidni oblik piruvat kinaze, a to

znači a se ko visokog energetskog naboja inhibira glikoliza. Alanin signalizira prisustvo ovoljne

količine graivnih blokova u slučaju regulacije piruvat kinaze. Alanin takođe alosterički inhibira piruvat

kinazu. Alanin nastaje reakcijom transaminacije iz piruvata. Samo je jetreni oblik piruvat kinaze pod

hormonskom kontrolom. Mišidni nije. Izoenzimski oblici se razlikuju po osjetljivosti na kovalentnu

moifikaciju i katalitička svojstva L oblika piruvat kinaze fosforilirat de se reverzibilnom fosforilacijom. Ta

reverzibilna fosforilacija je pod hormonskom kontrolom glukagona. Kada je nivo glukoze u krvi nizak,glukagon pokrede isto onu kaskau aenilat ciklaze i cikličkog AMP-a što de rezultirati fosforilacijom

piruvat kinaze. Fosforilacijom piruvat kinaza postaje katalitički neaktivna. Hormonom pokretana

fosforilacija sprečava jetru a koristi glukozu ako je mnogo bitnije trebaju mozak i eritrociti. Katalitička

aktivnost M oblika piruvat kinaze koji se nalazi u mišidima i u mozgu ne kontrolira se reverzibilnom

fosforilacijom. Moramo raqzmatrati kako de se ovijati tok glikolize u zavisnosti o koncentracije glukoze

u krvi. Ima li smisla a se u jetri razgrađuje glukoza ako je snižena koncentracija glukoze u krvi?

Koji enzimi glikolize su pod kontrolom glukagona? To su fosfofruktokinaza 1 i piruvat kinaza. Mora se

znati kako de pokrenuti mehanizam glukagon, a kako piruvat kinaza. Objasnite alosterički efetkor citrat!

Reducirani NADH nastaje pri reakciji oksidacije gliceraldehid-3-fosfata pod katalizom gliceraldehid-3-

fosfat dehidrogenaze. Da bi se odvijao proces glikolize, potrebno je da se reducirani NADH reoksidira u

NA+. Zalihe NA+ u deliji su ograničene. To je koenzimski oblik vitamina niacina pa ga je potrebno

stalno unositi putem hrane. NAH, u aerobnim uslovima de se reoksiirati u mitohonrijskom lancu za

transport elektrona. To se ešava u prisustvu molekulskog kisika. Jean put piruvata je a se prevee u

acetil-CoA reakcijom oksidativne dekarboksilacije piruvata. Ta reakcija se odvija na kompleksu piruvat

ehirogenaze. Sa de se i tu izvojiti jena molekula NAH i izvojit de se CO2. Kakva je sudbina acetil-


43/145

AH MM TH

CoA? U aerobnim uslovima mora a ie u alje puteve oskiacije, a to je a uđe u citratni ciklus. U

anaerobnim uslovima, kaa nema ovoljno kisika na raspolaganju, idi de reukcija piruvata u laktat. U toj

reakciji de NAH a se reoksiira u NA+. Ovaj reucirani NAH nastao u glikolizi izvršide reukciju

piruvata, NADH se reoksidira u NAD+ i nastaje laktat. Enzim koji to katalizira naziva se laktat

ehirogenaza. To je ono što se može ovijati u čovječijem organizmu. Znači, a ie potpuna oksiacija

piruvata kroz CO2 i H20 prevest de se oksiativnom ekarboksilacijom u acetil-CoA koji ulazi u citratni

ciklus. Prva reakcija citratnog ciklusa je kondenzacija acetil-CoA i oksalacetata te nastaje citrat. On je

alosterički inhibitor fosfofruktokinaze 1. rugo, acetil-CoA može a ie u biosintezu masnih kiselina. Ko

mišida koji intenzivno vježbaju nema ovoljno molekulskog kisika na raspolaganju i onda odvijanje toka

glikolize omogudava se tako što de se reucirani NAH reoksiirati u reakciji koju katalizira enzim laktat

ehirogenaza i ona se stvara laktat (mliječna kiselina).

Tredi put mogude subine piruvata je vezan za metaboliziranje piruvata u kvascu i nekim drugim

mikroorganizmima gdje se prevede u etanol. To je alkoholno vrenje. Tu ide prvo reakcija dekarboksilacije

piruvata u acetalehi uz izvajanje CO2. ekarboksilacijom piruvata de nastati alehi. Reakciju de

katalizirati enzim koji se naziva piruvat ekarboksilaza. Enzim kao prostetsku skupinu sarži tiamin

pirofosfat. Tiamin pirofosfat je koenzimski oblik vitamina B1. Sa enzim alkohol ehirogenaza de

acetaldehid prevesti u etanol. Acetaldehid treba da se reducira u etanol. Reucens je NAH koji de se pritome oksiirati u NA+. Etanol ulazi u alje oređene reakcije. Ovo se naziva alkoholno vrenje. Mliječno-

kiselinsko vrenje se može ovijati u čovječijem organizmu.

Piruvat + NADH ↔ laktat + NAD+

+ H+

Ukupna reakcija prevođenja glukoze u laktat je:

Glukoza + 2ADP + 2Pi → 2 laktat + 2ATP + 2H2O


44/145

AH MM TH

Fermentacija je

proces stvaranja ATP u kome su organske komponente i donori i akceptori elektrona.

Fermentacija se odvija u odsustvu O2. Fermentacija obezbjeđuje energiju u osustvu oksigena.

Alkoholno vrenje - prevođenje glukoze u etanol.

Neto reakcija je:

Glukoza + 2Pi + 2ADP + 2H+ → 2 etanol + 2CO2 + 2ATP + 2


45/145

AH MM TH

Mi u organizam unosimo i ruge šedere iz kojih procesom igestije nastaju monosaharii. Na koji način

de se metabolizirati i na glikolitički put priključiti recimo galaktoza nastala igestijom laktoze i na koji

način de se na glikolitički put priključiti fruktoza nastala igestijom saharoze? Ako unesemo mliječni

šeder, ona de enzim laktaza igestirati laktozu na -galaktozu i D-glukozu. U kojim reakcijama de se

galaktoza priključiti na glikolitički put? Galaktoza se u glikolitički put priključuje tako što se prevodi u

metabolite glukoze. To se ovija u 4 reakcije. Galaktoza de se prevesti u glukoza-6-fosfat. Prvo de se

galaktoza fosforilirati u galaktoza-1-fosfat. To je reakcija koju katalizira enzim galaktokinaza. Zatim

galaktoza-1-fosfat de koristiti uriilnu grupu sa uridin-ifosfat glukoze pri čemu de nastati UP-galaktoza

i osloboit de se glukoza-1-fosfat. UDP-glukoza je aktivirani oblik glukoze. To je onaj oblik koji ide u

stvaranje glikozidnih veza. Glukoza-1-fosfat de se saa izomerizirati u glukoza-6-fosfat, a ona je

intermeijer procesa glikolize. Tu reakciju de katalizirati fosfoglukomutaza.


46/145

AH MM TH

Glukoza-6-fosfat ona ie u glikolitički put. UP-galaktoza se može epimerizirati u UP-glukozu.

Reakciju katalizira enzim UDP-galaktoza-4-epimeraza. Glukoza i galaktoza su epimeri koji se razlikuju

samo po položaju OH skupine na 4. C atomu. Reakcija koju katalizira ovaj enzim je reverzibilna.

Galaktozni dio UDP-galaktoze epimerizira se u glukozni. Mijenja se konfiguracija OH skupine na C4 i

reakciju katalizira UDP-galaktoza-4-epimeraza. Ova reakcija je važna u slučajevima kaa se u organizam

ne unosi ovoljno galaktoze. Ona ovaj enzim može epimerizirati UP-glukozu da bi obezbijedio

potrebne UDP-galaktoze za sintezu nekih polisaharida ili oligosaharidnih skupina glikoproteina.

Klasična galaktozemija je naslijeđeni eficit aktivnosti enzima galaktoza 1-fosfat uridil transferaze.

ojenča prestaju a napreuju. Nakon konzumiranja mlijeka povradaju i imaju ijareju, česti suuvedenje jetre i žutica, koji ponekaa napreuju ka cirozi. Stvara se katarakta, česti su letargija iretariran mentalni razvoj. Nivo galaktoze u krvi značajno je povišen, a galaktoza je prisutna i u urinu. Definitivan kriterijum za dijagnozu je odsustvo galaktoza 1- fosfat uridil transferaze u

u eritricitima.

Tretman koji se najčešde primijenjuje je uklanjanje galaktoze (i laktoze) iz prehrane.

Enigma galaktozemije je u sljeedem: maa uklanjanje galaktoze iz prehrane sprječava obolijevanje jetre i razvoj katarakte, vedina pacijenata još uvijek pati o poremedaja funkcije centralnog nervnog sistema, najčešde kasnog sticanja sposobnostigovora.

Katarakta je zamaglenje očnih sočiva. Ukoliko galaktoza 1- fosfat uriil transferaza nije aktivna, aloza rektaza prisutna u očnim sočivima,

reducira galaktozu u galaktitol.

Galaktitol je osmotski aktivan, zbog čega voa ifunita u sočiva, što potiče stvaranje katarakte.Postoji visoka incidenca stvaranja katarakte kod starije populacije koja konzumira

vede količine mlijeka u zreloj obi.Hipolaktazija (hypolactasia)

Uzrokovana je deficitom aktivnosti enzima laktaze, koji cijepa laktozu na glukozu i galaktozu.

Šta se ogađa sa laktozom u intestinumu osoba sa eficitom laktaze?

► Laktoza je dobar izvor energije za mikroorganizme u kolonu i oni je fermentiraju u mliječnu kiselinu uzistovremeno stvaranje metana (CH4) i hidrogena (H2). Nastali gas stvara neugoan osjedaj naimanja.Mliječna kiselina koju su stvorili mikroorganizmi osmotski je aktivna i povlači vou u intestinum, kao inedigestirana laktoza, što ovoi o ijareje. U težim slučajevima, gas i ijareja sprječavaju normalnuapsorpciju rugih nutrijenata, kao što su masti i proteini. Jenostavan tretman je izbjegavanje konzumiranja proizvoa koji sarže mnogo laktoze. Alternativnoenzim laktaza može se ingestirati sa mliječnim proizvoima.


47/145

AH MM TH

Ulazak fruktoze u glikolitički put D-fruktoza, koja je u slobonom obliku prisutna u vodu, kao i ona nastala hirolizom saharoze u tankomcrijevu kičmenjaka, fosforilira se jelovanjem heksokinaze:

Mg2+

Fruktoza + ATP → fruktoza 6-fosfat + ADPOvo je glavni put ulaska glukoze u glikolitički put u mišidima i bubrezima.U jetri, enzim fruktokinaza katalizira fosforilaciju fruktoze na C-1:

Mg2+

Fruktoza + ATP → fruktoza 1- fosfat + ADPFruktoza 1- fosfat cijepa se na dihidroksiaceton fosfat i gliceraldehid, djelovanjem fruktoza 1- fosfat

aldolaze.

fruktozo-1 fosfat

aldolaza

Fruktoza 1- fosfat ↔ ihiroksiaceton fosfat + gliceralehi

Gliceraldehid se fosforilira sa ATP u gliceraldehid 3 - fosfat , djelovanjem

trioza kinaze:trioza kinaza

Gliceralehi + ATP → gliceralehi 3- fosfat + ADPMg2+

Dihidroksiaceton fosfat izomerizira u gliceraldehid 3-fosfat djelovanjem triozafosfat izomeraze.

Oba produkta hidrolize fruktoza 1- fosfata ulaze u glikolitički put.


48/145

AH MM TH

K NCER I GLIKOLIZ

Treba razjasniti šta se ešava sa metaboličkim putem glikolize u slučaju tumora. Kaa se razvija

tumorsko tkivo, ona se delije brzo ijele, i u suštini, a bi tumorsko tkivo preživjelo treba a se izvršinjegova vaskularizacija.

Zašto?

a bi se delije tumorskog tkiva mogle snabijevati potrebnim kisikom i potrebnim gorivnim supstancama

za preživljavanje. Vaskularizacija se nikaa ne ovija toliko brzo koliko se ovija bujanje tumorskog tkiva.

U suštini, tumorske delije se nađu u hipoksičnim uslovima.

Aaptacija, koju de uraiti a bi preživjele, ok se ne izvrši vaskularizacija, u suštini, ie na sljeedi način:

U hipoksičnim uslovima, u tumorskom tkivu de se povedano eksprimirati jean transkripcijski faktor,

hipoksijom inducirani transkripcijski faktor 1 (HIF1).

Šta de on uraiti?

On de se vezati na regulatorne sekvence u promotorima gena koji koiraju glikolitičke enzime.

odi de o pojačane transkripcije ključnih enzima glikolize. Time de se u suštini povedati enzimski

kapacitet za ovijanje glikolize. Uz te ključne glikolitičke enzime, pojačano de se transkribovati i enzim

laktat – dehidrogenaza.

Zašto?

a bi se ovijala glikoliza, piruvat de a se reucira u laktat u tim hipoksičnim uslovima kaa u

tumorskim delijama nema ovoljno raspoloživog kisika. Sljeede što de se u suštini povedano

eksprimirati, su geni za GLUT1 i GLUT3 transportere. One transportere za glukozu, koji su odgovori za

bazalni unos glukoze.

Prema tome, šta de se esiti u hipoksičnom tumorskom tkivu?

odi de o povedanog unosa glukoze u tumorske delije, o pojačanog ovijanja glikolize, a bi si one

obezbijedile energiju potrebnu za preživljavanje, s tim što de se ta glukoza metabolizirati u mliječnu

kiselinu. S ruge strane, HIF1 de isto tako utjecati na transkripcijski faktor, on de u suštini utjecati na

povedanu ekspresiju vaskularnog enotelnog faktora rasta, koji oprinosi vaskularizaciji i nekih drugih

signalnih molekula koji sujeluju u vaskularizaciji tkiva. Prema tome, ono što moramo zapamtiti, to je a

povedan unos glukoze i intenzivnije ovijanje glikolize u hipoksičnm uslovima u delijama tumorskog tkiva

de omoguditi preživljavanje u hipoksičnim uslovima.

Ako ne ođe o aekvatne vaskularizacije, tumorsko tkivo nede preživjeti.

Ono de postati čvrsto ili de atrofirati, biti uklonjeno. Ali ako vaskularizacija bue obra, ona to oprinosi

progresiji i agresiji tumorskog tkiva. Kasnije dete, u nekim ispitivanjima faza u kanceru, kao biohemijski

parametar uvijek vijeti enzim laktat ehirogenazu. Njegova aktivnost de služiti a se kvalifikuje faza u

kanceru.


49/145

AH MM TH

(tabela)

Proteini metabolizma glukoze, kodirani genima koje kontrolira HIF1:

-

GLUT1 i GLUT3 (od transportera)

Glikolitički enzimi:

-

Heksokinaza i fosfofruktokinaza

-

Aldolaza

-

Gliceraldehid- 3-fosfat dehidrogenaza

-

Fosfoglicerat – kinaza

-

Enolaza

-

Piruvat – kinaza

Pošto su hipoksični uslovi, a bi se glikoliza ovijala, onda se reducirani NADH mora reoksidirati u

NA+, i to se vrši tako što de se enzim laktat – dehidrogenaza piruvat reducirati u laktat.

Slika prikazuje tumorsko tkivo, njegovu vaskularizaciju, ako ođe o hipoksije ona de se povedano

transkriptirati i sintetizirati HIF1.

On je aktiviran, šta rai?

Stimulira rast krvnih suova, a metabolička aaptacija je povišenje saržaja nivoa glikolitičkih enzima

i GLUT1 i GLUT3 transportera.


50/145

AH MM TH

GLUKONEOGENEZ

Glukoneogeneza je veoma važan metabolički put, kojim se održava nivo glukoze u krvi između

obroka, onda kada dolazi do opadanja nivoa glukoze u krvi.

Kada se snizi koncentracija glukoze u krvi na to se odgovara povećanim izlučivanjem glukagona i onje taj hormon koji će u jetri stimulirati proces glukoneogeneze.Ako gledamo šta znači glukoneogeneza to je ponovno stvaranje glukoze (geneza - stvaranje, aneogeneza – ponovno stvaranje glukoze).To je ponovno stvaranje glukoze iz nekih prekursora koji sami nisu heksoze.

Ona predstavlja stvaranje novog šećera (glukoze).U živom svijetu predstavlja univerzalan metabolički put zastupljen u organizmima svih životinja,biljaka i mikroorganizmima.

Zašto je važan ovaj proces i biosinteza glukoze ?

Glukoneogeneza je neophodna za organizme svih sisara jer mozak i nervni sistem, eritrociti, testisi,

renalna medula i embrionska tkiva trebaju glukozu iz krvi kao svoju jedinu ili glavnu gorivnu

supstancu. Dnevne potrebe mozga za glukozom su 120g, toliko treba da preuzme iz krvi i

izmetabolizira da bi podmirio svoje energetske potrebe.

Iz kojih spojeva može da se ponovo sintetizira glukoza?

Prekursori (polazne supstance) za sintezu glukoze u životinjskim organizmima ili organizmučovjeka su: laktat, piruvat, glicerol i neke aminokiseline. Kada kažemo glicerol, to je onaj glicerol koji se oslobodi lipolizom 3 acil glicerola u masnom tkivu ikoji se dalje u jetri koristi za sintezu glukoze.

Razgradnjom ugljikovih skeleta nekih aminokiselin

Biochemia II

Documents

Transcript of Biochemia II