Univerzita Komenského v BratislaveJesseniova lekárska fakulta v Martine

prof. MUDr. Dušan DOBROTA, CSc.

Pentózový cyklus

Pentózový cyklus

- hexózomonofosfátový skrat a) oxidácia a dekarboxylácia Glu a vznik pentózb) premena pentóz na hexózy

- lokalizácia: cytosol- ATP + / - = 0

Rôzne zastúpenie pentózového cyklu na oxidácii glukózy v rôznych tkanivách- 50% podiel: tukové tkanivo, laktujúca mliečna žľaza- 10% podiel: mozog, pečeň, Ery, kôra nadobličky

Metabolická dráha:

1. Oxidačné reakcie - ireverzibilnéa/ dehydrogenácia Glu 6-P - Glu-6-P → 6-P-glukonolaktón - enzým: glukóza-6-fosfátdehydrogenáza - koenzým: NADP+

- regulačný enzým PC

b/ hydrolýza 6-P-glukonolaktónu - 6-P-glukonolaktón → 6-P-glukonát - enzým: laktonáza (6-P-glukonolaktónhydroláza) - 6-P-glukonát → ribulóza-5-P - enzým: 6-P-glukonátdehydrogenáza

Reakcie oxidačnej

časti pentózového

cyklu a vznik pentóz

2. Neoxidačné reakcie – reverzibilné- enzýmy: a) transketoláza - koenzým: tiamíndifosfát - prenos 2-uhlíkatého koncového zvyšku ketózy (glykolaldehyd) na 1. C aldózy b) transaldoláza - prenos 3-uhlíkatého koncového zvyšku ketózy (dihydroxyacetón) na 1. C aldózy

- vzájomné premeny pentóz:

a/ ribulóza-5-P → xylulóza-5-P - enzým: epimerázab/ ribulóza-5-P → ribóza-5-P - enzým: izomerázac/ xylulóza-5-P + ribóza-5-P → sedoheptulóza-7-P + glyceraldehyd-3-P - enzým: transketolázad/ sedoheptulóza-7-P + glyceraldehyd-3-P → fruktóza-6-P + erytróza-4-P - enzým: transaldolázae/ erytróza-4-P + xylulóza-5-P → fruktóza-6-P + glyceraldehyd-3-P - enzým: transketoláza

!! fruktóza-6-P a glyceraldehyd-3-P sú intermediáty glykolýzy

Vzájomná premena

fosforylovaných

sacharidov v reakciách

pentózového cyklu

Sumárne reakcie:

6 glukóza-6-P + 12 NADP+ + 6 H2O

↓4 fruktóza-6-P + 12 NADPH + 6 CO2 + 2 glyceraldehyd-3-P

2 glyceraldehyd-3-P fruktóza-6-P

(glukoneogenéza)

6 glukóza-6-P + 12 NADP+ + 6 H2O

↓5 fruktóza-6-P + 6 CO2 + 12 NADPH

Smery priebehu:

1. ↑ Potreba NADPH - úplný priebeh - Fru-6-P → Glu-6-P → pentózový cyklus2. ↑ Potreba NADPH a ATP - úplný priebeh - Fru-6-P + glyceraldehyd-3-P → glykolýza (pyruvát → CO2 + H2O)

3. ↑ Potreba NADPH a pentóz - oxidačná fáza - ribulóza-5-P → ribóza-5-P4. ↑ Potreba pentóz - oxidačná fáza neprebieha - glykolýza Glu → Fru-6-P → glyceraldehyd-3-P - spätný priebeh vzájomných premien 4 x Fru-6-P + 2 x glyceraldehyd-3-P → 6 x pentóza

Význam ribulóza-5-P – vznik po odstránení jedného uhlíka vo forme CO2

- ribulóza-5-P sa rýchlo mení na ribózu- 5-P - potrebná k syntéze nukleotidov a NK- prebytočná ribóza sa môže meniť radom reakcií na fruktóza - 6-P → glykolýza

Význam NADPH+ + H+ – vznik pri oxidácii 1. uhlíka glukózy - redukovaný NADPH+ + H+ je jediným donorom H2 pre redukčné reakcie

(syntéza MK → pečeň, mliečna žľaza; syntéza steroidov → kôra nadobličky)- redukcia peroxidu vodíka → aeróbny metabolizmus, detoxifikačné reakcie

Klinický význam

Nedostatok Glu-6-P-dehydrogenázy- vrodené ochorenie, viazané na X chromozóm- cca 200 mil. postih. jedincov- ↑ rezistencia na maláriu – ženy nosičky- hemolytická anémia (neschopnosť detoxikácie reaktívnych foriem kyslíka)

- vysoká reaktivita reaktívnych foriem kyslíka → poškodenie DNA, proteínov, nenasýtených lipidov- patogenéza → ischemicko-reperfúzne poškodenie, nádorové bujnenie, zápalové procesy, starnutie- obrana: a/ enzýmy katalyzujúce antioxidačné reakcie glutation → redukovaný glutation enzým: glutationperoxidáza b/ antioxidanty – vit. C, vit. B, beta-karotén c/ mikrozomálny systém monooxygenázový systém - cytochróm P-450 - hydroxylácia (arom. látky, alifatické reťazce, lieky, steroidy, alkoholy) d/ fagocytóza – makrofágy (monocyty) a neutrofily - O2 závislý mechanizmus: SOD a myeloperoxidáza

- O2 nezávislý mechanizmus: zmeny pH a lyzozomálne enzýmy

Regulácia

- regulačný enzým glukóza-6-fosfátdehydrogenáza NADPH → kompetitívny inhibítor enzýmu

→ vysoký pomer NADPH / NADP - inhibícia - potreba NADPH >> ribóza-5-P - ↑ priebeh oxidačných reakciíí - ribóza-5-P → fruktóza-6-P a glyceraldehyd-3-P - potreba ribóza-5-P >> NADPH - ↑ priebeh neoxidačných reakcií - fruktóza-6-P a glyceraldehyd-3-P → ribóza-5-P - acetyl-CoA – inhibítor glukóza-6-fosfát-dehydrogenázy (disociácia na monoméry) - pečeň → cytosol hepatocytu a) NADP+ / NADPH 0,1 (redukcia) b) NAD+ / NADH 1000 (oxidačná úloha NAD+)

Reakcie metabolických

premien fruktózy

Metabolizmus

galaktózy a jej

využitie pri syntéze

iných sacharidov

Glykoproteíny

- proteíny + oligosacharidy (2 – 10 zvyškov)- kovalentná väzba, oligosacharidy vetvené- negatívny náboj - rozdielny obsah sacharidov: a/ IgG - 4 % b/ glykoforin (membrána Ery) - 20 % c/ mucín (žalúdkový GP) - 60 %

Funkcie:- vzájomné rozlišovanie buniek (bb. vzájomne, hormóny, vírusy)- povrchové bunkové Ag- extracelulárna matrix- mucíny (GIT, urogenitálny trakt)- bielkoviny krvnej plazmy (okrem albumínu) – globulárne proteíny, sekrečné enzýmy

Štruktúra:- vetvené heteropolyméry- D-hexózy, kys. neuramínová (9C, kyslý monosacharid) a deriváty- štruktúra väzby proteín → sacharid a/ N-glyk. väzba – amidová skupina Asn b/ O-glyk. väzba – Ser, Thr

- oligosacharidy viazané N-glyk. väzbou a/ komplexné oligosacharidy b/ oligosacharidy s vysokým obsahom manózy - centrálny pentasacharid

- oligosacharidy viazané O-glyk. väzbou a/ membránové GP b/ extracelulárne GP (krvné skupiny ABO)

Glykozaminoglykany (GAG)

- mukopolysacharidy- negatívne nabité polysacharidy- asociácia s malým množstvom proteínov- schopnosť viazať H2O → gélovitá hmota „základná substancia“

(viskózne a lubrikačné vlastnosti)- stabilizujú bunkové a vláknité zložky tkanív- participácia na homeostáze H2O a solí

Výskyt:- mukózne sekréty (žalúdok)- spojivové tkanivo (koža, šľachy, chrupavky, liamentá, matrix kostí) - nerozpustné vláknité proteíny v základnej substancii (ZS) - chrupavka: ZS > > proteíny - šľacha: ZS > > proteíny- extracelulárna matrix → význam bunko-bunková interakcia a komunikácia- synoviálna tekutina – špeciálna ZS

Štruktúra:- dlhé nevetvené heteropolysacharidové reťazce- disacharidová jednotka („kyslý“ sacharid - aminosacharid)n

- glukozamin, galaktozamin- kys. glukurónová, kys. idurónová (urónové kyseliny)- -SO3H

- vzťah štruktúra <=> funkcia: - vzájomné odpudzovanie – negatívne náboje - vzájomné priblíženie – odpudzovanie (2 magnety s rovnakou polaritou) - viazanie molekúl H2O

- uvoľnenie molekúl H2O pri kompresii

Klasifikácia:

a/ chondroitin 4- a 6-sulfát - disacharid: N-acetylgalaktozamin a kys. glukurónová - najbohatšie zastúpený GAG - -SO3H - výskyt: chrupavka, šľachy, ligamentá, aorta

b/ dermatansulfát - disacharid: N-acetylgalaktozamin a kys. idurónová (kys. glukurónová) - výskyt: koža, cievy, cholpne

c/ keratansulfát - disacharid: N-acetylglukozamin a galaktóza - -SO3H skupina – variabilné zastúpenie

- najheterogénnejší GAG - výskyt: chrupavka (spolu s chondroitinsulfátom), kornea

d/ heparín - disacharid: glukozamin a kys. idurónová, resp. kys. glukurónová - -SO3H skupina – veľmi často zastúpená

- GAG lokalizovaný intracelulárne !! - výskyt: žírne bb. (pľúca, pečeň) - antikoagulačné pôsobenie, vyčírenie plazmy (aktiv. lipoprotínovej lipázy)

e/ heparansulfát - disacharid: glukozamin a kys. idurónová, resp. kys. glukurónová - acetylovaný glukozamin - -SO3H skupina – zriedkavo

- výskyt: bunkové povrchy, bazálna membrána

f/ kys. hyalurónová - disacharid: N-acetylglukozamin a kys. glukurónová - nekovalentná väzba na proteín - -SO3H nie sú !!

- lubrikant - výskyt: synoviálna tekutina, corp. vitreum, pupočná šnúra, spojivové tkanivo

Proteoglykány

- GAG (okrem kys. hyalurónovej) + proteín → proteoglykánový monomér- centrálny proteín- cca 100 monosacharidových zvyškov- spojovacia oblasť GAG – proteín Ser + xylóza-galyktóza-galaktóza- tvorba proteoglykánových agregátov a/ kys. hyalurónová b/ proteoglykánové monoméry (iónová väzba) c/ spojovací proteín

Mukopolysacharidózy:

- vrodené ochorenia- akumulácia GAG v tkanivách- deformity skeletálnej a extracelulárnej matrix- deficit lyzozomálnej hydrolázy

Hurlerov sy.:- deficit iduronidázy → neodbúrava sa dermatan- a heparan-sulfát- korneálne poškodenie, mentálna ret., trpasličí vzrast- depozity v koronálnych artériách → ischémia

Hunterov sy.: - deficit iduronát-sulfatázovej aktivity → neodbúrava sa dermatan- a heparan-sulfát- mentálna ret. a deformity tela