Süsivesikute

metabolism

Kristina Antonova

Hambaarst 1. rühm

Mis see on?

� - fermentatiivsete reakstioonide kogum

inimkehas, mille lähtemetaboliit on süsivesikud.

� Süsivesikute metabolism peab rahuldama üle

poole organismi energiavajadusest

Mis on tema põhieesmärk?

� Veresuhkru taseme hoidmine

� Metaboolne “põhikütus” enamike organismide

jaoks

� Tekitab monosahhariidseid eelühendeid

Miks Glc om inimkeha keskne

süsivesik?

� Väga hästi lahustub vees

� Tema tsükliline struktuur on optimaalse

stabiilsusega

� Keemiliselt suhteliselt inertne

� Glc – metaboolse energia allikas kõikide

keharakkude jaoks(aju,

erütrotsüüdid,neerupealised, silma võrkkest,

spermid)

Millised on glükoosi metabolismi

põhirajad?

� Glükogenolüüs

� Glükoneogenees

� Glükolüüs (kõik rakud)

� TKT

� Pentoosfosfaaditsükkel (Riboos-5-P ja

NADPH teke)

� Glükogenees (maks, lihased)

� Lipogenees (rasvkude, maks)

Glükoosi biosüntees

Glükoosi lõhustumine

Kuidas on inimkeha talitluse

seisukohalt tagatud ja kontrollitud

glükoosi võtmine rakkudesse...

� Na-sõltuv ko-transport

� Kergendatud dufusioon valktransporteritega

(GLUT)

� GLUT on koespetsiifiline

... ja lülitamine metaboolsetesse

radadesse?

� Vaid aktiveeritud biomolekul saab minna

metabolismi rajale

� Kui glükoos aktiveerub rakus glükoos-6-

fosfaadiks, siis suunatakse glükoos kontrollitult

glükolüüsi või glükogeneesi jne

Miks on glükoos-6-fosfaat üks

võtmeühenditest?

� Glc-6-P üle toimuvad kõik Glc kataboolsed ja

anaboolsed rajad:

1. Glükoosi lõhustamine, süntees

2. Glükogeeni lõhustamine, süntees

� Glc-6-fosfaadi teke on:

1. aktiveerimine

2. “glükoosi-lõks

3. Glc-gradiendi säilitamine”

� Glc-6-fosfaat difundeerub kiiresti ära!

Glükolüüs

� Glükolüüs - on üks organismi

ainevahetusradadest, mille käigus toimub

heksooside, eelkõige glükoosi oksüdatiivne

lõhustamine püruvaadini. Hapniku defitsiidi korral

toimub anaeroobne glükolüüs ja hapniku

küllaldasel olemasolul aeroobne glükolüüs, need

erinevad püruvaadile järgnevate

reaktsiooniproduktide poolest.

Glükoos

Püruvaat

Etanool Laktaat AcCoA

2ADP, NAD+

2ATP, NADH

NAD+

NADH

NAD+

NADH

NAD+

NADH

alkohoolnefermentatsioonpärmis

lihaskoerakud

aeroobne metabolism

Glükolüüs

Glükolüüs

Paljudes rakkudes ja

organismides on

glükoos ainuke

oluline

energiaallikas

� aju

� erütrotsüüdid

� paljud bakterid

Anaeroobne glükolüüs

� - glükoosi osaline lõhustumine tsütoplasmas 2 piimhappeks hapniku defitsiidil

1. Glc aktiveeritakse kohe Glc-6-P-ks

2. Glc-6-P tekitab heksoosi kinaas

3. Glc-6-P muundub 2 molekuliks glütseeraldehüüd-3-fosfaadiks(GAP) võtmeensüümiga: allosteeriline fosfofruktoosi kinaas-1 (Fru-2,6-bisP)

4. GAP konversioon laktaadiks võtmeensüümidega: püruvaadi kinaas ja laktaadi dehüdrogenaas(ATP tootmine)

� Võtmeensüümide sünteesi mõjutavad INS(soodustab sünteesi) ja glükagoon(vastupidi)

Anaeroobse glükolüüsi

regulatsioon

� Põhimehhanismid

1. Substraadiga varustatus

2. Allosteeriline kontroll

3. Hormonaalne kontroll

� Heksoosi kinaasi isovormid garanteerivad glükoosi aktivatsiooni erinevates kudedes(ekstrahepaatilistes rakkudes, närvikoerakkudes, ajukoerakkudes)

� Maksas prevaleerib isovorm Glc kinaas

1. Allosteeriline regulatsioon

Võtmeensüüm-FFK-1, mille aktiivsust kontrollib

raku energiaseisund, mille langedes ensüümi

aktiivsus tõuseb: ATP pole enam vaja toota

kõrge ATP tase inhibeerib allosteeriliselt

FFK-1; AMP kõrge tase evergiavarude

vähenemine.

Tsitraadi kõrgenenud tase ATP ja metaboliite

on piisavalt tsitraadi kõrgtase inhibeerib FFK-

1 allosteeriliselt

...

FFK-1 allosteeriline aktivaator – Fru-2,6-bisP.

FFK-2 teostab selle teket või lõhustumist.

Fru-2,6-bisP kontrollib FFK-2 tööd: tema taseme

tõusul aktiveerub kinaas-domeen; madala

taseme juures-fosfataas-domeen.

... Fru-2,6-bisP

� Moduleerib nii glükoosi kui ka glükoneogeneesi

� Kontrollib , et vastasprotsessid pole aktiivsed

üheaegselt

Pyr kinaas

Pyr kinaas – glükoosi regulatsioonikoht.

� Aktiveerib allosteeriliselt Fru-2,6-bisP

� AMP-allosteeriline aktivaator

� ATP- allosteeriline inhibiitor

2. Hormonaalne regulatsioon

Normaalne söömine

� INS tõusnud tase

� Fru-2,6-bisP tase tõuseb

� FFK-2 aktivatsioon

� Anaeroobse glükolüüsi stimuleerimine

� Glükoneogeneesi pärssumine

Nälgimine

� INS tase langeb

� glükagooni tase tõuseb

� Fru-2,6-bisP tase langeb

� Glc lõhustumine väheneb

� Glükoosi süntees intensiivistub

Glükoosi kinaasi indutseerib INS

Kokku

� Süsivesikuterikas toit ja INS suurendavad

võtmeensüümide hulka

� Tõstavad Glc lõhustamiskiirust

� Diabeet – madal insuliinitase+kõrge

glükagoonitase geenide transkriptsioon ja

glükolüütiliste ensüümide biosüntees on langenud

Tähtsus inimkehas

� Asendamatu ATP tootja hapnikuvõla tingimustes

� Annab rakkudele “elu” lühiajalise hüpoksiia puhul

� Katab küpsete erütrotsüütide mõõdukad

energiavajadused

� Aitab Pyr kuhjumist vältida

Laktatsidoos

� - tekib, kui laktaadi kontsentratsioon

vereplasmas on üle 5 mmol/l ja arteriaalnr vere

pH on alla 7,25

� Põhjused

1. Kudede hüpoksia

2. Mitteadekvaatne vereringlus

3. Pahaloomulised kasvajad

4. Rasked haigused(leukeemia, lümfoomid)

Miks rohke alkohol põhjustab

laktatsidoos?

Pyr dekarboksülaasi koensüüm on TDP, alkoholi dehüdrogenaasi-NADH.

Glc alkoholkäärimist inimkeha rakkudes ei toimu. Toimub alkoholi oksüdeerimine maksa alkoholi DH toimel atsetaaldehüüdiks.Toodab rohkesti NADH

Pyr intensivne konverteerimine lakdaadiks

Pyr pärsib glükoneogeneesi. Atseetaldehüüdi muudab atsetaadiks aldehüüdi DH.

Aeroobne glükolüüs

� - glükoosi täielik lõhustumine veeks ja CO2-ks

� Pyr viiakse mitokondritesse ja oksüdeeritakse üle

atsetüül-CoA täielikult

Püruvaadi ja atsetüül-CoA

tähtsus

� Pyr atsetüül-CoA-ks – suure energiamuuduga

multiastmeline metabolismi võtmeprotsess, mille viib läbi

PyrDH

� Shoki puhul PyrDH aeglustub minek inaktiivsesse vormi

ja aeroobne katbolism paraneb

� Allosteeriliselt ja hormonaalselt reguleeritud.Nende

aktiivsust mõjutavad Pyr, atsetüül-CoA jne

� Atsetüül-CoA – põhitootja PyrDH trikarboksüülhapete

tsükli jaoks

Glükoosi täielik oksüdatsiooni

biokeemilis-meditsiinilist sisu

� Biomolekulide lõhustumine atsetüül-CoA-ks

� Atsetüül-CoA lõhustumine veeksa ja CO2

� Lõhustumise kogu energiamuudust teatud osa

salvestamine ATP vormis

Inimkeha keskne metaboolne rada –

trikarboksüülhapete tsükkel (TKT)

� Seostab süsivesikute, lipiidide, aminohapete

metabolismi

� Viib lõpuni metaboliitide lõhustumine

� Toob selle käigus metaboolset energiat koostöös

hingamisahelaga

� Metaboolse energia põhitootja

� TKT häired on ohtlikud ja kriitilised

Vitamiinid TKT töös

� Koensüümid - tiamiini, riboflaviini,

pantoteenhappe, nikotiinhappe, lipoehappe

derivaadid

� TKT vajab normaaltööks kõikide nende piisavat

taset rakkudes!!!

Regulatoorsed ensüümid

� Tsitraadi süntaas

� Isotsitraadi dehüdrogenaas

� AKGDH

� TKT respiratoorne kontroll

� Teised ensüümid ja inhibiitorid

Aktiveerib kaltsium.

Selle tõus kiirendab

TKT tööd ja rahuldab

ATP energiavajadust

Tsitraadi süntaas

� Aktiivsus sõltub atsetüül-CoA ja OAA kättesaadavusestä

� Kõrge ATP ja NADH tase puudub intensiivne katabolismi vajadus rohke ATP

redutseeriv energia läheb sünteesida tarbeks

Lühikes ja keskmise ahelaga rasvhapete aktiivvormid ei inhibeeri tsitraadi süntaasi, sest nende lõhustumine TKT-s on soodustatud

Isotsitraadi dehüdrogenaas

� Intensiivne ATP kulutamine tõstab ADP taset

� Mitokondrites intensiivistab ATP tootmist ja

aktiveeribki ADP isotsitraadi DH

� Mg ja Na defitsiit võib häirida antud ensüümi tööd

AKGDH

� 3 ensüümi ja 5 vitamiinse koensüümi kompleks

� Tööks vajab tiamiini, riboflaviini, pantoteenhappe,

nikotiinhappe, lipoehappe pisavat taset

TKT respiratoorne kontroll

� Ainult aeroobsetes tingimustes

� Sõltub hingamisahela poolsest kontrollist

� ADP tase on kõrge Hapniku varustatus on

piisav ATP intensiivne teke

hingamisahel(oksüdatiivse fosforüülimise abil)

Teised ensüümid ja inhibiitorid

� Akonitaas/suktsinaad DH sisaldavad Fe-S

tsentreid

� Arsenaadid inhibeerivad AKGDH

� Malonaat pärsib suktsinaadi DH tööd

� Fluoratsetaat muundub fluoratsetüül-CoA-ka,

tsitraadi süntaas konverteerib fluortsitraadiks

� Fluoroksaloatsetaat metaboliseerub

fluormalaadiks blokeerib malaadi DH tööd

TKT anaboolne tähtsus

� Metaboolse energia põhitagaja

� Tema vaheühenditest algab mitmeid

biosünteese:

1. Tsitraat kasutub rasvhapete ja steroolide

sünteesis

2. AKG kasutub Glc , Gln; Pyr sünteesis

3. Suktrinüül-CoA kasutub heemi

4. OAA kasutub Glc, Asp, Ser, Asn sünteesis

Glükoneogenees on eluliselt

hädavajalik

� On vältimatu ära hoidmaks hüpoglükeemiat

� Hüpoglükeemia tekitab rakkude/kudede

kahjustusi – glükoneogeneesi abil hoiakse

veresuhkru taseme. Glc on ainus anergiallikas

skeletilihaste jaoks anaeroobsetes tingimustes.

� Glc kasutab loode on vajalik piimanäärmetes

laktoosi sünteesiks

Väikelaste organismile

hüpoglükeemia on eriti kahjulik

� Vastsündinutel on maksa glükogeenivaru

tagasihoidlik, glükogeneesi võimsus on tühine

ning ketokehade produktsion väga limiteeritud

� Nälgimisel langeb neerudele glükoneogeneesi

põhikoormus neerude subkliinilised

kahjustused

Miks ei saa glükoneogenees olla

glükolüüsi pöördprotsess?

� Glükoneogenees kasutab “bypass” ja uusi ensüüme, mis

kõrvaldavad energeetilised takistused ja võimaldavad

glükoosi lõhustumise ja sünteesi samaegse toimumise

raku kompartmentides.

� Anaeroobne glükolüüs tekitab laktaati – üht glükogeneesi

põhilisi lähtesubstraate.

� LDH muundab laktaadi Pyr-ks.

� Mitokondriaalse bypassi abil Pyr muutab PEP-ks.

� Biotiinsõltuv Pyr-karboksülaas viib Pyr-di OAA-ks, mille

PEP karboksüülkinaas muudab PEP-ks

Glükoneogeneesi biomoleekulid

� Laktaat (veresuhkru tootmiseks)

� Alaniin (Glc Pyr)

� Aspartaat (transamiinitav OAA-ks)

� Glütserool (läheb maksa glütseroolfosfaat DAP)

Glükogeensed aminohaped -aminohaped, mida inimkeha saab kasutada Glc sünteesi eelühenditena (Ala, Asp, Glu)

Ketogeenseid aminohappe (Leu, Lys) saab kasutada diabeedi puhul

Normaalne seisund

� INS stimuleerib Pyr kinaasi, Glc kinaasi, FFK-1,glükogeeni kinaasi ekspressiooni.

� INS pärsib glükoneogeneesi+langetab cAMP taset:

1. Fru-1,6-bisP taseme tõus

2. Pyr kinaasi aktiveerumine

� Fru-1,6-bisP pärsib glükoneogeneesi inhibeerides Fru-1,6-bisfosfataasi

� ADP pärsib Pyr-st PEP-di teket

Toitumispaus ja nälgimine

� Tõusev glükagoon soodustab PEP

karbokinaasi, Glc-6-fosfataasi,

animotransferaaside ekspressiooni+tõstab

cAMP taset:

1. Fru-1,6-bisP taseme langus

2. Pyr kinaasi inhibeerumine(PEP muutumine Pyr-

ks pärssub)

� Glükoneogenees vajab biotiini ja Mg

Tänan tähelepanu eest!