Metabolismus SACHARIDŮ

Ing. Jan Novák

Fáze metabolismu sacharidů:

• štěpení polysacharidů a disacharidů na monosacharidy

• glykolýza – štěpení glukózy (6C) na 2 x pyruvát (3C)

• přeměna pyruvátu

anaerobní( kvašení )

aerobní ( dýchání)

mléčné alkoholové

laktát etanol + CO2

Krebsův (citrátový) cyklus

CO2

ŠTĚPENÍ CUKRŮ

Oddíl trávící soustavy

enzym substrát produkty štěpení

žlázy

dutina ústní α-amyláza

(ptyalin)

škrob nemá význam slinné žlázy

dvanáctník α-amyláza

α-glukosidáza

galaktosidáza

štěpí vazby 1,4 a 1,6 škrobu,

maltoza, laktoza

dextriny až maltoza, glukoza,

galaktoza

pankreas

střevo α-glukosidáza

β-fruktosidáza

galaktosidáza

maltoza,

sacharoza,

laktoza

glukoza

gluk.+fruktoza

gluk.+laktoza

střevní šťáva,

enterocyty

Fruktóza-6-fosfát (6C)

Dihydroxyacetonfosfát (3C)

Glukóza (6C)

Glukóza-6-fosfát (6C)

P

P

Fruktóza-1,6-bisfosfát (6C)P P

-ATP

ADP

Glyceraldehyd-3-fosfát (3C)P P

-ATP

ADP

glukokináza

glukosafosfátizomeráza

fosfofruktokináza

aldoláza aldoláza

triosafosfátizomeráza

GLYKOLÝZA

Fruktóza-6-fosfát (6C)

Dihydroxyacetonfosfát (3C)

Glykogen (1M až 16M C)

Glukóza-6-fosfát (6C)

..........................

P

P

Fruktóza-1,6-bisfosfát (6C)P P

Glyceraldehyd-3-fosfát (3C)P P

-ATP

ADP

glykogenáza

glukosafosfátizomeráza

fosfofruktokináza

aldoláza aldoláza

triosafosfátizomeráza

GLYKOGENOLÝZA

Glukóza-1-fosfát (6C)fosfoglukomutáza

P

iP

3-fosfoglycerát (3C)

Pyruvát (3C)

1,3-bisfosfoglycerát (3C)P

P

2-fosfoglycerát (3C)P

NAD+

NADH + H+

+ATP

ADP

glyceraldehyd-3-fosfát dehydrogenáza

fosfoglycerátmutáza

aldoláza

Glyceraldehyd-3-fosfát (3C)P

P

iP

fosfoglycerátkináza

Fosfenolpyruvát (3C)

P

H2O

+ATP

ADP

pyruvátkináza 2 x2 x

ENERGETICKÁ BILANCE:GLUKOLÝZY (na 1 mol glukózy)

SPOTŘEBOVÁNO: 2 ATP

VZNIKNE: 4 ATP ( 2 ATP x 2)

CELKEM: + 2 ATP

......... dále vzniknou 2 NADH+H+ ,

přičemž NADH+H+ lze oxidovat takto:

NADH+H+ + ½ O2 + 3 ADP + 3 Pi NAD+ + 3 ATP + H2O

potenciálně lze dostat oxidací 2 NADH+H+ : + 6 ATP

ENERGETICKÁ BILANCE:GLYKOGENOLÝZY (na 1 mol glukózy)

SPOTŘEBOVÁNO: 1 ATP (vzniká glukóza-6-fosfát)

VZNIKNE: 4 ATP ( 2 ATP x 2)

CELKEM: + 3 ATP

......... dále vzniknou 2 NADH+H+ ,

přičemž NADH+H+ lze oxidovat takto:

NADH+H+ + ½ O2 + 3 ADP + 3 Pi NAD+ + 3 ATP + H2O

potenciálně lze dostat oxidací 2 NADH+H+ : + 6 ATP

mikroorganismy – využití v potravinářství ( jogurty, síry ....)

živočichové - svalová glykolýza v příčněpruhovaném svalstvu

Během intenzivní práce svalstva nestačí krev zásobovat svaly kyslíkem (nedochází k oxidaci NADH+H+ na NAD+ a 3 ATP). Regenerace NADH+H+ probíhá reakcí s pyruvátem za vzniku NAD+ a laktátu.

Nevzniká přitom ATP !!! Regenerace NADH+H+ má v tomto případě 0 ATP výtěžek !

Laktát hromadící se v buňkách může porušit acidobazickou rovnováhu – tělo se brání „signálem“ k omezení námahy – bolestivé a namáhavé dýchání, bolest svalů a hlavy. Laktát ze svalů přechází krví do jater, kde se využije pro syntézu glukogenu.

Pyruvát (3C) Laktát (3C)

NAD+NADH + H+

laktátdehydrogenáza

ANAEROBNÍ KVAŠENÍ

MLÉČNÉ KVAŠENÍ

Nevzniká přitom ATP !!! Regenerace NADH+H+ má v tomto případě 0 ATP výtěžek !

Pyruvát (3C) Etanol (2C)

NAD+NADH + H+

ANAEROBNÍ KVAŠENÍ

ALKOHOLOVÉ KVAŠENÍ

CO2 (1C)

AEROBNÍ KVAŠENÍ

OCTOVÉ KVAŠENÍ

Etanol (2C) Acetaldehyd (2C)

½ O2

Kyselina octová(2C)

½ O2

Pyruvát (3C)CO2

NAD+

NADH + H+

Acetyl-CoA (2C)

Oxalacetát (4C) Citrát (6C)

Izocitrát (6C)

Alfa-ketoglutarát (5C)

Sukcinyl-CoA (4C)

Sukcinát (4C)

Fumarát (4C)

Malát (4C)

CO2NAD+

NADH + H+

NADH + H+

NAD+ CO2GTP

GDP

PFADH2

FAD

NAD+

NADH + H+

Pyruvát (3C)CO2

NAD+

NADH + H+

Acetyl-CoA (2C)

Oxalacetát (4C) Citrát (6C)

Izocitrát (6C)

Alfa-ketoglutarát (5C)

Sukcinyl-CoA (4C)

Sukcinát (4C)

Fumarát (4C)

Malát (4C)

CO2

NAD+

NADH + H+

NADH + H+

NAD+ CO2GTP

GDP

PFADH2

FAD

NAD+

NADH + H+

citrátsyntáza

dekarboxyláza

dehydrogenáza

dehydrogenáza

dekarboxyláza

dehydrogenáza

dehydrogenáza

dehydrogenáza

dekarboxyláza

Přeměna pyruvátu na acetyl-CoA a každá otočka cyklu poskytuje 4 NADH a jeden

FADH2 pro oxidaci přes flavoprotein-

cytochromový řetězec

+ tvorba 1 GTP, který je okamžitě

přeměněn na ATP.

Pyruvát (3C)CO2

NAD+

NADH + H+

Acetyl-CoA (2C)

Oxalacetát (4C) Citrát (6C)

Izocitrát (6C)

Alfa-ketoglutarát (5C)

Sukcinyl-CoA (4C)

Sukcinát (4C)

Fumarát (4C)

Malát (4C)

CO2NAD+

NADH + H+

NADH + H+

NAD+ CO2GTP

GDP

PFADH2

FAD

NAD+

NADH + H+

Pyruvát (ale také tuky a ostatní redukované uhlíkaté řetězce) poskytují vodík pro NAD+ a FAD+ a ty putují podél

flavoprotein-cytochromového řetězce.

NADH + H+ 3 2 1

ADP+Pi ADP+Pi ADP+Pi

ATPATPATP

NAD+

Pyruvát (ale také tuky a ostatní redukované uhlíkaté řetězce) poskytují vodík pro NAD+ a FAD+ a ty putují podél

flavoprotein-cytochromového řetězce.

Aktivizují ATP-syntázu k produkci ATP z ADP a Pi.

H2+

FADH + H+ 2 1

ADP+Pi ADP+Pi

ATPATP

FAD+

Pyruvát (ale také tuky a ostatní redukované uhlíkaté řetězce) poskytují vodík pro NAD+ a FAD+ a ty putují podél

flavoprotein-cytochromového řetězce.

Aktivizují ATP-syntázu k produkci ATP z ADP a Pi.

H2+

NAD+ + H2+ + 3 ADP = NADH + H+ + 3 ATP

FAD+ + H2+ + 2 ADP = FADH + H+ + 2 ATP

NADH+ + H+NAD+

1,3-di P glycerátglyceraldehyd 3-P

pyruvát laktát

NADH+ + H+NAD+

1,3-di P glycerátglyceraldehyd 3-P

pyruvát Krebsův cyklus

3 ATP

ENERGETICKÝ ZISK AEROBNÍ GLUKOLÝZY

glyceraldehyd 3-P 1,3-di P glycerát 3 ATP

Pyruvát (3C)CO2

NAD+

NADH + H+

Acetyl-CoA (2C)

Oxalacetát (4C) Citrát (6C)

Izocitrát (6C)

Alfa-ketoglutarát (5C)

Sukcinyl-CoA (4C)

Sukcinát (4C)

Fumarát (4C)

Malát (4C)

CO2NAD+

NADH + H+

NADH + H+

NAD+ CO2GTP

GDP

PFADH2

FAD

NAD+

NADH + H+

ENERGETICKÝ ZISK AEROBNÍ GLUKOLÝZY

glyceraldehyd 3-PV 1,3-di P glycerát 3 ATP

pyruvát acetyl CoA 3 ATP

Pyruvát (3C)CO2

NAD+

NADH + H+

Acetyl-CoA (2C)

Oxalacetát (4C) Citrát (6C)

Izocitrát (6C)

Alfa-ketoglutarát (5C)

Sukcinyl-CoA (4C)

Sukcinát (4C)

Fumarát (4C)

Malát (4C)

CO2NAD+

NADH + H+

NADH + H+

NAD+ CO2GTP

GDP

PFADH2

FAD

NAD+

NADH + H+

ENERGETICKÝ ZISK AEROBNÍ GLUKOLÝZY

glyceraldehyd 3-PV 1,3-di P glycerát 3 ATP

pyruvát acetyl CoA 3 ATP

Krebsův cyklus 12 ATP

CELKEM 18 ATP

Z 1 MOLEKULY GLUKÓZY 2 MOLEKULY GLYCERALDEHYDU

Z 1 MOLEKULY GLUKÓZY 36 ATP

ENERGETICKÝ ZISK AEROBNÍ GLYKOLÝZY

Z 1 MOLEKULY GLUKÓZY AEROBNĚ 36 ATP

ANAEROBNÍ GLUKOLÝZA 2 ATP

Z GLUKÓZY CELKEM 38 ATP

ENERGETICKÝ ZISK AEROBNÍ GLYKOGENOLÝZY

Z 1 MOLEKULY GLYKOGENU AEROBNĚ 36 ATP

ANAEROBNÍ GLYKOGENOLÝZA 3 ATP

Z GLYKOGENU CELKEM 39 ATP

ENERGETICKÝ ZISK AEROBNÍ GLUKOLÝZY NEBO GLYKOGENOLÝZY

AEROBNÍ GLUKOLÝZA JE 19-KRÁT ÚČINNĚJŠÍ (EFEKTIVNĚJŠÍ, VÝNOSNĚJŠÍ)

NEŽ ANAEROBNÍ GLYKOLÝZA38 ATP : 2 ATP = 19 : 1

AEROBNÍ GLYKOGENOLÝZA JE 13-KRÁT ÚČINNĚJŠÍ (EFEKTIVNĚJŠÍ, VÝNOSNĚJŠÍ)

NEŽ ANEROBNÍ GLYKOGENOLÝZA39 ATP : 3 ATP = 13 : 1