Univerzita Komenského v Bratislave Jesseniova lekárska fakulta v Martine

1. Pentózový cyklus Univerzita Komenského v Bratislave Jesseniova lekárska fakulta v Martine prof. MUDr.Dušan DOBROTA, CSc.

2. Pentózový cyklus - hexózomonofosfátový skrat a) oxidácia a dekarboxylácia Glu a vznik pentóz b) 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

4. Metabolická dráha: 1. Oxidačné reakcie - ireverzibilné a/ 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

5. Reakcie oxidačnej časti pentózového cyklu a vznik pentóz

6. 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

7. - vzájomné premeny pentóz: a/ ribulóza-5-P → xylulóza-5-P - enzým: epimeráza b/ ribulóza-5-P → ribóza-5-P - enzým: izomeráza c/ xylulóza-5-P + ribóza-5-P → sedoheptulóza-7-P + glyceraldehyd-3-P - enzým: transketoláza d/ sedoheptulóza-7-P + glyceraldehyd-3-P → fruktóza-6-P + erytróza-4-P - enzým: transaldoláza e/ erytróza-4-P + xylulóza-5-P → fruktóza-6-P + glyceraldehyd-3-P - enzým: transketoláza !! fruktóza-6-P a glyceraldehyd-3-P sú intermediáty glykolýzy

8. Vzájomná premena fosforylovaných sacharidov v reakciách pentózového cyklu

9. Sumárne reakcie:

10. Smery priebehu: 1.↑ Potreba NADPH - úplný priebeh - Fru-6-P → Glu-6-P → pentózový cyklus 2. ↑ 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-P 4. ↑ 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

11. 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)

14. - 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

15. 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+)

16. Reakcie metabolických premien fruktózy

17. Metabolizmus galaktózy a jej využitie pri syntéze iných sacharidov

19. 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

20. 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)

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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