Bιοχημεία Νοσηλευτικής Τρούγκος Κωνσταντίνος Αν. Καθ. Βιοχημείας Εργ. Βιολογικής Χημείας ΕΚΠΑ- Ιατρική Σχολή

ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΓΛΥΚΟΓΟΝΟΥ καταβολισμός γλυκογόνο αναβολισμός γλυκογονόλυση γλυκογονογένεση 6Ρ-γλυκόζη γλυκόλυση νεογλυκογένεση πυροσταφυλικό

Το γλυκογόνο εντοπίζεται σε κυτταροπλασματικά κοκκία (περιέχουν τα περισσότερα από τα ένζυμα που είναι απαραίτητα για τη σύνθεση/αποδόμησή του)

Γλυκογόνο Κύριες θέσεις αποθήκευσης : Ήπαρ (10%) Εξαντλείται σε 12-24 ώρες Μύες (2%) Διαφορετικός ο ρόλος του γλυκογόνου του ήπατος και των μυών 1) Διατήρηση σταθερών επιπέδων της γλυκόζης του οργανισμού (ηπατικό γλυκογόνο) 2) Κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των μυών (μυικό γλυκογόνο).

Μεταβολισμός του Γλυκογόνου Γλυκογόνο: διακλαδισμένο ομοπολυμερές γλυκόζης (σε σύγκριση με τη γλυκόζη, το σχετικά αδιάλυτο γλυκογόνο διαθέτει ελάχιστη ωσμωτική ενεργότητα) Εκτός των ερυθροκυττάρων, όλα τα κύτταρα του σώματος περιέχουν μικροποσότητες γλυκογόνου. Στον ανθρώπινο οργανισμό, δύο ιστοί αποθηκεύουν μεγάλες ποσότητες γλυκογόνου: - ήπαρ (~10γρ/100γρ) και - οι σκελετικοί μύες (~1γρ/100γρ)

Διακλαδισμένο πολυμερές καταλοίπων γλυκόζης

Αποδόμηση του γλυκογόνου (Γλυκογονόλυση) Η διακλαδισμένη δομή του γλυκογόνου επιτρέπει την ταχεία απελευθέρωση κατάλοιπων γλυκόζης Η φωσφορυλάση του γλυκογόνου διασπά τα κατάλοιπα ενός μη αναγωγικού άκρου το ένα μετά το άλλο απελευθερώνοντας 1-φωσφορική γλυκόζη. Η δράση της σταματά σε απόσταση 4 κατάλοιπων γλυκόζης από κάθε σημείο διακλάδωσης. Το ένζυμο αναστέλλεται αλλοστερικά από την 6-φωσφορική γλυκόζη και το ΑΤΡ. Το εμπόδιο παρακάμπτεται από τη δράση 2 άλλων ενζύμων: 1. της τρανσφεράσης  μετακινεί έναν τρισακχαρίτη από την πλευρική αλυσίδα στο άκρο της κύριας αλυσιδας και 2. της 1,6 γλυκοσιδάσης  διασπά το κατάλοιπο γλυκόζης που απομένει απελευθερώνοντας γλυκόζη Φυσιολογικά, αποδομείται ένα τμήμα των διακλαδώσεων του γλυκογόνου. Πλήρης αποδόμηση έως το επίπεδο της γλυκογενίνης ΔΕ συμβαίνει πρακτικά ποτέ.

Διάσπαση γλυκογόνου κοντά σε α1→6 σημείο διακλάδωσης Μετατόπιση 3 καταλοίπων γλυκόζης Απελευθέρωση ελεύθερης Η δράση της φωσφορυλάσης σταματά σε απόσταση 4 καταλοίπων γλυκόζης από ένα (α1→6) σημείο διακλάδωσης στο γλυκογόνο Δράση ενζύμου αποδιακλάδωσης (ολιγο α1→6 προς α1→4 τρανσφεράση): διπλή ενεργότητα

Αποδόμηση γλυκογόνου Δράση ενζύμων: - φωσφορυλάσης του γλυκογόνου Δράση ενζύμων: - φωσφορυλάσης του γλυκογόνου + ένζυμα διακλάδωσης - μεταφοράση (τρανσφεράση)/γλυκοζιτάση α1,6 - φωσφογλυκομουτάσης - φωσφατάσης 6Ρ-γλυκόζης Δράση φωσφορυλάσης Επίθεση από ανόργανο Ρ στο α1-4 γλυκοζιτικό δεσμό Επαναληπτική διαδικασία που σταματά στο 4ο κατάλοιπο γλυκόζης από διακλάδωση

Φωσφογλυκομουτάση Μετατροπή 1-Ρ-γλυκόζης σε 6-Ρ-γλυκόζη

Φωσφατάση της 6-Ρ- γλυκόζης Μετατροπή της 6-Ρ-γλυκόζης σε Γλυκόζη. Ενζυμο απουσιάζει από εγκέφαλο και μύες για κατακράτηση 6-Ρ γλυκόζης Υπάρχει αποκλειστικά στο ήπαρ και νεφρούς, στην έσω μεμβράνη του Ε. Δ όπου η 6-Ρ-γλυκόζη υδρολύεται και μεταφέρεται από αυλό ΕΔ στο κυτταροδιάλυμα και από εκεί στο αίμα μέσω φορέα Glut2.

Φωσφατάση της 6-Ρ-γλυκόζης Επειδή το ενεργό της κέντρο βρίσκεται στον αυλό Ε.Δ, το κύτταρο διαχωρίζει αυτή την αντίδραση από τη διαδικασία γλυκόλυσης που γίνεται στο κυτταροδιάλυμα ( και θα ακυρωνόταν από τη δράση της φωσφατάσης). Μύες και εγκέφαλος δεν διαθέτουν φωσφατάση της 6-Ρ-γλυκόζης και συνεπώς δεν συνεισφέρουν γλυκόζη στο αίμα.

Υδρόλυση της 6Ρ γλυκόζης από τη φωσφατάση της 6Ρ γλυκόζης στο ΕΔ Ήπαρ Γλυκογόνο →γλυκόζη όταν ελαττωθούν τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα, πχ. μεταξύ γευμάτων Η 6Ρ-γλυκόζη μετατρέπεται σε γλυκόζη και Ρ από φωσφατάση «καθηλωμένη» σε εσωτερκή μεμβράνη ενδοπλασματικού δικτύου (αυλό). Ετσι το ηπατο-κύτταρο «ξεχωρίζει» αυτή τη γλυκόζη από εκείνη που θα μπει σε γλυκόλυση * Μύες, εγκέφαλος δεν έχουν φωσφατάση της 6Ρ-γλυκόζης, άρα δε συνεισφέρουν γλυκόζη στο αίμα

Ρύθμιση της γλυκογονόλυσης Η φωσφορυλάση του γλυκογόνου ρυθμίζεται : 1) Αλλοστερικά (μορφές R ενεργός και T (ανενεργός) 2) ορμονικά ( Γλυκαγόνη, Επινεφρίνη, Ινσουλίνη) με αντιστρεπτή φωσφορυλίωση 3) αναστολή με ανατροφοδότηση.

Α. Μυική Φωσφορυλάση Ενεργός μορφή R παρουσία υψηλών συγκεντρώσεων ΑΜΡ (ενεργειακό φορτίο). ΑΤP ευνοεί κατάσταση Τ. 6-Ρ-γλυκόζη ευνοεί κατάσταση Τ (αναστολή με ανατροφοδότηση)

Σχεδόν όλο το ένζυμο βρίσκεται στην ανενεργό μορφή. Μύες σε ηρεμία Σχεδόν όλο το ένζυμο βρίσκεται στην ανενεργό μορφή.

Αρχή άσκησης.

Αυξημένο επίπεδο ΑΜΡ οδηγεί σε ενεργοποίηση της φωσφορυλάσης. Απελευθέρωση ορμόνης (επινεφρίνη ) που οδηγεί σε φωσφορυλίωση της φωσφορυλάσης και ενεργοποίησή της. Επίσης ιόντα Ca++ την ενεργοποιούν μέσω ενεργοποίησης της κινάσης της φωσφορυλάσης. Η απουσία φωσφατάσης της 6-Ρ-γλυκόζης εξασφαλίζει την παραμονή της 6-Ργλυκόζης που παράγεται από το γλυκογόνο μέσα στο κύτταρο για παραγωγή ενέργειας.

Β.Ηπατική Φωσφορυλάση Παραγωγή γλυκόζης για χρήση από άλλους ιστούς. Πως ρυθμίζεται η ηπατική φωσφορυλάση? Διαφορετικά από αυτή των μυών λόγω του ρόλου του ήπατος στην ομοιόσταση της γλυκόζης στον οργανισμό.

Ρύθμιση ηπατικής φωσφορυλάσης Η γλυκόζη προκαλεί αλλοστερική τροποποίηση στο ισοένζυμο => αλλαγή διαμόρφωσης προς μορφή Τ (ανενεργός) => επιβράδυνση αποδόμησης γλυκογόνου όταν η συγκέντρωση γλυκόζης του ήπατος είναι υψηλή.

Ήπαρ: ηπατική φωσφορυλάση α απενεργοποιείται από τη φωσφατάση-1 της φωσφορυλάσης α (ΡΡ1) όταν τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα επανέλθουν στο κανονικό Φωσφατάση της φωσφορυλάσης α (ΡΡ1) • Η γλυκόζη συνδέεται αλλοστερικά στη φωσφορυλάση α πούναι ενεργός με αποτέλεσμα να αλλάξει η στερεοδιαμόρφωση του ενζύμου, να «αποκαλυφθούν» οι φωσφορικές ομάδες (Ser), να δράσει η ΡΡ1 και η φωσφορυλάση α να μετατραπεί σε φωσφορυλάση b πούναι λιγότερο ενεργός. • Λόγω της αλλοστερικής θέσης για τη γλυκόζη, η φωσφορυλάση α λειτουργεί σαν αισθητήρας γλυκόζης

Ρύθμιση του μεταβολισμού του Γλυκογόνου Στη ρύθμιση του μεταβολισμού του γλυκογόνου σημαντικό ρόλο παίζει το κυκλικό ΑΜΡ (cAMP) Η γλυκαγόνη και η επινεφρίνη συνδέονται σε υποδοχείς συζευγμένους με πρωτεΐνες G Ενεργοποιείται από την ινσουλίνη

Σύνθεση του Γλυκογόνου 1ο βήμα: Σύνθεση της ενεργοποιημένης μορφής UDP-γλυκόζης

Συμπύκνωση ενός τριφωσφορικού νουκλεοτιδίου με μια 1-φωσφορική εξόζη → νουκλεοτιδοσάκχαρο Απελευθέρωση ΡΡι To νουκλεοτιδοσάκχαρο UDP-γλυκόζη προσφέρει γλυκόζη για τη σύνθεση του γλυκογόνου Υδρολύεται εύκολα από πυροφωσφατάση (εξεργονική αντίδραση)

2ο βήμα: Επιμήκυνση της αλυσίδας με μεταφορά κατάλοιπων γλυκόζης από την UDP-γλυκόζης στο μη αναγωγικό άκρο της αλυσίδας [δεσμοί α(14)]: η αντίδραση καταλύεται από τη συνθάση του γλυκογόνου (ενεργοποιείται αλλοστερικά από την 6-φωσφορική γλυκόζη) . 3o βήμα: Σχηματισμός διακλαδώσεων με μεταφορά 6-7 κατάλοιπων γλυκόζης από το τέλος της αλυσίδας στο εσωτερικό της ίδιας ή μιας γειτονικής αλυσίδας με α(16) δεσμό: η αντίδραση καταλύεται από το ένζυμο διακλάδωσης

Ένζυμο διακλάδωσης ή τρανσφεράση Καταλύει την μεταφορά ενός τελικού κλάσματος 6 ή 7 καταλοίπων γλυκόζης από το μη αναγωγικό άκρο μιας αλυσίδας που έχει τουλάχιστον 11 κατάλοιπα σε μια πιο εσωτερική θέση

Αντιδράσεις κατάλυσης της Γλυκογενίνης: «προετοιμασία» των αρχικών καταλοίπων γλυκόζης του γλυκογόνου 1. Μεταφορά καταλοίπου γλυκόζης από την UDP-γλυκόζη στο ΟΗ της Tyr της γλυκογενίνης 2. Το C-1 ενός άλλου μορίου UDP-γλυκόζη ς αντιδρά με τη C-4 ΟΗ του τελικού καταλοίπου γλυκόζης 3. Επανάληψη 6Χ, δημιουργία γλυκογόνου με 8 κατάλοιπα γλυκόζης

Ρύθμιση γλυκογονοσύνθεσης

Παθήσεις μεταβολισμού γλυκογόνου 1.Ελλειψη φωσφατάσης 6-Ρ-γλυκόζης 2.Ελλειψη ενζύμου αποδιακλάδωσης (γλυκοζιτάση α-1,6) 3.Μειωμένη δράση φωσφορυλάσης Ολες οι παθήσεις αφορούν την αποικοδόμηση του γλυκογόνου

1.Ελλειψη φωσφατάσης 6-Ρ γλυκόζης νόσος Von Gierke Γλυκογόνο έχει κανονική δομή. Παραμένει 6-Ργλυκόζη στο ήπαρ (δεν μπορεί να εξέλθει) > μεγέθυνση ήπατος, υπογλυκαιμία μεταξύ γευμάτων. # Χορήγηση γλουκαγόνης και επινεφρίνης δεν οδηγεί σε αύξηση της συγκέντρωσης γλυκόζης του αίματος.

2. Ελλειψη ενζύμου αποδιακλάδωσης (γλυκοζιτάση α1,6) Δομή γλυκογόνου ανώμαλη και αυξημένη ποσότητα αυτού.

3.Μειωμένη δραστικότητα φωσφορυλάσης. Δεν παράγεται γλυκόζη για ενέργεια. Ασθενής παρουσιάζει εύκολα κράμπες όταν κάνει ελαφρά μυική εργασία, καθώς δεν υπάρχει δραστικότητα φωσφορυλάσης των μυών.

Ερωτήσεις για μελέτη (P-πεντοζών/ γλυκονεογένεσης/γλυκογόνου) Ποιες ανάγκες του κυττάρου καλύπτονται μέσω του κύκλου των φωσφορικών πεντοζών; Αναφέρατε δύο ιστούς όπου παρατηρείται αυξημένη ενεργοποίηση της μεταβολικής αυτής οδού. Από τι εξαρτάται η πορεία της αναγεννητικής φάσης του κυκλώματος των φωσφορικών πεντοζών; Ο κύκλος των φωσφορικών πεντοζών θεωρείται κλάδος (παρακύκλωμα) της γλυκόλυσης. Εξηγείστε. Ανεπάρκεια της δεϋδρογονάσης της 6-φωσφορικής γλυκόζης: ποια αντίδραση καταλύει το ένζυμο αυτό; Ποια η βιοχημική βάση των συμπτωμάτων της νόσου; Γλυκογόνο: τι είναι, σε ποια όργανα αποθηκεύεται και για ποιο σκοπό χρησιμοποιείται η κάθε μία από τις «αποθήκες αυτές»; Ο σχηματισμός γλυκοζιτικών δεσμών (είδη) κατά τη σύνθεση του γλυκογόνου. Τι είναι η γλυκογενίνη και ποιος ο ρόλος της; Ποια τα κύρια ένζυμα στο μεταβολισμό του γλυκογόνου και πως ρυθμίζονται; Πως επιτυγχάνεται ο συντονισμός μεταξύ των δύο αντίθετων οδών σύνθεση και αποδόμηση του γλυκογόνου στο ήπαρ και το σκελετικό μυ; Ο σκελετικός μυς συμμετέχει στην ομοιόσταση της γλυκόζης και γιατί; Γλυκονεογένεση: σε ποια όργανα και σε ποιο διαμέρισμα του κυττάρου λαμβάνει χώρα; Πως παρακάμπτονται οι τρεις μη αντιστρεπτές αντιδράσεις της γλυκόλυσης κατά τη γλυκονεογένεσης; Ποια τα υποστρώματα της γλυκονεογένεσης; Kύκλος Cori. Τι ονομάζουμε αναπληρωτική αντίδραση . Δώστε ένα παράδειγμα. Πως επιτυγχάνεται ο συντονισμός των δύο αντίθετων οδών γλυκονεογένεσης και γλυκόλυσης στο ήπαρ; Σε ποιο διαμέρισμα του κυττάρου πραγματοποιείται η γλυκόλυση, η γλυκονεογένεση, η σύνθεση και η αποδόμηση του γλυκογόνου και ο κύκλος του Krebs; Πως μεταβολίζεται η φρουκτόζη και η γαλακτόζη; Δυσανεξία φρουκτόζης και δυσανεξία γαλακτόζης: αίτια-συμπτώματα.