ANABOLIZAM

BIOSINTEZA UGLJENIH HIDRATA GLUKONEOGENEZA

GLUKONEOGENEZA GLUKOZA FOTOSINTETIČKI ORGANIZMI HETEROTROFNI ORGANIZMI 1 FOTOSINTETIČKI ORGANIZMI - Sintetišu glukozu od CO2 i H2O 2 HETEROTROFNI ORGANIZMI - Sintetišu glukozu od prekursora - PIRUVAT, LAKTAT, AK

CENTRALNI PUT U BIOSINTEZI UGLJENIH HIDRATA GLUKOZA STRUKTURNI POLISAHARIDI ĆELIJSKI ZID I OMOTAČI DISAHARIDI OSTALI MONOSAHARIDI REZERVNI POLISAHARIDI GLIKOGEN ; SKROB GLUKOZO-6-FOSFAT RIBULOZO-1,5-BISFOSFAT (RuBP) CO2 3-FOSFOGLICERAT RuBP karboksilaza FOTOSINTEZA FOSFOENOLPIRUVAT (PEP) OKSALACETAT INTERMEDIJERI CIKLUSA LIMUNSKE KISELINE Piruvat (PGK) LAKTAT GLUKOGENE AMINOKISELINE

GLUKONEOGENEZA ANAPLEROTIČKA REAKCIJA GLIKOLIZA Piruvat (PGK) Fruktozo-1,6-bisfosfat (FRU-1,6-BisP) Aldolaza Triozo fosfat izomeraza Dihidroksiaceton fosfat (DHA-P) Gliceraldehid 3-fosfat (GLA-3-P) + NAD P i GLA-3-P dehidrogenaza NADH + H COO O CH2 C COO O CH2 C O COO CH3 C 1,3-bisfosfoglicerat ATP ADP + Pi P O COO CH2 C GTP GDP + CO2 ADP CO2 + Fosfoglicerat kinaza Piruvat karboksilaza ATP PEP-karboksikinaza 3-fosfoglicerat PIRUVAT FOSFOENOLPIRUVAT (PEP) OKSALACETAT OKSALACETAT Fosfoglicerat mutaza 2-fosfoglicerat Enolaza H2O ANAPLEROTIČKA REAKCIJA Fosfoenolpiruvat (PEP) GDP + CO2 PEP-karboksikinaza (2) ADP GLIKOLIZA GTP Piruvat kinaza Oksalacetat ATP ADP+Pi ATP + CO2 Piruvat karboksilaza (1) Piruvat (PGK)

GLUKONEOGENEZA GLIKOLIZA GLIKOLIZA Glukoza Ćelije mozga i mišića (4) CH 2 OH H HO Glukoza GLIKOLIZA ATP Heksokinaza Mg 2+ P i Glukozo-6-fosfataza (4) ADP H2O Glukozo-6-fosfat (GLU-6-P) Ćelije mozga i mišića Fosfoglukozo izomeraza Fruktozo-6-fosfat (FRU-6-P) GLIKOLIZA ATP P i (3) Fosfofruktokinaza Mg 2+ Fruktozo bisfosfataza ADP H2O Fruktozo-1,6-bisfosfat (FRU-1,6-BisP) Triozo fosfat izomeraza Aldolaza Dihidroksiaceton fosfat (DHA-P) Gliceraldehid 3-fosfat (GLA-3-P)

+ GLUKONEOGENEZA GLIKOLIZA ZAMORAC ČOVEK ZEC PACOV GOLUB MIŠ Fosfoenolpiruvat (PEP) GDP + CO2 PEP- karboksikinaza (2) ADP GLIKOLIZA GTP Piruvat kinaza Oksalacetat ATP ADP+Pi ATP + CO2 Piruvat karboksilaza (1) Piruvat (PGK) + CITOPLAZMA CITOPLAZMA MITOHONDRIJA MITOHONDRIJA ZAMORAC GOLUB ZEC ČOVEK PACOV MIŠ

PREKURSORI ZA GLUKONEOGENEZU - KORIJEV CIKLUS JETRA MIŠIĆI Glukoza Glukoza Glikogen 2 Pi + 2ADP GLIKOGENOLIZA 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi K O T V R GLUKONEOGENEZA GLIKOLIZA 2 ATP 4 ATP + 2 GTP Piruvat (PGK) Piruvat (PGK) NADH / NAD + NADH / NAD + LAKTAT LAKTAT

PREKURSORI ZA GLUKONEOGENEZU Alanin Treonin O COO CH3 C Glicin Laktat Serin GLUKONEOGENEZA Cistein Triprofan Piruvat C CH2 O COO Acetil-S-CoA Aspartat Citrat Asparagin GLUKOGENE AMINOKISELINE Oksalacetat Izocitrat L-Malat C O COO CH2 CIKLUS LIMUNSKE KISELINE COO HC CH Tirozin Fenilalanin a-ketoglutarat Fumarat C O CH2 COO S-CoA Sukcinat Glutamin Glutamat Histidin Arginin Metionin Prolin Valin Sukcinil-S-CoA Izoleucin

BIOSINTEZA UDP-glukoze 1 3 4 5 6 2 HO H OH O CH2OPO P O Uridin 1 3 4 5 6 2 HO H OH CH2OH UDP (uridin difosfat) Glukozo-6-fosfat UDP-glukoza Fofsoglukomutaza PPi UDP-glukozo pirofosforilaza UTP 1 3 4 5 6 2 HO H OH O CH2OH OPO3 Glukozo-1-fosfat

BIOSINTEZA SAHAROZE I korak: II korak: III korak: Glukoza + ATP Heksokinaza Glukoza + ATP Glukozo-6-fosfat + ADP Fosfoglukomutaza Glukozo-6-fosfat Glukozo-1-fosfat Glukozo-1-fosfat uridil transferaza Glukozo-1-fosfat + UTP UDP- glukoza + PPi II korak: Heksokinaza Fruktoza + ATP Fruktozo-6-fosfat + ADP III korak: Saharozo-fosfat sintaza UDP- glukoza + Fruktozo-6-fosfat Saharozo-fosfat + UDP Saharozo fosfataza Saharozo-fosfat + H2O Saharoza + Pi

Biosinteza saharoze

BIOSINTEZA LAKTOZE UDP + D-Glukoza UDP-b-galaktoza + LAKTOZA Laktozo 1 3 4 5 6 2 HO H OH CH2OH H2C NH N OH 1 3 4 5 6 2 HO H O CH2OH + D-Glukoza UDP-b-galaktoza Laktozo sintaza O OH 1 3 4 5 6 2 H CH2OH HO + UDP b(1-4) LAKTOZA

MEHANIZAM DELOVANJA Laktozo sintaze Protein A Protein A Galaktozil trasferaza (mlečna žlezda, jetra, tanko crevo) O OH 1 3 4 5 6 2 H CH2OH HO NH C CH3 + UDP-b-galaktoza NAG + UDP N-ACETILLAKTOZAMIN Protein B Protein B a-laktalbumin (smanjuje Km za glukozu) + D-Glukoza LAKTOZA + UDP-b-galaktoza UDP

PUT EPIMERIZACIJE UDP-glukoze U UDP-galaktozu H OH HO UDP CH2OH 4 O H OH HO UDP CH2OH 4 UDP-glukoza UDP-galaktoza UDP-galaktozo 4-epimeraza ( NAD ) + + NAD + NAD NADH + H + NADH + H + O H OH UDP CH2OH 4-keto intermedijer UDP-glukoze

NASTAJANJE GALAKTITOLA HO H CH2OH C OH CH2OH HO H C OH NADPH + H + + NADP Aldozo reduktaza GALAKTOZA GALAKTITOL KATARAKT

BIOSINTEZA GLIKOGENA U ŽIVOTINJAMA Fosfoglukomutaza Glukozo-6-fosfat Glukozo-1-fosfat Glukozo-1-fosfat uridil transferaza Glukozo-1-fosfat + UTP UDP- glukoza + PPi Glikogen sintaza UDP-glukoza + Glikogen (n ostataka) Glikogen (n+1 ostatak) + UDP + + UDP ATP UTP ADP C1 (redukujući kraj) C4 (neredukujući kraj) Glikogenin = protein za koji je vezana glukoza preko specifičnog Tyr Tirozin glikoziltransferaza

MEHANIZAM DELOVANJA Glikogen sintaze HO O HO 14 13 12 11 10 9 8 O HO 14 13 12 11 10 9 8 14 O 13 O 12 O a(1-4) rastući lanac glikogena 11 O 10 O 9 O 8 O HO O 7 O 6 Neredukujući krajevi O 5 O 4 a(1-6) glikozidna veza 3 2 1 HO O O O O O O O O 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 a(1-4) rastući lanac glikogena Amilo-(1,4 1,6)-transglikozidaza (enzim granjanja) a(1-6) glikozidna veza O 4 3 2 1 HO 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 a(1-6) glikozidna veza

BIOSINTEZA LIPIDA

Razlike izmedju oksidacije i sinteze masnih kiselina Proces oksidacija Sinteza Lokalizacija: Matriks mitohondrija Citoplazma Način dodavanja ili oduzimanja C2atoma: AcetilSCoA MalonilSCoA Izomer hidroksiacil intermedijera: Lstereoizomer Dstereoizomer FAD i NAD akceptori elektrona Oksidoredukcije: NADPH donor elektrona Nosač acilnog ostatka: HSCoA ACP Odgovor na citrat i CO2: Negativan Pozitivan

BIOSINTEZA ZASIĆENIH MASNIH KISELINA (MK) 1 - prekursor za biosintezu je Acetil-S-CoA 2 - prisustvo CITRATA i CO2 neophodno za sintezu 3 - CITRAT ultimativni izvor C-atoma za sintezu 4 - Acetil-S-CoA = “Primer” - starter molekul za sintezu MK sa parnim brojem C-atoma 5 - Propionil-S-CoA = “Primer” - starter molekul za sintezu MK sa neparnim brojem C-atoma 6 - Ostali C-atomi poreklom iz Malonil-S-CoA 7 - KOMPLEKS SINTAZE MASNIH KISELINA katalizuje reakciju

MEHANIZAM DELOVANJA Acetil-S-CoA karboksilaze Način dodavanja ili oduzimanja C2atoma: AcetilSCoA (oksidacija) MalonilSCoA (Sinteza) MEHANIZAM DELOVANJA Acetil-S-CoA karboksilaze CH2 S-CoA C O OOC + ATP HCO3 E-biotin Malonil-S-CoA Biotin karboksilaza Karboksibiotin nosač protein Transkarboksilaza CH3 S-CoA C O H + + ADP + Pi E-karboksibiotin Acetil-S-CoA

KOMPLEKS SINTAZE MASNIH KISELINA AT= MT= CE = ACP= KR = ER = DH = Acil transacilaza Malonil transacilaza b-ketoacil-S-ACP sintaza “enzim kondenzacije” Protein nosač b-hidroksiketoacil-S-ACP dehidrataza Enoil -S-ACP reduktaza b-ketoacil-S-ACP reduktaza SISARI TE = Tioesteraza AT MT ER DH ACP TE CE KR SH Cys SH Oslobadjanje palmitata Kondenzacija Redukcija Translokacija AT MT CE ACP KR ER DH SH TE Cys

BIOSINTEZA ZASIĆENIH MASNIH KISELINA Palmitinska kiselina (16 : 0 ) oksidacija CH3 CH2 COOH b Sinteza

BIOSINTEZA ZASIĆENIH MASNIH KISELINA S-CoA CH3 C O OOC CH2 S-CoA C O Acetil-S-CoA Malonil-S-CoA C CH3 S-ACP O H HS-ACP Acetil transacilaza HS-ACP HS-CoA Malonil transacilaza HS-CoA S-ACP CH3 C O Krotonil-S-ACP OOC CH2 S-ACP C O NADPH + H + Enoil-S-ACP reduktaza Acetil-S-ACP NADP + Malonil-S-ACP HS-ENZ CH2 CH3 S-ACP C O HS-ACP S-ENZ CH3 C O b-ketoacil-S-ACP sintaza Butiril-S-ACP HOH CO2 + HS-ENZ 6 ciklusa b-hidroksiacil-S-ACP dehidrataza C CH3 O CH2 S-ACP Acetoacetil-S-ACP CH2 CH3 S-ACP C O (CH2)12 NADPH + H + b-ketoacil-S-ACP reduktaza NADP + C CH3 OH CH2 S-ACP O H Palmitoil-S-ACP D-β-hidroksiacil-S-ACP

BIOSINTEZA TRIACILGLICEROLA CH2 O C CH2OPO3 2 R Dihidroaceton fosfat aciltransferaza CH2 OH C O CH2OPO3 2 S-CoA C O R HS-CoA Dihidroksiaceton fosfat Acil-dihidroksiaceton fosfat NADPH + H + NADH + H + Acil-dihidroksi aceton fosfat reduktaza Glicerol-3-fosfat dehidrogenaza NADP + NAD + O H C CH2 R OH H C CH2 O R PO3 2 Glicerol-3-fosfat aciltransferaza OH H C CH2 CH2OPO3 2 S-CoA C O R HS-CoA Glicerol-3-fosfat Lizofosfatidinska kis. TRIACILGLICEROL S-CoA C O R HS-CoA Diacilglicerol aciltransferaza 1-acilglicerol-3-fosfat aciltransferaza S-CoA C O R HS-CoA Pi O H C CH2 R OH O H C CH2 R PO3 2 Fosfatidat fosfataza 1,2- Diacilglicerol Fosfatidinska kis.

BIOSINTEZA TRIACILGLICEROLA H C CH2 R TRIACILGLICEROL HS-CoA Diacilglicerol aciltransferaza S-CoA C O R Pi O H C CH2 R OH O H C CH2 R PO3 2 GLICEROFOSFOLIPIDI Fosfatidat fosfataza 1,2-Diacilglicerol Fosfatidinska kis. HS-CoA 2-monoacilglicerol aciltransferaza S-CoA C O R O H C CH2 OH R 2-Monoacilglicerol (poreklom iz digestije u intestinumu)

BIOSINTEZA AMINOKISELINA

BIOSINTEZA AMINOKISELINA 1 VERTEBRATI - koriste samo NH4 jone kao izvor azota za sintezu neesencijalnih aminokiselina + - esencijalne aminokiseline za čoveka: Thr Met Val Leu Ile Arg His Lys Trp Phe - sintetišu sve aminokiseline, a koriste NH4 jone, nitrate i nitrite kao izvor azota + 2 BILJKE - sintetišu sve aminokiseline, a koriste NH4 jone ili atmosferski azot kao izvor azota + 3 MIKROORGANIZMI

PUT BIOSINTEZE Glutamata Glutamat dehidrogenaza ENZIM Glutamat dehidrogenaza O C COO CH2 NH4 + H2N C COO CH2 + H3N C COO H CH2 + H2O NAD(P)H + H + NAD(P) + a - KETOGLUTARAT a - Iminoglutarat GLUTAMAT

PUT BIOSINTEZE Glutamata U PROKARIOTA C H3N COO H CH2 + NH2 H3N C COO H CH2 + C COO CH2 O NADPH + H + NADP + 2 x + Glutamat sintaza GLUTAMAT GLUTAMIN a - KETOGLUTARAT

BIOSINTEZA Ala, Asp, Asn, Glu i Gln CH3 C O COO CH2 C O COO CH2 C O COO PIRUVAT OKSALACETAT a-KETO GLUTARAT Piruvat aminotransferaza a-Amino kis. Oksalacetat aminotransferaza a-Amino kis. a-ketoglutarat aminotransferaza a-Amino kis. a-Keto kis. a-Keto kis. a-Keto kis. H C NH3 + CH3 COO NH3 CH2 COO H C + O CH2 COO H C NH3 + O ALANIN ASPARTAT GLUTAMAT Glutamin sintetaza ATP Glutamin ADP ATP Asparagin sintetaza NH3 CH2 C O COO H + P AMP+ PPi Glutamat Glutamat-5-fosfat NH3 CH2 C H2N O COO H NH3 + Glutamin sintetaza Pi CH2 C O COO H NH3 + H2N ASPARAGIN GLUTAMIN

BIOSINTEZA Cisteina KOD BILJAKA I BAKTERIJA Redukcija sulfata do sulfida u Escherichia coli H OH CH2 COO C H3N + H + PPi 5 ' CH2 H O HO OH P S ADENIN SO4 2 ATP + SERIN ATP sulfurilaza S-CoA CH3 C O Adenozin-5'-fosfosulfat (APS) Acetil-S-CoA Serin acetiltransferaza ATP HS-CoA APS kinaza ADP H O CH2 COO C H3N + CH3 3'-Fosfo-AMP O P 3 ' CH2 H OH S ADENIN 5 + NADP + NADPH + H + SO3 2 PAPS reduktaza O-Acetilserin Sulfit NADPH + H + S 2 + H + 3x O-acetilserin (tiol) liaza Sulfit reduktaza 3'-Fosfoadenozin-5’-fosfosulfat (PAPS) NADP + CH3COO 3x H2O + S 2 H SH CH2 COO C H3N + SULFID CISTEIN

BIOSINTEZA Cisteina U VIŠIH ŽIVOTINJA CH2 H O OH Adenin S CH3 + C COO NH 3 CH2 S CH3 H C COO + NH 3 ATP + H2O Pi + PPi Metionin adenozil transferaza METIONIN S-ADENOZILMETIONIN (SAM) Akceptor metil grupe Biosintetička metilacija Metiltransferaza Metilirani akceptor Adenozin H2O 3 CH2 HS H C COO + NH CH2 H O OH Adenin S C COO + NH 3 Adenozil homocisteinaza HOMOCISTEIN S-ADENOZILHOMOCISTEIN (SAH)

(NASTAVAK) g α-KETOBUTIRAT b Serin O C COO CH3 CH2 HS H C COO NH CH2 H Cistation  - sintaza HOH NH 3 O C COO CH3 CH2 HS H C COO + NH 3 CH2 g H C COO + NH CH2 H2O + H S CH2 Cistation g-liaza H C COO + NH 3 CH2 3 α-KETOBUTIRAT O H HOMOCISTEIN (PLP) CISTEIN b CISTATION

BIOSINTEZA BIOGENIH AMINA DEKARBOKSILACIJA AMINOKISELINA PIRIDOKSAL FOSFAT (PLP) C H COO N R ENZ P O CH3 H2C N H + C CO2 H2O H C COO + NH 3 R CH2 + NH 3 R + ENZ AMIN AK Dekarboksilaza

BIOSINTEZA BIOGENIH AMINA g-AMINOBUTERNA KISELINA CO2 C O CH2 H COO + NH 3 C O CH2 + NH 3 Glutamat dekarboksilaza g-AMINOBUTERNA KISELINA (GABA) GLUTAMAT - Inhibitor neurotransmisije u sinapsama + H C COO NH 3 HC HN CH2 CO2 + NH 3 H HC C HN CH2 Histidin dekarboksilaza HISTIDIN (His) HISTAMIN - Vazodilatator (obara krvni pritisak) - Stimuliše sekreciju ćelija mukoze želuca - Uključen u alergijski odgovor organizma

BIOSINTEZA BIOGENIH AMINA Dihidrobiopterin + Tetrahidrobiopterin H2O + CH2 N H C COO + NH 3 O2 CH2 N H C COO + NH 3 HO Tirptofan hidroksilaza TRIPTOFAN (Trp) 5-HIDROKSITRIPTOFAN Dekarboksilaza aromatičnih aminokiselina CO2 CH2 N H + NH 3 HO - Neurohumoralni agens - Izaziva kontrakciju glatkih mišića SEROTONIN

BIOSINTEZA BIOGENIH AMINA CH2 N H + NH 3 HO SEROTONIN

BIOSINTEZA BIOGENIH AMINA Dihidrobiopterin + MELANIN Tetrahidrobiopterin H2O + HO CH2 H C COO + NH 3 O2 HO CH2 H C COO + NH 3 Tirozin hidroksilaza TIROZIN (Tyr) DIHIDROKSIFENILALANIN (L-DOPA) Dekarboksilaza aromatičnih aminokiselina Dihidroaskorbat + CO2 H2O Askorbat HO C CH2 + NH 3 OH H + O2 HO CH2 + NH 3 Dopamin hidroksilaza NOREPINEFRIN DOPAMIN S-Adenosilmetionin (SAM) PARKINSONOVA BOLEST Metiltransferaza S-Adenozilhomocistein - Uključen u metabolizam glikogena U sresnim situacijma: HO C CH2 N OH H CH3 - Povećava broj otkucaja srca EPINEFRIN - Brži protok krvi ka mišićima, plućima i mozgu

BIOSINTEZA BIOGENIH AMINA 3 SAH HO H C COO + H3N CH2 CO2 3 SAM CH2 + N HO CH3 H3C CH2 + H3N HO Serin dekarboksilaza (PLP) Transmetilaza ETANOLAMIN SERIN (Ser) HOLIN S-CoA CH3 C O Holinacetilaza Acetil-S-CoA HS-CoA CH2 + N O CH3 H3C C - Neurohumoralni agens - Stimuliše holinergične receptore na mišićima ACETILHOLIN