Univerzita Komenského v Bratislave

Jesseniova lekárska fakulta v Martine

prof. MUDr. Dušan DOBROTA, CSc.

Pentózový cyklus

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

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

Reakcie oxidačnej

časti pentózového

cyklu a vznik pentóz

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

- 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

Vzájomná premena

fosforylovaných

sacharidov v reakciách

pentózového cyklu

Sumárne reakcie:

6 glukóza-6-P + 12 NADP+ + 6 H

2O

↓

4 fruktóza-6-P + 12 NADPH + 6 CO

2 + 2 glyceraldehyd-3-P

2 glyceraldehyd-3-P fruktóza-6-P

(glukoneogenéza)

6 glukóza-6-P + 12 NADP+ + 6 H

2O

↓

5 fruktóza-6-P + 6 CO

2 + 12 NADPH

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 → CO

2 + 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

Význam ribulóza-5-P – vznik po odstránení jedného uhlíka vo forme CO

2

- 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 H

2 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)

- 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
- O

2 závislý mechanizmus: SOD a myeloperoxidáza

- O

2 nezávislý mechanizmus: zmeny pH a lyzozomálne enzýmy

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+)

Reakcie metabolických

premien fruktózy

Metabolizmus

galaktózy a jej

využitie pri syntéze

iných sacharidov

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

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)

Glykozaminoglykany (GAG)

- mukopolysacharidy
- negatívne nabité polysacharidy
- asociácia s malým množstvom proteínov
- schopnosť viazať H

2O → gélovitá hmota „základná substancia“

(viskózne a lubrikačné vlastnosti)
- stabilizujú bunkové a vláknité zložky tkanív
- participácia na homeostáze H

2O 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

Štruktúra:
- dlhé nevetvené heteropolysacharidové reťazce
- disacharidová jednotka („kyslý“ sacharid - aminosacharid)

n

- glukozamin, galaktozamin
- kys. glukurónová, kys. idurónová (urónové kyseliny)
- -SO

3H

- vzťah štruktúra <=> funkcia:
- vzájomné odpudzovanie – negatívne náboje
- vzájomné priblíženie – odpudzovanie (2 magnety s rovnakou polaritou)
- viazanie molekúl H

2O

- uvoľnenie molekúl H

2O pri kompresii

Klasifikácia:

a/ chondroitin 4- a 6-sulfát
- disacharid: N-acetylgalaktozamin a kys. glukurónová
- najbohatšie zastúpený GAG
- -SO

3H

- 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
- -SO

3H skupina – variabilné zastúpenie

- najheterogénnejší GAG
- výskyt: chrupavka (spolu s chondroitinsulfátom), kornea

d/ heparín
- disacharid: glukozamin a kys. idurónová, resp. kys. glukurónová
- -SO

3H 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
- -SO

3H skupina – zriedkavo

- výskyt: bunkové povrchy, bazálna membrána

f/ kys. hyalurónová
- disacharid: N-acetylglukozamin a kys. glukurónová
- nekovalentná väzba na proteín
- -SO

3H nie sú !!

- lubrikant
- výskyt: synoviálna tekutina, corp. vitreum, pupočná šnúra, spojivové tkanivo

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

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