GLUCONEOGENESIS

GLUCONEOGENESIS

• Where does the majority of gluconeogenesis occur?

• Mainly in the liver, and to a lesser extent in the kidneys and intestinal epithelium

• Name four substrates that can be used for gluconeogenesis:

• 1. Lactate
• 2. Pyruvate
• 3. Glycerol

• 4. Substances that can be converted to oxaloacetate (amino acid carbon skeletons)

• Name four enzymes that circumvent the irreversible steps in glycolysis:

• 1. Pyruvate carboxylase
• 2. PEP carboxykinase
• 3. Fructose-1,6-bisphosphatase
• 4. Glucose-6-phosphatase

• Where in the cell can pyruvate carboxylase be found?

• Mitochondria

• What reaction does pyruvate carboxylase catalyze?

• Pyruvate → oxaloacetate (which leaves the mitochondria)

• Pyruvate carboxylase requires what coenzyme in order to function?
• Biotin

• What molecule in excess activates pyruvate carboxylase?

• Acetyl CoA

• Where in the cell can PEP carboxykinase be found?

• Cytosol and mitochondria

• What reaction does PEP carboxykinase catalyze?

• Oxaloacetate → PEP

• What triphosphate must be present in order for PEP carboxykinase to function?

• GTP

• What is the major manifestation of PEP carboxykinase deficiency?

• Hypoglycemia after fasting

• Where in the cell can fructose-1,6-bisphosphatase be found?

• Cytosol

• What reaction does fructose-1,6-bisphosphatase catalyze?

• Fructose-1,6-bisphosphate → fructose-6-phosphate

• Where in the cell can glucose-6-phosphatase be found?
• Cytosol

• What reaction does glucose-6-phosphatase catalyze?

• Glucose-6-phosphate → glucose

• Glucose-6-phosphatase deficiency is also known as what disorder?

• von Gierke disease

• In the aforementioned disorder, the liver becomes metabolically similar to what organ?

• Muscle

• What hormone is the main regulator of gluconeogenesis?

• Glucagon

• How does glucagon exert allosteric regulation on gluconeogenesis?

• Glucagon increases levels of cyclic adenosine monophosphate (cAMP), which increases the activity of cAMP-dependent protein kinase. This leads to decreased levels of fructose-2,6 bisphosphate, thereby activating fructose-1,6 bisphosphatase and inhibiting PFK-I.

• How does glucagon regulate pyruvate kinase?

• Glucagon increases levels of cyclic adenosine monophosphate (cAMP), which increases the activity of cAMP-dependent protein kinase. This causes pyruvate kinase to become inactive via covalent modification by the dependent protein kinase.

• How does this mechanism alter the level of gluconeogenesis that occurs?

• Decreasing the amount of active pyruvate kinase decreases the conversion of PEP to pyruvate, and diverts PEP toward glucose.

• How can a decrease in insulin alter gluconeogenesis?

• Decreased insulin favors the mobilization of amino acids from muscle to the liver, which are used as carbon skeletons for gluconeogenesis.

• During starvation, which molecule acts as an activator of gluconeogenesis?

• β-Oxidation of fatty acids during starvation increases the amount of acetyl CoA, exceeding the capacity of the liver to oxidize it to CO2.
• How does this molecule stimulate gluconeogenesis?

• Excess acetyl CoA activates pyruvate carboxylase, increasing gluconeogenesis.

• Which by-product of exercising or ischemic muscle is used for gluconeogenesis?

• Lactate

TRICARBOXYLIC ACID CYCLE

TRICARBOXYLIC ACID CYCLE

• For each acetyl CoA pushed through the TCA cycle, how much of the following molecules are produced:

• NADH? Three
• FADH2? One
• CO2? Two
• Guanosine triphosphate (GTP)? One

• How much ATP is produced per acetyl CoA pushed in the TCA cycle?(NADH=3 ATP & FADH=2ATP)

• 12 ATP (2 × everything per glucose)

• What reaction does citrate synthase catalyze?
  Oxaloacetate + acetyl CoA → citrate
• The presence of what molecule inhibits citrate synthase?

• ATP (demonstrates there is a sufficient amount of energy in the cell)

• What reaction does isocitrate dehydrogenase catalyze?

• Isocitrate + NAD+ → α-ketoglutarate + CO2 + NADH

• What molecules inhibit isocitrate dehydrogenase?

• ATP, NADH

• The presence of what molecule activates isocitrate dehydrogenase?

• ADP

• What enzyme catalyzes the formation of succinyl CoA from α-ketoglutarate?

• α-Ketoglutarate dehydrogenase

• This enzyme requires what cofactors in order to function?

• Vitamins B1, B2, B3, and B5 and lipoic acid

• The formation of succinyl CoA also releases what molecules?

•  NADH, CO2

• What molecules inhibit the aforementioned enzyme?

• Succinyl CoA, NADH, ATP

• The formation of what molecule in the TCA cycle results in GTP liberation?

• Succinate (via succinyl-CoA thiokinase)

• The formation of what molecule in the TCA cycle results in FADH2 liberation?

• Fumarate (via succinate dehydrogenase)

• What reaction does malate dehydrogenase catalyze?

• Malate + NAD+ → oxaloacetate + NADH

• Is the reaction that malate dehydrogenase catalyzes reversible?

• Yes (important in gluconeogenesis)

 

OXIDATION OF PYRUVATE

OXIDATION OF PYRUVATE

• What are the three enzymes of the pyruvate dehydrogenase (PDH) complex?

• Pyruvate decarboxylase
• Dihydrolipoyl transacetylase
• dihydrolipoyl dehydrogenase

• What reaction does the PDH complex catalyze?

• Pyruvate + NAD+ + CoA → acetyl CoA CO2 + NADH

• What coenzymes are required by this enzyme?

• 1.Thiamine pyrophosphate (vitamin B1)
• 2.coenzyme A (vitamin B5),
• 3.NAD+ (vitamin B3),
• 4.flavin adenine dinucleotide (FAD) (vitamin B2),
• 5. lipoic acid

• The PDH complex is similar to what other enzyme?

• α-Ketoglutarate dehydrogenase complex

• Is the PDH complex active in the phosphorylated or nonphosphorylated state?

• Nonphosphorylated state

• What enzyme phosphorylates the PDH complex?

• PDH kinase

• What molecules activate PDH kinase (thus inhibiting the PDH complex)?

• Acetyl CoA, NADH

• What molecules inhibit PDH kinase (thus activating the pyruvate dehydrogenase complex)?

• Pyruvate, decreased levels of adenosine diphosphate (ADP)

• What enzyme dephosphorylates the PDH complex?

• PDH phosphorylase (PDH phosphatase)

• What molecule activates PDH phosphatase (thus activating the PDH complex)?

• Ca2+

• What are the major manifestations of PDH deficiency?

• Lactic acidosis, neurological manifestations

• What is the treatment for PDH deficiency?
• Increased intake of ketogenic nutrients

GLYCOLYSIS

GLYCOLYSIS

• What are the three major classes of carbohydrates?

• 1.Monosaccharides:
• Fructose, glucose, galactose (The diet contains more disaccharides)
• 2. Disaccharides:

• Sucrose = fructose and glucose disaccharide in cane sugar
• Lactose = galactose and glucose disaccharide in milk
• 3. Polysaccharides:

• Starches = large glucose-dominant polysaccharides present in almost all non-animal foods, particularly in potatoes and grains.
• Other carbs: amylose, glycogen, pectins, dextrins, ....
• The diet also contains cellulose, but humans do not have enzymes capable of hydrolyzing cellulose, only normal flora do express cellulase in the large intestine.

• What enzymes hydrolyze starch and glycogen?

• ptyalin (Salivary amylase) and pancreatic amylase digest all the starch and glycogen to small polysaccharides before chyme enters the distal duodenum.

• What enzymes in the gut hydrolyze residual sugars obtained by hydrolysis of pancreatic and salivary amylase?
• Enterocytes contain four major enzymes (lactase, sucrase, maltase, and α-dextrinase) to hydrolyze the disaccharides lactose, sucrose, maltose and small glucose polymers into monosaccharides.

         α-dextrinase= Isomaltase

         malthose = glucose and glucose =disaccharide

• What carbohydrates are absorbed in the intestine?

• Monosaccharides

• What is the simplest of these carbohydrates?

• Monosaccharides

• What is the major fuel source of the brain?

• Glucose

• What are the major metabolic pathway(s) of the brain?

• Glycolysis and amino acid metabolism

• The brain can not use fatty acids because they do not penetrate the blood-brain barrier

• What cells do not contain mitochondria and thus rely only on glycolysis for energy production?

• Erythrocytes

• What type of tissue stores, synthesizes, and mobilizes triglycerides?

• Adipose tissue

• Name the family of glucose carrier proteins that transport glucose into the cell:

• The GLUT proteins → via facilitated diffusion

• What glucose transporter is used by the liver?

• GLUT2

• What glucose transporter is used by adipose tissue and skeletal muscle?

• GLUT4 (dependent insulin)

• Which one of the above transporters is sensitive to insulin?

• GLUT4

• What is the mechanism of action of insulin on this transporter?

• Facilitates movement of the transporter to cell membrane

• What glucose transporter is located on the brush-border membrane of both intestinal and kidney cells?

• SGLT1, SGLT2 →via Secondary active transport (apical side)

• Epithelial cells are polarized with an apical surface facing the lumen or external environment and a basal surface facing the basement membrane.

• What glucose transporter is located in the intestinal and kidney cells that transpoted glucose into blood?

• GLUT2 (basal side)

• The above enzyme is coupled to the transport of what ion to provide energy for glucose transport?

• Na+

• In most tissues, glucose is trapped in the cell by phosphorylation by what enzyme?

• Hexokinase

• What inhibits the above enzyme?

• Feedback inhibition by its product glucose-6-phosphate

• In the liver, glucose is phosphorylated by what enzyme?
• Glucokinase
• What is the major distinction between hexokinase and glucokinase?

• Glucokinase differs from hexokinase in that it requires a much larger glucose concentration (Km) to achieve half saturation.

• Does glucokinase or hexokinase prevent hyperglycemia following a carbohydrate-rich meal?

• -Glucokinase functions to prevent hyperglycemia following a carbohydrate-rich meal.

• Which two organs express glucokinase?

• 1. Liver
• 2. Pancreas

• Describe the kinetics of glucokinase:

• It has a high Km and high Vmax and is not subject to feedback inhibition by glucose-6-phosphate.
• -Glucokinase is indirectly inhibited by fructose 6-phosphate, and is indirectly stimulated by glucose.

• Describe the kinetics of hexokinase:
  -It has a low Km and low Vmax and is subject to feedback inhibition by glucose-6-phosphate.
• What is the effect of insulin on this glucokinase?

• Insulin induces synthesis of the glucokinase.

• Name two functions of glycolysis:

• 1. Degrading glucose to generate adenosine triphosphate (ATP)
• 2. Providing building blocks for synthetic reactions (such as the formation of long-chain fatty acids)

• How much ATP is consumed per mole of glucose that undergoes glycolysis?

• -2 moles are consumed.

• How much ATP is generated per mole of glucose that undergoes glycolysis?

• 4 moles

• What is the net generation of ATP per mole of glucose that undergoes glycolysis?

• 2 moles

• What is the major regulatory enzyme in glycolysis?

• -Phosphofructokinase-I (PFK-I)

• Name the three enzymes of glycolysis that catalyze virtually irreversible reactions:

• -1. Hexokinase
• -2. Phosphofructokinase-I (PFK-I)
• -3. Pyruvate kinase

• What reaction does PFK-I catalyze?

• Fructose-6-phosphate → fructose-1,6-bisphosphate (coupled to the hydrolysis of ATP)

• Name a positive allosteric regulator of this enzyme:

• -Adenosine monophosphate (AMP), fructose-2,6-bisphosphate

• Name an allosteric inhibitor of this enzyme:

• -ATP, citrate

• What reaction does PFK-II catalyze?

• Fructose-6-phosphate → fructose-2,6-bisphosphate

• Is activity of PFK-II a sign of the fed or fasting state?

• Fed state

• Which two glycolytic intermediates liberate enough energy for driving ATP synthesis?

• 1. 1,3-Bisphosphoglycerate
• 2. Phosphoenolpyruvate (PEP)

• What are the two ATP-producing enzymes of glycolysis?

• -1. 3-Phosphoglycerate kinase
• -2. Pyruvate kinase
  (Tip: remember “kinase”)

• Pyruvate kinase catalyzes what reaction?

• Phosphoenolpyruvate (PEP) → pyruvate

• What covalent modification inhibits pyruvate kinase?

• Phosphorylation → via Protein kinase A

• Name the allosteric inhibitors of pyruvate kinase:

• ATP, acetyl coenzyme (CoA); alanine

• Name the allosteric activator of pyruvate kinase:

• Fructose-1,6-bisphosphate

• What are the signs of pyruvate kinase deficiency?

• Anemia, reticulocytosis with macrovalocytosis, increased 2,3-bisphosphoglycerate (BPG) (Tip: remember red blood cells [RBCs] metabolize glucose anaerobically and thus depend solely on glycolysis)

• This disorder is inherited in what pattern?

• Autosomal recessive

• Which enzyme produces nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) in glycolysis?

• Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase

• How much NADH is produced per mole of glucose oxidized to pyruvate?

• 2 moles

• Since erythrocytes do not contain mitochondria, what is the NADH produced in glycolysis used for?

• To reduce pyruvate to lactate

• Where is 2,3-bisphosphoglycerate (BPG) created?

• In the glycolysis cycle from 1,3-BPG to 3-phosphoglycerate (PG)→Red blood cells

• How is the reducing power of NADH transferred to the mitochondria?

• Via the glycerol-3-phosphate shuttle or malate aspartate shuttle

• What are the possible fates of pyruvate produced in the cell?

• -1) oxidatively decarboxylated by pyruvate dehydrogenase, producing acetyl CoA
• -2) carboxylated to oxaloacetate (a TCA cycle intermediate) by pyruvate carboxylase (biotin=vit B7)

• 3) reduced by microorganisms to ethanol by pyruvate decarboxylase (coenzyme: thiamine pyrophosphate=TPP=vit B1)
• -4) reduced by lactate dehydrogenase to lactate.
• -5) It can be converted to alanine by ALT (alanine amoinotransferase)(PLP=vit B6)

• How many moles of ATP are required to generate glucose from pyruvate?(NADH=3 ATP)

• 8 moles

• Under anaerobic conditions, pyruvate is converted to what molecule?

• Lactate (anaerobic conditions result in less ATP production than aerobic conditions) = 2 mole

• What enzyme catalyzes the aforementioned reaction?
• Lactate dehydrogenase

متابولیسم گالاکتوز

آموزش صفر تا صد بیوشیمی در یوتیوب

برای رفتن به کانال یوتیوب، روی تصویر زیر کلیک کن:

 

---

متابولیسم گالاکتوز

منبع اصلی گالاکتوز لاکتوز است و توسط لاکتاز روده به گالاکتوز و گلوکز تبدیل می شود.

تبدیل گالاکتوز به گالاکتوز 1 فسفات  توسط گالاکتوزکیناز در کبد

تولید UDP-گالاکتوز و گلوکز 1 فسفات، با جابه جایی گالاکتوز 1فسفات با UDP-گلوکز بوسیله آنزیم گالاکتوز 1 فسفات یوریدیل ترانسفراز (GALT)(آنزیم محدودکننده سرعت)

UDP-گالاکتوز توسط آنزیم یوریدیل دی فسفو گالاکتوز 4-اپی مراز به UDP-گلوکز مجدداً تبدیل می شود.

UDP-گالاکتوز واحدهای گالاکتوز را برای سنتز گلیکوپروتئینها، گلیکولیپیدها، پروتئوگلیکانها و همچنین سنتز لاکتوز در بافت پستانی فراهم می کند.

تولید شیر در غدد شیر ساز توسط لاکتوز سنتاز که خود از دو پروتئین گالاکتوزیل ترانسفراز (در اغلب سلولها وجود دارد) و α-لاکتالبومین(در غدد شیر ساز وجود دارد) تشکیل شده کاتالیز می گردد. در این واکنش UDP-گالاکتوز با گلوکز ترکیب شده و لاکتوز و UDP را تولید می کند. پرولاکتین تولید گالاکتوزیل ترانسفراز و α-لاکتالبومین را بالا می برد.

گلوکز 1 فسفات توسط فسفو گلوکو موتاز به گلوکز 6 فسفات تبدیل می شود.

نقص در سه واکنش آنزیمی

1-گالاکتوکیناز

2-گالاکتوز 1 فسفات یوریدیل ترانسفراز (GALT)

3-اپی مراز

منجر به گالاکتوزمی و گالاکتوزوری می شود که معمول ترین آنها کمبود GALT می باشد.

علت آب مروارید یا کاتاراکت زودرس در نوزادان مبتلا به گالاکتوزمی:

آنزیم آلدوز ردوکتاز مازاد گالاکتوز را احیاء کرده و به گالاکتیتول یا دولسیتول که از نظر اسمزی فعال است تبدیل می کند.

---

کانال تلگرامی ما biochemABC@  

روی آیکون تلگرام کلیک کنید.

گلیکوژنولیز (تجزیه گلیکوژن)

آموزش صفر تا صد بیوشیمی در یوتیوب: متابولیسم شیلومیکرون به زبان

ساده

برای رفتن به کانال یوتیوب، روی تصویر زیر کلیک کن:

 

---

گلیکوژنولیز (تجزیه گلیکوژن)

آنزیم گلیکوژن فسفریلاز با افزودن گروه فسفات اتصالات 4→1 α را شکسته و گلوکز انتهایی را بصورت گلوکز 1 فسفات آزاد می کند.

گلوکز 1 فسفات بوسیله آنزیم فسفو گلوکو موتاز به گلوکز 6فسفات تبدیل شده و در نهایت گلوکز 6 فسفات توسط آنزیم گلوکز 6فسفاتاز به گلوکز تبدیل می شود که می تواند از سلول خارج شود.

در عضله آنزیم گلوکز 6 فسفاتاز وجود ندارد در نتیجه گوکز 6 فسفات مستقیماً وارد مسیر گلیکولیز می شود در نتیجه انرژی گلیکوژن عضلانی نسبت به کبدی 1 مولکول ATP بیشتر است.

گلیکوژن عضلانی نقشی تنظیم گلوکز خون ندارد(فقدان گلوکز 6 فسفاتاز در عضلات).

وقتی که با فعالیت گلیکوژن فسفریلاز طول زنجیره به 4 واحد گلوکز نسبت به شاخه رسید فعالیت آنزیم متوقف شده و با فعالیت آنزیم شاخه شکن سه واحد از 4 واحد به زنجیره اصلی منتقل شده و با مکانیسم هیدرولیز، پیوند 6→1 α آخرین واحد را شکسته و گلوکز را آزاد می کند.

تنظیم فعالیت گلیکوژن فسفریلاز

گلیکوژن فسفریلاز بصورت فسفریله فعال و دفسفریله غیر فعال است.

دو نوع گلیکوژن فسفریلاز داریم یکی عضلانی و دیگری کبدی

این آنزیم با دو مکانیسم تنظیم می شود.

1-مکانیسم فسفریلاسیون-دفسفریلاسیون

2-مکانیسم آلوستریک

1-مکانیسم فسفریلاسیون-دفسفریلاسیون

الف-توسط فسفریلاز کیناز b:

در ابتدا لازم به ذکر است که شکل اصلی فسفریلاز در حالت استراحت فسفریلاز غیر فعال و در حالت فعالیت شدید عضلانی هورمون اپی نفرین با مکانیسم فسفریلاسیون،  فسفریلاز غیرفعال را به فرم فعال تبدیل می کند.

در پاسخ به اپی نفرین در عضله، کبد و گلوکاگون در کبد به دلیل فعال شدن آدنیلات سیکلاز غلظت پیامبر ثانویه cAMP   افزایش پیدا می کند که خود این ترکیب سبب فعال شده پروتئین کیناز وابسته به cAMP یعنی PKA می گردد. نهایت PKA سبب فسفریله شدن فسفریلاز کیناز b (فعال سازی) شده که آنزیم فوق فعال شده سبب فسفریلاسیون گلیکوژن فسفریلاز گشته و آنزیم فعال شده و سبب تجریه گلیکوژن یا فعال شدن مسیر گلیکوژنولیز می گردد.

نکته: عضلات گیرنده گلوکاگون ندارند.

ب- توسط فسفو پروتئین فسفاتاز 1 :

با دفسفریلاسیون سبب دفسفریلاسیون گلیکوژن فسفریلاز شده آنرا غیرفعال میکند.

2-تنظیم با مکانیسم آلوستریک:

تنظیم با مکانیسم آلوستریک در عضله:

الف- یون کلسیم:

در انقباض عضلانی، با افزایش یون کلسیم و اتصال به آنزیم فسفریلاز کیناز b و فعال شدن آن گلیکوژن فسفریلاز فسفریله و فعال می شود.

فسفریلاز کیناز دارای یک زیر واحد δ (کالمودولین) است که به یون کلسیم متصل می شود.

ب-AMP :

در اثر فعالیت عضلانی و تجزیه ATP میزان AMP افزایش یافته و با اتصال به فسفریلاز آنرا فعال می نماید.

زمانی که ATP  به میزان کافی وجود داشته باشد ATP جایگاه آلوستریک AMP را اشغال کرده و فسفریلاز غیر فعال می شود.

تنظیم با مکانیسم آلوستریک در کبد:

گلوکز با اتصال به آنزیم سبب مهار گلیکوژن فسفریلاز می شود. با این اتصال در اثر عمل پروتئین فسفاتاز 1، آنزیم دفسفریله و غیر فعال می شود.

---

 

آموزش صفر تا صد بیوشیمی در یوتیوب

برای رفتن به کانال یوتیوب، روی تصویر زیر کلیک کن:

گلیکوژنز (سنتزگلیکوژن)

آموزش صفر تا صد بیوشیمی در یوتیوب: رسم فرم حلقوی گلوکز، گالاکتوز و مانوز به زبان ساده

برای رفتن به کانال یوتیوب، روی تصویر زیر کلیک کن:

 

---

گلیکوژنز(سنتزگلیکوژن)

محل اصلی سنتز گلیکوژن در کبد و عضلات است.

گلیکوژن فرم ذخیره ای گلوکز است که از اتصال واحدهای گلوکز با پیوند α 1→4 در زنجیره اصلی و 6→1 α در شاخه ایجاد می شود.

گلیکوژن کبدی تنظیم کننده گلوکز خون است ولی گلیکوژن عضلانی برای تولید انرژی عضلات به کار می رود.

سوبسترای تأمین کننده مولکول های گلوکز برای گلیکوژنز UDP-Glu می باشد که توسط آنزیم گلوکز 1 فسفات یوریدیل ترانسفراز از گلوکز 1 فسفات ایجاد می شود.

ابتدا گلوکز توسط آنزیم هگزوکیناز در عضله و گلوکوکیناز در کبد به گلوکز 6 فسفات تبدیل می شود و سپس توسط آنزیم گلوکوموتاز گلوکز 6 فسفات را به گلوکز 1 فسفات تبدیل می کند.

محل اضافه شدن واحدهای گلوکز فعال شده در گلیکوژن به انتهای غیر احیاء کننده کربن شماره 4 بوده که توسط آنزیم گلیکوژن سنتاز ایجاد می شود.

زمانی گلیکوژن سنتاز واحدهای گلوکز را اضافه می کند که مولکول ابتدائی برای سنتز گلیکوژن وجود داشته باشد.

پس در ابتدای تشکیل مولکول گلیکوژن نیاز به یک پرایمر یا مولکول ابتدائی است که پروتئینی به نام گلیکوژنین می باشد که فعالیت گلوکوزیل ترانسفراز داشته و وابسته به Mn بوده و دارای 8 واحد گلوکز است.

به خاطر فعالیت اتوکاتالیکتیکی که گلیکوژنین دارد ابتدا یک مولکول گلوکز از طریق پیوند گلیکوزیدی به زنجیره جانبی تیروزین 194 گلیکوژنین متصل شده و بعد واحدهای دیگر گلوکز متصل میگردند تا زنجیره کوتاه 8 واحد تشکیل شود.

گلیکوژن سنتاز واحدهای گلوکز را از UDP-Glu برداشته و با اتصالات 4→1 α به انتهای غیر احیاکننده متصل می کند.

زمانیکه طول شاخه به 11واحد گلوکز رسید آنزیم شاخه ساز یک قطعه 6 تا 7 واحد گلوکز را برداشته و با پیوند 6→1 α به زنجیره اصلی متصل می کند تا شاخه جدید ایجاد شود. پس آنزیم شاخه ساز آنزیمی دو کاره است که سبب شکست پیوند 4→1 و تشکیل پیوند 6→1 می شود.

مجدداً گلیکوژن سنتاز به افزایش طول زنجیره ها ادامه میدهد تا شرایط برای فعالیت آنزیم شاخه ساز فراهم گردد.

برای ورود یک مولکول گلوکز به ساختمان گلیکوژن 2 مولکول ATP مصرف می شود.

تنظیم فعالیت گلیکوژن سنتاز

گلیکوژن سنتاز توسط دو نوع مکانیسم تنظیم می شود.

1-تنظیم با مکانیسم فسفریلاسیون-دفسفریلاسیون

2-تنظیم با مکانیسم آلوستریک

1-تنظیم با مکانیسم فسفریلاسیون-دفسفریلاسیون

بطورکلی آنزیم گلیکوژن سنتاز به دو شکل غیرفسفریله فعال و فسفریله غیر فعال وجود دارد.

فسفریلاسیون آنزیم توسط کیناز های مختلفی مانند پروتئین کیناز A و گلیکوژن سنتاز کیناز 3 و.... صورت می گیرد.

فسفوپروتئین فسفاتاز 1 مسئول دفسفریلاسیون و فعال سازی گلیکوژن سنتاز می باشد.

2-تنظیم با مکانیسم آلوستریک

گلوکز و گلوکز 6 فسفات فعال کننده و گلیکوژن مهار کننده  آنزیم می باشند.

---

  کانال تلگرامی ما biochemABC@  

روی آیکون تلگرام کلیک کنید.

چرخه گلی اکسیلات

آموزش صفر تا صد بیوشیمی در یوتیوب: نکات مهمی که در مورد

متابولیسم HDL باید بدونی

برای رفتن به کانال یوتیوب، روی تصویر زیر کلیک کن:

---

چرخه گلی اکسیلات

این چرخه مسیری برای تبدیل استیل کوا مشتق شده از استات، اسید چرب است که به گلوکز تبدیل می شود یا تبدیل استات ، اسیدهای چرب به گلوکز.

در گیاهان، برخی بی مهرگان و برخی میکروارگانسیم ها وجود دارد منتهی در مهره داران یافت نمی شود.

محل انجام واکنش: در داخل گلی اکسی زوم سلولهای گیاهی

واکنشهای این چرخه تاحدی مشابه واکنشهای چرخه کربس است.

در دو واکنش اول ابتدا استیل کوا و اگزالواستات توسط سیترات سنتاز به سیترات تبدیل می شود و سپس توسط اکونیتاز سیترات به ایزوسیترات تبدیل می شود.

در واکنش بعدی به جای دکربوکسیلاسیون چرخه کربس ایزوسیترات توسط ایزوسیترات لیاز به سوکسینات و گلی اکسیلات تبدیل می گردد.

گلی اکسیلات با یک مولکول دیگر استیل کوا توسط آنزیم مالات سنتاز ترکیب شده و تشکیل مالات را میدهد.

سوکسینات و مالات در ادامه واکنش همانند واکنشهای چرخه کربس تولید دو مولکول اگزالو استات را میدهند.

آنزیم های اختصاصی این چرخه: ایزوسیترات لیاز و مالات سنتاز می باشد.

در نتیجه این واکنش از دو مولکول استیل کوا یک مولکول اگزالو استات ساخته می شود.

---

  کانال تلگرامی ما biochemABC@  

روی آیکون تلگرام کلیک کنید.

واکنشهای آناپلروتیک یا پرکننده

آموزش صفر تا صد بیوشیمی در یوتیوب: آنزیم LCAT در برابر

آنزیم ACAT

برای رفتن به کانال یوتیوب، روی تصویر زیر کلیک کن:

---

واکنشهای آناپلروتیک یا پرکننده

به واکنشهایی غیر از چرخه کربس می گویند که مواد حد واسط چرخه کربس را تولید می کنند.

از واکنشهای آناپلروتیک مهم میتوان به:

1-پیروات کربوکسیلاز که در حضور بیوتین و ATP پیروات را به اگزالواستات تبدیل می کند.

2-گلوتامات دهیدروژناز که در حضور NAD(P⁺) گلوتامات را به α-کتوگلوتارات تبدیل می کند.

3-متیل مالونیل کوا موتاز که L-متیل مالونیل کوا را به سوکسینیل کوا تبدیل می کند.

4- پرپیونیل کوا کربوکسیلاز که D-متیل مالونیل کوا تولید کرده که در ادامه به سوکسینیل کوا تبدیل می شود.

نکته: در مورد آسپارتات ترانس آمیناز که آسپارتات را به اگزالواستات تبدیل می کند میتوان گفت که این واکنش همراه است به تبدیل α-کتوگلوتارات به گلوتامات بعبارت دیگر با تولید یک ترکیب واسط چرخه کربس، یک ترکیب واسط دیگر مصرف می شود در نتیجه خالص آن صفر است .

---

آموزش صفر تا صد بیوشیمی در یوتیوب : کدینگ مهارکننده های

کمپلکس IV زنجیر انتقال الکترون

برای رفتن به کانال یوتیوب، روی تصویر زیر کلیک کن:

 

---

چرخه کربس

آموزش صفر تا صد بیوشیمی در یوتیوب: نکات کلیدی در مورد گلوتاتیون

 

برای رفتن به کانال یوتیوب، روی تصویر زیر کلیک کن:

 

---

چرخه کربس

شامل هشت واکنش آنزیمی است.

بصورت یک مسیر حلقوی در میتوکندری انجام می شود.

بعنوان مسیر آمفی بولیک در هر دو فرآیند آنابولیکی و کاتابولیکی کربوهیدراتها، اسیدهای چرب  و اسید های آمینه شرکت می کند.

واکنش های چرخه کربس

واکنش① ترکیب استیل کوا و اگزالواستات بوسیله آنزیم سیترات سنتاز

واکنش② تبدیل سیترات به ایزوسیترات با جابه جا شدن گروه هیدروکسیل توسط آکونیتاز که در ابتدا تولید ترکیب واسط آکونیتات می نماید و بعد ایزوسیترات تولید می شود.

واکنش③ دهیدروژناسیون ایزوسیترات به اگزالوسوکسینات که ناپایدار بوده و در اثر دکربوکسیلاسیون به α-کتوگلوتارات توسط آنزیم ایزوسیترات دهیدروژناز تبدیل می شود.

واکنش④ دکربوکسیلاسیون اکسیداتیو α-کتوگلوتارات به سوکسینیل کوا توسط α-کتوگلوتارت دهیدروژناز (واکنش مشابه تبدیل پیروات به استیل کوا)

واکنش⑤ تبدیل سوکسینیل کوا به سوکسینات توسط سوکسینات تیوکیناز یا سوکسینیل کوا سنتتاز

واکنش⑥ اکسیداسیون سوکسینات به فومارات توسط سوکسینات دهیدروژناز

واکنش⑦ هیدراتاسیون فومارات به مالات توسط فوماراز

واکنش⑧اکسیداسیون مالات به اگزالواستات توسط مالات دهیدروژناز

تا واکنش 4 فاز همراه با دکربوکسیلاسیون است واکنش 5 به بعد فاز بدون دکربوکسیلاسیون می باشد.

نکات مربوط به سیکل کربس

سیترات اولین محصول واکنش می باشد که یک ترکیب شش کربنه با سه گروه کربوکسیل(نام دیگر چرخه تری کربوکسیلیک اسید)

سیترات و ایزوسیترات ترکیبات شش کربنه

α-کتوگلوتارات ترکیب پنج کربنه

بقیه محصولات چرخه کربس 4 کربنه هستند (سوکسینات، فومارات، مالات و اگزالواستات) .

در طی چهار واکنش اول دو مرحله دکربوکسیلاسیون وجود دارد که در آن سیترات شش کربنه به محصول 4 کربنه تبدیل می شود در طی چهار واکنش باقیمانده که بدون دکربوکسیلاسیون است مجدداً اگزالواستات تولید می شود.

اگزالواستات در طول مسیر مصرف نمی شود و در انتهای مسیر مجدداً تولید می شود بدین ترتیب نقش کاتالیتکی دارد.

تمام واکنشها دو طرفه هستند به جزء سیترات سنتاز، ایزوسیترات دهیدروژناز و α-کتوگلوتارات

چهار واکنش چرخه کربس از نوع دهیدروژناسیون هستند که سه تای آنها به NAD⁺ نیاز دارند و واکنش دیگر به FAD نیازمند است.

به ازای هر دور چرخه 10 موکلول ATP تولید می شود که 9 مولکول آن در اثر فسفریلاسیون اکسیداتیو (3 مولکول NADH معادل 5/7 ATP و 1 مولکول FADH معادل 5/1 ATP)

1 ملکول ATP هم در اثر فسفریلاسیون در سطح سوبسترا بوجود می آید.

تنها واکنش فسفریلاسیون در سطح سوبسترا واکنش سوکسینات تیوکیناز یا سوکسینیل کوا سنتتاز است. این آنزیم در بافتهای غیر گلوکوژنیک از ADP بعنوان گیرنده فسفات استفاده می کند اما در بافتهای گلوکوژنیک مانند کبد و کلیه از ADP یا GDP بعنوان گیرنده فسفات استفاده می کند.

آنزیم اکونیتاز حاوی مرکز Fe-S می باشد که در تنظیم آهن سلول دخالت دارد.

ویتامینهای این چرخه شامل B5,B3,B2,B1 می باشند.

کوآنزیم های مورد نیاز برای این چرخه عبارتند از TPP، FAD و NAD⁺ و کوا بوده که به ترتیب از ویتامینهایB5,B3,B2,B1  مشتق می شوند.

ایزوسیترات دهیدروژناز سه ایزوزیم دارد که یکی وابسته به NAD⁺ است و در میتوکندری قرار دارد دو تای دیگر وابسته به NADP⁺ در میتوکندری و سیتوزول قرار دارند.

واکنش پیروات دهیدروژناز

این واکنش یک پل ارتباطی میان پیروات حاصل از گلیکولیز و سایر مسیرهای کاتابولیکی با چرخه کربس است.

در این واکنش پیروات به استیل کوا تبدیل می شود.

این واکنش توسط کمپلکس آنزیمی شامل سه آنزیم، E1 ، پیروات دهیدروژناز و E2 ، دی هیدرولیپوآمید استیل تراسفراز و E3 هیدرولیپوآمید دهیدروژناز کاتالیز می شود.

کوآنزیم های این واکنش: کوا،NAD⁺، FAD،TPP و لیپوات است.

NAD⁺ و کوا بدلیل آنکه در پایان واکنش به استیل کوا و NADH که شکل تغییر یافته است تبدیل می شوند بعنوان کوسوبسترا عمل می کند و سه کوآنزیم دیگر TPP و لیپوات و FAD به ترتیب گروه پروستتیک E1 و E2 و E3  هستند در پایان واکنش به حالت اول بر می گردند.

بخش E3 در کمپلکس α-کتوگلوتارات و پیروات دهیدروژناز  یکسان است.

تنظیم چرخه کربس

کنترل کلی چرخه کربس

این کنترل جهت هماهنگی با سایر مسیرهای تولید کننده انرژی مانند گلیکولیز، بتا اکسیداسیون و زنجیره تنفسی می باشد و به دو طریق متابولیکی (تأمین سوبستراهای اولیه مانند استیل کوا) و تنفسی(دسترسی به NAD⁺ و FAD) می باشد.

کنترل ظریف چرخه

کمپلکس پیروات دهیدروژناز

هر سه جزء کمپلکس تحت کنترل قرار دارند.

کنترل E1(آنزیم اولیه کمپلکس پیروات دهیدروژناز) با واکنشهای فسفریلاسیون – دفسفریلاسیون توسط پیروات دهیدروژناز کیناز و پیروات دهیدروژناز فسفاتاز انجام می گیرد.آنزیم E1 در حالت دفسفریله فعال است.

هورمونهای α1-آدرنرژیک ، وازوپرسین، انسولین یونهای کلسیم و منیزیم باعث فعال شدن پیروات دهیدروژناز فسفاتاز شده در نتیجه آنزیم E1 را فعال می کنند.

پیروات دهیدروژناز کیناز توسط NADH, ATP و استیل کوا فعال و توسط NAD⁺ و پیروات مهار می شود در نتیجه آن به ترتیب آنزیم E1 غیر فعال و در مورد بعدی فعال می گردد.

بخش E2 و E3 از طریق آلوستریک به ترتیب توسط NADH و استیل کوا مهار می شود و توسط کوا و NAD⁺ فعال می گردد.

سه واکنش یک طرفه چرخه کربس

1-ایزوسیترات دهیدروژناز توسط Ca²⁺ و AMP و ADP بصورت آلوستریک فعال و توسط NADH و ATP مهار می شوند.

2-بخش E1 α-کتوگلوتارات دهیدروژناز توسط Ca²⁺ بصورت آلوستریک فعال و سوکسینیل کوا و NADH و GTP مهار کننده این کمپلس هستند.

3-فعالیت سیترات سنتاز تحت کنترلی دسترسی به استیل کوا و اگزالواستات قرار دارد که خود به واکنشهای دیگر وابسته است در نتیجه آنزیم نقش تنظیمی چندانی ندارد.

مهار کننده های آنزیمی

1-مهار بخش E2 کمپلکس آنزیمی پیروات دهیدروژناز و α-کتوگلوتارات دهیدروژناز توسط آرسنیت و جیوه

2-مهار اکونیتاز توسط فلورواستات

3-مهار سوکسینات دهیدروژناز توسط مالونات

کمبود آنزیمی

1-کمبود ارثی فوماراز سبب اختلال عصبی و عضلانی می شود بعد از تولد می شود که همراه است با دفع ادراری فومارات، مالات ، سوکسینات و α-کتوگلوتارات و سیترات.

2-کمبود اگزالواستات در هنگام کمبود کربوهیدرات ها(در حالت ناشتا و گرسنگی) و یا اختلال در مصرف کربوهیدراتها (دیابت)

3- کمبود ویتامینهای B5,B3,B2,B1 خصوصاً تیامین

---

  کانال تلگرامی ما biochemABC@  

روی آیکون تلگرام کلیک کنید.