CARBOHYDRATE METABOLISM

งานนำเสนอเรื่อง: "CARBOHYDRATE METABOLISM"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 CARBOHYDRATE METABOLISM
: GLUCONEOGENESIS : GLYCOGEN METABOLISM

2 GLUCONEOGENESIS - เกิดขึ้นในเซลล์ตับ (90%)และไต (10%)
- เกิดขึ้นในเซลล์ตับ (90%)และไต (10%) - เกิดขึ้นเพื่อเปลี่ยน lactate ที่เกิดขึ้นในเซลล์กล้ามเนื้อจากการย่อยสลายกลูโคสในสภาวะไร้ออกซิเจนเมื่อต้องออกกำลังมากและ lactate จากเซลล์เม็ดเลือดแดงให้กลับเป็นกลูโคส - เกิดขึ้นเมื่อ glycogen สะสมในร่างกายเริ่มหมดลง โดยใช้กรดอะมิโนจากโปรตีนในกล้ามเนื้อ - นอกจากนี้ glycerol ที่เกิดขึ้นจากการย่อยสลาย triglyceride และสารมัธยันตร์ใน TCA cycle ยังใช้ในการสร้างกลูโคสได้ - การสังเคราะห์กลูโคสวิธีนี้ไม่พึ่งพา acetyl CoA ที่ได้จากสารพวกไขมันแต่อย่างใด ยกเว้นกรณีที่เกิดขึ้นในพืชโดยวิถี glyoxylate pathway - กรดอะมิโน lysine และ leucine เท่านั้นที่ไม่สามารถใช้สร้างกลูโคสได้

3 GLUCONEOGENESIS ส่วนใหญ่ใช้ปฏิกิริยาในวิถีไกลโคไลซิส
ยกเว้นปฏิกิริยาที่ทำงานโดยเอนไซม์ hexokinase (glucokinase), phosphofructokinase, และ pyruvate kinase

4 GLUCONEOGENESIS - การเปลี่ยน pyruvate เป็น phosphoenolpyruvate เพื่อเริ่มการสังเคราะห์กลูโคสต้องอาศัย 2 ปฏิกิริยาเฉพาะ คือ 1. ปฏิกิริยาที่อาศัยการทำงานของเอนไซม์ pyruvate carboxylase ซึ่งต้องอาศัย biotin เป็นโคเอนไซม์และเอนไซม์นี้พบเฉพาะใน mitochondrial matrix เท่านั้น acetyl-coenzymeA หรือ acylated coenzyme A เป็น allosteric activator

5 GLUCONEOGENESIS 2. ปฏิกิริยาที่อาศัยการทำงานของเอนไซม์
phosphoenolpyruvate carboxykinase เอนไซม์นี้ในเซลล์สิ่งมีชีวิตบางชนิด เช่น ในคน พบทั้งใน cytosol และ mitochondrial matrix แต่บางชนิดพบเฉพาะที่ใดที่หนึ่ง

6 GLUCONEOGENESIS ในเซลล์ที่มีเอนไซม์ phosphoenolpyruvate carboxykinase
เฉพาะใน cytosol oxaloacetate ซึ่งไม่สามารถขนส่งผ่าน membrane ของไมโตคอนเดรียได้ ต้องถูกเปลี่ยนเป็น malate ซึ่งเป็นรูปที่ขนส่งออกนอกไมโตคอนเดรียได้และถูกเปลี่ยนกลับมา เป็น oxaloacetate อีกทีใน cytosol ก่อนเข้าสู่ปฏิกิริยาเปลี่ยนให้ เป็น phosphoenolpyruvate แล้วใช้ปฏิกิริยาในวิถีไกลโคไลซิส เปลี่ยนต่อไปจนได้ fructose-1,6-bisphosphate

7 GLUCONEOGENESIS เมื่อได้ fructose-1,6-bisphosphate แล้ว
ปฏิกิริยาต่อไปจะใช้ปฏิกิริยาเฉพาะจากการทำงานของเอนไซม์ fructose-1,6-bisphosphatase citrate กระตุ้นการทำงานของเอนไซม์นี้ AMP, -D-fructose-2,6-bisphosphate เป็น allosteric inhibitor ของเอนไซม์นี้ โดยมี fructose-2,6-bisphosphate เป็นตัวเสริมฤทธิ์ การยับยั้งของ AMP

8 GLUCONEOGENESIS ปฏิกิริยาสุดท้ายเป็นการเปลี่ยน glucose-6-phosphate เป็น Glucose โดยการทำงานของเอนไซม์ glucose-6-phosphatase ซึ่งพบอยู่ใน membrane ของ endoplasmic reticulum (ER) ของเซลล์ตับและเซลล์ไต แต่ไม่พบในเซลล์กล้ามเนื้อและเซลล์สมอง ดังนั้นการสร้างกลูโคสจึงไม่พบในเซลล์ทั้งสองชนิดนี้ vesicle ที่บรรจุกลูโคสถูกส่งไปที่plasma membrane ที่ซึ่งถุงนี้หลอมรวมแล้วปลดปล่อยกลูโคสออกสู่กระแสเลือด

9 REGULATION OF GLUCONEOGENESIS

10 GLUCONEOGENESIS NET REACTION FROM PYRUVATE TO GLUCOSE

11 OVERVIEW OF BIOSYNTHETIC PATHWAYS OF 8 ESSENTIAL MONOSACCHARIDES

12 GLYCOGEN METABOLISM ไกลโคเจนถูกสะสมอยู่ใน cytosol
ของเซลล์ตับและเซลล์กล้ามเนื้อใน รูปของgranuleที่มีน้ำหนักโมเลกุล ตั้งแต่ 6 ล้านถึง1,600 ล้าน

13 เริ่มแรกมาจากการทำงานของเอนไซม์
GLYCOGEN DEGRADATION เริ่มแรกมาจากการทำงานของเอนไซม์ Glycogen phosphorylase เกิดปฏิกิริยา Phosphorolysis ขึ้นที่ปลายนอนรีดิวซิ่ง ได้ผลิตภัณฑ์เป็น limit dextrin และ glucose-1-phosphate *นับเป็นความชาญฉลาดของเซลล์ที่ไม่เลือกใช้ ปฏิกิริยาแบบ hydrolysis ซึ่งจะได้ผลิตภัณฑ์เป็น กลูโคสและต้องลงทุนอีก 1 ATP ในการเปลี่ยน เป็น glucose-1-phosphate

14 Glycogen phosphorylase
- ปฏิกิริยาที่เร่งโดยเอนไซม์นี้เป็นขั้นควบคุมอัตราเร็วของการย่อยสลายไกลโคเจน - ต้องการ pyridoxal-5’-phosphate, PLP (vitamin B6) เป็น cofactor - ATP, glucose-6-phosphate และ glucose เป็น allosteric inhibitor - AMP เป็น allosteric activator - การทำงานของเอนไซม์ยังถูกควบคุมโดยการเกิด covalent modification (phosphorylation/dephosphorylation)

15 เริ่มแรกการทำงานแบบ oligo (1,4 → 1,4)
GLYCOGEN DEGRADATION Limit dextrins จะถูกย่อยต่อด้วย debranching enzyme ซึ่งมี 2 การทำงาน เริ่มแรกการทำงานแบบ oligo (1,4 → 1,4) glucantransferase ตัดน้ำตาล 3 หน่วยที่ ต่อเชื่อมกันแล้วนำไปต่อเชื่อมเข้ากับปลาย นอนรีดิวซิ่งของสายพอลิเมอร์ที่อยู่ใกล้เคียง กับจุดเกิดแขนงกิ่งนั้น ทำให้เหลือกลูโคสอยู่ 1 หน่วยเกาะอยู่ที่จุดเกิดแขนงนั้น

16 การทำงานแบบ-(1→6)glucosidase จะทำงานต่อ ตัดกลูโคส 1 หน่วยที่คา
GLYCOGEN DEGRADATION การทำงานแบบ-(1→6)glucosidase จะทำงานต่อ ตัดกลูโคส 1 หน่วยที่คา อยู่ที่จุดเกิดแขนงกิ่งออก ทำให้โมเลกุล ของไกลโคเจนมีแขนงกิ่งลดลงไปหนึ่ง แขนงกิ่ง แล้วการย่อยสายพอลิเมอร์นั้น ก็ดำเนินต่อไปด้วยเอนไซม์ glycogen phosphorylase การย่อยจะเกิดหมุน เวียนเป็นลำดับดังนี้จนกว่าโมเลกุลของ ไกลโคเจนจะถูกย่อยลงอย่างสมบูรณ์ ปริมาณ Pi สูงจะกระตุ้นการย่อยสลาย

17 GLYCOGEN DEGRADATION Glucose-1-phosphate ที่เกิดขึ้นจะถูกเปลี่ยนเป็น
Phosphoglucomutase เพื่อเข้าสู่วิถีไกลโคไลซิสต่อไป

18 GLYCOGEN SYNTHESIS - ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ไม่ได้เป็นการ ย้อนทวนปฏิกิริยาการย่อยสลาย - โมเลกุลของกลูโคสต้องถูกกระตุ้นให้ อยู่ในสภาพพร้อมขนถ่ายโดยถูกสร้าง ให้อยู่ในรูป น้ำตาลนิวคลีโอไทด์ ( sugar nucleotide) ซึ่งก็คือ UDP-glucose

19 UDP-GLUCOSE SYNTHESIS
ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าได้ จากการเกิดปฏิกิริยา hydrolysis ของ pyrophosphate ในสัตว์ UDP-glucose เป็นตัวให้หน่วย กลูโคสสำหรับการสังเคราะห์ไกลโคเจน แต่การสังเคราะห์แป้งในพืช บทบาทนี้ กลับเป็นของ ADP-glucose Glucose-1-P + UTP + H2O→UDP-glucose + 2 Pi

20 เริ่มต้นการสังเคราะห์ต้องอาศัย ซึ่งสามารถเกิด autoglycosylation
GLYCOGEN SYNTHESIS เริ่มต้นการสังเคราะห์ต้องอาศัย protein primer : glycogenin ซึ่งสามารถเกิด autoglycosylation รับเอากลูโคสจาก UDP-glucose มาเชื่อมต่อจนมีความยาวระดับหนึ่ง จากนั้นเอนไซม์ glycogen synthase จึงเข้ามารับช่วงการทำงานต่อสาย พอลิเมอร์ทางปลายนอนรีดิวซิ่งให้ ยาวต่อไป

21 เมื่อสายพอลิเมอร์ยาวขึ้นอย่างน้อย 11 หน่วย ก็จะถูกตัดออกส่วนหนึ่ง
GLYCOGEN SYNTHESIS เมื่อสายพอลิเมอร์ยาวขึ้นอย่างน้อย 11 หน่วย ก็จะถูกตัดออกส่วนหนึ่ง เป็นความยาว 6-8 หน่วยกลูโคส จากปลายนอนรีดิวซิ่ง ส่วนที่ถูกตัด ออกนี้จะถูกนำไปต่อเชื่อมในสาย พอลิเมอร์เดียวกันหรือต่างสายจาก การทำงานของเอนไซม์ amylo- (1,4→1,6) –transglycosylase (branching enzyme) การเกิด แขนงกิ่งเกิดขึ้นทุกๆ 8-10 หน่วย กลูโคส

22 GLYCOGEN METABOLISM ถูกควบคุมด้วยฮอร์โมน
muscle

23

24 การควบคุมการสังเคราะห์และการย่อยสลายไกลโคเจนในตับ