Metabolismus sacharidů

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání

Metabolismus sacharidů jsou biochemické procesy zahrnující tvorbu, proměnu a rozklad sacharidů v živých organizmech.

Sacharidy jsou základem mnoha hlavních metabolických cest.[1] Například rostliny syntetizují sacharidy z oxidu uhličitého a vody fotosyntézou, což jim dovoluje ukládat energii absorbovanou vnitřním slunečním světlem.[2] Živočichové a houby konzumují rostliny a používají buněčné dýchání k tomu, aby rozložili sacharidy z rostlin pro zisk energie v buňkách. [2] Zvířata i rostliny dočasně ukládají uvolněnou energii ve formě molekul s vysokou energií do ATP, pro následné použití v různých buněčných procesech.[3] Ačkoli lidé konzumují celou řadu sacharidů, trávení rozkládá složité sacharidy pouze na několik jednoduchých monomerů (monosacharidů) pro následné využití: glukózu, fruktózu a galaktózu.[4] Glukóza představuje asi 80 % produktu a je primární strukturou, která je distribuována do buněk v tkáních, kde je uložena jako glykogen.[3] [4] Při aerobním dýchání jako nejčastější formě buněčného dýchání u lidí se glukóza a kyslík metabolizuje, aby uvolňoval energii za vzniku oxidu uhličitého a vody jako vedlejších produktů.[2] Většina fruktózy a galaktózy cestuje do jater, kde je lze přeměnit na glukózu.[4] Některé jednoduché i složité sacharidy mají své vlastní enzymatické oxidační cesty. Například disacharidová laktóza vyžaduje enzymatickou laktázu, která se rozpadá na monosacharidové složky, glukózu a galaktózu.[5]

Metabolické dráhy[editovat | editovat zdroj]

Přehled spojení mezi metabolickými procesy

Glykolýza[editovat | editovat zdroj]

Glykolýza je proces rozpadu molekuly glukózy na dvě molekuly pyruvátu, přičemž se ukládá energie uvolňovaná během tohoto procesu do ATP a NADH.[2] Téměř všechny organismy, které rozkládají glukózu, využívají glykolýzu.[2] Regulace glukózy a užití jejího produktu jsou primární kategorie, u kterých jsou odlišnosti mezi organismy.[2] V některých tkáních a organismech je glykolýza jedinou metodou výroby energie.[2] Tato cesta je anaerobní, protože nevyžaduje kyslík.[1]

Glykolýza se skládá z deseti kroků rozdělených do dvou fází.[2] Během první fáze se vyžaduje rozdělení dvou molekul ATP.[1] Během druhé fáze se chemická energie z meziproduktů přenáší na ATP a NADH.[2] Rozpad jedné molekuly glukózy má za následek dvě molekuly pyruvátu, které mohou být dále oxidovány, aby se získalo více energie v pozdějších procesech.[1]

Glukoneogeneze[editovat | editovat zdroj]

Glukoneogeneze je reverzní proces glykolýzy a zahrnuje přeměnu molekul nesacharidů (například pyruvát, laktát, glycerol, alanin a glutamin) na glukózu.[6] K procesu dochází v případě, že se příliš sníží množství glukózy obsažené v buňce, jedná se tak o důležitý děj pro tkáně, které nemohou používat jiné zdroje sacharidů (např. mozek).[6][1] Primárním centrem glukoneogeneze jsou játra, v menší míře také ledviny.[1]

Děj je stimulován glukagonem, adrenokortikotropním hormonem a ATP a naopak inhibován AMP, ADP a inzulinem.[6]

Glykogenolýza[editovat | editovat zdroj]

Glykogenolýza znamená rozpad glykogenu.[6] V játrech, svalstveu a ledvinách dochází k tomu, že se v případě potřeby tvoří glukóza. [6] Jedna molekula glukózy se štěpí z větve glykogenu a během tohoto procesu se převádí na glukózo-1-fosfát.[1] Tato molekula může být převedena na glukóza-6-fosfát, což je také meziprodukt v glykolýze.[1] Glukóza-6-fosfát pak může projít glykolýzou. [1] Glykolýza vyžaduje pouze vstup jedné molekuly ATP, pokud glukóza pochází z glykogenu.[1] Alternativně může být glukóza-6-fosfát převedena zpět na glukózu v játrech a ledvinách, což umožňuje zvýšit hladinu glukózy v krvi v případě potřeby.[2] Glukagon v játrech stimuluje glykogenolýzu při snížení hladiny glukózy v krvi, známé jako hypoglykemie.[6] Glykogen v játrech může fungovat jako záložní zdroj glukózy mezi jídly.[2] Adrenalin stimuluje rozklad glykogenu v kosterním svalu během cvičení.[6] Ve svalech zajišťuje glykogen rychle přístupný zdroj energie pro pohyb.[2]

Glykogeneze[editovat | editovat zdroj]

Glykogeneze se týká procesu syntézy glykogenu.[6] U lidí se přebytečná glukosa přemění tímto způsobem na glykogen.[2] Glykogen je vysoce rozvětvená struktura sestávající z glukózy ve formě glukóza-6-fosfátu, spojená dohromady.[2] [6] Rozvětvení glykogenu zvyšuje jeho rozpustnost a umožňuje, aby byl větší počet molekul glukózy dostupný pro rozklad.[2] Glykogeneze se vyskytuje primárně v játrech, kostních svalech a ledvinách.[2]

Pentosová fosfátová dráha[editovat | editovat zdroj]

Pentosová fosfátová cesta je alternativní metodou oxidace glukózy.[6] Vyskytuje se v játrech, tukové tkáni, kůře nadledvinek, mléčných žlázách, fagocytárních buňkách a červených krvinkách.[6] Tvoří produkty, které se používají v jiných buněčných procesech, přitom redukuje NADP na NADPH.[6][7] Tato dráha je regulována změnami aktivity glukóza-6-fosfátdehydrogenázy.[7]

Fruktózový metabolismus[editovat | editovat zdroj]

Fruktóza musí podstoupit určité dodatečné kroky, aby vstoupila do glykolýzy.[2] Enzymy umístěné v určitých tkáních mohou přidávat fosfátové skupiny k molekule fruktózy.[6] Tato fosforylace vytváří fruktózu-6-fosfát, což je meziprodukt v glykolýze, který může být směrován do tkání.[6] Tato cesta se vyskytuje ve svalech, tukové tkáni a ledvinách.[6] V játrech produkují enzymy fruktózu-1-fosfát, která vstupuje do glykolýzní dráhy a později se štěpí na glyceraldehyd a dihydroxyaceton fosfát.[2]

Metabolismus galaktózy[editovat | editovat zdroj]

Laktóza neboli mléčný cukr se skládá z jedné molekuly glukózy a jedné molekuly galaktózy.[6] Po oddělení z glukózy se galaktóza dostává do jater k převedení na glukózu.[6] Galaktoináza používá jednu molekulu ATP k fosforylaci galaktózy.[2] Fosforylovaná galaktóza se pak převede na glukózo-1-fosfát a nakonec na glukózu-6-fosfát, který může být rozdělen na glykolýzu.[2]

Produkce energie[editovat | editovat zdroj]

Mnoho kroků metabolismu sacharidů umožňuje buňkám přístup k energii, kterou ukládá přechodně do ATP.[8] Kofaktory NAD + a FAD jsou během tohoto procesu redukovány, aby vytvořily NADH a FADH 2, které vedou k tvorbě ATP v následných procesech.[8] Jedna molekula NADH může produkovat 1,5-2,5 molekul ATP, zatímco molekula FADH 2 bude produkovat 1,5 molekuly ATP.[9]

Energie vyrobená během metabolismu jedné glukózové molekuly
Cesta Vstup ATP Výstup ATP Čistý ATP Výstup NADH Výstup FADH 2 ATP konečný výtěžek
Glykolýza (aerobní) 2 4 2 2 0 5-7
Citrátový cyklus 0 2 2 8 2 17-25

Typicky úplné rozdělení jedné molekuly glukózy prostřednictvím aerobní respirace (zahrnující jak glykolýzu, tak citrátový cyklus) je obvykle asi 30 až 32 molekul ATP.[9] Oxidace jednoho gramu sacharidu poskytuje přibližně 4 kcal energie.[3]

Hormonální regulace[editovat | editovat zdroj]

Glukoregulace je udržování stálých hladin glukózy v těle. Hormony uvolněné z pankreatu regulují celkový metabolismus glukózy.[10] Inzulin a glukagon jsou primární hormony, které se podílejí na udržování stálé hladiny glukózy v krvi a uvolňováním každého z nich je řízeno množstvím živin, které je v současné době k dispozici.[10] Množství inzulinu uvolněného v krvi a citlivost buněk na inzulín určují množství glukózy, které buňky rozpadají.[4] Zvýšené hladiny glukagonu aktivují enzymy, které katalyzují glykogenolýzu a inhibují enzymy, které katalyzují glykogenezi.[8] Naopak, glykogeneze je zvýšena a glykogenolýza je inhibována, pokud je v krvi vysoká hladina inzulínu.[8]

Úroveň cirkulační glukózy (známá neformálně jako "krevní cukr") je nejdůležitějším faktorem určujícím množství glukagonu nebo produkovaného inzulínu. Uvolňování glukagonu je vysráženo nízkou hladinou glukózy v krvi, zatímco vysoké hladiny glukózy v krvi stimulují buňky k produkci inzulínu. Vzhledem k tomu, že hladina glukózy v krvi je z velké části určována příjmem dietních sacharidů, dieta kontroluje hlavní aspekty metabolismu prostřednictvím inzulínu.[11] U lidí je inzulín tvořen beta buňkami v pankreatu, tuk je uložen v buňkách tukového tkáně a glykogen je skladován a uvolňován podle potřeby jaterními buňkami. Bez ohledu na hladiny inzulínu se do vnitřních zásob glykogenu ze svalových buněk neuvolňuje žádná glukóza.

Zásobní sacharidy[editovat | editovat zdroj]

Sacharidy se typicky ukládají jako dlouhé polymery molekul glukózy s glykosidickými vazbami pro strukturální podporu (např. Chitin, celulóza ) nebo pro skladování energie (např. Glykogen, škrob ). Avšak silná afinita většiny uhlovodíků k vodě činí skladování velkých množství sacharidů neúčinnou kvůli velké molekulové hmotnosti rozpuštěného komplexu voda-sacharid. Ve většině organismů se nadbytečné sacharidy pravidelně katabolizují, čímž vzniká acetyl-CoA, což je zásoba pro syntézu mastných kyselin ; mastné kyseliny, triglyceridy a další lipidy se běžně používají pro dlouhodobé skladování energie. Hydrofobní charakter lipidů z nich činí mnohem kompaktnější formu skladování energie než hydrofilní sacharidy. Ovšem zvířata, včetně lidí, postrádají potřebné enzymatické mechanismy a tak nesyntetizují glukózu z lipidů (s výjimkou několika glycerolů).[12]

U některých zvířat (jako jsou termity[13] ) a některých mikroorganismů (jako jsou protisty a bakterie ) může být celulóza rozebrána během trávení a absorbována jako glukóza.[14]

Lidské choroby[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Carbohydrate metabolism na anglické Wikipedii.

  1. a b c d e f g h i j MAUGHAN, Ron. Carbohydrate metabolism. Surgery (Oxford). 2009, s. 6–10. DOI 10.1016/j.mpsur.2008.12.002. (anglicky) 
  2. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t [s.l.]: [s.n.] ISBN 978-1429234146. OCLC 824794893 
  3. a b c [s.l.]: [s.n.] ISBN 9780123849533. DOI 10.1016/b978-0-12-384947-2.00114-8. 
  4. a b c d [s.l.]: [s.n.] ISBN 978-0323389303. 
  5. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online. ISBN 978-0841202467. DOI 10.1021/bk-1975-0015.ch006. 
  6. a b c d e f g h i j k l m n o p q DASHTY, Monireh. A quick look at biochemistry: Carbohydrate metabolism. Clinical Biochemistry. 2013, s. 1339–52. Dostupné online. DOI 10.1016/j.clinbiochem.2013.04.027. (anglicky) 
  7. a b RAMOS-MARTINEZ, Juan Ignacio. The regulation of the pentose phosphate pathway: Remember Krebs. Archives of Biochemistry and Biophysics. 2017-01-15, s. 50–52. Dostupné online. ISSN 0003-9861. DOI 10.1016/j.abb.2016.12.012. (anglicky) 
  8. a b c d [s.l.]: [s.n.] 
  9. a b Energetika buněčné respirace (metabolismus glukózy)
  10. a b [s.l.]: [s.n.] ISBN 9780323189071. DOI 10.1016/b978-0-323-18907-1.00042-1. 
  11. BROCKMAN, R P. Roles of glucagon and insulin in the regulation of metabolism in ruminants. A review.. The Canadian Veterinary Journal. March 1978, s. 55–62. ISSN 0008-5286. PMID 647618. (anglicky) 
  12. G Cooper, The Cell, Americká mikrobiologická společnost, str. 72
  13. WATANABE, Hirofumi; HIROAKI NODA; GAKU TOKUDA; NATHAN LO. A cellulase gene of termite origin. Nature. 23 July 1998, s. 330–31. Dostupné online [cit. 16 May 2017]. DOI 10.1038/28527. PMID 9690469. (anglicky) 
  14. COLEMAN, Geoffrey. The Metabolism of Cellulose, Glucose, and Starch by the Rumen Ciliate Protozoon Eudiplodinium Magii. Journal of General Microbiology. 8 February 1978, s. 359–66. Dostupné online. DOI 10.1099/00221287-107-2-359. (anglicky) 

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]