Metabolism of Carbohydrate
Introduction of metabolism
ATP is the chemical link between catabolism and anabolism. It is the energy currency of the living cell. The exergonic conversion of ATP to ADP and Pi, or to AMP and PPi, is coupled to many endergonic reactions and processes. Inorganic polyphosphate, present in all cells, may serve as a reservoir of phosphoryl groups with high group transfer potential.
Glycolysis
Glycolysis is a near-universal pathway by which a glucose molecule is oxidized to two molecules of pyruvate, with energy conserved as ATP and NADH. In the preparatory phase of glycolysis, ATP is invested to convert glucose to fructose 1,6-bisphosphate. The bond between C-3 and C-4 is then broken to yield two molecules of triose phosphate. In the payoff phase, each of the two molecules of glyceraldehyde 3-phosphate derived from glucose undergoes oxidation at C-1; the energy of this oxidation reaction is conserved in the formation of one NADH and two ATP per triose phosphate oxidized. Glycolysis is tightly regulated in coordination with other energy-yielding pathways to assure a steady supply of ATP. Hexokinase, PFK-1, and pyruvate kinase are all subject to allosteric regulation that controls the flow of carbon through the pathway and maintains constant levels of metabolic intermediates. Three glycolytic enzymes are subject to allosteric regulation: hexokinase IV, phosphofructokinase-1 (PFK-1), and pyruvate kinase. Hexokinase IV (glucokinase) is sequestered in the nucleus of the hepatocyte, but is released when the cytosolic glucose concentration rises.
Gluconeogenesis
Gluconeogenesis is a ubiquitous multistep process in which pyruvate or a related three-carbon compound (lactate, alanine) is converted to glucose. Seven of the steps in gluconeogenesis are catalyzed by the same enzymes used in glycolysis; these are the reversible reactions. Three irreversible steps in the glycolytic pathway are bypassed by reactions catalyzed by gluconeogenic enzymes: (1) conversion of pyruvate to PEP via oxaloacetate, catalyzed by pyruvate carboxylase and PEP carboxykinase; (2)dephosphorylation of fructose 1,6-bisphosphate by FBPase-1; and (3) dephosphorylation of glucose 6-phosphate by glucose 6-phosphatase. In mammals, gluconeogenesis in the liver and kidney provides glucose for use by the brain, muscles, and erythrocytes. Formation of one molecule of glucose from pyruvate requires 4 ATP, 2 GTP, and 2 NADH; Pyruvate carboxylase is stimulated by acetyl-CoA, increasing the rate of gluconeogenesis when the cell already has adequate supplies of other substrates (fatty acids) for energy production. Gluconeogenesis is regulated at the level of pyruvate carboxylase (which is activated by acetyl-CoA) and FBPase-1 (which is inhibited by fructose 2,6-bisphosphate and AMP).To limit futile cycling between glycolysis and gluconeogenesis, the two pathways are under reciprocal allosteric control, mainly achieved by the opposite effects of fructose 2,6- bisphosphate on PFK-1 and FBPase-1.
3|Page
 Pentose phosphate pathway
The first phase of the pentose phosphate pathway consists of two oxidations that convert glucose 6-phosphate to ribulose 5-phosphate and reduce NADP_ to NADPH. The second phase comprises nonoxidative steps that convert pentose phosphates to glucose 6- phosphate, which begins the cycle again. In the second phase, transaldolase (with TPP
as cofactor) and transketolase catalyze the interconversion of three-, four-, five-, six-, and seven-carbon sugars, with the reversible conversion of six pentose phosphates to five hexose phosphates. In the carbon-assimilating reactions of photosynthesis, the same enzymes catalyze the reverse process, called the reductive pentose phosphate pathway: conversion of five hexose phosphates to six pentose phosphates. A genetic defect in transketolase that lowers its affinity for TPP exacerbates the Wernicke- Korsakoff syndrome. Entry of glucose 6-phosphate either into glycolysis or into the pentose phosphate pathway is largely determined by the relative concentrations of NADP+ and NADPH.
Metabolism of glycogen
Glycogen is stored in muscle and liver as large particles. Contained within the particles are the enzymes that metabolize glycogen, as well as regulatory enzymes. Glycogen phosphorylase catalyzes phosphorolytic cleavage at the nonreducing ends of glycogen chains, producing glucose 1-phosphate. The debranching enzyme transfers branches onto main chains and releases the residue at the (alpha1-->6) branch as free glucose. Phosphoglucomutase interconverts glucose 1-phosphate and glucose 6-phosphate. Glucose 6-phosphate can enter glycolysis or, in liver, can be converted to free glucose by glucose 6-phosphatase in the endoplasmic reticulum, then released to replenish blood glucose. The sugar nucleotide UDP-glucose donates glucose residues to the nonreducing end of glycogen in the reaction catalyzed by glycogen synthase. A separate branching enzyme produces the (alpha1-->6) linkages at branch points. New glycogen particles begin with the autocatalytic formation of a glycosidic bond between the glucose of UDP-glucose and a Tyr residue in the protein glycogenin, followed by addition of several glucose residues to form a primer that can be acted upon by glycogen synthase. In liver, glucagon stimulates glycogen breakdown and gluconeogenesis while blocking glycolysis, thereby sparing glucose for export to the brain and other tissues. In muscle, epinephrine stimulates glycogen breakdown and glycolysis, providing ATP to support contraction.
Acetyl-CoA formation and TCA cycle
Pyruvate, the product of glycolysis, is converted to acetyl-CoA, the starting material for the citric acid cycle, by the pyruvate dehydrogenase complex. The organization of the PDH complex is very similar to that of the enzyme complexes that catalyze the oxidation of alpha_-ketoglutarate and the branched-chain alpha-keto acids. Acetyl-CoA enters the citric acid cycle (in the mitochondria of eukaryotes, the cytosol of prokaryotes) as citrate synthase catalyzes its condensation with oxaloacetate to form citrate. In seven sequential reactions, including two decarboxylations, the citric acid cycle converts citrate to oxaloacetate and releases two CO2.
การเผาผลาญคาร์โบไฮเดรต
การแนะนำของการเผาผลาญ
เอทีพีคือการเชื่อมโยงระหว่างสารเคมีและ catabolism anabolism มันเป็นสกุลเงินพลังงานของเซลล์ที่มีชีวิต แปลง exergonic ของเอทีพี ADP และปี่หรือแอมป์และ ppi, เป็นคู่กับปฏิกิริยา endergonic จำนวนมากและกระบวนการ โพลีฟอสเฟตอนินทรีที่มีอยู่ในเซลล์ทั้งหมดอาจใช้เป็นอ่างเก็บน้ำของกลุ่ม phosphoryl ที่มีศักยภาพสูงในการถ่ายโอนกลุ่ม.
glycolysis glycolysis เป็นทางเดินใกล้สากลโดยที่โมเลกุลกลูโคสถูกออกซิไดซ์สองโมเลกุลของไพรูกับการอนุรักษ์พลังงานเป็น ATP และ NADH ในขั้นตอนการเตรียมความพร้อมของ glycolysis, เอทีพีคือการลงทุนในการเปลี่ยนน้ำตาลกลูโคสฟรักโทสที่ 1,6-bisphosphateความผูกพันระหว่างค 3 และ C-4 เสียแล้วเพื่อให้สองโมเลกุลของ triose ฟอสเฟต ผลตอบแทนในระยะแต่ละสองโมเลกุลของ glyceraldehyde 3 ฟอสเฟตมาจากกลูโคสผ่านการออกซิเดชันที่ C-1 พลังงานของปฏิกิริยาออกซิเดชั่นี้เป็นป่าสงวนในการสร้างหนึ่ง NADH และสองเอทีพีฟอสเฟตต่อ triose ออกซิไดซ์glycolysis ถูกควบคุมอย่างแน่นหนาในการประสานงานกับเซลล์พลังงานที่ให้ผลผลิตอื่น ๆ เพื่อให้มั่นใจอุปทานคงที่ของเอทีพี hexokinase, PFK-1 และไพรูไคเนสเป็นเรื่องที่ทุกคนที่จะควบคุม allosteric ที่ควบคุมการไหลของคาร์บอนผ่านทางเดินและรักษาระดับคงที่ของตัวกลางการเผาผลาญอาหาร สามเอนไซม์ glycolytic อยู่ภายใต้การควบคุม allosteric: hexokinase iv,phosphofructokinase-1 (PFK-1) และไพรูไคเนส hexokinase iv (glucokinase) เป็นทรัพย์ในนิวเคลียสของ hepatocyte แต่ปล่อยออกมาเมื่อความเข้มข้นของน้ำตาลกลูโคสเพิ่มขึ้น cytosolic.
gluconeogenesis gluconeogenesis เป็นกระบวนการหลายขั้นตอนในการที่แพร่หลายไพรูหรือสารประกอบที่เกี่ยวข้องกับสามคาร์บอน (แลคเตท, อะลานีน) เป็น แปลงเป็นน้ำตาลกลูโคสเจ็ดขั้นตอนใน gluconeogenesis จะเร่งโดยเอนไซม์เดียวกับที่ใช้ใน glycolysis เหล่านี้เป็นปฏิกิริยาย้อนกลับ สามขั้นตอนกลับไม่ได้ในทางเดิน glycolytic จะข้ามจากปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์ gluconeogenic: (1) การแปลงไพรูเพื่อความเผ็ดร้อนผ่าน oxaloacetate, เร่งโดยคาร์บอกซิไพรูและห้าวหาญ carboxykinase (2) dephosphorylation ของฟรุกโตส 16 bisphosphate โดย fbpase-1; และ (3) dephosphorylation ของกลูโคส 6 ฟอสเฟตโดยกลูโคส 6 phosphatase ในเลี้ยงลูกด้วยนม gluconeogenesis ในตับและไตให้น้ำตาลเพื่อใช้สมอง, กล้ามเนื้อและเม็ดเลือดแดง การก่อตัวของโมเลกุลของน้ำตาลกลูโคสจากไพรูต้อง 4 เอทีพี 2 ฉี่และ 2 nadh; คาร์บอกซิไพรูถูกกระตุ้นโดย acetyl-COA,เพิ่มอัตราของ gluconeogenesis เมื่อเซลล์ที่มีอยู่แล้วมีอุปกรณ์ที่เพียงพอของพื้นผิวอื่น ๆ (กรดไขมัน) ในการผลิตพลังงาน gluconeogenesis ถูกควบคุมในระดับของคาร์บอกซิไพรู (ซึ่งจะเปิดใช้งานโดย acetyl-COA) และ fbpase-1 (ซึ่งยับยั้งโดยฟรุกโตส 2,6-bisphosphate และแอมป์). ที่จะ จำกัด การขี่จักรยานไร้ประโยชน์ระหว่าง glycolysis และ gluconeogenesis,ทั้งสองเส้นทางที่อยู่ภายใต้การควบคุมซึ่งกันและกัน allosteric ประสบความสำเร็จส่วนใหญ่โดยผลกระทบที่ตรงข้ามของฟรุกโตส 2,6 - bisphosphate บน PFK-1 และ fbpase-1
3 |. หน้า
ทางเดินฟอสเฟต pentose
ขั้นตอนแรกของทางเดินฟอสเฟต pentose ประกอบด้วยสอง oxidations ที่แปลงกลูโคส 6 ฟอสเฟต ribulose 5 ฟอสเฟตและลด nadp_ การ NADPHระยะที่สองประกอบด้วยขั้นตอนที่แปลง nonoxidative ฟอสเฟต pentose กลูโคส 6 - ฟอสเฟตซึ่งจะเริ่มรอบใหม่อีกครั้ง ในระยะที่สอง transaldolase, (TPP ด้วย
เป็นปัจจัย) และ transketolase กระตุ้น interconversion สาม, สี่, ห้า, น้ำตาลหกและเจ็ดคาร์บอนที่มีการแปลงกลับหกฟอสเฟต pentose ถึงห้าฟอสเฟต hexoseในปฏิกิริยาคาร์บอนการปรับตัวของการสังเคราะห์เอนไซม์เดียวกันกระตุ้นกระบวนการย้อนกลับที่เรียกว่าลดลงทางเดินฟอสเฟต pentose: การแปลงห้าฟอสเฟต hexose ถึงหกฟอสเฟต pentose ข้อบกพร่องทางพันธุกรรมใน transketolase ที่ช่วยลดความเป็นพี่น้องกันสำหรับ TPP exacerbates โรค wernicke-Korsakoffการเข้ามาของกลูโคส 6 ฟอสเฟตอย่างใดอย่างหนึ่งลงไปใน glycolysis หรือในทางเดินฟอสเฟต pentose จะถูกกำหนดโดยส่วนใหญ่มีความเข้มข้นของญาติและ NADP NADPH.
การเผาผลาญอาหารของไกลโคเจน
ไกลโคเจนจะถูกเก็บไว้ในกล้ามเนื้อและตับเป็นอนุภาคขนาดใหญ่ ที่บรรจุอยู่ภายในอนุภาคที่มีเอนไซม์ที่เผาผลาญไกลโคเจนเป็นเอนไซม์ที่กำกับดูแลไกลโคเจนโฟกระตุ้นความแตกแยก phosphorolytic ที่ปลาย nonreducing โซ่ไกลโคเจนผลิตกลูโคส 1-ฟอสเฟต การถ่ายโอนเอนไซม์ debranching สาขาไปยังเครือข่ายหลักและเผยแพร่สารตกค้างที่ (alpha1 -> 6) สาขาน้ำตาลฟรี phosphoglucomutase interconverts กลูโคส 1-ฟอสเฟตและน้ำตาลกลูโคส 6 ฟอสเฟต กลูโคส 6 ฟอสเฟตสามารถป้อน glycolysis หรือในตับสามารถแปลงเป็นน้ำตาลกลูโคสฟรี 6 phosphatase ในร่างแห endoplasmic การปล่อยตัวแล้วในการเติมน้ำตาลในเลือด เบื่อหน่าย UDP น้ำตาลกลูโคสบริจาคตกค้างน้ำตาลที่ปลาย nonreducing ของไกลโคเจนในการเกิดปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาด้วยไกลโคเจนเทส เอนไซม์ย่อยแยกผลิต (alpha1 -> 6) ความเชื่อมโยงที่จุดสาขาอนุภาคไกลโคเจนใหม่เริ่มต้นด้วยการสร้าง autocatalytic ของพันธบัตร glycosidic ระหว่างกลูโคสของ UDP-กลูโคสและสารตกค้าง tyr ใน glycogenin โปรตีนตามด้วยการเพิ่มขึ้นของน้ำตาลกลูโคสตกค้างหลายรูปแบบไพรเมอร์ที่สามารถดำเนินการใดโดยเจนเทส ในตับ glucagon ช่วยกระตุ้นการสลายไกลโคเจนและในขณะที่การปิดกั้นการ gluconeogenesis glycolysis,กลูโคสจึงประหยัดเพื่อการส่งออกไปยังสมองและเนื้อเยื่ออื่น ๆ ในกล้ามเนื้อจะช่วยกระตุ้นอะดรีนาลีนสลายไกลโคเจนและ glycolysis ให้เอทีพีเพื่อสนับสนุนการหด.
การสร้าง acetyl-COA และวงจร TCA
ไพรูผลิตภัณฑ์ของ glycolysis ถูกแปลงไปเป็น acetyl-COA, วัสดุที่เริ่มต้นสำหรับวงจรกรดซิตริกโดย dehydrogenase ไพรูซับซ้อนองค์กรที่ซับซ้อน PDH จะคล้ายกับที่ของคอมเพล็กซ์เอนไซม์ที่กระตุ้นออกซิเดชันของ alpha_-ketoglutarate และโซ่กิ่งกรดอัลฟาคีโต acetyl-COA เข้าสู่วัฏจักรกรดซิตริก (ใน mitochondria ของยูคาริโอ, เซลล์ของโปรคาริโอ) เช่นเทสซิเตรทกระตุ้นการรวมตัวกับ oxaloacetate ในรูปแบบซิเตรต ในเจ็ดปฏิกิริยาเรียงตามลำดับรวมทั้งสอง decarboxylations วงจรกรดซิตริกซิเตรตในการแปลง oxaloacetate และปล่อย CO2 สอง
การแปล กรุณารอสักครู่..
