BRATE BA Flashcards
Navedite enzime acil - karnitin transportnog sistema i ukratko pojasnite njihove uloge!
Nakon što su se dugolančane masne kiseline aktivirale
prevođenjem u u acil - CoA u citosolu, potrebno je da
uđu u matriks mitohondrija kako bi se odvila β
oksidacija. Međutim, unutrašnja mitohondrijalna
membrana je nepropusna za acil - CoA stoga je poteban
nosač za ovaj transport. Taj nosač je acil - karnitin šatl
ili karnitinski transpotni sistem. Sastoji se od 2
izoenzimske forme enzima karnitin acil transferaza
(CAT I i CAT II) koji se naziva još i karnitin palmitoil
transferaza, te enzima translokaza - dakle ukupno 3
enzima.
Karnitin acil transferaza I (CAT I) se nalazi na vanjskoj
mitohondrijalnoj membrani i katalizira prenos acil -
grupe sa acil - CoA na karnitin pri čemu se formira acil
- karnitinski ester. U osnovi acil - grupa reaguje sa OH grupom karnitina i nastaje acil - karnitin. Nastali acil -
karnitin sada transportuje enzim translokaza kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu.
Karnitin acil transferaza II (CAT II) sada katalizira vraćanje acil - grupe na CoA, a oslobođeni karnitin se pomoću
translokaze ponovo vraća na citosolnu stranu mitohondrija.
Sada kada se acil - CoA nalazi u matriksu mitohondrija - on je supstrat za enzime β oksidacije.
Koji putevi su uključeni u endogeni, a koji u egzogeni metabolizam lipoproteina? Koji od ovih puteva
pokreće glukoza, a koji trigliceridi?
Metabolizam lipoproteina odvija se endogenim i egzogenim putem.
Egzogeni put lipoproteina započinje unosom
lipida hranom (aktiviraju ga triacilgliceroli).
Većinu lipida koje unosimo hranom čine
triacilgliceroli (trigliceridi), ali tu su i:
fosfolipidi, slobodne masne kiseline,
holesterol… Enzimskom razgradnjom u
probavnom sistemu, a najviše u tankom
crijevu, triacilgliceroli (djelovanjem
pankreasne lipaze) se razgrađuju na
slobodne masne kiseline i 2 -
monoacilglicerole. Oni se zatim udružuju u micele (mikrokapi emulgovane žučnim solima), a na ovaj način se
organizuju i ostali lipidi iz hrane (holesterol, lizofosfolipidi i liposolubilni vitamini). Micele putuju do mikrovila
na površini enterocita gdje se, difuzijom kroz ćelijsku membranu apsorbuju masne kiseline, 2 -
monoacilgliceroli i ostali lipidi, a soli žučnih kiselina ostaju u crijvnom lumenu (enterohepatičkom cirkulacijom
se vraćaju u jetru). Dugolančane masne kiseline u citosolu enterocita se vežu za I - FABP protein putem kojeg
se transportuju u agranulirani endoplazmatski retikulum. Tu se iz 2 - monoacilglicerola i i masnih kiselina
resintetiziraju triacilgliceroli. Oni su nerastvorljivi u vodi, zbog čega se, zajedno sa alipoproteinima apoB-48 i
apoB-100 (transporteri lipida), udružuju u lipoproteinske čestice. Ukoliko bi triacilgliceroli direktno ušli u krv,
sljepljivali bi se i ometali bi normalan krvotok. Dakle, ovako nastaju hilomikroni. Hilomikroni migriraju kroz
Goldžijev aparat do bazolateralne membrane odakle se egzocitozom izlučuju u međućelijski prostor. Tanko
crijevo napuštaju putem limfnih sudova, a u dc. thoracicusu otiču u velike vene. Krv iz vena prvo odlazi u
pluća, a zatim u kapilare perifernih tkiva (mišićno i masno tkivo). Ova tkiva preuzimaju masne kiseline iz
triacilglicerola hilomikrona da bi podmirili svoje metaboličke potrebe ili ih skladištili kao gorivnu rezervu, a
glicerol koji se oslobodi odlazi u jetru gdje se može iskorititi za sintezu triacilglicerola u stanju sitosti.
Endogeni put lipoproteina započinje u
stanju sitosti, kada postoji višak glukoze
unijete hranom, tj. kada je aktivna glikoliza
(dakle, aktivira ga glukoza). Podrazumijeva
sintezu triacilglicerola u jetri i masnom
tkivu. U jetri podjedinica za sintezu
triacilglicerola može biti glicerol - 3 - fosfat
koji se dobije ili fosforilacijom glicerola (koji
potiče iz hilomikrona) uz katalitičko
djelovanje glicerol - kinaze, ili redukcijom
dihidroksiaceton fosfata dobijenog glikolizom, što se odvija i u masnom tkivu. Glicerol - 3 - fosfat reaguje sa
acil - CoA masne kiseline pa nastaje fosfatidna kiselina. Defosforilacijom fosfatidne kiseline nastaje
diacilglicerol čijom esterifikacijom sa još jednom acil - CoA nastaje tracilglicerol. Triacilgliceroli se udružuju sa
holesterolom, fosfolipidima i proteinima i grade VLDL lipoproteinske čestice koje se otpuštaju u krv. U
cirkulaciji djeluje lipoprotein lipaza koja hidrolizira triacilglicerole i otpušta masne kiseline, a VLDL čestice se
na taj način smanjuju i postaju IDL. Dio IDL se uklanja jetrom, a dio se hidrolizira jetrenom lipazom pa nastaje
LDL
Oksidacijom etanola nastaje acetaldehid i NADH. Visok nivo NADH/NAD+ inhibira citratni ciklus, objasni
na koji način!
NADH koji se stvori oksidacijom etanola zadovoljava potrebe ćelije za ATPom koji nastaje u procesu
oksidativne fosforilacije, usljed čega se inhibira Krebsov ciklus. Visok nivo NADH/NAD+
favorizira
transformaciju oksalacetata u malat koji ide u glukoneogenezu (uz NAD ovisnu malat dehidrogenazu), tako
da acetil - CoA koji je nastao β oksidacijom nema dovoljno oksalacetata sa kojim bi ušao u Krebsov ciklus
(oksalacetat + acetil - CoA uz citrat sintazu stvaraju citrat koji ulazi u Krebsov ciklus). Na taj način je inhibiran
Krebsov ciklus, a istovremeno je stimulisano stvaranje ketonskih tijela, jer se nastali acetil - CoA usmjerava u
ketogenezu (dovodi do ketoacidoze kao akutnog toksičnog efekta metabolizma etanola).
- Navedite ključne tačke regulacije ketogeneze!
U stanju gladovanja, doći će do lipolize tracilglicerola u masnom tkivu a dobijene masne kiseline će se usmjeriti
u β oksidaciju, a budući da u stanju gladovanja nema glukoze, nema ni piruvata iz kojeg će nastati oksalacetat sa
kojim bi se acetil - CoA dobijen β oksidacijom kondenzovao u citrat (uz citrat sintazu) i ušao u Krebsov ciklus. U
tom slučaju, acetil - CoA će se usmjeriti u sintezu ketonskih tijela.
U stanju gladovanja, smanjen je nivo inzulina, a povećan nivo glukagona. Ovakvo stanje inhibira acetil - CoA
karboksilazu i izaziva smanjenje malonil – CoA (intermedijer biosinteze masnih kiselina dobijen iz acetil CoA uz
acetil – CoA karboksilazu). Zbog toga se aktivira CAT I (karnitin acil transferaza I) čime je omogućeno uključivanje
acil - CoA u β oksidaciju. Kada se stvori dovoljna količina NADH i FADH2 da se zadovolje potrebe za ATPom, acetil
- CoA se preusmjerava iz Krebsovog ciklusa u ketogenezu. Istovremeno se oksalacetat iz Krebsovog ciklusa
preusmjerava u malat (uz NAD ovisnu malat dehidrogenazu) i glukoneogenezu. Pojačava se i transkripcija gena
za HMG - CoA sintazu čime se omogućava sinteza ketonskih tijela.
- Na primjeru po želji, predstavite 3 stadija katabolizma metaboličkih goriva!
3 stadija katabolizma
metaboličkih goriva
podrazumijevaju:
1. razgradnja složenih
energijom bogatih
hranljivih materija
do prostih
2. razgradnja
dobijenih prostih
materija do acetil
CoA
3. razgradnja acetil - CoA u Krebsovom ciklusu do CO2,
H2O i ATPa
Npr. (1) Saharoza unijeta, npr. voćem u organizam,
razlaže se u probavnom sistemu, tj. tankom crijevu pod
dejstvom glikozidaze saharaze na glukozu i fruktozu. Na
ovaj način su nastali monosaharidi koji se kroz ćelije
intestinalne mukoze prenose u intersticijsku tečnost a
zatim u krvotok. (2) Glukoza ulazi u različite ćelije gdje
se oksiduje (glikoliza) da bi se zadovoljile trenutne
potrebe za energijom, a višak se prevodi u zalihe u
obliku glikogena. Oksidacijom glukoze u piruvat nastaju
ATP i NADH. ATP se formira fosforilacijom na nivou
supstrata. Nastali piruvat prolazi kroz proces
oksidativne dekarboksilacije (uz piruvat dehidrogenazu)
i nastaje acetil – CoA (koji se kondenzuje sa
oksalacetatom (uz citrat sintezu) u citrat i tako ulaze u
Krebsov ciklus (3)) i može da se oksiduje do CO2 u
Krebsovom ciklusu, dok ATP može nastati prenosom
elektrona na kisik u procesu oksidativne fosforilacije.
Pojasnite na koji način se vrši reoksidacija NADH + H+ u citosolu nastalog u procesu glikolize u anaerobnim
i aerobnim uslovima
NADH nastao glikolizom mora neprekidno da se reoksiduje u NAD+ kako bi se obezbijedio elektron-akceptor
za reakciju kataliziranu gliceraldehid - 3 - fosfat dehidrogenazom i kako bi se spriječila inhibicija proizvodom.
Glikoliza ne može da se nastavi bez oksidacije NADH. Postoje dva alternativna puta za oksidaciju citosolnog
NADH:
o aerobni put - redukcioni ekvivalenti se prenose kroz mitohondrijalnu membranu i dalje respiratornim
lancem do kisika
o anaerobni put - u reakciji NADH i piruvata u citosolu, u prisustvu laktat dehidrogenaze, NADH se oksidira
u NAD+
, a piruvat se redukuje u laktat.
Ovi putevi su neophodni jer unutrašnja membrana mitohondrija ne propušta NADH i ne postoje transportni
proteini koji bi ga direktno prenijeli kroz nju. Usljed toga se NADH reoksiduje u citosolu do NAD+
reakcijom u
kojoj dolazi do prenosa elektrona na dihidroksiaceton fosfat u glicerol - 3 - fosfatnom putu ili na oksalacetat
u malat-aspartatnom putu. NAD+ nastao na ovaj način u citosolu se vraća u glikolizu, dok glicerol - 3 - fosfat
ili malat prihvataju redukcione ekvivalente koji se na kraju prenose kroz unutrašnju membranu mitohondrija.
Dakle, ovim putevima se prenose elektroni, a ne NADH.
- Pojasnite i shematski predstavite regulaciju aktivnosti jetrene glikogen fosforilaze u uslovima povišene
koncentracije glukoze u krvi!
U uslovima povišene koncentracije
glukoze u krvi dolazi i do posljedičnog
povećanja koncentracije inzulina i
smanjenja koncentracije glukagona.
Inzulin, kao i glukagon, reguliše
metabolizam glikogena u jetri promjenom
stanja fosforilacije glikogen fosforilaze u
procesu razgradnje glikogena, te stanja
fosforilacije glikogen sintaze u putu
sinteze glikogena. U uslovima povećane
koncentracije glukoze u krvi, u jetri će se
sintetisati glikogen, a u uslovima
smanjenja – glikogen će se razgrađivati i
otpuštati glukozu kako bi se nivo glukoze
održao i u uslovima gladovanja.
Promjena nivoa inzulina i glukagona nakon jela je brza, ali je još brži efekat same glukoze kao inhibitora
razgradnje glikogena povećanom količinom glukoze u krvi. Glukoza djeluje kao alosterni efektor koji stimuliše
defosforilaciju glikogen fosforilaze a čime ju inhibira. Porastom koncentracije inzulina i smanjenjem nivoa
glukagona, smanjuje se koncentracija cAMPa, usljed čega se protein kinaza A ponovo udružuje sa svojom
inhibitornom podjedinicom i prelazi u neaktivni oblik. Aktiviraju se protein fosfataze koje kataliziraju
defosforilaciju glikogen fosforilaze a i glikogen sintaze b. Glikogen fosforilaza a sada postaje glikogen
fosforilaza b koja je neaktivna, a glikogen sintaza b postaje glikogen sintaza a koja je sada aktivna. Na ovaj
Ukratko pojasnite shemu puta pentoza fosfata koja se odnosi na stanje kada ćelija ima pojačane potrebe
za NADPH i ATPom!
Kada ćelija ima pojačane potreba za NADPH i ATP, tada se u pentoza fosfatnom putu odvijaju i oksidativne i
neoksidativne reakcije.
U oksidativnoj fazi pentoza fosfatnog puta, glukoza - 6 - fosfat se oksidativnom dekarboksilacijom prevodi u
ribuloza - 5 - fosfat. To se odvija u dva koraka - prvo dolazi do oksidacije aldehidnog C i redukcije NADP+ u NADPH,
što katalizira glukoza - 6 - fosfat dehidrogenaza. Pri tome nastaje glukonolakton koji hidrolizira i stvara 6 -
fosfoglukonat. Njegovom daljom oksidacijom, karboksilna grupa se oslobađa u obliku CO2, a elektroni se sa
NADP+ prenose na NADPH. Oksidacijom jednog mola glukoza - 6 - fosfata nastaju 2 mola NADPH.
Ribuloza - 5 - fosfat se izomerizuje u riboza - 5 - fosfat koja se, u ovom slučaju, zbog povećanih potreba ćelije za
ATPom, prevodi u glikolitičke intermedijere (gliceraldehid - 3 - fosfat i fruktoza - 6 - fosfat) u neoksidativnoj fazi
pentoza fosfatnog puta. Glavni enzimi u ovom procesu su transaldolaza i transketolaza. Izomerizacijom ribuloza
- 5 - fosfata, dejstvom izomeraze, nastaju riboza - 5 -
fosfat i ksiluloza - 5 - fosfat. Dejstvom transketolaze na
ksiluloza - 5 - fosfat nastaje gliceraldehid - 3 - fosfat, a
nastali dvougljenični segment se prenosi na ribozu - 5 -
fosfat, dejstvom transaldolaze, pa nastaje
sedoheptuloza - 7- fosfat. Transaldolaza dalje prenosi
trougljenični ketofragment sa sedoheptolaza - 7 - fosfata
na gliceraldehid - 3 - fosfat, pri čemu nastaju eritroza - 4
- fosfat i fruktoza - 6 - fosfat. Krajnji rezultat metabolizma
3 mola ribuloza - 5 - fosfata u putu pentoza fosfata je
nastanak 2 mola fruktoza - 6 - fosfata i jednog mola
gliceraldehid - 3 - fosfata. Nastali proizvodi se uključuju
u glikolizu, pri čemu nastaju NADH, ATP i piruvat. Piruvat
prolazi kroz oksidativnu dekarboksilaciju pri čemu se
stvara acetil – CoA koji zajedno za oksalacetatom gradi citrat (uz katalitičku aktivnost citrat sintaze) i ulazi u
Krebsov ciklus u kojem se obezbjeđuje dodatna energija za ćeliju.
Šta je rotaciona kataliza? Na koji način se odvija, odnosno na koji način je obezbijeđena energija za
odvijanje ovog procesa, pojasnite?
Mitohondrijska ATP sintaza je veliki enzimski kompleks unutrašnje mitohondrijske membrane koji katalizira
nastajanje ATP-a iz ADP-a i Pi, što je praćeno protokom protona sa P strane na N stranu membrane. ATP sintaza
(nazvana i kompleks V) posjeduje dvije različite komponente:
o F1, periferni membranski protein
o F0, integralni membranski protein
Protein F1 ima 9 podjedinica; pet različitih tipova: 3α, 3β, γ, δ i ε. Svaka od 3 β podjedinice ima jedno katalitičko
mjesto za sintezu ATP-a. Naizmjenične α i β podjedinice su raspoređene kao režnjevi narandže. Polipeptidi koji
formiraju stativ u kristalnoj strukturi F1 su asimetrično raspoređeni, sa jednom domenom γ podjedinice koja
formira centralnu osovinu koja prolazi kroz F1, i drugom domenom γ
podjedinice povezanom sa jednom od tri β podjedinice, koja je
označena kao prazna podjedinica. Iako je aminokiselinska sekvenca tri β
podjedinice identična, njihove se konformacije razlikuju, dijelom jer γ
podjedinica asocira samo sa jednom β podjedinicom. Razlike u
konformaciji β podjedinica odražavaju se na ATP/ADP-vezujuća
mjesta. Tako postoje tri konformacije β podjedinice, označene kao βATP, β-ADP, i prazna-β. Ove razlike u vezivanju nukleotida među
podjedinicama kritične su za mehanizam kompleksa.
Fo kompleks, koji stvara protonsku poru sastoji se iz 3 podjedinice a, b, i
c, u odnosu ab2c10–12. Podjedinica c je mali hidrofobni polipeptid koji se
sastoji od dva transmembranska heliksa. Heliksi su postavljeni u dva
koncentrična kruga, postavljena okomito u odnosu na membranu. Unutrašnji krug je sastavljen od
aminoterminalnih heliksa svake c podjedinice, a vanjski krug je građen od karboksiterminalnih
heliksa. Podjedinice ε i γ sa F1 čvrsto su vezane za prsten od c podjedinica. Dvije b podjedinice (sa Fo) čvrsto su
vezane za α i β podjedinice (sa F1), držeći ih nepomične u odnosu na membranu. U Fo, cilindar (sastavljen od c
podjedinica) uklopljen u membranu je povezan sa cilindrom kojeg čine γ i ε podjedinice (sa F1).
Tok protona sa P na N stranu membrane kroz Fo, uzrokuje rotaciju
cilindra, te β podjedinice mijenjaju konformaciju kako podjedinica γ
(koja rotira) dolazi sa njima u kontakt. F1 kompleks ima tri različita
mjesta za vezivanje adeninskih nukleotida, po jedno na svakom αβ
paru podjedinice. U određenom momentu, jedno od ovih mjesta je
u β-ATP konformaciji (koja čvrsto veže ATP) drugo je u β-ADP (slabo
vezujućoj) konformaciji i treće je praznoj-β konformaciji (veoma
slabo vezujuća).
Proton-motorna sila uzrokuje rotaciju centralne osovine – γ
podjedinice koja dolazi u kontakt sa αβ parom. Tako nastaje
kooperativna konformacijska promjena u kojoj je β-ATP mjesto
promijenjeno u β-praznu konformaciju, a ATP disocira; β-ADP
mjesto se prevodi u β-ATP konformaciju, koja pokreće kondenzaciju
ADP + Pi u ATP; β-prazno mjesto postaje β-ADP mjesto, koje slabo
veže ADP + Pi koji dolaze iz rastvora. ATP se ne može osloboditi sa
jednog mjesta dok se ADP i Pi ne vežu za drugo mjesto.
. Koji su to prekursori za sinetzu glukoze i koji su njihovi izvori u stanju sitosti, a koji u stanju gladovanja?
Glikogenoliza je proces razgradnje glikogena kako bi se oslobodile zalihe glukoze koja se otpušta u krv, a odvija se
uz glikogen fosforilazu i enzim razgranjavanja.
Glukoneogeneza je proces sinteze glukoze iz neugljikohidratnih prekursora koji se odvija u jetri pri gladovanju.
Početna tačka je piruvat od kojeg će nizom reakcija nastati glukoza. Tri najvažnija prekursora glukoneogeneze su:
laktat, glicerol i (glukogene) aminokiseline.
Laktat nastaje anaerobnom glikolizom u tkivima kao što su mišići pod fizičkim naporom ili eritrociti, kao i u
adipoznom tkivu nakon jela. Oksidaciju laktata u piruvat katalizira laktat dehidrogenaza.
Glicerol se oslobađa iz triacilglicerola iz adipoznog tkiva. Glicerol se, djelovanjem glicerol kinaze, prevodi u glicerol
- 3 - fosfat, a on zatim, djelovanjem glicerol - 3 - fosfat dehidrogenaze, prevodi se u dihidroksiaceton fosfat koji se
dalje uključuje u proces glukoneogeneze.
Aminokiseline (alanin i glutamin) se uglavnom obezbjeđuju iz skladišta aminokiselina u mišićima, koje nastaju
degradacijom proteina mišića. Prevode se u piruvat. Neke aminokiseline grade intermedijere Krebsovog ciklusa
koji mogu da se uključe u glukoneogenezu tako da se prije pretvore u oksalacetat.
Zaokružite reakciju/e glikolize u kojoj/kojima se odvija fosforilacija na nivou supstrata:
a) Prevođenje gliceraldehid - 3 - fosfata u 1,3 - bisfosfoglicerat djelovanjem enzima gliceraldehid - 3 - fosfat
dehidrogenaze
b) Prevođenje 1,3 - bisfosfoglicerata u 3 - fosfoglicerat djelovanjem fosfoglicerat kinaze
c) Prevođenje 3 - fosfoglicerata u 2 - fosfoglicerat djelovanjem fosfoglicerat mutaze
d) Prevođenje fosfoenolopiruvata u piruvat djelovanjem piruvat kinaze.
e) Objasnite pojam fosforilacija na nivou supstrata
Koji transporter glukoze (GLUT) je prisutan u jetri i pankreasnim β ćelijama? GLUT4 Kolika je njegova
KM vrijednost za glukozu? 5 mM Kakav je fiziološki značaj ove KM vrijednosti?
Predstavite reakciju koja se odvija na kompleksu piruvat dehidrogenaze. Navedite enzime i koenzime koji
ulaze u sastav ovog enzimskog kompleksa!
Koji metabolički put (ili kombinacija puteva koji su aktivni istovremeno) omogućava/omogućavaju
prevođenje molekule glukoze do 6 molekula CO2? Pojasnite odgovor!
a) Glukoneogeneza c) Put pentoza fosfata
b) Glikoliza d) Put pentoza fosfata i glukoneogeneza
c) Glikoliza i glukoneogeneza e) Put pentoza fosfata i glikoliza
Predstavljen je segment respiratornog lanca. Na slici označite koji
segment je predstavljen, i tok jonskih vrsta kroz ovaj segment! Iz kojih
metaboličkih puteva vode porijeklo elektroni koji se uključuju na
respiratorni lanac preko ovog segmenta?
Kompleks II - sukcinat dehidrogenaza je jedini enzim vezan za membranu u
Krebsovom ciklusu. Sadrži pet prostetičkih grupa dva tipa i četiri različite
proteinske podjedinice.
Podjedinice A i B strše u matriks i one sadrže tri 2Fe-2S centra, vezani FAD, i
vezivno mjesto za supstrat - sukcinat.
Podjedinice C i D su integralni membranski proteini, svaki sa 3
transmembranska heliksa. Sadrže hem grupu, hem b, i vezivno mjesto za
ubikinon - konačni akceptor elektrona u reakciji koju katalizira kompleks II.
Tok prenosa elektrona: sa mjesta koje veže sukcinat na FAD, zatim kroz Fe-S
centre na Q vezujuće mjesto.
Ostali supstrati za mitohondrijske dehidrogenaze uključuju elektrone u
respiratorni lanac na nivou ubikinona, ali ne preko kompleksa II.
Prvi korak u oksidaciji masnih kiselina, acil-CoA, kataliziran flavoproteinom acilCoA dehidrogenazom, uključuje transfer elektrona sa supstrata na FAD
dehidrogenaze, a zatim na elektron transfer protein (ETF), koji zatim prenosi
svoje elektrone na ETF:ubikinon oksidoreduktazu. Ovaj enzim prenosi elektrone u respiratorni lanac redukcijom
ubikinona.
Glicerol-3-fosfat, nastao ili iz glicerola oslobođenog razgradnjom triacilglicerola ili redukcijom dihidroksiaceton
fosfata tokom glikolize, se oksidira glicerol-3-fosfat dehidrogenazom. Ovaj enzim je flavoprotein koji je lociran
na vanjskoj strani unutrašnje mitohondrijske membrane; kao i sukcinat dehidrogenaza i acil-CoA dehidrogenaza
kanališe elektrone u respiratorni lanac putem redukcije ubikinona.
