1. Lehninger Principles of Biochemistry
David L. Nelson and Michael M. Cox
Lehninger Principles of Biochemistry
Fourth Edition
Chapter 15:
Principles of Metabolic Regulation:
Glucose and Glycogen
Copyright © 2004 by W. H. Freeman & Company
Stýring efnaskiptaferla

2. Skipulag efnaskipta - upprifjun 1) ATP er almennur orkumiðlari
ATP myndast við oxun brennis: glúkósa,
fitusýra og amínósýra
3) NADPH er helsti rafeindagjafi við afoxandi efnasmíð
Lífsameindir eru smíðaðar úr tiltölulega
fáum byggingareiningum
5) Ferli nýsmíðar og niðurbrots eru nær alltaf aðgreind
Stýring efnaskiptaferla

4. Stýring efnaskiptaferla
Smíð og niðurbrot ensíma
Stýrilnæm (allósterísk) ensím
“Feedback” stýring
Ógagnhverf hvörf og brottnám hvarfefna
Gagnhverfar samgildar breytingar
(ábót og brottnám fosfathópa)
Nýsmíðarferli og niðurbrotsferli eru nær alltaf aðgreind
Hólfun (compartmentation) - dæmi
Smíð fitusýra: frymi
Oxun fitusýra: mítókondríur

7. •Stýring glýkólýsu -
stýriskref í efnaskiptum eru ógagnhverf
Hexókínasi og glúkókínasi
hvetja myndun glúkósa-6-fosfats frá glúkósa
Hexókínasi tekur þátt í stýringu glýkólýsu
Hexókínasi breytir um lögun við að bindast glúkósa

8. Munur á hexókínasa og glúkókínasa hexókínasi IV/hexókínasi D):
(glúkókínasi kallast einnig
hexókínasi IV/hexókínasi D):
•Hexókínasi hvetur hvörfin í öllum frumum nema lifrarfrumum
•Glúkókínasi hvetur hvörfin í lifrarfrumum
•Hexókínasi er ósérhæfður, virkar á margar sykrur
•Glúkókínasi er sérhæfður, virkar aðeins á glúkósa
•Hexókínasi hefur lágt Km fyrir glúkósa, þ. e. mikla sækni
•Glúkókínasi hefur hátt Km fyrir glúkósa, þ. e. litla sækni
•Glúkósa-6-fosfat hindrar virkni hexókínasa
•Glúkósa-6-fosfat hefur engin áhrif á virkni glúkókínasa
•Glúkókínasi er “inducible” ensím
•Smíð glúkókínasa er skert í sulti og sykursýki

9. Hlutverk hexókínasa og glúkókínasa
Kínasi er ensím sem hvetur flutning fosfats af
núkleosíðatrífosfati, t. d. ATP, á annað efni
Kínasar tilheyra transferösum, þ. e. ensímaflokki 2

10. Hlutverk hexókínasa og glúkókínasa
Hlutverk hexókínasa er að sjá frumum fyrir glúkósa
þó að blóðsykur sé mjög lágur
Þegar blóðsykur er hár er dregið úr virkni hexókínasa
(glúkósa-6-fosfat hindrar virkni)
Hlutverk glúkókínasa er að koma glúkósa í lifrarfrumur
til geymslu þegar blóðsykur er hár
Virkni glúkókínasa breytist mikið eftir blóðsykursstyrk

13. Fosfófrúktókínasi 1

14. •Fosfófrúktókínasi-1 er talinn vera lykilensím
glýkólýsu og er stýrilnæmt ensím
Stýrilefni (+) Stýrilefni (-)
AMP Sítrat (fitusýrur)
Frúktósa-6-fosfat ATP
Pi Glúkagon (cAMP)
Frúktósa-2,6-bisfosfat

17. ATP hindrar pýrúvatkínasa
Pýrúvatkínasi er til sem fosfórýlerað ensím (lítt virkt)
og óbreytt, virkara ensím

19. Stýring nýmyndunar glúkósa
Asetýl-CoA örvar virkni pýrúvatkarboxýlasa
Hár styrkur asetýl-CoA framkallar þörf á oxalóasetati,
en framboð þess má ekki vera takmarkandi
ef asetýl-CoA á að fullbrenna í sítrónusýruhring
Þannig er reynt að sjá til þess að
sítrónusýruhringur gangi óhindraður

22. Frúktósa-2,6-bisfosfat er mikilvægt stýrilefni glýkólýsu
Myndun þess frá frúktósa-6-fosfati er hvött
af fosfófrúktókínasa-2 (PFK-2)
Niðurbrot frúktósa-2,6-bisfosfats er hvött af FBPasa-2,
sem er sama prótein og PFK-2
FBPasi-2 hefur fosfórýleraða serínleif,
sem er óbreytt í PFK-2

29. Hvarfefnishringrásir
Í hvarfefnishringrás (substrate cycle)
verður vatnsrof ATP í ADP og Pi
Hvarfefnishringrásir geta
magnað styrk hvarfefna og myndað varma
og þurfa ekki alltaf að vera gangslaus sóun á ATP

30. Stýring smíðar og niðurbrots glýkógens
Stýring smíðar þess og niðurbrots eru góð dæmi um
•hormónastýringu
•innri boðkerfi í frumum með hringað AMP
sem innra boðefni (second messenger)
•stigmögnunarferli sem stýrt er með
gagnhverfum breytingum
(ábót og brottnámi fosfathópa)

32. Kínasar hvetja fosfórýleringu próteina
Kínasar fosfórýlera prótein í stigmögnunarferlum,
yfirleitt á kostnað ATP
Fosfórýlering getur gerst mjög hratt
Próteinkínasi A breytir virkni
margra próteina og ensíma með fosfórýleringu
Próteinkínasi A virkjar fosfórýlasakínasa með ábót fosfats
Fosfórýlasakínasi virkjar fosfórýlasa með
ábót fosfats á serínleif á fosfórýlasa
Þannig er sett af stað stigmögnunarferli
(amplification cascade)
Þetta veldur mögnun hormónaboðsins
og hröðu niðurbroti glýkógens

33. Kínasar hvetja fosfórýleringu próteina 2
Próteinkínasi A gerir glýkógensýnþasa
óvirkan með ábót fosfats
á serínleif á glýkógensýnþasa
Þannig er dregið úr glýkógensmíð

39. Fosfatasar nema brott fosfathóp af próteinum
og snúa við stýriláhrifum kínasa
Stýring glýkógenefnaskipta er gagnkvæm,
ferli smíðar og niðurbrots gerast ekki samtímis
Fosfatasar hvetja brottnáms fosfats af próteinum
með vatnsrofi, hér kemur ATP ekki við sögu
Próteinfosfatasi 1
gerir fosfórýlasakínasa og fosfórýlasa óvirka

40. Fosfatasar 2
Brottnám fosfats getur gerst mjög hratt
Insúlín, sem er mettunartákn, virkjar próteinfosfatasa 1
og stuðlar þannig að glýkógensmíð
Gagnhverf ábót og brottnám fosfats af ensímum
er mikilvæg í stýringu ensímvirkni

45. Hlutverk lifrar í stýringu blóðsykurs
Lifrin er mikilvæg í stýringu glúkósastyrks í blóði
Fosfórýlasi a nemur aukinn glúkósastyrk
og dregur úr virkni sinni
Jafnframt virkjast glýkógensýnþasi,
en eftir að fosfórýlasavirkni minnkar

50. Hormón stýra smíð og niðurbroti glýkógens
Amínhormón (adrenalín) og peptíðhormón (glúkagon)
komast ekki yfir frumuhimnu
Adrenalín er einnig nefnt epinephrine,
einkum í amerískum bókum og greinum
Adrenalín og glúkagon eru bæði hungurtákn,
adrenalín er einnig streitutákn

51. Hormón - glúkagon
Glúkagon örvar losun glúkósa frá glýkógeni lifrar,
glúkósinn fer út í blóðrás
Þetta er mikilvægt til að sjá heila og taugakerfi
fyrir glúkósa milli mála

52. Hormón - adrenalín Adrenalín örvar losun glúkósa frá glýkógeni vöðva,
vöðvinn notar glúkósann til eigin þarfa
Þetta er mikilvægt við snögga áreynslu
þegar blóðflæði er ekki nægilegt
Glúkósinn er notaður í loftfirrtri glýkólýsu
Þessi áhrif adrenalíns á vöðva eru kölluð
“flight or fight response”
Dýr notar glúkósann
til að flýja af hólmi eða berjast við óvininn

53. Boðmiðlun innan frumu, hringað AMP og G-prótein
Hormónin tengjast viðtaka á ytra borði himnunnar
Adrenalínviðtakinn er himnuspannandi prótein
sem fer sjö sinnum yfir himnuna
Hringað AMP (cyclic AMP, cAMP) er innra boðefni í frumum
Hringað AMP er lykilefni í
samhæfðri stýringu smíðar og niðurbrots glýkógens
Myndun hringaðs AMP er hvött af adenýlatsýklasa
Vatnsrof hringaðs AMP er hvatt af fosfódíesterasa -
AMP myndast

54. Boðmiðlun innan frumu, hringað AMP og G-prótein 2
Á innra borði himnunnar er adrenalínviðtakinn
bundinn G-próteini sem bindur GDP og GTP
Þegar hormón binst viðtakanum
losnar GDP frá G-próteini og GTP binst G-próteini
Undireining bundin GTP losnar frá G-próteini,
binst adenýlatsýklasa og virkjar hann
Hringað AMP virkjar próteinkínasa A
Flest lyf sem eru nú á markaði hafa áhrif á viðtaka
sem valda svari G-próteina í frumum