مطالب علمی_آموزشی متابولیسم کربوهیدرات در بیوشیمی

[BARAN_KH_Z]

در مرحله بعد آنزیم فسفوانول پیرووات با مصرف یک GTP و کوآنزیم منیزیم، کربوکسیل را جدا کرده و فسفوانول پیرووات تولید می‌شود.
۲-فسفوگلیسرات به‌وسیله آنزیم انولاز و با اضافه شدن مولکول آب به فسفوانول پیرووات تولید می‌شود.
در مرحله بعد آنزیم موتاز ساختار ۲-فسفوگلیسرات را به ۳-فسفوگلیسرات تغییر می‌دهد.
در ادامه ۳-فسفوگلیسرات به‌وسیله آنزیم فسفوگلیسرات کیناز و با دریافت فسفات از ATP به ۱،۳-بیس فسفوگلیسرات تبدیل می‌شود.
در مرحله بعد ۱،۳-بیس فسفوگلیسرات در یک واکنش اکسایش-کاهش به‌وسیله آنزیم گلیسرآلدهید ۳-فسفات دهیدروژناز و دریافت الکترون از NADH به گلیسرآلدهید ۳-فسفات تبدیل می‌شود.
آنزیم تریوز فسفات ایزومراز، گلیسرآلدهید ۳-فسفات به دی‌هیدروکسی استون فسفات تغییر می‌دهد.
در ادامه گلیسرآلدهید ۳-فسفات و دی‌هیدروکسی استون فسفات به‌وسیله آنزیم الدولاز با هم ترکیب شده و فروکتوز ۱،۶-بیس فسفات تولید می‌شود.
در مرحله بعد آنزیم فروکتوز ۱،۶ بیس فسفاتاز با جدا کردن گروه فسفات، فروکتوز ۱،۶-بیس فسفات را به فروکتوز ۶-فسفات تبدیل می‌کند.
آنزیم فسفوهگزوایزومراز، فروکتوز ۶-فسفات را به گلوکز ۶ فسفات تغییر می‌دهد.
در مرحله آخر گلوکز ۶-فسفاتاز با جدا کردن گروه فسفات، گلوکز ۶-فسفات را به گلوکز تبدیل می‌کند

 

[BARAN_KH_Z]

گلوکونئوژنز سایر ترکیبات آلی
از دآمیناسیون آنالین و گلوتامین مولکول‌های حدواسط چرخه کربکس تولید می‌شود. آلانین آمینوترانسفراز، گروه آمین آلانین را به آلفا گتوگلوتارات منتقل کرده و آلانین به پیرووات تبدیل می‌شود. گلوتامین در دو مرحله به آلفا کتوگلوتارات تبدیل می‌شود. در مرحله اول آنزیم گلوتامیناز، گلوتامین را به گلوتامات و در مرحله دوم آنزیم ترانس آمیناز گلوتامات را به آلفا کتوگلوتارات تبدیل می‌‌کند. افزایش غلظت پیرووات و آلفا کتوگلوتارات در میتوکندری، غلظت مالات در این اندامک را افزایش می‌دهد. مالات از میتوکندری خارج شده و وارد مسیر گلوکونئوژنز می‌شود.

 

[BARAN_KH_Z]

گلیسرول آزاد شده از هیدرولیز تری‌آسیل گلیسرول در سلول‌های چربی، یکی دیگر از منابع تولید گلوکز در بدن است. گلیسرول در سلول‌های کبدی به‌وسیله آنزیم کیناز به کلیسرول ۳-فسفات و گلیسرول ۳-فسفات به‌وسیله آنزیم گلیسرول ۳-فسفات دهیدروژناز به دی‌هیدروکسی استون فسفات (ترکیب حدواسط مشترک بین گلیکولیز و گلوکونئوژنز) تبدیل می‌شود.

 

[BARAN_KH_Z]

مسیر پنتوز فسفات
مسیر پنتوز فسفات یکی از مسیرهای اکسایش گلوکز در سلول‌ها است که بیشتر برای سنتز قندهای پنج‌کربنه ازجمله ریبوز و تولید NADPH انجام می‌شود. در مرحله اکسایشی این مسیر گلوکز ۶-فسفات به‌وسیله آنزیم گلوکز ۶-فسفات دهیدروژناز به ۶-فسفوگلوکولاکتون اکسید شده و NADP به NADPH تبدیل می‌شود. در ادامه آنزیم گلوکونولاکتوناز، ۶-فسفوگلوکولاکتون را به ۶-فسفوگلوکونات هیدرولیز می‌کند. ۶-فسفوگلوکونات پس از یک مرحله اکسیداسیون و دکربوکسیلاسیون به قند پنج‌کربنه ریبلوز ۵-فسفات و NADP به NADPH تبدیل می‌شود. NADPH تولید شده در این مرحله در سنتز اسید چرب، متابولیسم کلسترول، سنتز نوکلئوتید و انتقال‌دهنده‌های عصبی، و ریبلوز ۵-فسفات در سنتز DNA، RNA، NAD، FAD و کوآنزیم A شرکت می‌کند

 

[BARAN_KH_Z]

تمام واکنش‌های مرحله غیراکسایشی برگشت‌پذیر است. در نتیجه ریبولوز ۵-فسفات بدون نیاز به ترکیبات مرحله اکسایشی نیز سنتز می‌شود. در این مرحله ریبولوز ۵-فسفات به‌وسیله آنزیم ایزومراز به ریبوز ۵-فسفات (آلدهید) و ریبوز ۵-فسفات به‌وسیله آنزیم اپیمراز به زایلوز ۵-فسفات تبدیل می‌شود. آنزیم ترانس‌کتولاز با کمک کوآنزیم تیمین پیروفسفات، ۲ کربن ریبوز ۵-فسفات را به زایلوز ۵-فسفات منتقل می‌کند. در پایان این واکنش گلیسرآلدهید ۳-فسفات (سه‌کربنه) و سودوهپتولوز-۷-فسفات (هفت‌کربنه) سنتز می‌شود. در ادامه مرحله غیراکسایشی پنتوز فسفات آنزیم ترانس آلدولاز سه کربن قند سودوهپتولوز-۷-فسفات را به گلیسرآلدهید ۳-فسفات منتقل می‌کند. در پایان این واکنش فروکتوز ۶-فسفات (شش‌کربنه) و اریتروز ۴-فسفات (چهارکربنه) سنتز می‌شود. در ادامه انتقال دو کربن از زایلوز ۵-فسفات به اریتروز ۴-فسفات به‌وسیله آنزیم ترانس‌کتولاز، گلیسرآلدهید ۳-فسفات و فروکتوز ۶-فسفات تولید می‌شود.

 

[BARAN_KH_Z]

گلیکوژنز و گلیکوژنولیز
گلیکوژن پلیمر ذخیره کربوهیدرات‌ها در بدن انسان است که از واحدهای تکراری آلفا D-گلوکز با پیوند گلیوکوزیدی بین کربن ۱ گلوکز اول و کربن ۴ گلوکز دوم (1→41→4) تشکیل می‌شود. واکنش‌های آنزیمی سنتز گلیکوژن یا گلیکوژنز در سیتوپلاسم سلول‌های ماهیچه‌ای، کبدی و بافت چربی انجام می‌شود. در مرحله اول گلیکوژنز، گلوکز به فرم فعال UDP-گلوکز و در مراحل بعدی به‌وسیله آنزیم‌ها گلیکوژنین، گلیکوژن سنتتاز و گلیکوزیل ترانسفراز به پلیمر گلیکوژن تبدیل می‌شود.

 

[BARAN_KH_Z]

در مرحله اول گلوکز به‌وسیله آنزیم هگزوکیناز و با مصرف ATP به گلوکز ۶-فسفات و گلوکز ۶-فسفات به‌وسیله آنزیم فسفوگلوکوموتاز به گلوکز ۱-فسفات تبدیل می‌شود. در مرحله بعد آنزیم UDP-گلوکز پیروفسفوریلاز، گلوکز پیروفسفات را به UDP-گلوکز و پیروفسفات (PiPi) تبدیل می‌کند.
در مرحله بعدی آنزیم گلیکوژنین تشکیل پیوند گلیکوزیدی بین UDP-گلوکز را کاتالیز می‌کند. انتهای احیاکننده گلوکز به تیروزین جایگاه فعال این آنزیم متصل و قطعه ۸ زیرواحدی گلیکوژن تشکیل می‌شود.
در مرحله بعد آنزیم گلیکوژن سنتتاز مولکول‌های UDP-گلوکز را به هیدروکسیل کربن ۴ در انتهای غیراحیاکننده باقی‌مانده قند وصل می‌کند. آنزیم گلیکوسیل ترانسفراز در حین سنتز رشته اصلی، شاخه‌های ۷ زیرواحدی گلوکز را با پیوند گلیکوزیدی
α1→6α1→6
به پلیمر اضافه می‌کند.

 

[BARAN_KH_Z]

تنظیم متابولیسم کربوهیدرات ها
تغییر غلظت ترکیبات حدواسط مسیرهای متابولیسمی کربوهیدرات‌ها، تغییر غلظت ATP در سلول و ترشح هورمون‌ها متابولیسم کربوهیدرات ها را با فعال یا غیرفعال کردن آنزیم‌ها تغییر می‌دهد. گلوکاگون، انسولین، اپی‌نفرین، نوراپی‌نفرین و کورتیزول هورمون‌های تنظیم‌کننده متابولیسم کربوهیدرات ها هستند.

 

[BARAN_KH_Z]

در شرایط کمبود گلوکز آنزیم گلیکوژن فسفوریلاز و فسفوریلاز کیناز زیرواحدهای گلوکز و گلوکز ۱-فسفات را از گلیکوژن ذخیره شده در کبد و ماهیچه جدا می‌کند. آنزیم گلیکوژن فسفوریلاز در سیتوپلاسم زیرواحدهای گلوکز شاخه اصلی را جدا می‌کند. زمانی که آنزیم از شاخه چهار گلوکز فاصله داشت، آنزیم «دیبرانچ گلیکوژن» (Debranching Enzyme) شاخه را با پیوند
1→41→4
به زنجیره دیگر وصل کرده و یک گلوکز در محل شاخه باقی‌می‌ماند که به‌وسیله آنزیم
α1→6α1→6
گلیکوزیداز هیدرولیز می‌شود

 

[BARAN_KH_Z]

تنظیم متابولیسم گلیکوژن
فعالیت آنزیم‌های گلیکوژن فسفوریلاز و گلیکوژن سنتتاز به‌وسیله تغییر متابولیت‌های سلول و هورمون‌ها تنظیم می‌شود. افزایش ATP، گلوکز ۶-فسفات و گلوکز (در سلول‌های کبدی) آنزیم گلیکوژن فسفوریلاز را مهار و گلیکوژن سنتتاز را تحریک می‌کند. کاهش گلوکز خون ترشح هورمون‌های گلوکاگون، اپی‌نفرین و نوراپی‌نفرین را افزایش می‌دهد. گلوکاگون به گیرنده غشایی سلول‌های کبدی و ماهیچه‌ای متصل شده و پروتئین Gs را فعال می‌کند. Gs آنزیم آدنیلات سیکلاز غشا را فعال کرده و این آنزیم ATP را به cAMP تبدیل می‌کند. cAMP آنزیم کیناز A را فعال می‌کند. یکی از پروتئین‌های هدف کیناز A، فسفوریلاز کیناز B است. اضافه شدن فسفات به فسفوریلاز کیناز B با فعال شدن این آنزیم، فسفوریلاسیون آنزیم گلیکوژن فسفوریلاز، فعال شدن گلیکوژن فسفوریلاز و افزایش گلوکز خون همراه است.

فسفوریله شدن آنزیم گلیکوژن سنتتاز به‌وسیله کیناز A در این مسیر، با مهار آنزیم و سنتز گلیکوژن همراه است. اتصال اپی‌نفرین و نوراپی‌نفرین به گیرنده غشایی با فعال شدن Gq، فسفولیپاز C و هیدرولیز لیپیدهای غشایی فسفواینوزیتول بیس‌فسفات به اینوزیتول تری‌فسفات (IP3) و دی‌آسیل گلیسرول (DAG) همراه است. IP3 با باز کردن کانال‌های کلسیمی شبکه اندوپلاسمی صاف، غلظت این یون در سیتوپلاسم را افزایش می‌دهد. کلسیم به کلمودولین متصل شده و کمپلکس کلسیم/کلمودولین فسفوریلاز کیناز B را فعال می‌کند.