ביוכימיה 4 מטבוליזם של פחמימות Flashcards

Question

ריאקציה מס’ 5: איזומיריזציה

Answer 1

שני התוצרים מהתגובה הקודמת , שהם מגיבי הריאקציה הזו הם למעשה איזומרים מבניים: - גליצראלדהיד 3 פוספט - דיהידרוקסי אצטון פוספט מבין שניהם , רק גליצראלדהיד 3 פוספט יכול להמשיך הלאה בגליקוליזה , ואכן האנזים **טריוז פוספט איזומראז** הופך את הקטוז די הידרוקסי אצטון פוספט לגליצרלדהיד 3 פוספט ריאקציה זו הפיכה בתנאים פיזיולוגיים בזה סיימנו את שלב ההכנה , שמטרתנו להפוך את הגלוקוז למולקולה שקל יותר לחמצן אותה

Answer 2

מורכב מ 5 ריאקציות , בגלל שנוצר אצלנו שתי מולקולות גליצראלדהיד 3 פוספט , בעצם כל אחת מהם עוברת את המסלול ולכן כל דבר מתרחש פעמיים. הריאקציות שבשלב הזה: - אוקסידציה זרחנית בשלב 6 שמייצרת נשאנאלקטרונים מזורחן NADH - איזומריזציה בשלב 8 - שתי ריאקציות “זרחון ברמת הבסיס” , שמייצרות מולקולות אטפ , בעצם ריאקציות 7 ו- 10

Answer 3

זוהי ריאקציית חמצון חיזור שמבוצעת ע”י האוקסידו רדוקטאז **גליצראלדהיד 3-פוספט דהידרוגנאז** , שבמהלכה ישנו רווח ראשון שנוצר בגליקוליזה. הרווח הוא אינו ישיר אלא רווח “פסיבי” של נשא אלקטרונים מחוזר. האנזים מחמצן את הסובסטרט הראשון שלו גליצראלדהיד 3- פוספט ע”י כך שהוא מוריד לו מימן (עם האלקטרונים) “ומחליף” אותו בחמצן (של הפוספוריל) , ובמקביל מחזר את הסובסטרט השני שלו , בעצם נשא האלקטרונים NAD לקבלת NADH. פעולת החמצון של גליצראלדהיד 3-פוספט מניבה חומצה (ידוע לנו שהחמצון של אלדהיד נותן חומצה) , וכן מספקת את האנרגיה הנחוצה לשם חיבור קבוצת הפוספוריל האינאורגני Pi לגליצראלדהיד 3-פוספט , לקבלת התוצר הסופי , שהוא **החומצה 3,1 - ביספוספוגליצראט**. החומצה 3,1 - ביספוספוגליצראט היא מאד לא יציבה , הקשר האנהדרידי שבתוכה הינו עתיר אנרגיה ונוטה להתפרק , קשר זה נקרא acyl phosphate , והתפרקותו מספקת את האנרגיה הדרושה לריאקציה הבאה שבמהלכה נוצרת מולקולת אטפ. כמות ה NAD בתא נמוכה יחסית לכמות הגלוקוז , מחסור ב NAD יתקע את המסלול והגליקוליזה לא תוכל להתרחש , ולכן יש צורך עז לחמצן את ה NADH שנוצר במהרה ולמחזרו לכדי NAD כדי שהמסלול יימשך. עניין נוסף סביב ריאקציה זו הוא שבמהלכה נוצר קשר **קוולנטי** בין הסובסטרט לאנזים , בעצם קבוצת **האלדהיד** של הגליצראלדהיד 3- פוספט תיצור קשר thiohemiacetal עם קבוצת הסולפהידריל Sh של חומצה אמינית ציסטאין שישנה באתר הפעיל של האנזים. ריאקציה זו בתנאים סטנדרטיים הינה אנדרוגנית ומתרחשת רק בכיוון ההפוך , אך בתא נמצאת בשיווי משקל והאנרגיה החופשית שלה קרובה ל 0.

Answer 4

בריאקציה זו ישנו ייצור בפעם הראשונה של מולקולת אטפ , בעצם שתי מולקולות כי כאמור בשלב הרווח הכל מתרחש פעמיים , וכך בעצם החזרנו את ההשקעה האנרגטית של שלב ההכנה. כאמור החומצה שנוצרה בשלב הקודם , **3,1 - ביספוספוגליצראט** , מכילה קשר אנהידרידי עתיר אנרגיה מסוג acyl phosphate שנוטה להתפרק , התפרקותו בריאקציה הזאת משחררת אנרגיה רבה שמספקת את הכח הדרוש ליצירת אטפ ברמת substrate level phosphorylation האנזים: **פוספוגליצראט קינאז** , ששמו ניתן לו בגלל שהוא התגלה דווקא כשחקרו את הריאקציה בכיוון ההפוך. מה שהוא עושה זה שהוא לוקח את החומצה 1,3- ביספוספוגליצראט , ומעביר את הפוספוריל מפחמן מס’ 1 למולקולת אדפ , לקבלת 3 - פוספוגליצראט + אטפ. זרחון ברמת הסובסטרט הינו תהליך יצירת אטפ שלא דרך האנזים ATP synthase - האנזים דורש מגנזיום כקו פקטור - הריאקציה הפיכה בתנאי התא כי מצד אחד יש פירוק של קבוצת acyl phosphate אנרגטית , מצד שני יש פירוק של אטפ

Answer 5

האנזים: **פוספוגליצראט מוטאז** , לוקח את הפוספוריל מעמדה 3 לעמדה 2 , ויוצר לנו 2- פוספוגליצראט. האנזים: - מוטאז הוא סוג של איזומראז שיודע לקחת קבוצה פעילה ולשנות את מיקומה בתוך מולקולה נתונה - הריאקציה הפיכה בתנאי התא - האנזים דורש מגנזיום

Answer 6

האנזים:**אנולאז** אנולאז מוציא מולקולת מים מ 2-פוספוגליצראט (דהידרציה) וסוגר קשר כפול בין פחמנים 2 ו- 3 ליצירת החומר PEP או בשמו המלא פוספו אנול פירובט. החשיבות של הריאקציה הזו היא בכך שהיא לוקחת מולקולה בעלת פוטנציאל העברת פוספוריל נמוך (2-פוספוגליצראט) והופכת אותה למולקולה בעלת פוטנציאל העברת פוספוריל גבוה (PEP). כך שאם נתבונן בדלתא ג׳י של הוצאת הפוספוריל מ PEP נראה שהיא הרבה יותר נמוכה מזו של הוצאת פוספוריל מ 2-פוספוגליצראט. - האנזים דורש מגנזיום - ריאקציה א דרקונית בתנאים סטנדרטיים והפיכה בתא כך שאף כיוון בה אינו מועדף על פני האחר

Answer 7

שתיהן לוקחות חומר בעל פוטנציאל הוצאת פוספוריל נמוך , והופכות אותו לחומר אחר בעל הוצאת פוספוריל גבוה. בריאקציה 6: יצירת החומצה 3,1 - ביספוספוגליצראט ע”י האנזים גליצראלדהיד 3-פוספט דהידרוגנאז. כאמור בחומצה ישנו קשר אנהידרידי לא יציב מסוג acyl phosphate שמספק את האנרגיה הנחוצה בריאקציה 7 לפעולת זרחון ברמת הסובסטרט substrate level בריאקציה 9: יצירת PEP מ 2-פוספוגליצראט בריאקציית הידרוליזה ע”י האנזים אנולאז. גם פה מכינים את השטח לזרחון ברמת הסובסטרט שיגיע בריאקציה הבאה

Answer 8

האנזים **פירובאט קינאז** קושר את PEP ועוד מולקולת אדפ בו”ז , ומזרז מעבר פוספוריל לקבלת אטפ + פירובט בריאקציית זרחון ברמת הסובסטרט. האנזים צריך באופן קבע יון אשלגן , ובנוסף אליו **או** יון מגנזיום **או** יון מנגן Mn כדי לפעול. התוצר שמתקבל הוא פירובט בצורת ה enol שלו , שמהר מאד עובר בצורה ספונטנית ריאקציה טאוטומיריזציה לקבל צורת ה keto , **זו ריאקציה שאינה דורשת אנזים.** צורת הקטו של פירובט הינה בעלת אנרגיה חופשית יותר נמוכה מצורת האנול , ולכן יותר יציבה , וב pH=7 היא יותר דומיננטית , **כלומר המעבר מאמון לקטו משחרר אנרגיה חופשית לסביבה**. במהלך ההדרוליזה של PEP משתחררת אנרגיה רבה שמשרתת שתי פונקציות: 1. יצירה של אטפ 2. דחיפת הריאקציה לכיוון אחד ובלתי הפיך. היינו מצפים שבגלל שבכיוון ההפוך ישנו ביקוע של אטפ אז גם הריאקציה הזאת תהיה הפיכה , אך שבירת ה PEP משחררת אנרגיה כה רבה שגם ביקוע אטפ בכיוון ההפוך לא יתגבר עליה.

Answer 9

גליקוליזה נבדלת בין יצורים שונים בבקרות שפועלות עליה , ובגורל הפירובט שנוצר. הבקרה אינה מתרחשת על האנזימים של הריאקציות ההפיכות , אלא על האנזימים של הריאקציות הבלתי הפיכות: - הקסוקינאז בריאקציה 1 - ה PFK1 בריאקציה 3 - פירובאט קינאז בריאקציה 10

Answer 10

שתי מולקולות NADH מחוזרות בריאקציה 6 4 מולקולות אטפ בריאקציות 7 ו- 10 , כאשר 2 מהם מהוות רווח נטו 2 מולקולות פירובט

Answer 11

“המטבוליזם של גלוקוז בתאי יונקים מוגבל על ידי קצב ספיגת הגלוקוז לתאים והזרחון שלו על ידי הקסוקינאז”. הספיגה של גלוקוז לתאים מתרחשת ע”י דיפוזיה לפי מפל ריכוזים דרך יוניפורטרים מסוג GLUT , סוגים מסוימים של הטרנספורטר GLUT נמצאים בכל רקמה ורקמה. - הטרנספורטר GLUT1 נמצא בכל הרקמות - הטרנספורטר GLUT2 נמצא על הממברנה הפלסמטית של תאי לבלב , כבד והמעי הדק - הטרנספורטר GLUT3 נמצא על נוירונים במוח שלשת אלה הם טרנס פורטרים לגלוקוז שנמצאים **באורח קבע** על ממברנת התא , ואינם תלויים בגלוקוז הטרנספורטר GLUT4 לחילופין , הטרנספורטר העיקרי לגלוקוז בתאי שריר שלד , שריר לב , ותאי שומן (לצד GLUT1) תלוי באינסולין. טרנספורטר זה שמור בתוך התא באנדוזום הממחזר recycling endosome , ורק אחרי הגעת אינסולין לתא שנקשר לרצפטור שלו RTK מתרחשת קסקדת תגובות שתגרום להנחת וזיקולות מהאנדוזום לממברנה , ובעצם ביטוי הרצפטורים על ממברנת התא ביתר שאת מה שמאפשר קליטת אינסולין רבה יותר.

Answer 12

אצל אנשים שחולים בסוכרת סוג1 , שנקראת גם סוכרת תלוית אנסולין , תאי בטא בלבלב נפגעים ונהרסים , ולכן כמות האינסולין שמופרשת מהלבלב יורדת באופן ניכר , אי לכך , רקמת השריר ורקמת השומן , שקליטת גלוקוז מהדם בהם תלויה באינסולין , יורדת באופן משמעותי , ועל כן רמות הגלוקוז נותרות גבוהות בדם לאחר ארוחה , גם אחרי זמן רב , מצב שמכונה היפרגליקמיה hyperglycaemia במצב של היפרגליקמיה הנגרמת עקב סוכרת סוג1 , חרף הרמות הגבוהות של סוכר בדם , רקמת השריר והשומן יהיו ממש רעבות כי אין את האינסולין הדרוש להם לקליטת הגלוקוז הזה , ולכן הם יתחילו לפרק את מאגרי השומנים שיש בהם , בעצם את הטריאציל גליצרידים , להפקת חומצות שומן , שמהם יפיקו אנרגיה. בעצם השריר והשומן מפרקים את חומצות השומן בתהליך של בטא אוקסידציה שממנו נוצר אציטיל קוA , שיגיע לכבד , ושם יווצרו ממנו גופי קטו שתפקידם להזין את הרקמות בגוף בהעדר גלוקוז. ישנם 3 סוגים של גופי קטו: אצטון , אצטואצטט , ובטא הידרוקסי בוטיראט , כאשר שני האחרונים הם העיקריים והכי נפוצים , והם נישאים מהכבד אל הרקמות השונות כדי לשמש כדלק , בעיקר למוח , שאינו יכול לקבל חומצות שומן מהדם (ליפופרוטאינים?) כי חומצות שומן אינם עוברים מחסום דם-מוח , ולכן גופי קטו קריטיים בעבורו. במקרים מסוימים , הכבד מייצר כמות גדולה מאד של גופי קטו כך שהם מתחילים להצטבר בדם , חומרים אלה הם חומצות , והצטברותם בדם גורמת לירידה ב pH והחמצת הדם , עד למצב של קטואצידוזיס , שהוא מצב מסכן חיים. בחולים כאלה אנחנו מטפלים ע”י הזרקת אינסולין ששובר את מעגל הרשע!! האינסולין הסינטטי שניתן נקלט בתאי השריר והשומן , וגורם לביטוי של טרנספורטרים מסוג GLUT4 על הממברנות שלהם , כך שהגלוקוז נקלט בהם מהדם , אין פירוק יתר של חומצות שומן , אין יצירת גופי קטו בכבד… ולא נוצר קטו אצידוזיס

Answer 13

אמרנו מקודם שגליקוליזה היא תהליך אוניברסלי שמתקיים כמעט בכל ייצור חי , ובמהלכו נוצרות שתי מולקולות אטפ נטו , שני נשאי אלקטרונים מחוזרים בצורת NADH ושתי מולקולות פירובט , כמו כן אמרנו שיש תאים שתלויים לחלוטין האטפ שנוצר במהלך הגליקוליזה כמקור האנרגיה הבלעדי שלהם. אמרנו גם כן שההבדל בגליקוליזה שמתרחשת ביצורים אחרים הוא בבקרות על המסלול , ובגורל הפירובט שנוצר בתהליך. בתנאים אירוביים , הפירובט (שמקורו בגלוקוז) יכנס למעגל קרבס , ויעבור חמצון מלא להפקת מים ופחמן דו חמצני. **בהעדר חמצן , הפירובט עובר תסיסה** , שהסוג שלה נקבע לפי סוג האורגניזם. אמרנו מקודם שריכוזי NAD תקינים בתא הם קריטיים כדי שהגליקוליזה תוכל להמשיך , ולכן מולקולות ה NADH שנוצרות בשלב 6 חייבות לעבור חמצון מהר - למסור את האלקטרונים שלהם לצורון כלשהו בתא - כדי שיוכלו להתמחזר ולאפשר המשך קיום הגליקוליזה , כך שהתא יוכל להמשיך לייצר אטפ. בתנאים אנאירוביים (או בתנאים של היפוקסיה) הפירובט הוא הוא מקבל האלקטרונים!!! שמחמצן את ה NADH וממחזר אותו. **בתסיסה לקטית**: הפירובט מחוזר ע”י האנזים **לקטט דהידרוגנאז** והופך לחומצה לקטית , ובמקביל נוצרים נשאי אלקטרונים מחומצנים , NAD , מה שמאפשר המשך גליקוליזה. תסיסה לקטית מבוצעת ע”י יוקריוטים בתנאים אנאירוביים כגון שמרים ותאי שריר בתנאי היפוקסיה בזמן פעילות גופנית מאומצת , תאי דם אדומים שאין בהם מיטוכונדריה עושים תסיסה לקטית גם כן. נדגיש , בתאי שריר כשאין חמצן המיטוכונדריה לא עובדת ולכן אין מעגל קרבס , ולכן הצורך בתסיסה. הלקטט שהצטבר בשריר עובר לכבד , בכבד הוא מתחמצן והופך חזרה לפירובט , שהופך לגלוקוז בגלוקונאוגנזה , הגלוקוז שנוצר יופרש מהכבד לדם ויגיע חזרה לשריר , בשריר הוא יעבור גליקוליזה פעם נוספת להפקת אנרגיה , מעגל זה נקרא **מעגל קורי**. Cori cycle בממברנה של התאים יש נשאים היודעים להעביר ולשאת לקטט בין הרקמות , חשוב לצורך קיום מעגל קורי. לקטט כשלעצמו הוא חומצה חלשה , הצטברותו בדם יכולה לגרום לחמצת מטבולית , ולכן יש הגבלה על כמה תאים יכולים ליצר אותו

Answer 14

תסיסה כהלית מתרחשת אך ורק במיקרו אורגניזמים לרבות שמרים גם פה **המטרה שלה הוא למחזר NAD כדי לאפשר לגליקוליזה להמשיך. הגלוקוז הופך לפירובט בגליקוליזה , שאז מותסס לכדי אתנול בתהליך דו שלבי: 1. שלב ראשון: האנזים **פירובט דה קרבוקסילז** באופן **בלתי הפיך וחד כיווני** מוריד קבוצת קרבוקסיל מהפירובט בצורת CO2 , ליצירת אצטלדהיד. האנזים דורש מגנזיום לצורך העבודה שלו , וכן תיאמין פירו פוספט TPP , שהוא נגזרת של ויטמין B1. **זהו מאפיין של כל הדה קרבוקסילאזות , הם עובדים עם נגזרת של ויטמין B1** 2. שלב שני: האצטלדהיד מחוזר ע”י **אלכוהול דהידרוגנאז** לכדי אתנול , מוסר האלקטרונים הוא NADH , וכך בעצם קיבלנו נשאי אלקטרונים מחומצנים.

Answer 15

אנזים שנמצא באורגניזמים רבים , כולל בני אדם , ומזרז באופן הפיך את ריאקציית החמצון חיזור הבאה: **Acetaldehyde + NADH + H = ethanol + NAD** **בכבד** הוא מזרז את הריאקציה שבה אתנול הופך לאצטלדהיד , רואים שריאקציה זו צורכת NAD , ולכן שתיית אלכוהול מרובה תשלול מהכבד את מאגרי ה NAD שלו , ובכך תפגע ביכולת ההפטוציט לבצע גליקוליזה , ועל כן תפגע ביכולתו ליצר אטפ. דבר נוסף שהאנזים זה עושה הוא חמצון אומגה של חומצות שומן סובסטרט נוסף של האנזים הוא **מתנול** , שהאנזים הופך לפורמלדהיד , פורמלדהיד הוא חומר מסוכן שיכול לגרום לעיוורון ואף למוות. בעצם הוא גורם להידבקות של חלבונים זה לזה בקשרים צולבים וחזקים מאד וזה גורם לנזק שתיארנו. פורמלדהיד גורם להידבקות כל-כך חזקה בין חלבונים עד כדי כך שהוא משמש להדבקת חלבונים וקיבועם בשיטות מחקר רבות

Answer 16

טיאמין פירופוספט , קו אנזים שהוא נגזרת של ויטמין B1 , עובד באדיקות עם דה קרבוקסילאזות. מחסור ב TPP יגרום למחלת “ברי ברי” beri beri , המתבטאת בנפיחות ובצקות , שיתוק ואפילו מוות

Answer 17

במסלולים מטבוליים רבים , פועלת סדרה של אנזימים שמזרזים ריאקציות שונות. במקרים רבים התוצר של אנזים אחד הוא הסובסטרט של האנזים העוקב. מבין האנזימים האלה , יש אנזים אחד או יותר שהם בעלי חשיבות רבה יותר משאר האנזימים , והם אלה שקובעים את קצב הריאקציה , מזרזים שלבי התחייבות למסלול , מזרזים ריאקציות בלתי הפיכות וכו’. מסתבר שהאנזימים האלה הם האנזימים שיש עליהם בקרה במסלול מטבולי נתון מנגנוני בקרה על אנזימים: - בידוד במדור אחר מזה שבו מתרחשת הריאקציה שהאנזים מזרז sequestering - אנזימים אלוסטריים - מודיפיקציות קוולנטיות המווסתות את פעילות האנזים כגון פוספורילציה - קישור לחלבון בקרה אחר שמפעיל / מכבה את האנזים (p53-mdm) - חיתוך פרוטאוליטי שיכול להפעיל / לכבות אנזים כלשהו כמו למשל זימוגנים (מנגנון בקרה בלתי הפיך)

Answer 18

שלרוב אנזימים שנתונים לבקרות כאלה הם אנזימים שמורכבים ממספר תת יחידות , כאשר בד”כ (אך לא תמיד) הבקרה מבוצעת על יחידה רגולטורית שאינה היחידה הקטליטית!

Answer 19

אנזימים אלוסטריים הם כאלה שיכולים לקבל מספר צורות , **אחת פעילה יותר ואחת פעילה פחות** , כתלות בקישור של אלוסטרנט. הקישור בין האנזים לאלוסטרנט שלו (נקרא גם modulator, allosteric effector) **איננו קוולנטי** והוא הפיך. האלוסטרנט עצמו יכול להיות מטבוליט מסוים שנוצר במסלול המטבולי שהאנזים הוא חלק ממנו , יכול להיות חומר אחר שנוצר במסלול אחר , ויכול להיות קו פקטור כלשהו. אלוסטרנטים יכולים להיקשר גם לאתר הפעיל של האנזים וגם לאתר בקרה נפרד. מאפיין עיקרי נוסף של בקרה לאוסטרית הוא שהבקרה אינה עובדת במנגנון all or none , שלא שמדובר יותר בבקרה מסוג fine tuning , כלומר מגבירה את פעילות האנזים או מורידה אותה , אך אין השבתה טוטאלית של פעילות האנזים כפי שקורה בבקרות קוולנטיות. ואכן בקרות קוולנטיות על פעילות אנזימים יכולות להיות “הכל או כלום”… כך למשל ביקוע פרוטאוליטי של חלבון יכול להפעיל אותו או להשבית אותו באופן בלתי הפיך!!

Answer 20

אנזים אלוסטריים הם אנזימים שבד”כ יותר גדולים ויותר מורכבים (מבנית) מאנזימים לא אלוסטריים , ומורכבים לרוב ממספר תתי יחידות. כמו כן , הם אנזימים שיכולים לקבל כמה צורות , **צורות פעילות יותר וצורות פעילות פחות** כתלות בקישור או ניתוק אלוסטרנט. אלוסטרנט הוא חומר כלשהו , יכול להיות מטבוליט שנוצר במסלול מטבולי שהאנזים פועל בו , מולקולה ממסלול אחר , או קו פקטור קטן שנקשר לאנזים , משנה את צורתו (ועל כן אלוסטרציה) ובכך מווסת את פעילותו. אלוסטרנט יכול להיות כזה שנקשר לאתר רגולטורי באנזים שאינו האתר הקטליטי , ויכול להיות כזה שנקשר לאתר הפעיל -אך זה לא הופך אותו למעכב תחרותי כי באנזימים מטבוליים לא מתקיימים עקרונות מיכאליס מנטן. בקרה אלוסטרית פועלת בעיקרון של fine tuning , כלומר היא אינה משביתה לחלוטין את פעילות האנזים או מפעילה אותו , אלא מגבירה ומורידה , להבדיל מבקרה קוולנטיות **שיכולה להיות** בצורת all or none , וכך או שתפעיל אנזים או שתשבית אותו וכן ביקוע פרוטאוליטי , אך גם יש בקרות קוולנטיות שמגבירות ומורידות פעילות ולא בהכרח מפעילות ומכבות אנזימים. אם האלוסטרנט הוא גם הסובסטרט של האנזים , הבקרה הינה אלוסטרית הומוטרופית , כך שהאתר הפעיל של האנזים והאתר הרגולטורי הם אותו אתר. אם האלוסטרנט שונה מהסובסטרט , הבקרה תקרא אלוסטרית הטרוטרופית , כך שהאתר הפעיל של האנזים והאתר הרגולטורי הם אתרים שונים. האתר הרגולטורי מתאים לאלוסטרנט באופן , ספיציפי (כפי שאתר פעיל מתאים לסובסטרט) , יתכן שלאנזים נתון יהיו מספר אלוסטרנטים , **משמע שיהיה לו מספר אתרים רגולטוריים** שכל אחד מתאים לאלוסטרנט ספיציפי.

Answer 21

דוגמה לאנזים אלוסטרי שמזרז שלב מוקדם בריאקציית היצירה של פרימידינים (T ו- C)

Answer 22

אנזימים אלוסטריים אינם פועלים לפי קינטיקת מיכאליס מנטן , אלוסטרנט שנקשר לאתר הפעיל של האנזים אינו מעכב תחרותי , וכזה שלא נקשר לאתר הפעיל אינו מעכב לא תחרותי. עדיים קיים קשר בין V0 ל [S] , ואכן ניתן לראות שבריכוזי סובסטרט גבוהים האנזים מגיע לרוויה מסוימת , אולם בניגוד למודל מיכאליס מנטן שהעקומה שמתארת את הקשר בין המהירות ההתחלתית לריכוז הסובסטרט היא עקומה היפרבולית , באנזימים אלוסטריים העקומה היא סיגמואידלית. הבדל נוסף שקיים בין קינטיקת מיכאליס מנטן לקנטיקה של אנזימים אלוסטריים היא ריכוז הסובסטרט עבורו המהירות ההתחלתית של הריאקציה היא מחצית מהמהירות המקסימלית , במצב של אנזימים אלוסטריים לא מדובר בקבוע מיכאליס Km , כי היחס בין V0 ל [S] איננו היפרבולי , אלא שאנחנו מדברים על קבוע אחר שנקרא **K0.5** שמתייחס לריכוז הסובסטרט שבו מהירות הריאקציה ההתחלתית שמזורזת ע”י אנזים אלוסטרי היא מחצית מהמהירות המקסימלית. בפועל , אלוסטרנטים כן משפיעים על הקנטיקה של אנזימים אלוסטריים באופן שיכול לדמות מעכבים במודל מיכאליס מנטן: 1. **אלוסטרנט מאקטב:** - מקטין k0.5 (הגרף זז שמאלה) - מגביר קצב ריאקציה (הגרף נהיה יותר תלול) - אינו משפיע על Vmax - הגרף נהיה פחות סיגמואידלי - מבחינת השפעה על הממדים הקינטיים מזכיר מעכב משולב 2. **אלוסטרנט מעכב**: - מגדיל K0.5 (גרף זז ימינה) - השפעה על Vmax - הגרף נהיה יותר סיגמואידלי - מבחינת השפעה על מדדים קינטיים מזכיר שקף 56

Answer 23

בשקף אנחנו רואים את השפעתו של אלוסטרנט הומוטרופי **מאקטב** ביחס לאנזים שנמצא במצב R הפעיל יותר ואחר שנמצא במצב T הפעיל פחות. אנזים אלוסטרי הוא אנזים שהגרף הסיגמואידלינשלונהוא שילוב של שני הגרפים שמתארים את מצב R ו- T , כך שבריכוזי סובסטרט נמוכים האנזים האלוסטרי נמצא בעיקר במצב הפחות פעיל T , ובריכוזי סובסטרט גבוהים הוא נמצא יותר במצב הפעיל R פעילות של המוגלובין גם כן מתוארת לפי גרף סיגמואידלי , ידוע לנו שבפריפריה היכן שריכוזי החמצן נמוכים , ההמוגלובין ימצא יותר במצב של T (פחות **אפיני** לחמצן או “פחות פעיל” ונוטה לשחרר חמצן) וזה הגיוני כי אנחנו רוצים שהוא ישחרר את החמצן ברקמות היכן שריכוז החמצן נמוך. בריאות מנגד , היכן שריכוזי החמצן גבוהים , האנזים נמצא בעיקר במצב R שהוא המצב היותר אפיני שלו , או יותר “פעיל”, ולכן הוא קושר חמצן ביתר שאת. המוגלובין הוא חלבון קואופרטיבי , המונח ׳אופרטיביות מתייחס לאפיניות , אני פה בחרתי לתאר אותו גם במונחים של פעיל יותר ופעיל פחות מתוך קביעה שפעילות ההמוגלובין היא לקשור חמצן.

Answer 24

**קאופרטיביות**: מונח המתאר שינויים באפיניות שבין חלבון לליגנד **אלוסטריות** מונח המתאר שינויים קונפורמטיביים באנזים שניהם מתוארים לפי גרף סיגמואידלי , להבדיל מהקנטיקה של אנזימים במודל מיכאליס מנטן שמתוארת לפי עקומה היפרבולית. בכל המקרים קיים קשר בין ריכוז הסובסטרט לקצב הריאקציה

Answer 25

במסלולים מטבוליים , הבקרה נעשית על אנזימים שמתווכים ריאקציות בלתי הפיכות , או ריאקציות התחייבות למסלול נתון. אנזים מטבולי שמבוקר ע”י אלוסטרנטים הוא אי לכך אנזים אלוסטרי

Answer 26

כאמור הבקרה במסלול הגליקוליזה , כפי שהיא בכל מסלול מטבולי שהוא, נתונה רק על אנזימים שמזרזים ריאקציות בלתי הפיכות. עניין נוסף זה שברב יש גם בקרה הורמונלית על התהליך **בקרה על הקסוקינאז**: הקסוקינאז מזרז את הריאקציה הראשונה של גליקוליזה , קיימים 4 איזו-אנזימים שלו , 3 מהם - 1,2,3 נמצאים בשריר כאשר 1 ו- 2 הם העיקריים. ואיזו-אנזים 4 שנקרא גם גלוקוקינאז נמצא בכבד. **איזואנזימים** הם אנזימים שמקודדים על ידי גנים שונים , רצף חומצות האמינו שמרכיב אותם הינו שונה , הם נתונים לסוגי בקרות שונות והמדדים הקינטיים שלהם שונים. עכשיו למרות שאיזו אנזימים מזרזים את אותה הריאקציה , המטרה לשמה הם עושים זאת היא מעט שונה , כך נראה שהקסוקינאז בשריר מבקע גלוקוז נטו לצריכה הבלעדית של הרקמה , בעוד הקסוקינאז4 בכבד עושה זאת גם לצורכיהם של איברים אחרים. **גלוקוקינאז** נתון לבקרה ע”י מנגנון sequestering: **בתנאי שובע** כאשר ריכוזי המולקולה **פרוקטוז-6-פוספט** בהפטוציט עולים , היא מפעילה חלבון רגולטורי שלוקח את הגלוקוקינאז מהציטופלסמה ומכניס אותו אל תוך הגרעין הרחק מהציטופלסמה (F6P מצטבר בתא כאשר מתרחשת הרבה גלוקונאוגנזה שהיא תהליך הופכי מגליקוליזה ולכן אנזימי הגליקוליזה מעוכבים כי שני התהליכים לא יכולים להתרחש במקביל). מנגד , ברגע שריכוז **הגלוקוז** בתא עולה החלבון הרגולטורי משחרר את גלוקוקינאז בגרעין וזה יוצא לציטוזול לזירוז הריאקציה הראשונה בגליקוליזה (נוכחות של הרבה גלוקוז בציטופלסמה היא סממן לשובע ולכן הרבה גליקוליזה מתרחשת).

Answer 27

פוספו פרוקטו קינאז במצב של רעב , כאשר בציטופלסמה של ההפטוציט יש מעט גלוקוז (שנכנס בדיפוזיה מהדם דרך GLUT2) האנזים PFK1 מעוכב. העיכוב שלו הוא לפי מספר מנגנונים , אחד הוא מנגנון מודיפיקציה קוולנטית , ספיציפית זרחון , והשני הוא בקרה אלוסטרית הטרוטרופית דרך האלוסטרנט פרוקטוז 2,6- ביספוספט (F2,6BP) כיצד המנגנון עובד? בתא ההפטוציט ישנו אנזים רגולטורי בשם **tandem** שמורכב משני דומיינים קטליטיים הופכיים , דומיין אחד נקרא PFK2 והוא קינאזה, והשני נקרא FBPase והוא פוספטאז. **בתנאי רעב** , נמצא שאנזים הטנדם יהיה מזורחן , במצבו המזורחן , דווקא הפוספטאז FBPase הוא הדומיין הפעיל , הוא מוריד זרחן מהאלוסטרנט פרוקטוז 2,6- ביספוספט והופך אותו לפרוקטוז-6-פוספט , העדר פרוקטוז 2,6- ביספוספט הינו קריטי עבור PFK1 שלא מסוגל לפעול בלעדיו ולכן האנזים מעוכב בצורה חזקה. בתנאי שובע , כמות גדולה של גלוקוז נמצאת בדם ונכנסת דרך GLUT2 בדיפוזיה גם אל תוך הציטופלסמה של ההפטוציט. נוכחות האינסולין בדם משמעה שהלבלב הפריש אנסולין מתאי בטא , אנסולין זה מגיע להפטוציט , נקשר לרצפטור RTK שמפעיל דרך הסוכן שלו PKB פוספטאז בשם PP/PP2A , ה PP2A מוריד את הזרחן מהטנדם , כאשר במצבו הלא מזורחן דווק דומיין הקינאז PFK2 הוא זה שפעיל , וכך הפרוקטוז-6-פוספט הופך להיות פרוקטוז 2,6- ביספוספט שהוא אלוסטרנט מאקטב של PFK1 , וזה אי לכך מוציא לפועל את ריאקציה מס’ 3 בגליקוליזה בציטופלסמה של ההפטוציט.

Answer 28

המאקטב המרכזי של גליקוליזה בכבד. הוא אלוסטרנט חיובי עבור PFK1 ו אלוסטרנט שלילי עבור FBPase1 (אנזים של גלוקונאוגנזה). הוא נוצר בתנאי שובע , והוא קריטי עבור פעולת האנזים PFK1 שאינו עובד בלעדיו. פרוקטוז 2,6- ביספוספט עושה שני דברים במקביל: 1. הוא נקשר לאתר אלוסטרי באנזים PFK1 ומעלה את האפיניות שלו לסובסטרט שלו פרוקטוז-6-פוספט , ובמקביל מוריד את האפיניות שלו עבור המעכבים האלוסטריים אטפ וציטרט citrate. ציטרט הוא סממן של רמת אנרגיה גבוהה בתא , נוכחותו מלמדת שאין צורך בגליקוליזה כעת , ולכן הוא מעכב של PFK1 2. נקשר לאנזים FBPase1 ומעכב אותו , אנזים זה הוא אנזים שפועל בגלוקונאוגנזה **בכך האלוסטרנט פרוקטוז 2,6-ביספוספט מעודד גליקוליזה ומעכב גלוקונאוגנזה**

Answer 29

- מצב שובע מאקטב גליקוליזה - סממני אנרגיה גבוהה בתא (אטפ /ציטרט) מעכבים גליקוליזה.

Answer 30

כאמור זהו המאקטב העיקרי של גליקוליזה , הבקרה עליו בכבד היא **הורמונלית** לפי מצבי רעב ושובע: **במצב רעב:** מופרש מתאי אלפא בלבלב ההורמון פפטידי בשם גלוקגון , הורמון זה מאותת לכבד שישחרר גלוקוז לדם (דרך גלוקונאוגנזה) ושלא יבקע אותו (דרך גליקוליזה). גלוקגון מגיע להפטוציט ומפעיל את הסוכן שלו PKA , שהוא קינאז , PKA מזרחן את ה tandem ומפעיל את הדומיין של הפוספטאז FBPase , כך ה רמות של פרוקטוז 6 פוספט עולות בעוד רמות פרוקטוז 2,6- ביספוספט יורדות , ומתרחש עיכוב של גליקוליזה דרך עיכוב PFK1 נציין פה שרמות גבוהות של פרוקטוז 6 פוספט גם פעילות את מנגנון ה sequestering של הקסוקינאז4 במהלך גלוקונאוגנזה. **מצב שובע**: מופרש מתאי בטא בלבלב הורמון פפטידי בשם אינסולין עקב רמות גבוהות של סוכר בדם , אינסולין מגיע לכבד ומאותת לו לאגור את הגלוקוז שיש לו (לא להפריש אותו לדם) בצורת גליקוגן וטריאצילגליצרידים. אינסולין נקשר לרצפטור RTK , ומפעיל את הסוכן שלו PKB שגורם להפעלה של הפוספטאז PP/PP2A שגורם לדה זרחון של אנזים ה tandem , מפעיל את הקינאז PFK2 וכך מתקבל יותר ויותר פרוקטוז 2,6-ביספוספט שמפעיל את PFK1. מצב שובע נגרם עקב רמות גלוקוז גבוהות בדם שנכנס בדיפוזיה להפטוציט , הגלוקוז הזה משחרר אתה גלוקוקינאז מהחלבון הרגולטורי שעושה לו sequestering בגרעין.

Answer 31

כאמור הבקרה בכבד היא גם הורמונלית **במצב רעב** , כאשר ריכוז הסוכר בדם נמוך , יופרש מהלבלב ההורמון הפפטידי גלוקגון , שיפעיל את הסוכן שלו PKA , שהוא בעצמו קינאז , שיזרחן את האנזים פירובט קינאז ויעכב אותו , וכך מעכב את תהליך הגליקוליזה. בהסבר בשיעור מוסבר המנגנון בצורה יותר מפורטת. במצב של שובע , כשיש המון גלוקוז בתא , אינסולין יגרום להפעלת הפוספטאז PP (פוספופרוטאין) דרך הסוכן שלו PKB, כך פירובט קינאז דה יזורחן ע”י PP ויחזור לפעילות , וכך יקדם את הגליקוליזה.

Answer 32

עד כה דיברנו על בקרת הגליקוליזה בכבד , שהיא בקרה הורמונלית שמושפעת מרמות האינסולין ו גלוקגון בדם. בקרה זו הינה יחודית לכבד (ונראה לי גם ללבלב) ולא קיימת ברקמות אחרות. סוג בקרה נוסף , שאינו הורמונלי לפי תנאי רעב ושובע , הוא בקרה לפי רמות אנרגיה , בקרה זו קיימת בכל התאים לרבות היפטוציטים. 1. בקרה על הקסוקינאזות 1-3 לא כולל הקסוקינאז4: הקסוקינאזות אלה נמצאים בשריר (נראה לי שגם בעוד רקמות) והם מעוכבים אלוסטרית ע”י התוצר שלהם גלוקוז-6-פוספט , שבריכוזים גבוהים הופך להיות אלוסטרנט שלילי הומוטרופי. בקרה זו כאמור אינה תקפה לגלוקוקינאז (שקף 63) = גלוקוז 6 פוספט הוא סממן של אנרגיה גבוהה ? בקרה ברמת השעתוק: כאשר יש בתא רמות אנרגיה נמוכה (אטפ נמוך או אמפ גבוה) מוגבר שעתוק הגלוקוקינאז בכבד

Answer 33

בכבד האנזים נתון לבקרה הורמונלית שמשפיעה על פעילותו דרך אנזים ה tandem. ברקמות אחרות אין בקרה הורמונלית , אלא בקרה לפי רמות אנרגיה , בקרה זו נמצאת גם בכבד לצד הבקרה ההורמונלית. **שני סממני אנרגיה גבוהה , אטפ וציטרט (citrate), מעכבים את PFK1:** גליקוליזה נועדה לפרק גלוקוז ולייצר אנרגיה בצורת אטפ ו- NADH (שהוא לא מטבע אנרגיה במובן הפשוט של המונח) , ולכן כאשר רמות האנרגיה בתא גבוהות , אין סיבה לתא לעשות גליקוליזה בקצב גבוה , הרי אין לו צורך בהול לייצר אנרגיה , ולכן התהליך מעוכב. אי לכך , שני סממני האנרגיה **אטפ וציטרט** (מעיד על כך שמעגל קרבס פועל בקצב גבוהה) מעכבים את האנזים PFK1 ומורידים את קצב הגליקוליזה. שני סממני האנרגיה הנמוכה: אדפ ואמפ מאקטבים את PFK1: הם סימן לכך שרמות האנרגיה בתא נמוכות ולכן מפעילים את PFK1 ודוחפים גליקוליזה קדימה. פרוקטוז 2,6-ביספוספט הוא האקטיבטור האלוסטרי הכי חזק עבור PFK1 , בתאי הכבד הוא גובר על סממני אנרגיה גבוהה , וחרף נוכחותם הוא מפעיל את האנזים ומקדם גליקוליזה.

Answer 34

בקרה אלוסטרית שלילית לפי רמות אנרגיה מתרחשת דרך אטפ , אציטיל קוA , חומצות שומן **ארוכות** ואלנין. כל אלה הם סימנים של אנרגיה גבוהה בתא , ולכן מעכבים גליקוליזה דרך כך שהם מעכבים אלוסטריים **הטרוטרופיים** של פירובט קינאז בקרה אלוסטרית חיובית על האנזים לפי רמות אנרגיה מתרחשת דרך התוצר שלו , פרוקטוז 1,6 ביספוספט , במנגנון שנקרא feed forward

Answer 35

אמרנו שהגליקוליזה היא תהליך אוניברסלי שמשותף לאורגניזמים רבים , מחיידקים ועד לבני אדם. כמו כן אמרנו שהתהליך נבדל בין יצורים שונים בבקרות שיש עליו , וכן בגורלו של הפירובט שנוצר בסוף התהליך , בתנאים אנאירוביים - מצב של העדר חמצן -הפירובט נכנס לתהליך של תסיסה שמטרתו לחמצן את נשא האלקטרונים NADH (דרך חיזור הפירובט) לקבלת NAD שחוזר לגליקוליזה. בתנאים אירוביים -בנוכחות חמצן - תהליך חמצון הפירובט נמשך בציטופלסמה בחיידקים ובמיטוכונדריה ביוקריוטים , שבסופו , לאחר חמצון **מלא** של הגלוקוז יתקבלו אצלנו מים ו CO2. השלב הראשון בחמצון הפירובאט הוא דרך קומפלקס האנזימים pdh שנמצא במטריקס של המיטוכונדריה , הריאקציה המזורזת על ידו היא ריאקציה של **דה קרבוקסילציה אוקסידטיבית**: - האנזים מוריד קבוצת קרבוקסיל מהסובסטרט שלו בצורת CO2 (דה קרבוקסילציה) - האנזים מחמצן את הסובסטרט שלו דרך דה הידרוגנציה (קואסידציה) **הריאקציה של האנזים היא בלתי הפיכה** ובסופה מתקבל תוצר דו פחמני בצורת אציטיל שמתחבר לקו אנזיםA לקבלת אציטילקוA , ממגיב תלת פחמני (פירובאט). הקומפלקס בנוי מ 3 אנזימים ועושה שימוש ב 5 קו אנזימים

Answer 36

הקומפלקס בנוי מ 3 אנזימים: - pyruvate dehydrogenase aka E1 - dihydrolipoyl transacetylase aka E2 - dihydrolipoyl dehydrogenase aka E3 - בקומפלקס pdh אחד נמצא עותקים רבים של כל אחד מהאנזימים , ביחס של 1:1:1 , למעשה יש כל כך הרבה עותקים שהקומפלקס עצמו יותר גדול מריבוזום. - ביוקריוטים הקומפלקס קיים במטריקס המיטוכונדריה , בפרוקריוטים בציטוזול - הקומפלקס עובד לפי מנגנון substrate channeling, כלומר תוצר של אנזים אחד עובר ישירות לאנזים הבא , ולא מתנתק מהקומפלקס , העיקרון. ועד להבטיח יעילות , ושמטבוליטים לא “ילכו לאיבוד” בתא בכל מיני מסלולים אחרים.

Answer 37

לקומפלקס 5 קו אנזימים: - TPP - FAD - CoenzymeA - NAD - lipoate

Answer 38

1. מגיע הפירובאט שנוצר בגליקוליזה , ונקשר לאנזים E1 , שהוא **פירובאט דהידרוגנאז** , באנזים זה מתרחשת תגובת דה קרבוקסילציה שבמהלכה הפירובט מאבד מולקולת קרבוקסיל בצורת CO2 לקבלת תוצר ביניים בשם הידרוקסי אתיל , שאז נקשר ל TPP שמעביר אותו במנגנון channeling לאנזים E2 2. באנזים E2 (או בשמו המלא dihydrolipoyl transacetylase) ישנו הקואנזים lipoate שמקבל את ההדרוקסי אתיל מ TPP ומחמצן אותו. ספיציפית פה ב E2 הליפואט נמצא מחובר לחומצת אמינו ליזין ליצירת המבנה lipoyllysine. ליפואט מכיל קשר דיסולפידי תיולי SS מחומצן , כשההידרוקסי אתיל מגיע הוא נקשר לאחד מאטומי הגופרית ומחזר אותו בזה שהוא מוסר לו אטום מימן (אלקטרון ופרוטון) לקבלת קבוצה סולפהידרילית באטום אחד וקבוצת אציל מההידרוקסי אתיל , **בעצם פה התרחשה ריאקציית הדהידרוגנציה**. האנרגיה שהשתחררה במהלך חמצון הידרוקסי אתיל מושקעת האציל שנוצר לגופרית השני ליצירת אציל-ליפוליזין. **כך נוצר שהפירובט המקורי התחמצן לרמה שדומה לאצטט**. ה TPP שמסר את ההידרוקסי אתיל מתמחזר וחוזר ל E1 3.

Answer 39

**ריאקציה זו היא ריאקציה “קובעת ספיציפיות” וקובעת מהירות**

ביוכימיה 4 מטבוליזם של פחמימות Flashcards

(65 cards)