Glykolyysi

Question 1

Anaerobinen ja aerobinen glykolyysi

Answer 1

Aerobisessa glykolyysissa soluilla on käytössä riittävästi happea, niin että puryvaatti voidaan siirtää mitokondrioon sitruunahappokiertoon ja elektroninsiirtoketjuun.

Anaerobisessa glykolyysissä ei ole happea saatavilla, jolloin muodostunut pyruvaatti muutetaan laktaatiksi. Reaktio käyttää NADH, joten solun NAD+/NADH -tasapaino pysyy kunnossa. Maitohappokäyminen ja hiivoilla alkoholikäyminen. Laktaattia muodostuessa veren laktaatti ja H+ konsentraatio kasvaa, mikä johtaa lihasten väsymiseen. Anaerobista glykolyysiä tapahtuu raskaassa lihastyössä, syöpäkasvaimen keskellä ja punasoluissa (punasoluissa ei ole mitokondrioita).

Question 2

Corin sykli: määritelmä ja fysiologinen merkitys

Answer 2

Corin sykli: maitohaposta eroon.

Lihaksissa muodostunut laktaatti kuljetetaan veressä maksaan jossa siitä muodostetaan uudelleen glukoosia glukoneogeneesillä. Glukoosi saadaan kuljetettua takaisin vereen, joten se voidaan käyttää kohdekudoksessa energian vapautukseen.

Glukoosin kuljetus solukalvon yli tapahtuu GLUT-transportereilla. GLUT eivät tarvitse energiaa, sillä niillä kuljetetaan glukoosia konsentraatiogradientin suuntaan.

• GLUT-4 lihas- ja rasvakudoksessa. Insuliini nostaa kalvon GLUT-4 määrää.
• Maksan ja munuaisten GLUT-2 voi kuljettaa glukoosia molempiin suuntiin - soluihin kun glukoosia on paljon ja takaisin vereen kun sitä on vähän.

Question 3

Missä glukoneogeneesia tapahtuu?

Answer 3

Tärkein tapahtumapaikka on maksa, mutta pienissä määrin myös munuaisissa.

Question 4

Glykogeeni ja sen rakenne

Answer 4

Glykogeeni on nopea energianlähde, josta energiaa saadaan vapautettua varastosta ensimmäisiksi tunneiksi. Glukoosia tarvitaan aina punasolujen ja aivojen energianlähteeksi. Glykogeeniä voidaan varastoida lihaksiin noin 400g ja maksaan noin 100g (riittää verensokerin ylläpitoon 12-24 h). Glykogeeni varastoituu solulimaan jyväsiin. Yhdessä jyväsessä on noin 55 000 glukoosiyksikköä. Maksasoluissa jyväset kasautuvat suuremmiksi “roseteiksi”, joissa on kymmeniä jyväsiä.

Glukoosiyksiköt liittyvät toisiinsa alfa(1,4)-sidoksin muodostaen suoria ketjuja. Ketjut haarautuvat alfa(1,6)-sidoksien välityksellä keskimäärin joka kymmenennen monosakkaridin välein.

Glykogeenin hajotus tuottaa glukoosia, josta saadaan energiaa myös anaerobisesti. Energiantuotto nopeampaa kuin rasvojen poltossa (β-oksidaatio).

Question 5

Glykogenolyysi: glykogeenifosforylaasi, haarojenpoistajaentsyymi

Answer 5

Tapahtuma, jossa glykogeeni pilkkoutuu glukoosi-1fosfaateiksi.

Glykogenolyysiä lisäävät lähinnä glukagoni ja epinefriini.

Ensimmäisessä vaiheessa glukoosiketjun vapaasta päästä irroitetaan glukoosiyksiköitä yksi kerrallaan epäorgaanisen ortofosfaatin Pi avulla ==> Ei kuluta energiaa. Entsyymi glykogeenifosforylaasi. Glukoosi irtoaa G1P:nä.

G1P:n fosfaattiryhmä siirretään ja saadaan glykolyysissä käyttökelpoinen muoto G6P fosfoglukomutaasilla. Ei myöskään kuluta energiaa.

Haarakohtien purkamisessa haarojenpoistajaentsyymin eli debranching enzymen kaksi eri funktiota:
○ Glykogeenifosforylaasi pysähtyy neljä glukoosiyksikköä ennen haarakohtaa nk. “limit dextrin” rakenteen muodostuttua.
○ Debranching enzyme siirtää haaran viimeisestä neljästä glukoosiosta kolme pois tieltä viereisen pidemmän ketjun päähän - 4:4 transferaasi
○ Katkaisee viimeisen glukoosiyksikön alfa(1,6)-sidoksen hydrolyyttisesti - 1:6 glukosidaasi
- Haarakohtien viimeinen glukoosiyksikkö vapautuu vapaana glukoosina

Debranching enzymen toimintahäiriötä kutsutaan nimeltään Corin taudiksi.

Lihakset käyttävät vapautuvan glukoosi-6P:n energiantuottoon:
○ Haarojen poistossa syntyy vapaata glukoosia.
○ Alfa(1,4)-sidoksia purkaessa syntyy glukoosi-1P ==> glukoosi-6P fosfoglukomutaasilla.

Question 6

GLUT-4 kuljettaja

Answer 6

Lihaksissa ja rasvasoluissa on GLUT-4 kuljettaja, mutta näitä kuljettajia on vain silloin kun verenkierrossa on insuliinia eli GLUT-4 on hormonaalisesti säädelty.

Question 7

GLUT-3 kuljettaja

Answer 7

Aivoissa oleva glukoosin kuljettaja, joka ei ole insuliinista riippuvainen eli on aina aktiivinen.

Question 8

GLUT-3 kuljettaja

Answer 8

Aivoissa oleva glukoosin kuljettaja, joka ei ole insuliinista riippuvainen eli on aina aktiivinen.

Question 9

Glykolyysin avainreaktiot (1, 3, 10)

Answer 9

MUOKKAA!

1. Glukoosi+ATP ==> G-6P+ADP. Entsyymi heksokinaasi (maksassa glukokinaasi eli heksokinaasi 4).
2. F6P+ATP ==> F1,6BP. Fosfofruktokinaasi eli PFK-1, vaatii magnesiumionin kofaktoriksi.
   –> Glykolyysin tärkein kontrollivaihe:
   A) Entsyymi rakenteeltaan tetrameeri. Eri isotsyymejä M/L, lihaksissa paljon M4 ja maksassa paljon L4.
   B) Allosteerinen säätelijä ATP, suuri konsentraatio inhiboi entsyymiä ja alhainen pitoisuus aktivoi.
   C) Toinen allosteerinen säätelijä F1,6BP.
3. PEP+ADP ==> pyruvaatti+ATP, entsyymi pyruvaattikinaasi.

Question 10

Glykolyysin avainreaktio 1

Answer 10

Glukoosi+ATP ==> G6P+ADP

Solukalvolla ei ole kuljettajia fosforyloiduille sokereille. Heksokinaasi fosforyloi soluun otetun glukoosin solulimassa. Glukoosi-6-fosfaatti ja sen jälkeiset glykolyysin välituotteet ovat fosforyloituja eivätkä pääse pakenemaan solusta.

Question 11

Glykolyysin avainreaktio 3

Answer 11

3. F6P+ATP ==> F1,6BP.

Fosfofruktokinaasi-1 (PFK-1) lisää fruktoosi-6P:iin toisen fosfaattiryhmän. Tämän jälkeen fruktoosi-1,6- bisfosfaatti voidaan lohkaista kahdeksi kolmehiiliseksi molekyyliksi, joissa molemmissa fosfaattiryhmä. Niinpä nekin pysyvät solun sisällä. Fruktoosi-1,6-bisfosfaatin muodostus on ensimmäinen vain glykolyysille ominainen reaktio – substraatti käytetää energiaksi

Tämä on glykolyysin tärkein säätely/kontrollikohta.

Question 12

Glykolyysin avainreaktio 10

Answer 12

Fosfoenolpyruvaatista pyruvaatti eli
PEP+ADP ==> pyruvaatti+ATP, entsyymi pyruvaattikinaasi.

Tarkemmin: fosfoenolipyruvaatti defosforyloidaan pyruvaattikinaasin avulla pyruvaatiksi. Samalla ADP fosforyloituu ATP:ksi. Pyruvaattikinaasia inhiboivat ATP, alaniini ja glukagoni. Aktivoiva molekyyli on puolestaan glykolyysin kolmannessa vaiheessa muodostuva fruktoosi-1,6-bisfosfaatti.

Question 13

Glykolyysin avainreaktio 10

Answer 13

PEP+ADP ==> pyruvaatti+ATP, entsyymi pyruvaattikinaasi.

Fosfoenolpyruvaatistista pyruvaatti

Tarkemmin:
fosfoenolipyruvaatti defosforyloidaan pyruvaattikinaasin avulla pyruvaatiksi. Samalla ADP fosforyloituu ATP:ksi. Pyruvaattikinaasia inhiboivat ATP, alaniini ja glukagoni. Aktivoiva molekyyli on puolestaan glykolyysin kolmannessa vaiheessa muodostuva fruktoosi-1,6-bisfosfaatti.

Question 14

Glykolyysi kasvaimissa

Answer 14

Nopeasti kasvavissa, suurissa kasvaimissa hapenpuutetta –> kiihtynyt glykolyysi

Anaerobisessa glykolyysissä energiaa saadaan vain vähän. Nopeasti kasvava kasvain tarvitsee glukoosia paljon. Hapen puute aktivoi verisuonten kasvua ja lisää glykolyyttisten entsyymien tuotantoa. Tätä voidaan käyttää hyväksi diagnostiikassa: radioaktiivinen glukoosi kertyy kasvaimiin – kertymäkohdat voidaan paikantaa kuvantamalla.

Question 15

Glykolyysin lopputuote

Answer 15

Pyruvaatti

Question 16

Miten paasto vaikuttaa lihasten glykogeenivarastoihin?

Answer 16

Paastoaminen ei vaikuta merkittävästi lihasten glykogeenivarastoihin, maksan glykogeenista riittää energialähteeksi noin 10-18 tunnin paastoon.

Question 17

Glykogeenin synteesi: lähtöaineet, glykogeniini, glykogeenisyntaasi, haarojaentsyymi

Answer 17

Glykogeneesi = glykogeenin synteesi

Glykogeneesillä keho pyrkii varastoimaan ylimääräistä verensokeria energiaksi glukoosin muodossa myöhempää käyttöä varten. Glykogeenisyntaasientsyymi käyttää substraattinaan UDP-glukoosia ja liittää siitä glukoosimolekyylin 1,4-glykosidisella sidoksella glykogeeniketjuun ja siten pidentää sitä aina yhden glukoosimolekyylin verran

Vaiheet:
Glukoosi täytyy aktivoida ennen kuin se voidaan liittää glykogeeniketjuun:

• Glukoosi + ATP ==> Glukoosi-6P + ADP hexokinaasi/glukokinaasi.
• Glukoosi-6P <> Glukoosi-1P fosfoglukomutaasi.
• Glukoosi-1P + UTP ==> UDP-glukoosi (eli Uridiinidifosfaattiglukoosi) + PPi, pyrofosforylaasi katalysoi -> UDP-glukoosi eli aktivoitu glukoosi.

Synteesi vaatii alukkeen: glykogeniini.

• Ketjun päässä tyrosiini, jonka OH-ryhmään UDP-glukooseja lisätään.
• Toimii entsyyminä: liittää ensimmäisen ja muutaman seuraavan aktivoidun glukoosiyksikön itseensä, minkä jälkeen glykogeenisyntaasi pystyy jatkamaan. -> Liittää glukoosiyksiköitä sen verran, että ketjun pää on tarpeeksi kaukana glykogeniinistä jotta toinen entsyymi pystyy jatkamaan.
• Hiljattain kuvattu potilaita joilta puuttuu glykogeniini geenivirheen seurauksena, mutta potilailla kuitenkin on jonkin verran normaalia glykogeeniä. Onko sittenkään välttämätön?

Glykogeenisyntaasi pidentää ketjua tekemällä alfa(1,4)-sidoksia.

Haarojaentsyymi (branching enzyme) tekee alfa(1,6)-sidoksia noin kymmenen sidoksin välein.

• Haarat lisäävät glykogeenin liukoisuutta
• Haarat lisäävät terminaalisten glukoositähteiden määrää ja siten nopeuttavat glykogeenin synteesiä ja hajotusta -> Kaikkia päitä voidaan käsitellä yhtä aikaa.

Question 18

Glykogeenin synteesi: lähtöaineet, glykogeniini, glykogeenisyntaasi, haarojaentsyymi

Answer 18

Glukoosi täytyy aktivoida ennen kuin se voidaan liittää glykogeeniketjuun:
○ Glukoosi + ATP ==> Glukoosi-6P + ADP hexokinaasi/glukokinaasi.
○ Glukoosi-6P <> Glukoosi-1P fosfoglukomutaasi.
○ Glukoosi-1P + UTP ==> UDP-glukoosi + PPi, pyrofosforylaasi katalysoi -> UDP-glukoosi eli aktivoitu glukoosi.

Synteesi vaatii alukkeen: glykogeniini (proteiini/entsyymi).
○ Ketjun päässä tyrosiini, jonka OH-ryhmään UDP-glukooseja lisätään.
○ Toimii entsyyminä: liittää ensimmäisen ja muutaman seuraavan aktivoidun glukoosiyksikön itseensä, minkä jälkeen glykogeenisyntaasi pystyy jatkamaan. -> Liittää glukoosiyksiköitä sen verran, että ketjun pää on tarpeeksi kaukana glykogeniinistä jotta toinen entsyymi pystyy jatkamaan.
○ Hiljattain kuvattu potilaita joilta puuttuu glykogeniini geenivirheen seurauksena, mutta potilailla kuitenkin on jonkin verran normaalia glykogeeniä. Onko sittenkään välttämätön?

Glykogeenisyntaasi pidentää ketjua tekemällä alfa(1,4)-sidoksia.

Haarojaentsyymi (branching enzyme) tekee alfa(1,6)-sidoksia noin kymmenen sidoksin välein.
○ Haarat lisäävät glykogeenin liukoisuutta
○ Haarat lisäävät terminaalisten glukoositähteiden (ketjujen päiden) määrää ja siten nopeuttavat glykogeenin synteesiä ja hajotusta -> Kaikkia päitä voidaan käsitellä yhtä aikaa.

Question 19

Elimistön energiavarat (n.70 kg henkilöllä)

Answer 19

Rasvakudoksen rasvahapoissa ylivoimaisesti eniten (560 000 kJ), lihasten glykogeeni (5000 kJ), maksan glykogeeni (1700 kJ)

Question 20

Glukoneogeneesi ja sen lähtöaineet

Answer 20

Glukoneogeneesi on maksassa ja munuaisen kuoriosassa tapahtuva prosessi, jossa glukoosia valmistetaan jostain muusta kuin hiilihydraatista. Glukoneogeneesin lähtöaineena toimii pääasiassa maitohappo, mutta lähtöaineiksi käyvät myös glyseroli, propionaatti, oksaloetikkahappo ja muut sitruunahappokierron väliaineet, ketonit, aminohapot ja rasvahapot, joissa on pariton määrä hiiliä.

• LAKTAATTI
• PYRUVAATTI
• GLUKOGEENISET AMINOHAPOT
• GLYSEROLI TRIGLYSERIDEISTÄ

Question 21

Glykolyysin reaktiot

Answer 21

1. Glukoosiin liitetään fosfaattiryhmä ATP:ltä heksokinaasin tai glukokinaasin avulla, jolloin syntyy glukoosi-6-fosfaattia. Heksokinaasia inhiboi glukoosi-6-fosfaatti ja glukokinaasia fruktoosi-6-fosfaatti. Lisäksi insuliini aktivoi glukokinaasin transkriptiota tumassa.
2. Glukoosi-6-fosfaatti muutetaan fosfoheksoosi-isomeraasin avulla fruktoosi-6-fosfaatiksi.
3. fruktoosi-6-fosfaatti fosforyloidaan ATP:n avulla fruktoosi-1,6-bisfosfaatiksi. Tätä reaktiota katalysoi fosfofruktokinaasi-1 eli PFK-1. PFK-1:tä inhiboi ATP, sitraatti ja H+. Aktivoivia molekyylejä ovat puolestaan AMP ja fruktoosi-2,6-bisfosfaatti.
4. fruktoosi-1,6-bisfosfaatti muutetaan aldolaasi A:n avulla dihydroksiasetonifosfaatiksi ja glyseraldehydi-3-fosfaatiksi.
5. dihydroksiasetonifosfaatti muutetaan trioosifosfaatti-isomeraasin avulla glyseraldehydi-3-fosfaatiksi.
6. neljännen ja viidennen vaiheen reaktioista saaduista glyseraldehydi-3-fosfaateista muodostetaan glyseraldehydi-3-fosfaattidehydrogenaasin avulla 1,3-bisfosfoglyseraattia. Samalla NAD+ pelkistyy NADH:ksi.
7. 1,3-bisfosfoglyseraatti defosforyloidaan fosfoglyseraattikinaasin avulla 3-fosfoglyseraatiksi. Samalla ADP fosforyloituu ATP:ksi.
8. 3-fosfoglyseraatti muutetaan fosfoglyseraattimutaasin avulla 2-fosfoglyseraatiksi.
9. 2-fosfoglyseraatti muutetaan enolaasin avulla fosfoenolipyruvaatiksi.
10. fosfoenolipyruvaatti defosforyloidaan pyruvaattikinaasin avulla pyruvaatiksi. Samalla ADP fosforyloituu ATP:ksi. Pyruvaattikinaasia inhiboivat ATP, alaniini ja glukagoni. Aktivoiva molekyyli on puolestaan glykolyysin kolmannessa vaiheessa muodostuva fruktoosi-1,6-bisfosfaatti.

Question 22

Mitä glykolyysissä käy jos ei ole happea?

Answer 22

Glykolyysissä tuotettu NADH luovuttaa hydridi ionin puryvaatille, jolloin puryvaatista tulee laktaattia. NADH:n on pakko luovttaa hydridi jollekkin siis. Jos happea olisi, NADH luovuttaa hydridi ionit ETC:lle.