Regulace
metabolismu sacharidů
Do komplexní regulace metabolismu sacharidů zasahují hormony, metabolity
i koenzymy. Centrálním orgánem přeměny sacharidů jsou játra, některé regulační
mechanismy zde popsané nejsou aktivní ve všech ostatních tkáních (např.
glukoneogeneze probíhá jen v játrech a ledvinách). Řídící mechanismy
přepínající metabolismus mezi různými metabolickými drahami jsou důležité,
neboť nemá smysl, aby všechny dráhy probíhaly v buňce ve stejný
okamžik. Například pokud je aktivována glykolýza, je glukoneogeneze inhibována
(stejné modulátory enzymové aktivity působí na různé enzymy různě), také
syntéza a odbourávání glykogenu jsou regulovány protichůdnými mechanismy
(interkonverze enzymů). Ačkoli jsou mnohé enzymy protichůdných drah (jako je např.
glykolýza a glukoneogeneze) pro obě dráhy shodné, regulační enzymy jsou
samostatné a jejich regulace odlišné.
Mezi hlavní hormony, které ovlivňují metabolismus sacharidů, patří
inzulin, glukagon, kortizol a adrenalin. Inzulin stimuluje indukcí
expresi glykogensyntázy (syntéza glykogenu), hexokinázy (glukokinázy), 6‑fosfofruktokinázy a pyruvátkinázy
(regulační enzymy glykolýzy) a současně inhibuje represí pyruvátkarboxylázu,
fosfoenolpyruvátkarboxykinázu, fruktóza-1,6-bisfosfatázu a glukóza-6-fosfatázu
(enzymy glukoneogeneze).
Glukagon působí opačně:
indukuje regulační enzymy glukoneogeneze a inhibuje represí pyruvátkinázu
(enzym glykolýzy). Glukagon se dále podílí na regulaci metabolismu sacharidů
aktivací interkonverze některých enzymů. Jeho druhým poslem je cAMP, který
aktivuje různé proteinkinázy. Výsledkem je aktivace nebo inhibice některých
enzymů fosforylací (glykogenfosforyláza je aktivována, glykogensyntáza a
pyruvátkináza jsou inhibovány). Glukagon i inzulin dále modulují aktivitu
6-fosfofruktokinázy (inzulin ji aktivuje) prostřednictvím regulačního
intermediátu fruktóza-2,6-bisfosfátu. Tato látka vzniká
z fruktóza-6-fosfátu při nadbytku inzulinu, zatímco při nadbytku glukagonu
je ve zvýšené míře odbourávána.
Adrenalin působí obdobným
mechanismem jako glukagon.
Kortizol indukuje
regulační enzymy glukoneogeneze. Současně indukuje i několik enzymů degradace
aminokyselin, čímž zajišťuje i prekurzory pro glukoneogenezi.
Z intermediárních metabolitů podílejících se na regulaci
metabolismu sacharidů je významný citrát,
který inhibuje glykolýzu vazbou na její hlavní regulační enzym
(6-fosfofrukto-1-kinázu). Stejným mechanismem působí i zvýšená koncentrace ATP v buňce. ATP
a acetyl-CoA inhibují pyruvátkinázu
(glykolýza). U všech těchto metabolitů jde o inhibici zpětnou vazbou. Acetyl-CoA navíc ještě aktivuje
pyruvátkarboxylázu (kromě glukoneogeneze je enzymem syntetizujícím oxalacetát,
který je nezbytný pro vstup acetyl-CoA do citrátového cyklu).
Nadbytek AMP, který je
signálem nedostatku ATP, aktivuje glykolýzu i degradaci glykogenu a inhibuje
glukoneogenezi.
Regulace glykolýzy
|
regulační enzym |
aktivace |
inhibice |
|
hexokináza |
|
·
glukóza-6-fosfát |
|
glukokináza |
·
inzulin (indukce) ·
fruktóza-1-fosfát (játra) |
·
fruktóza-6-fosfát |
|
6-fosfofrukto-1-kináza (hlavní
regulační enzym) |
·
zvýšený poměr AMP / ATP ·
fruktóza-2,6-bisfosfát (zvýšen
při zvýšení poměru inzulin / glukagon) ·
inzulin (indukce) |
·
zvýšený poměr ATP / AMP ·
citrát ·
kyselé pH |
|
pyruvátkináza |
·
inzulin (indukce) ·
fruktóza-1,6-bisfosfát (regulace
krokem vpřed) |
·
glukagon (represe, inhibice
fosforylací) ·
zvýšený poměr ATP / AMP ·
acetyl-CoA |
Regulace glukoneogeneze
|
regulační enzym |
aktivace |
inhibice |
|
pyruvátkarboxyláza |
·
acetyl-Co A ·
kortizol, glukagon (indukce) |
·
inzulin (represe) |
|
fosfoenolpyruvátkarboxykináza |
·
kortizol, glukagon (indukce) |
·
inzulin (represe) |
|
fruktóza-1,6-bisfosfatáza |
·
kortizol, glukagon (indukce) |
·
zvýšený poměr AMP / ATP ·
fruktóza-2,6-bisfosfát (zvýšen
při zvýšení poměru inzulin / glukagon) ·
inzulin (represe) |
|
glukóza-6-fosfatáza |
·
kortizol, glukagon (indukce) |
·
inzulin (represe) |
Regulace metabolismu glykogenu
|
regulační enzym |
aktivace |
inhibice |
|
glykogenfosforyláza (degradace
glykogenu) |
·
glukagon, adrenalin (fosforylace) ·
zvýšený poměr AMP / ATP ·
Ca2+ (ve svalu) |
·
zvýšený poměr ATP / AMP ·
glukóza-6-fosfát ·
glukóza |
|
glykogensyntáza (syntéza
glykogenu) |
·
inzulin (indukce) ·
glukóza-6-fosfát |
·
glukagon, adrenalin (fosforylace) |
Regulace pentózového
cyklu
Pentózový cyklus je regulován na úrovni dostupnosti koenzymu NADP+:
není-li vznikající NADPH+H+
odčerpáván
a reoxidován následnými reakcemi (např. syntéza
mastných kyselin, syntéza cholesterolu, monooxygenázy),
dochází k inhibici reakcí, které vyžadují oxidovanou formu tohoto koenzymu
(enzymy glukóza-6-fosfátdehydrogenáza a 6-fosfoglukonátdehydrogenáza).
Literatura:
Devlin, T. M.
(editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th
ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2
Koolman,
J.; Röhm, K., H.: Color Atlas of Biochemistry. Thieme, Stuttgard, 1996. ISBN
3-13-100371-5
Další informace:
Vladimíra Kvasnicová (květen 2004)