Procese Metabolice in Organismele Animale

7/23/2019 Procese Metabolice in Organismele Animale

1/93

UNIVERSITATEA DE {TIIN}E AGRICOLE {I MEDICIN| VETERINAR|

"ION IONESCU DE LA BRAD" IA{I

FACULTATEA DE ZOOTEHNIESPECIALIZAREA ZOOTEHNIE

~NV|}|MNT LA DISTAN}|

Elena Ivas Lucia Carmen Trinc\

PROCESE METABOLICE~N

ORGANISMELE ANIMALE

2002

2


2/93

INTRODUCERE

Cartea de fa]\ se adreseaz\ studen]ilor anului I a Facult\]ii de Zootehnie,

`nv\]\mnt deschis la distan]\ [i cuprinde aspectele generale [i particulare ale biochimiei

metabolismelor principalelor clase de substan]e care alc\tuiesc organismul animal.Materialul este structurat pe trei module (IV, V [i VI) fiind continuarea a

primelor trei module apar]innd Biochimiei structurale care s-a studiat `n primul

semestru; modulele IV [i V cuprind cte dou\ capitole, iar ultimul lucr\rile practice.

~n modulul IV cap. 8 se fac referiri cu priviri la transform\rile de substan]\ [i

energie, cu descrierea mecanismelor generale de transformare a constituien]ilor organici

fundamentali ai organismelor vii (glucide, lipide, proteine).

Metabolsimul glucidic este tratat `n capitolul 9 [i red\ aspecte ale digestiei,

absorb]iei [i transportului glucidelor la diferite specii de animale, precum [i c\ilespecifice de degradare ale acestora `n condi]ii anaerobe [i aerobe. Tot `n cadrul acestui

capitol sunt descrise principalele aspecte ale biosintezei glucidelor [i ale regl\rii

metabolismului glucidic.

Modulul V, cap. 10 trateaz\ aspecte ale metabolismului lipidic legate de digestie,

absorb]ie, transport, procese de degradare [i biosintez\. Tot aici sunt trata]i colesterolul [i

corpii cetonici biosintez\ [i degradare precum [i probleme de reglare [i dereglare ale

metabolismului lipidic.

~n cap. 11 este descris metabolismul protidelor [i acizilor nucleici [i se refer\ ladigestia, absorb]ia [i transportul acestora, procese generale ale catabolismului

aminoacizilor [i a componentelor rezultate.

Capitolul 12 fiind capitol terminal trateaz\ inter-rela]iile metabolice.

Fiecare capitol se `ncheie cu rezumatul acestuia, precum [i cu teste de

autoevaluare [i teme de lucru.

Modulele IV [i V se `ncheie cu teme de verificare pentru metabolismul glucidic,

lipidic [i protidic.

Modulul VI cuprinde lucr\rile practice de biochimie calitativ\ [i cantitativ\

privind analiza biochimic\ a lichidelor biologice (urin\, snge, lapte).

Autoarele s-au str\duit s\ fac\ aceast\ lucrare ct mai accesibil\, avnd grij\ ca

structurarea materialului s\ fie logic\ [i didactic\ [i s\ ajute la formarea viziunii de

ansamblu asupra metabolismului ca sistem unitar de manifestare a vie]ii prin reac]ii

biochimice; de asemenea este pus\ `n eviden]\ interconexiunea dintre diferitele procese

metabolice.

Studierea proceselor biochimice din organismul animal vor asigura cuno[tin]ele

necesare unei temeinici `n]elegeri [i preg\tiri pentru abordarea disciplinelor de

specialitate care, `mpreun\ concur\ la formarea viitorului specialist `n zootehnie.

3


3/93

MODULUL IV

CAPITOL 8 : M E T A B O L I S M

CONSIDERATII GENERALE

Organismele vii se caracterizeaz\ prin schimburi permanente cu mediul

`nconjur\tor, precum [i printr-o autore`nnoire continu\ a componentelor chimice

care le alc\tuiesc, propriet\]i cunoscute sub numele de metabolism. Inexistent la

materia nevie, metabolismul reprezint\ esen]a vie]ii, `ntruct din el deriv\ toate

func]iile de baz\ ale materiei vii: cre[terea, nutri]ia, respira]ia, reproducerea,

ereditatea, variabilitatea.

Fa]\ de mediul `nconjur\tor, organismele vii se comport\ ca sisteme

deschise care vor avea cu mediul `nconjur\tor att schimburi de energie, care se

realizeaz\ prin metabolism. Se poate afirma deci c\ metabolismul reprezint\

totalitatea transform\rilor fizice [i chimice, de energie [i informa]ie care au loc

`ntr-un organism viu.

Metabolismul este un proces unitar alc\tuit din dou\ procese: catabolismul

[i anabolismul, care se g\sesc `ntotdeauna `n echilibru.

Prin procesul de degradare sau catabolism substan]ele organice (glucide,

lipide, proteine) provenite din mediul `nconjur\tor se degradeaz\ `n compu[i mai

simpli [i energie, care se depoziteaz\ sau se elimin\.

Prin procesul de biosintez\ sau anabolism, organismele vii `[i sintetizeaz\

din substan]ele luate din mediul `nconjur\tor compu[ii structurali [i func]ionali

necesari. Un echilibru adecvat `ntre catabolim [i anabolism este obligatoriu pentru

buna func]ionare a organismului animal. Metabolismul se refer\ nu numai la

schimburile de substan]\ ci [i la schimburile de energie. Astfel, `n cadrul

anabolismului, transform\rile chimice care au loc decurg cu consum de energie

(reac]ii endoergice), pe cnd `n cadrul catabolismului se produc reac]ii chimice cu

4


4/93

eliberare de energie (exergonice). Metabolismul furnizeaz\ energia necesar\

men]inerii vie]ii organismului, energia degajat\ fiind condi]ia de baz\ pentru

men]inerea structurii labile a protoplasmei vii. Reducerea aportului de energie,

adic\ `ncetarea metabolismului, duce la modific\ri distructibile [i ireversibile `nstructura materie vii.

Metabolismul cuprinde totalitatea transform\rilor complexe fizice [i

chimice pe care substan]ele alimentare le sufer\ `n organism, adic\ digestia,

absorb]ia, transportul, metabolismul intermediar [i excre]ia.

Digestia reprezint\ totalitatea transform\rilor mecanice (masticarea),

fizice (dizolvarea, emulsionarea, `mbibarea )[i chimice (hidroliza, esterificarea,

sinteza) pe care alimentele le sufer\ sub ac]iunea enzimelor din aparatul digestiv

pn\ ce ajung la forma fizic\ [i chimic\ cea mai simpl\ `n care pot p\trunde `n

organism [i pot fi asimilate de acesta.

Prin absorb]ie, substan]ele nutritive din hran\ transformate `n componente

cu molecule mici, p\trund n mediul intern al organismului.

Circula]ia sngelui asigur\ transportul oxigenului [i a substan]elor

nutritive spre toate celulele organismului, precum [i eliminarea prin organele

excretoare a compu[ilor corespunz\tori.

Metabolismul intermediar cuprinde totalitatea reac]iilor biofizice [i

biochimice care au loc la nivel de celul\, procese care intervin `n schimburile

dintre protoplasm\ [i substan]ele aduse din exterior.

Metabolismul are loc prin secven]e de reac]ii catalizate de enzime cu

formarea unui nm\r de produ[i intermediari. Substan]ele care apar `n procesele

metabolice se numesc metaboli]i.

~n cadrul metabolismului intermediar se disting dou\ grupe mari de

transform\ri:reac]ii de degradare (catabolice); reac]ii de biosintez\ (anabolice)

5


5/93

~n cadrul reac]iilor de degradare substan]ele complexe sunt scindate `n

substan]e simple. ~n aceste transform\ri energia eliberat\ este `nmagzinat\ `n

leg\turile macroeergice din ATP. Caracteristic pentru procesele catabolice este

faptul c\ ele converg spre o cale final\ comun\ dedegradare pn\ la CO2 [i H2O aglucidelor, lipidelor [i protidelor. ~n urma transform\rilor metabolice ale

glucidelor, lipidelor [i protidelor rezult\ acid acetic activat care constituie punctul

de leg\tur\ anabolic\ [i catabolic\ din organism. Din acid acetic activat se

formeaz\ mai multe clase de compu[i organici.

Reac]iile de biosintez\ au loc `n sens invers [i anume din substan]e cu

structur\ mai simpl\ se sintetizeaz\ enzimatic componen]ii moleculari ai celulei

(glucide, lipide, proteine, acizi nucleici). Aceste reac]ii au loc cu consum de

energie.

Procesele catabolice [i anabolice au loc concomitent `n celul\ [i sunt

`nso]ite de schimburi de energie; desf\[urarea acestor procese are loc `n

compartimente celulare distincte cu mecanisme de reglare diferite, ceea ce face ca

ele s\ fie ireversibile. ~n procesele metabolice organismul aplic\ cu stricte]e

principiul economiei maxime a compu[ilor [i reac]iilor, adic\ pornin de la un

num\r mic de compu[i ini]iali s\ se ob]in\ un num\r foarte mare de compu[i

intermediari [i finali.

Energetica metabolismului

~n cadrul proceselor metabolice transform\rile substan]elor sunt nso]ite de

schimbul [i transformarea energiei; toate reac]iile biochimice sunt `nso]ite de

consum sau eliberare de energie. Astfel, reac]iile de descompunere a substan]elor

complexe `n substan]e mai simple sunt `nso]ite de obicei de o sc\dere a energiei

libere a substan]elor care se transform\, `n schimb sintezele biochimice au loc cu

consum de energie. Un efect energetic deosebit de important `l au reac]iile de

oxidoreducere, care reprezint\ principala surs\ de energie n organismul animal.

6


6/93

Reac]iile de degradare furnizeaz\ energia necesar\ reac]iilor de biosintez\;

orice intensificare a proceselor de biosintez\ `n organismele vii, pentru care este

necesar\ energia liber\, trebuie s\ fie `nso]it\ de o intensificare a proceselor de

degradare a substan]elor care furnizeaz\ energia necesar\ realiz\rii acestor biosinteze. O mic\ parte din energia catabolic\ este transformat\ `n c\ldur\.

Echilibrul chimic care exist\ `ntre diferite procese biochimice se realizeaz\ cu

ajutorul anumitor sisteme de reglare, prin mecanisme specifice sau nespecifice.

Reac]iile biochimice pot fi controlate enzimatic [i hormonal prin

mecanisme interdependente cu ajutorul efectorilor enzimatici.

PROCESE GENERALE ~N CATABOLISM

Procese de oxidoreducere `n organismele vii

Calea de baz\ pentru valorificarea glucidelor, lipidelor, proteinelor este

oxidarea biologic\ numit\ [i respira]ia sau proces catabolic prin care moleculele

substan]elor nutritive sunt degradate treptat sub ac]iunea oxigenului atmosferic cu

formare de CO2 [i eliberare de energie. ~n urma procesului de oxidare biologic\,

toate cele trei clase principale de substan]e nutritive (G,L,P) sunt transformate

`ntr-un intermediar comun [i anume acetilcoenzima A sau acetatul activ; acesta

se catabolizeaz\ `n mitocondrii pn\ la CO2 [i H2O `n prezen]a O2 `n cadrul a dou\

procese: Ciclul Krebs sau ciclul acizilor tricarboxilici, `n care acetatul activ, prin

intermediul unor acizi tricarboxilici este transformat `n CO2 [i atomi de hidrogen

activa]i sub forma redus\ a coenzimelor unor dehidrogenaze;

Lan]ul transportorilor de hidrogen [i electroni numit [i lan]ul respirator sau

catena de respira]ie `n care hidrogenul fixat pe dehidrogenaze este activat `n

continuare pn\ la starea de proton, prin preluarea electronilor [i transportul

acestora la oxigen, pe care-l activeaz\ sub form\ de anion, fiind astfel posibil\

formarea apei: 2 H+ + O2- = H2O

7


7/93

~n anumite etape ale acestei activ\ri `n care se elibereaz\ energie, se

formeaz\ [i ATP din ADP [i Pa, proces numit [i fosforilare oxidativ\.

Oxidarea biologic\ are loc `n mitocondriile tuturor celulelor animale

aerobe sub ac]iunea sistemelor multienzimatice care de la acest nivel catalizeaz\transform\rile biochimice respective, rolul acesteia fiind `n primul rnd cel

energetic.

Ciclul Krebs

Procesul biochimic prin care acetatul activat (CH3CO SCoA) provenit prin

metabolizarea G,L,P, este catabolizat `n scop energetic printr-o succesiune de

reac]ii ini]iat\ de condensarea sa cu acidul oxalil acetic, se reia ciclic odat\ cu

regenerarea oxalil-acetatului.

Etapele procesului Krebs

Acetilcoenzima A se condenseaz\ cu acidul oxalil acetic sub ac]iunea

citrat sintetazei, avnd loc totodat\ eliberarea hidrolitic\ a coenzimei A.

Prima reac]ie este cea de condensare `ntre acidul acetic activat [i acidul

oxalil acetic cu formare de acid citric:

HOOC H2C - C - COOH- + CH3- CO SCoA

SCoA+ H2Ocitratsintetaza

+ H

acid citric

2

2

COOH

CH

HO - C - COOH

CH

COOH

O

acid oxalilacetic acetil-CoA

Izomeria acidului citric. Acidul citric pierde o molecul\ de ap\ [i trece `n

acid cis-aconitic care sub ac]iunea unei enzime numit\ aconitaz\ fixeaz\ o

molecul\ de ap\ [i trece `n acid izocitric:

CH2 - COOH

HO - C - COOH

- COOHCH2

H2O-CH - COOH

C - COOH

CH2- COOH

CHOH - COOH

CH - COOHH2O+

- COOHCH2Acid citric Acid cis-aconitic Acid izocitric

8


8/93

Oxidarea acidului izocitric are loc `n prezen]a izocitrat dehidrogenazei

cu NAD+ din mitocondrii cu transformarea grupei OH secunde `n grupare cetonic\

cu formarea acidului oxalil succinic, care este decarboxilat spontan la acidul -

cetoglutaric:

acid izocitric

COOH

CH

COOH

- OH

HC - COOH

2CH

COOH

C = O

CH2

HC - COOH

COOHacid oxalil succinic

C = O

COOH

CH2

CH2

COOH

- CO2

acid alfa - cetoglutaric

NAD

NADH + H

++

+-

Decarboxilarea oxidativ\ a acidului cetoglutaric este realizat\ de unsistem enzimatic complex cu formare de succinil-CoA:

HSCoA NADCH2COOH

CO - COOH

CH2

++ SCoAC

CH2 COOH

CH2

O

acid alfa-cetoglutaric succinil CoA

+ NADH + H CO2++

Formarea acidului succinic Succenil-CoA con]ine o leg\tur\

macroergic\ care este `n general utilizat\ pentru formare de ATP din ADP [ifosfat anorganic:

+CH2 CH2 COOH

CO SCoAADP H3PO4+

succinil CoA

CH2 - COOH

- COOHCH2

+ ATP + HSCoA

acid succinic

Oxidarea acidului succinic are loc n prezen]a succinat dehidrogenazei

care are drept coenzim\ FAD-ul cu formare de acid fumaric:

acid succinic

CH2 - COOH

- COOHCH2+ FAD

HOOC - CH

HC - COOH

FADH2+

acid fumaric

Hidratarea acidului fumaric are la dubla leg\tur\ `n prezen]a fumarazei

cu formarea acidului malic:

9


9/93

acid fumaric

HC - COOH

HOOC - CH+ H2O

HO - CH - COOH

HOOC - CH 2

acid malic

Oxidarea acidului malic are loc `n prezen]a malat-dehidrogenazei cu

NAD+, la acid oxalilacetic:

HO - CH - COOH

CH2- COOH

O = C - COOH

- COOHCH2

+ NAD+

+ NADH + H+

acid malic acid oxalilacetic

Bilan]ul energetic al ciclului ATC. Acest ciclu constituie o surs\

principal\ de energie pentru organism. Organismul utilizeaz\ aceast\ energie `nmare parte pentru men]inerea temperaturii corpului [i `n alt\ parte ca energia

chimic\ cu formare de ATP c[tigat\ prin fosforilare oxidativ\.

Un mol de NADH + H+ este echivalent cu 3 moli de ATP, iar un mol de

FADH2 este echivalent cu 2 moli de ATP (coerspunde la o cantitate total\ de 12

moli ATP).

Catena de respira]ie [i fosforilarea oxidativ\

Formarea apei din hidrogenul reultat prin dehidrogenarea substratelor [i

oxigenul preluat din aer este procesul metabolic hot\rtor `n producerea de

energie [i are loc n mitocondriile fiind continuare a ciclului Krebs.

Energia reac]iei de formare a apei se elibereaz\ trptat prin parcurgerea

unei catene de sisteme redox alc\tuit\ din transportori [i e-: NADH+ + H +, FAD,

coenzima Q, citocromii b, c1, c, a [i a3. Coenzimele care particip\ la procesele

redox pot fi `n stare redus\ sau oxidat\, unele pot prelua hidrogenul de la substrat

reducndu-se, altele preiau numai electronii. Succesiunea lor `n catena de

respira]ie depinde de valoarea poten]ialului redox a substratelor.

10


10/93

Coenzima ini]ial\ depinde de poten]ialul redox al substratului, iar cea

final\ trebuie s\ fie capabil\ s\ transfere electronii oxigenului [i s\-l transforme `n

O2-: acesta este citocromul a3 care este u[or autooxidabil.

Schematizat, un lan] respirator poate fi reprezentat astfel:

RH2 NADH + H+

FADH2H+

CoQH2- 2 - 2 H

+H

+- 2- 2 H

+22cit Fe

2cita3

2 +

FeR NAD

+ CoQFAD3 +

cita3 Fe2+

2e- 2 citFe3 +

- 2e

O21/2- 2e

O2 - -2

O + 2H+

H2O

Lungimea lan]ului respirator, dat de num\rul [i natura coenzimelor

participante la transportul hidrogenului [i electronilor este dat de poten]ialul redox

al substratului.

Oxidarea fosforilant\ este procesul prin care energia eliberat\ odat\ cu

transportul hidrogenului este utilizat\ pentru fosforilarea ADP la ATP. Leg\tura

macroergic\ se poate forma numai `n unele etape ale lan]ului de oxidare [i anume

`n acele etape `n care energia eliberat\ este mai mare dect energia deformare a

leg\turii macroergice. ~n schema lan]ului respirator se formeaz\ 3 moli de ATP `n

etapele: NADH2/FAD;CoQH2/cit c1Fe3+ [i cit a3Fe

2+/oxigen.

Ca o regul\ general\, la toate lan]urile de oxidare, cnd `ncep cu

coenzimele NAD+ sau NADP se vor forma 3 leg\turi macroergice, iar cele care

`ncep cu FAD vor forma dou\ leg\turi macroergice.

Rezumat cap. 8: MetabolismMetabolism: - catabolism

-anabolism

Transform\ri metabolice comune :

- respira]ia celular\:

-oxidarea carbonului: ciclul ATC

-oxidarea hidrogenului: lan]ul respirator mitocondrial;

-formarea ATP prin fosforilare oxidativ\ cuplat\ cu lan]ul respiratormitocondrial.

11


11/93

CAPITOL 9: METABOLISMUL GLUCIDELOR

~n procesele generatoare de energie din organism metabolismul glucidelor

ocup\ un loc central, glucidele asigurnd cea mai mare parte peste 50% - dinenergia necesar\ desf\[ur\rii activit\]ii celulare. ~n deosebi celula nervoas\ este

dependent\ de glucoz\ ca surs\ de energie.

~n organismele animalelor superioare glucoza poate constitui depozite de

energie sub form\ de glicogen hepatic sau muscular. La plante acest rol `l

`ndepline[te cu prioritate amidonul. Animalele fiind organisme heterotrofe `[i

procur\ glucidele pe cale exogen\, prin alimenta]ie, din regnul vegetal [i numai

cnd aportul acestora este insuficient [i pe cale endogen\, prin metabolizarea altor

substan]e neglucidice, n special a proteinelor.

Metabolismul general al glucidelor cuprinde transform\ri: digestia,

absorb]ia, transportul, depozitarea, metabolismul intermediar [i excre]ia.

Digestia glucidelor

Glucidele preluate din hran\ se g\sesc `n cea mai mare parte sub form\ de

oligo-[i poliglucide (amidon, celuloz\) cu molecule complexe care nu pot fi

absorbite direct prin membrana gastrointestinal\, ci numai sub form\ de

monoglucide sau al]i metaboli]i cu molecule mici; de acea glucidele sunt supuse

unor transform\ri biofizice [i biochimice cunoscute sub numele de digestie [i care

constau `n principal `n scindarea hidrolitic\ a acestora pe traiectul digestiv, sub

ac]iunea unor enzime specifice. Digestia glucidelor decurge diferen]iat la

animalele monogastrice fa]\ de poligastrice, la mamifere fa]\ de p\s\ri, din care

cauz\ se impune tratarea separat\ a acstora.

Digestia glucidelor la animalele monogastrice

~n cavitatea bucal\ hrana este supus\ `ntr-o m\sur\ mai mare

transform\rilor biofizice [i mai pu]in transform\rilor biochimice, aceste din urm\

12


12/93

constau `n hidroliza par]ial\ a amidonului sub ac]iunea - amilazelor salivare cu

formare de dextrine [i eventual monoglucide.

La nivelul stomacului amidonul este hidrolizat `n continuare `n timp ce

oligoglucidele [i celuloza nu pot fi digerate.

~n intestinul sub]ire amidonul, glicogenul [i oligoglucidele sufer\ o

transformare hidrolitic\ complet\ pn\ la stadiul de monoglucide.

~n intestinul gros celuloza este transformat\ printr-un proces complex

realizat de microorganismele saprofite. Celuloza este par]ial transformat `n

glucoz\ [i aceasta din urm\ prin fermenta]ie anaerob\ `n acizi inferiori (acetic,

propionic, butiric,lactic) [i `n unele substan]e gazoase (CH4, H2, CO2, etc.).

Erbivorele monogastrice valorific\ celuloza n propor]ie de circa 90%.

~n final, forma prevalent\ sub care se absorb glucidele este monoglucidul,

`ndeosebi glucoza [i fructoza.

Digestia glucidelor la rumeg\toareRumeg\toarele au stomacul format din 4 compartimente: 3 prestomace

(rumen, re]ea [i foios) [i stomacul propriu-zis. Celuloza, care predomin\ `n hrana

rumeg\toarelor, va suferi un proces complex de digestie sub ac]iunea enzimelor

(celulaze) secretate de c\tre microorganisme, deoarece prestomacele nu secret\

enzime proprii. ~n prezen]a unei cantir\]i mari de ap\, microorganismele

transform\ toate glucidele, inclusiv celuloza prin hidroliz\ `n oze. Acestea la

rndul lor sunt fermentate pn\ la acizii inferiori care sunt absorbi]i ca atare la

nivelul rumenului [i gaze. O mic\ parte din glucidele solubile ajung `n stomacul

propriu-zis, apoi n intestinul sub]ire unde sunt absorbite.

~n urma acestor procese de fermenta]ie acid\ pH-ul lichidului ruminal

r\mne totu[i u[or aclalin, datorit\ sistemelor tampon de bicarbona]i [i fosfa]i din

13


13/93

saliva diglutit\ care imprim\ con]inutului s\u un pH = 5,5 7,5 favorabil

dezvolt\rii florei microbiene.

Digestia glucidelor la p\s\ri este diferit\ fa]\ de mamifere [i aceasta

datorit\ lipsei enzimelor de la nivelul cavit\]ii bucale, a gu[ei, [i stomacului, undetransform\rile la care este supus\ hrana sunt mai ales biofizice. ~n schimb datorit\

bacteriilor prezente de-a lungul `ntregului tract intestinal `ncepnd de la gu[\,

glucidele inclusiv celuloza sunt scindate `n totalitate. Scindarea bacterian\ a

celulozei este deosebit de intens\ `n cecum `n regiunea proximal\ a intestinului

gros.

Absorb]ia glucidelor are loc la nivelul intestinului sub]ire sub form\ de

monoglucide [i este `n strns\ leg\tur\ cu o serie de transform\ri biofizice [i

biochimice care au loc la acest nivel. Absorb]ia ozelor poate avea loc [i `n

cavitatea bucal\ sau stomac, dar numai `ntr-o m\sur\ mai mic\. Absorb]ia

intestinal\ a pentozelor [i hexozelor `n stare liber\ are loc prin difuzie simpl\,

fizic\, f\r\ consum de energie cu viteze ce depind de natura ozei `n ordinea:

galactoz\ > fructoz\ > manoz\ > xiloz\ > arabinoz\. ~n general hexozele au o

vitez\ de absorb]ie mai mare dect pentozele. ~ntr-o m\sur\ mai mic\ are loc [i o

absorb]ia activ\ a hexozelor care implic\ fosforilarea lor n celulele intestinale sub

ac]iunea hexozokinazelor ceea ce m\re[te viteza lor de absorb]ie. Acest proces

activ necesit\ un mare consum de ATP, este reglat de hormonii corticosuprarenali

[i stimulat de unele vitamine din complexul B. Prin fosforilare, hexozele sunt

transformate `n esteri fosforici, form\ sub care sunt absorbite prin peretele

intestinal.

14


14/93

Transportul [i depozitarea glucidelor:

~n urma procesului de absorb]ie hexozele defosforilate sunt vehiculate

`mpreun\ cu celelalte oze, sub form\ liber\, pe cale sanguin\, spre diferite

]esuturi [i organe, `n func]ie de nevoile lor energetice sau biosintetice. Principalaoz\ circulant\ este glucoza, iar glicogenul este forma de depozitare.

~n metabolismul glucidelor ficatul are un rol important ca organ de tranzit

al acestora `ntre intestin [i circula]ia general\. Ficatul transform\ toate ozele `n

glucoz\ [i las\ s\ treac\ `n circula]ia sanguin\ o cantitate mic\ pentru a asigura o

concentra]ie constant\ a acesteia, numit\ glicemie.

Glicemia are valori relativ constante (40-100mg/100ml snge) la diferite

specii de animale. Restul de glucoz\ este transformat\ [i depozitat\ sub form\ de

glicogen. Procesul de biosintez\ a glicogenului se nume[te glicogenogenez\. iar

procesul de transformare `n glucoz\ a substan]elor neglucidice se nume[te

gluconeogenez\. La toate aceste transform\ri, la care se adaug\ lipogeneza din

glucide, un rol important `l joac\, pe lng\ o serie de enzime [i urm\torii hormoni:

insulina, glucagonul, adrenalina, hormonii hipofizari [i corticosuprarenali.

Catabolismul glucidelor

Organismul animal preia glucidele sub form\ de oze pe care ficatul le

transform\ `n glucoz\ prin reac]ii de izomerizare, epimerizare. Glucoza din snge

`n stare liber\, circulant\ este preluat\ de c\tre celule [i fosforilat\ sub ac]iunea

hexokinazei la glucozo-6-fosfat. Esterul 6 fosforic al glucozei reprezint\ forma

metabolic activ\ a glucozei fiind componenta de plecare pentru aproape toate

transform\rile glucidelor. Degradarea glucozo-6-fosfatului are loc pe mai multe

c\i, cele mai importante fiind:

- glicoliza, proces anaerob prin care glucoza este degradat\ la acid lactic;

- glicogenoliza, proces de degradare anaerob\ a glicogenului la acid lactic;

15


15/93

- calea aerob\, la acid piruvic, iar prin intermediul ciclului Krebs [i a

lan]ului respirator cuplat cu fosforilarea oxidativ\, pn\ la dioxid de carbon [i ap\

cu eliberarea unei cantit\]i considerabile de energie.

Catalismul anaerob al glucidelor. Glicoliza.

Glicoliza sau calea metabolic\ Embden-Meyerhoff-Parnas reprezint\ o

cale de degradare anaerob\ a glucozei - provenit\ din glucoz\ liber\ sau glicogen

- pn\ la acid lactic.

Glicoliza are loc `n toate celulele, se desf\[oar\ `n 11 etape, fiind

catabolizat\ de enzime specifice solubilizate `n citoplasm\. Energia eliberat\ `n

cadrul procesului se `nmagazineaz\ `n moleculele de ATP. ~n ]esutul muscular

glicoliza ncepe de la glicogen, n celelalte ]esuturi de la glucoz\.

Etapele glicolizei

1. Fosforilarea glucozei. Pentru a intra `n procesul de glicoliz\, glucoza

este activat\ prin fosforilarea sa cu ATP [i formarea de glucozo-6-fosfat. Reac]iadecurge `n prezen]a glucokinazei [i a ionilor de Mg2+:

O

CH2OH

HOHHO

OH

OH

HH

H

H H

H

HH

OH

OHHO OH

H

O

Glucoza

hexokinazaglucokinaza

CH2OPO32 -

glucozo-6-fosfat

Ester Robison

ATP ADP

Reac]ia decurge cu o sc\dere mare a energiei libere (4 Kcal/mol) ceea ce

`nseamn\ c\ practic este ireversibil\. Glucozo-6-fosfatul are o pozi]ie cheie `n

metabolismul glucidic, fiind metabolizat `n sens catabolic sau anabolic.

2. Izomerizarea glucozo-6-fosfatului la esterul fructozo-6-fosfat sub

ac]iunea glucozofosfatizomerazei din mu[chi:

16


16/93

H

H

HH

OH

OHHO OH

H

O

CH2- O - P

G - 6 - P

O

OHH

HO HOH

CH2OHP - OH2C

H

F - 6 - P

30%

aldolaza

70%

Aceast\ etap\ este o reac]ie de echilibru `ntre forma piranozic\ (aldoz\) [i

cea furanozic\ (cetoz\), pentru raportul de 7/3.

3. Fosforilarea ireversibil\ a fructozo-6-fosfatului la fructoza-l,6-

difosfat. Aceast\ fosforilare necesit\ ATP ca donor de fosfat precum [i prezen]a

fosfofructokinazei [i a ionilor de Mg2+; Reac]ia este ireversibil\, `ntruct decurge

cu o sc\dere mare de energie liber\ (3,4 Kcal/mol).

F - 6- P F - 1,6- P

ADPATP

Fosfofructokinaza

P O CH2O PO

OHH

H

OH

H2C

HH

H2CP - O CH2OH

OH

H

H OH

O

OHOH

Fosfofructokinaza eate o enzim\ alosteric\, foarte pu]in activ\, fiind un

factor limitant al vitezei de reac]ie `n ]esutul hepatic; concentra]iile mari de ATP

[i citrat inhib\ enzima, `n timp ce AMP [i AMP-ciclic, o activeaz\.

4. Scindarea fructozo 1,6 difosfatului cu formarea fosfa]ilor

de trioz\ sub ac]iunea aldolazei (fructozo-1,6-difosfatliaza); scindarea are loc la

nivelul leg\turii C3-C4:

fosfoglicericaaldehida - 3-

- fosfatdihidroxiaceton-

+

- PCH2O

H - C - OH

H - C = O

CH2OH

C = O

CH2O- P

CH2O - P

- P

H - C - OH

H - C - OH

HO - C - H

CH2O

C = O

F - 1,6 - P

17


17/93

Reac]ia este reversibil\ echilibrul fiind favorabil fructozei; pe m\sur\ `ns\

ce se formeaz\ fosfa]ii de trioz\ ace[tea sunt rapid transforma]i, ceea ce face ca

echilibrul s\ fie u[or deplasat la dreapta, pn\ la scindarea `ntregii cantit\]i de

fructozo-l,6- difosfat.5.Interconversia fosfa]ilor de trioz\ sub ac]iunea trioz\-fosfat

izomerazei:

fosfoglicericaaldehida - 3-

H - C - OH

H - C = O

CH2OH

C = O

CH2- O - P

(3,5%)

- O - PCH2

dihidroxiacetonfosfat

(96,5%)

Dintre cei doi fosfa]i de trioz\, numai aldehida poate fi transformat\ `n

reac]iile urm\toare ale glicolizei; prin scoaterea ei permanent\ din sistem,

echilibrul reac]iei se deplaseaz\ spre dreapta pn\ la transformarea total\ a

dihidroxiacetonfosfatului. Aceast\ reac]ie `nchie primul stadiu al glicolizei [i

anume cel al hexozofosfa]ilor, care este consumator de energie.

6. Transformarea aldehidei-3-fosfoglicerice `n acid 1,3-difosfogliceric

este o reac]ie de oxidoreducere fosforilant\ catalizat\ de gliceraldehid-3-fosfat

dehidrogenaza care are coenzim\ NAD+:

H - C - OH

H - C = O

H2C

H - C - OHNAD+

H3PO4

PO3H2O = C - O

+ +

- O - P - O - PCH2

Acid 1,3 difosfogliceric

(11,8 Kcal/mol)

NADH+ + H+

Aceast\ etap\ este foarte important\ din punct de vedere energetic,

deoarece `n cadrul ei, concomitent cu procesul de oxidare, are loc [i un proces de

conservare a energiei rezultate din oxidare, sub forma compusului acilfosfat

macroergic acidul 1,3 difosfogliceric, care prin hidroliza sa poate elibera 11,8

18


18/93

Kcal/mol. Aceast\ reac]ie face trecerea de la cel de-al doilea stadiu al glicolizei

care este generator de energie.

7. Defosforilarea acidului 1,3-difosfogliceric la acid 3 fosfogliceric `n

prezen]a ATP-ului, a fosfoglicerokinazei [i a ionilor Mg2+

:

H - C - OHH - C - OH

PO3H2O = C - O

+

- O - PCH2

Acid 1,3 difosfogliceric

+ ADP Mg+2

COOH

CH2 - O - P

ATP

Acid 3 fosfogliceric

~n aceast\ transformare leg\tura fosfat macroergic\ a acidului 1,3

difosfogliceric este cedat\ unei molecule de ADP cu formare de ATP; se

realizeaz\ astfel transferul fosfatului din gruparea acil-fosfatic\ pe molecula de

ADP.Cele dou\ etape 6 [i 7 sunt strns legate energetic, astfel c\ energia

degajat\ `n reac]ia de oxidare nu se elibereaz\ sub form\ de c\ldur\, ci este

`nglobat\ `n leg\tura macroergic\ acilfosfat [i apoi transferat\ ADP-ului cu

formare de ATP, rezervorul de energie al organismului.

8. Izomerizarea acidului 3 fosfogliceric la acid 2 fosfogliceric sub

ac]iunea unei fosfogliceromutaze [i a unor cantit\]i mici de acid 2,3

difosfogliceric, cu rol de coenzim\:


- OHCH2

H - C - O - P+H - C - O - P

COOH

CH2- O - P

Acid 2,3 difosfoglicericAcid 2,3 difosfogliceric

- O - PCH2

COOH

H - C - O - P+


- O - PCH2

COOH

H - C - OH

COOH

9. Deshidratarea acidului 2-fosfogliceric la acid 2-fosfoenolpiruvic,

compus macroergic:


- OH

H - C - O - P

COOH

+

COOH

H2C

C - O

CH2

enolaza

Mg+2

P H2O

Acid fosfoenolpiruvic (P.E.P.)

19


19/93

Formarea acidului fosfoenolpiruvic are o deosebit\ importan]\ energetic\,

deoarece acest compus con]ine o grupare macroergic\ fosfoenolic\ provenit\

dintr-o leg\tur\ esterfosforic\, f\r\ participarea unei reac]ii de oxidare din afar\.

Prin hidroliza acestei leg\turi macroergice es elibereaz\ o cantitate marede energie (14,8 Kcal/mol).

10. Transformarea acidului 2-fosfoenolpiruvic `n acid piruvic sub

ac]iunea piruvatkinazei:

COOH

+C - O

CH2

P

Acid - 2 - P - enolpiruvicCH2

COOH

C - OH + ATPADP

Acid enolpiruvic

Prin tautomerizare acidul enolpiruvic trece n acid piruvic:

COOH

CH2

COOH

C = O

CH3

C - OH

Acid enolpiruvic Acid piruvic

Piruvatkinaza din mu[chi [i ficat are rol de reglare [i necesit\ ionii de Mg2+

Mn2+ [i K+; ionii de Ca2+ inhib\ enzima.Acidul piruvic format `n aceast\

etap\ prezint\ importan]\ deosebit\ deoarece poate suferi ulterior o serie de

transform\ri chimice a c\ror natur\ [i direc]ie depind de condi]iile de oxigenare a

]esuturilor [i de particularit\]ile specifice ale acestora.

Aceast\ transformare este de asemenea foarte important\ din punct de

vedere energetic [i metabolic: transferul fosfatului pe ADP face ca energia

leg\turii macroergice s\ fie `ncorporat\ `n ATP folosit ulterior la fosforilarea

glucozei. Acidul piruvic format `n aceast\ etap\ constituie un metabolit important

reprezentnd punctul de plecare `n catabolizarea aerob\ a glucozei [i totodat\

20


20/93

punct de leg\tur\ cu metabolismul proteinelor. ~n condi]ii de anaerobioz\ acidul

piruvic este convertit la acid lactic.

11. Reducerea acidului piruvic la acid lactic reprezint\ ultima etap\ a

glicolizei catalizat\ de lactatdehidrogenaza (LDH) care necesit\ NADH.COOHCOOH

C = O

CH3Acid piruvic

+ NADH +H+ (LDH)

HO - C - H +

CH3

NAD+

Acid L lactic

Coenzima oxidat\ (NAD+) este refolosit\ `n etapa a 6 a glicolizei `n felul

acesta se realizeaz\ cuplarea proceselor reductive cu cele oxidative. Lactat

dehidrogenza (LDH) este prezent\ `n toate ]esuturile. Produsul final de

metabolizare a glucozei `n ]esuturile animale este acidul lactic; acesta se g\se[te

`n echilibru dinamic cu acidul piruvic `n raport de 10/1 `n func]ie de gradul de

oxigenare al ]esutului. Acidul lactic format este transportat de c\tre snge la ficat,

unde este par]ial oxidat aerob sau poate fi reconvertit `n glucoz\. Glicoliza se

desf\[oar\ deosebit de intens `n mu[chi, iar acumularea acidului lactic `n ]esutul

muscular, `n timpul efortului de lung\ durat\ provoac\ febra muscular\ datorit\

apari]iei acidozei lactice. Un exemplu de acidoz\ lactic\ `l formeaz\ acidoza

rumenal\ determinat\ de consumul excesiv de glucide.

Importan]a deosebit\ a glicolizei const\ `n aceea c\ pe parcursul etapelor

care dureaz\ 20-30 secunde se elibereaz\ treptat [i `n cantit\]i mici energie

acumulat\ `n molecula glucozei, astfel c\ organismul o poate folosi `n mod

ra]ional.

Bilan]ul energetic al glicolizei, se poate calcula f\cnd diferen]a `ntre

num\rul de ATP rezulta]i `n timpul procesului [i num\rul de ATP consuma]i,

astfel `n etapele de formare a glucozo-6-fosfatului [i de formare a fructozo-1,6-

difosfatului (etapele 1 [i 3) se consum\ 2 moli ATP pentru un mol glucoz\. ~netapele urm\toare (7 [i 10) se sintetizeaz\ cte l mol ATP pentru o jum\tate mol

21


21/93

de glucoz\, astfel: `n etapa a 7 a se sintetizeaz\ 1 mol ATP pentru mol glucoz\,

adic\ 2 moli ATP pentru 1 mol glucoz\ (1 mol glucoz\ se transform\ `n 2 moli

acid 1,3 DPG).

~n etapa a 10 a se sintetizeaz\ tot 1 mol ATP pentru mol glucoz\, ceeace `nseamn\ 2 moli ATP pentru l mol glucoz\ (2 moli acid 1,3 DPG formeaz\ 2

moli acid piruvic).

Bilan]ul energetic este deci de 4 moli de ATP sintetiza]i -2 moli ATP

consuma]i = 2 moli ATP c[tiga]i pentru 1 mol glucoz\ catabolizat\ la acid lactic

pe cale glicolitic\, `n condi]ii anaerobe:

1 mol glucoz\ + 2 ADP + 2Pi = 2 moli acid lactic + 2 ATP + 2 H2O.

Energia eliberat\ prin glicoliz\ este relativ mic\, dar prezint\ o importan]\

deosebit\ `ntruct este asigurat\ organismului \i `n absen]a oxigenului. Din

energia chimic\ produs\ `n timpul glicolizei, `n jur de 30% este `nmagazinat\ `n

leg\turile macroergice din ATP, restul degajndu-se sub form\ de c\ldur\.

Teme de lucru/Activit\]i

Scrieti ecua]ia reac]iei chimice catalizat\ de c\tre fosforilaz\.

Scrieti ecua]ia reac]iei chimice catalizat\ de c\tre hexokinaz\.

Scrieti ecua]ia reac]iei chimice catalizat\ de c\tre aldolaz\.

Scrieti ecua]ia reac]iei chimice catalizat\ de c\tre piruvat kinaza.

Scrie]i reac]ia global\ a glicolizei. Care este bilan]ul energetic al glicolizei?

Care este enzima cheie `n glicoliza anaerob\? Scrie]i ecua]ia reac]iei chimice

catalizate de c\tre aceast\ enzim\.

GLICOGENOLIZA

22


22/93

~n ]esutul muscular glicoliza `ncepe de la glicogen; acesta este un -

glucan format din molecule de - glucopiranoz\ legate 1,4 [i 1,6 - - glicozidic

[i reprezint\ forma de rezerv\ `n glucoz\ a organismului animal. Glicogenoliza

reprezint\ procesul de transformare a glicogenului `n acid lactic [i are ca scop

eliberarea rapid\ a rezervei de glucoz\ `n cazul eforturilor fizice. Pentru a intra `n

secven]a glicolitic\, sunt necesare mai multe etape, astfel:

Fosforoliza glicogenului sub ac]iunea acidului fosforic [i `n prezen]a

fosforilazei, `n urma c\reia se scindeaz\ resturile terminale de glucoz\ de la

cap\tul nereduc\tor al lan]ului cu formare de glucozo 1 fosfat;

(glucan)n + H3PO4 = (glucan)n 1 + G 1 P

~n timpul fosforolizei se scindeaz\ leg\tura 1,4 - - glicozidic\ de la

cap\tul catenei, iar restul glucozil este transferat pe fosfatul anorganic. ~n acest

proces ac]ioneaz\ forma activ\ a fosforilazei (a) ob]inut\ din forma inactiv\ (b)

printr-un proces endergonic de fosforilare cu ATP.

H3PO4- 4

4 ADP4 ATPFosforilaza aFosforilaza b

La nivelul ficatului fosforilaza este activat\ de c\tre AMP-ciclic [i reglat\

de hormonii hiperglicemian]i (adrenalina [i glucagon), iar `n mu[chi numai de

c\tre adrenalin\.Activarea fosforilazei b are loc mai cu seam\ cnd este necesar\producerea unei cantit\]i mai mari de glucoz\ `n cazul unui efort fizic intens.

~n cazul amilozei procesul continu\ pn\ la transformarea complet\ a

catenelor liniare `n G 1 P.~n cazul amilopectinei partea ramificat\ a

glicogenului fosforilaza `[i `nceteaz\ activitatea cu 4 resturi de glucoz\ `naintea

ramifica]iilor 1,6 - - glicozidice. La acest nivel intervin enzimele de

deramificare: 1,4 1,6 glucantransferaza [i 1,6 glucozidaza care catalizeaz\

23


23/93

transferul a 3 resturi de glucoz\ din partea ramificat\ `n partea liniar\, continuat\

de scindarea hidrolitic\ a restului de glucoz\ legat 1,6. Dup\ scindarea leg\turilor

1,6 procesul de fosforilaz\ continu\ pn\ la transformarea complet\ a

glicogenului `n G 1 P.Etapa a doua a glicogenolizei const\ `n izomerizarea G 1 P la G 6

P sub ac]iunea glucofosfomutazei. ~n continuare G 6 P poate fi degradat pe

calea glicolizei pn\ la acid lactic sau poate fi defosforilat la glucoz\.

Bilan]ul energetic al glicogenolizei este de 3 moli ATP, deoarece fa]\ de

glicoliz\, se consum\ numai un mol de ATP (este exclus\ fosforilarea glucozei,

deci din cei 4 moli sintetiza]i se va sc\dea 1 mol consumat) aceast\ energie este

de mare importan]\ deoarece unele celule cum ar fi eritrocitele `[i procur\ numai

pe aceast\ cale energia necesar\.

Catabolizarea aerob\ a glucozei. Prin degradarea glicolitic\, `n condi]ii

anaerobe, glucoza este transformat\ `n acid lactic. ~n condi]ii aerobe, deci `n cazul

unui raport `ndestul\tor de oxigen, etapa ultim\ a glicolizei formarea acidului

lactic nu mai are loc deoarece coenzima NADH + H+ nu mai transfer\ hidrogenul

[i electronii acidului piruvic ci prin lan]ul de oxidoreducere (respirator) `i

transfer\ oxigenului cu formare de ap\. Acidul piruvic format `n citoplasm\ trece

`n mitocondrie, unde urmeaz\ dou\ c\i de metabolizare: decarboxilarea oxidativ\

cu formarea acidului acetic activat (acetil coenzima A); carboxilarea cu ob]inerea

acidului oxalilacetic.

Decarboxilarea oxidativ\ a acidului piruvic este un proces complex,

ireversibil, `n mai multe etape catalizate de un complex multienzimatic- piruvat

dehidrogenaza, care implic\ urm\torii factori: CoA, NAD+, acid lipoic, FAD,

tiaminpirofosfat (TPP) [i Mg2+. Reac]ia global\ catalizat\ de acest sistem este

urm\toarea:

CH3 CO COOH + NAD+ + HSCoA = CH3CO SCoA + NADH + H

++ CO2

24


24/93

Reac]ia decurge cu o sc\dere apreciabil\ a energiei libere, din care cauz\

este considerat\ ireversibil\. Acetil coenzima A, format\ `n urma decarboxil\rii

oxidative a acidului piruvic, va fi oxidat\ ulterior `n ciclul Krebs pn\ la CO2 [i

H2O.Carboxilarea acidului piruvic. Dioxidul de carbon asimilat de

organismele animale produce carboxilarea acidului piruvic cu formare de acid

oxalilacetic.Reac]ia este catalizat\ de piruvatcarboxilaza [i necesit\ prezen]a

biotinenzimei drept coenzim\:

CH3 CO COOH + CO2 HOOC CO CH2 - COOH

Cele dou\ substan]e provenite din carboxilarea oxidativ\ [i decarboxilarea

acidului piruvic vor intra ulterior `n ciclul Krebs [i lan]ul respirator unde se vor

transforma `n CO2, H2O [i energie.

Alte c\i de degradare ale glucidelor

Calea pentozo-fosfa]ilor ({untul pentozo-fosfa]ilor)

Calea pentozo-fosfa]ilor reprezint\ o cale de degradare anaerob\ oxidativ\

a glucozei, fiind o cale suntat\ care ocole[te o serie de etape ale glicolizei.

Aceast\ cale este dependent\ de glicoliz\, unii intermediari ai acesteia participnd

la glicoliz\.

Procesul are loc cu prioritate `n ficat, ]esutul adipos, glanda mamar\ `n

lacta]ie, eritrocite, `n prezen]a enzimelor amplasate `n faza solubil\ a citoplasmei.

Pe aceast\ cale secundar\ de degradare este transformat\ aproximativ 10-30% din

cantitatea de glucoz\.

Calea pentozo-fosfa]ilor cuprinde dou\ etape:

-sinteza pentozelor din hexoze;

-sinteza hexozelor din pentoze.

25


25/93

Sinteza pentozelor din hexoze se realizeaz\ printr-o succesiune de reac]ii

`n care glucozo-6-fosfatul este dehidrogenat [i decarboxilat la ribulozo-5-fosfat

sub ac]iunea unor enzime specifice, NADP-dependente, astfel:

dehidrogenarea glucozo-6-fosfatului la lactona acidului 6-fosfogluconiceste ini]iat\ de glucozo-6-fosfat dehidrogenaza (GPDH) cu NADP drept

coenzim\, ca acceptor de hidrogen [i electroni.

6-P-glucolactona este hidrolizat\ de c\tre glucono lactonaz\ la acid 6-P-

gluconic:

Ac. 6-P-gluconic

COOH

H2O

6-P-glucolactona

O

+ +NADPH + HNADP

CH2O P

O

OH

OHOH

G-6-P

OHOH

OH

OH

OCH2O P

HCOH

HCOH

- PCH2O

HCOH

HOCHGDPH

~n reac]ia urm\toare, catalizat\ de 6-P-gluconat dehidrogenaza (PGDH)

are loc concomitent o dehidrogenare la C3 cu formare de acid 3-ceto-6-P-gluconic

urmat\ de o decarboxilare la C1 cu formarea unei cetopentoze, ribulozo-5-fosfatul:

COOH

HOCH

CH2OHHCOH

HCOH

HCOH

CH2O- P

Ac. 6 - P - gluconic

NADP+

NADPH + H

- PCH2O

HCOH

HCOH

HCOH

COOH

C = O

acid 3 -ceto-6-P-

gluconic

CO2

C = O

HCOH

HCOH

CH2O- P

Ribolozo-5-P

Prin epimerizare [i izomerizare ribulozo-5-fosfatul se transform\ `nxilulozo-5-fosfat, respectiv ribozo-5-fosfat:

CH2OH

C = O

- PCH2O

HCOHHCOH

HOCH

C = O

HCOH

HCOH

CH2O- P

H - C = O

- PCH2O

HCOH

HCOH

Ribulozo-5-P Ribulozo-5-P

izom.

CH2OH

epim.

xiluloza-5-P

26


26/93

Rezult\ c\ oxidarea unui mol de glucozo-6-fosfat este nso]it\ de formarea

unui mol de CO2 [i 2 moli de NADPH+. Reac]ia global\ este urm\toarea:

Glucozo-6-fosfat + 2 NADP+Ribozo-5-fosfat + CO2 + 2 NADPH + 2H+

NADPH2 este folosit `n reac]iile de biosintez\, `n special cele ale acizilor

gra[i, din citoplasma extramitocondrial\, iar ribozo-5-fosfatul este un precursor `n

sinteza nucleotidelor.

Sinteza hexozelor din pentoze

~n celule ribozo-5-fosfatul este transformat par]ial `n hexozo-fosfa]i prin

reac]ii de transcetoliz\ [i transaldoliz\ catalizate de transcetolaze [i transaldolaze.

a). Transcetolaza catalizeaz\ transferul unei grup\ri C2 glicol-aldehidice

(CH2OH-CO-) de la xilulozo-5-fosfat la ribozo-5-fosfat cu formare de

sedoheptulozo 7-fosfat [i gliceraldehid-3-fosfat, prin care se face leg\tura cu

secven]a glicolitic\:

C = O

- PCH2O

HCOH HCOH

HOCH

HCOH

HCOH- PCH2O

HCOH

HCOH

CH2OH

xiluloza-5-P

O = C - H

+

Ribozo-5-P

trans.

cetolaza +

CH2OH

HOCH

HCOH

CH2O - P

C = O

CH2OP

H - C = O

HCOH

glicer-aldehida-3-P

Sedoheptulozo-7-P

Coenzima transcetolazei este tiaminpirofosfatul (TPP) care leag\ [i

transfer\ cei doi carboni.

b). Cei doi produ[i forma]i intr\ n reac]ia catalizat\ de transaldolaz\ care

transfer\ o grupare de dihidroxiaceton\ (3 C) de la sedoheptulozo-7-fosfat la

gliceraldehid-3-fosfat:

27


27/93

C = O

- PCH2O

HCOHHCOH

HOCH HCOH

- PCH2O

CH2OH

+ +

CH2OH

HOCH

HCOHCH2O- P

C = O

CH2OP

HCOH

glicer-aldehida-3-P

Sedoheptulozo-7-P

HCOH

HCOH

HC = O HC = OHCOH

- PCH2O

trans.

aldolaze

Eritrozo-4-P

F-6-P

~n urma transferului rezult\ fructozo-6-fosfatul, care face leg\tura cu

glicoliz\, [i eritrozo-4-fosfatul.

c). Din nou intrevin transcetolaza care transfer\ o grupare C2

(glicolaldehid\) de pe xilulozo-5-fosfat pe eritrozo-4-fosfat:

C = O

- PCH2O

HCOH

HCOH

HOCH HCOH

- PCH2O

CH2OH

+

CH2OH

HOCH

HCOH CH2O- P

C = OHCOH

glicer-aldehida-3-P

HCOH

trans.

Eritrozo-4-P

F-6-PX-5-P

H - C = O

CH2O- P

cetolaza

H - C = O

+

Din reac]ie au rezultat noi intermediari ai glicolizei . Reac]iile catalizate de

transcetolaze [i trnasaldolaze asigur\ interconversia pentozo-[i hexozo-fosfa]ilor:

donorii de C2[i C3 sunt cetoze, iar acceptorii sunt aldoze.

Fosfa]ii de trioz\ se pot tranasforma `n intermediari ai glicolizei astfel:

d). 2 triozo-fosfat fructozo-1,6-P

e). fructozo-1,6-P + H2O F-6-P + Pi

f). F-6-P G-6-P

28


28/93

Odat\ cu formarea G-6-P procesul se poate relua .

Procesul permite ocolirea unor etape ale glicolizei care au loc cu consum

de ATP (F-6-P + ATP) [i produce mari cantit\]i de fosfa]i de trioz\. ~n ceea ce

prive[te aspectul energetic, pentru cei 2 NADPH elibera]i corespund 6 moli ATPpentru 1 mol de CO2, `n total 6x6=36 moli ATP pentru cei 6 carboni ai glucozei,

fapt care apropie calea pentozo-fosfa]ilor din ciclul Krebs.

Degradarea glucozei pe calea acizilor uronici

Calea acizilor uronici reprezint\ un proces de degradare a glucozei care se

desf\[oar\ `n cea mai mare parte `n ficat [i mai pu]in `n intestin [i `n rinichi, avnd

ca rezultat ob]inerea unor compu[i de mare importan]\ biologic\, acidul

glucuronic [i galacturonic, xiluloz\, vitamina C, lactoza sau galactoza.

O

CH2OH

OH

HOH

OH OH

OHH

OH

CH2OH

O

O -UDP

O -P

+UTP

+ P - O -

P

Glucozo-1-fosfatUDP-glucoza

Reac]ia este catalizat\ de enzima glucozo-1-fosfaturidiltransferaza.

b). UDP-glucoza este oxidat\ la nivelul grup\rii alcool primar de la C6 sub

ac]iunea UDP-glucozo-dehidrogenazei [i transformat\ n acid glucuronic astfel:

O

CH2OH

OH

HOH

OHOH

OH

H

OH

O

O - UDPO - UDP

COOH

H2ONADNADH +

H

+ +

UDP-glucuronatul reprezint\ forma activ\ a acidului glucuronic, care

particip\ la diverse procese ce au loc `n ficat ca: glucuronconjugarea bilirubinei

sau a hormonilor steroizi, precum [i la detoxifiere; sinteza mucopoliglucidelor;

sinteza vitaminei C.

29


29/93

Glucuronconjugarea reprezint\ condensarea acidului glucuronic cu

compu[i cu func]ie hidroxil, carboxil sau aminic\ (hormonii, bilirubin\, substan]e

str\ine, medicamente toxice) `n scopul transform\rii lor `n compu[i solubili, u[or

de transportat [i eliminat din organism.UDP-glucuronatul este hidrolizat la esterul-1-fosforic al acidului

glucuronic, iar acesta din urm\ tot prin hidroliz\ elibereaz\ acidul glucuronic.

O

OH

OH

OHH

OH

O

O - UDP

COOH

UDP-glucuronat

HOH

UMP

COOH

O

OH

O - P

1-fosfoglucuronat

HOH+

OH

COOH

acid glucuronic

+ Pi

Acidul glucuronic neangajat `n reac]ii de conjugare se poate transforma pe

dou\ c\i principale cu formare de L xiluloz\ [i acid ascorbic (vitamina C).

a). Transformarea acidului glucuronic n L-xiluloz\;

La om, maimu]e primate [i cobai, acidul glucuronic se oxideaz\, trecnd

prin stadiile de acid glucuronic, acid 3-cetogluconic, cu formare de CO2 [i L-

xiluloz\.

L-xiluloza se izomerizeaz\ la D-xiluloz\ [i poate regenera glucoza pe

calea pentozofosfa]ilor.

CO2

C = O

COOH

HCOH

HCOH

NADPH + H+

NADP

HCOH

HCOH

CH2OH

HOCH

COOH

C

O

H

OH-CH

HC-OH

+

HOCH

HOCH

Acid D-glucuronic Acid L-gulonic

COOH

HO-C-H

HO-C-H

HO-C-H

H-C-OH

H2COH

+ +NAD NADH + H

COOH

HOCH

CH2OH

CH2OH

HCOH

C = O

HOCH

CH2OH

C = O

HCOH

CH2OH

CH2OH

Acid L-gulonic

Acid 3 ceto-L-gulonic

L-xiluloza D-xiluloza

HOCH

30


30/93

b). Transformarea acidului glucuronic n acid ascorbic

La plantele superioare [i la majoritatea animalelor acidul gulonic format

din acid glucuronic, se transform\ `n L-gulconolacton\ care se oxideaz\ la cid

ascorbic sub ac]iunea catalitic\ a enzimei L-gulonolactonoxidaza. (A-aceast\enzim\ lipse[te la om, maimu]e [i cobai).

Procesul are loc n ficat, n ficat n frac]iunea microzonal\ hepatic\.

Au loc urm\toarele reac]ii: Lactonizarea acidului gulonic:

HCOH

HOCH

HOCH

HOCH

COOH

HOCH

CH2OH

HOCH

Acid gulonic

H2O-

O = C

HC

L-gulonolactona

O

CH2OH

Oxidarea lactonei la acid ascorbic:

+NADH + H

CH2OH

HOCH

CH2OH

O

L-gulonolactona

HC

O = C

HOCH

HOCH

HOCH

NAD O = C

O = C

HC

HOCH

O = C

HO - C

HO - C

HC

O

HOCH

CH2OH

O

3-cetogulonolactona Acid ascorbic

Anabolismul glucidelor

~n celulele vii degradarea glucidelor are loc simultan cu biosinteza lor.

Anabolismul glucidic cuprinde dou\ aspecte fundamentale: biosinteza glucozei

din compu[i glucidici (glucogenez\) sau neglucidici (gluconeogenez\).

31


31/93

Biosinteza glucozei `n organismul animal prin glucogenez\ este un proces

care are loc din diferite glucide sau din compu[i de catabolizare a glucidelor.

Animalele preiau prin intermediul hranei [i alte glucide pe care le transform\ `n

glucoz\ prin procese de izomerizare, de epimerizare sau alte procese maicomplicate catalizate de enzime specifice. Procesul de interconversie a diferitelor

monoglucide `n glucozo-fosfa]i este schematizat astfel:

GLICOGEN

ATP

ADPGalactoza-1- P

UDP-

glucoza

UDP-

galactoza

Glucozo-1- P

Glucozo-6- P

Fructozo-6- P

MANOZA

ATP ADP

Manozo-6- P

Fructozo-1,6- P

FRUCTOZA

Fructozo-1- P

Gliceraldehida Dehidroxiaceton- P Gliceraldehid-3- P

GALACTOZA

ADP

ATP

ADP

ATP

ATP

ADP

Glicogeneogeneza (glico- sau gluconeogeneza) asigur\ aprovizionarea

organismului cu glucoz\ chiar [i `n cazul unui aport insuficient de glucide

alimentare, prin capacitatea ficatului de a sintetiza glicogenul respectiv glucoza,

plecnd [i de la compu[i din alte clase de substan]e. Dintre aceste substan]e,

denumite [i substan]e glucoformatoare fac parte: acizii lactic, piruvic,citric,

succinic, acetic, glicerolul [i unii aminoacizi ca alanina, serina, treonina, valina,

izoleucina, acidul gluctamic, acidul glutamic, acidul aspartic, prolina, histidina [i

arginina.

32


32/93

Intensitatea acestui proces de biosintez\ a glucozei din percursori

neglucidici, `n care ficatul joac\ rolul central, este redus\ la o ofert\ bogat\ `n

glucide sau `n repaus [i crescut\ `n lips\ de glucide sau `n eforturi fizice grele.

Acest proces prezint\ un interes deosebit [i pentru o serie de animale, cumsunt: carnivorele [i ierbivorele, la care aportul alimentar de glucide este mai redus

[i deseori insuficient.

Secven]a reac]iilor gluconeogenetice este reprezentat\ astfel:

Piruvat Acid lacticCO2+ ATP

PiruvatCarboxilaza

ADP + Pi

ADP

ATPGDP

PEP

- Carboxikinaza

Fosfoenolpiruvat (PEP)

Triozofosfati

Fructozo - 1,6 - PPiFructozo - 1,6 - diofosfataza

H2OFructozo - 6 - P

Glucozo - 6 - P

PiGlucozo - 6 - Fosfataza

Glucoza

H2O

GTP

Glicogenogeneza [i Glicogenoneogeneza

Glicogenogeneza este procesul de sintez\ a glicogenului din monozaharide

ca glucoza, fructoza, manoza, galactoza. Glucida de plecare `n sinteza

glicogenului fiind numai glucoza , celelalte glucide sunt mai `nti transformate

sub ac]iunea unei izomeraze specifice `n aceast\ glucid\, sub form\ de ester

glucozo-6-fosforic. Acest ester este transformat apoi de o fosfomutaz\ `n esterul

glucozo-1-fosforic care se condenseaz\, `n cele din urm\, prin leg\turi de tip 1,4 -

- glicozidice, formnd glicogenul.

33


33/93

Ramificarea specific\ a moleculei de glicogen la C6 se face prin leg\turi

1,6-glicozidice sub ac]iunea unei enzime, numit\ transglicozilaz\ sau enzim\ de

ramificare.

Reac]iile care au loc la formarea glicogenului pot fi reprezentate schematicastfel:

GlucozaGlucokinaza

glucozo - 6 - fosfatFosfoglucomutaza

glucozo - 1 - fosfat glicogentransglicozilaza

Biosinteza oligo- [i poliglucidelor

Biosinteza oligo- [i poliglucidelor `n organismul animal se realizeaz\

printr-un proces de transglicolizare la care monoglucidele componente particip\

sub form\ activat\. Activarea se realizeaz\ `n majoritatea cazurilor cu acid uridin

trifosforic (UTP). Pentru organismul animal prezint\ interes biosinteza lactozei [i

a glicogenului. Biosinteza acestora are ca punct de plecare esterul glucozo-1-

fosfat care este activat cu ajutorul UTP sub form\ de uridinfosfat-glucoz\ (UDP-

glucoz\).

Biosinteza lactozei

Lactoza se sintetizeaz\ `n glanda mamar\ din glucoza sanguin\, conform

urm\torului mecanism:

ADP

ATPPi

Glucoza

H2O

UDP - Glucoza4 - epimeraza

UDP - galactoza

Lactozo - 1 - P

Lactoza

G - 6 - P

G - 1 - P

P - P

UTP G - 1 - P

UDP

~n urma cupl\rii UDP-galactozei cu glucozo-1-fosfat se realizeaz\ leg\tura

1,4 -glicozidic\ `n lactozo-1-fosfat care dup\ hidroliz\ formeaz\ lactoza.

34


34/93

Procesul de biosintez\ necesit\ un consum de 3 moli de ATP pentru un mol de

lactoz\, astfel:

UDP-galactoza se sintetizeaz\ [i `n ficat fiind utilizat\ [i pentru sinteza

lipidelor complexe [i a mucopoliglucidelor constituite din galactozamin\ sau

deriva]i ai acestora.

Teme de lucru/Activit\]i

Care sunt posibilit\]ile de transformare metabolic\ a piruvatului?

Scrie]i ecua]ia reac]iei chimice care asigur\ leg\tura dintre glicoliz\ [i ciclul

Krebs.

Scrie]i ecua]ia reac]iei chimice catalizat\ de c\tre complexul -cetoglutarat

dehidrogenaza.

Scrie]i ecua]ia general\ a ciclului Krebs.

Caracteriza]i din punct de vedere biochimic hipovitaminoza B1 (boala beri-

beri).

Care sunt deosebirile (structurale [i metabolice) ntre NADH [i NADPH?

Scrie]i ecua]ia reac]iei chimice (de dehidrogenare a glucozei-6-fosfat) limitante

de vitez\ `n condi]ii fiziologice pentru calea pentozo-fosfa]ilor.

Care sunt reac]iile care fac ca gluconeogeneza s\ nu fie o reversie a glicolizei.

Discuta]i principalele caracteristici a procesului metabolic care asigur\transferul unei p\r]i din efortul metabolic al mu[chiului activ c\tre ficat.

Considernd principalele ertape ale degrad\rii glicogenului scrie]i ecua]iile

reac]iilor chimice catalizate de fosforilaz\, transferaz\ [i -1,6-glucozidaz\.

Scrie]i ecua]ia reac]iei chimice catalizat\ de epimeraz\ ce permite utilazarea

galactozei ca molecul\ combustionabil\:UDP-galactoza UDP-glucoz\.

35


35/93

Reglarea metabolismului glucidelor

Reglarea glicemiei se face prin:-mecanisme de reglare prin ac]iune hipoglicemiant\-mecanisme de reglare prin ac]iune hiperglicemiant\.

Reglarea prin ac]iune hipoglicemiant\ are loc mai ales prin insulin\,

hormon secretat de pancreas. Acest hormon `[i exercit\ ac]iunea sahipoglicemiant\ prin:-cre[terea consumului de glucoz\ n mu[chi;-stimularea transform\rii glucozei din snge `n glicogen hepatic [i muscular;-inhibarea transform\rii glicogenului hepatic n glucoz\ sanguin\;-suprimarea gluconeogenezei;-stimularea biosintezei lipidelor din glucoz\.

Tot `n acest grup de reglare prin ac]iune hipoglicemiant\ se poate include[i eliminarea glucozei n urin\ cnd glicemia dep\[e[te pragul renal de eliminare.

Reglarea prin ac]iune hiperglicemiant\ are loc prin factori care exercit\o ac]iune antagonist\ fa]\ de cea a factorilor hipoglicemian]i, dar care ac]ioneaz\

asupra acelora[i sisteme. Ace[ti factori ac]ioneaz\ prin:-stimularea glicogenolizei hepatice care are drept urmare o deversare masiv\ deglucoz\ `n snge, ducnd deci la o cre[tere a glicemiei;-stimularea glicogenolizei musculare care duce la o cre[tere a acidului lactic `n]esutul muscular. Acest acid nu poate fi transformat de musculatur\ `n glucoz\,dar ajuns pe cale sanguin\ `n ficat este [i el rapid transformat `n glucoz\,contribuind astfel la cre[terea glicemiei, reducerea sau chiar inhibarea folosiriiglucozei n ]esuturi.

Dintre ace[ti factori cu ac]iune hiperglicemiant\ fac parte mai aleshormonii adrenalina, glucagonul, precum [i hormonii antehipofizari [iglicocorticosteroizi.

Diabetul zaharat se caracterieaz\ printr-o cre[tere anormal\ a glucozeidin snge (hiperglicemie) [i este provocat de o hipofunc]ie insulinic\ care se poatedatora , fie unei insificiente secre]ii insulinice, fie unei anihil\ri a ac]iuniiinsulinei, chiar `n condi]iile unei secre]ii normale a acestui hormon. Simptomelegrave ale diabetului sunt provocate de a[a numi]ii corpii cetonici. Ace[tia fac partedin clasa cetonelor [i sunt deriva]i ai acidului butiric (acid cetobutiric [ihidroxibutiric) care pot provoca o hiperacidulare a sngelui (acidoz\). Aceastaduce `n cazuri grave la pierderea cuno[tin]ei (com\ diabetic\) [i `n cele din urm\la moarte.

Rezumat cap. 9: Metabolism glucidic

Aspecte biochimice ale digestiei [i absorb]iei glucidelorProcese catabolice:- glicoliza [i glicogenoliza;- ciclul pentozofosfa]ilor;- calea acizilor uronici;- respira]ia celular\.Procese anabolice:- glucogeneza [i gluconeogeneza;- glicogenogeneza;

36


36/93

Teste de autoevaluare

1. Conversia unui mol de glucoz\ la lactat produce:a). 2 moli ATP; b). 3 moli ATP; c). 6 moli ATP; d). 4 moli ATP; e). 1 mol

ATP.R\spuns: a

2. Reac]iile virtual ireversibile din glicoliz\ sunt:a). G - > G 6 P; b). fructozo-6-fosfat - > fructozo-1,6-difosfat; c).

fosfoenol piruvat - > piruvat.R\spuns: a, b, c.

3. Oxidarea `n ciclul Krebs a unui mol de izocitrat la succinat poategenera:

a). 7 moli ATP; b). 8 moli ATP; c). 9 moli ATP; d). 10 moli ATP; e).12moli ATP.

R\spuns: a.

4. O reac]ie ADP + GTP ATP + GDP are loc `n conexiune direct\ cu :a). glicogenoliza; b). glicoliza; c). ciclul Krebs; d). calea pentozo-

fosfa]ilor.R\spuns: c.

5. Att piruvat dehidrogeneza ct [i -cetoglutarat dehidrogeneza:a). sunt sisteme multienzimatice;

b). catalizeaz\ reac]ii implicnd HS-CoA;c). folosesc drept factor tiamin pirofosfat;d). sunt localizate mitocondrial.R\spuns: a, b, c, d.

6. ~n etapa neoxidativ\ a c\ii pentozo-fosfa]ilor se formeaz\ :a). fructozo-6-fosfat; b). gliceraldehid-3-fosfat; c). glucozo-1-fosfat.R\spuns: a, b.

7. Calea pentozo-fosfa]ilor:a). folose[te ca susbtrat glucozo-6-fosfatul;

b). are loc cu formare de NADH + H+;c). are ca intermediar 6-fosfogluconatul;d). este produc\toare de ATP.

R\spuns: a, c.

8. Func]ionarea lan]ului respirator nitocondrial cuplat cu fosforilareaoxidativ\ conduce la formarea a:

a). 3 moli ATP; b). 2 moli ATP; c). 11 moli ATP; d). 9 moli ATP; e). 12moli ATP.

R\spuns: c.

9. Nu constituie substrat pentru gluconeogenez\:a). stearoil-CoA; b). lactatul; c). dihidroxiacetonfosfatul.R\spuns: a.

37


37/93


38/93

MODULUL V

CAPITOL 10: METABOLISMUL LIPIDELOR

Digestia, absorb]ia, vehicularea [i depozitarea lipidelor

Lipidele exogene p\trun `n organism `n cea mai mare parte ca trigliceride.

Metabolizarea lor, semnificativ\ cantitativ are loc sub influen]a lipazelor, dup\ o

prealabil\ emulsionare localizat\ de agen]i tensioactivi care se g\sesc `n bil\.

~n lumenul intestinului sub]ire, triacilglicerolii exogeni sunt degrada]i la

acizi gra[i liberi, (AGL) [i monoacilgliceroli (MAG) `n prezen]a acizilor biliari

conjuga]i [i a lipazei pancreatice. Acizii biliari conjuga]i sunt detergen]i (agen]i

tensioactivi) alc\tui]i dintr-o parte lipidic\ solubil\ (steroid) [i o parte polar\

(taurin\, glicina). Acizii biliari, acizii gra[i [i monacilglicerolii formeaz\ micele.

~n micel\ partea nepolar\ este localizat\ central, partea polar\ se afl\ la periferie.

Micelele servesc de asemenea drept vehicul de absorb]ie al vitaminelor

liposolubile [i colesterolului. Acizii biliari sunt absorbi]i pe calea port\, vehicula]i

la ficat [i sunt readu[i `n intestin prin vezica biliar\.

Acizii gra[i liberi, monacilglicerolii [i tracilglicerolii nescinda]i sunt

absorbi]i ca micele `n celulele epiteliare ale intestinului sub]ire unde au loc

reac]iile de formare a trigliceridelor.

Trigliceridele de neosintez\, colesterolul alimentar, fosfolipidele de

neosintez\ [i proteinele de neosintez\ sunt combinate `n reticulul endoplasmatic al

celulelor epiteteteliale [i sunt excretate de chilomicromi. Particulele de

chilomicromi sunt stabilite cu = 200 nm; ele trec `n sistemul limfatic, apoi `n

canalul toracic pentru a ajunge prin vena subclavicular\ (cava cranial\) `n

circula]ia sistemic\. Suspensia l\ptoas\ care con]ine chilomicronii este difuzat\

39


39/93

astfel `n toat\ masa sngelui. Chilomicronii sunt prelua]i din snge foarte rapid,

timpul lor de `njum\t\]ire fiind de cca 10 minute.

~n condi]ii izocalorice, chilomicronii sunt transporta]i `n ]esutul adipos

pentru stocare. ~n condi]ii de `nfometare, totu[i chilomicromii sunt utiliza]i cuprec\dere de mu[chiul scheletic ro[u, mu[chiul cardiac [i ficat pentru acoperirea

nevoilor energetice. Deoarece chilomicronii, pentru a fi utiliza]i de ]esutul ]int\,

trebuie s\ aib\ componenta trigliceridic\ dagradat\ la acizi gra[i liberi, un

important factor regulator lipoproteinlipaza particip\ direct `n acest proces

degradativ. Ca urmare acizii gra[i liberi din chilomicroni vor fi transporta]i `n

]esutul adipos pentru stocare. Dimpotriv\, `n condi]ii de `nfometare, activitatea

lipoprotein lipazei scade foarte mult `n ]esutul adipos [i cre[te abrupt `n mu[chi,

ficat, miocard, ]esuturi cu un necesar energetic ridicat. ~n aceste condi]ii, nici un

chilomicron plasmatic nu va fi utilizat `n ]esutul adipos, ci va fi ab\tut spre

]esuturi ]int\ importante, ca mu[chiul pentru scopuri energetice.

Pe m\sur\ ce acizii gra[i liberi p\trund `n celulele adipoase, ca urmare a

ac]iunii lipoprotein lipazei din vasele capilare adiacente, ei sunt rapid converti]i `n

triglicerid\. Celula gr\soas\ matur\ are o citoplasm\ pelicular\ care `nvele[te o

pic\tur\ mare de triglicerid\ care ocup\ 99% din volumul celulei. Celulele

adipoase servesc drept depozit pentru rezerva energetic\ a `ntregii economii

animale. Locurile principale de depozitare a gr\similor `n organism sunt

maniamentele `n ]esutul conjuctiv subcutan, mu[chiul [i ]esutul mezenteric. La

unii pe[ti (cod, de exemplu) ]esutul de depozit este ficatul. Rezervele energetice

de triglicerid\ sunt suficiente pentru aproximativ 40 zile la un adult.

Acizii gra[i liberi sunt transfera]i `n snge unde se combin\ cu frac]ia

albuminic\ pentru a forma complexe solubile stabile. Complexul AGL-albumin\

este netoxic, solubil [i rapid transportabil la ficat pentru utiliz\ri ulterioare. ~n

ficat acizii gra[i liberi sun elibera]i din complex [i utiliza]i pe diferite c\i, `n timp

40


40/93

ce frac]ia albuminic\ este transferat\ din nou `n circula]ia sangvin\ pentru a-[i

relua activitatea de transportor.

Catabolismul trigliceridelor. Lipoliza

Lipoliza este procesul de scindare hidrolitic\ a trigliceridelor sub ac]iunealipazelor [i se realizeaz\ n trei etape distincte:

H2C - O - C R1

R2

R3

H2CH2C

- O - CH2C

- O - CH2C

O

O

O

O

O

H2C

H2C

- O - C

R3

R2

R1- O - CH2C

HC

H2C

- OH

triglicerid-lipaza

H2O - COOH

Triglicerid Diglicerid

- COOHH2O

diglicerid-lipaza

R1

- OH

HC R2- O - C

O

- OH H2O - COOHR2

monogliceri-lipaza

- OH

HC - OH

- OH

beta-monoglicerid Glicerol

Prima faz\ a lipolizei catalizat\ de c\tre triglicerid-lipaz\, enzim\

hormonsensibil\, reprezint\ etapa limitant\ a procesului, `n acest fel se evit\

acumularea n celule a produ[ilor intermediari (mono-[i digliceridelor).

Triglicerid lipaza care hidrolizeaz\ trigliceridele din ]esutul adiposr\spunde la mobilizarea acestor depozite de energie ale organismului.

Trigliceridele `ncorporate `n complexele lipidoproteice sunt hidrolizate de

c\tre enzima lipoproteinlipaza, localizat\ `n membrana celulelor endoteliilor

capilare.

Prin hidroliza enzimatic\ complet\ a trigliceridelor se formeaz\ glicerol [i

acizi gra[i. Glicerolul fiind o substan]\ solubil\ (ca [i glucoza [i aminoacizii)

circul\ prin snge ca atare. Acizii gra[i forma]i trec `n snge unde circul\ lega]i de

albumin\, sau se reesterific\, r\mnnd n ]esutul adipos.

Metabolismul glicerolului: Glicerolul liber se formeaz\ prin hidroliza

complet\ a trigliceridelor [i a altor glicerolipide [i poate fi utilizat astfel: la

resinteza trigliceridelor [i a altor lipide; degradat oxidativ; n gluconeogenez\.

41


41/93


42/93

- oxidarea. Catabolismul acizilor gra[iDegradarea oxidativ\ a acizilor gra[i pn\ la dioxid de carbon [i ap\ se

desf\[oar\ `n trei etape: - oxidarea; ciclul acizilor tricarboxilici [i lan]ul

respirator, ultimile dou\ fiind c\i oxidative terminale comune [i pentru alte

substan]e energetice (glucoz\, aminoacizi); - oxidarea reprezint\ calea specific\

de catabolizare a acizilor gra[i.

Prima etap\ `n degradarea acizilor gra[i liberi o reprezint\ activarea lor

sub form\ de tiolesteri ai coenzimei A.

Reac]ia de activare este cuplat\ energetic cu scindarea ATP-ului la AMP [i

pirofosfat.

ATP + H3C (CH2)n - COOH- C AMP + P - PH3C (CH2)n

AMP + HS - CoA SCoA + AMP

aciltiokinaza

O

O

H3C (CH2)n- C

aciltiokinaza

H3C (CH2)n

O

- C

P - P 2 Pi + Energiepitofosfataza

Acizii gra[i activa]i la nivelul mitocondriei sunt degrada]i oxidativ printr-o

succesiune de reac]ii reunite sub numele de - oxidare.

- oxidarea acizilor gra[iAcizii gra[i cu num\r par de atomi de carbon sunt cataboliza]i pe aceast\

cale prin fragmentarea catenei hidrocarbonate din doi `n doi atomi de carbon (`n

pozi]ia ) ca urmare a oxid\rii.

Prima reac]ie a procesului const\ `n desaturarea acil CoA `n pozi]ia ,

cu formare de trans-enoil-CoA. Aceast\ reac]ie este catalizat\ de acil-CoA-

dehidrogenaza, o enzim\ FAD- dependent\ care se va reoxida n lan]ul respirator.

43


43/93

H3C (CH2) CH2 CH2 C

Oacil-CoAdehidrogenaza

FAD FADH2

2n- SCoA n-2(CH2)H3CC = C

C

H

SCoAO

HAcil-CoA

beta-trans-enoil-CoA

Urm\toarea reac]ie este de hidratare sub ac]iunea trans-enoil-CoA-hidrazei(crotonazei), care ac]ioneaz\ stereospecific formnd stereoizomerul L - -

hidroxiacil CoA;

O

2n

H

C

H

SCoAH3C (CH2) C = C

H

H

O

Crotonza+ HOH

H

H

(CH2)H3C SCoACn 2C - C

O

L - beta - hidroxiacil - CoA

~n continuare, sub ac]iunea L - - hidroxiacil CoA dehidrogenazei a

c\rei coenzim\ este NAD+ se formeaz\ - cetoacil CoA. NADH-ul se va

reoxida n lan]ul respirator.

2n

H

SCoA(C H2)H

O

H

(C H2)H3 C SCoACn 2C - CH3 C - C

OH

L-beta-hidroxiacil-CoA-dehidrogenaza

NAD+

N ADH H+

+

(C H2)

O

C -

beta - cetoacil - CoA

Ultima reac]ie catalizat\ de -cetotiolaz\ este scindarea leg\turii dintre C

- C cu participarea unei molecule de CoA [i formarea de acil-CoA cu doi atomi

de carbon mai pu]in dect lan]ul ini]ial, [i de acetil-CoA.

(C

2n SCoAH2)

O

(CH2)H3C SCoAn 2H3C

O

CH2C - - C

-ceto-tiolaza

C

(n-2)acil-CoA

H3C+ - C SCoA

O

Acetil-CoA

O

Acetil-CoA se poate oxida `n continuare prin ciclul acizilor tricarboxilici [i

lan]ul respirator pn\ la dioxid de carbon [i ap\, cu producere de ATP. Acil-CoA

rezultat, avnd doi atomi de carbon mai pu]in dect lan]ul ini]ia poate parcurge o

nou\ etap\ de degradare -oxidativ\. ~n acest fel acizii cu num\r par de atomi de

carbon formeaz\ prin -oxidare n/2 molecule de acetil CoA.

44


44/93

Bilan]ul energetic al -oxid\riiBilan]ul energetic difer\ de la un acid gras la altul. ~n cazul acidului

palmitic ecua]ia global\ a procesului de -oxidare este:

SCoA(CH2)

O

H3C

O

- C SCoA

14C + 7 FAD H2O+ 7 + 7NAD

++ 7 CoASH

CH38 FADH2+ 7 H+

+ 7 NADH + 7

Dup\ cum se [tie, oxidarea acetil-CoA `n ciclul acizilor tricarboxilici

produce 12 moli ATP, deci 8 moli x 12 moli ATP = 96 moli ATP.

Reoxidarea fiec\rei molecule de FADH2 `n lan]ul respirator furnizeaz\

dou\ molecule de ATP, iar de NADH furnizeaz\ trei molecule de ATP deci:

7 x 2 = 14 moli ATP

7 x 3 = 21 moli ATP

35 moli ATP~n total se elibereaz\ 131 moli ATP [i dac\ se ]ine seama, c\ prin activarea

acizilor gra[i se consum\ un mol de ATP, c[tiglu net este de 130 moli ATP.

Biosinteza trigliceridelor. Lipogeneza

Completarea continu\ a rezervelor consumate din depozitele de gr\simi

ale organismului se face printr-o sus]inut\ biosintez\ a trigliceridelor. Acizii gra[i

necesari pentru aceast\ sintez\ provin trigliceride exogene sau endogene sau sunt

sintetiza]i `n organism din fragmente mici, formate din doi atomi de carbon (acetil

CoA), care pot proveni la rndul lor din metabolismul glucidic, protidic [i

bine`n]eles din cel protidic.

Biosinteze trigliceridelor nu are loc numai `n ficat [i `n ]esutul adipos, ea

se desf\[oar\ destul de intens [i `n peretele intestinal. Mecanismul de sintez\ este

`ns\ peste tot acela[i [i are loc dup\ urm\toarea schem\ de reac]ie:

45


45/93

CH2

CH2

CH2

CH2CH2

- OH

- O - P

- OH

CH - OH

- O - CO - R+ 2 Acil-CoA

CH - O - CO - R

- O - PCH2

- O - CO - RCH

- O - CO - RCH2

+ HOH

+ Acil CoA- O - CO - RCH

- O - CO - RCH2

- O - CO - R

alfa-glicerofosfat Acid fosfatidic

alfa, beta-diglicerida Triglicerida

~n aceast\ reac]ie -glicerofosfatul, provenit fie de la glicerolul ca atare,

format `n cadrul metabolismului lipidic cu ocazia hidrolizei complete a

trigliceridelor, fie de la dihidroxiacetonfosfatul, produs intermediar al

metabolismului glucidic, este esterificat mai `nti cu dou\ molecule de acizi gra[i

acre pot reac]iona `ns\ numai sub forma lor activat\ de acil-CoA. Acidul

fosfatidic rezultat trece `n continuare prin desforilare `n ,-diglicerida

coerspunz\toare, care poate reac]iona cu o a treia molecul\ de acid gras activat cu

formare de triglicerid\.

O alt\ cale de biosintez\ a trigliceridelor, care are loc `n peretele intestinal,

porne[te de la -monogliceride care prin esterific\ri succesive cu acizi gra[i

activa]i trec `n cele din urm\ tot `n trigliceride.

Beta-Monoglicerida

+ Acil CoA

- OHCH2Triglicerdaalfa, beta-diglicerida

- O - CO - R

CH2 - O - CO - R

CH - O - CO - R+ Acil CoA

CH2 - O - CO - R

CH - O - CO - R- O - CO - RCH

- OH

- OH

CH2 CH2

CH2

Corpii cetonici. Cetogeneza

~n condi]ii normale, compu[ii intermediari rezulta]i prin degradarea

acizilor gra[i nu se acumuleaz\ `n organism, fiind consuma]i `n scopuri energitice

46


46/93


47/93

CH3

CH3

- CO CH2

- CHOH - - COOH - CO -CH2CH3acid beta-hidroxibutiric

CH3;acetona

SCoACH3 - CO + - COCH3 SCoA

Acetil - CoA Acetil - CoA

- CoA SH

- CO SCoAAcetoacetil - CoA

- CoA SH

- CO -CH3

;

CH2 - COOHAcid acetilacetic (sau beta-cetobutiric)

DecarboxilareReducere(+2H) ( CO2)

Metabolismul colesterolului

Cu excep]ia, celulelor nervoase mature, toate celelalte celule nucleate ale

organismului sunt capabile de biosinteza colesterolului. Ea urmeaz\ un drum lung

[i complicat [i porne[te, de asemenea de la acetil-CoA. Aportul de colesterol

exogen cu hrana poate `ncetini procesul de biosintez\. ~n metabolismul

coelesterolului, ficatul ocup\ un loc central. Ficatul este organul care sintetizeaz\

cantit\]i considerabile de colesterol care este cedat lichidului biliar [i contribuie,

`mpreun\ [i cu alte substan]e, la emulsionarea lipidelor alimentare. Din intestin

colesterolul este practic complet resorbit ajungnd din nou `n ficat. Aceast\ cale

ficat-intestin-ficat se nume[te circula]ia enterohepatic\ a colesterolului.

~n ficat `[i are originea [i aproape `ntreaga cantitate de colesterol care

circul\ n plasma sanguin\ sub form\ de lipoproteine n frac]iunea -lipoproteic\.

Esterii coelesterolului prezen]i `n plasma sanguin\ rezult\ din estrificarea

colesterolului liber sub ac]iunea unei enzime elaborat\ tot de ficat. Acest fapt

explic\ [i sc\derea brusc\ a colesterolului esterificat `n afec]iuni acute ale

ficatului.

48


48/93

Ficatul efectueaz\ [i degradarea oxidativ\ a coelsterolului formnd acizii

biliari (acidul colic [i dezoxicolic). Ei formeaz\ produsul cantitativ cel mai

important de degradare a colesterolului [i sunt elimina]i `n lichidul biliar cu care

ajung n intestin, unde ndeplinesc o func]ie important\ n absorb]ia lipidelor.Acizii biliari sunt combina]ii care posed\ trei atomi de carbon mai pu]ini

dect colesterolul 1-3 grup\ri hidroxilice `n plus. Dintre acizii biliari mai

importan]i amintim acidul colic (OH fixat `n pozi]iile 3, 7 [i 12 [i acidul dezoxilic

OH fixat `n pozi]iile 3 [i 12).

Schema de oxidare a colesterolului cu formare de acizi biliari

HO HO

COOH

(OH)

(OH)

Organismul utilizeaz\ acizii biliari cu mult\ economie. Doar o parte mic\

din cei sintetiza]i sunt elimina]i pein intestin, restul este resorbit [i se `ntoarce din

nou `n ficat. ~n acest fel pot fi ceda]i zilnic pn\ la 20 g acizi biliari, f\r\ ca

pierderea prin excremente s\ dep\[easc\ 1 g. Aceast\ pierdere este acoperit\ din

degradarea zilnic\ a colesterolului. Pe lng\ acizii biliari, `n organism rezult\ [i o

serie de al]i produ[i de degradare a colesterolului care, cu toate c\ din punct de

vedere cantitativ sunt practic neglijabili, totu[i sunt de cea mai mare importan]\

pentru organism. Din ace[ti produ[i fac parte hormonii steroidici elabora]i de

corticosuprarenal\ [i hormonii sexuali forma]i `n gonade. O alt\ cantitate mic\ a

colesterolului este oxidat\ `n ficat cu formare de 7-dehidrocolesterol, care depus

49


49/93

`n epiderm, se transform\ sub influen]a luminii ultraviolete (radia]ia solar\) `n

vitamina D. ~n acest fel organismul `[i acoper\ o cantitate important\ din

necesarul acestei vitamine.

Reglarea metabolismului lipidicLipoliza [i lipogeneza sunt reglate de aceea[i hormoni care intervin [i `n

metabolismul glucidic. Astfel, insulina `mpiedic\ depozitarea lipidelor `n ]esutul

adipos [i diminueaz\ concentra]ia acizilor gra[i `n plasma sanguin\. Din contra,

adrenalina [i noradrenalina stimuleaz\ lipoliza trigliceridelor [i determin\ o

cre[tere a concentra]iei acizilor gra[i liberi n plasma sanguin\.

De asemenea, metabolismul lipidic este puternic influen]at de starea

func]ional\ a glandei tiroide. Hipertiroidismul determin\ un consum rapid al

lipidelor `n timp ce hipotiroidismul favorizeaz\ depozitarea lor. Hormonul

somatotrop (STH) determin\ la animalele tinere acumularea de acizi gra[i

neesterifica]i `n plasm\, probabil ca urmare a unui proces de lipoliz\ la nivelul

]esutului adipos.

Tulbur\ri ale metabolismului lipidic

Se cunosc o serie de `mboln\viri cauzate de perturb\ri ale metabolismului

lipidelor (lipidoze primare). Pe lng\ acestea, exist\ o serie de tulbur\ri ale

metabolismului lipidic care `nso]esc, ca fenomene secundare, alte deregl\ri,

nelegate de metabolismul lipidic propriu-zis (lipidoze secundare).

Din grupa lipidozelor primare fac parte o serie de afec]iuni provocate mai

ales de enzimopatii ereditare. Dintre acestea pot fi amintite:

- hiperlipemia esen]ial\, care este o stare patologic\ caracterizat\ printr-o

cre[tere anormal\ a lipidelor neutre din snge [i care confer\ sngelui o

lactescen]\ pronun]at\;

50


50/93

- hipercolesterolemia idiopatic\ sau familial\ care este o boal\

caracterizat\ printr-o concentra]ie constant ridicat\ a colesterolului `n snge,

`nso]it\ de predispozi]ii c\tre ateroscleroz\;

- boala lui Tay-Sachs, caracterizat\ printr-o acumulare de gangliozide `ncelule nervoase, care duc la grave tulbur\ri neuropshice.

Lipidozele secundare se manifest\ la o serie de `mboln\viri ale ficatului [i

rinichiului, la intoxica]ii (cu cloroform, tetraclorur\ de carbon, alcoolism cronic),

la diabet, obezitate [i unele deregl\ri ale sistemului neuro-endocrin.

Rezumat cap. 10: Metabolism lipidic

Aspecte biochimice ale digestiei [i absorb]iei lipidelorProcese catabolice:- catabolismul trigliceridelor lipoliza- catabolismul acizilor gra[i;- catabolismul colesterolului;- catabolismul lipidelor complexe.Procese anabolice:- biosinteza acizilor gra[i;- biosinteza corpilor cetonici;- biosinteza colesterolului;- biosinteza lipidelor complexe.

Teste de autoevaluare1. Sunt implicate n -oxidarea mitocondrial\ a acizilor gra[i:a). NADP+; b). carnitina; c). FAD.R\spuns: c.

2. Num\rul de moli de ATP rezulta]i prin oxidarea total\ a palmitatuluiactivat este:

a). 131 moli ATP; b). 40 moli ATP; c). 160 moli ATP.R\spuns: a

3. Acizii gra[i destina]i -oxid\rii sunt transfera]i `n mitocondrie subform\ de :

a). acil-CoA; b). citrat; c). acil carnitin\.R\spunss: c.

4. Deta[area unui fragment de acetil-CoA `n cursul -oxid\rii acid gras CoA implic\ desf\[urarea unei succesiuni de 4 reac]ii. Ordinea corect\a acestei succesiuni este:

a). oxidare, dehidratare, reducere, clivare;b). reducere, deshidratare, reducere, clivare;

c). dehidrogenare, hidratare, dehidrogenare, clivare.R\spuns: c.

51


51/93

5. ~n cursul -oxid\rii unui acid gras saturat s-a ajuns la intermediarul R CH = CH CO-SCoA care va fi implicat `n reac]ia:

a). hidrogenarea `n prezen]a unei hidrogenaze cu coenzima NADH + H+;b). adi]ia de ap\; c). tioliza.R\spuns: b.

6. Considernd calea major\ de sintez\ a corpilor cetonici, precursorulimediat al acidului acetilacetic este:a). acetoacetil-CoA; b). -hidroxi--metil glutaril-CoA; c). -hidroxibutiratul.R\spuns: b.

7. Cea mai important\ surs\ de echivalen]i reduc\tori pentru sintezaacizilor gra[i n ficat este:

a). glicoliza; b). calea acizilor tricarboxilici; c). calea pentozofosfa]ilor.R\spuns: c.

8.

~n sinteza extra-mitocondrial\ a cizilor gra[i, CO2 este necesar:a). `n conversia malonil-CoA la -hidroxibutiril-CoA;b). n conversia acetil-CoA la malonil-CoA;c). pentru a evita formarea malonil-CoA.R\spuns: b.9. Lipoproteinele plasmatice care au cel mai mare con]inut procentual de

colesterol sunt:a). chilomicronii; b). VLDL; c). LDL; d). HDL.R\spuns: c.

10.Diferen]ele comparative directe `ntre biosinteza [i degradarea acizilorgra[i sunt:a). sinteza utilizeaz\ NADPH + H+, pe cnd oxidarea utilizeaz\ NAD.

b). sinteza este accelerat\ pe cnd oxidarea este inhibat\ de insulin\;c). malonil CoA este intermediar `n sintez\, nu [i `n oxidare;d). sinteza are loc `n mitocondrie pe cnd degradarea `n citoplasm\.R\spuns: a, b, c.

Teme de lucru /Activit\]iScrie]i secven]a cel 4 reac]ii principale implicate `n -oxidare a acidului

palmitic (C16) [i acidului stearic (C18).Scrie]i secven]a reac]iilor implicate `n -oxidarea acidului oleic. Discuta]icomparativ care sunt principalele diferen]e ce apar `n cazul -oxid\rii unui acid

gras nesaturat fa]\ de un acid gras saturat.Scrie]i ecua]iile reac]iilor chimice pentru transform\rile metabolice implicate `ncetoliz\:

acetoacetat acetoacetil CoA 2 acetil-CoADiscuta]i din punct de vedere biochimic de ce animalele nu pot converti acizigra[i n glucoz\.Scrie]i secven]a reac]iilor implicate n sinteza palmitatului.Scrie]i ecua]ia reac]iei chimice implicate `n esterificarea colesterolului;

colesterol + acid gras colesterid\ + H2OCare sunt principalii compu[i ce pot rezulta prin catabolizarea colesterolului?

52


52/93

CAPITOL 11:

METABOLISMUL PROTIDELOR {i AL ACIZILOR NUCLEICI

Digestia, absorb]ia [i vehicularea protidelor

Protidele exogene sunt supuse procesului de degradare `ncepnd dinstomac sub influen]a pepsinei [i HCl, ca [i a chimozinei (prezint\ numai la tineret,

`n faza de al\ptare). Randamentul cataboliz\rii gastrice a protidelor este pn\ la

30%, termenii finali fiind polipeptidele. ~n intestin, cu deosebire `n duoden [i

ileon, sub influen]a endopeptidazelor pancreatice (tripsina [i chimotripsina) [i a

carboxipeptidazelor, proteinele nedigerate `n stomac [i polipeptidele sunt

catabolozate la peptide simple [i respectiv aminoacizi. Nucleoprotidele sunt

hidrolizate `n duoden de c\tre ribo- [i dezoxiribonucleaz\ la peptide [i acizi

nucleici.

Rumeg\toarele prezint\ particularit\]i remarcabile ale mecanismelor de

digestie, datorit\ interven]iei microflorei [i microfaunei din prestomace. Digestia

la rumeg\toare `ncepe `n rumen [i este realizat\ prin interven]ia enzimelor

bacteriene specifici, care degradeaz\ protidele pn\ la termenii de acizi gra[i

volatili (AGV), acetat, propionat, butirat, izovaleriant [i NH3. Studiile cu N* [i C*

au ar\tat c\ aminoacizii rezulta]i din hi

Documents

Procese Metabolice in Organismele Animale