Curs 6 8.04.2015
Ciclul Krebs-ciclul Krebs cale amfibolic-reacii anapleroticeGluconeogenezaCalea pentozofosfailor
Cile de metabolizare a glucozei
Ciclul KrebsCiclul Krebs (ciclul acizilor tricarboxilici), proces mitosolic
-cale de: degradare oxidativ a acetil~CoA i reducere NAD+ i FAD
calea final comun pentru oxidarea aerob glucidelipide i proteine
are rol n
gluconeogenez
lipogenez i interconversia unor aminoacizi
Ecuaia global a ciclului Krebs i beneficiul energetic al ciclului
Ciclul Krebs: cale final de degradare, glucide,lipide, proteine.
Beneficiul total Krebs cuplat cu LR este de: 11 ATP + 1 GTP = 12 moli NTP (nucleozid trifosfat), pentru fiecare molecul de acetil-CoA degradat
Reglarea activitii ciclului Krebs Activitatea ciclului este reglat prin:cantitatea de acetil~CoA, provenit din glucoz, aminoacizi sau acizi grai;cantitatea de oxaloacetat, care introduce acetil~CoA n ciclul Krebs;cantitatea de O2 i de ADP, deci prin viteza funcionrii LR i a fosforilrii oxidative
modificarea activitii celor trei enzime reglatoare ale ciclului: citrat sintaza, izocitrat dehidrogenaza i a-cetoglutarat dehidrogenaza
Ciclul Krebs, cale amfiboliccale amfibolic este implicat n procese catabolice, i anabolice. 1.Procese catabolice.Ciclul Krebs = cale pentru ox. acetil-CoA derivat din glucide, acizi grai i aminoacizi. Electronii generai prin funcionarea ciclului sunt transferai n LR unde ATP, prin fosforilarea oxidativ.
2.Procese anabolicea. oxaloacetatul i a-cetoglutaratul, pot forma prin reaciile de transaminare sau aminare reductiv, aminoacizii corespunztori (aspartic i glutamic). Deoarece reaciile de transaminare sunt reversibile, anumii aminoacizi sunt transformai, n funcie de necesitile celulei, n intermediari ai ciclului Krebs.
Reaciile de transaminare catalizate de GOT i GPT:
Reacia de aminare reductiv:
Acidul aspartic -biosinteza nucleotidelor pirimidinice
Glutamina -biosinteza nucleotidelor purinice.
Succinatul -biosinteza hemului prin ciclul succinat-glicin.
Oxaloacetatul transportat din mitosol n citosol ca malat, este convertit la fosfoenol-piruvat care se angajaz n gluconeogenez.
Citratul, reprezint forma de transport a acetil-CoA din mitosol n citosol, unde este utilizat n sinteza de novo a acizilor grai sau a colesterolului.
Aminoacizii glucoformatori:Glu, Asp, Arg, Pro, His, Val, Met, Ser, Gly, Thr, Cys, Tyr, Phese transform n intermediari ai ciclului Krebs.
Aminoacizii cetoformatori: Leu i Lys genereaz: acetoacetat i acetoacetil-CoA care nu pot fi transformate n glucoz. Aminoacizii cetoformatori ca i acizii grai pot furniza numai acetil-CoA.
Glucidele i anumii aa pot furniza: -acetil-CoA care se consum i -oxaloacetatul care permite amorsarea ciclului Krebs. Formarea acetil-CoA condiioneaz, utilizarea grsimilor.
Recii anaplerotice
Reacii anapleroticeReaciile care permit creterea concentraiei intermediarilor ciclului Krebs1.Reacia de carboxilare a piruvatului la oxaloacetat
Abilitatea acetil-CoA de a stimula piruvat carboxiligaza i de a inhiba piruvat dehidrogenaza ajut celula n stabilirea soartei piruvatului.
Soarta metabolic a piruvatului
Biotina
2.Reacia catalizat de glutamat dehidrogenaz
Degradarea acizilor grai cu numr impar de atomi de carbon i a unor aminoacizi (izoleucin, valin, metionin), soldate cu formarea succinil-CoA.
Reaciile de transaminare de tipul Oxaloacetat + Glutamat Aspartat + a-Cetoglutarat nu sunt reacii anaplerotice deoarece ele produc un intermediar al ciclului Krebs (a-Cetoglutarat) consumnd un alt intermediar (Oxaloacetat)
Bilanul energetic al arderii glucozei Bilanul oxidrii complete a unui mol de glucoz pn la CO2 i H2O este de 38 moli ATP
prin oxidarea glucozei n condiii de aerobioz se elibereaz 38 x 7,3 = 277 kcal/mol glucoz.
Oxidarea glucozei n condiii standard genereaz 686 kcal/mol:
Gluconeogeneza
Bilanul energetic al glicolizei
Beneficiul net: 4-2 = 2 ATP/mol glucoz degradat la lactat.Deoarece n glicoliza anaerob
rezult:
Gluconeogeneza
Gluconeogeneza (GNG)Caracteristicile gluconeogenezei: Presupune sintez de glucoz:-aa -lactat-glicerol -propionat (din acizi grai cu numr impar de atomi de carbon, Val i Leu).
are loc n principal n ficat i rinichi
este un proces caracteristic fazei catabolice;
raport glucagon/insulin mare.
ncepe la 4-6 ore de la ultima mas devine maxim la ~ 16 ore,
cnd rezervele (variabile) de glicogen hepatic s-au epuizat
GNG este un proces: -reductiv (necesit NADH + H+) -consumator de energie provenit din arderea AG furnizai prin lipoliza TAG, din esutul adipos. Pentru sinteza unui mol de glucoz:
Sunt trei etape specifice GNGireversibilecatalizate de enzime specifice
Unele enzime din GNG sunt mitocondrialealtele citosolice
Soarta metabolic a piruvatului
Etapele specifice GNG1.Transformarea piruvatului n fosfoenolpiruvat2.Transformarea fructozo-1,6-bisfosfatului n fructozo-6-fosfat3.Transformarea glucozo-6-fosfatului n glucoz.
Transformarea piruvatului n fosfoenolpiruvat
Naveta malat-aspartat este bidirecional Prin aciunea acestei navete se asigur att reoxidarea NADH + H+ citoplasmatic, ct i reglarea cuplurilor NADH NAD+ extra i intramitocondriale
Substratele utilizate n GNG2 categorii :de provenien neglucidic: -anumii aa i -AG cu numr impar de atomi de carbon;
de provenien glicolitic dintr-un esut extrahepatic: -lactat-alanin-glicerol
circuite de substrate ntre:
ficat i esuturile periferice
ciclul lactatului (ciclul Cori)
ciclul alaninei (ciclul Felig)
Gluconeogeneza din lactat
Lactatul din eritrocitmuchi n contracie sau alte esuturi, trece n snge de unde este captat de miocard, ficat, rinichi.
n miocard: lactat CO2 + H2O + ATP
ficat i rinichi: lactat glucoz
Gluconeogeneza din aa
Aminoacizii glucoformatori
Leu i Lys, sunt ceto-formatori (prin degradare se pot obine corpi cetonici)
n foame, crete proteoliza muscular
Proteoliza excesiv, n inaniie, poate afecta integritatea celulareste limitat prin sinteza i utilizarea corpilor cetonici
Gluconeogeneza din glicerol
n inaniie sau foame:
TAG AG + glicerol (adipos)
Acetil~CoA ATP Ficat (GNG)
convertit, n ficat, la corpi cetonici, care vor fi eliberai n snge
Gluconeogeneza din acid propionic
Acidul propionic n forma sa activ de propionil~CoA, provine din dou surse:
b-oxidarea acizilor grai cu numr impar de atomi de carbon;
metabolismul aminoacizilor ramificai (Val, Ileu).
Reglarea gluconeogenezei Reglarea GNG prin: -concentraia substratelor-concentraia ATP (nivelul energetic celular)-modificarea concentraiei enzimelor reglatoare ale GNG -modificarea activitii enzimelor reglatoare aleGNG.
Intensitatea GNG trebuie s fie invers proporional cu intensitatea glicolizei.
Reglare hormonalInsulina reprim transcrierea genelor pentru enzimele reglatoare ale GNG
induce sinteza glucokinazei i piruvatkinazei hepatice, enzime ale glicolizei.
insulina stimuleaz glicoliza i inhib lipoliza, condiie nefavorabil desfurrii GNG.
Glucagonul, glucocorticoizii i adrenalina activeaz transcrierea genelor enzimelor reglatoare ale GNG;
Prin lipoliza TAG se formeaz
-glicerol, substrat al GNG -acizi grai energie (ATP) echivaleni reductori (NADH)
Acetil-CoA rezultat prin b-oxidare activeaz piruvatcarboxiligaza i inhib piruvat dehidrogenaza, deciznd intrarea piruvatului n gluconeogenez
Modificarea covalent sau alosteric a activitii enzimelor reglatoare din GNG
Piruvat-carboxiligaza este activat alosteric de acetil-CoA.
Fosfoenolpiruvat carboxikinaza, este activat de creterea concentraiilor ATP i oxaloacetat.
Fructozo-1,6-bisfosfataza este inhibat alosteric de AMP i fructozo-2,6-bisfosfat, ambii activatori alosterici ai FFK-1, enzima reglatoare a glicolizei.
Glucozo-6-fosfataza reglarea activitii ei prin concentraia glucozei sanguine
Ingestia de etanol inhib gluconeogeneza
Etanol + Piruvat Acetaldehid + Lactat
Etanol + Oxaloacetat Acetaldehid + Malat
Calea pentozofosfailor untul pentozo-fosfailor Calea fosfogluconatului
Are loc n citosolul celulelor din:ficat; esutul adipos; glanda mamar n lactaie; cortexul suprarenalelor; gonade; eritrocite; cornee.
cale de degradare oxidativ a glucozei:
-nu se consum O2
-nu se consum i nu se produce ATP
-se produc pentoze i NADPH
este o cale anabolic utilizeaz cei 6 C ai glucozei pentru a face pentoze i echivaleni reductori
Pentozele servesc la biosinteza: nucleozidelor; nucleotidelor; polinucleotidelor (ARN, ADN), coenzimelor (NAD+, FAD, CoA-SH);
NADPH necesar pentru:biosinteze reductive: hormoni steroizi; colesterol; acizi grai; aminoacizi via glutamat dehidrogenaz; regenerarea G-SHtransformarea Met-Hb n Hb;funcionarea monoxigenazelor citocrom P450 dependente;sinteza anionului superoxid ( ), specie bactericid produs sub aciunea NADPH-oxidazei din membrana leucocitului.
Etape majore: oxidativ i neoxidativ.
Etapa oxidativ, ireversibil;glucozo-6-fosfat CO2 2 NADPHpentoz fosforilat (ribulozo-5-fosfat)
etapa neoxidativ esut adipos si ficat -este reversibil
functie de necesitile metabolice ale celulei
Rolul acestei etape: n primul rnd generare R-5-fosfat conversia zaharuri cu 5C din diet n zaharuri cu 6C i 3C utilizai n glicoliz
Primele enzime implicate:
Transaldolaze
Transcetolaze (cofactor tiaminpirofosfat)Rearanjaz scheletele atomilor de carbon
Rezultat net:Pentoze acizi nucleici
sau
3 moli pentoze 2 moli hexoze1 mol trioz
Hexozele pot fi reciclate n cale NADPHTrioza poate intra n: glicoliz gluconeogenez
glicoliza i untul pentozelor sunt stimulate de insulin,
Intensitatea caii pentozelor depinde de starea fiziologic a celuleicalea pentozelor este indus de creterea
Glicoliza este indus de creterea
In hematii
Deficiene enzime Deficiena genetic a transcetolazei - afinitatea extrem de redus a acesteia pentru TPP (tiaminpirofosfat), duce la tulburri neurologice i comportamentale
Deficiena de glucozo-6-fosfat dehidrogenaz, n special n eritrocit, se exprim n susceptibilitatea crescut a eritrocitului la hemoliz, determinat de scderea coninutului de G-SH. -medicamente cu caracter oxidant (aspirin, antimalarice) accentueaz deficiena enzimatic
In procesul de transformare a glicerolului in glucoz, primul intermediar glicolitic format este:A.Glicerol-3-PB.Acidul 1,3-bisfosfoglicericC.Gliceraldehid-3-PD.DihidroxiacetonfosfatulE.Acidul piruvic
Eritrocitul i procur energia metabolic prin:A.Sinteza de pentoze din Glucozo-6-PB.Gluconeogeneza din aminoaciziC.Conversia glucozei la lactatD.Fosforilarea oxidativ cuplat cu ciclul KrebsE.Conversia lactatului la Acetil~CoA
Ce ci de metabolizare glucoz sunt eseniale pentru eritrocit ???
Curs 7
Calea acidului glucuronic
Calea acidului glucuronic
cale metabolic de degradare oxidativ a glucozei
are loc n citosol.
glucozo-1-P UTP i UDP-glucozo-pirofosforilaza
UDP-glucoz
UDP-glucuronat
Metabolizarea fructozeiFructoza din diet: fructe miere zaharoz
Posibiliti de transformare a fructozei
1.Transformarea fructozei n fructozo-6-fosfat.
cantiti mici de fructoz pot fi metabolizate n esutul adipos i n muchi.
2.Transformarea fructozei n fructozo-1-P Fructokinazaprezent n ficat nu acioneaz asupra glucozei activitatea ei nu este influenat de foame sau insulin
Aldolaza Bprezent n ficat transform fructozo-1-P n 2 trioze
Lipsa reglrii transformrii fructozei n trioze
poate conduce la lactacidemie sau la
amplificarea lipogenezei
Generarea fructozei din glucoz(calea poliolilor)
Aldozoreductaza se afl n: cristalin, retin, nervii periferici, ficat, rinichi, placent, hematii i n celulele din ovare i veziculele seminale (insulino independente)
Sorbitol dehidrogenaza, oxideaz sorbitolul cu producerea fructozei, n celulele din ficat, ovare, sperm i veziculele seminale
fructoza sursa major de energie pentru spermatozoizi n veziculele seminalemitocondriile spermatozoizilor conin LDH enzim exclusiv citosolic n alte celule
Spermatozoizii pot metaboliza complet fructoza la CO2 i H2O, prin combinare:Fructoliz (citosol)captarea lactatului n mitocondrii oxidarea lactatului la: - piruvat - acetil-CoA - CO2 i H2O. Nu mai sunt necesare navetele
In hiperglicemie n diabetul zaharatactivitatea aldozreductazei este foarte crescutacumulare de sorbitol dar i depleie NADPH, cofactor al glutation reductazei, enzim implicat n aprarea antioxidant.
In celulele cu sorbitol dehidrogenaza redus sau absentretincristalinrinichi celulele nervoase, sorbitolul este sechestrat n celule determinnd modificri osmotice prin retenie de ap
Strile patologice asociate cu acest fenomen: Cataractaneuropatia perifericafeciuni vasculare care pot duce la nefropatie i retinopatie.
Corelaii clinice
Fructozuria esenial:lipsa fructokinazei sau defecte ale acesteia Intolerana ereditar la fructoz scderea sau absena activitii aldolazei B. acumulare de fructozo-1-fosfat
hipoglicemie sever dup ingestie de fructoz (fructozo-1-fosfatul inhib enzima reglatoare din glicogenoliz)
Curs 8 16.04.2014
Metabolismul galactozei Surse:hidroliza lactozei alimentare, n intestin conversia glucozei la galactoz
UDP-glucoza = intermediar n procesul de transformare a galactozei n glucoz
Deficiene enzimatice n metabolismul galactozeia.Deficiena galactokinazei duce la -galactozemie i galactozurie
clinic apare cataracta
galactoza intracelular galactitol (poliol) modificri osmotice cataract la nivelul cristalinului
Deficiena uridil-transferazei duce la alterri hepatice Cataracttulburri neuropshice
Consecinele deficienei:acumulare de galactozo-1-fosfat (citotoxic) n ficat i galactoz liber;depleie celular de fosfat liber;apar: icter, leziuni renale, cerebrale, deteriorare mental, cataract, scdere n greutate
Metabolizarea glicogenului
Metabolizarea glicogenului Glucoza:-singura surs de energie pentru eritrocite-sursa major de energie pentru creier
Surs de glucoza:-dieta -gluconeogeneza -glicogenoliza (degradarea glicogenului).
Depozite de glicogen -n muchi ( 1% din greutatea umed) -n ficat (6% din greutatea umed).
ficatul utilizeaz depozitul de glicogen n scopul meninerii glicemiei;
muchiullipsit de glucozo-6-fosfatazutilizeaz glicogenul ca rezerv de energie pentru necesitile proprii
Rezervele de glicogen, scad n 12-24 ore de inaniie
Producerea de ATP din glicogen depinde de tipul fibrei musculare alb sau roie.
Granule de glicogen (complexe ale glicogenului cu enzimele implicate n sinteza i degradarea sa) se afl n citoplasma hepatocitelor i a celulelor musculare.
Metabolismul glicogenuluidegradarea intracelular a glicogenului (glicogenoliza) i
biosinteza intracelular a glicogenului (glicogenogeneza).
Degradarea glicogenului (glicogenoliza)-proces citosolic -cuprinde patru etape: fosforolizaderamificareaizomerizarea glucozo-1-P glucozo-6-Pmetabolizare glucozo-6-P funcie de esut
Fosforoliza glicogenului catalizat de glicogen fosforilaz
Rezult glucoz activat fr consum de
ATP
Deramificarea moleculei de glicogen catalizat de o enzim cu activitate dubl:transferazic (amilo-1,4-1,6-glucan transferaz);hidrolazic (amilo-1,6-glucozidaza).
Glucoza liber eliberat n muchi este imediat fosforilat de hexokinaz
Izomerizarea glucozo-1-P glucozo-6-P
Soarta glucozo-6-fosfatului este funcie de esut:
In ficat glucozo-6-fosfat glucoz circulaie
In muchi, esut lipsit de glucozo-6-fosfataz, glucozo-6-fosfat glicoliz energie
Calea lizozomal de degradare a glicogenului a-glucozidaza lizozomal, (pH optim 4), detaaz hidrolitic i transport n citosol resturile de glucoz de la capetele nereductoare ale glicogenului
reglarea glicogenolizei
Reglarea glicogen fosforilazei
-covalent (fosfo-defosfo) -alosteric*AMP: activator al enzimei n mod deosebit n esutul muscular *glucozo-6-P i ATP: inhibitori alosterici ai enzimei.
Glicogen fosforilaza: 2 forme interconvertibile prin fosfo-defosfo, a (relaxat) i respectiv b (tensionat).
Normal se produce suficient Glu-6-P, pentru meninere glicemie
Interconversia este realizat de fosforilaz-kinaz i fosforilaz-fosfataz
Fosforilaz-kinaza: (a, b, g, d)4.
Subunitile d (calmodulina) i g sunt subuniti catalitice
Subunitile a, b au roluri reglatorii se fosforileaz resturi de Ser sau Thr
Reglarea fosforilaz-kinazei:Covalent (fosfo-defosfo)Prin ionii de Ca2+ pe 2 ci adrenalina acetilcolina
In faz catabolic scade glicemiacrete eliberarea de glucagon i adrenalin
Crete AMPc produs de:Adrenalin la nivel muscular i hepaticglucagon la nivel hepatic
O cascad identic se produce n muchii scheletici prin aciunea adrenalinei ca urmare a rspunsului fight or flight
Glicogenogenezaare loc n citosolul celulelor din ficat i muchi;
este proces consumator de energie
Are locn ficat, n perioade anabolice, la raport sanguin insulin/glucagon mare n muchi: n perioade de repaos.
Biosinteza glicogenului presupune formarea legturilor a-1,4 i a-1,6 glucozidice printr-o succesiune de 6 reacii
Sinteza legturilor a-1,6 glucozidice, este catalizat de enzima de ramificare (amilo-1,4-1,6-transglucozidaza)
Reglarea glicogenogenezei Enzima reglatoare = glicogen sintaza:-reglare alosteric (control metabolic) enzima este activat de concentraii foarte mari de glucozo-6-fosfat (efectorul alosteric)
-covalent, fosfo-defosfo (control hormonal)
Glicogen sintaza, tetramer, (a)4 -poate exista n dou forme interconvertibile, fosfo defosfo. Interconversia realizat de: glicogen-sintaz-kinaza i glicogen-sintaz-fosfataza.
sinteza glicogenului este sczut cnd:concentraia glucozo-6-P este mic;activitatea proteinkinazelor este mare;-activitatea fosfoprotein fosfatazei-1 este mic
Glicogenogeneza este amplificat de:hiperglicemie;concentraii intracelulare mari de glucozo-6-P;activiti reduse sau absente ale kinazelor ce pot fosforila glicogen sintaza;activare pronunat a fosfoproteinfosfatazelor.
Glicogenoze dezordini biochimice caracterizate prin depuneri masive de glicogen normal sau anormal (de tipul dextrinelor limit), n ficat, muchi, lizozomi, intestine, splin
Tabelul 12.1 Tipuri de glicogenoze.
Tipul glicogenozeiDeficiena enzimatic i consecineleTipul I Glicogenoza hepato-renal sau boala von GierkeG-6-fosfataza este absent sau activitatea ei este foarte redus n singurele esuturi care conin enzima: ficat, rinichi i intestin; glucoza este imobilizat sub form de glicogen n ficat i rinichi;boala apare n primele luni de via i are, adesea, o evoluie fatal.Tipul II Glicogenoza generalizat sau sindromul Pompe.absena enzimei acide lizozomale (1,4-1,6 glucozidaz), care degradeaz hidrolitic glicogenul determin acumularea glicogenului n lizozomii din muchiul cardiac i scheletic i din sistemul nervos central.
Tipul III Glicogenoza Forbes; Cori.absena enzimei de deramificare, determin depunerea de glicogen anormal (se acumuleaz polizaharide ramificate), n special n ficat i muchiul striat.Tipul IV Glicogenoza Andersen.absena enzimei de ramificare, amilo-(1,4-1,6)-transglucozidaza, determine acumularea de glicogen cu lanuri extrem de scurte (polizaharide cu foarte puine ramificaii) n ficat, splin, intestin;evoluia bolii este fatal n primii ani de via, prin afeciune hepatic sau cardiac.
Tipul V Glicogenoza McArdle.absena fosforilazei musculare duce la depuneri masive de glicogen normal;toleran redus la exerciii fizice datorit incapacitii muchiului de a folosi glicogenul propriu, principala surs de glucoz n condiii de efort;boala se manifest numai n cursul efortului muscular (dei celula muscular are mult glicogen, foarte puin lactat apare dup efort).Tipul VI (HERS)-deficit de fosfofructokinaz n muchi i eritrocit.
***************************************************************************************************************************