Reglarea Glicolizei, Decarboxilare Piruvat, Krebs

Curs 7 10.04.2012

1.Reglarea glicolizei

2.Bilanţul energetic al glicolizei

3.Boli associate glicolizei

4.Soarta metabolică a piruvatului

Decarboxilarea oxidativă a piruvatului

6.Ciclul Krebs

Glucozã

Glucozo-6-fosfat

Fructozo-6-fosfat

Fructozo-1,6-bisfosfat

Gliceraldehid-3-fosfat Dihidroxiaceton-fosfat

Etapa hexozelor

1,3-Bisfosfoglicerat

NADH + H+

3-Fosfoglicerat

ATPFosforilare la nivel de substrat

2-Fosfoglicerat

FosfoenolpiruvatADP

ATP9 Fosforilare la nivel de substrat

Piruvat

Etapa triozelor

CH2 OPO3H2

OPO3H2

CH2 OPO3H2

OPO3H2

CH2 OH

Aldolaza

Gliceraldehidã-3-fosfat Dihidroxiaceton-fosfat

Triozofosfat izomeraza

Oxidarea gliceraldehid-3-fosfatului la 3-fosfoglicerat

• gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza

NAD+ -dependentă, tetramer, cu patru grupări –SH

• Procesul de oxidare presupune etapele:

-formarea unui semitioacetal (analog semiacetalilor)

-oxidarea semitioacetalului pe seama NAD+ legat

-formarea unui tioester care înmagazinează energia eliberată în timpul

oxidării:

Enzimã

CO-NH2

OPO3H2

CO-NH2

CH CH2

OPO3H2OH N

CO-NH2

CH CH2

OPO3H2OH

Enzimã

Fosforoliza tioesterului :

Enzimã

CO-NH2

OPO3H2

CO-NH2

CH CH2

OPO3H2OH

S~ + H3PO4

Enzimã

OPO3H2~

Oxidarea NADH legat de enzimă de către NAD+ liber:

Enzimã

CO-NH2

NAD+ NADH + H+N

CO-NH2

Enzimã

• Transformarea 1,3-bisfosfogliceratului în 3-fosfoglicerat cu producere de ATP.

OPO3H2

ADP ATP

1,3-Bisfosfoglicerat Acid 3-fosfogliceric

Fosfogliceratkinazã

OPO3H2~

HNADHATPratfosfoglice3NADADPaPP3hidgliceralde

Transformarea 3-fosfogliceratului în 2-fosfoglicerat

OPO3H2

Acid 3-fosfogliceric

Fosfoglicerat mutaza

Acid 2-fosfogliceric

Transformarea 2-fosfogliceratului în

piruvat

OPO3H2

Enolazã

- H2O~ PO3H2

Acid 2-fosfogliceric Acid 2-fosfoenolpiruvic

O~ PO3H2

Acid piruvicAcid 2-fosfoenolpiruvic

Piruvat kinaza

ADP ATP

Glicoliza în eritrocite Glucozã

3-Fosfoglicerat

2-Fosfoglicerat

Lactat

2,3-Bisfosfoglicerat mutazã

2,3-Bisfosfoglicerat fosfatazã

• 2,3-bisfosfogliceratul (BPG) este modulator al legării O2 la Hb

• In eritrocit, ~ 25% din glucoza angajată în glicoliză trece prin “şuntul” 2,3-BPG

• se reduce ATP produs în glicoliză (este ocolită prima fosforilare la substrat din glicoliză)

• In deficitul genetic al hexokinazei eritrocitare afinitatea Hb pentru O2 este crescută iar oferta de oxigen către ţesuturi scăzută.

• Reglarea glicolizei

-la nivelul celor trei reacţii ireversibile

catalizate de kinaze

Reglarea:

–cantităţii de enzimă, prin inducţie sau represie;

–eficienţei enzimei, prin:

*control hormonal (reglare covalentă; fosfo-defosfo)

*control metabolic (reglare allosterică)

Glucozã

Glucozo-6-P

GkucokinazaKM=10 mM

InsulinãHexokinazaKM=0,1 mM

Fructozo-6-P

ADPFosfofructokinaza 1 ATP

Citrat

AMPFructozo-2,6-P2

Fructozo-1,6-P2

FosfoenolpiruvatADP

Piruvat

Piruvat kinaza(activã defosfo)

InsulinaFructozo-1,6-P2

Alaninã, ATPAcil-CoAAcetil-CoA

Glucagon

Insulinã

Glucagon

• Hexokinazele enzime din ţesuturile extrahepatice

fosforilează glucoza la concentraţii ~5mM

au afinitate mare pentru glucoză, deci KM mic.sunt inhibate de G-6-P, produsul acţiunii lor

• Glucokinaza– prezentă în ficat şi pancreas – are afinitate mică pentru glucoză (KM mare). – are activitate mare postprandial – este indusă de concentraţia mare a insulinei– nu este inhibată de glucozo-6-fosfat, produsul

acţiunii ei.

• 6-Fosfofructo-1-kinaza (FFK-1) catalizează reacţia limitantă de viteză a glicolizei

• Activatori: fructozo-2,6-bisfosfatul, la nivelul ficatului

AMP, la nivel muscular

• Inhibitori:

citratului citosolic şi a ATP-ului pH-ului (creşterea concentraţiei H+).

Fructozo-2,6-P2

Glucozo-6-P

Fructozo-6-P

Fructozo-1,6-P2

FFK-1ATP

ATPADP

• În ficat, – FFK-1 catalizează reacţia limitantă de viteză a glicolizei

– fructozo-2,6-bisfosfatul = efector alosteric pozitiv, activator al FFK-1

• FFK-2:

enzimă bidomenială, interconvertibilă;

are două domenii:

–un domeniu kinazic

activ defosfo, în perioade anabolice (nutriţie), la raport insulină/glucagon mare:

Fructozo-6-fosfat + ATP Fructozo-2,6-bisfosfat + ADP

–un domeniu fosfatazic

activ fosfo, în perioade catabolice (foame), la raport glucagon/insulină mare,:

Fructozo-2,6-bisfosfat + H2O Fructozo-6-fosfat + H3PO4

Nutritie

Fructozo-2,6-P2

Glucozo-6-P

Fructozo-6-P

Fructozo-1,6-P2

Proteinkinaza A

Insulinã

Fosfatazã

ATPADP

• Postprandial, în ficat, – fructozo-2,6-bisfosfatul

• activează FFK-1 • stimulează glicoliza în scopul producerii de AG pentru

sinteza TAG.

• În foame, – concentraţia fructozo-2,6-bisfosfatului scade – activitatea FFK-1 scade

• Fosforilarea FFK-2 comută enzima de la kinază la fosfatază; – astfel nu se mai formează fructozo-2,6-bisfosfat,

iar cel preexistent dispare prin hidroliză

Activitatea enzimei glicolitice FFK-1 scade dramatic prin lipsa fructozo-2,6-bisfosfatului, activatorul ei allosteric specific

• Piruvat kinaza din toate ţesuturile este:– activată alosteric de fructozo-1,6-bisfosfat (“feed-forward

stimulare”) – inhibită de ATP, acil-CoA, acetil-CoA, alanina

• piruvat kinaza (2 izoenzime):

-L proprie ficatului:

enzimă alosterică, interconvertibilă,

activă defosfo, promovată de insulină şi

inactivă fosfo, promovată de glucagon şi catecolamine

-M proprie muşchiului.

• Bilanţul energetic al glicolizei

• Beneficiul net: 4-2 = 2 ATP/mol glucoză degradată la lactat.

• Deoarece în glicoliza anaerobă

• rezultă:

Glucozã

2 Trioze-P

2 NAD+

2 NADH + H+

2 Piruvat 2 Lactat

Kcal/mol 47`0G

1003,72energeticBeneficiul

Boli associate glicolizei

• Acidoza lactică: -producţia excesivă de acid lactic prin glicoliza anaerobă -utilizarea redusă a acestuia (boli respiratorii, cardiovasculare, etc.).

• Anemii hemolitice, cauzate de defecte enzimatice ale:–piruvat kinazei eritrocitare (se produce liză celulară datorită scăderii concentraţiei ATP şi a creşterii permeabilităţii membranei eritrocitului); –hexokinazei eritrocitare (scade concentraţia intermediarilor glicolitici şi a 2,3-bisfosfogliceratului)

Soarta metabolică a piruvatului

Glucozã

Piruvat LactatLactat

dehidrogenaza

NADH + H+

Transaminare

Piridoxal fosfatAlaninã

ATPCO2 Piruvat

dehidrogenazaBiotinã

ADP + P

Piruvatcarboxilaza

Acetil -CoAOxaloacetat

NADH + H+

KrebsCiclul

CO2+H2O

Decarboxilarea oxidativă a piruvatului

• are loc în matrixul mitocondrial (în mitosol)

Spatiu intermembranar

Membrana externã

Membranainternã

Criste

Matrix

Proteine componente ale sistemului transportorilor de electroni

Spatiuintermembranar

Membrana internã Matrix

Translocareaacizilor monocarboxilici HO-

Piruvat-

Translocareaacizilor dicarboxilici

HPO42-

Malat2-

Translocareaacizilor tricarboxilici

Malat2-

Citrat3- + H+

Translocarea fosfatului H2PO4-

H+ Mersalil

Translocareanucleotidelor cu adeninã ADP3-

ATP4- Atractilozid

Translocareaaspartat - glutamat

Translocareamalat - - cetoglutarat

GlutamatAspartat

Malat -cetoglutarat

Reacţia globală a decarboxilării oxidative a piruvatului este:

, LipoatH3C C COO

O Piruvatdehidrogenaza

Piruvat Acetil-CoA

NAD+ NADH + H+

+ CoA-SH CH3C

S-CoA + CO2

☺utilizează

“complexul multienzimatic al piruvat-dehidrogenazei”

cu activităţile catalitice:

a.Piruvatdehidrogenaza, decarboxilantă

b.Dihidrolipoil-transacetilaza

c.Dihidrolipoil-dehidrogenaza

d.Protein-kinaza (reglatoare);

e.Fosfatază specifică, dependentă de Ca2+ şi Mg2+,

(CH2)4 CO NH Enzimã

Lipoat - Enzima

Dihidrolipoat - Enzima

H3C C COO-

CH3C OH

Piruvatdehidrogenazadecarboxilantã

Dihidrolipoiltransacetilaza

Piruvat

Hidroxietil-TPP

Acetil-dihidrolipoat-EnzimaCoA-SH

S-CoAAcetil-CoA

Dihidrolipoildehidrogenaza

FADFADH2

NAD+ NADH + H+

• Vitamina B1 (tiamina)

CH2 OR

R = H Tiamina = Aneurina = Vitamina B1

PR = Tiaminmonofosfat (TMP)

R = Tiamindifosfat (TDP) =

Tiaminpirofosfat (TPP)

Acid pantotenic

OCH2CCHCNH

CH2CH2CO

O P O-

• Reglarea activităţii piruvat dehidrogenazei:

-prin efectori alosterici şi

-prin modificare covalentă (fosfo-defosfo)

(Piruvat, CoA-SH, NAD+, Ca2+ )(ATP, NADH, Acetil-CoA)

(ADP, NAD+, CoA-SH, Ca2+ )Insulinã (în adipos nu în ficat)

Piruvat dehidrogenazã Piruvat dehidrogenazã

ATP ADP

Kinazã

"defosfo" "fosfo"(complex activ) (complex inactiv)

H3PO4 H2O

Fosfatazã

Piruvat

Acetil~CoA

• Activitatea complexului piruvat dehidrogenază

este crescută

în faza anabolică

• ATP, acetil-CoA şi NADH rezultate prin

-oxidarea acizilor graşiîn condiţiile unui aport glucidic scăzut

inactivează complexul piruvat dehidrogenazei – Piruvatul provenit din acidul lactic şi din alanină

este orientat spre gluconeogeneză

Glucozã

dehidrogenaza

NADH + H+

Transaminare

ATPCO2 Piruvat

ADP + P

Piruvatcarboxilaza

NADH + H+

KrebsCiclul

CO2+H2O

Ciclul Krebs

• Ciclul Krebs (ciclul acizilor tricarboxilici),

☺proces mitosolic

-cale de:

☼ degradare oxidativă a acetil~CoA şi

reducere NAD+ şi FAD

☻calea finală comună pentru oxidarea aerobă glucide

lipide şi

proteine

• are rol în

gluconeogeneză

lipogeneză şi

interconversia unor aminoacizi

Acetil~CoA(C2 )

CoA-SH

CitratOxaloacetat(C4 ) (C6 )

CO2 CO2

C COO-

CH3 CO SCoAAcetil-CoA

CoA-SHCitrat sintaza

C COO-

CH2 COO-

Citrat

C COO-

CH2 COO-

HC COO-

CH2 COO-

H2OFe2+

Aconitazã

Cis-aconitat

Izocitrat

CH2 COO-

Izocitrat dehidrogenaza

NADH+H+

Cetoglutarat

NADH+H+

a-Cetoglutaratdehidrogenaza

CoA-SH

CH2 COO-

O ~S-CoASuccinil-CoA

Succinattiokinaza

ADP+Pa

CoA-SH

CH2 COO-

Succinat

C COO-

Fumarat

Succinat dehidrogenazaFADH2

CH COO-

L-Malat

Fumaraza

Oxaloacetat

NAD+ NADH+H+

Malatdehidrogenaza

FPS (FAD)

Complex II(Succinat - CoQ reductazã)

Succinat

NADH + H+

FPN (FMN)

Fe - S

Complex I(NADH - CoQ reductazã)

CoQcit.bK, bT, c1

Fe - S

Complex IIICoQH2 - cit. c reductazã

cit. c cit. a-a3Cu

Complex IVCitocrom c oxidazã

Ecuaţia globală a ciclului Krebs şi

beneficiul energetic al ciclului

• Ciclul Krebs: cale finală de degradare,

– glucide,

– lipide,

– proteine.

Acetil-CoA

H2O Citrat

Cis-aconitat

Izocitrat

Cetoglutarat

Succinil-CoASuccinat

Fumarat

L-Malat

Oxaloacetat

Hidrati de carbon Proteine Lipide

(C4 )(C6 )

(C4 )NAD+

Cit. b, c1

Cit. c

Cit. aa3

1/2 O2

Piruvat

GTP2FADH)HNADH(3SHCoA2CO2

HOH2aPGDPFADNAD3SCoA~CO3CH

• Beneficiul total este de:

11 ATP + 1 GTP = 12 moli NTP (nucleozid trifosfat),

pentru fiecare moleculă de acetil-CoA degradată

• Aminoacizii glucoformatori:Glu, Asp, Arg, Pro, His, Val, Met, Ser, Gly, Thr, Cys, Tyr, Phese transformă în intermediari ai ciclului Krebs.

• Aminoacizii cetoformatori: Leu şi Lys generează: acetoacetat şi acetoacetil-CoA care nu pot fi transformate în glucoză. Aminoacizii cetoformatori ca şi acizii graşi pot furniza numai acetil-CoA.

• Glucidele şi anumiţi aa pot furniza:

-acetil-CoA care se consumă şi

-oxaloacetatul

care permite amorsarea ciclului Krebs.

Formarea acetil-CoA condiţionează, utilizarea

grăsimilor.

Reglarea activităţii ciclului Krebs

• Activitatea ciclului este reglată prin:

–cantitatea de acetil~CoA, provenită din glucoză, aminoacizi sau acizi graşi;

–cantitatea de oxaloacetat, care introduce acetil~CoA în ciclul Krebs;

–cantitatea de O2 şi de ADP, deci prin viteza funcţionării LR şi a fosforilării oxidative

–modificarea activităţii celor trei enzime

reglatoare ale ciclului:

citrat sintaza,

izocitrat dehidrogenaza şi

-cetoglutarat dehidrogenaza

Acetil-CoA

Citrat

Cis-aconitat

Izocitrat

Cetoglutarat

Succinil-CoA

Succinat

Fumarat

L-Malat

Oxaloacetat

CoA-SH

Citrat sintaza

cetoglutaratdehidrogenaza

Izocitratdehidrogenaza

ATPCitrat

Succinil-CoA

CoA-SH

Curs 10 25.04.2012

• Ciclul Krebs cale amfibolicã

• Reacţii anaplerotice

• Gluconeogeneza

• Calea pentozofosfaţilor

Ciclul Krebs, cale amfibolică

• cale amfibolică este implicată în procese catabolice, şi

anabolice.

• 1.Procese catabolice.

• Ciclul Krebs = cale pentru ox. acetil-CoA derivată din

glucide, acizi graşi şi aminoacizi.

• Electronii generaţi prin funcţionarea ciclului sunt transferaţi

în LR unde ATP, prin fosforilarea oxidativă.

Acetil-CoA

H2O Citrat

Cis-aconitat

Izocitrat

Cetoglutarat

Succinil-CoASuccinat

Fumarat

L-Malat

Oxaloacetat

Hidrati de carbon Proteine Lipide

(C4 )(C6 )

(C4 )NAD+

Cit. b, c1

Cit. c

Cit. aa3

1/2 O2

Piruvat

• 2.Procese anabolice

• a. oxaloacetatul şi a-cetoglutaratul, pot forma prin reacţiile de

transaminare sau aminare reductivă, aminoacizii

corespunzători (aspartic şi glutamic).

• Deoarece reacţiile de transaminare sunt reversibile, anumiţi

aminoacizi sunt transformaţi, în funcţie de necesităţile celulei, în

intermediari ai ciclului Krebs.

C COO-

CH3 CO SCoAAcetil-CoA

CoA-SHCitrat sintaza

C COO-

CH2 COO-

Citrat

C COO-

CH2 COO-

HC COO-

CH2 COO-

H2OFe2+

Aconitazã

Cis-aconitat

Izocitrat

CH2 COO-

Izocitrat dehidrogenaza

NADH+H+

Cetoglutarat

NADH+H+

a-Cetoglutaratdehidrogenaza

CoA-SH

CH2 COO-

O ~S-CoASuccinil-CoA

Succinattiokinaza

ADP+Pa

CoA-SH

CH2 COO-

Succinat

C COO-

Fumarat

Succinat dehidrogenazaFADH2

CH COO-

L-Malat

Fumaraza

Oxaloacetat

NAD+ NADH+H+

Malatdehidrogenaza

Reacţiile de transaminare catalizate de GOT şi GPT:

Glutamat -cetoglutarat

AspartatOxaloacetat

H3C CH COO-

Alaninã

H3C C COO-

Piruvat

Glutamat-cetoglutarat

Reacţia de aminare reductivă:

Glutamat-cetoglutarat

NH2NH4+ + NAD(P)H + NAD(P)+ + H2O

• Acidul aspartic -biosinteza nucleotidelor pirimidinice

• Glutamina -biosinteza nucleotidelor purinice.

• Succinatul -biosinteza hemului prin ciclul succinat-glicină.

• Oxaloacetatul transportat din mitosol în citosol ca malat, este convertit la fosfoenol-piruvat care se angajază în gluconeogeneză.

• Citratul, reprezintă forma de transport a acetil-CoA din mitosol în citosol, unde este utilizat în sinteza de novo a acizilor graşi sau a colesterolului.

GlicinãCisteinãSerinãTreoninã

Lactat

Piruvat

Glucozã

Acetil-CoA

Acetoacetil-CoA

Acizi grasiLeucinãIzoleucinãTriptofan

TransaminareAlaninãTriptofan

Oxaloacetat

Fumarat

Succinil-SCoA -cetoglutarat

Citrat(mitosolic) Citrat

(citosolic)

Acetil-CoA

Compusi steroidiciAcizi grasi

Fosfoenol-piruvatGlucozã

Oxaloacetat(citosolic)

Malat(Citosolic)

TirozinãFenilalaninã

Transaminare

Glutamat Glutaminã

Purine

Histidinã

ProlinãArgininã

CO2Propionat

Transaminare

Aspartat

Pirimidine

IzoleucinãMetioninãValinã

Porfirine(hem)

Reacţii anaplerotice

• Reacţiile care permit creşterea concentraţiei

intermediarilor ciclului Krebs

• 1.Reacţia de carboxilare a piruvatului la oxaloacetat

• Abilitatea acetil-CoA de a stimula piruvat carboxiligaza şi de a

inhiba piruvat dehidrogenaza ajută celula în stabilirea soartei

piruvatului.

+ CO2 + ATP Piruvat carboxiligaza

+ ADP + Pa

Piruvat

Oxaloacetat

(Biotinã)

Glucozã

dehidrogenaza

NADH + H+

Transaminare

ATPCO2 Piruvat

ADP + P

Piruvatcarboxilaza

NADH + H+

KrebsCiclul

CO2+H2O

Biotina

(CH2)4- COOH

-biotina

CH HCCH3

COOH-biotina

Reacţia catalizată de glutamat dehidrogenază

(CH2)2

CH NH2

Cetoglutarat

+ NADP+ + H2OGlutamat

dehidrogenaza(CH2)2

+ NH3 + NADPH + H+

Glutamat

• Degradarea acizilor graşi cu număr impar de atomi de carbon şi a unor

aminoacizi (izoleucină, valină, metionină), soldate cu formarea succinil-

CO2 H2O

Propionil-CoA carboxilaza

Biotinã

ADP + Pa

Propionil - CoA

D-metil-malonil-CoA

Metilmalonil-CoA racemazã

L-metil-malonil-CoA

Metilmalonil-CoA izomerazã

Coenzima vit. B12

Succinil-CoA

Intermediar al ciclului Krebs

CH COOH

CO-S-CoA

CHOOC H

CO-S-CoA

H3C CH2 CO S-CoA

• Reacţiile de transaminare de tipul

Oxaloacetat + Glutamat Aspartat + -Cetoglutarat

nu sunt reacţii anaplerotice

deoarece

ele produc un intermediar al ciclului Krebs (-Cetoglutarat) consumând un alt intermediar (Oxaloacetat)

Bilanţul energetic al arderii glucozei • Bilanţul oxidării complete a unui mol de glucoză

până la CO2 şi H2O este de 38 moli ATP

• prin oxidarea glucozei în condiţii de aerobioză se eliberează 38 x 7,3 = 277 kcal/mol glucoză.

• Oxidarea glucozei în condiţii standard generează 686 kcal/mol:

OH6CO6O6OHC 2226126

Glucozã

Glucozo-6-fosfat

Fructozo-6-fosfat

Etapa hexozelor

NADH + H+

3-Fosfoglicerat

2-Fosfoglicerat

FosfoenolpiruvatADP

Piruvat

Etapa triozelor

• Bilanţul energetic al glicolizei

• Beneficiul net: 4-2 = 2 ATP/mol glucoză degradată la lactat.

• Deoarece în glicoliza anaerobă

• rezultă:

Glucozã

2 Trioze-P

2 NAD+

2 NADH + H+

2 Piruvat 2 Lactat

Kcal/mol 47`0G

1003,72energeticBeneficiul

Glucozã

2 Piruvat

2 Acetil-CoA

2 x 2 CO2

(glicolizã)

1,3-Bisfosfoglicerat 3-Fosfoglicerat

Fosfoenol piruvat Piruvat

2(NADH + H+ ) 2x3 ATP = 6ATP

Gliceraldehidã-3-fosfat 1,3-Bisfosfoglicerat

Fosforilãricuplate cu lantul respirator

Fosforilãrila nivel de substrat

(decarboxilare oxidativã)

2 CO2 2(NADH + H+ ) 2x3 ATP = 6ATP

(ciclul Krebs)

Succinil~CoA Succinat

2 GTP(GTP ATP)

2x3 NADH+H+ 2x3x3 ATP = 18 ATP

2x1 FADH2 2x2 ATP = 4 ATP

(naveta malat-aspartat)

2 (NADH+H+) 2x2 ATP = 4 ATP(naveta glicerol fosfatului)

6 ATP 34 ATP

32 ATP

Total: 40 moli ATP (prin naveta malat-aspartat)

38 moli ATP (prin naveta glicerol fosfatului)

40-2 (ATP investit în glicolizã) = 38 ATP38-2 (ATP investit în glicolizã) = 36 ATP

Afirmaţia corectã este:A.Conversia glucozei la lactat necesită prezenţa oxigenului

B.Hexokinaza este importantă în metabolizarea glucozei la nivel hepatic numai postprandial

C.Fructozo 2,6-bisfosfatul este un inhibitor al FFK-1

D.Reacţia limitantă de viteză este ireversibilă

E.Conversia glucozei la lactat duce la 2 moli ATP şi 4 NADH

• Corect D

Reacţia catalizată de FFK-1:

A.Este activată de concentraţii mari de ATP şi citrat

B.Substratul ei este fructozo-1-P

C.Catalizează reacţia reglatoare a glicolizei

D.Este aproape de echilibru în toate ţesuturile

E.Este inhibată de insulină

• Corect C

• Gluconeogeneza

Gluconeogeneza (GNG)Caracteristicile gluconeogenezei:

Presupune sinteză de glucoză:

-lactat

-glicerol

-propionat (din acizi graşi cu număr impar de atomi de carbon,

Val şi Leu).

• are loc în principal în ficat şi rinichi

• este un proces caracteristic

fazei catabolice;

• raport glucagon/insulină mare.

• începe la 4-6 ore de la ultima masă

devine maximă la ~ 16 ore,

când rezervele (variabile) de glicogen hepatic

s-au epuizat

GNG este un proces:

-reductiv (necesită NADH + H+)

-consumator de energie provenită din arderea AG furnizaţi prin lipoliza TAG, din ţesutul adipos.

• Pentru sinteza unui mol de glucoză: 2NADi6P6ADPGlucoză)H2(NADH4HOH6ATP2Piruvat

• Sunt trei etape specifice GNG– ireversibile– catalizate de enzime specifice

• Unele enzime din GNG sunt • mitocondriale• altele citosolice

Glucozã

Glucozo-6-fosfat

Fructozo-6-fosfat

Etapa hexozelor

NADH + H+

3-Fosfoglicerat

2-Fosfoglicerat

FosfoenolpiruvatADP

Piruvat

Etapa triozelor

Glucozã

dehidrogenaza

NADH + H+

Transaminare

ATPCO2 Piruvat

ADP + P

Piruvatcarboxilaza

NADH + H+

KrebsCiclul

CO2+H2O

Piruvat

Glucozã

Fosfoenolpiruvat

Piruvat kinaza

AminoaciziAlaninã

Lactat

Acetil-CoA

piruvatdehidrogenaza

piruvatcarboxilaza

fosfoenolpiruvatcarboxikinaza

Gliceraldehidã-3-P

Oxaloacetat

Succinil-CoA

Propionat

CiclulKrebs

Aminoacizi

Dihidroxiaceton-P

Glicerol Glicerol-3-P

Glucozo-6-fosfat

Fructozo-6-fosfat

GlucokinazãHexokinazã Glucozo-6-fosfatazã

Fructozo-1,6-bisfosfatazã

Fosfofructokinaza-1

Etapele specifice GNG

• 1.Transformarea piruvatului în fosfoenolpiruvat

• 2.Transformarea fructozo-1,6-bisfosfatului în fructozo-

6-fosfat

• 3.Transformarea glucozo-6-fosfatului în glucoză.

Transformarea piruvatului în fosfoenolpiruvat

ATP + CO2

Piruvatcarboxilaza

Biotinã+ ADP + Pi

CH3-CO~SCoA

PiruvatOxaloacetat

Lactat

AlaninãGly, Cys, Ser, Thr CH

Malat Aspartat

Piruvat

Malat Aspartat

OxaloacetatFosfoenolpiruvat+GTP -CO2

OPO3H2

MitocondrieCitosol

Naveta malat-aspartat este bidirecţională Prin acţiunea acestei navete se asigură atât reoxidarea NADH + H+

citoplasmatic, cât şi reglarea cuplurilor NADH – NAD+ extra şi

intramitocondriale

Membranã internãCitosol Matrix

-cetoglutarat-ceto

glutarat

Oxaloacetat

Aspartat AspartatGlutamat

Transaminare

NAD+ Malat Malat

NADH+H+

NADH+H+Oxaloacetat

Glutamat

Transaminare

Malat dehidrogenaza Malat dehidrogenaza

Glucozã

Fosfoenolpiruvat

Oxaloacetat

Piruvat

piruvat kinaza

Glucagonvia AMPc

NADH + H+

Citosol

Piruvat

Oxaloacetat

piruvatcarboxilaza ATP

Biotinã

NADH+H+

AspMalat

NADH+H+

Mitocondrie

Tesut adipos

Glucagonvia AMPc

Acizigrasi

Acetil-Coa

NADH+H+

Corpi cetonici

Sânge

Alaninã

Lactat

fosfoenol-piruvatcarboxikinaza

CH2 OPO3H2

Fructozo-6-fosfat

Fructozo-1,6-bisfosfataza

CH2 OPO3H2

OPO3H2

H2OH3PO4

Glucozo-6-fosfat

CH2 OPO3H2

CH2 OH

Glucozã

Glucozo-6-fosfataza

Gluconeogenezã Glicogenolizã

nu se aflã în muschi

Substratele utilizate în GNG

2 categorii : de provenienţă neglucidică:

-anumiţi aa şi

-AG cu număr impar de atomi de carbon;

de provenienţă glicolitică dintr-un ţesut extrahepatic:

-lactat

-alanină

-glicerol

• circuite de substrate între:

– ficat şi ţesuturile periferice

–ciclul lactatului (ciclul Cori)

Ficat SângeEritrocitMuschi în contractii anaerobe intense

2 Lactat

Glucozã Glucozã Glucozã

2 LactatLactat

PiruvatPiruvat

Glicogen

ciclul alaninei (ciclul Felig)

Ficat SângeMuschi

2 Lactat6 ATP

Glucozã Glucozã Glucozã

2 AlaninãAlaninã

2 Alaninã

2 Piruvat

Glicogen

2 Piruvat NH3

Aminoacizi

Gluconeogeneza din lactat

• Lactatul din

– eritrocit

– muşchi în contracţie sau

– alte ţesuturi, trece în sânge de unde este captat de

» miocard, ficat, rinichi.

• În miocard: lactat CO2 + H2O + ATP

• ficat şi rinichi: lactat glucoză

Piruvat

Glucozã

Fosfoenolpiruvat

Piruvat kinaza

AminoaciziAlaninã

Lactat

Acetil-CoA

piruvatcarboxilaza

fosfoenolpiruvatcarboxikinaza

Gliceraldehidã-3-P

Oxaloacetat

Succinil-CoA

Propionat

CiclulKrebs

Aminoacizi

Dihidroxiaceton-P

Glicerol Glicerol-3-P

Glucozo-6-fosfat

Fructozo-6-fosfat

GlucokinazãHexokinazã Glucozo-6-fosfatazã

Fructozo-1,6-bisfosfatazã

Fosfofructokinaza-1

Gluconeogeneza din aa

• Aminoacizii glucoformatori

• Leu şi Lys, sunt ceto-formatori (prin degradare se pot obţine corpi cetonici)

• În foame, creşte proteoliza musculară

• Proteoliza excesivă, în inaniţie, poate afecta integritatea celulară– este limitată prin sinteza şi utilizarea corpilor cetonici

Gluconeogeneza din glicerol

• În inaniţie sau foame:

TAG AG + glicerol

(adipos)

Acetil~CoA ATP Ficat (GNG)

• convertită, în ficat, la corpi cetonici, care vor fi eliberaţi în sânge

Fructozo-6-fosfat

Glucozã H3PO4

ATPADP

Glucozo-6-fosfat

GlucokinazaATP

ADPGlucozo-6-fosfataza

(reticul endoplasmic)

CITOSOL

Fosfofructokinaza-1

Dihidroxiacetonfosfat Gliceraldehid-3-fosfat

Glicerol-3-fosfat

Glicerol

3-Fosfoglicerat

2-Fosfoglicerat

FosfoenolpiruvatH2O

NADH+H+

ADPGlicerolkinaza

enzime inactive

enzime inductibile

Gluconeogeneza din acid propionic

• Acidul propionic în forma sa activă de propionil~CoA, provine din două surse:

–-oxidarea acizilor graşi cu număr impar de atomi de carbon;

–metabolismul aminoacizilor ramificaţi (Val, Ileu).

CO2 H2O

Propionil-CoA carboxilaza

Biotinã

ADP + Pa

Propionil - CoA

D-metil-malonil-CoA

Metilmalonil-CoA racemazã

L-metil-malonil-CoA

Metilmalonil-CoA izomerazã

Coenzima vit. B12

Succinil-CoA

Intermediar al ciclului Krebs

CH COOH

CO-S-CoA

CHOOC H

CO-S-CoA

H3C CH2 CO S-CoA

Reglarea gluconeogenezei

• Reglarea GNG prin:

-concentraţia substratelor

-concentraţia ATP (nivelul energetic celular)

-modificarea concentraţiei enzimelor reglatoare ale GNG

-modificarea activităţii enzimelor reglatoare aleGNG.

• Intensitatea GNG trebuie să fie invers

proporţională cu intensitatea glicolizei.

Reglare hormonală

• Insulina reprimă transcrierea genelor pentru enzimele

reglatoare ale GNG

• induce sinteza glucokinazei şi piruvatkinazei hepatice,

enzime ale glicolizei.

• insulina stimulează glicoliza şi inhibă lipoliza, condiţie

nefavorabilă desfăşurării GNG.

• Glucagonul, glucocorticoizii şi adrenalina activează

transcrierea genelor enzimelor reglatoare ale GNG;

• Prin lipoliza TAG se formează

-glicerol, substrat al GNG -acizi graşi energie (ATP)

echivalenţi reducători (NADH)

Acetil-CoA rezultată prin -oxidare activează

piruvatcarboxiligaza şi inhibă piruvat dehidrogenaza, decizând

intrarea piruvatului în gluconeogeneză

Modificarea covalentă sau alosterică a activităţii enzimelor reglatoare din GNG

• Piruvat-carboxiligaza este activată alosteric de acetil-CoA.

• Fosfoenolpiruvat carboxikinaza, este activată de creşterea concentraţiilor ATP şi oxaloacetat.

• Fructozo-1,6-bisfosfataza este inhibată alosteric de AMP şi fructozo-2,6-bisfosfat, ambii activatori alosterici ai FFK-1, enzima reglatoare a glicolizei.

• Glucozo-6-fosfataza reglarea activităţii ei prin concentraţia glucozei sanguine

Lactat

Piruvat

Oxaloacetat

Fosfoenolpiruvat

Fructozo-6-fosfat

Glucozã

H3PO4Fructozo-6-fosfat

ADPGlucozo-6-fosfat

CitratATP

ATPADP+P

Acetil-CoA

GDP + CO2

AlaninãAcetil-CoA

Acil-CoA

Ingestia de etanol inhibă gluconeogeneza

Etanol + Piruvat Acetaldehidă + Lactat

Etanol + Oxaloacetat Acetaldehidă + Malat

HNADHOCH3CHazădehidrogen AlcoolNADOH2CH3CH

NADLactatLDHHNADHPiruvat

NADMalatazădehidrogenMalat HNADHtOxaloaceta

Calea pentozofosfaţilor

Şuntul pentozo-fosfaţilor

Calea fosfogluconatului

• Are loc în citosolul celulelor din:

ficat;

ţesutul adipos;

glanda mamară în lactaţie;

cortexul suprarenalelor;

gonade;

eritrocite;

cornee.

• cale de degradare oxidativă a glucozei:

-nu se consumă O2

-nu se consumă şi nu se produce ATP

-se produc pentoze şi NADPH

☻ este o cale anabolică

utilizează cei 6 C ai glucozei

pentru a face pentoze şi

echivalenţi reducători

• Pentozele servesc la biosinteza:

nucleozidelor;

nucleotidelor;

polinucleotidelor (ARN, ADN),

coenzimelor (NAD+, FAD, CoA-SH);

• NADPH necesar pentru:

–biosinteze reductive:

hormoni steroizi;

colesterol;

acizi graşi;

aminoacizi via glutamat dehidrogenază;

–regenerarea G-SH

–transformarea Met-Hb în Hb;

–funcţionarea monoxigenazelor citocrom P450 dependente;

–sinteza anionului superoxid ( ), specie bactericidă produsă sub acţiunea NADPH-oxidazei din membrana leucocitului.

Etape majore:

oxidativă şi

neoxidativă.

Etapa oxidativă, ireversibilă;

glucozo-6-fosfat CO2

2 NADPH

pentoză fosforilată (ribulozo-5-fosfat)

CH2 OPO3H2

CH2 OH

Glucozo-6-fosfat

NADPH+H+

Glucozo-6-fosfatdehidrogenazã

CH2 OPO3H2

6-fosfo-glucono-lactonã

Lactonaza

CH2 OPO3H2

6-fosfo-gluconat

NADPH+H+

dehidrogenazã6-fosfo-gluconat

Ribulozo-5-fosfat

Insulinã (nutritie)

Fructozo-1,6-bisfosfatAcizi grasi activati

CH2 OPO3H2

CH2 OH

CH2 OPO3H2

CH2 OH

Ribulozo-5-fosfat

Ribozo-5-fosfat Xilulozo-5-fosfat

epimerazaizomeraza

• etapa neoxidativă ţesut adipos si ficat

-este reversibilă

functie de necesităţile metabolice ale celulei

Rolul acestei etape:

☻ în primul rînd generare R-5-fosfat

☻ conversia

zaharuri cu 5C din dietă în

zaharuri cu 6C şi 3C utilizaţi în glicoliză

pentoze hexoze

• Primele enzime implicate:

• Transaldolaze

• Transcetolaze (cofactor tiaminpirofosfat)

Rearanjază scheletele atomilor de carbon

3 Glucozo-6-P 3 Ribulozo-5-P

5 NADPH 3 CO2

epimerazã epimerazã

izomerazã

Xilulozo-5-P Ribozo-5-P Xilulozo-5-P

Gliceraldehidã-3-P Sedoheptulozo-7-P

transcetolazã

Fructozo-6-P

transaldolazã Eritrozo-4-P

Fructozo-6-P

transcetolazã

Gliceraldehidã-3-P

Glicolizã

C5C5 C5

• Rezultat net:– Pentoze acizi nucleici

– 3 moli pentoze 2 moli hexoze1 mol trioză

Hexozele pot fi reciclate în cale NADPHTrioza poate intra în: glicoliză

gluconeogeneză

Glucozo-6-fosfat

Fructozo-6-fosfat6-Fosfo-gluconolactonã

Acid 6-fosfogluconic

Ribulozo-5-fosfat

lactonaza

glucozo-6-fosfatdehidrogenaza

6-fosfogluconatdehidrogenaza

6-Fosfo-glucoizomeraza

Fosfofructokinaza-1

Aldolaza

2 Trioze fosforilate

Piruvat

Calea pentozelorGlicoliza

glicoliza şi şuntul pentozelor sunt

stimulate de insulină,

Intensitatea caii pentozelor depinde de starea fiziologică a celulei

• calea pentozelor este indusă de creşterea

• Glicoliza este indusă de creşterea

• In hematii

G-S-S-G

NADPH+H+

Glucozo-6-P

6-P-Gluconat

Glutation-peroxidazã

Glutation-reductaza

Glucozo-6-fosfatdehidrogenaza

6-fosfo-gluconatdehidrogenaza

NADPH+H+Ribulozo-5-fosfat

• Deficienţe enzime

Deficienţa genetică a transcetolazei - afinitatea extrem de

redusă a acesteia pentru TPP (tiaminpirofosfat), duce la

tulburări neurologice şi comportamentale

Deficienţa de glucozo-6-fosfat dehidrogenază, în special în

eritrocit, se exprimă în susceptibilitatea crescută a eritrocitului

la hemoliză, determinată de scăderea conţinutului de G-SH.

-medicamente cu caracter oxidant (aspirină, antimalarice)

accentuează deficienţa enzimatică

• In procesul de transformare a glicerolului in

glucoză, primul intermediar glicolitic format

A.Glicerol-3-P

B.Acidul 1,3-bisfosfogliceric

C.Gliceraldehid-3-P

D.Dihidroxiacetonfosfatul

E.Acidul piruvic

Fructozo-6-fosfat

Glucozã H3PO4

ATPADP

Glucozo-6-fosfat

GlucokinazaATP

ADPGlucozo-6-fosfataza

(reticul endoplasmic)

CITOSOL

Fosfofructokinaza-1

Dihidroxiacetonfosfat Gliceraldehid-3-fosfat

Glicerol-3-fosfat

Glicerol

3-Fosfoglicerat

2-Fosfoglicerat

FosfoenolpiruvatH2O

NADH+H+

ADPGlicerolkinaza

enzime inactive

enzime inductibile

• Eritrocitul îşi procură energia metabolică prin:

A.Sinteza de pentoze din Glucozo-6-P

B.Gluconeogeneza din aminoacizi

C.Conversia glucozei la lactat

D.Fosforilarea oxidativă cuplată cu ciclul Krebs

E.Conversia lactatului la Acetil~CoA

• Ce căi de metabolizare glucoză sunt

esenţiale pentru eritrocit ???

Curs 11

• Calea acidului glucuronic

Calea acidului glucuronic

• cale metabolică de degradare oxidativă a glucozei

• are loc în citosol.

glucozo-1-P

UTP şi UDP-glucozo-pirofosforilaza

UDP-glucoză

UDP-glucuronat

Glucozã

Glucozo-6-P

Glucozo-1-P

UTPPPa

dehidrogenazã

2(NADH+H+)

Sinteza deglicogen

UDP-galactozã

Sintezaglicoproteinelor

Glicozaminoglicani

+ R-COOH

O-CO-R

-Glucuronoconjugati

Acid glucuronic

Acid L-gulonic

L-xilulozã

Xilitol

D-Xilulozã

Calea pentozelor

D-xilulozo-5-fosfat

L-gulono-lactonã

2-ceto L-gulonolactonã

om, maimutã, cobai

Acid ascorbic

Glicogen

UDP-glucozã UDP-glucuronat

Metabolizarea fructozei

• Fructoza din dietă:

fructe

zaharoză

Posibilităţi de transformare a fructozei

1.Transformarea fructozei în fructozo-6-fosfat.

cantităţi mici de fructoză pot fi metabolizate în

ţesutul adipos şi în muşchi.

ADP fosfat -6 -Fructozo Hexokinază ATP Fructoză

Glucoza= Ic

2.Transformarea fructozei în fructozo-1-P

Fructokinaza

prezentă în ficat

nu acţionează asupra glucozei

activitatea ei nu este influenţată de foame sau insulină

Aldolaza B

prezentă în ficat

transformă fructozo-1-P în 2 trioze

Glucozã

Glucozo-6-P

GkucokinazaKM=10 mM

InsulinãHexokinazaKM=0,1 mM

Fructozo-6-P

ADPFosfofructokinaza 1 ATP

Citrat

AMPFructozo-2,6-P2

Fructozo-1,6-P2

FosfoenolpiruvatADP

Piruvat

Piruvat kinaza(activã defosfo)

InsulinaFructozo-1,6-P2

Alaninã, ATPAcil-CoAAcetil-CoA

Glucagon

Insulinã

Glucagon

Dietã

D-Fructozã D-Sorbitol

NADH+H+ NAD+

Fructozo-1-fosfat

fructokinazaATP

Blocatã în fructozurie esentialã

aldolaza BBlocatã în intolerantãereditarã la fructozã

D-Gliceraldehidã

Dihidroxiacetonfosfat

alcooldehidrogenazã

NADH + H+

Glicerol

Glicerol-3-fosfat

glicerolkinazã

ATPADP

glicerol fosfatdehidrogenazã

Gliceraldehidã-3-fosfat tiokinaze

Lipide

ATPADPPiruvat sau Lactat

(fructolizã, analog glicolizei)

D-Glucozã(gluconeogenezã)

Glicogen

Lipsa reglării transformării fructozei în trioze

poate conduce la lactacidemie sau la

amplificarea lipogenezei

Generarea fructozei din glucoză

(calea poliolilor)

CH2 OH

OH CH2

CH2 OH

Glucozã Sorbitol Fructozã

NADPH+H+

aldoz reductaza

NADH+H+

sorbitoldehidrogenaza

• Aldozoreductaza se află în:

cristalin, retină, nervii periferici, ficat, rinichi, placentă, hematii şi în celulele din ovare şi veziculele seminale (insulino independente)

• Sorbitol dehidrogenaza, oxidează sorbitolul cu producerea fructozei, în celulele din ficat, ovare, spermă şi veziculele seminale

☼ fructoza

sursa majoră de energie pentru spermatozoizi

în veziculele seminale

mitocondriile spermatozoizilor conţin LDH

enzimă exclusiv citosolică în alte celule

Spermatozoizii pot metaboliza complet fructoza

la CO2 şi H2O, prin combinare:

Fructoliză (citosol)

captarea lactatului în mitocondrii

oxidarea lactatului la: - piruvat

- acetil-CoA

- CO2 şi H2O.

• Nu mai sunt necesare navetele

• In hiperglicemie

– În diabetul zaharat

• activitatea aldozreductazei este foarte crescută

• acumulare de sorbitol dar şi depleţie NADPH, cofactor

al glutation reductazei, enzimă implicată în apărarea

antioxidantă.

CH2 OH

OH CH2

CH2 OH

Glucozã Sorbitol Fructozã

NADPH+H+

aldoz reductaza

NADH+H+

sorbitoldehidrogenaza

• In celulele cu sorbitol dehidrogenaza redusă sau absentă– retină– cristalin– rinichi – celulele nervoase, sorbitolul este sechestrat în

celule determinând modificări osmotice prin retenţie de apă

• Stările patologice asociate cu acest fenomen:

– Cataracta

– neuropatia periferică

– afecţiuni vasculare care pot duce la

• nefropatie şi retinopatie.

Corelaţii clinice

• “Fructozuria esenţială”:lipsa fructokinazei sau defecte ale acesteia

• “Intoleranţa ereditară la fructoză” scăderea sau absenţa activităţii aldolazei B. acumulare de fructozo-1-fosfat

• hipoglicemie severă după ingestie de fructoză (fructozo-1-fosfatul inhibă enzima reglatoare din glicogenoliză)

Metabolismul galactozei

Surse:

• hidroliza lactozei alimentare, în intestin

• conversia glucozei la galactoză

• UDP-glucoza = intermediar în procesul de transformare a galactozei în glucoză

GalactozaATP

galacto-kinaza

Galactozo-1-fosfat UDP-Galactozã

UDP-Glucoza

Glucozo-1-fosfat

uridiltransferaza epimeraza

Sinteza de cerebrozide,gangliozide, GAG, glicoproteine

UDP-Glucoza

Glicogenn

Glicogen(n + 1)

glicogen sintaza

Lactoza

rest de glicogen

fosforilaza

Glucozo-1-fosfat

Glucozo-6-fosfat

Glucozã

H3PO4ATP

Deficienţe enzimatice în metabolismul galactozei

a.Deficienţa galactokinazei duce la

-galactozemie şi galactozurie

clinic apare cataracta

–galactoza intracelulară

galactitol (poliol)

modificări osmotice

cataractă la nivelul cristalinului

• Deficienţa uridil-transferazei duce la – alterări hepatice – Cataractă– tulburări neuropshice

• Consecinţele deficienţei:

–acumulare de galactozo-1-fosfat (citotoxic) în ficat şi galactoză liberă;

–depleţie celulară de fosfat liber;• –apar: icter, leziuni renale, cerebrale, deteriorare

mentală, cataractă, scădere în greutate

Reglarea Glicolizei, Decarboxilare Piruvat, Krebs

Documents

Transcript of Reglarea Glicolizei, Decarboxilare Piruvat, Krebs

Reglarea debitului laborator

Delan Pro - agro.basf.ro · De exemplu, perturbă producerea de energie a celulelor fungice (procesul glicolizei și ciclul lui Krebs), protecția împotriva stresului oxidativ (reductaza

Reglarea i Cardiac

Reglarea Automata a Temperaturii Proiect

Krebs GNG 2015

reglarea eficienta a retrovizoarelor.pps

Reglarea Turatiei a Ma

Reglarea Glicolizei, Decarboxilare Piruvat, Ciclul Krebs

Reglarea Automata a Debitului Unui Fluid

Reglarea Automata a Debitului(Lab)

13. Reglarea Cardio-Vasculara II

Reglarea ventilatiei

Reglarea Patol Lip

Reglarea Turatiei Unui Mcc-PROIECT

reglarea tensiunii.docx

Reglarea furnizarii caldurii

Reglarea Automata a Parametrilor Tehnologici

Reglarea functiei cardiovasculare I

Reglarea functiei cardiovasculare II

Reglarea Automata a Nivelului