Biochimie-curs 13 Metabolism

8/13/2019 Biochimie-curs 13 Metabolism

http://slidepdf.com/reader/full/biochimie-curs-13-metabolism 1/29

Prin catabolismul glucidelor se înţelege degradarea acestor substanţe în

organismele vii;

Procesul este puternic exergonic şi reprezintă o sursă principală de energie

pentru plante şi animale;

Indiferent de tipul organismului acest proces poate decurge în 3 etape:

- transformarea poliglucidelor în monoglucide

- transformarea glucozei în acid piruvic- transformarea acidului piruvic

CATABOLISMUL GLUCIDELOR

a. Transformarea poliglucidelor în monoglucide

se refer ă la:

-transformarea amidonului (din plante) in glucoză-amiloliză;- transformarea glicogenului (la animale) in glucoza – glicogenoliză;

b. Transformarea glucozei în acid piruvic-glicoliză

Transformarea acidului piruvic: se poate realiza:

pe cale aerobă

pe cale anaerobă



AMILOLIZA

- amidonul suferă o hidroliză sub acţiunea amilazelor in cazul digestiei

amidonului de organismele animale;

- degradarea hidrolitică a amidonului duce până la formarea glucozei;

-procesul nu are loc în mod instantaneu, ci progresiv, în etape;-α-amilaza se gaseste in saliva si in secretia pancreatica.

DEXTRINE AMIDON MALTOZĂ GLUCOZĂ

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

HH H O

O

H

OHH

OH

CH2

HH H O

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH

HH O

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

H

O

1 4

6

H O

H

OHH

OH

CH2OH

H

H H O

H

OHH

OH

CH2OH

H

H

O

1

OH

3

4

5

2

Amidon (amiloza –leg 1,4-α-glicozidice si

amilopectina- legături 1,4 si 1,6-α-glicozidice

-D-Glucoza -D-Glucoza

Maltoza

(-D-Glucopiranozil -1,4--D-Glucopiranoza)

OH

CH2OH

OH

H OH

H

OH

HHOH

CH2OH

OH

H OH

H

H

OH

H

O

hidroxilsemiacetalic



-in plante amidonul stocat este mobilizat pentru utilizare prin ruperea legaturilor 1-4 α-

glicozidice sub actiunea fosforilazei, rezultand 1-glucozo fosfat. Ruperea moleculelor

de glucoza incepe de la capatul nereducator al amilopectinei.

-pentru amiloza procesul decurge de-a lungul lanturilor obtinandu-se dextrine legate

prin legaturi 1,6-α –glicozidice. Aceste legaturi sunt apoi atacate de α-(1,6)-glucozidaza

care desavarseste procesul de obtinere a glucozo-1-fosfatului.

-fosforoliza conserva o cantitate de energie in legatura fosfoesterica formata (preluata

din transformarea ATP ADP



GLICOGENOLIZA

- are loc sub acţiunea fosforilazei;

- se desprinde câte o moleculă de glucozo-1-fosfat din poliglucid;

- desprinderea are loc la capătul nereducător al lanţului poliglucidic;

- în final se formează numai glucozo-1-fosfat;

--daca glicogenul este utilizat ca sursa de hrana atunci are loc hidroliza sub

actiunea amilazelor.

GLICOLIZA-procesul de transformare a glucozei în acid piruvic;

-- decurge atât în condiţii de anaerobioză cât şi în condiţii de aerobioză (în

prezenţa oxigenului dar fără participarea acestuia);

-- este o succesiune de reacţii = calea Embden-Mayerhof-Parnas = EMP;

-- transformările pornesc de la glucoză-6-fosfat;

--glicoliza are 10 etape din care 4 implica transferul unei grupe fosfat, 3 sunt

izomerizari si numai una este o reactie redox.



-glucozo-6-fosfatul ocupă o poziţie cheie în metabolismul glucidelor;

-glucozo-6-fosfat rezultă fie prin fosforilarea glucozei libere sub actiunea

hexokinazei, fie prin transformarea glucozo-1-fosfat sub actiunea

fosfoglucomutazei.

--reactia de transformare a glucozo-1-fosfatului in glucozo-6-fosfat este oreactie reversibila;

AMIDON GLICOGEN

GLUCOZO-1-FOSFAT

GLUCOZO-6-FOSFAT

GLICOLIZĂ

GLUCOZA + ATP

CICLUL PENTOZOFOSFAŢILOR

CICLUL ACIZILOR URONICI



O H

OHH

OHH

H

OH

CH2OH

H

OH

OH

OHH

OHH

H

OH

CH2O

H

OH

P

+ ATP + ADP

glucoza glucozo-6-fosfat

hexokinaza - glucoza sub acţiunea

hexokinazei se transformă în

glucozo-6-fosfat

O H

OH

OHH

H

OH

CH2OH

HOH

P

O H

OHH

OHH

H

OH

CH2O

HOH

P

g lucoza-1-fosfat g lucozo-6-fosfat

g lucomutaza - glucozo-1-fosfat sub acţiunea

fosfoglucomutazei se transformă

în glucozo-6-fosfat

- intrând în calea EMP glucozo-6-

fosfat se izomerizează în fructozo-6-fosfat- este o reacţie reversibilă

ce are loc în prezenţa unei

izomeraze = fosfohexoizomeraza

O H

OHH

OHH

H

OH

CH2O

HOH

P

OCH

2-OHCH

2

O

H

H

OH

OHH

P O

fructozo-6-fosfat glucozo-6-fosfat

izomeraza H

1

1

2



PO CH2-OCH2

O

H

H

OH

OHH

P OO

CH2-OHCH2

O

H

H

OH

OHH

P O

f ructozo-1,6-di fosfat

fosfof ructokinaza H

f ructozo-6-fosfat

H

ATP ADP

- fructozo-6-fosfat se fosforilează la C1 în fructozo-1,6-difosfat- enzima este

regulatoare şi limitează viteza glicolizei- reacţia este puternic exergonică şi

practic ireversibilă.

- fructozo-1,6-difosfat este descompus în două fosfotrioze ca urmare a ruperii

legăturii covalente între C3 şi C4- reacţia este reversibilă şi catalizată de

aldolază.

CH2-O-PO

3H

2

C=O

CHOH

CH OH

CH OH

CH2-O-PO 3H 2

CH2-O-PO

3H

2

C=O

CH2

OH

CH

CH OH

CH2-O-PO

3H

2

O

fructozo-1,6-difosfat

+

dioxiaceton-1-fosfat gliceraldehid-3-fosfat

aldolaza

(aldehidliaza)

3

4



- în transformarea ulterioară poate intra numai aldehida 3-fosfoglicerică;

-pe măsură ce aldehida 3-fosfoglicerică se consumă, o nouă cantitate de

fosfodioxiacetona se izomerizează;

-- astfel din fiecare moleculă de fructozo-1,6-difosfat iau naştere 2 molecule

de aldehida 3-fosfoglicerică.

CH

CH OH

CH2-O-PO

3H

2

OCH2

C=O

CH2-O-PO

3H

2

OH

gliceraldehid-3-fosfat

(aldehid a 3-fosfogl icerica)

fosfodioxiacetona

(dioxiaceton-1-fosfat)

tr iozofosfat- izomeraza

- în continuarea procesului de glicoliză are loc fosforilarea oxidativă a

aldehidei-3-fosfoglicerice;

-- este o reacţie importantă deoarece energia este inmagazinată într-olegătură macroergică;

5



-printr-o reacţie de defosforilare, sub acţiunea fosfoglicerokinazei, acidul-

1,3-difosfogliceric se transformă în acid 3- fosfogliceric.

-prin această reacţie are loc trecerea restului de acid fosforic pe ADP

(transfosforilare) cu formare de ATP.

CH OH

CH2-O-PO

3H

2

COO

CH OH

CH2-O-PO

3H

2

COOHADP

acid 1,3-di fosfo gl iceric

ATP

fosfoglicerokinaza

~ PO3H2

acid 3-fosfog liceric

-în continuare cu ajutorul fosfogliceromutazei, acidul-3-fosfogliceric se

transformă în acid 2-fosfogliceric;

- reacţie decurge în prezenţa ionilor de Mg2+

CH2-OH

CH O-PO3H

2

COOH

CH2-O-PO

3H

2

CH OH

COOH

acid 3-fosfogliceric acid 2-fosfogliceric

fosfogl iceromutaza

7

8



--acidul 2-fosfogliceric trece prin acţiunea catalitică a enolazei şi în prezenţa

ionilor de Mg2+ şi Mn2+ în acid 2-fosfoenolpiruvic;

-- prin această reacţie reversibilă ia naştere acidul 2-fosfoenolpiruvic care

posedă o legătură esterică bogată în energie.

C-O

CH2

COOH

CH2-OH

CH O-PO3H

2

COOH

acid 2-fosfoeno lpiruvic acid 2-fosfog l icer ic

~ PO3H2

H2O

enolaza

- în etapa următoare printr-o reacţie de defosforilare are loc transformarea

acidului 2-fosfoenolpiruvic în acid piruvic

-- reacţie este puternic exergonică, practic ireversibilă;

C=O

CH3

COOH

C-O

CH2

COOH

acid piruv ic

piruvatkinaza

acid 2-fosfoenolp iruvic

~ PO3H2

ADP ATP

9

10



Din reacţiile glicolizei se constată că:

- la fiecare moleculă de aldehidă-3-fosfoglicerică se sintetizează în proces 2

molecule de ATP;

- în etapa de transformare a acidului 1,3-difosfogliceric

- în etapa de transformare a acidului 2-fosfoenolpiruvic- dintr-o hexoză rezultă 2 trioze înseamnă că plecând de la 1 moleculă de

glucoză se formează 2 molecule de acid piruvic şi 4 moli de ATP;

-în glicoliză se consumă 2 moli de ATP;

- în etapa de formare a glucozo-6-fosfatului;

- în etapa de formare a fructozo-1,6-difosfatului;

- bilanţul energetic al glicolizei constă într-un câştig de 2 moli de ATP;

- în cazul în care glicoliza pleacă de la amidon sau glicogen stocat, câştigul este

de 3 moli de ATP (nu se consumă ATP pentru formarea glucozo-6-fosfatului);

-deşi majoritatea reacţiilor sunt reversibile, procesul în ansamblu esteireversibil;

- întregul proces al glicolizei are loc în citoplasmă prin intermediul enzimelor

solubile ale acesteia;



TRANSFORMĂRILE ACIDULUI PIRUVIC

-acidul piruvic rezultat în glicoliză suferă ulterior o serie de transformări;

-acestea depind de potenţialul de oxido-reducere din celule;

-transformare anaerobă a acidului piruvic

- produse finale: acid lactic, alcool etilic, acid propionic, CO2

-transformare aerobă a acidului piruvic

- produse finale: CO2 şi H2O



Transformarea anaerobă a acidului piruvic

-are loc în organismul animal, la unele plante şi la bacteriile lactice;

-acidul piruvic este convertit prin reducere la acid lactic;

C=O

COOH

CH3

C-OH

COOH

CH3 lactat-

dehidrogenaza

NAD+NADH + H+

H

acid lact ic ac id p i ruv ic

-în organismul animal în condiţii anaerobe se acumulează acid lactic;

-are loc acumularea acidului lactic în muşchi – important la efort muscular;

-procesul de transformare a glucozei în acid lactic stă la baza fermentaţiei

lactice produsă de microorganisme;

-este un proces necesar pentru reoxidarea NADH la NAD+ pentru reluarea

procesului de glicoliza.

-acidul lactic format in muschi este recuperat prin transfer cu ajutorul sangelui

in ficat si retransformat in glucoza;

-cresterea continutului de acid lactic duce la acidificarea tesuturilor si efortul

sustinut este limitat (de ex. atletii pot sprinta numai o perioada scurta de timp

la intensitate maxima).



-transformarea anaerobă a acidului piruvic

-la drojdii şi unele mucegaiuri acidul piruvic suferă mai întâi un proces de

decarboxilare;

- se formează aldehida acetică;CO2 – produs final al fermentaţiei alcoolice;

C=O

COOH

CH3

CH3

CHO

piruvat-

decarboxilaza

aldehida acetica acid piruvic

+ CO2

- prin reducerea aldehidei acetice se formează alcoolul etilic;

alcool-

dehidrogenaza aldehida acetica

CH3-CHO CH3-CH2-OH

alcool eti l ic

NAD+NADH + H+

-plantele cresc în mod normal în condiţii de aerobioză;

- dacă accidental ajung în condiţii de anaerobioză, celulele vegetale îşi procură

energia necesară transformând glucoza în CO2 şi alcool etilic

- alcoolul etilic fiind toxic pentru celula vie, celulele mor;



-piruvat decarboxilaza se gaseste in drojdii, precum si in alte organisme care

descompun glucoza cu formare de etanol.

-piruvat decarboxilaza nu se gaseste in tesuturile animale.

-alcool-dehidrogenaza este prezenta in toate organismele capabile sa metabolizeze

alcoolul etilic.

-in ficat alcool-dehidrogenaza oxideaza etanolul concomitent cu reducerea NAD+ la

NADH.

-prin modificari genetice microorganismele pot folosi ca materii prime in procese

catabolice si alte monozaharide;

-prin modificari genetice microorganismele pot transforma glucoza (respectiv acidul

piruvic) si in alti compusi utili.



Transformarea aerobă a acidului piruvic

-acidul piruvic trece în mitocondrii şi se oxidează;

- decarboxilare oxidativă cu formare de acetil coenzima A (acetil-CoA);

- acetil-CoA este convertită în acid citric şi se descompune până la CO2 şi

H2O prin ciclul acizilor tricarboxilici – ATC – ciclul lui Krebs;

C=O

COOH

CH3

piruvat-

dehidrogenaza

NAD+ NADH + H+

acetil-CoAacid piruvic

+ HSCoA CH3-CO~SCoA + CO2

Acetil-CoA



Acidul piruvic depăşeşte cu uşurinţă membrana mitocondrială şi devine una

din materiile prime de bază ale respiraţiei celulare;

Această reacţie importantă premergătoare nu intră direct în rândul reacţiilor

ciclului acidului citric.

-Reacţia de formare a acetil-CoA din acidul piruvic este catalizată de piruvat-

dehidrogenaza si poartă denumirea de decarboxilarea oxidativă a acidului

piruvic;

-Acetil –CoA, care are o legătură macroergică, se metabolizează mai departe în

ciclul acidului citric.

C=O

COOH

CH3

piruvat-

dehidrogenaza

NAD+ NADH + H+

acetil-CoAacid piruvic

+ HSCoACH3-CO~SCoA + CO2



1. Formarea acidului citric

-ciclul ATC este iniţiat prin formarea acidului citric

- are loc ca urmare a condensării acetil –CoA cu acidul oxalilacetic care se

găseşte permanent în celulă, formandu-se prin ciclul Krebs.

- reacţia este ireversibilă - energia care se eliberează se transformă în căldură

deoarece ATP nu se formează;

CH2

C

COOH

COOHO

H CH2 C

O

S CoA

HO H+

Acid oxalil-acetic

Acetil-CoA

Citrat-sintetaza

CH2

C

COOH

COOHHO

CH2

COOH

+ H S CoA

Acid citric



20



Acid citric

CH2

C

COOH

COOHHO

CH2 COOH

Acid cis-aconitic

CH2

C

COOH

COOH

CH COOH

Cis-aconitaza

+ H2O

Cis-aconitaza

CH2

C

COOH

COOH

CH COOHHO

Acid izo-citric

2. Izomerizarea acidului citric

-printr-o reacţie de izomerizare, acidul citric se transformă în acid izocitric.

-- în calitate de produs intermediar se formează acid cis-aconitic.

-- prin mecanismul său de acţiune, aconitaza este simultan, hidratază şi izomerază;

CH2

HC

COOH

COOH

CH COOHHO

Acid izo-citric

+ NAD+I zocitr at-dehidrogenaza

+ NADH + H+

CH2

HC

COOH

COOH

C COOH

O

Acid oxalil-succinic

3. Oxidarea acidului izocitric

-are loc mai întâi dehidrogenarea acidului izocitric în acid oxalilsuccinic;

-- reacţia are loc sub acţiunea enzimei izocitratdehidrogenaza cu NAD+ din

mitocondrii.



CH2

HC

COOH

COOH

C COOH

O

Acid oxalil-succinic

I zocitrat-dehidrogenaza

CH2

H2C

COOH

C COOH

O

+ CO2

Acid -cetoglutaric

-instantaneu şi ireversibil are loc reacţia de decarboxilare a acidului

oxalilsuccinic (acesta fiind un compus instabil) în acid α- cetoglutaric

-reacţia este catalizată tot de izocitratdehidrogenaza - enzimă posedă o dublă

activitate;

CH2

H2C

COOH

C COOH

O

Acid -cetoglutaric

+ HSCoA + NAD+ -cetoglutarat-dehidrogenaza

CH2

H2C

COOH

C SCoA

O

+ CO2 + NADH +H+

Succinil-CoA

4. Decarboxilarea oxidativă a acidului α-cetoglutaric

-acidul α- cetoglutaric este transformat în acid succinic (sub forma lui activă);

-- în această transformare intervine cetoglutarat-dehidrogenaz;a

-- reacţia are loc după un mecanism similar celui de decarboxilare oxidativă a

acidului piruvic;



-formarea succinatului activ, adică a succinil-CoA;

-- formarea celei de-a doua molecule de CO2 în ciclul ATC

-- participarea coenzimelor decarboxilării oxidative (TPP, CoA, acid lipoic, NAD,

FAD);

Acid lipoicTPP (tiamin-pirofosfat)

Flavin adenin dinucleotida (FAD)



5. Formarea acidului succinic

- succinil-CoA rezultată în a 4-a etapă se transformă în acid succinic

- desfacerea legăturii tioesterice macroergice va genera apariţia GTP, o

substanţă macroergică.

Guanosin-difosfat (GDP) Guanosin-trifosfat (GTP)

-GTP se va transforma ulterior în GDP prin cedarea către ADP a unui radical

fosforil cu formarea de ATP, compusul macroergic final;

-- această reacţie este unica etapă în care se sintetizează ATP în ciclul ATC

CH2

H2C

COOH

C SCoAO

Succinil-CoA

+ GDP + ATPCH2

CH2

COOH

COOH+ GTP + ADP + HSCoA

Acid succinic



GTP + ADP GDP + ATP 6. Oxidarea acidului succinic

-acidul succinic este dehidrogenat la acid fumaric;

-reacţia este catalizată de succinatdehidrogenaza;-foarte activă în toate celulele care au capacitatea de absorbi oxigenul;

-enzima este strâns legată de membrana mitocondrială, care conţine FAD şi 4

atomi de fier neheminici.

Succinat-dehidrogenaza CH2

CH2

COOH

COOH

Acid succinic

+ FAD

C

C

H COOH

HOOC H

+ FADH2

Acid fumaric

7 Hidratarea acidului fumaric



C

C

H COOH

HOOC H

Acid fumaric

Fumaraza

CH2

CH

COOH

COOHHO

Acid malic

7. Hidratarea acidului fumaric

-acidul fumaric este transformat mai departe în acid malic;

-- reacţia este catalizată de fumaraza - acţionează stereospecific, formând

numai L-acid malic- reacţia este uşor reversibilă.

8. Dehidrogenarea acidului malic-acidul malic este oxidat mai departe în acid oxalilacetic

-- reacţia este catalizată de malatdehidrogenaza

- cu această reacţie se închide ciclul ATC

- se poate afirma că acidul oxalilacetic, care se reface în final, are rolul de

cărăuş al acetil-CoA.

Acid oxalil-acetic

+ NADH +H+Malat-dehidrogenaza

CH2

CH

COOH

COOHHO

Acid malic

CH2

C

COOH

COOHO

+ NAD+



CONCLUZII

-Bilanţul energetic al ciclului Krebs constă în calculul cantităţii de ATP format în

acest proces oxidativ.-Pentru a stabili numărul de moli de ATP ce se formează din energia ce se

adaugă în ciclul ATC trebuie precizat:

-prin oxidarea unui mol de NADH+H+ se formează o cantitate de energie

echivalentă cu energia acumulată în 3 moli de ATP.

-- prin oxidarea unui mol de FADH2 se formează o cantitate de energieechivalentă cu energia acumulată în 2 moli de ATP.

Bilanţul energetic al ciclului ATC, exprimat în ATP, se poate reprezenta astfel:

- etapa 3 - izocitrat - oxalilsuccinat (1 mol NADH +H+) = 3 moli ATP

- etapa 4 - cetoglutarat - succinil-CoA (1 mol NADH+H+) = 3 moli ATP- etapa 5 - succinil-CoA - succinat (1 mol GTP) = 1 mol ATP

- etapa 6 - succinat – fumarat (1 mol FADH2) = 2 moli ATP

- etapa 8 - malat - oxalilacetat (1 mol NADH +H+) = 3 moli ATP

TOTAL 12 moli ATP

-Ciclul lui Krebs este compus din 8 etape



-Ciclul lui Krebs este compus din 8 etape

-Are loc oxidarea deplină a acetil-CoA, rezultată din metabolismul glucidelor,

lipidelor şi proteinelor, până la CO2 şi H2O cu eliberarea de energie

-Ciclul ATC este un proces puternic exergonic şi reprezintă o sursă principală

de formare a energiei în organism; Aspectul caracteristic al ciclului este că energia care se formează în cursul

reacţiilor se degajă în mod treptat;

O parte însemnată de energie se înmagazinează în legăturile macroergice ale

diverşilor compuşi macroergici (ATP, CoASH, GTP) şi va contribui la procesele

de sinteză din organism;

Ciclul ATC are o contribuţie deosebită la sinteza unor compuşi de o mare

însemnătate:

- din acetil CoA, sintetizată în exces, se pot forma acizii graşi;

- din acidul α-cetoglutaric – acid glutamic şi ulterior glutamină;

- din acizii malic şi oxalilacetic – glucoză;

- din acidul oxalilacetic – acid aspartic;

La nivelul ciclului ATC se stabilesc interelaţii metabolice între principalii

constituenţi ai materiei vii: glucide lipide proteine;

Biochimie-curs 13 Metabolism

Documents

Transcript of Biochimie-curs 13 Metabolism