Curs 2: •GLUCIDE - aspecte generale

•GLICOLIZA

•Ciclul acidului LACTIC ( ciclul CORI)

•Căi alternative ale PIRUVATULUI

GLUCIDE - aspecte generale

1. Definiţie, roluri

2. Clasificare, structură, proprietăţi, izomerie

3. Digestia, absorbţia şi transportul glucidelor

4. Importanţa medicală

1. Glucide: definiţie, roluri Def.: Conţin C, H, O, alte elemente;

cele mai abundente molecule organice, prezente la plante şi la animale.

Glucide = Carbohidraţi, formula empirică (CH2O)n

Roluri:

• furnizează energie (rol energetic):

– 1 g glucide → 4 kcal

– 65-75% din necesarul zilnic de calorii.

• sursă de pentoze pt. sinteza ADN / ARN / ATP

• Sinteză de vit. B2 și B12

• componente ale membranelor celulare (rol structural)

• stimulare a peristaltismului intestinal (celuloză)

• comunicarea intercelulară

• formă de stocare a surplusului energetic

2. Glucide: clasificare

2. Glucide: structură Monozaharide:

– Aldoze = conţin gruparea aldehidică

• ex. gliceraldehida

– Cetoze = conţin gruparea cetozică

• ex. dihidroxiacetona, fructoza, xiluloza

• au formula generală (CH2O)n, n≥3

• Monozaharidele ≥ 5 atomi de C au structuri predominant ciclice

• În funcție de numărul de atomi de C, monozaharide sunt denumite:

– trioze (C3: ex. gliceraldehida),

– tetroze (C4: ex. eritroza),

– pentoze (C5: ex. riboza),

– hexoze (C6: ex. glucoza), etc.

Glucide: structură • Aldoze

H C OH

C

CH2 OH

O

H

D-Gliceroaldehida

H C OH

C

O

H

H C OH

H C OH

CH2 OH

Riboza 2-Dezoxiriboza

H C H

C

O

H

H C OH

H C OH

CH2 OH

H C OH

C

O

H

HO C H

H C OH

CH2 OH

H C OH

C

O

H

HO C H

H C OH

CH2 OH

H C OH

HO C H

Glucoza Manoza Galactoza

H C OH

C

O

H

HO C H

CH2 OH

H C OH

HO C H

trioze pentoze hexoze

• Cetoze

CH2 OH

C O

CH2 OH

Dihidroxiacetona

HO C H

CH2 OH

H C OH

C O

CH2 OH

H C OH

Fructoza

trioze hexoze

Glucide - structură

• sub 1% din monozaharidele cu > 5 C au formă liniară (aciclică);

• majoritatea au configuraţie inelară (ciclică) prin interacţiunea dintre

gruparea aldehidică (sau cetozică) cu un radical alcoolic al aceluiaşi glucid

• Valenţele fiind egale – formule de perspectivă (forma piranozică /

furanozică)

PIRANOZA:

compus inelar

hexa-atomic

FURANOZA:

compus inelar

penta-atomic

Glucide - structură

• Glucoza – se întâlneşte mai rar în forma furanozică

• Fructoza se găseşte în formă furanozică

O

HO

HO H2C

OH

OH H

H

-fructofuranoza -fructofuranoza

H

CH2 OH1

2

34

5

6

OHO H2C

OH

OH

H H

H

CH2 OH1

2

34

5

6

HO

2. Glucide - proprietăţi

• Statusul atomului de oxigen legat de atomul anomeric (fostul C carbonilic) dictează caracterul reducător sau nereducător al unui glucid, restul grupărilor OH nefiind implicate

• testele colorimetrice ce utilizează reactivi cromogeni detectează prezenţa glucidelor în urină

• Identificarea exactă a glucidului necesită teste adiţionale specifice

2. Glucide - izomerie - Izomeri: compuşi cu formule chimice identice, dar

cu structuri chimice diferite

– Ex. C6H12O6: Fruc, Glu, Gal şi Man

- Izomerii care diferă doar prin orientarea spaţială a atomilor din structură = STEREOIZOMERI:

1. Enantiomeri – stereoizomeri cu structura în oglindă

– Ex. D (dextro) şi L (levo) gliceraldehida (C2 asimetric)

– Gruparea –OH care dă apartenenţa la seria L sau D este gruparea alcoolică primară (de la C2 asimetric)

– Toate glucidele naturale aparţin seriei D

– Dacă există mai mulţi atomi C asimetrici, poziţia grupării –OH de la ultimul carbon asimetric este referinţa pentru numirea izomerilor D sau L (ex. D-Glu, L-Glu)

2. Diastereoizomeri – stereoizomeri fără structură în oglindă (ex. D-Glu, D-altroza)

Glucide - izomerie • EPIMERI: izomeri care diferă

prin configuraţia unui singur atom de C

– (ex. Glu şi Gal: epimeri la C4)

• α şi β ANOMERI (în cazul monozaharidelor ciclice): diferă prin poziţia relativă a grupării –OH legate de C1 (pentru aldoze) sau C2 (pentru cetoze)

– ex. α Glucoza – -OH de la C1 este trans faţă de -CH2OH de la C5

– β Glucoza – -OH de la C1 este cis faţă de –CH2OH de la C5

Glucide – structură (Dizaharidele)

• Dizaharidele: formate din 2 molecule de

monozaharide unite prin legături

glicozidice

• Celobioza - unitatea dizaharidică a

celulozei; este formată din 2 molecule

de β-glucoză legate 1-4

– Nu poate fi utilizată de om în scop

energetic

– Măreşte peristaltismul intestinal

• Maltoza – unitatea dizaharidică a

amidonului; este formată din 2 molecule

de α-glucoză legate 1-4

CH2 OH

OH

OH H

HHO

H

H

H

CH2 OH

OH

OH H

HO

H

H

H OH

Celobioza

O O

CH2 OH

OH

OH H

HHO

H

H H

CH2 OH

OH

OH H

HO

H

H H

OH

Maltoza

O O

Glucide – structură (Dizaharidele)

• Lactoza: formată din β-

galactoză şi α-glucoză

• Digestia: hidrolizată de β-

galactozidaze; dacă lipsesc

nu se tolerează laptele

• Normal:

– Lactoza → glucoză şi galactoză

– Glucoza → glicoliză

– Galactoza → glucoză

CH2 OH

OH

OH H

H

HO

H

H H

CH2 OH

OH

OH H

HO

H

H H

OH

Lactoza

OO

• absenţa enzimelor → galactozemie esenţială

Glucide – structură (Dizaharidele)

• Zaharoza: formată din α-

glucoză şi β-fructoză

• glucid de bază a

alimentaţiei (îndulcire)

• Hidroliza este produsă

de o α-glucozidază (nu

există o zaharază)

• Sucroza: formată din α-

glucoză şi β-fructoză

HO H2C

OH

H

H

H

Zaharoza

HOCH2 OH

CH2 OH

OH

OH H

H

H

H H

HO

O

O

O

3. Digestia glucidelor

- Digestia carbohidraţilor alimentari se desfăşoară în:

○ cavitatea orală

○ intestin

• Procesul are loc rapid şi se încheie când chimul

gastric ajunge la joncţiunea duodeno-jejunală

• Enzime implicate:

○ Endoglicozidazele: hidroliza oligo- şi polizaharidelor

○ Dizaharidazele: hidroliza dizaharidelor

○ Glicozidazele specifice: hidroliza legăturilor glicozidice

Digestia glucidelor • Amilază salivară hidrolizează legăturile α (1-4),

digerând parțial amidonul și glicogen la

dextrine și câteva molecule de maltoză

– α- amilaza salivară este inactivată de

aciditatea gastrică locală

– Celuloza nu poate fi digerată- legături β (1-4)

– Rezultă oligozaharide cu legături α (1-6) sau

dextrine scurte, maltotrioze, dizaharide

rezistente la actiunea α- amilazei

• Amilază pancreatică transformă amidonul,

glicogenul și dextrinele → maltoză

• Maltaza, lactaza şi sucraza (sintetizate la nivelul

feţei luminale a marginii în perie a celulelor

mucoasei intestinale) hidrolizează dizaharidele

corespunzătoare la Glu, Fru și Gal.

3. Absobţia glucidelor

Absorbţia monozaharidelor: în duoden şi jejun superior. Insulina nu este

necesară pentru absorbţie

A. Simplă: pasiv; ex.: pentoze şi fructoza

B. Activă: are nevoie de transportor proteic sau pompă de Na (consumă ATP)

B.1. Difuzie independentă de Na+, cu ajutorul proteinelor transportoare de glucoză (GLUT 1 .... GLUT14)

– GLUT 1 -abundent în eritrocitele, creier

– GLUT 2 - ficat și celulele β pancreatice

– GLUT 3 -specific pentru neuroni

– GLUT 4 -ţesutul adipos şi musculatura

scheletică. Insulina ↑ numărul GLUT-4

– Alte GLUT sunt implicate în transportul

de Glu din țesuturi la sânge

3.Transportul glucozei către celule

B.2. Sistemul co-transportor Na+-dependent. Se realizează independent pe gradientul de concentrație, cu ajutorul SGLT (transportor de sodiu-glucoză)

– Acest tip de transport are loc în intestin, tubii renali si plexul coroid.

– Transportă Glu, Gal în enterocite

Glu, Gal şi Fru sunt transportate din celulele mucoasei intestinale în circulaţia portală cu GLUT-2

Soarta glucozei după absorbţie

• Oxidare în principal prin glicoliză și ciclul Krebs în CO2 și H2O, cu eliberare de energie stocată în ATP.

• Sinteza altor carbohidraţi:

– Pentoză prin șuntul pentozelor

– Acid glucuronic prin calea acidului uronic

– Galactoză și lactoză

– Mucopolizaharide

• Excesul este transformat în glicogen prin glicogeneză

• Un exces marcat de glucoză, duce la stocarea lipidelor prin lipogeneză

• Sinteza aminoacizi neesențiali din intermediarii de glucoză.

4. Importanţa medicală

- Glucoza – absolut necesară organismului

– Nivelul glucozei în sânge = glicemie

– Interval biologic de referinţă: 70-105 mg/dl (→100 mg/dl)

– Valori ↓= hipoglicemie; valori sub limita inferioară – coma

hipoglicemică

– Valori ↑= hiperglicemie; se întâlnesc în diabet zaharat

- Excesul = depus sub formă de glicogen (glicogenogeneză)

- Mobilizarea Glu din depozite = glicogenoliză

Importanţa medicală

- tulburări ale depozitării sau mobilizării Glu →

glicogenoze

- Glu = substrat energetic major pentru SNC.

Când rezerva de Glu a ficatului este epuizată →

gluconeogeneză

- Concluzie: prin glicogenogeneză, glicogenoliză şi

gluconeogeneză – aportul de Glu este continuu

GLICOLIZA

Calea Embden–Meyerhof

1. Definiţie, localizare, generalităţi

2. Glicoliza: etape, reacţii, reglare

3. Bilanţ energetic

Otto Fritz Meyerhof 1884-1951

1922– Premiul Nobel

Gustav Embden

1874-1933

1. Glicoliza – definiţie, localizare

• Definiţie: secvenţă de reacţii enzimatice prin

care, în aerobioză, 1 moleculă Glu (6C) → 2

molecule piruvat (3C) şi metaboliţi

intermediari utilizaţi în alte căi metabolice

• Cale metabolică importantă: furnizează

energie (ATP)

~120 g Glu/zi sunt utilizate de creierul adultului pentru necesarul de ATP

• Localizare: toate celulele, citosol

Glicoliza - generalităţi

• Glicoliza aerobă:

– secvenţă de 10 reacţii: produs final = Piruvat (Py)

– Furnizează energie (2 ATP şi 2 NADH)

– Localizare: celule care deţin mitocondrii şi aport adecvat de O2

– O2= indispensabil reoxidării NADH rezultat din oxidarea GA-3P

– pregăteşte teren pentru decarboxilarea oxidativă Py→ acetil-CoA (sursă de energie a ciclului Krebs)

– Prin metabolizarea acetil-CoA la nivelul ciclului Krebs şi a lanţului respirator mitocondrial rezultă 36 sau 38 moli ATP / 1 mol Glu

Glicoliza - generalităţi

• Glicoliza anaerobă:

• secvenţă de 11 reacţii:

produs final = Lactat

(←reducerea Py)

• permite sinteza de ATP

(2 ATP / 1 moleculă Glu)

în ţesuturi cu aportul de

O2 insuficient

Ţesuturi dependente de glicoliză

pentru furnizarea ATP

• Hematii, cornee, cristalin şi anumite regiuni ale retinei

– nu deţin mitocondrii (lactatul = produs final al glicolizei)

• Rinichi (medulara), testicule, leucocite si fibre

muscular netede – conţin puţine mitocondrii (aproape

total dependente de glicoliză ca sursă de ATP)

• La adulţii sănătoşi, aceste ţesuturi consumă

aproximativ 40 g Glu / zi pentru producerea ATP

• Sursa majoră de ac. lactic în sânge = hematiile şi

muşchii

2. Glicoliza – etape

Glucoza

2ATP

2ADP + 2Pi 1. Etapa consumatoare de ATP (5 reacţii)

Gliceroaldehid-3-fosfat (GAP) Dihidroxiacetonfosfat (DHAP)

2ADP

2ATP 2. Etapa producătoare de ATP (ultimele reacții)

Acid piruvic

În prezenţa mitocondriilor şi a O2

LDH Acid lactic

În absenţa mitocondriilor şi/sau a O2

2. Glicoliza – reacţii

• Toţi intermediarii glicolizei (de la Glu la Py) sunt fosforilaţi

• Gruparea fosfat a intermediarilor glicolizei are 2 roluri:

1. Menținerea moleculelor energetice în celulă (compuşi hidrofili)

- cu un grup polar negativ sunt incapabili să traverseze

membrana celulară prin simpla difuziune la pH-ul fiziologic.

2. interacţiunea enzimă-substrat mai bună

Glicoliza – reacţii

• Primele 5 reacţii (etapa

consumatoare de ATP):

1. Fosforilarea Glu → G-6-P

2. Izomerizarea G-6-P ↔ Fr-6-P

3. Fosforilarea Fr-6-P → Fr-1,6- BP

4. Scindarea Fr-1,6- BP ↔ GA-3P +

DHAP

5. Izomerizarea DHAP ↔ GA-3P

(interconversiunea triozo-fosfaţilor)

Glicoliza – reacţii

1. Fosforilarea glucozei (Glu → G-6P) Consumatoare de ATP

OH

CH2 OH

OHOH H

HHO

H

H

OH

G G 6 P

OH

CH2 O P

OHOH H

HHO

H

H

OH

ATP ADP

Mg2+

HK, GK

Enzime implicate: izoenzimele hexokinazei (una dintre cele 3 enzime

reglatoare ale glicolizei alături de fosfofructokinază şi piruvat-kinază)

Kinazele - sunt de obicei implicate în reacţii ireversibile

Mg2+ este indispensabil în toate fosforilările

Glicoliza – reglare

Hexokinaza (HK)– prezentă în toate ţesuturile

• specificitate largă pt substrat (fosforilează diverse hexoze, nu doar Glu)

• prima enzimă alosterică a glicolizei

• Reglare: inhibată prin mecanism feed-back de produsul final de

reacţie G-6-P (se acumulează când rata de metabolizare scade)

• Km ↓ pt Glu (are afinitate ↑ pt Glu)

• Vmax ↓ pt Glu (nu poate reţine hexozele fosforilate în interiorul

celulei şi nu poate fosforila o cantitate de glucide > decât necesarul)

Glicoliza – reglare

Glucokinaza (GK) (hexokinaza D sau IV)

– prezentă în ficat şi în celulele β pancreatice

– principala enzimă care asigură fosforilarea Glu

– Specificitatea pt S similară izoenzimelor HK

– Km ↑ pt Glu (are afinitate ↓ pt G)

– Km GK >> Km HK

Reglare:

– nu este inhibată alosteric de G-6-P

– este inhibată indirect de Fr-6-P (în echilibru cu

G-6-P)

– stimulată de insulină

– stimulată indirect de Glu, prin intermediul

proteinei reglatoare a GK (GKRP)

Glicoliza – reglare

Glucokinaza Roluri - intervine în controlul homeostaziei Glu

plasmatice prin:

– În celulele β pancreatice

• detector de Glu

• determină pragul secreţiei de insulină

– în ficat

• reduce glicemia din perioada de absorţie (GLUT-2)

• permite ficatului să elimine eficient fluxul masiv de Glu

adus prin sângele portal după alimentaţie

• previne supraâncărcarea cu Glu a circulaţiei sistemice

Glicoliza – reacţii

2. Izomerizarea G-6-P ↔ Fr-6-P

• Enzima implicată: fosfohexoizomeraza (fosfoglucoizomeraza)

• Reacţia este complet reversibilă

• Nu constituie o etapă limitantă de viteză

O

HO H

OH

H

H

OHP O H2C

CH2 OH

OH

CH2 O P

OHOH H

HHO

H

H

OH

PHI

G 6 P Fr 6 P

Glicoliza – reacţii 3. Fosforilarea Fr-6-P → Fr-1,6-BP

Consumatoare de ATP

• Enzima implicată:

Fosfofructokinaza-1 (PFK-1)

– enzimă “cheie” (a 2-a enzimă

alosterică a glicolizei)

Cea mai importantă etapă

limitantă de viteză a

glicolizei

O

HO H

OH

H

H

OHP O H2C

CH2 OH

Fr 6 P

PFrK

ATP

Mg2+

O

HO H

OH

H

H

OHP O H2C

CH2 O P

Fr 1,6 BP

ADP

REGLAREA activităţii PFK-1

• prin rezerve energetice intracelulare:

– Inhibată:

• cantităţi ↑ ATP (semnal energogen)

• citrat (intermediar ciclu Krebs)

– Activată: • AMP (marker al epuizării

rezervelor energetice celulare)

• Fr-2,6-BP (fructozo-2,6-bisfosfat):

– cel mai puternic activator al PFK-1 activând-o şi în prezenţa unor cantităţi crescute de ATP

Glicoliza - reglare

REGLAREA activităţii PFK-1

• Fr-2,6-BP se formează sub

acţiunea PFK-2 (≠ PFK-1)

• PFK-2 dublă activitate:

Reglarea exercitată de Fr-2,6-BP

• Fr-2,6-BP inhibă Fr-1,6-BP-

aza, enzima implicată în

gluconeogeneză

• kinazică (PFK-2 = asigură conversia Fr-6-P → Fr-2,6-BP)

• fosfatazică (Fr-2,6-BP-aza = asigură retroconversia Fr-2,6-BP →Fr-6-P)

Reglarea exercitată de Fr-2,6-BP - continuare

• Acţiunea reciprocă a Fr-2,6-BP de

activare a glicolizei şi de inhibare a

gluconeogenezei împiedică crearea unui

ciclu inutil (Glu → Py în paralel cu Glu ← Py)

• Există un control hormonal asupra PFK-2 / Fr-2,6-BP-aza :

Postprandial:

• ↓[Glucagon] şi ↑[insulină]→ stimularea PFK-2 , deci ↑ [Fr-2,6-BP],

cu activarea glicolizei

• Fr-2,6-BP= semnal intracelular ce indică prezenţa unei ↑[Glu]

à jeun:

• ↑[Glucagon] şi ↓[insulină]→ stimularea Fr-2,6-BP-aza, deci ↓ [Fr-

2,6-BP] intrahepatocitar cu ↓ ratei globale a glicolizei

Glicoliza – reacţii 4. Scindarea Fr-1,6- BP ↔ GA-3P + DHAP

Enzima implicată: aldolaza

• Transformarea Fr-1,6-BP în triozo-fosfaţi: dihidroxiacetonfosfat (DHAP) şi

gliceraldehid-3-fosfat (GA-3P sau GAP)

• reacţie reversibilă şi necontrolată

HO C H

H C OH

C O

H C OH

CH2 O P

CH2 O P

Fr 1,6 BP

89%

C O

CH2 OH

CH2 O P

96%

DHAP

Aldolazã

H C OH

C

O

H

CH2 O P

4%

GAP

11%TIM

Glicoliza – reacţii

5. Izomerizarea DHAP ↔ GA-3P

(Interconversiunea triozo-fosfaţilor)

Enzima implicată: triozofosfatizomeraza (TIM)

• Numai GA-3P este degradat în faza a II-a a glicolizei

• DHAP este utilizat după conversia la GA-3P

HO C H

H C OH

C O

H C OH

CH2 O P

CH2 O P

Fr 1,6 BP

89%

C O

CH2 OH

CH2 O P

96%

DHAP

Aldolazã

H C OH

C

O

H

CH2 O P

4%

GAP

11%TIM

Glicoliza – reacţii • Ultimele 5 reacţii (etapa producătoare

de energie)

– Formează Py (sau lactat în anaerobioză)

– Generează 2 ATP pt. fiecare moleculă GA-3P

6. Oxidarea GA-3P ↔ 1,3-BPG (1,3 bifosfoglicerat)

7. Sinteza 3- PG (transferul grupării fosfat pe

ADP cu sinteza de ATP)

8. Izomerizarea 3- PG ↔ 2-PG (translocarea

fosfatului de pe C 3 pe C 2)

9. Deshidratarea 2- PG ↔ PEP (fosfoenolpiruvat)

10. Sinteza Py (transferul fosfatului de pe

PEP pe ADP cu formare de ATP)

Glicoliza – reacţii

• Enzima implicată:

GAPDH

(gliceroaldehidfosfat

dehidrogenaza)

• prima reacţie de

oxidoreducere a

glicolizei →

formarea NADH, H+

• Reacţia – mai multe

etape

6. Oxidarea GA-3P ↔ 1,3-BPG

H C OH

C

O

H

CH2 O P

GAP

HS-Enz-NAD+

H C OH

C

OH

H

CH2 O P

ES I

S Enz NAD+

H C OH

C

CH2 O P

S Enz NADH,H+

ES II

(contine o legãturã )

O

GAPDH

H C OH

C

CH2 O P

ES III

S Enz NAD+ O NAD+

NADH,H+

H C OH

C O P

CH2 O P

Acid 1,3-bisfosfogliceric

(Acid 1,3-BPG)

O

HS-Enz-NAD+

Pa

Glicoliza – reacţii

7. Sinteza 3-PG

(transferul grupării fosfat pe ADP cu sinteza de ATP)

Enzima implicată: fosfogliceratkinaza (PCK)

• Este prima fosforilare oxidativă legată de substrat din glicoliză (energia

conservată în substrat este transferată pe ADP cu formare de ATP)

• reacţie reversibilă

Ciclu Rapaport-Leubering (şuntul 2,3-DPG)

• Serveşte ca mecanism de disipare

a excesului de energie produs în

hematii

• 1,3-DPG ↔ 2,3-DPG (conţine

grupare fosfat cu energie mai mică)

• 2,3 DPG ↔ 3-PG (poate continua

reacţiile glicolizei)

• Importanţa 2,3-DPG:

- modulator al afinităţii Hb pentru O2 (se

leagă de deoxiHb, împiedică legarea

O2 de Hb, deci previne hipoxia tisulară

prin disponibilitatea crescută de O2

pentru ţesuturi)

!! 2,3-DPG scade

afinitatea Hb

pentru O2

(stabilizează

starea T),

favorizând

oxigenarea

țesuturilor

Ciclu Rapaport-Leubering (şuntul 2,3-DPG)

• Aplicaţie medicală:

- în deficienţa de PK (piruvatkinază) → ↑ nivel 2,3-DPG

(afinitatea Hb faţă de O2 < decât în mod normal; → o

mai bună oxigenare a ţesuturilor).

- în deficitul HK (hexokinază) → ↓ nivel 2,3-DPG cu

70% din normal (afinitatea Hb faţă de O2 > decât în

mod normal; → eliberare mai dificilă a O2 către

ţesuturi

Glicoliza – reacţii

8. Izomerizarea 3- PG ↔ 2- PG

(Translocarea fosfatului de pe C 3 pe C 2)

Enzima implicată: fosfogliceromutaza (PGM)

H C OH

C

O

OH

CH2 O P

Acid 3-PG

H C O P

C

O

OH

CH2 O P

Acid 2,3-BPG

PGM GM

(fosforilatã)

PGM GM

(defosforilatã)

H C O P

C

O

OH

CH2 OH

Acid 2-PG

Glicoliza – reacţii 9. Deshidratarea 2- PG ↔ PEP (fosfoenolpiruvat)

• Enzima implicată: enolaza (puternic inhibată de fluor)

• PEP ce conţine o grupare enol-fosfat macroergică

• Reacţia este reversibilă în pofida caracterului macroergic al produsului

H C O P

C

O

OH

CH2 OH

Acid 2-PG

C O P

C

O

OH

CH2

PEP

Enolazã

H2O

Glicoliza – reacţii

10. Sinteza Py (transferul fosfatului de pe PEP pe ADP)

Enzima implicată: piruvatkinaza (PK)

• A doua reacţie de fosforilare oxidativă legată de substrat

• Reacţie ireversibilă

C O P

C

O

OH

CH2

PEP

PK

ADP ATP

C OH

C

O

OH

CH2

Acid enol piruvic

C O

C

O

OH

CH3

Acid piruvic

Reglarea activităţii PK

1. Reglarea prin conexiune

directă (feed- forward) :

– La nivel hepatic, PK este

activată de Fr-1,6-BP (produsul

reacţiei catalizate de PFK-1)

– Reglarea feed- forward este

diferită de mecanismul

feedback, determinând cuplarea

celor două kinaze:

○ ↑ activităţii PFK-1 → ↑ [Fr-1,6- BP],

care activează PK

Glicoliza -reglare

Reglarea activităţii PK 2. Modularea covalentă :

• Fosforilarea unei protein-kinaze AMPc-

dependente → inactivarea PK hepatice,

mecanism declanşat de hipoglicemie

(glucagonul stimulează ↑ [AMPc])

• PEP nu mai participă la reacţiile glicolizei

şi pătrunde în circuitul gluconeogenezei;

glucagonul inhibă glicoliza hepatică şi

stimulează gluconeogeneza

• Defosforilarea PK sub acţiunea unei

fosfoprotein- fosfataze determină

reactivarea enzimei

Concluzie: PK activată de F-1,6-BP şi

inhibată de ATP şi alanină

Deficienţă congenitală (AR) care conduce

la anemie hemolitică cronică

• ↓ numărul eritrocitelor datorită scăderii

aportului energetic;

• eritrocitele nu îşi menţin integritatea

peretelui celular datorită dezechilibrului

ionic → hemoliza celulară.

• Eritrocitele devin rigide şi deformate

• Există o marcată reticulocitoză şi

poikilocitoză

Deficienţa de PK

• Manifestări clinice: icter la nou-născuţi, splenomegalie

• Tratament: transfuzii de sange şi splenectomie;

• ! Poate apărea litiază biliară şi hemosideroză de la transfuzii multiple

Glicoliza – reacţii 11. Formarea acidului lactic (anaerobioză)

Enzima implicată: lactatdehidrogenaza (LDH)

Reducerea Py la lactat are loc la nivelul structurilor slab vascularizate /

lipsite de mitocondrii

C O

C

O

OH

CH3

Acid piruvic

NAD+NADH,H+

LDH

H C OH

C

O

OH

CH3

Acid lactic

Glicoliza – reglare

La nivelul enzimelor reglatoare = alosterice

– Hexokinaza (HK), glucokinaza (GK)

– Fosfofructokinaza1 (PFK1)

– Piruvat kinaza (PK)

• PFK este considerată peacemaker-ul glicolizei.

• De ce PFK este mai importantă decât HK?

– Pe lângă glicoliză, G-6-P este intermediar şi al altor căi metabolice, de

aceea inhibarea HK va conduce la inhibarea şi a celorlalte căi.

– Prima reacţie ireversibilă caracteristică glicolizei este reacţia

catalizată de PFK. Deci, alterarea activităţii PFK va influenţa

activitatea doar a unei căi metabolice (glicoliza).

Glicoliza – reglare Modalităţi de reglare:

Pe perioade scurte (min→ore):

• Activare / inhibiţie alosterică (vezi slide-uri

anterioare pentru reglarea HK/GK, PFK, PK)

• Fosforilarea / defosforilarea enzimelor

limitante de viteză (vezi slide-uri anterioare

pentru reglarea HK/GK, PFK, PK)

Pe perioade mai lungi (ore →zile):

• Hormonal: insulina, glucagon (produc ↑

de 20-30 ori a activităţii enzimatice)

• Insulina sau mesele bogate în glucide

activează transcripţia genică precum şi ↑

[GK], [PFK] şi [PK] la nivel hepatic cu

activarea glicolizei

3. Glicoliza – bilanţ

energetic

• 1. Etapa consumatoare de ATP (reacţia globală):

Glu + 2ATP => 2Trioze fosforilate + 2ADP + 2Pi

• 2. Etapa producătoare de ATP (reacţia globală): 2Trioze fosforilate + 4ADP + 2NAD+ => 2Piruvat + 4ATP +

2NADH (aerobioză)

2Piruvat + 2NADH => 2Lactat + 2NAD+ (anaerobioză)

• Bilanţ net al glicolizei: • glicoliza aerobă (piruvat) → 2 ATP, 2 NADH

• glicoliza aerobă urmată de ciclul citric şi lanţ

respirator → 36-38 ATP

• Glicoliza anaerobă (lactat) → 2 ATP

Glicoliza – bilanţ energetic Glucozã

2ATP

anaerobiozã aerobiozã

Piruvat Piruvat

Lactat Acetil-CoA

decarboxilare

oxidativã

Ciclul

Krebs3NADH,H+

1FADH2

2CO2

38ATP lant

respirator

Glicoliza = sursă de intermediari metabolici

Precursori din glicoliză Intermediari metabolici formaţi

DHAP (dihidroxiacetonfosfat) Glicerol-3-fosfat (sinteza TG, PL)

3-PG (3 -fosfoglicerat) Serina

Piruvat Glucoză, acetil-CoA (sinteză AG,

corpi cetonici), alanina

(transaminare), etanol (fermentaţie

alcoolică la levuri)

PEP (fosfoenolpiruvat) Fenilalanină, tirozină, triptofan

G-6-P (glucozo-6-fosfat) Glicogen, riboză, glucuronat

(detoxifiere), mucopolizaharide,

vitamina C (nu la om)

Ciclul Cori (ciclul acidului lactic) • Sinteza musculară de lactat este favorizată

de ↑ raportului NADH/ NAD + (când se

depăşeşte capacitatea oxidativă a lanţului

respirator – ex. în efort muscular intens)

• În efort fizic intens, lactatul se acumulează

în muşchi şi determină ↓ pH celular →

crampe musculare

• Cea mai mare parte a lactatului difuzează în

sângele circulant fiind utilizat:

– hepatic pt sinteza Glu (prin gluconeogeneză)

– fie oxidat în ciclul Krebs

• Muşchiul cardiac = singurul capabil să

oxideze Lactat→ CO2+H2O prin ciclul

Krebs

Ciclul Cori

Acidoza lactică

= ↑[lactat] ce însoţeşte colapsul circulator din

○ infarctul miocardic

○ embolia pulmonară

○ hemoragiile necontrolate

○ şoc

• Excesul de oxigen necesar recuperării după o perioadă în

care aportul de oxigen a fost inadecvat = "datorie de oxigen"

• Lactacidemia permite depistarea rapidă a datoriei de oxigen

şi permite monitorizarea recuperării pacientului cu şoc

Căi alternative ale piruvatului

A. Decarboxilarea oxidativă cu formare de acetil-CoA

B. Reducerea la acid lactic

C. Formarea oxaloacetatului

D. Formarea alaninei

E. Formarea etanolului

Utilizarea piruvatului • Utilizarea Py depinde de nevoile tisulare:

– interprandial: Py direcţionat → GNG

– postprandial: Py rezultat din glicoliză

este utilizat via acetil-CoA la sinteza

acizilor graşi

C O

COOH

Alaninã

CH3

Acid lactic

NAD+NADH,H+

LDH

OAA Acid aspartictransaminare

transaminare

carboxilare

decarboxilare

oxidativã

CH3 CO~SCoA

Sinteza

acizilor grasi Sinteza

de colesterol

Procese de

conjugare

Ciclul

citric

Lant

respirator ATP,

,

A. Decarboxilarea oxidativă cu formare

de acetil-CoA • Are loc în aerobioză

(importantă în ţesuturile cu capacitate oxidativă crescută -ex. miocard)

• Complexul piruvat- dehidrogenazei (PDH) asigură conversia ireversibilă a Py → acetil- CoA (principalul combustibil al ciclului Krebs şi elementul esenţial al sintezei AG, colesterol, corpi cetonici)

• Are loc în mitocondrii

Complexul PDH Localizare: matricea mitocondrială

Conţine:

• 3 enzime:

E1. PDH (în unele tratate piruvat decarboxilaza) are ca grupare activă (coenzimă) tiaminpirofosfatul (TPP)

E2. DHLTA (dihidrolipoil transacetilaza) cu gruparea activă acidul lipoic, necesită prezenţa CoA

E3. DHLDH (dihidrolipoil dehidrogenaza) conţine FAD (flavin adenin dinucleotidul), necesită prezenţa NAD+.

• 5 coenzime:

1. TPP (tiamin pirofosfat)=coenzima derivată din vit. B1

2. Acidul lipoic (derivat din ALA)

3. CoASH = coenzima A, derivată din acidul pantotenic (un membru al complexului de vit. B)

4. FAD = Flavin adenin dinucleotid, o coenzimă derivată din vit. B2 (riboflavina)

5. NAD = nicotinamid adenin dinucleotid, o coenzimă derivat din acidul nicotinic (un membru al complexului de vit. B)

• o proteinkinază

Reglarea complexului PDH

• formă fosforilată = formă inactivă

• formă defosforilată = formă activă

• Activarea complexului PDH este coordonată de PDH fosfataza

– stimulată de Mg2+, Ca2+ și insulină

• Pentru inactivarea complexului PDH este responsabilă PDH kinaza:

– inhibată de piruvat şi scăderea raportului ATP-ADP

– stimulată de produşii de reacţie: excesul de acetil COA şi NADH + H+, precum și de creşterea raportului ATP / ADP.

Deficitul de PDH

• Deficitul E1 (X-linkat dominant) din complexul PDH = cea mai frecventă cauză de acidoză lactică congenitală

• Blochează conversia Py→acetil-CoA, rezultând o şuntare a Py → lactat

• Acest şunt determină: – Tulburări cerebrale (SNC depinde de c. Krebs ca sursă

principală de energie, deosebit de sensibil la acidoză)

– Spasticitate musculară

– Moarte prematură

• Nu există tratament

Mecanismul intoxicaţiei

cu arsenic A. Arsenic (forma trivalentă) formează un

compus stabil cu grupările –SH ale acidului lipoic → devine inaccesibil în rol de coenzimă

• Complexul PDH este inhibat de arsenic și de deficienţa de tiamină (vit B1). In aceste condiții, Py se va acumula.

B. Arsenicul pentavalent împiedică formarea:

• ATP si NADH în calea glicolizei (fără a inhiba

direct această cale):

– Arsenicul intră în competiţie directă cu fosfatul

anorganic ca substrat al GA-3P-DH

(gliceraldehid-3-fosfat-dehidrogenazei), formând

un complex care hidrolizează spontan cu

formare de 3-PG

– Prin scurtcircuitarea sintezei şi a defosforilării

moleculei de 1,3- DPG, celula este privată de

energia produsă în cursul glicolizei

B. Reducerea la acid lactic • Are loc citoplasmatic, în anaerobioză

Enzima implicată: lactatdehidrogenaza (LDH)

Reducerea Py la lactat are loc la nivelul structurilor slab vascularizate /

lipsite de mitocondrii (hematii, leucocite, cristalin, cornee, testicule)

C O

C

O

OH

CH3

Acid piruvic

NAD+NADH,H+

LDH

H C OH

C

O

OH

CH3

Acid lactic

C. Formarea oxaloacetatului

• Py este carboxilat la OAA sub

acţiunea piruvat carboxilazei

(biotin dependentă)

• Reacţia are loc la nivel

mitocondrial şi este

ireversibilă

• OAA = important în reglarea

glicolizei. Excesul de OAA:

– inhibă glicoliza

– stimulează gluconeogeneza

D. Formarea alaninei

• Reacție de transaminare

• Enzima implicată: ALAT (ALT,GPT) = alanin

aminotransferaza

E. Formarea etanolului

• Py este redus la etanol sub acţiunea piruvat decarboxilazei

• Are loc în citoplasmă şi este dependentă de TPP (tiaminpirofosfat)

• Doar ciupercile și alte microorganisme transformă glucoza în

etanol şi CO2 în două etape: