Metabolism Energetic 2

download Metabolism Energetic 2

of 59

Transcript of Metabolism Energetic 2

Inhibitori ai LR Decuplani ai LR Lanuri transportoare de electroni necuplate cu fosforilarea oxidativ Specii reactive ale oxigenului Reoxidarea NADH citosolic Metabolismul hidrailor de carbon Digestia i absorbia glucidelor NADH FPN CoQ cit. b cit. c1 cit. c cit. a-a3O2 - 0,32 V + 0,04 V + 0,25 V + 0,82 VFPSSuccinatFPS (FAD)Fe-SComplex II(Succinat - CoQ reductaz)SuccinatNADH + H+FPN (FMN)Fe - SComplex I(NADH - CoQ reductaz)CoQcit.bK, bT, c1Fe - SComplex IIICoQH2 - cit. c reductazcit. ccit. a-a3CuComplex IVCitocrom c oxidazO2AH2 NAD+ FPH2 2Fe3+ H2OA NADH FP 2Fe2+1/2O2H+ H+2H+ 2H+SpatiuintermembranarMembranainternmitocondrialFMNNADH (2e-)NAD+OxaloacetatMalatCit.a-a3(Cu)Cit.cCoQFe-SCit. bCit.c12e-FADH2Fe-SFe-SSuccinatFumaratMatrix mitocondrial + ++ +++nH+nH+nH+-----1/2O2H2O- - - - -+ + + + +ATPsintazaH+ADP + PiATPATPATP-ADPantiportADPMembrana internmitocondrialInteriorExteriorH+ATPADP+Pio|oo||ATP Energia degajat n L.R. se calculeaz dup relaia: Reacia global de reoxidare a NADH+H+: Energia eliberat la reoxidarea NADH+H+ n lanul respirator este: `0E F n`G0 =O2H NAD2O 1/2 H NADH +++++ l a kc 52,6 - 0,32)) (- - 0,82 ( x23,06 x2`G0= + = Fosforilarea oxidativ prin complexul I se asigur formarea a trei moli deATP / atom gram de oxigen redus prin complexul II se asigur formarea a numai doi moli de ATP / atom gram de oxigen redus. Ctul de fosforilare se simbolizeaz P/O i este: 3/1 pentru reoxidarea NADH+H+ i2/1 pentru reoxidarea FADH2.ADP + PiATPATP sintazaenergia eliberata n LR"Ct de fosforilare" = moli ATP produsiatomi gram oxigen consumat La oxidarea NADH se sintetizeaz trei moli de ATP pentru care se consum randamentul utilizrii energiei libere pentru sinteza de ATP este: 21,9 x 100/52,6 = 42%.kcal/mol, 21,9 7,3 x= 3 Inhibitori ai fosforilrii oxidative (FO) a.Inhibitorii LRprevin curgerea e- i translocarea H+ Exemple: rotenone (insecticide de origine vegetal), amitalul (compus din clasa barbituricelor), pericidina (antibiotic), pentru complexul I tenoiltrifluoracetona, pentru complexul II antimicina A, pentru complexul III CN-, CO, azida ( N3- ), pentru complexul IV. b.Inhibitorii fosforilrii: oligomicina, care inhib ATP-sintaza atractilozidul, care blocheaz translocarea nucleotidelor cu adenin. 9.Decuplani ai fosforilrii oxidative = transportori de protoni prin membrana intern. LR funcioneaz cu vitez maxim, indiferent de valoarea raportului ATP/ADP, iar energia LR este disipat sub form de cldur EX. -2,4-dinitrofenolul, i ali compui aromatici cu caracter acidMediu bazicMediu acidO-O-HOMembran2,4-dinitrofenolinternSpatiu intermembranar MatrixHONO2NO2HO esutul adipos brun este un esut termogenic Proteina de decuplare UCP-1 care se gsete exclusiv n membrana intern a mitocondriilor esutului brun transport protonii din spaiul intermembranar n matrix decuplnd astfel sinteza de ATP de transportul protonilor. CreierFrigul sensibilizeaz hipotalamusulNervul simpaticNorepinefrinReceptor| adrenergic UCP-1H+AMPcProtein kinaza ATriglicerideAcizi grasiATP Sintaza1/2O2+2H+H2OH+H+H+NADHFADH2Celuldintesutul adipos brunControlul respirator intermediari ai degradrii glucidelor, lipidelor, proteinelor compui implicai n LR i FO (enzime, coenzime, ATP, ADP, O2, Pi, etc.) controlul respirator se mai numete i control prin acceptor de fosfat.A.Alte modaliti de utilizare celular a oxigenului 15% din consumul total de oxigen nu utilizeaz L.R. mitocondrial Consum de O2: -n peroxizomi, O2este redus la H2O2 n timpul oxidrii: acil-CoA, etanol, xantin-n mitocondrii sau reticulul endoplasmic, O2 este utilizat de oxidaze sau oxigenaze Oxigenazele, ncorporeaz oxigen n substrat:

dioxigenaze, includ molecula de O2 n substrat (ex. sinteza retinalului prin oxidarea |-carotenului, n intestin) : monooxigenaze includ n substrat numai un atom de oxigen: unde R-H este substratul care se hidroxileaz: compui sintetizai endogen (cholesterol, hormone steroizi, acizi grai) compui exogeni (medicamente, aditivi alimentari, componeni ai fumului de igar, pesticide i alte substane chimice care intr n organism prin inhalare absorbie prin piele sau ingestie alimentar)

XH2 coreductor, donator de hidrogen: NADPH, ascorbat, BH4 (tetrahidrobiopterina) O CH - O2= + = + = O CH CH CHX O2H OH - R2XH 2OH - R+ + + + r Coreducorredus Substrat CH3CH3H3CCH3CH3H3CH3C CH3CH3CH3|-carotencaroten dioxigenazaO2n prezenta srurilor biliareOHCH3CH3H3CCH2CH3CH3OCH3CH3H3CCHCH3CH3CH3CH3H3CCOOHCH3CH3Retinal (retinalaldehid)ReducereOxidareRetinol (Vitamina A1)Acid retinoicVitamina C se sintetizeaz n toate organismele cu excepia omului plecnd de la glucozCCCCCH2C OHHOHHO HOHOOAcid ascorbic- 2 H+ 2 HCCCCCH2C OHOHHO HOOOCCCCCH2C OHOHHO HOOOHOHAcid dehidroascorbic+ H2OAcid diceto L-gulonicO NNNNNH2OH2COR OHO P O-OO P O-ON+OH2COH OHCONH2NCOOHAcidul nicotinicAmida acidului nicotinic (niacina)(niacinamida)NCONH2Nicotinamid-adenin dinucleotid (NAD+)(R = H formeaz NAD+ ; R = -PO3H2formeaz NADP+)B.Lanuri transportoare de electroni necuplate cu fosforilarea oxidativ Toate sunt asociate cu membrane Rolul lor: reduc O2 n vederea ncorporrii n anumii compui chimici enzimele implicate sunt monooxigenazele (cu rol dublu de oxidaze i hidroxilaze). Citocromul P-450 reprezint o familie de hemoproteine (se cunosc peste 1000 de astfel de enzime) din clasa monooxigenazelor, prezente la bacterii, plante, peti, mamifere.n form redus, asociat cu CO, absoarbe specific la 450 nm. NC H CHNNC H CHNH3CH3CCH3CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3SS CH2CH2CH2O-OCCH2O-OCFe2+Cys Hys 18Lant polipeptidicO2 n celulele mamiferelor, citocromul P-450 este prezent n reticulul endoplasmic i n membrana intern mitocondrial. Citocrom P-450Citocrom b5NADPHFADFMN1e-CitocromP-450 reductaza2e-1eNNCNHNCH3CH3COORFAD sau FMN(forma oxidat)e-+H+NNCNHNCH3CH3CO-ORH.FAD sau FMN(semichinon)e-+H+NNCNHNCH3CH3COORHHFADH2 sau FMNH2(forma redus)Vitamina B2 Conine heterociclul numit izoaloxazinN NNNHCH2OOC H3C H3CH CH CHOH OH OHO CH2P OO-OP OO-ONNNNNH2OH2COH OHlumicromlumiflavinriboflavinflavin adenin mononucleotid (FMN)adenozinadenozin 5`-monofosfat(AMP)flavin adenin dinucleotid (FAD)(H)(H)(H)(H)(OH) Sistemul monooxigenazic microzomial, dependent de citocromul P-450, asociat reticulului endoplasmic In reticulul endoplasmic al celulelor hepatice, renale i din tractul respirator, NADPH cedeaz electronii NADPH- citocrom P-450 reductazei, care i cedeaz Cit. P-450 Citocromul P-450 leag oxigenul la gruparea hem dar conine i un loc pentru legarea substratului (R-H) pe care urmeaz s fie introdus oxigenul NADPH+H+NADP+FAD, FMNFADH2, FMNH2Citocrom P-450reductazaFe2+Fe3+CitocromP-450R-HR-OHO2H2O Sistemul NADPH-adrenodoxin reductaz dependent de citocromul P-450 din mitocondrii In mitocondrii, sistemul monooxigenazic, implicat n biosinteza steroizilor, utilizeaz dou proteine: o flavoprotein-reductaz (NADPH-adrenodoxin reductaza FAD-dependent), izolat iniial din suprarenal i o protein, adrenodoxina, ce transfer electronii citocromului P-450.NADPH + H+Adrenodoxin reductazaFAD dependentFADFe, SFe, SMatrixMembrana internCit. P-450A d r e n o d o x i n aSH + O2S-OH + H2O In ficat, cit. P-450:hidroxileaz -compui de origin exogen (medicamente)-compui endogeni (unii hormone), care, devenind solubili se elimin uor din organism. convertete-fenacetina la paracetamol sau-codeina la morfin. In anumite cazuri, moleculele hidroxilate pot fi mitogene sau cancerigene: hidrocarburi aromatice policiclice, nitrozamine, amine aromatice. n cortexul suprarenalei, citocromul P-450 particip la sinteza hormonilor gluco i mineralocorticoizi din colesterol.Nitricoxidsintaza(NOS)arestructurasemntoarecu citocromul P-450. Pentruelucidarearoluluiacesteienzimenstrilenormaleipatologice, s-a primit premiul Nobel n 1998. Au fost identificate 3 izoenzime ale NOS:NOS-I (de origine neuronal),NOS-II (din macrofage sau inductibil),NOS-III (din endoteliul vascular). FADFMNNADPHe- e-e-HEM BH4L-ArgininCalmodulinReductazOxigenazL-Citrulin + NO.Specii incomplet reduse ale oxigenului i azotului oxigenul - element duplicitar - este sursa unor specii foarte active, obinute prin reducerea secvenial a O2:-radicali de oxigen;-derivai non-radicalici ai oxigenului. .O2.O2 O2 (oxigen singlet)+e-anionsuperoxid+ H+HO2radicalulhidroperoxil+e-O22anion peroxid+ H+HO2+ H+H2O2peroxidde hidrogenNO.ONOO-anionperoxinitritNO2 OH....stare de tranzitieNO3anion nitratNO2 + HO..radicalulnitroradicalulhidroxil+e-HO- + HOanionradical.hidroxil hidroxil+ e- + 2H+2H2O.O2+O2H2O2+O2+ 2H+superoxiddismutaz.Sursele de SRO n organism Surse endogene de SRO, n condiii fiziologice: - n mitocondrii n LR n prezena unor inductori; activitatea enzimelor: XO, ciclooxigenaz, MAO, NADPH oxidaz; proliferarea peroxizomal n cursul oxidrii acizilor grai cu caten lung nsoit de creterea produciei de H2O2; autooxidarea unor compui: Fe2+, hem, tioli, adrenalin; biosinteza hormonilor tiroidieni; transformarea acidului arahidonic n prostaglandine, tromboxani, lipoxine; Surse exogene de SRO pot fi: unii compui aromatici, paracetamol, solveni (CCl4), nitrii, hidrazine, SO2, metale toxice ca aluminiul i cadmiul din apa potabil ; aditivii alimentari chimici, fumul de igar, gazele de eapament; radiaiile UV, razele X i microundele. n condiii patologice sau de activare metabolic (inflamaii, metabolizarea unor xenobiotice) se adaug alte surse de SRO Mijloace de protecie a organismului mpotriva SRO enzimatice (superoxid dismutaza, glutation peroxidaza, glutation reductaza, catalaza); neenzimatice (vitaminele: A, B, C, E, glutationul, coenzima Q, acidul uric, bilirubina, albuminele) Mijloace de protecie enzimaticeCatalazO2 O2H2O2Superoxid dismutaz.+ e-Glutation peroxidz2 G-SHH2OG-S-S-GGlutation reductazNADPH + H+NADP+2 G-SHArderea respiratorie n leucocite fagocitante Fagocitoza este procesul imunitii de tip celular, care const n-recunoaterea,-includerea n interiorul celulei i-distrugerea agentului patogen de ctre diverse tipuri de celule albe (neutrofile, macrofage, monocite) sistemul activator al fagocitozei (explozia respiratorie) caracterizat prin trei trsturi eseniale: creterea consumului de oxigen n scopul producerii premeditate de forme reactive ale oxigenului stimularea degradrii oxidative a glucozei pe calea pentozo fosfailor, cale productoare de NADPH; activarea sistemelor productoare de specii reactive ale oxigenului: NADPH-oxidaza, superoxid dismutaza, mieloperoxidaza. NADP+MEMBRANA PLASMATICFAGOZOMBACTERIA HO.ClO-H2O2 Cl-SODHO-O21H2ONADPH-oxidazaO2 2O2SODH2O2 NADPHR+NADP+ NADPHCalea pentozelor+NADP+2 G-SHG-S-S-GH2OH+..2O2OH+MPGPxGRReoxidarea NADH citosolic NAD+ este coenzima dehidrogenazelor pentru reaciile care au loc n mitocondrie i pentru cele din citoplasm: SH2 + NAD+Sox + NADH + H+ Mitocondrial NADH + H+se ox n LR Cum se reoxideaz NADH produs n citoplasm?n condiii anaerobe n reacia acid piruvic acid lactic prin introducerea echivalenilor de reducere n LR indirect prin navete (shuttle), deoarece NADH nu poate trece prin membrana mitocondrial. Naveta glicerolfosfatului este unidirecional i are ca scopuri: -meninerea concentraiei necesare de NAD+ n citoplasm i

-furnizarea de echivaleni de reducere LRCitosolMembrana externMembrana intern NAD+ Glicerol-3-fosfatGlicerol-3-fosfatFADFADH2LRGlicerol-3-fosfatdehidrogenazaDihidroxiacetonDihidroxiacetonfosfatfosfatNADH + H+Glicerol-3-fosfatdehidrogenazaNaveta malat-aspartat este bidirecionalPrin aciunea acestei navete se asigur att reoxidarea NADH + H+ citoplasmatic, ct i reglarea cuplurilor NADH NAD+ extra i intramitocondrialeMembran internCitosol Matrixo-cetoglutarato-cetoglutarat1OxaloacetatAspartatAspartatGlutamatTransaminareNAD+Malat MalatNADH+H+NAD+NADH+H+OxaloacetatGlutamatTransaminareMalat dehidrogenazaMalat dehidrogenaza2H+ H+Digestia i absorbia glucidelor glucide cu valoare nutritiv din alimente : polizaharide: amidon, glicogen i celuloz (lipsit de valoare nutritiv deoarece nu poate fi hidrolizat n tractul digestiv al omului); dizaharide: zaharoz (din fructe), maltoz, lactoz (din lapte); monozaharide: glucoz, fructoz, galactoz, arabinoz, etc. Digestia glucidelor Este un proces hidrolitic catalizat de glicozidaze. 1.Digestia amidonului, ncepe n cavitatea bucal i continu n duoden prin aciunea succesiv a dou endoglicozidaze:amilaza salivar, produs de glandele parotide, activ lapH = 6,6 - 6,8 n prezena ionilor de clor; amilaza pancreatic, deversat n duoden cu sucul pancreatic, cu pH optim de aciune 7,1. OOOHOHCH2-OHOOHOHCH2-OHO OOHOOHOHCH2-OHOOHOHCH2-OHOOOHOHOOHOHCH2-OHO OOOHOHCH2-OHOOHOHCH2-OHO OOOHOHOHCH2-OHCH24411AmilopectinaProduii de hidroliz parial obinui sub aciunea amilazei salivare i pancreatice sunt: maltoza i izomaltoza;

maltotrioza i malto-oligozaharide lineare cu 4-6 uniti de glucoz, legate o-1,4; dextrine limit (oligozaharide cu cel puin o legtur o-1,6-glucozidic i cu 5-8 resturi de glucoz) o-D (+)-Glucopiranozil (16) D-Glucopiranoz(H, OH)IzomaltozaOOHOHCH2OOHOOHOHCH2-OHo-D (+)-Glucopiranozil (14) D-Glucopiranoz(H, OH)MaltozaOHOOHOHCH2-OHOOHOHCH2-OHO Digestia oligozaharidelor necesit exoglicozidaze, asociate marginii n perie a celulelor epiteliale ale duodenului i jejunului. Izomaltaza (oligo-1,6-glucozidaza) hidrolizeaz legturile o-1,6-glucozidice din izomaltoz i din dextrine limit. Glucoamilaza (exo-1,4-glucozidaza) i alte maltaze hidrolizeaz legturi o-1,4 din maltotrioz i din malto-oligozaharide de la capetele nereductoare ale oligozaharidelor. o-D (+)-Glucopiranozil (16) D-Glucopiranoz(H, OH)IzomaltozaOOHOHCH2OOHOOHOHCH2-OHdizaharidazele, enzime ce manifest specificitate pentru natura dizaharidului i a legturii glucozidice:maltaz (oglucozidaz),lactaz (|-galactozidaz),zaharaz (o-glucozidaz sau |-fructozidaz). Toate aceste enzime sunt concentrate la nivelul jejunului i sunt sintetizate de ctre enterocite. Ele nu acioneaz n lumenul intestinal ci la nivelul marginii n perie a enterocitului, n vecintatea sistemului de transport al monozaharidelor rezultate. Absorbia monozaharidelor Absorbia monozaharidelor implic dou mecanisme posibile: transportul activ (energodependent), de obicei unidirecional, contra gradientului de concentraie; difuzia facilitat care poate fi bidirecional. Sunt necesare sisteme proteice de transport -transportor proteic (I) pentru glucoz, galactoz, xiloz (monozaharide cu aceeai configuraie la C2)-transportor proteic (II) pentru fructoz i alte monozaharide Transportul proteic Irealizeaz transportul simultan (simport) al Na+ i al ozei potrivite din lumen n celula epitelial intestinal. Proteina transportoare I este cuplat cu pompa de sodiu (Na+-K+-ATP-aza de transport)

Glucoza acumulat n enterocit iese din celul prin difuziune facilitat, mediat de un transportor proteic prezent n membrana bazal, fr consum de energie. Transportorul proteic II faciliteaz difuzia fructozei, galactozei i glucozei n enterocit, prin membrana luminal, fr s fie necesar prezena Na+ i ATP. Transportorul proteic prezent n membrana bazal, mediaz ieirea ozelor din celulele epiteliale n capilarele sanguine. GlucozGalactozFructozGlucozGalactozGlucozNa+Transportorul proteicIIindependent de Na+Transportorul proteic Irealizeaz transportul simultan al glucozei si al Na+Marginea n perieEpiteliu intestinal3Na+2K+ADP + Pi2K+Na+ATPPompa Na+ - K+GlucozGalactozFructozCapilareProtein transportoare carefaciliteaz iesirea din celulpentru toate zaharurile Deficite enzimatice n digestia i absorbia glucidelor Deficitul de lactaz duce la intoleran la lactoz, iar deficitul de zaharaz duce la intoleran la zaharoz. Acumularea dizaharidelor n intestin, crete presiunea osmotic i favorizeaz intrarea apei din spaiile interstiiale n lumenul intestinal ducnd la pierderi digestive de ap. Procesele fermentative declanate de flora microbian genereaz gaze i produi cu caracter acid care irit mucoasa intestinal. Cile de metabolizare a glucozei Glucoza= combustibil pentru esuturile glucodependente Glucoza surs pentru obinerea unor compui ca: pentoze necesare pentru sinteza nucleotidelor i a acizilor nucleici; acizi uronici necesari pentru sinteza de proteoglicani i detoxifierea unor compui endogeni sau exogeni; glicerol i acetil-CoA utilizate n procesul de neolipogenez; NADPH necesar proceselor reductive; aminoacizi neeseniali i produi specializai derivai din acetia (purine, pirimidine, porfirine). glucoza surs de energie: -glicoliza (degradarea incomplete, pn la lactat sau piruvat)-ciclul Krebs (degradarea complet, pn la CO2). glucoza surs de pentoze i NADPH-calea 6-fosfo-gluconatului (untul pentozelor) glucoza surs de acizii uronici-calea glucuronatului. o-cetoacizii rezultai n ciclul Krebs conin scheletul hidrocarbonat provenit din glucoz care poate fi folosit pentrusinteza unor aminoacizi. Calea de metabolizare pe care o parcurge glucoza este decis de starea metabolic a esutului respectiv n faza anabolic (postprandial), glucoza este folosit drept combustibil energogen de ctre toate esuturile Cnd posibilitile ficatului de a stoca glucoza sub form de glicogen au fost depite (2-3 ore postprandial), glucoza este transformat n triacilgliceroli, fosfolipide i colesterol. In faza catabolic (interprandial sau n cursul unei activiti fizice sau intelectuale intense), glucoza reprezint combustibilul principal numai pentru esuturile glucodependente care o obin prin glicogenoliz i gluconeogenez hepatic. Surs de energie pentru celelalte esuturi devin rezervele de lipide constituite n faza anabolic i, n extremis, proteinele.Procesul de degradare total a glucozei cuprinde 4 etape: Calea metabolicTransformarea biochimic I.Glicoliza aerobglucoz piruvat II.Decarboxilareaoxidativa piruvatului piruvat acetil-CoA III.Ciclul Krebsacetil-CoA CO2 + [H] IV.Lanulrespiratorifosforilarea oxidativ [H] + O2 H2O + ATP