Metabolism Proteic
description
Transcript of Metabolism Proteic
12/5/2010
1
Metabolismul proteinelor & amino acizilor
• Digestia proteinelor
• Absorbţia amino acizilor, di-, tri-peptidelor. Patologie
• Preluarea amino acizilor din sânge
• Degradarea proteinelor endogene
• Viteza de reînnoire a proteinelor
• Rezerva de amino acizi
• Catabolismul amino acizilor1. Dezaminare
– prin transaminare
– oxidativă
– neoxidativă
2. Transportul NH3
3. Catabolismul α-cetoacizilor rezultaţi prin dezaminare– Amino acizi gluco-, ceto-, gluco&ceto-formatori
– Exemplificare: amino acizi ramificaţi (Leu, Ile, Val) si aromatici (Phe, Tyr)
– Patologie: boala “urinei cu miros de sirop de arţar”, fenilcetonuria, alcaptonuria
• Sinteza amino acizilor neesentiali
Digestia proteinelor
Proteine exogene
Pepsina
Amino acizi
Flora
bacterianaNH3
Peptide mari
Dipeptidaze
Tripeptidaze
Oligopeptide
Stomac
Amino acizi
PeptidazeLumen intestinal
Amino acizi
Marginea in perie Oligopeptidaze
Dipeptide & Tripeptide
Enterocite
Amino acizi
Intestin
Vena porta
Tripsina
Chimotripsina
Elastaza
Carboxipeptidaze
Difuzie facilitata
(polul latero-bazal al enterocitelor)
12/5/2010
2
Digestia proteinelorEtapă Localizare Agenţi Rezultat
Digestia
gastricăStomac
H+
Pepsină
Denaturare
Peptide mari, Aa
Digestia
intestinală
Lumenul intestinal
Tripsină
Chimotripsină
Elastază
Carboxipeptidază
Oligopeptide
(2-8 aminoacizi)
Amino acizi
Marginea în perie OligopeptidazeDi & Tripeptide
Amino acizi
Absorbţie
Membrana
enterocituluiSisteme transport
Transport în
celulele epiteliale
Citoplasma
enterocitului
Dipeptidaze
Tripeptidaze
Clivare peptide
Aminoacizi
Membrana
contraluminală
a enterocitului
Difuzie facilitatăTransport Aa în
capilare
Proteaze digestive gastrice & pancreatice
Protează Sursă Familia Proenzimă Activare Specificitate
Pepsină
(endo)Stomac Aspartat Pepsinogen
H+
Autoactivare
Tyr, Phe, Trp
Glu
Tripsină
(endo)Pancreas Serină Tripsinogen
Enteropeptidaza
TripsinaArg, Lys
Chimotripsină
(endo)Pancreas Serină Chimotripsinogen Tripsina Trp, Phe, Tyr, Met
Elastază
(endo)Pancreas Serină Proelastază Tripsina Gly, Ser, Ala
Carboxi-
peptidază A
(exo)
Pancreas Zinc Pro-carboxipeptidază A TripsinaTyr, Phe, Trp
Val, Leu, Ile
Carboxi-
peptidază B
(exo)
Pancreas Zinc Pro-carboxipeptidază B Tripsina Arg, Lys
12/5/2010
3
Amino acizi Di-, tri-peptide
Na+
= Difuzie facilitată
= Co-transport Na+-dependent
Amino acizi
Dipeptide, tripeptide
DipeptidazeTripeptidaze
Capilare
3Na+ 2K+ATP
ADP + Pi
= Na+,K+-ATPaza
3Na+2K+
Epiteliul intestinal
Lumenul intestinal
Marginea în perie
Membrana contraluminală
Absobţia Aminoacizilor, Di & Tripeptidelor
Absorbţia Aa & peptide în enterocite
• Tri & dipeptidele au un transportor specializat comun
• Absorbţia amino acizilor se realizează printr-un mecanism
activ cuplat cu transportul ionilor Na+
• Există sisteme de transport individualizate pentru:
a) Amino acizi neutri (alifatici & aromatici)
b) Amino acizi bazici & Cistină
c) Amino acizi acizi (Asp, Glu)
d) Imino acizi (Pro)
12/5/2010
4
Transportul Aa din sânge în celule
• Ciclul γGT (pentru Aa neutri, Met)
• Transportori membranari specifici Cotransportă Na+
consumă ATP
activaţi de insulină
6 tipuri, specifici pentru:• Phe, Tyr, Trp & Ala, Ser, Gly
• Ala, Ser, Cys
• Lys, Arg, Orn, Cistina
• Glu, Asp
• Gln, Asn, His (numai în hepatocite)
• Leu, Ile, Val (independent de pompa de Na+)
Cistinuria = Defect al transportului Lys, Arg, Orn, cistinei
Imposibilitatea reabsorbţiei renale a cistinei
Precipitarea cistinei → Calculi renali
Diagnostic = excreţia urinară excesivă a Lys, Arg,Orn
Boala Hartnup = Defect al transportorilor Aa monoamino monocarboxilici neutri
Imposibilitatea reabsorbţiei renale a aminoacizilor respectivi
Semne neurologice, tulburari psihice, erupţii cutanate fotosensibile
• Patologie
Degradarea proteinelor endogene
• Proteoliza citoplasmatică– Activă mai ales în miocite
– Catalizată de proteazom = complex de proteaze
– Sunt degradate doar proteinele endogene marcate prin ubiquitinilare
(condensare a H2N-Lys-Proteină cu HOOC-Ub, cu consum de ATP)
– Timpul de înjumătăţire (t1/2 ) al proteinei depinde de natura Aa N-terminal
• Ser => t1/2 > 20 ore
• Asp => t1/2 = 3 minute
sau de prezenţa secvenţei Pro-Glu-Ser-Thr (PEST) => degradare rapidă
• Proteoliza lizozomală– Activă mai ales în hepatocite şi celulele sistemului reticulo-endotelial
– Catalizată de proteaze acide (catepsine)
12/5/2010
5
Proteoliza citoplasmatică
Viteza de reînnoire (“turnover”) a proteinelor
• Majoritatea proteinelor sunt constant sintetizate şi apoi degradate ceeace permite îndepărtarea proteinelor anormale sau inutile
• Concentraţia, la un moment dat, a unei proteine poate fi influenţată prin
reglarea sintezei, degradarea având un rol minor (proteine inductibile)
reglarea degradării, sinteza fiind relativ constantă (proteine constitutive)
• În cazul unui individ sănătos cantitatea totală de proteine este constantă=> viteza de degradare = viteza de sinteză
• Viteza de reînnoire (turnover) diferă de la o proteină la alta, t1/2 poate fi:
Minute → ore (proteine reglatoare, proteine împachetate greşit)
Zile → săptămâni (majoritatea proteinelor celulare)
Luni → ani (proteine structurale, metabolic stabile, de exemplu colagen)
12/5/2010
6
Reglarea echilibrului Sinteză ↔ Degradare
• Postprandial & Perioada de creştere
=> ↑[Insulină] & [Gln, Glu, Leu (cu rol de semnale)]
=> ↑Biosinteza & ↓Degradarea proteinelor
• Inaniţie prelungită
=> ↑[Adrenalină] & [Cortizol]
=> ↑Degradarea proteinelor (muşchi)
• Stres (stare hipercatabolică) ex. infecţie, traumatisme, arsuri
=> ↑[Adrenalină] & [Cortizol]
=> ↑Degradarea proteinelor (muşchi)
Rezerva de Amino acizi“amino acid pool”
Digestia
proteinelor exogene
100g/zi
Proteoliza
proteinelor endogene
400g/zi
Sinteza
Aa neesenţiali
variabilă
REZERVA DE AMINOACIZI (100g)
Sinteza de novo a
proteinelor endogene
400g/zi
Catabolism
variabil
CO2
Glucoză
Glicogen
Corpi cetonici
Acizi graşi
Steroizi
Sinteza compuşilor
cu rol biologic
30g/zi
Porfirine
Creatină
Neuromediatori
Purine
Pirimidine
Alţi compuşi cu N
12/5/2010
7
Catabolismul amino acizilor
Etape
I. Dezaminare prin
Transaminare
Dezaminare oxidativă
Dezaminare neoxidativă
II. Catabolizarea catenei hidrocarbonate
Catabolismul aminoacizilorEtapa I = Dezaminare
1. Transaminare (citoplasmă)
Catalizată de aminotransferaze (PALPO dependente) larg distribuite
Cele mai importante transaminaze: GOT şi GPT
Toţi aminoacizii, cu excepţia Lys & Thr, pot fi dezaminaţi prin transaminare
Majoritatea reacţiilor de transaminare au loc în ficat (Tyr transaminaza este exclusiv hepatică)
Transaminarea Val, Leu, Ile are loc exclusiv în muschi
2. Dezaminare oxidativă (mitocondrie)
Dezaminarea Glu, catalizată de glutamat dehidrogenază (NAD+& NADP+ dependentă)
Dezaminarea Gly, catalizată de “complexul de scindare” (NAD+, H4F, PLP) => NH3 + CO2
Dezaminarea L-aminoacizilor, catalizată de L-aminoacid oxidază (FMN)
Dezaminarea D-aminoacizilor, catalizată de D-Aminoacid oxidază (FAD)
3. Dezaminare neoxidativă (citoplasmă)
Dezaminarea Ser & Thr, catalizată de dehidratază = > NH4+ + piruvat & α-cetobutirat
Dezaminarea Gln, catalizată de glutaminază => Glu + NH3
12/5/2010
8
1. Dezaminare prin transaminare
AcceptorDonor
Soarta Glu – în muşchi
+ +
Glutamat
Piruvat Alanina
-CetoglutaratForma de
transport a NH3
din muşchi → ficat
12/5/2010
9
Ciclul alanină ↔ glucoză
Soarta Glu – în majoritatea ţesuturilor
Forma de transport a NH3
din majoritatea ţesuturilor → ficat
12/5/2010
10
Glutamin sintetaza – Reglare
• Allosterică • Prin adenilare / deadenilare
Soarta Gln preluată de ficat & rinichi
12/5/2010
11
Soarta Glu rezultat din Gln – în ficat (rinichi)
Glutamat
dehidrogenaza
(mitocondrie)
În aminarea reductivă Glutamat DH este
NADPH dependentă !
În dezaminarea oxidativă Glutamat DH este
NAD+ dependentă !
Glutamat dehidrogenaza - Reglare
12/5/2010
12
Transportul NH3 din ţesuturi→ficat
Forma de transport NH3
de la ţesuturi → ficat
Forma de transport NH3
de la muşchi → ficat
Catabolismul amino acizilorEtapa II – Degradarea catenei hidrocarbonate
• Amino acizii glucoformatori formează:
- piruvat (Ala, Ser, Cys, Gly, Thr,Trp)
- propionil CoA (Val, Ile, Met, Thr) convertibil in succinil CoA
- fumarat (Asp, Phe, Tyr)
- oxalacetat (Asp, Asn)- α-cetoglutarat (Pro, His, Arg, Gln, Glu)
• Amino acizii cetoformatori formează:
- acetil-CoA (Ile, Thr)
- acetoacetil-CoA (Trp, Lys)
- HMG-CoA (Leu)
- Acetoacetat (Phe, Tyr)
• Amino acizi atât glucoformatori cât şi cetoformatori
- Ile, Thr, Phe, Tyr, Trp
Exclusiv glucoformatori Exclusiv cetoformatori
12/5/2010
13
Amino acizi gluco & cetoformatori
Glucoformatori Gluco & Cetoformatori Cetoformatori
Alanina
Arginina*
Asparagina
Aspartat
Cisteina
Glutamat
Glutamina
Glicina
Histidina*
Prolina
Serina
Tirozina
Metionina
Valina
Fenilalanina
Izoleucina
Triptofan
Treonina
Leucina
Lizina
Es
en
ţia
liN
ee
se
nţi
ali
În funcţie de:
soarta catenei hidrocarbonate: gluco-, ceto-, gluco- & ceto-formatori
capacitatea organismului de a-i sintetiza: neesenţiali, esenţiali (exclusiv exogeni)
Clasificarea amino acizilor
* Semiesenţiali
12/5/2010
14
Catabolismul Aa ramificaţi
Catabolismul Phe & Tyr
Oxidaza
12/5/2010
15
Fenilcetonuria
Boala genetică determinată de absenţa & anormalitatea enzimelor:
fenilalanin hidroxilază
dihidrobiopterin reductază
=> catabolizarea Phe pe calea alternativă, catalizată de Phe transaminază
Catabolismul Phe – Calea alternativă
Acumulare în ficat→ sânge → urină
=> encefalopatie, retard mental
= “Idioţia fenilpiruvică”
Urină
12/5/2010
16
Alcaptonuria• Deficienţa oxidazei acidului homogentizic (vezi catabolismul Phe &Tyr)
=> acumularea acidului homogentizic care polimerizează
=> pigmenţi care colorează ţesutul conjunctiv (ocronoză), se depun pe discurile
intervertebrale (artropatie ocronotică) şi colorează urina.
Sinteza Aa neesenţiali
• Din precursori cetoacizi prin transaminare
- piruvat → alanină
- oxalacetat → aspartat
• Din precursori aminoacizi prin amidare
- Glu → Gln
- Asp → Asn
• Din precursori amino acizi prin hidroxilare
- Phe → Tyr
12/12/2010
1
Transformări
Aa→ Compuşi cu rol biologic
• Tyr → Catecolamine
→ Melanină
• Trp → Serotonină
→ Melatonină
• Arg → Creatină
• His → Histamină
• Glu → GABA
• Met → SAM
Catecolamine
Catecol
Dopamina Noradrenalina Adrenalina
• Definiţie dpdv structural = derivaţi ai catecolului
• Definiţie dpdv al rolului biologic
- Neuromediatori → catecolaminele sintetizate în creier (substanţa cenuşie) şi SNC;
- Hormoni reglatori ai metabolismului glucidic & lipidic → catecolaminele în medulosuprarenală
12/12/2010
2
Transformarea Tyr → Catecolamine
SNC
Ganglioni
limfatici
Etapa
limitantă
Medulo-
suprarenală
Dioxifenil alanina
Catecolamine - Neuromediatori
Vezicule
sinaptice
Spaţiul
sinaptic
Neuron
dopaminergic
presinaptic
Neuron
postsinaptic
Transportori de pe
butonul terminal
Potenţial
de acţiune
12/12/2010
3
Catecolamine – Hormoni
Medulosuprarenală
Frică
Frig
Efort fizic
Hipoglicemie
Noradrenalină
Adrenalină
Ţesut adipos
=> TG → AG
Ficat
=> Glicogen → Glc
↑ Presiunea sângelui
↑ Forţa de contracţie a inimii
Răspuns
coordinat pentru a
face faţă unei stări
de urgenţă
“ fight or flight”
= Stres
Absenţa din urină = semn al deficienţei de catecolamine
În neuron
MAO = “valvă de siguranţă”
Inactivează dopamina, noradrenalina,
serotonina care scapă din veziculele sinaptice
când neuronul este în repaus
Inhibitorii MAO = medicamente antidepresive!
Degradarea catecolaminelor
12/12/2010
4
Boala Parkinson
CauzeDegenerarea celulelor din substanţa cenusie (encefal) producătoare de
dopamină => ↓ nivelul neuromediatorului
Semne• Tremor de repaus (gesturi ritmice incontrolabile ale mâinilor, capului sau picioarelor)
• Rigiditate (creştere a rezistenţei la mobilizarea pasiva a muşchilor)
• Bradikinezie (lentoare şi scădere a amplitudinii mişcărilor)
• Instabilitate posturală (tulburări de echilibru şi coordonare)
Tratament- Administrare de L-DOPA (levodopa)
- Transplant de ţesut fetal din medulosuprarenală
Transformarea Tyr → Melanină
Tirozinaza
(Cu-dependentă)
• Localizare: melanocite (piele, păr, ochi)
• Rol: pigment
12/12/2010
5
ALBINISM
Cauza: defectul congenital de tirozinază =>
• Lipsa pigmentului (melanina) din ochi, păr, piele
• Scăderea acuităţii vizuale
• Nistagmus (mişcări involuntare & sacadate, de mică amplitudine,
orizontale, verticale sau circulare ale ochilor)
• Fotofobie
Transformarea Trp → SerotoninăLocalizare
SNC
Celulele mucoasei intestinale
Trombocite
Rol
Neuromediator
Rol în
- producerea somnului
- procesele mintale şi afective
- funcţiile motorii
- senzaţia dureroasă
- reglarea presiunii arteriale, a temperaturii,
comportamentului alimentar si sexual
Stimulează contracţia musculaturii netede
Stimulează vasoconstricţia
12/12/2010
6
Serotonina = neuromediator
Serotonina = “hormonul fericirii”
Împreuna cu endorfinele influenţează starea de spirit a indivizilor
Endorfinele sunt eliberate în prezenţa luminii puternice,
ca urmare a consumului ciocolatei (feniletilamină) şi
ardeilor iuţi (capsaicină), în timpul exercitiilor fizice,
râsului, stresului sau a actului sexual.
Indivizii care prezintă ”dependenţă de endorfine” au
tendinţa de a efectua exerciţii fizice intense, de a avea
multiple tatuaje & piercinguri sau de a-şi provoca singuri
tăieturi care declanşeaza eliberarea de endorfine.
Degradarea serotoninei
Conjugare
acid glucuronic sau H2SO4
12/12/2010
7
Depresia
• CauzeFactori biologici, psihologici şi factori din mediu.
Instalarea depresiei poate fi determinată de nivelul redus al
- serotoninei
- endorfinelor
Tulburare afectivă
• Simptome- pierderea sau scăderea accentuată a interesului, a plăcerii de a munci şi trăi.
- tristeţe, emoţie negativă, autoacuzare, culpabilitate, deznãdejde, lipsa speranţei,
neliniste, descurajare, gol în suflet.
• Tratament- inhibiţia recaptării serotoninei în neuronul presinaptic (ex. prozac, seroxat)
- intensificarea sintezei serotoninei• exerciţiul fizic
• dieta bogată în carbohidraţi (insulina facilitează preluarea selectivă a Trp din sânge),
• dieta bogată în banane & papaya (cu conţinut ridicat deTrp, respectiv scăzut de Phe şi Leu)
• lumina puternică (previne transformarea serotoninei în melatonină)
Transformarea Trp → Melatonina
Sinteza
este maximă noaptea!
se reduce semnificativ prin expunere la lumină!
este influenţată şi de somn, postură, dietă, activitate!
• Localizare → Epifiză
Reglează ritmul circadian
Influenţează spermatogeneza şi ciclul menstrual
• Funcţiile melatoninei
12/12/2010
8
Transformarea Arg & Gly → Creatină
Sinteza & Rolul Histaminei
Histidina Histamina + CO2
Decarboxilaza
PALPO
• Localizare (mastocite & bazofile)
Plamâni
Piele
Mucoasa gastrică
• Rol
- Cel mai important mediator al reacţiei alergice.
- Intensifică sinteza acetilcolinei, concomitent inhibă activitatea colinesterazei
- Se găseşte în cantitate mare la nivelul
- pielii,
- tractului respirator & gastro-intestinal
(locuri care sunt cel mai frecvent implicate în patologia alergică)
12/12/2010
9
Receptorii histaminici
Efectele histaminei diferă în funcţie de tipul de receptori
H1Localizare: piele, endoteliul capilar, musculatura netedă din căile respiratorii, limfocite, miocard, SNC.
Efecte: prurit, durere, hiperpermeabilizare vasculară, hipersecreţie de mucus la nivelul căilor respiratorii,
bronhoconstricţie, vasodilataţie, eliberare de mediatori ai inflamaţiei, hipersecreţie de prostaglandine,
recrutare a celulelor inflamatorii, hipotensiune arteriala, tahicardie, activarea nervului vag.
H2Localizare: mucoasa gastrică, miocard, SNC, bazofile, mastocite, limfocite T & B, musculatura netedă a
uterului şi vaselor.
Efecte: hipersecreţie gastrică de HCl, vasodilataţie, hipotensiune arterială, cefalee, tahicardie, hipersecreţie
de mucus in căile aeriene, relaxare a musculaturii bronşice, inhibiţie a bazofilelor şi degranulare a mastocitelor
la nivelul pielii, activare a limfocitelor Ts.
H3Localizare: creier, musculatura netedă bronsică.
Efecte: vasodilataţie a vaselor cerebrale, prevenire a contracţiei excesive a musculaturii bronşice, suprimare a
sintezei de histamină la nivelul SNC.
H4Localizare: plamâni, SNC, neutrofile, eozinofile, cord, musculatura scheletică, splină, timus, leucocite.
Efecte: participare la procesul inflamator din alergie, astm bronsic şi bolile autoimmune.
Acid glutamicDecarboxilaza
PALPOGABA + CO2
Sinteza & Rolul GABA
• Localizare: creier
• Rol: neurotransmiţator de tip inhibitor ( ca şi Gly)
- Fixarea pe receptorii ionotropi (A si C) de la nivelul membranei postsinaptice
măreste permeabilitatea pentru Cl- şi astfel determină hiperpolarizarea şi
reducerea excitabilitatii acesteiaAxonii neuronilor producători de GABA îşi au terminaţiile plasate pe corpurile neuronilor producători
de dopamină cu care fac sinapse inhibitorii.
- Fixarea pe receptori metabotropici (B) presinaptici şi postsinaptici (situaţi mai
ales la nivel hipocampic) cuplaţi proteina Gs şi utilizând ca mesager AMPc are
efect anxiolitic şi antidepresiv
12/12/2010
10
Transformarea Met → SAM
Metabolismul Met & Homocisteinei
12/12/2010
11
Definirea & Clasificarea HHCy
Concentratia normala
tHcy = 5-15μmoli/L (media 10μmoli/L)
Hiperhomocisteinemie (HHcy)
tHcy > 15μmoli/L.
Tipuri de HHcy
moderată: 15-30μmoli/L
intermediară: 30-100μmoli/L
severă: >100μmoli/L
Factorii care determină HHcy
Factori
genetici
Hcy totalã
din
plasmă
Factori
iatrogeni
Factori
fiziologici
Factori
patologici
Factori
nutritionali
-deficienta / defect MTHFR
-deficienta MS
-transport defectuos B12
-sinteza defectuoasa de coenzima
-deficienta/defect CBS
-deficienta B6
-deficienta B12
-deficienta folat
-exces proteine animale
-varsta >50 ani
-sex masculin
-menopauza
-rasa alba
-contraceptive orale
-metotrexat
-oxid nitros
-anticonvulsive
-teofilina
-niacina
-fumat
-alcoolism
-disfunctie renala
-psoriazis-cancer
-transplant renal
12/12/2010
12
Hiperhomocisteinemia (HHcY)
• Prevalenţa HHcy în
- populaţia generală 2-7%
- cardiopatia ischemică 10-30%
- bolile cerebrovasculare 35-40%
-arteriopatiile periferice 47-59%
• HHcy este considerată un factor independent de risc pentru
- bolile cardiovasculare
-Aterotromboză
• Riscul BCV asociat creşterii cu 5 micromol/L a tHcy plasmatice =
riscul asociat creşterii cu 20 mg/dL a colesterolului plasmatic !
• În HHcy s-a descoperit un model non-lipidic de iniţiere a
aterosclerozei (in absenta hiperlipemiei)
HHcy → Intensificarea stresului oxidativ
12/12/2010
13
Efectele HHcy la nivel vascular
Lezarea directă a peretelui vascular
Disfuncţia & Apoptoza celulelor endoteliale
Hipertrofia & hiperplazia miointimei vasculare
Stimularea adezivităţii & agregării trombocitelor
Stimularea inflamaţiei
Stimularea coagulării
Formarea plăcii ateromatoase
Vasoconstricţie
12/7/2010
1
Ureogeneza
• Definiţie & Reacţia generală
• Localizare
• Sursele de amoniac
• Toxicitatea amoniacului
• Importanţa ureogenezei
• Reacţii
• Relaţia cu ciclul Krebs
• Reglare
• Patologie
Ureogeneza
• Cale ciclică de transformare a NH3 (toxic) →uree
NH4+ + Asp + HCO3
- + 3ATP + H2O → Uree + 2ADP + AMP + 4Pi + Fumarat
Donor gr. NH2
Localizare
• Hepatocite
- mitocondrie (primele 2 reacţii)
- citosol (următoarele 3 reacţii)
Definiţie
Reacţia generală:
12/7/2010
2
Toxicitatea NH3
• Creştera nivelului plasmatic al amoniacului (hiperamoniemie) semne neurologice (encefalopatie) comă moarte
• NH3 din sânge traversează bariera hematoencefalică
↑ [NH3] intracelular transformarea excesivă a
α-cetoglutaratului în acid glutamic & glutamină
epuizarea rezervelor de α-cetoglutarat
blocarea ciclului Krebs ↓[ATP] neuronal
Importanţa ureogenezei
Ureogeneza este esenţială pentru organismul uman deoarece:
• 10-15% din aportul caloric (al unei diete echilibrate) şi aminoaciziiesenţiali provin proteinele exogene;
• în cazul în care necesarul de aminoacizi al organismului este satisfăcut, excesul de aminoacizi este catabolizat, azotul fiind eliminat, dupăconversia în amoniac, sub formă de uree;
• amoniacul poate fi toxic (pentru SNC) dacă nivelul plasmatic > 50μM; doar o mică parte este utilizată pentru sinteza Gln
• ureogeneza = proces intens endergonic => reprezinta un “lux” pe care organismul şi-l permite pentru a evita acumularea amoniacului
• ureea = produsul final al catabolismului proteic, este o substanţăhidrosolubilă, lipsită de toxicitate, care difuzează uşor şi se elimină prinexcreţie renală
12/7/2010
3
Ureogeneza – Schema simplificată
Provenienţa NH3
12/7/2010
4
Glu hepatic = sursă de NH4+ pentru ureogeneză
Ureogeneza - Reacţii
12/7/2010
5
Relaţia Ureogeneză – Ciclul Krebs
Ureogeneza -Reglare• Etapa limitantă de viteză = sinteza carbamoil fosfatului
– N-Acetilglutamatul = activator al carbamoilfosfat sintetazei (CPS1) (↑afinitatea pentru ATP)
– Glucocorticoizii şi glucagonul activează gena CPS1, via receptorul glucocorticoid, respectiv AMPc.
• Regimul alimentar bogat în proteine induce sinteza tranaminazelor & enzimelor cicluluiureogenetic (lent)
12/7/2010
6
• Valoarea normală a ureei serice 15-40 mg/dl
• Nivelul ureei serice depinde de– Aportul de proteine
– Sinteza hepatică
– Rata eliminării urinare
– Hipercatabolismul proteic şi reducerea funcţiei renale → ↑nivelul ureei serice
• Cantitatea de uree eliminată în urina este de 15-30 g/24 ore şi variazăproporţional cu cantitatea de proteine ingerate.
• Testul ureei serice poate fi utilizat pentru evaluarea funcţiei glomerulare
De reţinut !
Ureogeneza - Patologie
• Hiperamonemia dobândită (afectare hepatică)
Afecţiuni:
hepatotoxice, hepatita virală, ciroza (alcoolism, hepatita, obstructie biliara) => formarea uneicirculaţii colaterale în jurul ficatului
=> sângele portal este trimis direct în circulaţia sistemică
• Hiperamonemia ereditară ([NH3] >> 88mM)
Deficienţa ornitin transcarbamoilazei
=> hiperamonemie în primele săptămâni de viaţă
=> encefalogramă anormală
retardare mintală, alternanţă letargie-iritabilitate,vomă
Tratament– dietă hipoproteică suplimentată cu Arg
– fenilacetat şi benzoat (intravenos) care se condensează cu Gln şi Gly
fenilacetil-glutamină şi benzoil-glicină = compuşi netoxici care se elimină în urină
se reduce nivelul NH3
12/12/2010
1
Sinteza hemului
• Definitie
• Localizare
• Etape
• Reactii
• Reglare
• Patologie
STRUCTURA HEMULUI
• Ion feros (Fe2+)
• Protoporfirina IX
4 nuclee pirolice legate prin 4 punti metenil (–CH=)
12/12/2010
2
HemoglobinaMioglobinaCitocromiCatalazaUnele peroxidaze
Hemo proteine
8
8
Succinil CoA
Glicina
Hem
Sinteza hemului - Definitie
Cale de sinteza prin care din glicina si succinil CoA => Hem
12/12/2010
3
Celulara 85% in celulele eritropoietice din maduva osoasa 15% in hepatocite (mai ales pentru sinteza Cit P450)
Intracelulara Mitocondrie (prima reactie si ultimele 3) & Citoplasma
Sinteza hemului - Localizare
Sinteza hemului – Etape
I. Sinteza acidului δ-aminolevulinic (ALA)
II. Transformarea ALA → porfobilinogen (PBG)
III. Transformarea PBG → uroporfirinogeni (I & III)
IV. Transformarea uroporfirinogen III → protoporfirina IX
V. Transformarea protoporfirina IX → Hem
12/12/2010
4
Sinteza hemului – Etapa I
Sinteza acidului δ-aminolevulinic (ALA)= etapa limitanta de viteza
Transformarea ALA → porfobilinogen (PBG)
Sinteza hemului – Etapa II
Pb
-
ALA dehidrataza = PBG sintaza este inhibata de Pb
!Intoxicatiile cu Pb => Anemie
12/12/2010
5
Transformarea PBG → uroporfirinogeni (I & III)
Sinteza hemului – Etapa III
Uroporfirinogen I sintaza = PBG deaminaza = Hidroximetilbilan sintaza
Uroporfirinogen III sintaza = Uroporfirinogen III cosintaza
• Transformarea uroporfirinogen III→ Protoporfirina IX
Sinteza hemului – Etapa IV
Transformarea gruparilor acetil → metil prin actiunea uroporfirinogen decarboxilazei=> coproporfirinogen III
Transformarea a 2 din 4 grupari propionil → vinil prin actiunea coproporfirinogen oxidazei => protoporfirinogen IX
Introducerea de legaturi duble prin actiunea protoporfirinogen oxidazei
=> protoporfirina IX
12/12/2010
6
Porfirinogenii = 4 piroli uniti prin punti metilenice –CH2-
nu au sistem extins de duble legaturi conjugate!
sunt incolori
Porfirinogenii: uro-, copro-, pro-se deosebesc prin nature substituentilor: A&P, M&P, M&V&P
Porfirinele = 4 piroli uniti prin punti metenil –CH=
au sistem extins de duble legaturi conjugate
porfirinele sunt colorate (rosu)
Transformarea protoporfirina IX → Hem
Sinteza hemului – Etapa V
Protoporfirina IX Hem
Pb
-
Ferochelataza este inhibata de Pb => Intoxicatia cu Pb → Anemie
In absenta Fe ferochelataza complexeaza Zn => Zn-protoporfirina IX fluorescenta
12/12/2010
7
Sinteza hemului – Schema integrala
Daca nivelul hemului depaseste nivelul necesar (sintezei hemoproteinelor), excesul se transforma in Hemina (Fe3+)
!
Ine
stin
Sa
ng
eC
elu
le
•↓pH din stomac solubilizeaza compusii ionici cu Fe
• Acidul asorbic faciliteaza reducerea Fe3+ → Fe2+
• Transportorii Fe2+ faciliteaza absorbtia in sange
• Ceruloplasmina (feroxidaza I) transforma Fe2+ → Fe 3+
• Fe3+ este chelatat de Transferina (Tf).
• Transferina transporta fierul la tesuturi
Sub forma legata de transferina Fe este solubil si nereactiv
• Endocitoza transferinei mediata de receptorul specific(TfR)
• Dupa endocitoza Fe3+ este eliberat si distribuit in regiuni
topologic distincte ale celulei via transportor si/sau canale (?)
• Fe neutilizat este stocat sub forma de Feritina (Fe2+)
• Cand este in exces formeaza langa feritina depozite amorfe
=> Hemosiderina
Metabolismul Fe
12/12/2010
8
Rolurile fierului in celula
Receptori aiTransferinei(TfR)
Fe(III)2-Tf Tf
Proteine: Cataliza
Transport de oxigen & electroni
Stabilizare structurala
Senzori ai Fe, ROS
Formarea radicalilor legati de proteine
Depozitare & Sechestrare: Feritina
Toxicitate: Stres oxidativ
[Fe]
[Fe]
[Fe]
• Reglarea sintezei hemului depinde de tipul celulei producatoare
• In celula hepatica enzima reglatoare = ALA sintaza 1 (PALPO dependenta)
Reglarea concentratiei prin: - represie: Hem (Fe2+) sau Hemina (Fe3+) - inductie: medicamente metabolizate de Cit P450 (ex. fenobarbital)
Inhibitia transportului enzimei in mitocondrie: Hem, Hemina
Reglarea activitatii prin retroinhibitie: Hem
• In celulele eritroide sinteza hemului este controlata de eritropoietina si disponibilitatea Fe
Sinteza hemului – Reglare
12/12/2010
9
Reglarea sintezei hepatice
Represia
enzimei
Aporepresor
ALA
Porfobilinogen
Hidroximetilbilan
Uroporfirinogen III
Coproporfirinogen III
Protoporfirinogen III
Fe2+ + Protoporfirina III
Hem
Hemoproteine
Proteine
1. ALA sintetaza
2. ALA dehidrataza
3. Uroporfirinogen I
sintaza
4. Uroporfirinogen III
sintaza
5. Uroporfirinogen
decarboxilaza
6. Coproporfirinogen
oxidaza
7. Protoporfirinogen
oxidaza
8. Ferochelataza
Succinil-CoA + Glicocol
Retroinhibitie
In celulele eritroide hemul stimuleaza exprimarea genelor globinelor
↑[Hem] => inactivarea inhibitorului controlat de hem (HCI), proteina care inactiveaza (prin fosforilare) factorul de transcriere eIF-2
=> Stimularea transcrierii genelor globinelor
12/12/2010
10
Sinteza hemului - Patologie
• Boli dobandite: intoxicatia cu Pb
• Boli congenitale: porfirii
Intoxicatia cu Pb
SimptomeIritabilitate Apetit cazutLetargie Dureri abdominale (± voma) Insomnie Dureri de capConstipatie
PatofiziologiePb se leaga de orice compus cu grupari -SHInhiba multiple enzime, inclusiv PBG sintaza si ferochelataza
=> cresterea concentratiei ALA fara cresterea PBG=> ↓[Hem] → ↓[Hb] si [Cit] => anemie
12/12/2010
11
Enzimele afectate de Pb
Pb
PbPb
PorfiriiGrup de boli rare determinate de deficiente ale enzimelor implicate in
sinteza hemului
Majoritatea sunt autosomal dominante => afecteaza indivizii care au 50% din nivelul normal al enzimelor, deci celulele mai pot sintetiza hem
La indivizii afectati se observa o acumulare a intermediarilor care sunt toxici pentru sistemul nervos => simptome neuropsihiatrice
Porfirinogenii acumulati sunt convertiti in prezenta luminii in porfirine care transforma O2 in specii reactive ale oxigenului (SRO)SRO ataca membranele => eliberarea enzimelor lizozomale care distrug componentele celulare => fotosensibilitate
Simptomele sunt exacerbate de anumite medicamente, chimicale, alimente si de expunerea la soare
Administrarea heminei, inhibitor feedback al caii de sinteza a hemului, previne acumularea precursorilor hemului
12/12/2010
12
Cauzele biochimice ale semnelor & simptomelor majore ale porfiriilor
Mutatii in ADN
Anormalitati ale enzimelor implicate in sinteza hemului
ALA & PBG si/sau [Hem] din celule & lichide biologice
Acumularea porfirinogenilorin piele si tesuturi
Semne & simptome neuropsihiatrice
Oxidarea spontana aporfirinogenilor & porfirinelor
Fotosensibilitate
Transformarea porfirinogeni → porfirine
in prezenta luminiiPorfobilinogen
Uroporfirinogen Isintaza
Hidroximetilbilan
Uroporfirinogen IIIUroporfirina III
6H Decarboxilaza4CO2
Coproporfirinogen III
oxidaza
Protoporfirinogen III
Coproporfirinogen
Protoporfirinogenoxidaza
luminain vitro
Protoporfirina III
FerochelatazaFe+2
HEM
6H
luminaCoproporfirina III
Spontan
Uroporfirinogen Iluminalumina
6H
Uroporfirina I
4CO2
Coproporfirinogen I Coproporfirina I
6H
lumina
Mitocondrie
Citosol
Uroporfirinogen III
cosintaza
12/12/2010
13
Porfirii – Clasificarein functie de localizarea enzimei deficitare
• Hepatice– Acute
• Porfiria acuta intermitenta (AIP): deficienta de HMB sintaza• Coproporfiria ereditara (HCP): deficienta de COPRO oxidase• Porfiria variegata (VP): deficienta de PROTO oxidase
– Cronice• Porfiria cutanea tarda (PCT): deficienta de URO decarboxylase
• Eritropoetice• Anemia sideroblasica asociata cromozomului X (XLSA): deficienta de
ALA sintaza• Porfiria eritropoietica congenitala (CEP): deficienta de URO sintaza• Protoporfiria eritropoietica (EPP): deficienta de ferochelataza
Porfirii
12/12/2010
14
Porfiria acuta intermitenta
Hepatica, autosomal dominanta
Determinata de deficienta porfobilinogen deaminazei implicata in conversia PBG in uroporfirinogen III
=> PBG, uroporfirina, si ALA se acumuleaza in plasma & urina
Pacientii prezinta simptome neuropsihiatrice si dureri abdominale (neuroviscerale)
Simptomele sunt exacerbate de consumul barbituricelor si alcoolului, substante care induc sinteza Cit P450 => ↓[Hem] => ↑sinteza ALA sintazei
Porfira cutanea tardaCea mai comuna porfirie, bola cronica a ficatului si tesuturilor eritroide
Determinata de deficienta uroporfirinogen decarboxilazei implicata in conversia uroporfirinogen III in coproporfirinogen III
Uroporfirinogenul se acumuleaza in urina => culoare brun-roscata
Semnele clinice apar in decada 4 sau 5 a vietii
Expresia clinica este influentata de supraincarcarea hepatica cu Fe, expunerea la lumina, prezenta hepatitelor B, C si HIV
Pacientii prezinta simptome cutanate (vezicule, eroziuni) => fotosensibilitate cutanata
Urina normala patologicaSimptome cutanate
12/12/2010
15
Porfiria => Licantropie & Vampirism
• Sensibilitate extrema la lumina (expunerea la soare eritem vezicular)• Urina brun-roscata• Dinti brun-roscati• Ulceratii care distrug cartilagiul si oasele
deformarea nasului, urechilor, degetelor• Aberatii mentale: isterie, psihoza maniaco-depresiva, delir
Aspectul fizic in conjunctie cu aberatiile mentale si preferinta pentru intuneric au fost considerate ca dovezi ale vampirismului (werewolfism)Cazuri frecvente in anumite regiuni, de-a lungul unor vai din Elvetia si Suedia.
Catabolismul etanolului
10 – 20%
Hepatic 85 – 98% & Renal sau Respirator 2 – 15%
90%
CYP2E1
Soarta acetatului Acetatul este transformat în Acetil-CoA sub actiunea • ACSI - din citosolul hepatocitelor, unde acetil-CoA → sinteza AG, colesterol; • ACSII - din mitocondriile celulelor din musculatură striată & cardiacă, unde acetil-CoA ciclul Krebs
Efectele toxice ale consumului de etanol • Acumularea NADH-ului citoplasmatic
- inhibă gliceraldehid DH => acumularea glicerol 3-fosfatului şi afectarea glicolizei - determină transformarea piruvatului în lactat => ↓gluconeogeneza din piruvat => hipoglicemie lactat acidemie → gută - intensificarea sintezei (în dauna β-oxidării) acizilor graşi (AG) → ↑sinteza TG => acumulare TG în ficat = sindromul ficatului gras hiperlipidemie (↑VLDL în sânge)
• Producerea CH3-COOH şi acumularea NADH în mitocondrie
- inhibiţia ciclului Krebs → acumularea CH3-CO-CoA şi a citratului → ↑citrat citosol => ↑sinteza AG => ↑TG în ficat = sindromul ficatului gras
Alcoolemia 0,03% - 0,12% - limita afectării sistemului nervos
0,5% => COMĂ → MOARTE
50% dintre orientali prezintă intoleranţă la etanol din cauza AlDH anormale
Examen morfopatologic
Ciroză alcoolică
Ciroză virală
0,5% => COMĂ / MOARTE
Patologie – Osteomalacie & Rahitism
• Rahitism carenţial Deficitul sintezei tegumentare de vitamina D (expunere UV insuficientă) • Rahitism rezistent la tratament cu vitamina D Deficit de1-hidroxilază renală (boala autosomal recesivă) • Rahitism secundar Boli digestive (cu alterarea absorbţiei vit. D): deficit de lipază pancreatică
cu steatoree, obstrucţii ale căilor biliare, malabsorbţie & maldigestie. Boli hepatice (deficit de 25-hidroxilază): hepatită cronică, ciroză Insuficienţă renală cronică => osteodistrofie renală Hipoparatiroidism
Osul se formează prin mineralizarea osteoidului (amestec proteic, predominant colagen tip I) secretat de osteoblaste. O insuficientă mineralizare sau disfuncţia osteoblastelor conduce la osteomalacie Osteomalacia, prezentă la copii este denumită rahitism
Rahitism & Osteomalacie • Definiţie Tulburare de mineralizare a oaselor => creştere deficitară & modificări osoase • Mecanism
Carenţa vitaminei D
↓Absorbţia intestinală a Ca2+
Hipocalcemie < 4,5mEq/L ↑PTH Osteoliză
Eliberare Ca2+ => Demineralizare
osoasă
Fracturi Deformări osoase
↓Calciuria & ↑Fosfaturia
Hipofosfatemie
↓Mineralizarea osoasă +
Osteoblaste Ţesut osteoid ↑
Fosfataza alcalină
Modificari post-translationale catalizate enzimatic
A. Clivari proteolitice
Indepartarea fMet din capatul N-terminal Indepartarea unor fragmente din: - capatul N-terminal (peptida semnal preproinsulina, preprocolagen) - capetele N- si C-terminale (propeptidele procolagenului) - interiorul lantului polipeptidic (peptida C proinsulina)
Scindarea lantului polipeptidic in mai multe fragmente cu rol biologic specific (familia POMC)
B. Modificari covalente ale radicalilor, capetelor N- si C-terminale
Modificari post-translationale catalizate enzimatic
Hidroxilare
Fosforilare
Carboxilare
Metilare
Glicozilare
Formarea -S-S-
Acetilare
Acilare (cu acizi grasi)
Oxidare + condensare (cross-linking)
ADP-ribozilare
Ubiquitinilare
Cu scopul: - cresterii stabilitatii structurii tertiare si/sau cuaternare,
- modificarii functiei (activare/inactivare),
-marcarii in vederea recunoasterii de catre alte proteine
Biosinteza colagenului
• Initierea sintezei lanturilor pro-α, incepand cu peptida semnal • Clivarea peptidei semnal • Hidroxilarea unor Pro, Lys • Glicozilarea unor Ho-Lys • Alinierea lanturilor procolagen, formarea -S-S-, formarea procolagenului • Completarea oligozaharidului (atasarea Glc de Gal) • Impachetarea in vezicule secretoare, exocitoza • Indepartarea propeptidelor terminale => tropocolagen • Asocierea moleculelor de tropocolagen => fibrile • Oxidarea unor lizine & hidroxilizine • Formarea legaturilor transversale intra si inter fibrile • Agregarea fibrilelor => fibre stabilizate
Reticul endoplasmic rugos (RER)
Spatiul extracelular
Exemplu de modificari post-traducere
Aparat Golgi
Hidroxilare Pro/Lys
Oxidare Lys
Condensare Allys-Lys
Formarea lizinonorleucinei
Biosinteza colagenului
Colagenoze • Sindromul Ehlers Danlos
Cauze: deficienta de Lys-hidroxilaza, Lys-oxidaza, procolagen peptidaza
mutatii in colagenul de tip I, III, V
(colagenul mutant este degradat sau acumulat in compartimentele celulare)
Efecte: piele laxa, hiperextensibila, hipermobilitate a articulatiilor, fragilitate a peretilor arteriali, intestinali, a pielii
Colagenoze • Osteogenesis imperfecta (sindromul oaselor de sticla) Cauze - tipul I (tarda) - mutatii punctiforme in gena pro1 sau pro2 colagen tip I => inlocuirea Gly cu Aa cu radical voluminos, aparita codonului STOP => lant α1(I) scurt) => triplu helix suicidar => scaderea sintezei colagen tip I normal Efecte - oase fragile, multiple fracturi - deformarea oaselor - sclera albastra
10/22/2012
1
Metabolismul integrat
• Caile metabolice majore. Punctele cheie de jonctiune.
• Destinul metabolic al biomoleculelor
• Biochimia organelor- Creier
- Muşchi scheletic
- Muşchi cardiac
- Rinichi- Ficat
• Reglarea hormonala a metabolismului
• Interelaţiile metabolice în diferite stări- postprandială
- interprandiala “de post”
- “de înfometare”
• Stări metabolice anormale- Obezitate
- Diabet
Căile metabolice majore
10/22/2012
2
• Punctele cheie de joncţiune sunt:
- glucozo-6-fosfatul
- piruvatul
- acetil-CoA
• Ficatul reprezintă “centrul metabolic” (este
singurul organ în care se desfăşoară toate
căile metabolice majore)
Glucoza
Glucozo-6-fosfat
Glucozo-1-fosfat
Glicogen Piruvat Ribozo-5-fosfat
6-FosfogluconatFructozo-6-fosfat
Ficatul = “tampon al glucozei”
10/22/2012
3
Glucozo-6-fosfat
Oxaloacetat
Lactat
Alanina
Piruvat
Acetil-CoAHMG-CoA
Colesterol Corpi cetonici CO2
Acizi graşi
Destinul metabolic al biomoleculelor
Fiecare clasa de biomolecule are un destin alternativ
în funcţie de starea metabolică a organismului
Destinul glucozei
• Intracelular se transformă în glucozo-6-fosfat (Glc-6-P)
• Numai ficatul (rinichiul) posedă glucozo-6-fosfataza
• Glc-6P poate fi
- oxidat pentru a produce ATP şi echivalenţi reducători
- oxidat pentru a genera NADPH şi ribozo-5-fosfat
- depozitat (când este în exces) sub formă de glicogen
- convertit în acetil-CoA şi apoi în acizi graşi
10/22/2012
4
Destinul acizilor graşi
• Intracelular (citoplasmă) sunt activaţi (=> acil-CoA)
Acil-CoA poate fi
- oxidat la acetil-CoA şi echivalenţi reducători
- convertit în corpi cetonici (combustibili extrahepatici)
- transformat în acizi mono- şi polinesaturaţi
- depozitat (excesul) sub forma de TG în ţesutul adipos
• Sunt precursori ai
- eicosanoidelor
- colesterolului şi derivaţilor lui (acizi biliari, hormoni steroizi)
Destinul metabolic al biomoleculelor
Destinul amino acizilor
• Sub formă de aminoacil-ARNt sunt utilizaţi pentru sinteza
enzimelor, transportorilor şi a altor proteine utile
• Sunt precursori ai
- hormonilor peptidici (ex. insulină, glucagon)
- catecolaminelor
- neuromediatorilor
- hemului
- bazelor azotate din nucleotide
• Pot fi catabolizaţi la acetil-CoA, piruvat sau intermediari ai
ciclului Krebs pentru a fi oxidaţi complet (=> CO2 + H2O)
Destinul metabolic al biomoleculelor
10/22/2012
5
Creierul
• Consumă preferenţial glucoză (120g/zi) pentru obţinerea
energiei necesare: 70% pentru menţinerea potenţialului de
membrană şi 30% pentru sinteza neuromediatorilor şi a
receptorilor. La o glicemie < 2,2mM (≈ KM GLUT3) devine
disfuncţional => coma urmată de deces
• Consumul de glucoză şi O2 este constant indiferent de starea
organismului
• Nu depozitează glucoză sau lipide
• În lipsa glucozei poate utiliza corpi cetonici (acizii graşi nu pot
depăşi bariera hemato-encefalică)
Muşchiul scheletic
Se deosebeşte de creier prin faptul că:
• necesarul de combustibil depinde de intensitatea activităţii:
- în repaus consumă acizii graşi ca şi combustibil, respectiv
50% din O2
- în timpul contracţiei consumă glucoză ca sursă de energie,
respectiv > 90% din O2; în absenţa glucozei pot consuma corpi cetonici
• poate depozita glicogen (75% din total) care poate fi hidrolizat
când glucoza nu este disponibilă
Energia necesară pentru un sprint de 100m provine din ATP, fosfocreatină şi glicoliza
anaerobă; după 10sec de efort intens => ↑[lactat] → ↓pH => inhibiţia PFK1 => ↓[ATP];
Energia necesară pentru susţinerea unui efort de durată (maraton) provine din
fosforilarea oxidativă (mai lentă decât glicoliza) => ritmul de alergare trebuie să fie mai
lent pentru a rezista! Maratoniştii antrenaţi au depozite mari de glicogen şi consumă
cantităţi egale de acizi graşi (corpi cetonici) şi glucoză => este necesară cooperarea
ficatului, muşchiului şi a tesutului adipos!
10/22/2012
6
Muschiul scheletic în timpul maratonului
Muşchiul cardiac
Spre deosebire de muşchiul scheletic, muşchiul cardiac
- este mai bogat în mitocondrii (50% din volumul celular)
- funcţionează numai în condiţii aerobe (blocarea oxigenării
=> infarct miocardic)
- nu depozitează glicogen
- preferă acizi graşi ca sursă de energie
- poate utiliza corpi cetonici şi lactat în condiţii de stres
10/22/2012
7
Ţesutul adipos
• Depozitează trigliceride (50-70% din rezerva energetică a
corpului)
• Trigliceridele sunt continuu sintetizate şi degradate
– Când glicemia este scăzută, glucagonul activează lipaza
hormon sensibilă => hidroliza TG depozitate
• glicerolul este exportat către ficat
• acizii graşi sunt eliberaţi în circulaţie
– Când glicemia este mare, insulina facilitează preluarea
glucozei din sânge şi resinteza TG din acizi graşi care
provin mai ales din TG exportate de ficat sub formă de
VLDL (lipoprotein lipaza este activată de insulină)
Rinichiul
• Sarcina majoră a rinichiului este producerea urinei, vehicul al
“reziduurilor” hidrosolubile
• Compoziţia finală a urinei este realizată după câteva cicluri de
filtrare şi reabsorbţie (pentru a preveni pierderea substanţelor
utile)
• Energia necesară pentru această funcţie este produsă prin
catabolizarea glucozei şi a acizilor graşi
• În timpul inaniţiei sintetizeză glucoză prin gluconeogeneză
10/22/2012
8
Ficatul
• Este “centrul metabolismului”
• Menţine nivelul glicemiei şi reglează concentraţia metaboliţilor
din sânge
• Când glicemia este mare sintetizează glicogen, acizi graşi şi
TG (pe care le exportă sub formă de VLDL)
• Interprandial sintetizează glucoză şi corpi cetonici (pentru
muşchiul scheletic şi cardiac)
• Sintetizează colesterol şi acizi biliari
• Absoarbe majoritatea amino acizilor exogeni din sânge pentru
a sintetiza proteine
• Preferă acizii graşi şi α-ceto acizii ca sursă de energie
• Catabolizează amino acizi numai când sunt în exces
Ficatul = “TAMPON AL GLUCOZEI”
• Prin:– Glicogenogeneza
– Glicogenoliza
– Gluconeogeneza
– Glicoliza anaeroba si aeroba
– Transformarea glucozei in produsi neglucidici (AG, AA)
• Controlat de hormoni şi acţiunea sistemului nervos:– Hipoglicemianţi
• Parasimpatic
• Insulina
– Hiperglicemianţi• Simpatic
• Hormonii hipofizari
• Hormonii CSR
• Hormoniii tiroidieni
• Glucagon
• Când glicemia este crescută:
– Glucoza→ glicogen (la persoanele cu
afectare hepatică – glicemia postprandială
creşte de 2-3 ori mai mult decât la normali)
• Când glicemia este scăzută:
– Glicogen → glucoza
– AA, glicerol → glucoza
10/22/2012
9
Reglarea hormonala a metabolismului
Adrenalina
• Produsă de medulo-suprarenală
• Este un derivat al tirozinei
• Pregăteşte organele periferice pentru a face faţă la stres
Glucagon
• Secretat de celulele α ale pancreasului
• Este un hormon peptidic
• Are efect hiperglicemiant
Insulina
• Secretată de celulele β ale pancreasului
• Este un hormon peptidic
• Are efect hipoglicemiant
Cortizol
• Semnalizeaza stresul (anxietate, frica, durere, infectie, hipoglicemie cronica) de lunga durata
• Actioneaza asupra muschiului, ficatului si tesutului adipos
• Altereaza metabolismul prin modificarea expresiei genelor enzimelor reglatoare => – stimularea lipolizei (in tesutul adipos)
– proteoliza si exportul amino acizillor (in muschi )
– gluconeogeneza (↑ concentratia piruvat carboxilazei in ficat)
Reglarea glicemiei
10/22/2012
10
Insulina
Ţesuturi ţintă: muşchi (M), ţesut adipos (A), ficat (F)
Enzime ţintă Efecte metabolice(+) Transportorul glucozei GLUT 4 (+) Preluarea glucozei (M, A)
(+) Glucokinaza (+) Preluarea glucozei (F)
(+) Glicogen sintetaza (+) Glicogenosinteza (F, M)
(-) Glicogen fosforilaza (-) Glicogenoliza (F, M)
(+) PFK2 (+) Glicoliza (F, M)
(-) Gluconeogeneza (F)
(+) Complexul PDH (+) Producerea acetil-CoA (F, M)
• Enzime activate prin defosforilare– Glicogen sintetaza
– Piruvat kinaza
– Piruvat dehidrogenaza
– Acetil-CoA carboxilaza
– HMG-CoA reductaza
• Gene induse– Glut 4
– Glucokinaza
– Piruvat kinaza & Fosfofructo kinaza1 (PFK1)
– Lipoprotein lipaza
Insulina
10/22/2012
11
Glucagon
Ţesuturi ţintă: ficat (F), ţesut adipos (A)
Enzime ţintă Efecte metabolice(+) Glicogen fosforilaza (+) Glicogenoliza (F)
(-) Glicogen sintetaza (-) Glicogenosinteza (F)
(+) F2,6 bis-fosfataza (+) Gluconeogeneza (F)
(-) Glicoliza (F)
(-) Piruvat kinaza (-) Glicoliza (F)
10/22/2012
12
• Enzime activate prin fosforilare– Glicogen fosforilaza
– Fructozo-2,6-bisfosfataza (PFKII)
– Glucozo-6-fosfataza
• Gene induse– Fosfoenolpiruvat carboxikinaza & Piruvat carboxilaza
– Fructozo-2,6-bisfosfataza (PFKII)
– Glucozo-6-fosfataza
Glucagon
10/22/2012
13
Adrenalina
Enzime ţintă Efecte metabolice
(+) Glicogen fosforilaza (+) Glicogenoliza (F, M)
(-) Glicogen sintetaza (-) Glicogenosinteza (F, M)
(+) PFK2 (+) Glicoliza (M)
(-) PFK2 (-) Glicoliza (F)
(+) Gluconeogeneza (F)
(+) Lipaza hormon sensibilă (+) Lipoliza (A)
(+) Secreţia glucagonului
(-) Secreţia de insulinei
Ţesuturi ţintă: muşchi (M), ţesut adipos (A), ficat (F)
• Enzime activate prin fosforilare
– Lipaza hormon sensibila
– Glicogen fosforilaza
Adrenalina
Cortizolul
• Enzime activate prin fosforilare
– Lipaza hormon sensibila
– Glicogen fosforilaza
• Gene induse– Fosfoenolpiruvat carboxikinaza
10/22/2012
14
In conditii de stres
Relaţiile metabolice dintre ţesuturi
10/22/2012
15
Adaptarea metabolică• Modificarea raportului insulină / glucagon
• Post prandial
Glicemia ≈ 6mM. Ficatul şi muşchiul sintetizează glicogen.
Ficatul utilizează amino acizi şi acizi graşi
Ţesutul adipos depozitează trigliceride.
• După 6-12hGlicemia ≈ 4,5mM. Ficatul produce glucoză din amino acizii eliberaţi din muşchi (prin proteoliză) şi glicerolul eliberat din ţesutuladipos (prin lipoliză). Acizii graşi sunt utilizaţi de ficat şi muschi.
• După 3 zile de înfometareFicatul produce corpi cetonici (ciclul Krebs este încetinit);
descreşte viteza proteolizei musculare.
Hormon sauSubstrat
Postprandial După 12 ore După post 3 zileÎnfometare5 săptămâni
Insulină (μU/mL) 40 15 8 6
Glucagon (pg/mL) 80 100 150 120
Insulină/Glucagon(μU/pg)
0,50 0,15 0,05 0,05
Glucoză (mM) 6,10 4,80 3,80 3,60
Acizi graşi (mM) 0,14 0,60 1,20 1,40
Acetoacetat (mM) 0,04 0,05 0,40 1,30
β-Hidroxibutirat(mM)
0,03 0,10 1,40 6,00
Lactat (mM) 2,50 0,70 0,70 0,60
Piruvat (mM) 0,25 0,06 0,04 0,03
Alanină (mM) 0,80 0,30 0,30 0,10
ATP (mM) 313 290 380 537
Nivelul seric al hormonilor şi
substratelor în diferite faze
10/22/2012
16
O enzimă nu este niciodată TOTAL
INACTIVĂ, ci doar FOARTE PUŢIN ACTIVĂ !
În general, în metabolismul glucidic:
fosforilare = hiperglicemie
defosforilare = hipoglicemie
Cele 5 faze ale homeostaziei glucozei
10/22/2012
17
Metabolismul PostprandialStarea “hrănit” (“fed-state”)
Care este semnalul care determină schimbarea de
direcţie în metabolism, la 12h după alimentaţie ?
Raportul INSULINĂ/GLUCAGON !
10/22/2012
18
Metabolismul interprandial Starea “de post” (“fasting state”)
Metabolismul în inaniţieStarea “înfometat” (“Starvation state”)
10/22/2012
19
Ciclul Cori
Ciclul glucoză - alanină
10/22/2012
20
Obezitate - Definiţie
Obezitatea = disfuncţie a sistemelor reglatoare ale organismului
caracterizată prin acumularea în organism a unui exces de TG
Obezitate -Evaluare
1. Indicele de masă (BMI) = masa (kg) / înălţime2 (m2)
10/22/2012
21
2. Diferenţele anatomice & biochimice în depozitele adipoase
Există o corelaţie între localizarea zonei de ţesut
adipos şi riscul asociat unei boli.
Grăsimea asociată organelor viscerale potenţează
riscul pentru hipertensiune, rezistenţă la insulină,
diabet, dislipidemie, boli cardiovasculare.
Celulele adipoase abdominale sunt mai mari şi au un
metabolism mai intens, fiind totodata mai sensibile
la acţiunea hormonilor.
Bărbaţii acumulează mai multă grăsime abdominală
=> slăbesc mai uşor.
Grăsimea viscerală ajunge direct în sistemul port
hepatic => creşte riscul rezistenţei la insulină.
Obezitate -Evaluare
3. Numărul de celule adipoase
-expansiunea celulelor adipoase este limitată
- la atingerea unei valori limită se iniţiaza formarea
de noi adipocite care nu mai dispar
- pacienţii care au fost obezi întâmpina probleme în
menţinerea masei corporale
=> PREVENŢIA obezităţii este de preferat!
Obezitate -Evaluare
10/22/2012
22
1. Mecanisme geneticeAu rol major, fiind extinse dincolo de dorinţa fiecaruia de a aveaun corp atletic. Nu pot fi rezumate la simpla moştenire Mendeliana,deoarece presupun interactiuni între multiple gene şi mediu.
2. Contribuţii comportamentale şi de mediuEpidemia obezităţii nu poate fi explicata prin factori genetici. Populaţia japoneză care a migrat în SUA a suferit o creştere medie a indicelui demasa corporală cu 4 unitati (20 > 24)!
1980330 cal.
2009600 cal.
Obezitate - Cauze
2. Contribuţii comportamentale şi de mediu – continuare
Stil de viaţă sedentar
Obezitate - Cauze
10/22/2012
23
Reglarea apetitului – Ghrelina & Leptina
Nucleul arcuat al hipotalamusului este ţinta principală a:
• ghrelinei = semnal periferic orexigenic secretat de stomac,
• leptinei = semnal periferic anorexigenic secretat de ţesutul adipos.
Ghrelina stimulează, iar leptina reprimă eliberarea neuropeptidei Y care reglează apetitul
şi greutatea corporală.
AgRP= “agouti-related peptide”
NPY = “neuropeptide Y”
Exces
de peptide
anorexigenice
LeptinaExces
de peptide
orexigenice
Ghrelina
CaşexieObezitate
Reglarea apetitului – Ghrelina & Leptina
10/22/2012
24
LeptinaProdusă de ţesutul adipos
Suprimă apetitul
Reducerea ţesutului
adipos → reducerea
nivelului leptinei =>
creşterea apetitului
Hormonul PYYSecretat de intestinul
subţire, postprandial
Contracarează efectul
ghrelinei
InsulinaSecretat de pancreas,
postprandial
Suprima apetitul actionand
la nivelul creierului
GhrelinaSecretată de peretele
stomacului, semanlizează
foamea când se apropie
momentul de luat masa.
Reducerea greutăţii corporale
→ creşterea nivelului ghrelinei
A slăbi – o provocare?
A. Activitate fizică
B. Restricţie calorică
- folosita solitar pe termen lung nu dă rezultate
C. Tratament farmacologic
- sibutramina – inhibitor al apetitului
- orlistat – inhibitor al lipazelor gastrice
D. Tratament chirurgical – are randamentul cel mai bun
pe termen lung dar prezintă riscul unor complicaţii
10/22/2012
25
Tulburările metabolismului glucidic
Hipoglicemia
• Hipoglicemia = scădere a glucozei sanguine sub 40 mg/100ml.
• Tipuri (cauze):
·hipoglicemia indusă de insulină şi de antidiabeticele orale
·hipoglicemia reactivă (secreţie excesivă şi trecătoare de insulina).
·hipoglicemia “a jeun” - insuficienţă a mecanismelor de mobilizare a
glucozei din rezerve sau o deficienţă a proceselor de gluconeogeneză.
·hipoglicemia indusă de alcool - la persoane cu rezerve hepatice de
glicogen epuizate şi cu gluconeogeneza blocată de alcool.
·insulinom (adenom al celulelor ) - tumoră insulino-secretantă, cu
caracter benign.
Tulburările metabolismului glucidic
Hiperglicemia
Hiperglicemia = creşteri ale nivelului glicemiei “a jeun” la valori de peste
120 mg/100ml
Cauza hiperglicemiei = deficitul de insulină
Relativ - în urma descărcărilor de catecolamine şi glucocorticoizi
(stări emoţionale, stress chirurgical, stări de şoc)
Absolut – diabetul zaharat
scăderea pătrunderii glucozei în celule;
scăderea utilizării glucozei de către diferitele ţesuturi;
creşterea producţiei de glucoză (gluconeogeneza) de către
ficat şi în mai mică măsură de către rinichi;
depleţia de proteine în ţesuturi.
mobilizarea lipidelor din zonele de depozitare;
10/22/2012
26
Diabetul zaharat
• Este o afecţiune cronică care implică starea de nutriţie a
întregului organism
• Ca urmare a deficitului cantitativ sau calitativ de insulină se
perturbă metabolismul tuturor principiilor alimentare: glucide,
lipide, proteine
• Poate fi:
– insulino-dependent (tip 1, juvenil), cauzat de distrugerea autoimună a
celulelor β din insulele Langerhans;
– insulino-independent (tip 2) asociat adultului obez, cauzat de
rezistenţa la insulină
– autoimun latent al adultului tânăr (tip 1.5 sau LADA)
– gestaţional
– secundar, asociat altor boli
• Glicoliza ↓
• Gluconeogeneza ↑
• Proteoliza ↑
• Lipoliza ↑
• Cetogeneza ↑
• pH-ul sangelui ↓
=> Cetoacidoză
Metabolismul în timpul diabetului
10/22/2012
27
Interrelaţiile metabolice în diabetul
insulino-dependent
Incapacitatea tesuturilor insulino-dependente de a prelua glucoza si gluconeogeneza (hepatica)
accelerata => hiperglicemie
Intensificarea lipolizei (in tesutul adipos) si oxidarea AG in ficat => cetoacidoza
Reducerea nivelului lipoproteinlipazei (sinteza insulin-dependenta) => hiperchilomicronemie
Interrelaţiile metabolice în diabetul
insulino-independent
Insulina nu este absenta, problema majora =rezistenta la insulina!
Nu exista suficienta insulina pentru a contracara rezistenta la insulina datorata obezitatii!
=> Preluare redusa a glucozei de tesuturile periferice, in special muschi
Nu apare cetoacidoza (pentru adipocite exista suficienta insulina pentru a preveni lipoliza)
Sinteza hepatica de novo a AG => Hipertrigliceridemia (VLDL↑) fara hiperchilomicronemie