METABOLISMUL GLUCIDIC

INTRODUCERECarbohidraii: (CH2O)n

surs energeticform de stocare a surplusului energeticcomunicarea intercelularrol structural: peretele bacterian

CLASIFICAREA CARBOHIDRAILORMonozaharidele pot fi clasificate astfel:

Aldoze (-oza): exc. gliceraldehidaCetoze (-uloza): exc. dihidroxiacetona, fructoza, xilulozaDizaharidele: 2 uniti monozaharidiceOligozaharidele: 3- 10 uniti monozaharidicePolizaharidele: > 10 uniti monozaharidice (sute)

ALDOZECETOZE

IZOMERI I EPIMERIIzomeri: compui cu formule chimice identice, dar cu structuri chimice diferiteEx. C6H12O6: fructoza, glucoza, galactoza i manoza

Epimeri: izomeri carbohidrai care difer prin configuraia unui singur atom de C (exc. C din gruparea carbonil- anomeri); G i Gal: epimeri la C4

GalactozGlucozC1C4

legturglicozidic

DIZAHARIDLACTOZA

IZOMERI I EPIMERIG i Man: epimeri la C2

Gal i Man nu sunt epimeri (structuri diferite la C2 i C4); Gal i Man sunt izomeri

GlucozManozC2

ENANTIOMERIGlucidele din organism sunt D- glucide: gruparea -OH legat la C asimetric situat cel mai departe de C carbonilic este poziionat dextrogir

Racemazele asigur interconversia izomerilor D i LD- GLUCOZAL- GLUCOZAENANTIO-MERI

CICLIZAREA MONOZAHARIDELORSub 1% din monozaharidele cu > 5 C au form aciclic; majoritatea au configuraie inelar prin interaciunea dintre gruparea aldehidic (cetozic) cu un radical alcoolic al aceluiai glucidPIRANOZA: compus inelarhexa-atomicFURANOZA: compus inelarpenta-atomic

ATOMUL DE CARBON ANOMERICCiclizarea creaz un C anomeric (fostul C carbonilic) i configuraiile i ale gluciduluiGruparea OH a C anomeric deaceeai parte cuinelul DIASTEREO-IZOMERI

ATOMUL DE CARBON ANOMERICEnzimele deosebesc cele dou structuri i Glicogenul: sintetizat din - D-glucopiranoz celuloza: sintetizat din - D-glucopiranoz

n soluie, anomerii i sunt n echilibru i pot fi interschimbai spontan prin mutarotaie

GLUCIDELE REDUCTOAREStatusul atomului de oxigen legat de atomul anomeric dicteaz caracterul reductor sau nereductor al unui glucid, restul gruprilor OH nefiind implicate

testele colorimetrice ce utilizeaz reactivi cromogeni detecteaz prezena glucidelor n urin

identificarea exact a glucidului necesit teste adiionale specifice

Cuplarea monozaharidelorMonozaharidele se pot uni pt a forma: Dizaharide: lactoza Gal + G sucroza G + Fr maltoza G + G Polizaharide: glicogen ramificat (orig. animal) amidon (orig. vegetal) celuloza neramificat (orig. animal)

Polimeride glucoz

LEGTURILE GLICOZIDICELegturile dintre glucide- puni glicozidice n prezena glicoziltransferazelor (S = glucide nucleotidice de tipul UDP-G)

Hidroliza unei legturi glicozidice: glicozidaze

Se denumesc n funcie de: nr. atomilor de C conectai poziia gruprii OH anomerice: OH n configuraie - legtur glicozidic Ex. lactoza

LEGTURILE GLICOZIDICE

Lactoza are caracter reductor (captul anomeric al G nefiind implicat n formarea legturii glicozidice)

Legturgalactozil- (1->4 )-glucoz

CARBOHIDRAI COMPLECICarbohidraii se pot ataa prin legturi glicozidice unor structuri neglucidice: baze purinice i pirimidinice ( acizi nucleici) nuclee aromatice (steroizi, bilirubin) proteinele (glicoproteine, glicozaminoglicani) lipidele (glicolipide)

Legtur N- glicozidic: glucid ataat la -NH2Legtur O- glicozidic: glucid ataat la -OHLegturile dintre glucide sunt O-glicozidice

DIGESTIA CARBOHIDRAILORDigestia carbohidrailor alimentari se desfoar n: cavitatea oral intestin Procesul are loc rapid i se ncheie cnd chimul gastric ajunge la jonciunea duodeno-jejunal Enzime: Endoglicozidazele: hidroliza oligo- i polizaharidelor Dizaharidazele: hidroliza dizaharidelor Glicozidazele specifice: hidroliza legturilor glicozidice

DIGESTIA CARBOHIDRAILOR LA NIVELUL CAVITII ORALE- amilaza salivar hidrolizeaz legturile (14) din amidon si glicogen

Celuloza nu poate fi digerat- legturi (14) - amilaza salivar este inactivat de aciditatea gastric local

GLICOGEN1416

DIGESTIA CARBOHIDRAILOR LA NIVELUL CAVITII ORALERezult oligozaharide cu legturi (16) sau dextrine scurte, maltotrioze, dizaharide rezistente la actiunea - amilazei

DIGESTIA CARBOHIDRAILOR N INTESTINConinutul gastric acid ajunge n lumenul intestinului subire este neutralizat de bicarbonatul secretat de pancreas, iar - amilaza pancreatic reia procesul de degradare a amidonului

Etapele finale ale digestiei au loc n jejunul superiorEnzime sintetizate la nivelul feei luminale a marginii n perie a celulelor mucoasei intestinaleEx. Dizaharidaze i oligozaharidaze: izomaltaza, maltaza, lactaza

ABSORIA MONOZAHARIDELORAbsoria glucidelor alimentare: n duoden i jejun superior; insulina nu este necesar

Mecanisme diferite de absorie: active 1.co-transportorul SGLT-1pt G i Gal; 2. GLUT-5 pt Fr G, Gal i Fr sunt transportate din celulele mucoasei intestinale n circulaia portal cu GLUT-2

DEGRADAREA ANORMAL A DIZAHARIDELORn mod normal, procesul global de digestie i absorie este eficient

Disfuncia dizaharidazelor specifice determin ptrunderea CH n lumenul intestinului gros cu producerea diarrei osmotice

Fermentaia bacterian a CH cu 2 sau 3 atomi de C genereaz CO2 i H2 activi cu apariia crampelor abdominale, diareei, flatulenei

DEFICIENELE ENZIMELOR DIGESTIVECAUZEDeficienele congenitale ale dizaharidazelor: la sugari i copii cu intoleran dizaharidic

Malnutriie, medicamente ce lezeaz mucoasa intestinal

Deficien enzimatic temporar n diaree sever; nu se consum lactate

DEFICIENELE ENZIMELOR DIGESTIVECAUZEIntolerana la lactoz> 3/4 din aduli, 90% dintre adulii africani i asiatici au deficit de lactazreducere cantitativ a activitii enzimaticeTratament: reducerea consumului de lapte integral; se prefer iaurt, branzeturi, broccoli pt Ca; tablete cu lactaz nainte de mas

DEFICIENELE ENZIMELOR DIGESTIVEDeficiena de izomaltaz- sucraz determin intolerana la sucroz

Tratament: restricia alimentelor cu zahr substituia enzimatic Diagnostic: teste de toleran oral la fiecare dizaharid msurarea H2 respirator

METABOLISM- NOIUNI INTRODUCTIVELa nivel celular reaciile enzimatice decurg sub forma cilor metabolice multisecveniale (calea glicolizei)

ntr-o cale metabolic, P unei reacii = S al reaciei urmtoare; cile metabolice se intersecteaz reea

Metabolismul sau reeaua integrat a reaciilor chimice = suma tuturor modificrilor chimice la nivel celular

METABOLISM- NOIUNI INTRODUCTIVECile metabolice: catabolice (de degradare) anabolice (de sintez)

Cicluri de reacie = cile care regenereaz un anumit compus chimic

Harta metabolic = reunete conexiunile dintre diversele ci, permite vizualizarea metaboliilor intermediari i a efectului blocrii uneia dintre ci

Glicoliza- cale metabolic

METABOLISM- NOIUNI INTRODUCTIVECile catabolice asigur:

captarea i stocarea energiei chimice rezultate prin degradarea moleculelor de combustibil biologic sub form de ATPconversia moleculelor alimentare i a rezervelor intracelulare de nutrieni n substane de baz necesare n sinteza moleculelor complexeci oxidative ce necesit coenzime, NAD+3 etape

METABOLISM- NOIUNI INTRODUCTIVE1. Hidroliza moleculelor complexe n unitile componente2. Conversia unitilor componente n acetil-CoA3. Oxidarea acetil-CoA; fosforilarea oxidativ

Catabolismul-proces divergent, obinndu-se numeroi produi compleci

ciclulaciduluicitric

METABOLISM- NOIUNI INTRODUCTIVECile anabolice:asigur combinarea moleculelor mici pt a forma molecule complexesunt endergonice, ATP fiind descompus la ADP i Piimplic reduceri chimice, NADPH, o molecul care cedeaz electroni

Anabolismul- proces convergent, n final se obine un nr redus de produi

REGLAREA METABOLISMULUIProducerea de energie i sinteza produilor finali corespund necesitilor celulareFunciile organismului sunt coordonate printr-un sistem de comunicare elaboratSemnalele reglatoare ce informeaz fiecare celul asupra statusului metabolic al organismului includ: hormoni neurotransmitori cantitatea de nutrieni

Semnalele reglatoare influeneaz semnalele intracelulare

REGLAREA METABOLISMULUISemnalele intracelulare reglatoare pot controla viteza unei ci metabolice ce depinde de: cantitatea de substrat disponibil inhibarea produsului de reacie modificri ale activatorilor i inhibitorilor alosterici Comunicarea intercelular= rspunsul la semnalele extracelulare esenial n supravieuire i dezvoltare Determin un rspuns mai lent comparativ cu semnalizarea intracelular fiind realizat prin: contactul suprafeelor jonciuni comunicante ntre citoplasmele adiacente

SEMNALIZARE INTERCELULARSINAPTICCELUL NERVOASCELUL INTNEUROTRANSMITORAchMecanism sinaptic

SEMNALIZARE INTERCELULARENDOCRIN I PRIN CONTACT DIRECT Mecanism endocrin

Mecanism prin contact direct

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZIPentru metabolismul energetic cea mai important este semnalizarea chimic dintre celule prin: hormoni neurotransmitori Receptorii acestora= detectori de semnaleFiecare component realizeaz legtura cu una dintre modificrile chimice extra- i intracelulareMesagerii secunzi asigur legtura dintre: mesagerul primar rspunsul celular

Mesageri primari

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZISistemul calciu/ fosfatidil- inozitolSistemul adenilat-ciclazei

Adenilat ciclaza (AC): activitatea ei este crescut/ sczut prin recunoaterea semnalului chimic de R i 2 adrenergiciToxina produs de Vibrio cholerae + AC; toxina produs de Bordetella pertussis - AC Enzim membranar

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZI1. Proteinele reglatoare GTP- dependente= proteine membranare specializate care leaga GDP sau GTPHeterotrimere: (contine situsul de legarea al GDP), , GDP-= forma inactiva a proteinei; cH-R actioneaza asupra pG inactive pe care o activeaz

GTP- se deplaseaz de pe R pe AC-az activnd-o.

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZI1 R activat conduce la formarea mai multor molecule de protein G activproteinele Gs stimuleaz AC-azaproteinele Gi inhib enzima

Efectele proteinei G- GTP sunt de scurt durat deoarece proteina G are activitate GTP-azic cu formarea de GDP i inactivarea proteinei G

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZIProtein-kinazele AMPc dependentePKA este o holoenzima alcatuita din dimerul subunitatii reglatoare (R), avnd fiecare monomer legat la o subunitatea catalitica. La concentratii mici de cAMP, holoenzima rmne intact i inactiva catalitic

Cnd [cAMP] creste (activarea AC-azei de R cuplati proteinei G atasati la Gs, inhibarea PDE care degradeaza cAMP), cAMP se fixeaza la cele doua situsuri de legare de pe subunitatile reglatoare, cu eliberarea subunitatilor catalitice

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZI

AMPc activeaz pkA prin legare la subunitile reglatoare R, cu eliberarea celor catalitice C. Acestea catalizeaz transferulionului fosfat de pe ATP pe Ser sau Thr din substraturile proteice.Fosfoproteinele fie acioneaz direct la nivelul canalelor ionice, ale celulei fie se transform n enzime activate sau inhibate

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZIpK-azele fosforileaz proteinele specifice ce ader la regiunile promotoare ale ADN cu creterea expresiei unor gene specifice

Nu toate pK-azele rspund la prezena AMPc. Ex pK CDefosforilarea proteinelor se realizeaz cu ajutorul protein-fosfatazelor enzime ce produc clivarea hidrolitic a esterilor fosfat

Ca urmare, modificrile enzimatice induse de fosforilarea proteinelor sunt temporare.

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZIHidroliza AMPc la 5'- AMP sub aciunea AMPc-fosfodiesterazei (PDE) ce scindeaz legturile 3'5'- fosfodiesterice; Molecula de 5'- AMP = semnal intracelular

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZIPDE este inhibat de : derivai metilxantinici (teofilina, cafeina)

Efectele creterii [cAMP] sub aciunea neurotransmitorilor i hormonilor sunt rapid epuizate prin ndeprtarea stimulului extracelular

Inactivarea pKA prin mecanism feedback:

PDE, unul dintre substratele activate de kinaza, convertete cAMP la AMP reducnd cantitatea de cAMP care ar putea activa protein kinaza AAstfel, pKA este controlata de cAMP. Subunitatea catalitic este inactivat prin fosforilare.

GLICOLIZADefiniie. Degradarea glucozei cu producere de ATP ( 2 molecule ATP/ 1mol Glucoz ) i metabolii intermediari ce pot fi utilizai n alte ci metabolice. Are loc n citosol. n centrul metabolismului CH

n aerobioz (reoxidarea NADH este indispensabil):

Piruvatul este convertit la acetil- CoA,prin oxidarea la nivelul ciclului citric i a lanului respirator mitocondrial rezultnd 36-38 moli ATP/mol G

10 REACII

GLICOLIZAAlternativ, Py este redus la lactat (NADH este oxidat la NAD +.

Glicoliza anaerob permite sinteza de ATP n esuturile n care aportul de oxigen este insuficient: hematii ce nu conin mitocondrii, leucocite, cornee, cristalin, celule n hipoxie-muchi scheletic n contracie rapid

TRANSPORTUL GLUCOZEI N CELULEGlucoza nu poate ptrunde n celule prin difuziune simpl2 mecanisme: transport facilitat i cotransport

Difuziunea facilitat (Na +- independent) realizat cu 14 proteine transportoare membranare (izoforme ale aceluiai transportor): GLUT 1-14 ce prezint secvene comune i specifice membranei rezidente

G extracelular se leag la transportor care sufer o modificareconformaional ce permite transportul G prin MCGLUT- Glucose Transporter

TRANSPORTUL GLUCOZEI N CELULESpecificitatea tisular a expresiei genei GLUT:

GLUT-3 principalul transportor la nivel neuronalGLUT-1 n eritrocite i esutul cerebralGLUT-4 n adipocite i celulele musculare striate, nr i activitatea lor fiind crescute de insulin

Funciile specializate ale izoformelor GLUT:n difuziunea facilitat G este transportat din mediul cu [G] mai mare spre cel cu [G] mai micGLUT-1, GLUT-3 i GLUT-4 implicate n preluarea G din circulaie

TRANSPORTUL GLUCOZEI N CELULEFunciile specializate ale izoformelor

GLUT-2 este localizat n ficat i rinichi i transport G n interiorul hepatocitelor i al celulelor renale cnd glicemia este crescut sau invers (din aceste celule n snge) la glicemie mic ( jeun); este prezent i n pancreas

GLUT-5: n trasnportul primar al Fr (intestin subire, testicule)GLUT-7: n ficat i alte esuturi gluconeogenetice mediaz fluxul G prin membrana RE

TRANSPORTUL GLUCOZEI N CELULESistemul de co-transport Na + - glucoz necesit consum de energie i asigur transportul G mpotriva gradientului de concentraie (extracelular [G] este < dect intracelular).

La nivelul transportorului sunt ataai G i Na + . Ionii de sodiu sunt transportai n celul simultan cu G, proces favorizat de energia coninut n gradientul de Na. Transportorul este sodiu-dependent sau SGLTn celulele epiteliului intestinal, tubilor renali i ale plexului coroid

REACIILE GLICOLIZEIConversia G la Py decurge n 2 etape:

Prima, consumatoare de 2ATP/mol de G, hexozele fosforilate fiind transformate ntr-un produs comun: gliceraldehid-3-fosfat (GAP)

A II-a, de oxidare a GAP, generatoare de 4 ATP/mol de glucoz, 2Py i 2 NADH, H+, ca urmare a oxidrii GAP

Cele dou molecule de NADH sunt oxidate la NAD+ pe msur ce Py este redus la lactat (glicoliz anaerob)

REACIILE GLICOLIZEIToi intermediarii glicolizei (de la G la Py) sunt fosforilai

Gruparea fosfat a intermediarilor glicolizei are 3 roluri principale:

1. de a-i menine n celul (cu un grup polar negativ sunt incapabili s traverseze membrana celular la pH=7, prin simpla difuziune)2. pstrarea moleculelor energetice n celul (compui hidrofili)3. interaciunea enzim-substrat mai bun

REACIILE GLICOLIZEIPrimele 5 reacii:

A. Fosforilarea glucozeiB. Izomerizarea G-6-P la Fr-6-P (fructozo-6-fosfat)C. Fosforilarea Fr-6-P la Fr-1,6- bisfosfatD. Scindarea Fr-1,6- difosfatuluiE. Izomerizarea dihidroxiaceton-fosfatului (Interconversiunea trioz-fosfailor)

REACIILE GLICOLIZEIA. Fosforilarea glucozei este catalizat de izoenzimele hexokinazei ( una dintre cele 3 enzime reglatoare ale glicolizei alturi de fosfofructokinaz i piruvat-kinaz)

Hexokinaza: Sp larg pt S fosforilnd mai multe hexoze nafara G inhibat de produsul final de reacie G-6-fosfatul care se acumuleaz n organism cnd rata de metabolizare scade Km sczut pt G Vmax redus pt G ( nu poate reine hexozele fosforilate n interiorul celulei i nici nu poate fosforila o cantitate de glucide mai mare dect necesarul

REACIILE GLICOLIZEIReacia de fosforilare este ireversibil i necesit 1mol ATPMg este indispensabil n toate fosforilrile

Glucokinaza sau hexokinaza D sau tipul IV principala enzim care asigur fosforilarea G n celulele pancreatice, detector de G, determinnd pragul secreiei de insulin la nivel hepatic faciliteaz fosforilarea G n episoadele hiperglicemice Sp de S similar izoenzimelor hexokinazei

REACIILE GLICOLIZEIKm pt glucokinaz >>> Km pt hexokinazaGlucokinaza funcioneaz la [G] hepatocitare (postprandial)

Vmax pt glucokinaza >>> permite Fi s elimine eficient fluxul masiv de G adus prin sngele portal previne suprancrcarea cu G a circulaiei sistemice reduce Hglicemia din per. de absorie (GLUT-2)

REACIILE GLICOLIZEI

Activitatea glucokinazei:

nu este inhibat alosteric de G-6-P (ca pt alte hexokinaze);

este inhibat indirect de Fr-6-fosfat (n echilibru cu G-6-P)

stimulat indirect de G printr-un mecanism specific

REACIILE GLICOLIZEINucleul hepatocitelor conine o protein reglatoare a glucokinazein prezena Fr-6-P, GK este translocat n nucleu i se leag strns de proteina reglatoare (GRP), inactivnd enzimacnd glicemia este crescut (GLUT-2 contribuie la creterea [G] hepatocitare, G determin separarea GK de GRP cu ptrunderea enzimei n citosol, avnd loc fosforilarea G la G-6-P

Cnd [G] libere scade, Fr-6-P determin translocarea GK napoi n nucleul hepatocitar i legarea acesteia la GRP cu inhibarea activitii enzimatice; GK=senzor de G; crete secreia de insulin metabolizarea G

REACIILE GLICOLIZEIB. Izomerizarea G-6-P la Fr-6-P (fructozo-6-fosfat)

Reacia este complet reversibilNu constituie o etap limitant de vitezAre loc n prezena fosfoglucoizomerazei

REACIILE GLICOLIZEIC. Fosforilarea Fr-6-P la Fr-1,6- bisfosfat are loc n prezena Fosfofructokinazei I (PFK-1) sau a fructozo-6- fosfat kinazei

Cea mai important etap limitant de vitez a glicolizeiPFK-1 este o enzim alosteric, cheie, inhibat de prezena unor cantiti mari de ATP (semnal energogen) i de Fr-6-Pmodularea activitii PFK-1 de alte substane reglatoare

REACIILE GLICOLIZEIReglarea realizat de rezervele energetice icel.PFK-1 este inhibat de: [ATP] crescut [citrat] crescut

PFK-1 este inhibat de [AMP] crescut, indicnd epuizarea rezervelor energetice celulare

Reglarea exercitat de [Fr-2,6-difosfat]

Fr-2,6-difosfat= cel mai puternic activator al PFK-1 activnd-o i n prezena unor cantiti crescute de ATP

REACIILE GLICOLIZEIReglarea exercitat de [Fr-2,6-difosfat]

Fr-2,6-difosfat se formeaz sub aciunea PFK-2, diferit de PFK-1 cu dubl activitate: kinazic i fosfatazic ce asigur retroconversia Fr-2,6-difosfat la Fr-6-P n ficat, domeniul kinazic este activ cnd este defosforilat Fr-2,6-difosfat inhib Fr-1,6-disfosfataza, enzima GNG

REACIILE GLICOLIZEIAciunea reciproc a Fr-2,6-bisfosfat de activare a glicolizei i de inhibare a GNG (nefiind simultane cele dou ci) este mpiedicat crearea unui ciclu inutil prin care G ar fi transformat n Py n paralel cu resinteza G din Py

postprandial, [Glucagon] i [insulin] stimuleaz activitatea Fr-2,6-bisfosfat, cu activarea glicolizeiFr-2,6-bisfosfat = semnal icel ce indic prezena unei [G]

jeun, [Glucagon] i [insulin] reduce [Fr-2,6-bisfosfat] intrahepatocitar cu scderea ratei globale a glicolizei

REACIILE GLICOLIZEID. Scindarea Fr-1,6- difosfatului n prezena aldolazei (Fr-1,6- bisfosfat-aldolaza)reacie reversibil i necontrolat

n ficat i rinichi, aldolaza B cliveaz Fr-1,6- difosfatul, intervenind n metabolizarea Fr alimentare

n urma clivrii Fr-1,6- bisfosfat-ului se obine DHAP (dihidroxiacetonfosfat) i GAP(gliceraldehid-3-fosfat)

REACIILE GLICOLIZEIE. Izomerizarea dihidroxiaceton-fosfatului (Interconversiunea trioz-fosfailor)

Numai GAP este degradat n faza a II-a a glicolizeiDHAP este utilizat dup conversia la GAP Reacia este reversibil i catalizat de triozo-fosfat-izomeraza avd ca rezultat net producerea a 2 molecule de gliceraldehid-3-fosfat din produii de clivare ai Fr-1,6-difosfatului

Se ncheie prima etap a glicolizei

REACIILE GLICOLIZEIEtapa productoare de energie- 5 etape:

F. Oxidarea gliceraldehid-3-fosfat (GAP) la 1,3 bisfosfogliceratG. Sinteza 3-fosfoglicerat (Transferul gruprii fosfat pe ADP) cu sinteza de ATPH. Translocarea fosfatului de pe C 3 pe C 2 (Izomerizarea 3- fosfoglicerat la 2- fosfoglicerat)I. Deshidratarea 2- fosfoglicerat cu formarea fosfoenolpiruvat (PEP)J. Sinteza Py (Transferul fosfatului de pe PEP pe ADP)

REACIILE GLICOLIZEIF. Oxidarea gliceraldehid-3-fosfat (GAP) la 1,3 bisfosfoglicerat