MetabolismulBioenergeticaCiclul Krebs

Metabolismul Metabolismul sistem coordonat de transformri a substanelor i energiei sub aciunea sistemelor multienzimatice.Deosebim: metabolismul extern i intern Metabolismul extern include procesele necesare pentru: asimilarea substanilor nutritive alimentare, transportul metaboliilor ntre celulele diferitor organe i esuturi i eliminarea produselor finale din organism.Metabolismul intermediar totalitatea reaciilor chimice ce decurg ntr-o singur celul vie (i asigur viabilitatea, creterea i reproducerea ei).

Funciile metabolismului:

acumularea energiei chimice (se formeaz la scindarea substanelor nutritive);folosirea energiei la sinteza macromoleculelor sau la efectuarea lucrului (osmotic, electric, mecanic);biosinteza i degradarea biomoleculelor cu destinaie special (h, mediatori, cofactori);degradarea componentelor structurale ale celulelor n procesul de renoire.

Fazele metabolismului

Evideniem 2 faze:Catabolismul faza degradrii macromoleculelor n micromolecule. Acest proces este nsoit de eliberarea energiei (care poate fi acumulat sub form de ATP sau NADPH+H+).Anabolismul sinteza macromoleculelor din micromolecule, necesit utilizarea energiei.

Etapele catabolismului:I etap - decurge n TGI (fr elimenare de E). Macromolecule alimentare se scindeaz n monomerii si.II etap monomerii se transform ntr-un precursor comun numit AcetilCoA (are loc generare de energie).III etap ciclul Krebs - FO H2O CO2 generare de energie

Proteine Glucide LipideAAmonozaharideAG+glicerolPiruvatAcetil -CoAc. KrebsH2OL.RFOCO2 glucoCeto-IIIIIIIIADP + PiATP

Deosebirile cilor catabolice de anaboliceconsiderentul energetic;succesiunea reaciilor este reglat separat;difer dup localizarea n celul.

Deosebim ci metabolice:Centrale (comune pentru sintez i degradarea macromoleculelor).Specifice caracteristice doar pentru substane individuale. a). liniare b). cicliceanabolicecataboliceamfibolice a). aerobe b). anaerobe

Metode de studiu a cilor metabolice Pe organismele intact aport eliminare se aplic att pe organismele sntoase ct i pe organismele bolnave (infectate) i stresate. Se efectuiaz prin marcarea metaboliilor cu izotopi.Studiul experimental prin perfuzia organelor intacte.Studiul seciunilor tisulare.La nivel celular.La nivelul organitelor celulare.

Reglarea metabolismuluireglarea alosteric- prin modulatori alosterici pozitivi i negativi. n calitate de modulatori servesc substratele, produsele intermediare i produsele anumitor ci metabolice, nucleozid-fosfaii.reglare prin starea energetic a celulei. Indicatorul ei este sarcina energetic

Se =

Se = 0 ( AMP); Se=1 (ATP). Atkinson cile metabolice, responsabile de sinteza ATP sunt inhibate de Se nalt; dar cile de utilizare ale ATP sunt stimulate. Se = 0,80-0,95Cile catabolice ca regul sunt inhibate de ATP, NADH2 i activate de AMP, ADP, NAD+. Pentru cile anabolice aciunea acestor compui este invers.Potenialul de fosforilare PF

PF =

[ATP] + [ADP][ATP]+ [ADP] +[AMP][ATP][ADP] X [Pi]= 500

reglare prin modificarea covalent a enzimelor (fosforilare-defosforilare), modulat de hormoni (adrenalina, glucagon .a)inducia i represia enzimatic -modificarea concentraiei enzimei la nivel de transcripie a genelor corespunztoare sub aciunea hormonilor steroizi.Reglarea dependent de hormonii care accelereaz activitatea E (adaptare imediat) sau de viteza sintezei enzimelor (adaptare de lung durat)Exemple: adrenalina i steroizii

Bioenergetica. Bioenergetica- tiina ce studiaz transformrile i utilizarea energiei. n lumea vie sistemul termodinamic poate fi reprezentat de un organism ntreg; un organ; o celul; o reacie chimic.Organismele vii pot fi considerate sisteme termodinamice, pentru care sunt valabile legile termodinamicei: I. Principiul conservrii energia reaciilor chimice nu dispare i nu apare din nimic, dar se transform dintr-o form n alt (procesul conservrii). Ex.: E chimic se transform n E termic, electric, mecanic.II Principiul evoluiei toate procesele spontane decurg n direcia ce corespunde entropiei maximale pn la stabilirea echilibrului reaciei.Sistemele biologice sunt sisteme deschise (schimb de energie i materie cu mediul nconjurtor)Fiecare sistem are o energie intern (E), care este constituit din energie liber (G) i energie legat (TS ). E= G + TS

Noiune de energie liber standard. Energie liber reprezint acea parte din energia (total) intern a sistemului, capabil s efectuieze un lucru asupra mediului n condiii constante de T i presiune ( G kcal/mol). Dac E (energia total a sistemului) E= G + TS G = E - TS.TS - energia legat - nu poate fi utilizat pentru efectuarea lucrului (T- t absolut; S variaia entropiei (gradul de dezordine al sistemului). Creterea entropiei mpedic revenirea la starea iniial, de aceea reaciile nsoite de creterea entropiei - sunt ireversibile.Energia liber standard este partea de energie total a sistemului, convertit n lucru n condiii standard (G0) T=298K, C% iniiala 1,0 mol, pH = 7, presiunea 760 torii (1 atm).

Referitor la o singur reacie chimic - variaia energiei libere standard este diferena dintre suma energiilor libere ale produilor i suma energiilor libere ale reactanilor. G pozitiv 0 cnd produii conin mai mult energie dect reactanii (substanele iniiale) endergonice (nu pot efectua un lucru spontan, necesit energie din exterior). AB GB GA G negativ 0 produii conin mai puin energie dect substanele iniiale exergonice (fr folosirea energiei) stnga la dreapta pot efectua un lucru.G = 0 nu evalueaz nici ntr-un sens.Reaciile catabolice exergoniceAnabolice endergoniceLegtura (conexiunea) ntre ele este ATP.

Ciclul ATPATP- transportor universal al energiein forma sa activ este un complex cu ionii de Mg sau MnServete ca surs de energie n:Lucrul mecanic: micare, contracieTransport: transportul prin membrann transmiterea informaiei geneticeATP 2 legturi macroergice, la pH=7 are 4 sarcini negative, care se resping mai puternic comparativ cu ADP

Ciclul ATPn condiii standard hidroliza ATP are loc pe 2 ci:ATPADPH3PO4AMPPP2H3PO4

7,3 kcal/mol14,6 kcal/mol

Sinteza ATP din ADP i Pan este posibil pe 2 ci:1. FO2. fosforilare la nivel de substrat reaciile n care energia necesar pentru sinteza legturii macroergice fosfat e furnizat de un substarat supermacroergic.

Legtura macroergic. Substane macroergiceTransportul principal al energiei de la procesele catabolice spre cele anabolice i forma major de stocare a ei n organism sunt legturile macroergice fosfat i tioesterice din diverse substane Legtura macroergic care la hidroliza ei se elibereaz mai mult de 5,2kcal/mol (21 kJ/mol) Compuii supramacroergici G0 (kJ/mol) kcal/molfosfoenolpiruvat 61,7 -14,81,3 difosfoglicerat 49,2 -11,8creatinfosfat 42,5 - 10,3 Compuii macroergici -G0 (kJ/mol)ATP ADP +H3PO4 30,4 -7,3ADP AMP + H3PO4 28,4H4P2O7 2H3PO4 28,4 acetil~CoA 30,4 -7,5Compuii submacroergici Glucozo-1 P -5,0Fructozo 6 P - 3,8Glucozo- 6- P - 3,3

Decarboxilarea oxidativ a piruvatului DOP la eucariote e localizat n mitocondrii; la procariote citozol. Are loc sub aciunea complexului multienzimatic PDH, alctuit din:E1 PDH Co1-TPP E2 dehidrolipoiltransacetilaz SCo 2- AL

E3 dehidrolipoilDH HSCoA a.pantotenicCo3 FAD NAD+K kinaza specificF fosfotaza specific, dependent de Ca2+ i Mg2+X proteina ligand (n E3)Caracteristica: la E.Coli compus din 48 de lanuri polipeptidice. Nucleul l ocup E2; iar E1 i E3 se leag n exterior de nucleu. Lanurile sunt legate prin fore necovalente.S

Atacul nucleofil - hidroxietiltiaminoPP, 2. gruparea hidroxiettilic se oxideaz cu gr disulfidic- trece n sulfhidrilic se formeaz acetillipoamidCH3-CO-COOH +E1-TPPE1- TPP-CH-CH3OHE1-TPP-CH-CH3 + E2 ALOHSSE1-TPP + E2-ALSHC-CH3OO+ CO2

E2-ALSHC-CH3OOO+HS-CoAE2-ALSHSH+CH3COSCoAE2-ALSHSH+E3-FADE2-ALSS+E3-FADH2

E3-FADH2 +NADE3-FAD+ NADH+HReacia sumar:CH3-CO-COOHCH3-CO - S CoA + CO2 +NADH+HComplexul PDH:E1-TPP, E2-ALSSE3-FAD HS-CoA, NADCiclul KrebsLR =3 ATP+

Reglarea complexului PDHInhibat prin retroinhibiie: AcetilCoAE2; NADH E3Efectul e reversibil la aciunea NAD i HSCoAInhibiia alosteric este amplificat de AG macromoleculariReglare nucleotidic, prin sarcina energetic: inhibat de GTP i activat de AMPReglare covalent: complexul PDH este inhibat prin fosforilare (kinaza PDH), activat prin defosforilare (fosfataza PDH).Fosforilarea se amplific la raportul nalt ATP/ADP; acetil CoA/HSCoA; NADH/NAD; defosforilarea la concentraii mari de piruvat i Ca

Ciclul Krebs RolulDonor de protoni i electroni pentru LRIntegrativAmfibolicenergetic

Condensarea lui Acetil CoA cu OA

Izomerizaea citratului n izocitrat

DH i decarboxilarea izocitratului

Decarboxilarea oxidativ a alfa cetoglutaratului

Fosforilare la nivel de substrat

DH succinatului

Hidratarea fumaratului

DH malatului

Reacia sumar. Bilanul energeticCH3COSCoA +3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2 +3NADH+H +FADH2+GTP+2H+HSCoA++

Reglarea ciclului KrebsCitrat sintaza:Inhibat - succinil CoA; AG; NADH; citratActivat: OA, Acetil CoAIzocitratDH:Activat: ADP, Mg, MnInhibat: NADH2 i NADPH2Alfa cetoglutaratDHInhibat: succinil CoA; NADH2; Se mare

Reaciile anapleroticeReaciile ce furnizeaz produii intermediari a ciclului KrebsPiruvat+ATP+CO2+H2O OA+ADP+PAsp+Acetil CoAOA +AlaGlu+ Piruvat Alfa cetoglutarat+ Ala

hidroxietiltiaminoPP, 2. gruparea hidroxiettilic se oxideaz cu gr disulfidic- trece n sulfhidrilic