Curs 7 10.04.2012 1.Reglarea glicolizei2.Bilanul energetic al glicolizei3.Boli associate glicolizei4.Soarta metabolic a piruvatuluiDecarboxilarea oxidativ a piruvatului 6.Ciclul Krebs
Oxidarea gliceraldehid-3-fosfatului la 3-fosfogliceratgliceraldehid-3-fosfat dehidrogenazaNAD+ -dependent, tetramer, cu patru grupri SH
Procesul de oxidare presupune etapele:-formarea unui semitioacetal (analog semiacetalilor) -oxidarea semitioacetalului pe seama NAD+ legat-formarea unui tioester care nmagazineaz energia eliberat n timpul oxidrii:
Fosforoliza tioesterului :
Oxidarea NADH legat de enzim de ctre NAD+ liber:
Transformarea 1,3-bisfosfogliceratului n 3-fosfoglicerat cu producere de ATP.
Transformarea 3-fosfogliceratului n 2-fosfoglicerat
Transformarea 2-fosfogliceratului n piruvat
Glicoliza n eritrocite
2,3-bisfosfogliceratul (BPG) este modulator al legrii O2 la Hb
In eritrocit, ~ 25% din glucoza angajat n glicoliz trece prin untul 2,3-BPG
se reduce ATP produs n glicoliz (este ocolit prima fosforilare la substrat din glicoliz)
In deficitul genetic al hexokinazei eritrocitare afinitatea Hb pentru O2 este crescut iar oferta de oxigen ctre esuturi sczut.
Reglarea glicolizei -la nivelul celor trei reacii ireversibilecatalizate de kinaze
Reglarea:cantitii de enzim, prin inducie sau represie;eficienei enzimei, prin:*control hormonal (reglare covalent; fosfo-defosfo)*control metabolic (reglare allosteric)
Hexokinazele enzime din esuturile extrahepatice fosforileaz glucoza la concentraii ~5mMau afinitate mare pentru glucoz, deci KM mic.sunt inhibate de G-6-P, produsul aciunii lor
Glucokinazaprezent n ficat i pancreas are afinitate mic pentru glucoz (KM mare). are activitate mare postprandial este indus de concentraia mare a insulineinu este inhibat de glucozo-6-fosfat, produsul aciunii ei.
6-Fosfofructo-1-kinaza (FFK-1) catalizeaz reacia limitant de vitez a glicolizei
Activatori:fructozo-2,6-bisfosfatul, la nivelul ficatului AMP, la nivel muscular
Inhibitori:
citratului citosolic i a ATP-ului pH-ului (creterea concentraiei H+).
n ficat, FFK-1 catalizeaz reacia limitant de vitez a glicolizeifructozo-2,6-bisfosfatul = efector alosteric pozitiv, activator al FFK-1 FFK-2: enzim bidomenial, interconvertibil; are dou domenii:un domeniu kinazicactiv defosfo, n perioade anabolice (nutriie), la raport insulin/glucagon mare:Fructozo-6-fosfat + ATP Fructozo-2,6-bisfosfat + ADP
un domeniu fosfatazicactiv fosfo, n perioade catabolice (foame), la raport glucagon/insulin mare,:Fructozo-2,6-bisfosfat + H2O Fructozo-6-fosfat + H3PO4
Postprandial, n ficat, fructozo-2,6-bisfosfatulactiveaz FFK-1 stimuleaz glicoliza n scopul producerii de AG pentru sinteza TAG.
n foame, concentraia fructozo-2,6-bisfosfatului scade activitatea FFK-1 scade
Fosforilarea FFK-2 comut enzima de la kinaz la fosfataz; astfel nu se mai formeaz fructozo-2,6-bisfosfat, iar cel preexistent dispare prin hidroliz Activitatea enzimei glicolitice FFK-1 scade dramatic prin lipsa fructozo-2,6-bisfosfatului, activatorul ei allosteric specific
Piruvat kinaza din toate esuturile este:activat alosteric de fructozo-1,6-bisfosfat (feed-forward stimulare) inhibit de ATP, acil-CoA, acetil-CoA, alanina
piruvat kinaza (2 izoenzime): -L proprie ficatului:enzim alosteric, interconvertibil, activ defosfo, promovat de insulin i inactiv fosfo, promovat de glucagon i catecolamine -M proprie muchiului.
Bilanul energetic al glicolizei
Beneficiul net: 4-2 = 2 ATP/mol glucoz degradat la lactat.Deoarece n glicoliza anaerob
rezult:
Boli associate glicolizei
Acidoza lactic: -producia excesiv de acid lactic prin glicoliza anaerob -utilizarea redus a acestuia (boli respiratorii, cardiovasculare, etc.).
Anemii hemolitice, cauzate de defecte enzimatice ale:piruvat kinazei eritrocitare (se produce liz celular datorit scderii concentraiei ATP i a creterii permeabilitii membranei eritrocitului); hexokinazei eritrocitare (scade concentraia intermediarilor glicolitici i a 2,3-bisfosfogliceratului)
Soarta metabolic a piruvatului
Decarboxilarea oxidativ a piruvatului are loc n matrixul mitocondrial (n mitosol)
Reacia global a decarboxilrii oxidative a piruvatului este:
utilizeaz complexul multienzimatic al piruvat-dehidrogenazei cu activitile catalitice:a.Piruvatdehidrogenaza, decarboxilant b.Dihidrolipoil-transacetilaza c.Dihidrolipoil-dehidrogenazad.Protein-kinaza (reglatoare);e.Fosfataz specific, dependent de Ca2+ i Mg2+,
Vitamina B1 (tiamina)
Reglarea activitii piruvat dehidrogenazei:
-prin efectori alosterici i
-prin modificare covalent (fosfo-defosfo)
Activitatea complexului piruvat dehidrogenaz este crescut
n faza anabolic
ATP, acetil-CoA i NADH rezultate prin b-oxidarea acizilor grain condiiile unui aport glucidic sczut
inactiveaz complexul piruvat dehidrogenazei Piruvatul provenit din acidul lactic i din alanin
este orientat spre gluconeogenez
Soarta metabolic a piruvatului
Ciclul KrebsCiclul Krebs (ciclul acizilor tricarboxilici), proces mitosolic
-cale de: degradare oxidativ a acetil~CoA i reducere NAD+ i FAD
calea final comun pentru oxidarea aerob glucidelipide i proteine
are rol n
gluconeogenez
lipogenez i interconversia unor aminoacizi
Ecuaia global a ciclului Krebs i beneficiul energetic al ciclului
Ciclul Krebs: cale final de degradare, glucide,lipide, proteine.
Beneficiul total este de: 11 ATP + 1 GTP = 12 moli NTP (nucleozid trifosfat), pentru fiecare molecul de acetil-CoA degradat
Aminoacizii glucoformatori:Glu, Asp, Arg, Pro, His, Val, Met, Ser, Gly, Thr, Cys, Tyr, Phese transform n intermediari ai ciclului Krebs.
Aminoacizii cetoformatori: Leu i Lys genereaz: acetoacetat i acetoacetil-CoA care nu pot fi transformate n glucoz. Aminoacizii cetoformatori ca i acizii grai pot furniza numai acetil-CoA.
Glucidele i anumii aa pot furniza: -acetil-CoA care se consum i -oxaloacetatul care permite amorsarea ciclului Krebs. Formarea acetil-CoA condiioneaz, utilizarea grsimilor.
Reglarea activitii ciclului Krebs Activitatea ciclului este reglat prin:cantitatea de acetil~CoA, provenit din glucoz, aminoacizi sau acizi grai;cantitatea de oxaloacetat, care introduce acetil~CoA n ciclul Krebs;cantitatea de O2 i de ADP, deci prin viteza funcionrii LR i a fosforilrii oxidative
modificarea activitii celor trei enzime reglatoare ale ciclului: citrat sintaza, izocitrat dehidrogenaza i a-cetoglutarat dehidrogenaza
Curs 10 25.04.2012
Ciclul Krebs cale amfibolic
Reacii anaplerotice
Gluconeogeneza
Calea pentozofosfailor
Ciclul Krebs, cale amfiboliccale amfibolic este implicat n procese catabolice, i anabolice. 1.Procese catabolice.Ciclul Krebs = cale pentru ox. acetil-CoA derivat din glucide, acizi grai i aminoacizi. Electronii generai prin funcionarea ciclului sunt transferai n LR unde ATP, prin fosforilarea oxidativ.
2.Procese anabolicea. oxaloacetatul i a-cetoglutaratul, pot forma prin reaciile de transaminare sau aminare reductiv, aminoacizii corespunztori (aspartic i glutamic). Deoarece reaciile de transaminare sunt reversibile, anumii aminoacizi sunt transformai, n funcie de necesitile celulei, n intermediari ai ciclului Krebs.
Reaciile de transaminare catalizate de GOT i GPT:
Reacia de aminare reductiv:
Acidul aspartic -biosinteza nucleotidelor pirimidinice
Glutamina -biosinteza nucleotidelor purinice.
Succinatul -biosinteza hemului prin ciclul succinat-glicin.
Oxaloacetatul transportat din mitosol n citosol ca malat, este convertit la fosfoenol-piruvat care se angajaz n gluconeogenez.
Citratul, reprezint forma de transport a acetil-CoA din mitosol n citosol, unde este utilizat n sinteza de novo a acizilor grai sau a colesterolului.
Reacii anapleroticeReaciile care permit creterea concentraiei intermediarilor ciclului Krebs1.Reacia de carboxilare a piruvatului la oxaloacetat
Abilitatea acetil-CoA de a stimula piruvat carboxiligaza i de a inhiba piruvat dehidrogenaza ajut celula n stabilirea soartei piruvatului.
Soarta metabolic a piruvatului
Biotina
Reacia catalizat de glutamat dehidrogenaz
Degradarea acizilor grai cu numr impar de atomi de carbon i a unor aminoacizi (izoleucin, valin, metionin), soldate cu formarea succinil-CoA.
Reaciile de transaminare de tipul Oxaloacetat + Glutamat Aspartat + a-Cetoglutarat nu sunt reacii anaplerotice deoarece ele produc un intermediar al ciclului Krebs (a-Cetoglutarat) consumnd un alt intermediar (Oxaloacetat)
Bilanul energetic al arderii glucozei Bilanul oxidrii complete a unui mol de glucoz pn la CO2 i H2O este de 38 moli ATP
prin oxidarea glucozei n condiii de aerobioz se elibereaz 38 x 7,3 = 277 kcal/mol glucoz.
Oxidarea glucozei n condiii standard genereaz 686 kcal/mol:
Bilanul energetic al glicolizei
Beneficiul net: 4-2 = 2 ATP/mol glucoz degradat la lactat.Deoarece n glicoliza anaerob
rezult:
Afirmaia corect este:A.Conversia glucozei la lactat necesit prezena oxigenuluiB.Hexokinaza este important n metabolizarea glucozei la nivel hepatic numai postprandialC.Fructozo 2,6-bisfosfatul este un inhibitor al FFK-1D.Reacia limitant de vitez este ireversibilE.Conversia glucozei la lactat duce la 2 moli ATP i 4 NADH
Corect D
Reacia catalizat de FFK-1:A.Este activat de concentraii mari de ATP i citratB.Substratul ei este fructozo-1-PC.Catalizeaz reacia reglatoare a glicolizeiD.Este aproape de echilibru n toate esuturileE.Este inhibat de insulin
Corect C
Gluconeogeneza
Gluconeogeneza (GNG)Caracteristicile gluconeogenezei: Presupune sintez de glucoz:-aa -lactat-glicerol -propionat (din acizi grai cu numr impar de atomi de carbon, Val i Leu).
are loc n principal n ficat i rinichi
este un proces caracteristic fazei catabolice;
raport glucagon/insulin mare.
ncepe la 4-6 ore de la ultima mas devine maxim la ~ 16 ore,
cnd rezervele (variabile) de glicogen hepatic s-au epuizat
GNG este un proces: -reductiv (necesit NADH + H+) -consumator de energie provenit din arderea AG furnizai prin lipoliza TAG, din esutul adipos. Pentru sinteza unui mol de glucoz:
Sunt trei etape specifice GNGireversibilecatalizate de enzime specifice
Unele enzime din GNG sunt mitocondrialealtele citosolice
Soarta metabolic a piruvatului
Etapele specifice GNG1.Transformarea piruvatului n fosfoenolpiruvat2.Transformarea fructozo-1,6-bisfosfatului n fructozo-6-fosfat3.Transformarea glucozo-6-fosfatului n glucoz.
Transformarea piruvatului n fosfoenolpiruvat
Naveta malat-aspartat este bidirecional Prin aciunea acestei navete se asigur att reoxidarea NADH + H+ citoplasmatic, ct i reglarea cuplurilor NADH NAD+ extra i intramitocondriale
Substratele utilizate n GNG2 categorii :de provenien neglucidic: -anumii aa i -AG cu numr impar de atomi de carbon;
de provenien glicolitic dintr-un esut extrahepatic: -lactat-alanin-glicerol
circuite de substrate ntre:
ficat i esuturile periferice
ciclul lactatului (ciclul Cori)
ciclul alaninei (ciclul Felig)
Gluconeogeneza din lactat
Lactatul din eritrocitmuchi n contracie sau alte esuturi, trece n snge de unde este captat de miocard, ficat, rinichi.
n miocard: lactat CO2 + H2O + ATP
ficat i rinichi: lactat glucoz
Gluconeogeneza din aa
Aminoacizii glucoformatori
Leu i Lys, sunt ceto-formatori (prin degradare se pot obine corpi cetonici)
n foame, crete proteoliza muscular
Proteoliza excesiv, n inaniie, poate afecta integritatea celulareste limitat prin sinteza i utilizarea corpilor cetonici
Gluconeogeneza din glicerol
n inaniie sau foame:
TAG AG + glicerol (adipos)
Acetil~CoA ATP Ficat (GNG)
convertit, n ficat, la corpi cetonici, care vor fi eliberai n snge
Gluconeogeneza din acid propionic
Acidul propionic n forma sa activ de propionil~CoA, provine din dou surse:
b-oxidarea acizilor grai cu numr impar de atomi de carbon;
metabolismul aminoacizilor ramificai (Val, Ileu).
Reglarea gluconeogenezei Reglarea GNG prin: -concentraia substratelor-concentraia ATP (nivelul energetic celular)-modificarea concentraiei enzimelor reglatoare ale GNG -modificarea activitii enzimelor reglatoare aleGNG.
Intensitatea GNG trebuie s fie invers proporional cu intensitatea glicolizei.
Reglare hormonalInsulina reprim transcrierea genelor pentru enzimele reglatoare ale GNG
induce sinteza glucokinazei i piruvatkinazei hepatice, enzime ale glicolizei.
insulina stimuleaz glicoliza i inhib lipoliza, condiie nefavorabil desfurrii GNG.
Glucagonul, glucocorticoizii i adrenalina activeaz transcrierea genelor enzimelor reglatoare ale GNG;
Prin lipoliza TAG se formeaz
-glicerol, substrat al GNG -acizi grai energie (ATP) echivaleni reductori (NADH)
Acetil-CoA rezultat prin b-oxidare activeaz piruvatcarboxiligaza i inhib piruvat dehidrogenaza, deciznd intrarea piruvatului n gluconeogenez
Modificarea covalent sau alosteric a activitii enzimelor reglatoare din GNG
Piruvat-carboxiligaza este activat alosteric de acetil-CoA.
Fosfoenolpiruvat carboxikinaza, este activat de creterea concentraiilor ATP i oxaloacetat.
Fructozo-1,6-bisfosfataza este inhibat alosteric de AMP i fructozo-2,6-bisfosfat, ambii activatori alosterici ai FFK-1, enzima reglatoare a glicolizei.
Glucozo-6-fosfataza reglarea activitii ei prin concentraia glucozei sanguine
Ingestia de etanol inhib gluconeogeneza
Etanol + Piruvat Acetaldehid + Lactat
Etanol + Oxaloacetat Acetaldehid + Malat
Calea pentozofosfailor untul pentozo-fosfailor Calea fosfogluconatului
Are loc n citosolul celulelor din:ficat; esutul adipos; glanda mamar n lactaie; cortexul suprarenalelor; gonade; eritrocite; cornee.
cale de degradare oxidativ a glucozei:
-nu se consum O2
-nu se consum i nu se produce ATP
-se produc pentoze i NADPH
este o cale anabolic utilizeaz cei 6 C ai glucozei pentru a face pentoze i echivaleni reductori
Pentozele servesc la biosinteza: nucleozidelor; nucleotidelor; polinucleotidelor (ARN, ADN), coenzimelor (NAD+, FAD, CoA-SH);
NADPH necesar pentru:biosinteze reductive: hormoni steroizi; colesterol; acizi grai; aminoacizi via glutamat dehidrogenaz; regenerarea G-SHtransformarea Met-Hb n Hb;funcionarea monoxigenazelor citocrom P450 dependente;sinteza anionului superoxid ( ), specie bactericid produs sub aciunea NADPH-oxidazei din membrana leucocitului.
Etape majore: oxidativ i neoxidativ.
Etapa oxidativ, ireversibil;glucozo-6-fosfat CO2 2 NADPHpentoz fosforilat (ribulozo-5-fosfat)
etapa neoxidativ esut adipos si ficat -este reversibil
functie de necesitile metabolice ale celulei
Rolul acestei etape: n primul rnd generare R-5-fosfat conversia zaharuri cu 5C din diet n zaharuri cu 6C i 3C utilizai n glicoliz
Primele enzime implicate:
Transaldolaze
Transcetolaze (cofactor tiaminpirofosfat)Rearanjaz scheletele atomilor de carbon
Rezultat net:Pentoze acizi nucleici
sau
3 moli pentoze 2 moli hexoze1 mol trioz
Hexozele pot fi reciclate n cale NADPHTrioza poate intra n: glicoliz gluconeogenez
glicoliza i untul pentozelor sunt stimulate de insulin,
Intensitatea caii pentozelor depinde de starea fiziologic a celuleicalea pentozelor este indus de creterea
Glicoliza este indus de creterea
In hematii
Deficiene enzime Deficiena genetic a transcetolazei - afinitatea extrem de redus a acesteia pentru TPP (tiaminpirofosfat), duce la tulburri neurologice i comportamentale
Deficiena de glucozo-6-fosfat dehidrogenaz, n special n eritrocit, se exprim n susceptibilitatea crescut a eritrocitului la hemoliz, determinat de scderea coninutului de G-SH. -medicamente cu caracter oxidant (aspirin, antimalarice) accentueaz deficiena enzimatic
In procesul de transformare a glicerolului in glucoz, primul intermediar glicolitic format este:A.Glicerol-3-PB.Acidul 1,3-bisfosfoglicericC.Gliceraldehid-3-PD.DihidroxiacetonfosfatulE.Acidul piruvic
Eritrocitul i procur energia metabolic prin:A.Sinteza de pentoze din Glucozo-6-PB.Gluconeogeneza din aminoaciziC.Conversia glucozei la lactatD.Fosforilarea oxidativ cuplat cu ciclul KrebsE.Conversia lactatului la Acetil~CoA
Ce ci de metabolizare glucoz sunt eseniale pentru eritrocit ???
Curs 11
Calea acidului glucuronic
Calea acidului glucuronic
cale metabolic de degradare oxidativ a glucozei
are loc n citosol.
glucozo-1-P UTP i UDP-glucozo-pirofosforilaza
UDP-glucoz
UDP-glucuronat
Metabolizarea fructozeiFructoza din diet: fructe miere zaharoz
Posibiliti de transformare a fructozei
1.Transformarea fructozei n fructozo-6-fosfat.
cantiti mici de fructoz pot fi metabolizate n esutul adipos i n muchi.
2.Transformarea fructozei n fructozo-1-P Fructokinazaprezent n ficat nu acioneaz asupra glucozei activitatea ei nu este influenat de foame sau insulin
Aldolaza Bprezent n ficat transform fructozo-1-P n 2 trioze
Lipsa reglrii transformrii fructozei n trioze
poate conduce la lactacidemie sau la
amplificarea lipogenezei
Generarea fructozei din glucoz(calea poliolilor)
Aldozoreductaza se afl n: cristalin, retin, nervii periferici, ficat, rinichi, placent, hematii i n celulele din ovare i veziculele seminale (insulino independente)
Sorbitol dehidrogenaza, oxideaz sorbitolul cu producerea fructozei, n celulele din ficat, ovare, sperm i veziculele seminale
fructoza sursa major de energie pentru spermatozoizi n veziculele seminalemitocondriile spermatozoizilor conin LDH enzim exclusiv citosolic n alte celule
Spermatozoizii pot metaboliza complet fructoza la CO2 i H2O, prin combinare:Fructoliz (citosol)captarea lactatului n mitocondrii oxidarea lactatului la: - piruvat - acetil-CoA - CO2 i H2O. Nu mai sunt necesare navetele
In hiperglicemie n diabetul zaharatactivitatea aldozreductazei este foarte crescutacumulare de sorbitol dar i depleie NADPH, cofactor al glutation reductazei, enzim implicat n aprarea antioxidant.
In celulele cu sorbitol dehidrogenaza redus sau absentretincristalinrinichi celulele nervoase, sorbitolul este sechestrat n celule determinnd modificri osmotice prin retenie de ap
Strile patologice asociate cu acest fenomen: Cataractaneuropatia perifericafeciuni vasculare care pot duce la nefropatie i retinopatie.
Corelaii clinice
Fructozuria esenial:lipsa fructokinazei sau defecte ale acesteia Intolerana ereditar la fructoz scderea sau absena activitii aldolazei B. acumulare de fructozo-1-fosfat
hipoglicemie sever dup ingestie de fructoz (fructozo-1-fosfatul inhib enzima reglatoare din glicogenoliz)
Metabolismul galactozei Surse:hidroliza lactozei alimentare, n intestin conversia glucozei la galactoz
UDP-glucoza = intermediar n procesul de transformare a galactozei n glucoz
Deficiene enzimatice n metabolismul galactozeia.Deficiena galactokinazei duce la -galactozemie i galactozurie
clinic apare cataracta
galactoza intracelular galactitol (poliol) modificri osmotice cataract la nivelul cristalinului
Deficiena uridil-transferazei duce la alterri hepatice Cataracttulburri neuropshice
Consecinele deficienei:acumulare de galactozo-1-fosfat (citotoxic) n ficat i galactoz liber;depleie celular de fosfat liber;apar: icter, leziuni renale, cerebrale, deteriorare mental, cataract, scdere n greutate