1. Introducere in studiul metabolismului intermediar.Consideratii generale.

Metabolismul cuprinde ansamblul reactiilor biochimice prin care se

realizeaza schimburile permanente de materie (substanta), energie si informatie

intre organismul viu si mediul ambiant. Metabolismul se poate define ca fiind

totalitatea transformarilor biochimice si energetic care au loc intr-un organism

viu si care determina esenta viului. Incetarea metabolismului inseamna moartea

organismului. Intre transformarile metabolice ale biomoleculelor exista o stransa

corelatie de interdependenta.

Conceptul de metabolism intermediary desemneaza totalitatea reactiilor

care se petrec intr-un organism viu si include ca principale aspecte:

-identificarea si caracterizarea reactantilor si a produsilor in fiecare reactie

metabolic

-biocatalizatorul specific pe care il necesita desfasurarea fiecarei reactii

-conditiile special pe care le reclama fiecare reactie pentru realizarea ei

-stabilirea inter-relatiilor existente ale unui set sau seturi de reactii biochimice.

Metabolismul este constituit din doua procese biochimice antagoniste dar

in stransa interdependent si conditionare reciproca:

Catabolism(procese de degradare) care se produce cu generare de energie.

Anabolism(procese de biosinteza) care se produce cu consum de energie.

Aceaste doua laturi constituie o unitate prin care se asigura coordonarea si

autoreglarea tutror proceselor biochimice care conditioneaza existenta si

functionarea materiei vii.

Complexitatea metabolismului general impune ca in vederea studierii sale

sa fie compartimentat, de altfel in mod artificial, in metabolism partiale,

reprezentate prin: metabolism glucidic, lipidic, protidic si al acizilor nucleic,

metabolismul (circuitul) hidromineral

1

Lipide poliglucide proteine

Acizi grasi Hexoze, Aminoacizi

Glicerol Pentoze

Rolul alimentelor

Una din formele de legatura dintre organismul viu si mediul ambiant este

hrana. Alimentele indeplinesc urmatoarele roluri: Reprezinta sursa de energie

pentru desfasurarea tuturor proceselor vitale. Hrana e indispensabila pt inlocuirea

anumitor elemente structural uzate. Hrana furnizeaza organsimului elementele

chimice absolute necesare sip e care organismul viu nu le poate sintetiza:

aminoacizi esentiali, acizi grasi esentiali, unele vitamine, component anorganice

(Na, K, Ca, Mg). In organism, hrana sufera transformari profunde (ansamblul de

reactii reprezinta digestia), sub actiunea diferitelor enzyme.

Transformarile digestive constau din prelucrari mecanice ale alimentelor(

masticare), din transformari fizice(dizolvare, emulsionare, imbibare) si din

modificari chimice(hidroliza, esterificare, degradari, sinteze). Marea

majoritate a substantelor sunt supuse acestor transformari. Se cunosc numai

putine subsrante care pot fi folosite de organism asa cum se afla in natura si

anume: oxigenul, apa, saruri minerale, monoglucide, aminoacizii liberi, acizii

grasi, colesterolul liber sau esterificat, vitamine. Substantele cu o structura mai

complexa nu pot fi utilizate ca atare de catre organism decat dupa o prealabila

transformare in aparatul digestive. Principalii factori ai digestiei sunt enzimele

din saliva, din sucul gastric, din sucul duodenal, din intestinal subtire, precum si

din populatia bacteriana intestinala.

2

Prin formarea de compusi cu structura mai simpla solubili si usor

absorbabili se poate realize absorbtia lor in aparatul gastrointestinal si apoi

vehicularea acestora la nivel cellular in vederea transformarilor biochimice mai

profunde, prin asa-numitul metabolism intermediar.

Etapele generale ale degradarii alimentelor sunt:

1. Transformarea macromoleculelor sau a moleculelor cu structura mai

complexa in micromolecule, solubile, usor absorbabile:

-proteine… aminoacizi

-poliglucide….oze

-lipide…. Alcooli+acizi grasi

Degradarea micromoleculelor dupa absorbtie, la compusi mai

simpli, numiti metabolite intermediari.

Degradarea complete a metabolitilor intermediary pana la produsi

finali ai catabolismului: CO2, H20, NH3.

In cursul acestor transformari biochimice complexe se elibereaza cantitati

importante de energie care e stocata sub forma de compusi macroergici si

in special ATP.

Energia chimica stocata in ATP poate fi eliberata apoi, in functie de

necesitatile organismului si transformata in alte forme de energie: chimica,

caloric, mecanica. In cazul in care organismul e in repaus complet, bilantul

energetic e denumit metabolism bazal. Pentru intrarea organismului in

activitate, are nevoie de un plus de energie, denumita energie functionala.

3

2. Respiratia celulara si fosforilarea oxidative

Respiratia celulara reprezinta o succesiune de reactii enzimatice in

care H captat de pe diferite substraturi din ciclul acizilor tricarboxilici din B

oxidarea acizilor grasi sau din alte cai metabolice, sub forma coenzimelor

reduse NADH+H+ si FADH2,e oxidat in prezenta O2 activat cu formarea

produsului final H20. Aceasta secventa de reactii e insotita de eliberarea unei

mari cantitati de energie conservata sub forma de ATP. In acest lant

respirator, intervin pe langa coenzime reduse si O2 activat, citocromii care

sunt enzyme din clasa oxidroreductazelor caracterizate prin transfer de

electroni (transelectronaze), din care motiv lantul respirator se mai numeste si

lantul citocromilor.

Reactia generala a respiratiei celulare este:

Coenzima redusa (H2) --- 2H+ +2e+coenzima oxidata

½ O2+2e-> ½ O2 2-

2H+ + 1/2O2 2- - H20+Energie(ATP)

In catena de respiratie celulara exista pe de o parte un transfer de H sip e

de alta parte un transfer de electroni de H de pe O2 care activeaza.

Fosforilarea oxidativa:

Sinteza de ATP, din ADP si fosfat anorganic , pe seama energiei eliberate

de oxidarea hidrogenului in lantul respirator, se defineste ca fosforilare oxidative

cuplata cu lantul respirator.

Lantul respirator cuprinde trei puncte de fosforilare, respective de cuplare

a procesului oxidative cu cel fosforilant.

4

3. Digestia si absorbtia glucidelor

In cadrul metabolismului general, o importanta fundamental o prezinta

metabolismul glucidelor, date fiind multiplele functii pe care aceste substante

le indeplinesc in organism.

Ozele reprezinta singura forma prin care glucidele se pot absorbi prin

peretele intestinal.

In organismul animal glucidele pot fi de origine exogena, introduce in

organism sub forma de alimente, sau de origine endogena rezultate ca urmare a

unor procese de biosinteza.

Cea mai mare parte a glucidelor din organismul animalelor superioare si

al omului sunt de origine exogena, alimentara. Glucidele alimentare, pot fi la

randul lor, de origine animal sau vegetala. Poliglucidul principal alimentar de

origine animal e glicogenul. Insa cea mai mare parte a glucidelor alimentare

constau in amidon, poliglucid de origine vegetala, consumat in alimentatia

umana.

In cantitati mai mic, alimentele mai contin diglucide ca: zaharoza,

lactoza, ,maltoza, oze: fructoza, glucoza.

Digestie:

Pentru a putea fi utilizate in organism, glucidele alimentare sunt in

prealabil supuse unui process de digestive, urmat de un process de absorbtie.

Digestia poliglucidlor incepe partial in cavitatea bucala. Saliva contine alfa

amilaza salivaara secretata de glandele salivare cu pH optim de actiune la 6,8 si

T de 40 grade C, fiind activate de Cl- si Ca2+. Amilaza salivara isi pastreaza

activatatea enzimatica si la alte valori de ph situate de o parte side a alta a

neutralitatii, de la pH=4 la pH=9,4. In medii acide, cu pH<4, activitatea amilazei

5

salivare e inhibata. De asemenea, saliva mai cuprinde si cantitati foarte mici de

maltaza care hidrolizeaza maltoza in glucoza.

Alfa amilaza salivara ataca partial amidonul si glicogenul alimentar cu

transformarea acestora in dextrin si eventual maltoza. Actiunea aceste enzyme

este insa limitata de faptul ca timpul cat raman alimentele in cavitatea bucala e

foarte redus.

Sucul gastric nu contine enzyme amilolitice, insa un timp pana la

complete dispersie a bolului alimentar continua actiunea amilazei salivare si

anume in acele portiuni ale bolului care n-au fost atinse de sucul gastric. Ulterior

datorita aciditatii sucului gastric, amilaza salivara e inactivata.

Digestia totala, efectiva a glucidelor se petrece la nivelul intestinului

subtire, unde actioneaza diferite hidrolaze(glizodize) pancreatice si intestinale

care au ca substrat oligo- si poliglucidele. Prin actiunea conjugate a acestor

glicozidaze, oligo si poli glucdele sunt transformate in oze.

Enzimele care hidrolizeaza total glucidele pana la stadiul de oze sunt:

-Alfa amilaza pancreatica care hidrolizeaza amidonul si glicogenul partial atacate

in cavitatea bucala, trecandu-le in stadiul de dextrin, maltoza si cantitati mici de

glucoza.

-1,6 alfa glicozidaza catalizeaza scindarea hidrolitca a legaturile alfa-1,6ale

amilopectinei si glicogenului care sunt deramifiate.

Digestia diglucidelor, provenite direct din alimentative sau din hidroliza

enzimatica a amidonului si glicogenului, se realizeaza in intestinal subitire dupa

actiunea diglicozidazelor. Amilaza si celelalte glicozidaze sunt prezente in tubul

digestive de la nastere, dare le sufera cu varsta ample variatii cantitative.

Activitatea amilazei la nou nascut e mult mai mica decat la adult. Activitatea

6

lactazei sufera o variatie inversa, e mai mare la nou nascut si scade cu varsta.

Activitatile maltazei si zaharazei se modifica putin cu varsta.

-Nucleaze sub actiunea carora rezulta in final din nucleoproteide- riboza si

deoxiriboza.

O serie de poliglucide ca celuloza, pentozanele nu sunt transformate in

tubul digestive al omului, care nu contine enzimele necesare acestor procese.

Acesti compusi trec, ca atare, in intestinal gros unde sunt in mica masura

degradati sub actiunea microorganismelor intestinale si sunt elimnati apoi prin

fecale. Asadar nu au rol in nutritive, insa sunt utila pentr digestive, intrugat

regleaza peristaltismul intestinal.

Ca rezultat al digestiei glucidelor, in intestinal subtire rezulta o serie de

oze printer care predomina: glucoza, fructoza, manoza si pentoze: riboza si

deoxiriboza.

Absorbtia:

Se realizeaza la nivelul intestinului subtire sub forma de oze. Ozele reprezinta

singura forma sub care glucidele se absorb prin peretele intestinului.

Viteza de absorbtie depinde de:

-natura ozei, evolutia alimentara si necesitatile fiziologice

-regiunea si starea functionala a intestinului

-prezenta anumitor vitamine din complex B: piridoxina, tiamina,acid pantotenic.

-prezenta hormone tiroxina, cortizol

Ozele absorbite sunt trecute prin vena porta la ficat.

7

Absorbtia hexozelor este insa de cele mai multe ori un process active care

implica fosforilarea lor prin grupari fosfat donate de ATP, reactia avand loc sub

actiunea enzimei hexokinaza si fiind reglata de hormonii corticosuprarenali si

stimulate de vitaminele din complex B. Astfel, absorbtia hexozelor depinde de

usurinta cu care aceste monoglucide pot forma esteri fosforici. Dupa intrarea lor

in circuitul portal, aceastea sunt defosforilate si ajung la ficat sub forma libera.

In ficat toate hexozele absorbite sunt transformate in glucoza printrun process

de fosforilare in prezenta ATP.

Glucoza urmeaza 3 cai de metabolizare:

-O parte din glucoza absorbit sau cea rezultata din transformarile celorlalte

hexoze, participa la sinteza glicogenului hepatic.Glicogenul hepatic

constituie o rezerva de glucoza imediat disponibila pt a mentine nivelul

constant al glicemiei. In cazul in care organismul e saturat in glycogen si

exista un exces de glucoza, aceasta e transformata in lipide si in parte

catabolizata pana la CO2 si H20 cu eliberare de energie.

-O parte din glucoza e trecuta in sange unde participa la mentinerea in

limite constant a glicemiei.

-O alta parte e distribuita pe cale sanguine la toate tesuturile din organism

si in special la tesutul muscular unde prin catabolizare furnizeaza 50-70%

din energia necesara activitatii celulare. Excesul de glucoza e transformat in

glicogen muscular. Prin eliberarea glucozei din glycogen muscular si

degradarea acesteia se elibereaza energia necesara contractiei muscular.

Deci, ficatul are un rol essential ca rol de transit al glucidelor alimentare,

respective ca un organ de transit intercalate intre intestine si circulatia generala.

Mai mult, in ficat de desfasoara si un alt process biochimic important si anume

8

transformarea substantelor neglucidice (lipide, protide, acizi) in glucoza,

procesul se numeste gluconeogeneza.

Glucidlele libere din organismele animale sunt reprezentate de glucoza,

glycogen muscular, glucide tisulare.

Forma legata a glucidelor o constituie glicoproteidele si in mica parte

glicolipidele.

Dinamica glucozei in organismele animale e dependent de sitemele de reglare

neurohormonale si enzimatice.

Defecte enzimatice in digestia si absorbita glucidelor

In digestie apar anumite dereglari associate cu activitatea alfa amilazei, enzima

ce intervine in hidroliza amidonului si respective a glicogenului de origine

animal. O deficient a alfa amilazei pancreatice s-a semnalat la copii din primele

luni de viata nu pot digera amidonul. La adulti, enzima se afla in exces, putand

hidroliza cantitati normale chiar la subiecti cu insuficienta pancreatica exocrine.

Exista anumite anomalii in digestia diglucidelor, determinate de deficitul

enzymatic al unor enzyme, care conduc la intoleranta la diglucide.

Astfel:

Deficitul de lactaza- intolerant la lactoza

Deficit de zaharaza- intolerant de zaharoza

In asemenea deficient, oligoglucidele nu mai pot fi digerate si trec in intestinal

gros. Semnalele clinice ale intolerantei la diglucide(lactoza si zaharoza) sunt

commune prin dureri abdominal, diaree cronica, flatulenta.

9

Acumularea in intestine a diglucidelor care sunt compusi osmotic active,

duce la cresterea presiunii osmotic si la favorizarea intrarii apei in spatiile

interstitial in lumenul intestinal determinand pierderi digestive de apa. Procesele

fermentative declansate de populatia microbiana genereaza produsi care irita

mucoasa intestinala.

Deficienta de lactaza poate fi mostenita, situatie in care se manifesta dupa

nastere sau se poate datora scaderii in timp a activitatii enzimatice. Absenta sau

carenta enzimei se manfiesta clinica, in special prin tulburari digestive. Aceste

simptome dispar cu eliminarea laptelui din dieta.

4. Glicogenoliza

Principalele surse de degradare a glucidelor in organism sunt:

-Glicogenul-- glicogenoliza(degradarea incepe de la glycogen)

-Glucoza glicoliza(degradarea incepe de la glucoza)

Principalele cai de catabolizare ale glucidelor includ:

-degradarea glicolitica:

a) glicoliza(anaeroba)- Calea Embden –Mayerhoff-Parnas)

b) Degradarea glicolitica oxidative(aeroba)

-degradarea pe calea pentofosfatilor

-degradarea pe calea acizilor uronici

10

Catabolizarea glucidelor la om:

Degradarea glucozei pe calea glicolitica:

Rolul metabolic fundamental al glucozei este acela de a furniza energie

prin degradarea molecului sale bogate in carbon si hidrogen.

Organismul dispune si de alte substante energetic ( acizi grasi, aminoacizi)

dar pentru anumite tesuturi ( creier, hematii) si in anumite circumstante, glucoza

e unicul compus apt sa joace acest rol. Forma activa a glucozei care initiaza

secventele metabolice e glucozo-6-fosfatul. Acesta provine din 3 surse:

-glucoza sanguina

-prin sinteza din precursori neglucidici(gluconeogeneza)

-scindarea glicogenului tisular(glicogenoliza)

Degradarea glucozei depinde de factori nutritionali metabolic si

hormonali.

GLICOGENOLIZA e procesul enzimatic prin care glicogenul e degradat

succesiv cu punere in libertate de glucoza sub forma de G-1-P.

Etapele glicogenolizei

1.Formarea G-1-P

Degradarea glicogenului se produce sub actiunea fosforilazei (este un

proces fosforolitic si nu hidrolitic) si consta in scindarea succesiva a moleculelor

de glucoza sub forma de glucozo-1-fosfat din catena poliglucidica a

glicogenului.Reactia are loc in prezenta H3PO4.

Fosforilaza e capabila sa catalizeze numai desfacerea legaturilor 1,4-alfa-

glicozidice. Legaturile 1,6-alfa-glicozidice sunt scindate sub influenta amilo-

11

alfa-1,6-glicozidazei, care e o enzima de deramificare si actioneaza hidrolitic si

nu fosforolitic.

2. Formarea G-6-P

Cea de a doua etapa consta in izomerizarea G-1-P, sub actiunea

fosfoglucomutazei la G-6-P.

G-6-P intra in secventa de reactii a glicolizei unde se catabolizeaza mai

departe. Deci G-6-P cu glucoza libera reprezinta material prima pt glicoliza.

5. Glicoliza anaeroba. Degradare glucoza pe calea Embden-Meyerhoff-

Parnas.Bilant energetic.

Glicoliza reprezinta succesiunea de reactii biochimice catalizate de enzyme

specifice prin care glucoza este degradata cu eliberare de energie sub forma de

ATP. Glicoliza anaeroba constituie o cale de degradare anaeroba a glucozei pana

la acid lactic.

Transformarea glucozei in acid lactic ca produs final implica o secventa de

11 reactii catalizate de enzyme specific. Aceste enizme au fost isolate si sunt

localizate in faza solubila a citoplasmei.

In cadrul glicolizei anaerobe se pot distinge doua etape:

Etapa 1- In cadrul careia glucoza e transformata in doua molecule de trioza

fosforilata (gliceraldehid- 3-fosfat); aceasta etapa are loc cu consum de 2 moli de

ATP.

Etapa 2- in cadrul careia gliceraldehid-3-fosfatul se transforma in acid

lactic, acest process fiind cuplat cu formarea de 4 moli de ATP.

12

Etapele glicolizei anaerobe

1. Formarea G-6-P

Glucoza are o structura stabile sub aspect chimic. Intrarea acesteia in

secventa glicolitica de degradare necesita prealabila sa activare.Activarea se

realizeaza prin fosforilarea glucozei cu formare de g-6-P in prezenta ATP printr-

o reactie ireversibila. Reactia e catalizata de 2 enzime, hexokinaza si

glucokinaza, si necesita prezenta ionilor de Mg2+ si Mn2+.

Dintre cele doua enzyme, cea mai activa e hexokinaza capabila sa

catalizeze si fosforilarea altor hexoze. Glucokinaza catalizeaza numai

fosforilarea glucozei dar cu o activitate mai redusa ca a hexokinazei.

2.Transformarea G-6-P la fructozo-6-fosfat

Aceasta etapa consta in izomerizarea glucozo-6-fosfatului la fructozo-6-

fosfat. Reactia are loc sub actiunea fosfohexozoizomerazei, enzima care necesita

prezenta ionilor de Mg2+ sau Mn2+ si este reversibila.

3.Fosforilarea F-6-P la F-1,6-difosfat

In aceasta etapa, f-6-p e fosforilat la fructozo-1,6 difosfat. Gruparea

fosforil(-h2po3) e donata de ATP, reactia fiind catalizata de fosfofructokinaza si

necesita prezenta ionilor de Mg2+.

4.Scindarea F-1,6diP cu formarea triozelor fosforilate.

In aceasta etapa se scindeaza f-1,6diP si formeaza gliceraldehid3P si

dihidroxiaceton-1-P. reactia are loc sub actiunea catalitica a aldolazei(f-1,6-

difosfatliaza).

13

6. Stabilirea echilibrului intre cele doua trioze fosforilate cu deplasarea

echilibrului spre formarea gliceraldehid3P care se degradeaza mai departe

in secventa de reactii a glicolizei.

Cu aceasta reactie se incheie primul stadiu al glicolizei. In a doua

etapa a glicolizei are loc degradarea gliceraldehid3P pana la stadiul de acid

lactic, in cursul acestor procese formandu-se ATP

7. Oxidarea Gliceraldehid3P la acid 1,3-difosfogliceric

Acest process de oxidoreducere constituie o etapa esentiala a

glicolizei intrucat in cursul sau are loc concomitant cu procesul de oxidare

si un process de conservare a energiei rezultate din oxidare, constand in

formarea unui compus fosforilat macroergic, si anume acidul 1,3-

difosfogliceric.

Oxidarea gliceraldehid3P e catalizata de enzima gliceraldehid-3-

fosfatdehidrogenaza.

8. Transferul radicalului fosforil(-H2PO3) de pe ac. 1,3 difosfogliceric pe

ADP, cu formarea de acid 3-P-gliceric.

9. Transformarea acidului 3-P-gliceric in acid-2-Gliceric

In aceasta etapa a glicolizei se produce izomerizarea ac. 3fosfogliceric

in acid 2Pgliceric sub actiunea enzimei fosfogliceromutazei, care necesita

prezenta ioni de Mg2+.

9.Formarea acidului fosfoenolpiruvic

Acidul 2Pgliceric format in reactia anterioara se transforma, prin

pierderea unei molecule de apa sub actiunea enzimei enolaza, in acid

fosfoenolpiruvic.

10.Transferul gruparii fosforil de la acidul Penolpiruvic la ADP cu formarea

acidului piruvic

14

Sub actiunea enzimei piruvatkinaza, acidul fosfoenolpiruvic cedeaza

gruparea fosoril care este captata de o molecula de ADP ce se transforma in

ATP.

11. Reducerea acidului piruvic la ac. Lactic

Ultima etapa a glicolizei anaerobe o constituie reducerea ac. Piruvic la ac

lactic sub actiunea enzimei LDH care e are drept coenzima NADH+H+ format in

eatapa a 6a.

Ac. Lactic e produsul final al glicolizei anaerobe si se formeaza in

cantitati apreciabile aproape in toate organismele si organelle in care degradarea

glucozei are loc in conditii anaerobe. Predomina in ficat si tesut muscular.

Acumularea de ac lactic in cursul activitatii muscular intense determina

fenomentul de oboseala muscular.

Reactia generala a glicolizei anaerobe:

C6H12O6---- 2 CH3-CH-COOH+2ATP(57kcal)

OH

Observatii: Glicoliza anaeroba are loc in citoplasma, deaoarece

enzimele care catalizeaza diferitele etape ale glicolizei sunt localizate in acest

compartiment cellular.

Compusii fosforilati intermediary(esterii fosforici) pot fi utilizat in

procese biochimice de anabolism pt biosinteza altor biomolecule)

Glicoliza anaeroba constituie un process efficient de generare de

energie in special in tesutul muscular in conditii anaerobe

Glicoliza anaeroba este o cale rapida de fuzionare de energie in conditii

anaerobe. Se elibereaza cca.1/13 din energia continuta in molecula de glucoza.

15

Bilant energetic

Rolul principal al glicolizei anaerobe e sinteza de ATP. Aceasta

reprezinta o cale de degradare anaeroba a glucozei si e utilizata de cellule in

anoxie sau in conditiile in care aprovizionarea tesuturilor cu oxygen e

defectuoasa(hipoxie). Concentratia oxigenului in tesuturi regleaza glicoliza prin

reoxidarea NADH+H+ in lantul respirator si prin utilizarea ADP in reactii de

fosforilare cuplate cu lantul respirator.

Muschii scheletici, in cursul unor eforturi intense si de scurta durata,

cand tesutul e insufficient irigat si oxigenat, utilizeaza numai glicoliza anaeroba

pt a obtine ATPul necesar contractiilor. Eritrocitele nu au mitocondrii si un lant

transportor de electroni si pt ele glucoza e unicul substrat energetic pe care-l pot

folosi.Tesuturile embrionare si cele canceroase sunt si ele caracterizate printr-o

glicoliza anaeroba intense datorita functionarii ineficiente a mecanismelor de

coordonare a proceselor oxidative aerobe.

Unele din reactiile glicolizei sunt reversibile, pe cand altele( reactiile

catalizate de hexokinaza, fosfofructokinaza, fosfoenolpiruvatkinaza) sunt

ireversibile,fapt care face ca parcurgerea in sens invers a secventei Embden-

MeyerHoff-Parnas sa nu poata avea loc prin aceleasi reactii prin care se

desfasoara procesul glicolitic.

Reactiile secventei glicolitice pana la ac. Piruvic sunt utilizate de

cellule si in cursul degradarii aerobe totale a glucozei pana la C02 si H20.

6. Studiul aerob al glicolizei (Ciclul Krebs). Bilant energetic

In prezenta oxigenului, glucoza e supusa unui process de degradare

oxidative complete pana la produsi finali Co2 si H20. Acest proces are 2 stadii:

16

Un stadiu anaerob, in cadrul caruia o molecula de glucoza se

scindeaza in 2 molecule de acid piruvic. Acidul piruvic se decarboxileaza

oxidativ cu formare de acetil-CoA(ch3-CO~S-CoA)

Un stadiu care necesita participarea oxigenului in cadrul caruia

acetil-CoA se oxideaza complet la CO2 in ciclul ac, tricarboxilici si H20 in lantul

respirator.

Ciclul Krebs, caracteristici generale

Se mai numeste ciclul ac. Tricarboxilici (ATC) deoarece primii

produsi ai ciclului sunt acizi cu 3 grupari COOH sau ciclul acidului citric

deaorece primul produs format e acidul tricarboxilic(citric)

Ciclul Krebs stabileste corelatii cu cele 3 metabolisme fundamentale

ale celulei: glucidic, lipidic si protidic fiind o cale de degradare comuna pt

glucide, lipide, proteine. Constituie placa turnanta a metabolismului cellular.

Compusul care intra in C K si se degradeaza este acetil CH3-CO~S-

CoA care provine din:

- Ac. Piruvic rezultat din degradarea glucozei

- Degradarea ac grasi

- Degradare aminoacizi

In C K se formeaza prin procese de degradare oxidative, CO2 si H

care e preluat sub forma de coenzime reduse NADH+H+ si FADH2.

CH3

C=0+NAD+ +CoA~SH------- CH3-CO~S-CoA+NADH+H+ + CO2

COOH

17

Acid lipoic

Transformarea piruvatului in oxalilacetat

Prima etapa a CK presupune condensarea acetil-CoA cu ac. Oxalilacetic,

cand se formeaza ac. Citric.

Ac. Oxalilacetic, care e indispensabil pt initierea C K se formeaza prin

carboxilarea ac. Piruvic.

Principala cale de formare a ac. Oxalilacetic consta in fixarea de CO2

activat sub forma de biotinenzima in prezenta de ATP.

Enzima care catalizeaza aceasta reactie este piruvatcarboxilaza care are

drept coenzima biocitina.

ETAPE C K

1. Formarea ac. Citric

Prima etapa constituie condensarea acetil-CoA cu ac. Oxalilacetic si

formarea de ac. Citric. Reactia are loc sub actiunea enzimei citrat-sintaza.

2. Formarea acidului izocitric

Ca produs intermediar se formeaza ac. Cis- aconitic. Reactia e catalizata

de enzima: aconitaza.

3. Formarea acidului alfa-cetoglutaric

Etapa consecutive formarii ac. Izocitric o constituie transformarea ac.

Izocitric in acid alfa-cetoglutaric sub actiunea izocitratdehidrogenazei. Aceasta

NAD+ dependent e o enzima allosterica ce necesita ATP ca activator specific,

precum si prezenta ionilor de Mg2+ sau Mn2+. O crestere a concentratiei ATP in

cellule, stimuleaza reactia de oxidare a ac. Izocitric si implicit viteza tuturor

reactiilor ciclului Krebs. Aceasta conduce la o viteza sporita a oxidarii

18

hidrogenului in lantul respirator, si respective la formarea in cantitati sporite de

ATP.

In aceasta etapa se produce initial o oxidare(prin pierdere de H de catre ac

izocitric) si ulterior o decarboxilare. ACidul alfa-cetoglutaric rezulta ca produs

important in dezaminarea unor aminoacizi si deci consituie o punte de legatura

intre metabolismul glucidic si protidic.

In aceasta etapa se genereaza prima molecula de coenzima redusa:

NADH+H+ din CK. Se formeaza prima molecula de CO2. Se trece de la un

compus cu 6C la un compus cu 5c

4. Oxidarea ac. alfa-cetoglutaric la ac succinic

In aceasta etapa se produce decarboxilarea oxidative a acidului alfa

cetoglutaric la ac succinic dupa un mechanism analog cu cel de decarboxilare a

ac. Piruvic si cu participarea acelorasi coenzime. Reactia e catalizata de

complexul enzymatic alfa-cetoglutaratdehidrogenaza si are loc in 2 subetape:

a) Decarboxilarea oxidatica a ac. Alfa-cetoglutaric cu formare de succinil-

CoA. Procesul este multienzimatic cu participarea urmatoarelor coenzime:

TPP, acid lipoic, CoA-SH si NAD+.

b) Succinil-CoA e un tioester macroergic care sub actiunea enzimei

succiniltiokinaza se descompune in ac. Succinic si HS-CoA, energia

legaturii fiind inmagazinata sub forma e GTP, care se formeaza din GDP

in prezenta H3PO4.

In aceasta etapa se trece de la un compus cu 5C la un compus cu 4C respectiv

la un ac. Dicarboxilic.

5. Oxidarea ac. Succinic. Formarea ac. Fumaric

19

Oxidarea ac, succinic cu formare de ac. Fumaric are loc sub actiunea

enzimei succinatdehidrogenaza care are drept coenzima FAD

6. Hidratarea ac. Fumaric. Formare ac. L-malic

Sub actiunea enzimei fumaraza, ac fumaric se transforma in ac. L-malic

printr-o reactie de hidratare. Desi ac. Fumaric are o molecula simetrica,

hidratarea sa e astfel orientate stearic incat conduce la formarea numai a ac. L-

malic.

7. Oxidarea ac. L-malic la acid oxalilacetic

In ultima etapa a C K are loc oxidarea ac. Malic la ac. Oxalilacetic.

Reactia are loc sub actiunea enzimei malatdehidrogenaza, a carei enzima e

NAD+.

In aceasta etapa se genereaza a treia molecula de coenzima redusa

NADH+H+. Prin refacerea ac. Oxalilacetic se incheie o tura a CK, molecula de

ac. Oxalilacetic reluand ciclul.

CO2 format in CK se elimina in mare parte prin respiratie, iar o alta parte

in reactii de carboxilare reductive, precum si la formarea rezervei alkaline.

BILANT ENERGETIC

CK ca atare nu genereaza decat o singura molecula de ATP, dar e strans

corelat cu lantul respirator. Hidrogenul eliberat din CK sub forma de coenzime

reduse(NADH+H+ si FADH2) e oxidat in lantul respirator cuplat cu fosforilarea

oxidative pana la formarea unei molecule de H20 cu generarea unor cantitati

mari de energie sub forma de ATP.

20

In CK prin degradarea unui mol de acetil-CoA rezulta 3 moli de NADH+H+ si

un mol de FADH2. Din pc de vedere energetic, in CK cuuplat cu respiratia

celulara si fosforilarea oxidative rezulta:

3NADH+H+= 3X3 ATP=9ATP

1 FADH2=1X2=2 ATP

1GTP=1 ATP

=12 ATP/tură sau un mol de acetil CoA

B) 1 NADH+H+=1x3=3 ATP ( rezultat in decarboxilarea oxidativa a ac.

Piruvic)

1 NADH+H+=3 ATP ( rezultat in reactia 6 din secventa de reactii a glicolizei

anaerobe)

=18 ATP/ un mod de ac piruvic.

BILANT ENERGETIC TOTAL:

18ATPx2(glucoza s-a degradat in 2 moli de trioze)=36 ATP

a) 36ATP+2ATP(bilant degradare glucoza la ac. Piruvic in stadiul

anaerob)=38 ATP/glucoză cand degradarea incepe de la glucoza libera

b) 36 ATP+3ATP(bilant degradare glucoza la ac. Piruvic in stadiu

anaerob)=39ATP/glucoza(cand degradarea incepe de la glicogen)

Sub aspect energetic, in degradarea glicolitica oxidativa totala a glucozei

pana la Co2 si H20, glucoza e degradata cu punere in libertata de 38 moli de

ATP, de 19 ori mai mult decat in glicoliza anaeroba

Realizarea integrala a CK se petrece numai in mitocondrii unde e localizat

intreg echipamentul enzimatic necesar desfasurarii sale. Unele dintre aceste

21

enzime se gasesc si in microzomi, dar microzomii nu contin

succinatdehidrogenazaa.Totodata, circulatia formelor reduse si oxidate ale

coenzimelor dehidrogenazelor NAD+ si NADP+ intre plasma celulara si

mitocondrii se realizeaza usor datorita permeabilitatii membranei care separa

cele 2 formatiuni celulare. Prezenta ac. Carboxilici implicati in CK in diferite

tesuturi e de 10-20mg%.

In mitocondrii, etapele oxidative ale CK alimenteaza lantul respirator cu

atomi de H, transportati atat sub forma de NADH+H+cat si ca FADh2. Cele

doua procese, ATC si lantul respirator sunt interdependente. CK e tributar

lantului respirator pt regenerarea continua a coeenzimelor dehidrogenazelor care

vehiculeaza atomii de H. In ecuatia globala care insumeaza reactiile CK, O nu

figureaza printre reactanti, insa secventa de reactii nu poate avea loc decat in

conditii de aerobioza cand se asigura concentratiile coresponzatorarea

coenzimelor transportoare de H.

Functionarea CK si debitul sau sunt conditionata de disponibilitatile

celulelor in ac. Oxalilacetic. Cu cat concentratia acetil-CoA e mai mare cu atat e

necesara o concentratie mai mare de ac. Oxalilacetic pt ca mai multe molecule de

acetil-CoA sa patrunda in ciclu. Celulele au posibilitatea de a-si regla continutul

in ac. Oxalilacetic dupa necesitati. Cand necesitatile sunt mici, excesul de ac.

Oxalilacetic e transformat prin decarboxilare in ac. Piruvic.

Cand ac. Oxalilacetic este in cantitate insuficienta in raport cu cantitatea

de acetil-CoA care urmeaza a fi degradata, atunci are loc sinteza de acid oxxalil

acetic prin carboxilarea ac. Piruvic.

Activitatea piruvat carboxilazei o obligatoriu dependenta de prezenta

acetil-CoA caree e un efector allosteric pozitiv al acestei enzime. Prin aceasta

proprietate, celeule au capacitatea de a controlafoarte fin cantitatea de ac.

22

Oxalilacetic in vederea reglarii debitului ATC. Insusi substratul ciclului joaca

rolul de metabolit reglator, controlandu-si viteza propriei sale degradari.

CK nu poate fi parcurs in sens invers in intregime, ceea ce ar echivala cu

reconstituirea unei molecule de ac acetic din Co2,H20,H. Unele reactii sunt usor

reversibile(ac. L-malic-fumarc). Altele sunt ireversibile: oxidarea izocitratului la

acid alfa cetoglutaric si decarboxilarea ac. Alfa cetoglutaric la ac succinic

9. DEGRADAREA GLUCOZEI PE CALEA SUNTULUI PENTOFOSFATILOr

Aproximativ 8-30% din totalul glucozei e catabolizat pe aceasta cale, care

reprezinta o cale secundata de catabolism. In acest proces, se asgiura o parte din

necesarul de pentoze pt biosinteza nucleotidelor, a ac. Nucleici si a altor enzime

care au drept coenzime nucleozid fosfatii.Sediul acestei transformari e ficatul,

glanda mamara in lactatie, cristalinul ochiului, rinichii.

Global procesul poate fi redat astfel:

Glucozo-6-P+2NADP+ ribozo-5-P+Co2+2NAPH+H+

NADPH+H+ se formeaza in ciclul pentozofostatilor, in primele doua reactii,

NADP+ avand rol de coenzima a enzimelor G-6-fosfatdehidrogenaza(G6DH) si

PGDH.

Cantitatea mare de NADP+H+ rezultata in acest proces e utilizata in

diferite reactii anabolice, cum sunt de exemplu biosinteza ac grasi din ac acetic, a

compusilor steroizi.

NADPH+H+ e de aseamenea necesar activitatii bactericide a

granulocitelor si macrofagelor care folosesc ca arme chimice speciile reactive de

O2.

23

Calea pentozofosfatilor nu e cuplata cu lantul respirator si in cazul ei nu se

formeaza ATP ci chiar se consuma pt activarea glucozei la g-6-p.

Importanta sa metabolica consta in faptul ca diversi produsi de reactie sau

intermediari ai ciclului pentozofosfatilor sunt implicati in procese de biosinteza a

unor compusi de importanta biologica majora.

C5P e un avantaj pt economia celulaara si prin faptul ca necesita un echipament

enzimatic relativ redus de unsi denumirea: sunt.

DEGRADAREA GLUCOZEI PE CALEA ACIZILOR URONICI

In organismele animale si in plantele superioare s-a observat si o alta cale

care implica oxidarea glucozei la ac. Glucuronic. Aceasta cale e importanta sub

aspect metabolic:

-furnizeaza ac. Glucuronic utilzat in procese de detoxifiere hepatica, prin

conjugarea sa cu fenoolii, cu bilirubina, cu diversi hormoni, cu unele

medicamente sau cu produsii lor de oxidare. Aceasta conjugare are drept

consecinta scaderea toxicitatii acestor compusi si marirrea solubilitatii lor, ceea

ce faciliteaza excretia lor renala. De aici, rezulta importanta glucurono-conjugarii

in procesele de detoxifiere.

-ac. Glucuronic prezinta si o importanta structurala intrucat intra ca element

constitutiv in structura glicozaminoglicanilor(proteoglicani).

Glucoza participa la catabolizare sub forma de UDP-glucoza.

UDP-Glucoza+H2O+2NAD+Acid UDP-glucuronic+2NADH+H+

LA om se pare ca aprox 3% din glucoza metabolizata e transformata pe

calea ac. Uronci. Importanta acestei cai se datoreaza rolului biochimic special al

ac. Uronici in procesele de detoxifiere si in biosinteza mucopoliglucidelor.

24

10. REPARTITIA DIFERITELOR CAI DE DEGRADARE A GLUCOZEI LA

ORGANISMELE VII

Degradarea glicolitica, cuplata sau nu cu ATC si calea 5Pconstituie caile

majore ale degradarii glucozei in organismele vii. Repartitia lor relativa variaza

in functie de specie, iar in cadrul aceluiasi organsim depinde de organul si tesut.

La mamifere s-a apreciat ca degradarea glucozei se face in proportie de 90

% pe cale glicolitica. Indeosebi in muschi si de asemenea in creier. In muschi

degradarea are drept produs initial glicogenul, intrucat fibra musculara nu

contine cantitati apreciabile de glucoza libera.

La un efort moderat, cand oxigenarea muschiului e suficienta, degradarea

glucozei se face pe cale aeroba deci prin oxidarea ac piruvic pe calea CK . In

efort muscular intens, cand O muscular e insuficient pt a asigura oxidarea

completa a glucozei, degradarea glucozei se face anaerob pe cale glicolitica

exclusiv, cu reducerea ac. Piruvic la ac. Lactic si acumularea acestuia. In repaus

cand rezervele de O se reinnoiesc ac lactic e reoxidat sub actiunea LDH la ac

piruvic care dupa decarboxilarea oxidativa intra secventa de reactii a CK.

Calea pentozofosfatilor de degradare a glucozei e mai putin frecventa. De

regula, C5P se intalneste frecvent in metabolismul tesuturilor embrionare sau in

organele cu rol important in biosinteza ac. Grasi, a compusilor steroizi, a ac.

Nucleici. Asemenea organe sunt: ficatul, gl mamare, hematii, tiroida, rinici.

11. TRANSFORMARILE ACIDULUI PIRUVIC IN METABOLISMUL

INTERMEDIAR

Ac. Piruvic format in faza terminala a glicolizei e un compus nodal al

metabolismului intermediar. Ac. Piruvic poate lua cai variate de transformare, in

functie de conditiile de desfasurare ale proceselor metabolice facand legatura

25

intre cele 3 metabolisme intermediare ale constituentilor fundamentali ai materiei

vii.

1. Ac. Piruvic se poate hidrogena sub actiunea LDH si pe seama H si e- furnizati

de NADH++H+ cu formare de ac. Lactic ca produs final al glicolizei anaerobe.

2. Se pate decarboxila sub actiunea tiaminpirofosfatului, cu formare de

acetaldehida.

a)aceasta se poate reduce sub actiunea NADH+H+ cu formare de alcool etilic.

b) ac. Piruvic se poate oxida sub actiunea NAD+ cu formarea de ac. Acetic.

3.Ac piruv se poate decarboxila oxidativ sub actiunea unui complex

multienzimatic piruvat-dehidrogenazic. Din reactie rezulta acetil-CoA care intra

in CK.

4.Carboxilarea sa sub actiunea biotinei ac. Oxalilacetic

5. Aminarea, indeosebi prin transaminare(GPt) alanina

6. din ac.piruvic via ac. Lactc se poate resintetiza glucoza respectiv glicogenul.

(glicogenoneogeneza).

26

12. Biosinteza lactozei

Enzima care participa la biosinteza lactozei e o glicoziltransferaza care are

drept coenzima UTP(uridintrifosfatul). UTP activeaza glucoza, formandu-se

UDP-glucoza. Numai sub aceasta forma glucoza activata poate participa la

biosinteza lactozei. Lactoza se gaseste in lapte (2-8&) si se biosintetizeaza in gl

mamara avand ca precursor glucoza adusa pe cale sanguina.

Lactoza e un diglucid reducator sintetizat de gl mamara si format prin

condensarea unei molecule de B glucoza cu alfa glucoza, condensare in urma

careia apare o legatura de tip eter c1-c4.

13.Glicogenogeneza. biosinteza glicogenului din compusi glucidici

Forma de rezerva a glucidelor in organismele animale o constituie

glicogenul. Cel mai intens proces de biosinteza al glicogenului se realizeaza in

ficat. Apoi t. Muscular in care glicogenu furnizeaza glucoza si respectiv energia

necesara contractiei musculare. T. Hepatic contine 3-5% glicogen, iar cel

muscular 0,3-0,9%. Depozitul total de glicogen in organism e de ~~ 350g.

27

Biosinteza glicogenului implica doua procese majore:

A.GLICOGENOGENEZA(biosinteza din glucide)

B.GLICOGENONEOGENEZA(biosinteza glicogenului din compusi

neglucidici)

Indiferent de punctul de plecare al biosintezei glicogenului e obligatorie

formarea initiala a G-1-P de la care apoi, prin reactii de transglicolizare se

formeaza macromolecula de glicogen.

ETAPE GLICOGENOGENEZA

1.Formare G-1-P

G-1-P e precursorul biosintezei glicogenului si se formeaza prin

Glucoza+ATP-- prin glucokinaza G-6-P+ADP

G-6-P> prin 1,6-fosfoglucomutaza G-1-P

2. Transglicolizarea

Initierea biosintezei glicogeului necesita preexistanta unor molecule mici

de glicogen absolut necesare pt sinteza de final a macromoleculei de gilocgen.

Aceste molecule incomplete de glicogen prin care se initiaza reactia se numesc

molecule primer. In prezenta unor enizme de tipul glicoziltransferazelor, si

respectiv a enzimei fosforilaza se produce un transfer succesiv al glucozei de pe

G-1-P pe molecula primer de glicogen.

Exista 2 tipuri de fosforilaze: activa : b a

Inactiva: trecerea formei b(fosforilaza inativa ) la forma a(activa) E

stimualta de:adrenalina, insulina, glucagon, cortizol prin intermediul AMPc.

28

14.Gluconeogeneza din compusi neglucidici

Din aminoacizi glucogormatori:

Din 100 g proteina se pot obtine 58g glucide (diferetna de 42 g o reprez.

Aminoacizii neglucoformatori)

Un nr important de aminoacizi naturali, in urma transformarilor pe care le

sufera in cursul metabolismului intermediar, conduc la formarea de acid piruvic

sau de intermediar ai ciclului Krebs: acid alfa-cetoglutaric, acid succinic, acid

fumaric, acid L-malic, acid oxalilacetic. Toti acesti metaboliti pot fi implicati

intr-un proces de biosinteza a glucozei dat fiind ca sunt implicati in formarea de

acid fosfoenolpiruvic.

Acesti aminoacizi se numesc glucoformatori si dintre ei se pot cita:

glicocolul, alanina, serina, treonina, vanina.

Alti aminoacizi conduc la formarea acetil-CoA, care nu determina o sinteza

neta de glucoza insa pot suferi un proces de condensare rezultand corpi cetonici.

Acesti aminoacizi au fost numiti cetogeni si dintre ei se poate cita leucina.

Se mai cunosc o serie de aminoacizi care sunt concomitent si glucoformatori si

cetoformatori precum: lizina, fenilalanina, tirozina.

Din intermediari neazotati:

Astfel de metaboliti intermediari se formeaza in CK precum si in secventa

de reactii a glicolizei : acid succinic, fumaric, aldehida glicerica,

dihidroxiacetona.

29

Toti intermediarii care conduc in final la formare de acid L-malic si in

continuare ac. Oxalilacetic pot conduce la sinteza neta de glucoza, pe baza

mecanismului de formare a fosfoenolpiruvatului.

Din glicerol

Un alt substrat gluconeogenetic e glicerolul care rezulta din lipoliza

triacilglicerolilor tisulari.

Glicerolul e de provenienta exogena, fiind introdus in organismul uman

prin alimentatie sub forma de grasimi.

In perioadele de gluconeogeneza activa, triacilglicerolii tisulari sunt

hidrolizati, glicerolul fiind trecut in sange si transportat la ficat unde e convertit

in glucoza. Si in acest caz, ca sin cel al ac. Lactic are loc un circuit al

glicerolului.

15. BIOSINTEZA GLICOGENULUI DIN ACID LACTIC

Biosinteza glicogenului din ac. Lactic se realizeaza prin reactia Pasteur-

Mayerhoff.

Acidul lactic e unul din substraturile principale ale gluconeogenezei.

Astfel, daca se ia in considerare provenienta ac lactic in muschi si

posibilitatea ca in ficat ac lactic sa fie convertit la glucoza si glicogen iar ullterior

glucoza sa fie redata circulatiei sanguine, se poate defini ciclul acidului lactic

(Ciclul Cori).

Relatia dintre glicogenul hepatic si glicogenul muscular cu participarea ac.

Lactic reprez ciclul Cori.

30

16. Digestia si absorbtia lipidelor

Lipidele sunt biomolecule care indeplinesc in organism rol energetic si

structural. Pot fi de origine exogena din alimente, si endogena:

- Sintetizate pe baza lipidelor exogene

- Provenite din alte lipide endogene

- Provenite din proteine(cantitati mici)

Principalele componente lipidice ale ratiei alimentare sunt

triacilglicerolii ( trigliceride, grasimi neutre), dupa care urmeaza

fosfolipidele (lecitine, cefaline, sfingomieline), colesterol liber si

esterificat , carotenii si vitamine liposolubile (A,D,E,K)

Lipidele alimentare sufera in tractul gastrointestinal si indeosebi in

intestinul subtire atat transformari fizice cat si chimice.

Transformarile fizice constau in fina lor emulsionare sub actiunea

secretiei biliare. Componentele bilei care au proprietati tensioactive si

care produc emulsionarea sunt acizii biliari conjugati si sarurile biliare,

lecitina si colesterolul la care se adauga monogliceridele si sarurile

alcaline ale acizilor grasi(sapunuri) formate in intestin prin hidroliza

trigliceridelor in mediu slab alcalin. In lipsa bilei din intestin, lipidele

alimentare se elimina netransformate prin materiile fecale.Din procesul

de emulsionare intestinala rezulta micele, cu compozitie mixta, asupra

carora actioneaza enzimele secretate de pancreasul exocrin.

Digestia lipidelor se realizeaza practic in intestinul subire.

In cavitatea bucala ca si in stomac unde pHul e acid nu exista enzime

care sa hidrolizeze lipide. Numai la sugari exista o lipaza gastrica care actioneaza

la pH acid si care hidrolizeaza preferential lipidele din lapte.

31

La nivelul intestinului subtire se devarsa sucul pancreatic contine enzime

lipolitice relatic specifice: lipaze care actioneaza asupra trigliceridelor,

fosfolipaza asupra fosfolipidelor , colesteridesteraze asupra esterilor

colesterolului. Totodata, la nivelul intestinului, bila devarsa sarurile bilare.

Importanta biochimica a sarurilor alimentare transformandu-le in picaturi

exxtrem de fine, marind astfel suprafata de contact intre intestin si lipide.

Totodata, sarurile biliare activeaza lipaza pancreatica si in felul acesta faciliteaza

digestia lipidelor alimentare.

Sucul pancreatic intervine in digestia triacilglicerolilor prin lipaza pe care

o contine si a carei activitate optima e asigurata de pHul alcalin al sucului

pancreatic. Lipaza pancreatica e secretata de pancreas intr-o forma initial putin

activa.

pHul optim de activitatea al lipazei pancreatice e cuprins intre 7-7,8 si

creste odata cu alungirea catenei ac. Gras sin trigliceride.

In intestin nu exista conditii pt o hidroliza completa a grasimilor la

glicerol si ac. Grasi, ca urmare in urma procesului de digestie a trigliceridelor se

gasesc grasimi nedigerate, digliceride, monogliceride si acizi grasi in proportii

care variaza cu cantitatea si natura grasimii, cu pHul si motilitatea intestinala.

Asupra fosfolipidelor(lecitine) actioneaza fosfolipazele, esteraze cu

specificate pt legatura carboxil din pozitia 2 a glicerolului, rezultand lizolecitine.

Colesterolul si esterii sai prezenti in lumenul intestinal provin din 3

surse: alimente, din bila, si din descuamatiile mucoasei intestinale. Esterii

colesterolului sunt hidrolizati sub actiunea colesterol esterazei pancreatice.

Absorbtia lipidelor: lipidele alimentare nehidrolizate si produsii de

hidroliza insolubili in apa sau partial solubili, impreuna cu acizii biliari,

formeaza micelii mixte. Digestia si absorbtia lipidelor au loc in regiunea

32

proximala a jejunului. Acizii biliari nu sunt absorbiti la acest nivel al intestinului,

ci se reintorc in lumen participand la solubilizarea si transportul altor molecule

lipidice. Ajungi in portiunea distala a ileonului, acizii biliari sunt absorbiti si

trecuti prin sistemul port la ficat si din nou in bila si intestin, realizandu-se in

acest fel circuitul entero-hepatic al acizilor biliari.

In interiorul enterocitelor are loc resinteza trigliceridelor, fosfolipidelor

si esterilor colesterolului. Aceste lipide, undele mai polare iar altele complet

hidrofobe, impreuna cu cantitati mici de proteina, formeaza particule lipoproteice

denumite chilomicronic si lipoproteide cu densitate foarte mica.

Chilomicronii, forma majora de transport a lipidelor alimentare contin :

aprox 2% proteine, 86% trigliceride, 8,5% fosfolipide, 3% colesterol liber si

esteri ai colesterolului.

Lipoproteidele cu densitate foarte mica comparativ cu chilomicronii au

un continut mai ridicat in proteine (7%) si mai scazut in lipide(93%).

Chilomicronii si VLDL de la nivelul intestinului sunt absorbiti si

preluati de limfa din care trec in sange prin ductul toracic, fiind distribuiti

diverselor tesuturi si organe.

O cantitate mica din produsii digestiei intestinale a lipidelor, si anume

acizii grasi cu pana la 8-10 atomi de carbon patrund in organism prin sistemul

portal hepatic.

Lipidele alimentare absorbite prin peretele intestinal urmeaza 4 cai de

metabolizare:

-depozitate temporara in ficat

-depozitare in tesutul adipos sub forma de lipide de rezerva

33

- degradare metabolica (catabolizarea) prin care se genereaza cantitati

importante de energie (ATP) necesare activitatii vitale

-unele dintre lipidele absotbite au rol structural, intrand in structura

anumitor formatiuni celulare

17. CATABOLISMUL TRIACILGLICEROLILOR. LIPOLIZA

Trigliceridele- forma de depozitare a excesului caloric al organismului

se gasesc in cantitati apreciabile in tesutul adipos. Energia potentiala a

acilglicerolilor e cuprinsa in catenele bogate in hidrogen ale radicalilor acizilor

grasi.

In organism exista doua mari fluxuri plasmatice de triacilglicelori:

- Circulatia celor alimentari, exogeni de la intestin la tesuturi

- -celor sintetizati in ficat spre tesuturile extrahepatice

In plasma, triacilglicerolii sunt incorporati in particule lipoproteice:

- Chilomicroni- forma de transport a trigliceridelor exogene

- VLDL transporta lipoproteinele sintetizate in ficat.

Sub actiunea lipazelor intracelulare, triaciglicerolii de origine exogena sau

endogena sufera un proces de hidroliza. Procesul biochimic numit lipoliza are

loc in citoplasma sub actiunea lipazelor tisulare.

Etapele lipolizei sunt catalizate de catre enzime distincte:

-triacilglicerol lipaza

-diacilglicerol lipaza

-monoacilglicerol lipaza

34

Hidroliza triacilglicerolilor in tesutul adipos este un proces

metabolic fundamental. Enzima cheie a lipolizei e triacilglicerol lipaza

adipocitara denumita si lipaza hormon sensibila.

Produsii lipolizei sunt acizii grasi si glicerolul.

Glicerolul difuzeaza din tesutul adipos in plasma de unde este

preluat de ficat. Concetratia plasmatica e gliceerolului e un indicator al

intensitatii lipolizei.

Acizii grasi rezultati pot lua trei cai de metabolizare:

-parte din acizii grasi eliberati sufera o degradare oxidative, rezultand

importante cantitati de ATP necesare functiilor adipocitului.

-alta parte din acizii grasi servesc la resinteza triacilglicerolilor care se

depoziteaza in adipocite.

Acest proces este dependent de prezenta glucozei in adipocite, din

glucoza rezultand glicerol fosfatul necesar sintezei de triacilgliceroli.

-parte din acizii grasi difuzeaza in plama, constituind fractiunea de acizi

grasi liberi

Din plasma, acizii grasi liberi se distribuie la tesuturile periferice,

muschi scheletice, miocard, diafragm unde servesc drept surse de energie.

Ficatul indeplineste un rol foarte important atat in depozitare cat si

in degradarea si sinteza triacilglicerolilor, avand capacitatea de a retine in

mod selectiv acizii grasi nesaturati.

Hormonii care activeaza adenilatciclaza crescand concentratia

AMPc sunt factori lipolitici importanti, spre exemplu catecolaminenle si

glucagonul.

35

Insulina,prostaglandine E sunt factori antilipolitici, favorizand

sinteza de triacilgliceroli in tesutul adipos.

18. CATABOLISMUL GLICEROLULUI

Glicerolul rezultat din lipoliza se poate cataboliza pe diferite cai:

- Poate intra in ciclul anaerob al glicolizei transformandu-se in ac, lactic

- Poate intra in CK degradandu-se pana la Co2 si H20.

- Poate lua calea inversa glicolizei, transformandu-se in glucoza si

glicogen.

- Poate fi ulilizat pt resinteza de gliceride tisulare

Glicerolul se metabolizeaza dupa fosforilarea la alfa-glicerofosfat.

Gruparea fosforil e cedata de ATP, reactia fiind catabolizata de

glicerofosfokinaza.

Ulterior alfa-glicerofosfatul e este oxidat la dihidroxiacetonfosfat sub

actiunea enzimei alfa-glicerofosfatdehidrogenaza avand coenzima NAD+.

19.CATABOLISMUL ACIZILOR GRASI.DEGRADAREA ACIZILOR

GRASI PE CALEA B OXIDARII

Acizii grasi care participa la structura lipidelor se caracterizeaza

prin structuri liniare, saturate sau nesaturate, alc dintr-un nr par de atomi

de C, de ex: ac. Palmitic C16,ac. Stearic C18 cu catena saturata si ac.

Oleic C18 cu catena nesaturata cu o singura legatura dubla.

Pe langa acesti acizi grasi superiori, in circuitul metabolic la

organismele animale se afla in cantitati mici si acizi inferiori. Catena

acizilor grasi inferiori e liniara sau ramificat cu nr par sau impar de atomi

de C. Mai importanti sunt ac. Acetic, butiric. Acesti acizi carboxilici

provin mai ales din catabolismul glucidelor si protidelor.Acizii grasi din

36

organismele animale sunt degradati oxidativ pana la CO2 si H2o punand

totodata in libertate o mare cantitate de energie. Calea principala de

degradare a ac. Grasi este B-oxidarea care are loc in mitocondrii si in

peroxizomi.

In procesul de catabolizare a ac. Grasi se cunosc si alte cai, care

se petrec la nivelul ribozomilor, cum sunt alfa-oxidare si w-oxidarea.

B-oxidarea acizilor grasi

Acizii grasi se catabolizeaza cu generare de energie in principal

prin procesul denumit Boxidare.

Aceasta reprezinta o succesiune de reactii enzimatice prin care un

acid gras e degradat succesiv prin ruperea a cate 2 atomi de C sub forma

de Ch3-Co~S-coA. Prin acest proces, lantul lung al acizilor grasi e

degradat la CH3-Co~S-coa care intra ulterior in C K si se catabolizeaza

total la Co2 si H20 cu eliberare de ATP.

B-oxidarea reprezinta ruperea fragmentelor de cate 2 atomi de C

la nivelul atomilor de C din pozitia B, in raport cu gruparea –COOH.

ETAPELE B OXIDARII

In toate procesele metabolice, fie de degradare, fie de

biosinteza, acizii grasi participa ca esteri ai coenzimei A, acil-CoA sau R-

Co~S-coA. Activarea are loc in citosol( de pe fata citosolica a

mitocondriilor) si e catalizata de sintetaze denumite tiokinaze. Derivatii

acil-CoA sunt compusi macroergici. Activarea acizilor grasi necesita atat o

sursa de energie, ATP sau GTP, cat si coenzima A libera, fiind

dependenta de concentratia intracelulara a coenzimei A.

1.Activarea si patrunderea in mitocondrii a ac. Gras

37

Are loc esterificarea ac. Gras existent in citoplasma

extramitocondriala din hidroliza triacilgllicerolilor sau prin sinteza

endogena cu HS-CoA pe seama energiei furnizate de ATP. Reactia e

catalizata de tiokinaze specifice pt o anumita categorie de ac. Grasi

localizate in membrana extramitocondriala.

Reactia de activare a acizilor grasi are loc in citoplasma si

consuma energie.

2) Reactiile B oxidarii

Reactiile B oxidarii formeaza un ciclu dintr-o succesiune de 4

reactii : dehidrogenare, hidratare, dehidrogenare, scindare.

a) Formarea ac. Gras nesaturat activat(dehidrogenare)

Acil~CoA rezultat in procesul de activare e oxidat sub

actiunea unei acil~CoA dehidrogenaze ce are FAD ca si coenzima si un

metal, precum Fe sau Cu. Exista 4 acil- dehidrogenaze, fiecare dintre ele

fiind specifica pt o categorie de ac. Grasi cu catena de lungime

determinata. Oxidarea rae loc la nivelul atomilor de carbon alfa si beta

respectiv in pozitiile 2 si 3.

FADH2 cedeaza lantului respirator atomii de hidrogen

proveniti de la substrat.

Acidul gras format e sub forma de izomer trans, in timp ce

majoritatea ac. Grasi nesaturati naturali au conformatie cis.

b) Formarea unui B-hidroxiacil gras~CoA (hidratare)

38

Derivatul nesaturat format in etapa anterioara sufera un proces de

hidratare la nivelul legaturii cu formarea derivatului B-hidroxilat. Reactia

e catalizata de enoilhidrataza.

c) Formarea unui B-cetoacil gras~coA (dehidrogenare)

B-hidroxiacil gras~CoA rezultat din reactia anterioara e oxidat cu

formare de B-cetoacil gras~CoA . Reactia e catalizata de o L-B-

hidroxiacil-CoA dehidrogenaza, care are NAD+ ca coenzima. NADH+H+

format in procesul de dehidrogenare intra in lantul respirator.

d) Scindarea B-cetoacil gras~CoA cu eliberare de CH3-CO~S-CoA si

scurtarea lantului ac. Gras activat cu 2 atomi de carbon.

Ultima reactie a secventei de B-oxidare a ac. Grasi o constituie

scindarea B-cetoacil gras~CoA cu participarea unei molecule de HS-CoA,

intr-o molecula de CH3-Co~S-CoA si o molecula de acil gras~CoA in

care radicalul acil e cu 2 atomi de C mai scurt ca cel de la care am pornit.

Reactia e catalizata de o B-cetoacilriolaza si se numeste tioliza.

Ca rezultat al succesiunii celor patru reactii ale Boxidarii se

formeaza acetil-CoA care poate intra in CK, transformandu-se in Co2 si

H2o.

3)SPIRALA LYNEN

Ciclul reactiilor pana la scindare intr-un acid gras activat cu 2

atomi de C mai putin decat cel de plecare si acetil~CoA a fost schematizat

de LYNEN intr-o spirala.

-Acidul gras acrivat cu 2 atomi mai putin reia cele 4 reactii din B oxidare

scurtandu-se succesiv, asctfel incat ac. Gras e degradat final la Ch3-Co~S-

coA. Se elibereaza ATP

39

O tura a spiralei lynen= 4 reactii ale Boxidarii ac grasi:

dehidrogenare, hidratare, dehidrogenare, scindare.

20. BILANTUL ENERGETIC AL B OXIDARII AC GRASI SATURATI

Catabolizarea ac. Grasi prin Boxidare duce la eliberarea de energie

care e inmagazinata in molecule de ATP.

Bilantul se calculeaza astfel : ex pt ac palmitic:

Numarul de ture din care se compune spira Lynen =1/2 -1 din

numarul at de C al ac gras

Nr ture=n(C)/2 -1

Ac palmitic: n(C)=16 nr ture =7

In fiecare tura rezulta:

1NADH+H+=3 ATP

1 FADH2=2ATP

Total:5 ATP/tura

7 turex5 atp=35 atp

2) Moleculele de Ch3-Co~S-CoA rezultate prin Boxidare intra in CK

cuplat cu lantul respirator, unde se degradeaza la Co2 si h2o.

Numarul de molecule de Ch3-Co~S-CoA rezultati din spirala Lynen =1/2

nr atomi (C)

Pt acid palmitic: n(C)=16 8 moli.

40

3 NADH+h+= 9 ATP

1 FADH2=2 ATP

1 GTP=1 ATP

Total 12 ATP/1 mol Ch3-co~S-coA

8 moli x12 ATP= 96 ATP/ spirala Lynen

3) Activarea ac. Palmitic prin cularea sa cu Hs-CoA si formarea de

palmitil~S-CoA, consuma 1 mol de ATP.

Adunand moleculele de atp de la 1 si 2 ,scadem 1 atp pt consum de

energie = 130 moli de atp la catabolizarea unui mol de ac. Palmitic pe

calea B oxidarii pana la Co2 si H2o.

21. B-OXIDAREA ACIZILOR GRASI NESATURATI

Catabolizarea acizilor grasi nesaturati incepe, ca si in cazul ac.

Grasi saturati prin activarea lor si formarea de acil~S-CoA pana la

scurtarea catenei, cand gruparea –Co~S-CoA ajunge sa se afle in

vecinatatea dublei legaturi. In acest moment se produce o izomerizare a

formei cis in trans, cu deplasarea dublei legaturi din B,Y in A,B si apoi in

hidratatea dublei legaturi C=C existente, care din nou, urmeaza calea B

oxidarii.

In privinta bilantului energetic, e apropiat celui acizilor grasi saturati, cu

deosebirea ca la cei nesaturati exista legatura dubla C=C si nu se consuma

un mol de FAD.

22.METABOLISMU ACETIL-CoA

41

Din B-oxidarea acizilor grasi rezulta importante cantitati de

CH3-CO~S-CoA, care in celula se adauga celor rezultate din

metabolismul glucidic sau al aminoacizilor. Astfel, rezulta un fond

metabolic de acetil-CoA care poate lua cai diferite de transformare in

functie de necesitatile de moment ale organismului.

Astfel, Ch3-co~S-CoA e precursorul metabolic primar al unui

numar mare de compusi de importanta biologica majora, participand la:

-sinteza ac. Citric in CK

-Sinteza acizi grasi.

-sinteza colesterol si compusi steroizi

-sinteza fosfatidelor

-sinteza porfirine, hem

-sinteza acetil-derivati

-sinteza corpi cetonici care e o cale patologica de transformare a acetil-

CoA, cele anterioare fiind fiziologice.

23. FORMAREA CORPILOR CETONICI. CETOGENEZA.]

In diabet sau inanitie, oxidarea acetil-CoA prin CK e scazut dar si

sinteza ac. Grasi. Asa, se acumuleaza acetil CoA care se transforma in

acetoacil-CoA si apoi in B-hidroxi-B-metilglutaril-CoA. O parte din

acetoacetil-CoA e transformat in ac. Mevalonic care conduce la sinteza de

colesterol;. cea mai mare parte este transformata in corpi cetonici.

42

Ficatul sintetizeaza 200-300 mg corpi cetonici fiind metabolizati

in tesuturile extrahepatice, rinichi, creieri si reprezinta surse de energie pt

miocard, m. Scheletici, rinichi, creier.

Cetogeneza e procesul biochimic fiziologic de formare a

corpilor cetonici care rezulta din B-oxidarea ac. Grasi. Corpii cetonici nu

sunt simpli produsi de oxidare incompleta a ac.grasi, ci produsi rezultati

din condensarea ulterioara a acetil~coA.

Corpii cetonici sunt reprezentati de: ac. Acetilacetic, acetona,

acid. B hidroxilbutiric.

Corpii cetonici ajunsi in ficat sunt degradati rapid pana la Co2 si

H2o si utilizati ca sursa de energie de t. Extrahepatice, si numai o parte e

eliminata pulmonar(acetona_ si urinar Cetonuria. Prin cetogeneza, creierul

devine apt sa utilizeze energogen, rezervele lipidice ale organismului.

Daca productia hepatica de corpi cetonici depasseste capacitatea

de metabolizare a t. Extrahepatice, ca in diabet si inanitie, corpii cetonici

produsi peste cantitatile normale devin substante toxice.

Cresterea concentratiei corpilor cetonici in organism determina

starea patologica cetoza manifestata prin:

-cetonemie

-cetonurie

-miros de acetona a aerului expirat

-acidoza

-scaderea rezervei alcaline a sangelui.

43

Cauze cetozei:

-insuficienta aport alimentar de glucide

-utilizare excesiva alipidelor si proteinelor endogene in scopul compensarii

lipsei de glucide

-diabet zaharat, inainitie

-stare de acidoza

-vomismentele asociate cu saricna

-stari febrile

-frecventa si la femeile care alapteaza.

24. CATABOLISMUL STERIDELOR. CERIDELOR

Steridele sunt esteri ai sterolilor cu ac. Grasi. Colesterolul fiind

sterolul tesuturilor animale, steridele sunt esteri ai colesterolului cu ac.

Grasi

In tesuturi, in special in ficat are loc un catabolism intens al

steridelor. Esterii ccolesterolului sub actiunea colesterolesterazelor tisulare

sunt hidrolizat in cele doua componente : colesterol si ac. Gras.

Catabolizarea ceridelor consta in hidroliza, apoi in degradarea ac.

Grasi si a alcoolilor superiori pe bazza Boxidarii. Intrucat lipidele simple

sunt putin raspandite, catabolismul si anabolimul lor nu sunt elucidate.

25.CATABOLISM COLESTEROL

44

In stare libera sau sub forma de esteri, colesterolul participa la

edificarea structurilor lipoproteice celulare si a lipoproteinelor solubile din

plasma.

Creierul si substanta alba sunt bogate in colesterol. In substanta

alba se afla doar colesterol liber.

Continutul in colesterol al creierului si al nervilor creste in

perioada de mielinizare dupa care ramana aproape constant. Colesterolul

din substanta nervoasa are o mare stabilitate metabolica, nu se reinnoieste

prin degradare sau biosinteza,, nu se schimba cu colesterolul din celelalte

compartimente ale organismului.

-dupa sistemul nervos, ficatul e al 2 lea tesut care contine mult colesterol

si are o activiate metbolica intensa

-cortextul suprarenalelor cuprinde cea mai mare cantitate de colesterol

raportata la gram de tesut, aceste glande fiind sediul unei sinteze active de

hormoni steroidici.

-lipoproteinele plasmatice cuprind colesterol liber sau esterificat.

Lipoproteinele sunt modul de transport al colesterolului in circulatia sa in

diverse compartimente: ficat, intestin, t. extrahepatice.

- Catabolizarea lui constituie pc de plecare pt obtinerea unei serii dde

compusi utili pt organisma

a)vit D3(colecalciferol)

b)hormoni corticosuprarenali

c)hormoni sexuali

d) ac. Biliari

45

Numai sterolii fecali care se formeaza sub actiunea bacteriilor

intestinale si care sunt eliminati zilnic prin fecale pot fi considerati produsi

de excretie ai colesterolului. Calea principala de excretie a colesterolului e

bila care cuprinde colesterol liber si acizi biliari. O cale auxiliara de

pierdere de colesterol e descuamare pielii si a epiteliului intestinal.

BIOSINTEZA COLESTEROLULUI

Cea mai mare parte din colesterolul existent in organismul uman

provine dintr-un mecanism de biosinteza endogena si nu din steridele

alimentare exogene. Toate tesuturile sunt dotate cu echipament enzimatic

necesar sintezei de colesterol.

Substanta nervoasa e sediul unei sinteze active de colesterol

numai in timpul mielinizarii nervilor, colesterolul din creier si nervi fiind

metabolic inert.

-Cortexul suprarenal si gl sexuale sintetizeaza colesterol care e utilzat mai

departe pt sinteza de hormoni corticosteroizi si sexuali.

-Ficatul e prinicpalul furnizor de colesterol pt tesuturile extrahepatice si e

locul de tranzit al colesterolului in ce priveste excretia.

- in mucoasa intestinala are loc o biosinteza activa de colesterol.

Colesterolul rezultat prin descuamarea epiteliului intestinal e reabsorbit.

Procesul de biosinteza are loc in compartimentul citoplasmatic

extramitocondrial, iar cele mai multe dintre enzime care intervin in acest

proces sunt localizate in reticului endoplasmatic.

Sinteza colesterolului are loc pe baza acetatului activat, existent in

fondul metabolic intracelular, cantitatile de Ch3-Co~S-CoA fiind furnizate

de B-oxidarea ac.

46

Etape:

- Transformarea acetatului activ in acid mevalonic

- Transformarea ac mevalonic in squalen

- Transofrmare squalen in colesterol

Cantitatea de colesterol sintetizata zilnic de organism e de 1,5-2 g, iar

aportul exogen e de 0,3-1 g / zi

26.CATABOLISMUL GLICEROFOSFOLIPIDELOR

In celule si tesuturi au loc, procese de degradare a glicerofosfolipidelor,

dar si de biosinteza. Fosfolipidele, se afla in stare dinamica, fiind degradate si

resintetizate continuu. Fosfolipidele din Reticulul endoplasmatic al hepatocitului

au un timp de injumatatire mediu de numai cateva zile, radicalii acil fiind

reinnoiti mult mai repede decat glicerolul. Mai mult decat atat, viata biologica

medie a fosfolipidelor e mai scurta decat a proteinelor membranare. Reinnoirea

rapida a fosfolipidelor, in particular a radicalilor acil, se explica prin degradarea

oxidativa a radicalilor de acizi grasi nesaturati si prin sensibilitatea catenelor

nesaturate ale ac grasi la peroxidare.

Prima etapa este hidroliza sub actiunea fosfolipazelor, fiecare legatura

esterifca avand enzima sa specifica.

Degradarea unei glicerofosfolipide, precum lecitina, are loc sub actiunea

fosfolipazei A, care scindeaza gruparea acil nesaturat din pozitia C2, ceea ce

duce la formarea unei lizolecitine. Asupra aceasteia actioneaza o lizofosfolipaza

care elibereaza si restul de acil saturat din pozitia C1, concomitent cu

glierilfosforilcolina.

47

Asupra glicerilfosforilcolinei actioneaza o fosfodiesteraza care elibereaza

radicalul de colina si o molecula de ac glicerofosforic. Prin actiunea unor

enzime, lecitinele sunt hidrolizate la ac.grasi, glicerol, fosforilcolina.

Catabolismul se produce cu o mare intensitate in ficat si intestin.

Componentele rezultate in urma proceslului de hidroliza sunt folosite in procesul

de innoire al acestora sau sunt degradate mai departe.

Componenta azotata are metabolismul sau propriu.

Unele enzime ale glicerosfolipidelor intervin in transferul de radical acil. Asttfel

sub actiunea LCAT, de la lecitina se poate transfera radicalul de ac. Gras pe o

molecula de colesterol.

27.CATABOLISMUL SFINGOLIPIDELOR

Catabolismul sfingolipidelor nu e complet elucidat. Nu se cunosc inca

toate enzimele implicate in catabolismul lor, dar se presupune ca aceleasi enzime

care hidrolizeaza fosfolipidele pot interveni si in scindarea hidrolitica a

sfingolipidelor.

Catabolizarea sfingolipidelor se efectueaza mai ales in lizozomi sub

actiunea hidrolazelor precum: fosfolipaze,B si alfa-galactozidaze, B-glucozidaze,

B-hexozaminidaze.

Astfel, prin hidroliza sfingomielinelor sub actiunea fosfolipazei A se

formeaza o lizosfingolipida, iar sub actiunea fosfolipazei C rezulta o ceramida si

o fsforilcolina.

28.BIOSINTEZA ACIZILOR GRASI

Biosinteza ac grasi se realizeaza cu mare intensitate. Celula vie e capabila

sa resintetizeze acizii grasi superiori pornind fie de la ac. Grasi inferiori proveniti

48

din lipide, fie de la ac. Acetic sau de la alti acizi organici inferiori aflati in

circuitul metabolic. Aciziigrasi inferiori, precumm ac. Acetic, butiric provin din

catabolismul glucidelor dar si din cel al lipidelor si proteidelor.

Sediul biosintezei ac grasi il constituie ficatul, t. Adipos, gl. Mamara,

intestinul, plamanul.

Biosinteza ac. Grasi se realizeaza in citoplasma si mitocondrii:

1. calea malonic-CoA sau citoplasmatica sau de novo

2. calea B elongatiei sau mitocondriala.

Precursorul acestor biosinteze este Ch3-Co~S-CoA care provine in mare

masura din glucide. Cantitatea de acetil-CoA, in general, depaseste necesarul

energetic, iar surplusul de acetil-CoA nu se mai degradeaza in CK la CO2 si

H2o, ci e utilizat la biosinteza ac. Grasi superiori, care se depoziteaza in celulele

t. Adipos sub forma de acilgliceroli.

1. Calea malonil-CoA. Biosinteza de novo

Acest proces presupune carboxilarea CH3-Co~S-CoA cu Co2 activ,

proces catalizat de biotinenzima cu formare de malonil-CoA la care se fixeaza o

noua molecula de Ch3-Co~S-CoA. Procesul are loc in citoplasma.

29.BIOSINTEZA ACIZILOR GRASI PE CALE

MITOCONDRIALA.BIOSINTEZA ACIZILOR GRASI PE CALEA B-

ELONGATIEI

In citoplasma, prin intermediul complexului acid gras-sintetaza are

loc biosinteza ac. Palmitic.

49

Ac. Palmitic sau acizii grasi cu 12 pana la 16 atomi de carbon isi

pot lungi molecula printr-o sinteza intramitocondriala.

In biosinteza intramitocondriala alungirea catenei acidului gras se

face cu participarea acetil-CoA si nu a malonil-CoA, iar etapele procesului

reprezinta de fapt o inversare a procesului de B-oxidare, cu diferenta ca

reducerea se face in ambele etape oxdireducatoare de catre NADPH+H+.

Prin B-elongatie, biosinteza ac. Grasi se realizeaza prin adaugarea

la un acid gras preexisntent in mitocondrii cu 8 sau mai multi atomi de C,

a cate 2 atomi de C sub forma de CH3-Co~S-CoA.

30.BIOSINTEZA TRIACIL GLICEROLILOR (LIPOGENEZA)

Biosinteza triacilglicerolilor se produce mai intes in ficat, t.

Adipos, rinichi, plamani. In cazul in care biosinteza a avut loc in ficat,

trigliceridele trec treptat in sange sub forma de lipoproteide si sunt

transportate la diferite tesuturi din organism.

Lipogeneza din t. Adipos e stimulata de o concetratie marita de

glucoza in sange. Din acest motiv, o alimentatie bogata in glucide

contribuie la formarea si depozitarea grasimilor.

Lipogeneza are loc in citoplasma cu intensitate redusa, si in microzomi, cu

intensitate mare.

Biosinteza triacilglicerolilor are loc pe 2 cai:

a) calea glicero fosfatului.

50

Pe aceasta cale, biosinteza triacilglicerolilor se bazeaza pe reactia dintre

glicerol si acizii grasi in forma lor activa, respectiv intre glicerol-3-fosfat si acil

gras-CoA.

Cantitati importante de acil gras-CoA rezulta fie direct din procesele de

biosinteza, elongatie, desaturare a ac. Grasi, fie din procesele de activare a

ac.grasi liberi, cu participarea ca ATP ca donator de energie si HS-CoA ca

acceptor de grupari acil.

R-COOH+ATP+HS-CoA R-CO~S-CoA+AMP+Ppi

Glicerol-3-fosfatul provine in cantitate apreciabila din metabolismul

glucozei, care in cursul degradarii glicolitice se transforma in intermediarul

dihidroxiacetonfosfatu. Acesta e redus sub actiunea glicerofosfatdehidrogenazei

care are drept coezima NADH+H+.

b) CALEA MONOGLICEROLULUI:

In cursul absorbieti triacilglicerolilor sub forma de monogliceride, in

peretele intestinal la nivel microzomial are loc un proces de resinteza a

trigliceridelor, sub actiunea unei transacilaze, la care participa monogliceridele si

acil-CoA in prezenta de ATP si Mg2+.

Etapele de biosinteza pana la ac. Fosfatidic sunt comune si pt sinteza

de glicerofosfolipide.Ficatul dispune de o capacitate mare de sinteza a

trigliceridelor.

In ficat, glicerol fosfatul se poate obtine atat din glucoza cat si prin

activarea glicerolului captat din plasm. Enzima glicerolkinaza e deosebit de

activa in hepatocite.

31. BIOSINTEZA STERIDELOR SI A CERIDELOR

51

In tesuturile organismelor superioare, colesterolul se gaseste mai ales

sub forma esterificata, la grupare –OH din C3.

Esterificarea acestuia are loc in peretele intestinal,in ficat si in alte

tesuturi, dar ficatul, reprezinta sursa principala de colesterol liber si essterificat.

Principale sedii de biosinteza a steridelor sunt : ficat, intestin,

pancreas, cortex suprarenal.

Esterificare colesterol :

Colesterol+acil gras-CoA colesterida+Hs-CoA

Reactia e catalizata de o acil-CoA-colesterol-transferaza.

In plasma are loc inca o sinteza a esterilor colesterolului pe baza mecanismului:

Colesterol+lecitinacolesterol esterificat+lizolecitina

Reactia e catalizata de o lecitin-colesterolacil-transferaza(LCAT) si are loc pe

seama colesterolului liber eliberat in plasma dupa sintetizarea lui in ficat.

BIOSINTEZA CERIDELOR

R1-COOH+R2-CH2OH R1-CO-O-R2+H20

Eterificarea acizilor grasi cu alcooli superiori in formarea ceridelor se

poate realiza pe 3 cai:

1. Transferul unui radical de acil gras de pe o fosfolipida pe un alcool

superior

2. Esterificarea sub actiunea unei estraze obisnuite

3. Esterificarea in prezenta unei acil-CoA-transferaze.

52

32. BIOSINTEZA GLICEROFOSFOLIPIDELOR. BIOSINTEZA

SFINGOLIPIDELOR

Glicerofosfolipidele sunt constituenti esentiali ai tuturor tesuturilor si

organitelor celulare; detin un rol structural important, functional si energetic.

Biosinteza lor se realizeaza la nivelul tuturor tesuturilor, ficat insa poate

ddetine capacitatea cea mai mare de biosinteza. Ficatul e si singurul organ

care transmite plasmei sanguine glicerofosfolipidele sintetizate si care face si

degradarea celor plasmatice.

Pt biosinteza acestor lipide sunt estentiali: acizi grasi, glicerol, serina,

colamina, colina, inozitol si ac. Fosforic

BIOSINTEZA SFINGOLIPIDELOR

Formarea sfingolipidelor in organism are loc din sfingozina si acizi

grasi activati. Precursorii sfingozinei sunt ac. Palmitic si serina.

In molecula tuturor sfingolipidelor, gruparea aminica a sfingozinei e

acilata cu un acid gras superior cu 24 atomi de C, de obicei ac. Lignoceric.

Acilarea se face prin intermediul acil gras-CoA, iar N-acil sfingozinele se mai

numesc si ceramide.

Daca ceramida reactioneaza cu UDP-galactoza sau UDP-glucoza

cerebrozide.

33. Digestia proteinelor

Proteinele, asemanator glucidelor si lipidelor hidrolizabile, nu sunt

absorbite la nivelul intestinului.Prin hidroliza totala proeteinele elibereaza

aminoacizi care se absorb.

53

Proteinele ingerate pe cale alimentara prin digestie in stomac, dar, mai

ales, in intestinul subtire sufera un proces de pierdere a specificitatii lor. Din

aminoacizii rezultati ca produsi finali ai digestiei enzimatice a proteinelor si

respectiv prin absorbtia acestora, organismul isi sintetizeaza proteinele proprii

care sunt specifice atat in functie de specie cat si in functie de organ.

Digestia proteinelor alimentare se face sub actiunea conjugata si

progresiva a enzimelor din clasa hidrolaze, denumite generic peptidhidrolaze,

proteaze sau enzime proteolitice, din sucurile gastric, pancreatic si intestinal.

Desi toate aceste enzime catalizeaza hidroliza legaturilor peptidice, intre ele

exista diferente de specificitate. Se distrug endopeptidaze ( pepsina, chimozina,

tripsina, chimotripsina) care asigura scindarea numai a legaturilor peptidice din

interiorul lanturilor si exopeptidaze (carboxipeptidaze, aminopeptidaze si

dipeptidaze) care scindeaza numai legaturile formate din aminoacizii de la

capetele catenei polipeptidice sau oligopeptidice.

a) Stomac

Intrucat saliva nu contine enzime proteolitice, digestia proteinelor

incepe la nivelul stomacului sub actiunea peptidazelor din sucul gastric si se

desfasoara la PH foarte acid (1,5-2,5).

In stomac se afla peptidazele: pepsina si chimozina, care fiind

endopeptidaze, scindeaza hidrolitic proteinele la albumoze si peptone ( proteine

denaturate usor atacabile de catre tripsina si chimotripsina) si polipeptide, asupra

carora vor actiona exopeptidazele din intestin.

1. Pepsina

Pepsina are rolul de a denatura proteinele alimentare.

54

Pepsinogenul este produs de celulele "principale" ale mucoasei

gastrice . Odata secretat in stomac, pepsinogenul inactiv este rapid transformat in

pepsina activa sub actiunea HCl si autocatalitic de catre pepsina rezultata.

Activarea consta in indepartarea unui fragment polipeptidic cu rol inhibitor.

Prezenta in sucul gastric, pepsina actioneaza la PH= 1,5-2,5 cu PH

optim de actiune= 2,0.

Pepsina nu hidrolizeaza keratinele, fapt pentru care aceste

proteine trec netransformate prin tubul digestiv si sunt eliminate ca atare prin

fecale.

2. Gastricsina

Gastricsina, numita si pepsina C, se formeaza alaturi de pepsina

prin activarea intr-un alt mod a pepsinogenului.

3. Chimozina

Chimozina (renina sau labfermentul) este o endipeptidaza

prezenta numai in sucul gastric al sugarilor, producand coagularea laptelui.

b) Intestin

Sucul pancreatic, care este secretat in intestinul subtire, contine

tripsinogen, chimotripsinogen, proelastaza si procarboxipeptidaze A si B.

55

1. Tripsina

Tripsinogenul biosintetizat in pancreasul exocrin si secretat in

intestinul subtire este transformat in tripsina, prin indepartarea de capatul N-

terminal, unui hexapeptid cu rol inhibitor.

2. Chimotripsina

Chimotripsinogenul biosintetizat in pancreasul exocrin si secretat

in intestinu subtire, este transformat in chimotripsina prin detasarea succesiva din

molecula sa a doua dipeptide cu rol inhibitor, proces care are loc sub actiunea

tripsinei si chimotripsinei deja existente.

3. Elastaza

Elastaza, care asigura hidroliza specifica a unor legaturi din

elastina, se obtine din proelastaza sub actiunea catalitica a tripsinei.

4. Carboxipeptidaze.Aminopeptidaze.Dipeptidaze

Carboxipeptidazele sunt secretate, prin sucul pancreatic, in

intestin sub forma inactiva de procarboxipeptidaze A si B. Sub actiunea tripsinei,

sunt convertite in formele enzimatice active prin eliberarea de peptide cu efect

inhibitor.

c) Intestinul gros

In intestinul gros ajung proeteinele nedigerate.

Putrefactia realizata de catre microorganisme se produce atat asupra

proteinelor, peptidelor si aminoacizilor de provenienta alimentara, cat si asupra

acelora provenite din secretiile digestive, din celulele epiteliale descuamate si

chiar din microorganisme.

56

Prin actiunea conjugata, progresiva si cooperanta a enzimelor

proteolitice rezulta, in final, aminoacizii. Aminoacizii reprezinta forma prin care

proteinele ingerate sunt absorbite prin peretele intestinului.

34. Digestia nucleoproteidelor

Sub actiunea enzimelor proteolitice, indeosebi tripsina si pepsina,

nucleoproteidele alimentare se scindeaza punand in libertate proteinele si acizii

nucleici constituitivi.

Proteinele urmeaza calea obisnuita de digestie.

Asupra acizilor nucleici actioneaza actioneaza intr-o prima etapa

nucleazele pancreatice: ribonucleaza si dezoxiribonucleaza. Enzime de acest fel

pot actiona ca endonucleaze sau ca exonucleaza, scindand legaturile

fosfodiesterice in interiorul catenei polinucleotidice sau la extremitati.

In umra actiunii nucleazelor, acizii nucleici se scindeaza in

oligonucleotide sau in mononucleotide constitutive.

Asupra mononucleotidelor actioneaza fosfataze specifice, nucleotidaze

care elibereaza acidul fosforic si nucleozidele.

Nucleozidazele intestinale actioneaza asupra nucleozidelor, punand in

libertate bazele azotate purinice sau pirimidinice si pentozele corespunzatoare

(riboza si dezoxiriboza).

Absorbtia protidelor

a) Absorbtia proteinelor

57

Proteinele se absorb numai sub forma de aminoacizi si oligopeptide.

Absorbtia aminoacizilor are loc la nivelul intestinului subtire. Dupa

absorbtie, aminoacizii sunt preluati, in forma libera, de sangele portal care ii

transporta la ficat. Ficatul utilizeaza o buna parte din aminoacizi pentru sinteza

proteinelor proprii si a proteinelor serice. Restul de aminoacizi este distribuit,

prin circulatia sistematica, la celelalte tesuturi si organe care isi sintetizeaza

proteinele specifice de organ.

Nou nascutii prezinta o permeabilitate mai mare a peretelui intestinal, in

sensul ca, pe langa aminoacizi, pot fi absorbite si IG(imunoglobuline). IG

constituie anticorpi care sunt secretati in laptele matern si prin absorbtia lor prin

peretele intestinal confera organismului nou nascut o anumita capacitate de

aparare fata de diferiti agenti patogeni.

In organism, in toate tesuturile exista un "fond metabolic", "pool" de

aminoacizi atat exogeni cat si endogeni de unde sunt dirijati spre degradare sau

biosinteza, in functie de necesitatile organismului.

Cantitatea de aminoacizi liberi existenta la un moment dat in organism

constituie fondul de aminoacizi al acelui organism.

Din acest "fond metabolic" de aminoacizi, organismul isi sintetizeaza

proteinele sale proprii( proteine specifice-specifice si organo-specifice). Pe de

alta parte, diversi aminoacizi sunt utilizati in gluconeogeneza, sinteza de lipide si

alti compusi cu importanta biologica.

34. Absorbtia nucleoproteidelor

Nucleotidele si nucleozidele se absorb prin peretele intestinal.

Bazele azotate purinice si pirimidinice sunt substante foarte greu solubile

si nu sunt absorbite prin peretele intestinal. In consecinta, pentru ca la nivelul

58

fiecarei celule, organismul sa-si sintetizeze acizii nucleici necesari este nevoie ca

bazele azotate purinice si pirimidinice sa fie sintetizate din alti compusi.

In consecinta:

- bazele azotate purinice si pirimidinice sunt de origina exclusiv endogena.

- pentozele, riboza si dezoxiriboza, sunt de origina exclusiv exogena.

In tesuturi, acizii nucleici pot fi degradati intr-un mod similar degradarii

gastrointestinale pana la stadiul de nucleozide. Nucleozidele sunt scindate in

continuare de enzime specifice. S-a pus in evidenta o nucleozidaza specifica

pentru nucleozidele pirimidinice, care sunt scindate hidrolitic in bazele azotate

pirimidinice corespunzatoare si riboza sau dezoxiriboza. S-a mai pus in evidenta

o nucleozidaza specifica pentru nucleozidele purinice, pe care le scindeaza

fosforolitic in baze azotate purinice respective si pentozo-1-fosfat.

35. Caile comune de degradare a aminoacizilor

36.a) Dezaminarea

Dezaminarea este procesul enzimatic prin care aminoacizii pierd

gruparea amino (-NH2) de la carbonul din pozitia Alfa sub forma de amoniac.

In majoritatea cazurilor, prima etapa in catabolizarea aminoacizilor o

constituie dezaminarea.

Dezaminarea poate avea mecanisme variate fiind de mai multe tipuri:

1. Dezaminarea oxidativa

Prin procesul de dezaminare oxidativa, aminoacizii sunt transformati in

Alfa-cetoacizi. Unii Alfa-cetoacizi se formeaza in Ciclul Krebs si stabilesc

corelatii metabolice intre lipide, glucide si protide.

59

In organism, in special in ficat si in rinichi, se produce o dezaminare

directa a aminoacizilor, sub actiunea L-aminoacidoxidazelor care au drept

coenzima FMN si a D-aminoacidoxidazelor care au drept coenzima FAD.

( Intrucat aminoacizii naturali fac parte din seria L si nu D, importanta biologica

a D-aminoacidoxidazei este limitata).

Iminoacizii rezultati, formeaza cu apa amoniac si Alfa-cetoacizi.

Coenzimele reduse(FMNH2 si FADH2) cedeaza hidrogenul captat

direct oxigenului molecular, reoxidanduse si formand apa oxigenata.

Sub actiunea catalazei, apa oxigenata se descompune in apa si oxigen

molecular.

Alfa-cetoacizii formati in cursul dezaminarilor oxidative ale

aminoacizilor urmeaza mai multe cai de metabolizare:

- pot participa la procese de transaminare, la sinteza altor acizi neesentiali

- Alfa-cetoacidul format poate suferi o aminare directa, ceea ce reprezinta de fapt

o sinteza de aminoacizi neesentiali. Reactia de aminare se produce sub actiunea

unor enzime specifice. Astfel, acidul glioxilic, sub actiunea

glicocoldehidrogenazei, sufera un proces de aminare oxidativa cu formare de

glicocol; acidul piruvic, sub actiunea alanindehidrogenazei se transforma in

alanina; iar acidul oxalilacetic, sub actiunea aspartatdehidrogenazei trece in acid

aspartic

- pot intra in Ciclul Krebs unde se catabolizeaza la CO2 si H2O

- se pot transforma in glucide, atunci cand Alfa-cetoacidul format provine de la

un aminoacid glucoformator; aceasta cale de metabolizare a Alfa-cetoacizilor

reprezinta, de fapt, un proces de biosinteza a glucidelor din

60

proteine( gluconeogeneza), fiind sub dependenta hormonilor corticosuprarenali

( aglucocorticosteroizilor).

- se pot transforma in corpi cetonici, atunci cand Alfa-cetoacidul provine dintr-un

aminoacid cetoformator sau cetogen.

Exceptie de la regula face acidul glutamic care prin dezaminare

oxidativa, se transforma prin dehidrogenare in acid iminoglutaric, reactia fiind

catalizata de glutamatdehidrogenaza(GLDH).

In aceasta reactie reversibila poate functiona in calitate de coenzima atat

NAD+ cat si NADP+. Astfel:

- in procesul de dezaminare oxidativa coenzima este NAD+

- in procesul invers, de biosinteza a aminoacizilor, coenzima este NADPH+H+.

Acidul iminoglutaric format, reactioneaza spontan cu apa rezultand acid

Alfa-cetoglutaric si amoniac.

Acidul Alfa-cetoglutaric rezultat poate functiona drept acceptor de

grupari -NH2, in procesele de transaminare, ceea ce face ca acidul glutamic sa

aiba un rol central in metabolismul aminoacizilor, intrucat este singurul

aminoacid pentru care exista o dehidrogenaza specifica (GLDH) si foarte activa.

Prin oxidarea in lantul respirator a NADH+H+, care se formeaza in

cursul dezaminarii oxidative, se produce energie care se adauga la cea eliberata

prin oxidarea catenelor de carbon ale aminoacizilor in cazul degradarii complete

ale acestora.

2.Dezaminarea hidrolitica

61

Prin dezaminarea hidrolitica se elibereaza amoniacul si se formeaza un

hidroxiacid.

3. Dezaminarea reductiva

Prin dezaminare redcutiva rezulta amoniac si un acid carboxilic.

Acest tip de dezaminare reductiva se petrece cu aditionare de hidrogen la

nivelul intestinului gros sub actiunea bacteriilor din colon, fiind mai rar intalnita

la animale si om, dar frecventa la bacterii.

4. Dezaminarea intramoleculara

Are loc cu pierdere de amoniac, fara participarea apei, a oxigenului sau a

hidrogenului. Astfel, din acid aspartic se formeaza acid fumaric.

37. b) Decarboxilarea

Este procesul enzimatic de degradare a aminoacizilor prin pierdere ce

CO2. Prin aceasta reactie, sub actiunea aminoaciddecarboxilazelor a caror

coenzima este piridoxalfosfatul, rezulta amine biogene.

Decarboxilarea aminoacizilor nu are loc pe scara foarte larga. De fapt

aceasta constituie mai putin o cale de degradare a aminoacizilor, ci mai mult o

cale de biosinteza a unor amine cu actiune biologica marcata denumite si "amine

biogene". Unele dintre ele sunt toxice, insa altele manifesta roluri importante in

organism, exercitand actiuni farmacodinamice diferite sau constituind precursori

ai unor coenzime, vitamine si exercitand actiuni de "hormoni tisulari" locali

Aminoaciddecarboxilazele sunt raspindite si la bacterii, ceea ce explica

prezenta aminelor biogene in continutul intestinal. Diaminele biogene care

provin din aminoacizii diaminomonocarboxilici( putresceina, cadaverina si

62

agmantina) au un caracter bazic si sunt foarte toxice constituind cauza

tulburarilor provocate de o putrefactie intestinala excesiva.

38.c) Transaminarea

Este procesul enzimatic fundamental in metabolismul aminoacizilor,

proces prin care se transfera gruparile -NH2 de pe un aminoacid pe un Alfa-

cetoacid cu formarea unui nou aminoacid si un alt Alfa-cetoacid corespunzator.

Enzimele care catalizeaza aceasta reactie de transaminare se numesc

transaminaze (aminotransferaze) si au drept coenzima, derivatul fosforilat al

vitaminei B6, piridoxalfosfatul, mecanismul de actiune al acestei coenzime

implicand transformarea reversibila de tip "ping-pong".

Varietatea reactiilor de transaminare este mare intrucat fiecare dintre

acizii piruvici, oxalilacetic si Alfa-cetoglutaric reactioneaza cu aproape toti

aminoacizii naturali ( mai putin cu prolina, treonina si leucina).

Transaminazele GPT(ALT) si GOT(AST) prezinta o mare importanta

in biochimia clinica, respectiv pentru stabilirea si confirmarea unui anumit

diagnostic.

Rolul biochimic al transaminarii:

- constituie o cale biochimica de catabolizare a aminoacizilor

- constituie o cale de sinteza de noi aminoacizi

- determina formarea de Alfa-cetoacizi care pot intra in Ciclul Krebs ( acidul

Alfa-cetoglutaric, acidul oxalilacetic, acidul piruvic).

- asigura stabilirea unor corelatii metabolice intre protide, glucide si lipide, prin

produsii intermediari comuni care apar in Ciclul Krebs.

39. Metabolismul amoniacului

63

Amoniacul ocupa un loc central in metabolismul proteinelor, luand parte

la reactiile de sinteza si de degradare a aminoacizilor. Prin dezaminarea

aminoacizilor, azotul proteic este eliberat ca amoniac. De asemenea, sinteza "de

novo" a aminoacizilor implica utilizarea amoniacului pentru obtinerea de noi

grupari -NH2. O molecula de NH3 trece de mai multe ori prin forma de azot

proteic inainte de a fi eliminata din organism.

NH3 din celula poate sa provina din:

- reactii de dezaminare a aminoacizilor

- dezaminarea aminelor biogene

- catabolizarea bazelor azotate purinice si pirimidinice

- hidroliza gruparilor amidice ale glutaminei si asparaginei

- doi aminoacizi, serina si cisteina, elibereaza amoniac si in cursul catabolizarii

lor spre acid piruvic

- prin oxidarea aminelor, hidroliza ureei prezenta in secretiile tubului digestiv cat

si prin degradarea sub actiunea florei microbiene a resturilor de proteine din

intestin, rezulta cantitati suplimentare de amoniac.

De la diversele tesuturi unde este produs, amoniacul este colectat la

nivelul ficatului si rinichilor. La ficat, ajunge prin sistemul port si amoniacul

produs in intestin din resturi de proteine.

O importanta parte din amoniacul rezultat direct sau indirect este

reutilizat in procesul de biosinteza al aminoacizilor neesentiali.

NH3 este toxic pentru organism si mai ales pentru sistemul nervos

central. In consecinta, organismul beneficiaza de anumite posibilitati biochimice

prin care se produce detoxifierea organismului de amoniac:

64

- eliminarea NH3 pe cale renala sub forma unui compus netoxic, respectiv uree

- captarea NH3 de catre acidul glutamic cu formarea de glutamina care este

retinuta in organism si folosita in alte procese metabolice.

- formarea creatinei, creatinfosfatului si creatininei

- formarea de NH4Cl.

Principala forma de excretie a amoniacului la vertebratele terestre este

ureea. Aceste vietuitoare poarta numele de vietuitoare ureolitice. Unii pesti si

alte vietuitoare acvatice excreta amoniacul ca atare si se numesc amoniolitice.

Pasarile si reptilele terestre excreta amoniacul sub forma de acid uric, acestea

sunt vietuitoarele uricolitice.

40. Ureogeneza

Gruparea Alfa-aminica a aminoacizilor proveniti din alimente sau din

surse endogene este transformata in amoniac( produs toxic) care prin ureogeneza

hepatica este transformat in uree, produs netoxic care se elimina prin urina.

Formarea ureei se realizeaza in ficat, printr-o serie de reactii care

constituie un ciclu cunoscut sub numele de ciclu ureogenetic( ciclul ureei). Ciclul

ureei se mai numeste si ciclul ornitinic, deoarece ornitina are rol de "catalizator".

Acest ciclu reprezinta una din cele mai importante cai de detoxifiere, de care

dispune organismul animal.

In biosinteza ureei participa NH3, CO2, aminoacizi( ornitina, acid

glutamic, acid aspartic, citrulina, arginina), ATP, biotina, Mg2+, Mn2+ si

numeroase enzime specifice( carbamoilfosfatsintetaza, ornitintranscarbamilaza,

argininsuccinatsintetaza, argininsuccinatliaza si arginaza). Procesul este

endergonic, fapt pentru care este necesara prezenta ATP.

65

41. Glutaminogeneza

Glutaminogeneza este o reactie de deoxifiere a NH3, cu retinerea sa in

organism. intrucat amoniacul este toxic pentru organism nu poate fi tolerat decat

in cantitati foarte mici( 0,29 mg% in sangele circulant).

O mare parte amoniacului provenit din metabolismul aminoacizilor este

convertit intr-un compus putin toxic, si anume glutamina care reprezinta forma

de transport a amoniacului in organism. Celulele care contin la un moment dat

mai mult amoniac il incorporeaza imediat in glutamina. In creier se sintetizeaza

cantitati relativ mari de glutamina pentru a mentine practic nula concentratia

amoniacului. Sinteza si hidroliza glutaminei au loc prin reactii distincte, ambele

ireversibile.

Glutamina este sintetizata sub actiunea glutaminsintetazei in tesuturi.

Glutamina este eliberata in sange unde in conditii fiziologice atinge concentratii

de 6-10 mg%. Transportata la ficat si rinichi, se poate scinda in acid glutamic si

amoniac, sub actiunea enzimei glutaminaza.

Amoniacul astefl rezultat, la nivelul ficatului poate fi imediat angajat

in procese de biosinteza a diversi compusi azotati ca: aminoacizi, uree, acid uric

etc.

Amoniacul eliberat la nivelul rinichilor este eliminat sub forma de

saruri de amoniu( NH4Cl) prin urina. Acest proces are loc in masura insemnata

in organismul animalelor amoniotelitice.

La nivelul rinichilor, glutamina poate sa elibereze NH3, regland

astfel mentinerea echilibrului acido bazic datorita caracterului sau alcalin.

In tesuturi, glutamina foloseste NH3 captat pentru furnizarea N la

sinteza bazelor azotate purinice( adenina si guanina).

66

42. Catabolismul compusilor cu strucutra porfirinica

Cele mai cunoscute cromoproteide cu gruparea prostetica de tip protoporfirina

sunt:

- hemoglobina

- mioglobina

- citocromii( transelectronaze)

- hemenzime( oxidaze: peroxidaze, catalaze)

Mai bine cunoscut este metabolismul hemoglobinei.

Catabolismul hemoglobinei

Hemoglobina este o heterproteida alcatuita din:

- componenta proteica: globina

- gruparea proteica: nucleu tetrapirolic( protoporfirina) Fe2+= Hem.

Degradarea hemoglobinei implica:

1. desfacerea globinei--------> aminoacizi

2. desfacerea Fe----------> feritina( ficat)

3. catabolizarea protoporfirinei--------> pigmenti biliari.

Hemoglobina se afla in eritrocite fiind produsa de catre maduva osoasa.

67

Viata globulelor rosii este de 120 de zile( cca. 4 luni). Globulele rosii se

distrug si se refac si odata cu acestea, hemoglobina se degradeaza si se

resintetizeaza. Catabolismul hemoglobinei depinde de viata globulelor rosii.

44. Catabolismul bazelor azotate . Catabolismul bazelor azotate pirimidinice

Din hidroliza intracelulara a acizilor nucleici, sub actiunea nucleazelor,

sunt eliberate nucleotidele pirimidinice UMP, CMP, TMP, care in continuare,

sub actiunea enzimelor specifice sunt scindate in componentele lor structurale:

acid fosforic, pentoze si baze azotate pirimidinice.

Bazele azotate pirimidinice, citozina, uracilul si timina sunt catabolizate

ulterior, prin mecanisme specifice.

Astfel, citozina este dezaminata cu formare de uracil.

Uracilul este redus, sub actiunea NADPH+H+, la dihidrouracil. Acesta,

in urma ruperii ciclului intre N1 si C2 se transforma in acid Beta-

ureidopropionic. prin dezaminare si decarboxilare, acidul Beta-ureidopropionic

trece in Beta-alanina. Beta-alanina se poate dezamina, cu formare de

semialdehida malonica, ce se oxideaza la acid malonic, care urmeaza cai

metabolice proprii, sau se decarboxileaza cu formare de acid acetic.

Timina se degradeaza prin mecanisme similare. Astfel, are loc mai intai

o hidrogenare, cu formare de dihidrotiamina. Urmeaza deschiderea ciclului, cand

din reactie rezulta acidul Beta-ureidoizobutiric. Acesta prin dezaminare si

decarboxilare se transforma in acid Beta-aminoizobutiric, care se dezamineaza

cu formarea semialdehide metilmalonice. Prin decarboxilarea si oxidarea

acesteia in final se formeaza acidul propionic.

68

Cand in dieta alimentara sunt continute produse bogata in acizi

dezoxiribonucleici, are loc o productie masiva de acid Beta-aminoizobutiric, care

este eliminat ca atare prin urina.

O cale particulara de catabolizare a uracilului implica trecerea acestuia

prin fazele de acid izobarbituric, acid izodialuric, acid oxaluric si in final uree si

acid oxalic.

Catabolismul bazelor azotate purinice

In cadrul metabolismului intermediar, acizii nucleici, sub actiunea

nucleazelor sunt degradati pana la mononucleotidele corespunzatoare. Acizii

nucleici pot fi atat exogeni( alimentari) cat si proveniti din distructia celulelor

proprii.

Nucleotidele purinice, dintre care cele majore sunt AMP si GMP, sunt

hidrolizate in continuare pana la eliberarea acidului fosforic, a pentozei, a

adeninei sau guaninei, care ulterior sunt catabolizate prin mecanisme specifice.

Acidul uric este produsul final al catabolismului bazelor azotate

purinice in organismul uman ca si al maimutelor antropoide, la pasari si unele

reptile. Vietuitoarele care prezinta caeasta caracteristica metabolica sunt

denumite uricolitice.

Procesul de formare al acidului uric se numeste uricopoeza si are loc si

are loc in ficat, prin oxidarea enzimatica a bazelor azotate purina( guanina si

adenina).

Astfel, adenina se poate dezamina hidrolitic sub actiunea enzimei

adenaza, rezultand hipoxantina.

Hipoxantina, sub actiunea hipoxantinoxidazei, este oxidata intr-o prima

faza la xantina, iar apoi, sub actiunea xantinoxidazei, este oxidata la acid uric.

69

Acidul uric este transportat in plasma sub forma de urat de sodiu si este

exretat in urina.

Patologia acidului uric este dominata de guta, boala specifica omului.

Excesul unei uricemii provine fie dintr-un efect de uricogeneza, fie dintr-o

tulburare in procesul de eliminare a acidului uric.

In anumite stari patologice, datorate unor disfunctii la nivelul ficatului

ca si unor conditii specifice de alimentatie, acidul uric creste peste valorile sale

normale( 2-5 mg/100 ml de sange), producand hiperiricemii.

Acidul uric este o substanta usor oxidabila si prin capacitatea sa de a

capta radicali liberi este incriminata ca factor protector fata de agresiunea

oxidanta continua la care sunt expuse majoritatea tesuturilor organismului.

Cele mai multe dintre mamifere, poseda o enzima-uricaza-care

transforma acidul uric in alantoina.

Enzima uricaza este absenta tocmai la acele specii( om, maimuta) care

nu pot sintetiza acid ascorbic. Se considera ca functia antioxidanta a acidului uric

ar compensa incapacitatea unor organisme de a sintetiza acidul ascorbic.

45. Anabolismul( biosinteza) aminoacizilor

Biosinteza aminoacizilor este limitata doar la aminoacizii neesentiali,

cei esentiali fiind procurati prin hrana.

Pentru aminoacizii neesentiali, se cunosc mecanisme generale de

biosinteza, care variaza relativ putin de la specie la specie dar si numeroase cai

particulare datorate diversitatii structurale ale acestor compusi. Aceste

mecanisme sunt relativ simple si constituie inversari ale proceselor de dgradare.

70

Biosinteza unui aminoacid are 2 faze:

- obtinerea Alfa-cetoacidului corespunzator

- inlocuirea gruparii cetonice prin gruparea amino.

Aminarea Alfa-cetoacizilor are loc prin parcurgerea in sens opus a

reactiilor de dezaminare, care sunt usor reversibile.

Biosinteza aminoacizilor in organism, se realizeaza pe seama unor

compusi organici ternari( C,H,O) proveniti din catabolismul glucidelor: acidul

Alfa-cetoglutaric, acidul oxalilacetic( Ciclul Krebs), acidul piruvic si acidul 3-

fosfo-gliceric( glicoliza), ribozo-5-fosfat si eritroribozo-4-fosfat( calea

pentozofosfatilor). De la fiecare din acesti compusi se formeaza de regula mai

multi aminoacizi care constituie o familie.

Singura sursa de azot pentru biosinteza aminoacizilor de catre organismul

uman o reprezinta amoniacul. O parte a amoniacului formata prin degradarea

compusilor cu azot este utilizat in acest scop. La acesta se adauga amoniacul

absorbit din intestin.

O reactie fundamentala in biosinteza gruparilor -NH2, din aminoacizii

tuturor speciilor, o constituie biosinteza acidului glutamic din amoniac si acid

Alfa-cetoglutaric. Reactia este catalizata de glutamatdehidrogenaza, enzima ce

are drept coenzima NADPH+H+.

1. Odata biosintetizat acidul glutamic, care este un aminoacid neesential dar cu

rol cheie in procesele de biosinteza al aminoacizilor, are loc biosinteza altor

aminoacizi neesentiali prin transferul gruparii -NH2 de la acidul glutamic pe

cetoacizii acceptori. Acesti cetoacizi pot fi uneori intermediari ai ciclului krebs

sau ai metabolismului glucidic. Astfel:

71

- din acid glutamic si acid piruvic rezulta prin transaminare alanina si acidul

Alfa-cetoglutaric.

- din acid glutamic si acid oxalil-acetic rezulta acidul aspartic si acidul Alfa-

cetoglutaric.

2. In cursul degradarii glucozei pe calea E.M.P( glicoliza anaeroba) sau pe calea

pentozofosfatilor, se formeaza gliceraldehid-3-fosfat. Aceasta poate fi oxidata la

acid 3-fosfogliceric, care se poate transforma in serina.

Gruparea NH2 a serinei este furnizata de acidul glutamic sau eventual alanina

formata prin transaminarea acidului piruvic.

3. De asemenea, acidul glutamic functioneaza in procesul de biosinteza al

prolinei si histidinei ca precursor imediat al acestora.

Prin urmare, mecanismele cele mai generale ale biosintezei aminoacizilor

neesentiali au la baza aminarea directa a acidului Alfa-cetoglutaric, cuplata cu

transaminarea functiei -NH2, de la acidul glutamic la cetoacizii acceptori.

Alte mecanisme implicate in biosinteza aminoacizilor neesentiali sunt:

- hidroxilarea, care asigura transformarea fenilalaninei in tirozina, a lizinei in

hidroxilizina si a prolinei in hidroxiprolina

- transferul de grupari CH3, care este asigurat de adenozilmetionina si care

intervine in transformarea metioninei in cisteina

- transferul de grupari SH, care sta la baza formarii cisteinei din serina

- transferul de grupari cu un singur atom de carbon, asigurat de acizii

pteroidilglutamici si care sta la baza transformarii reversibile a serinei in glicocol

72

- aminoacizii cu caracter bazic, ornitina si arginina, iau nastere, in organism, pe

calea ciclului ureogenetic.

46. Biosinteza hemoglobinei

Metabolismul intermediar al compusilor porfirinici se deosebeste de

metabolismul celorlalti compusi. Astfel, metabolismul hemoglobinei nu

beneficiaza de aportul prin hrana a gruparii prosteice, intrucat aceasta nu este

nici digerata nici absorbita. Totodata, hemoglobina este catabolizata numai odata

cu moartea hematiilor. Mai mult, nici dupa degradare in cadrul catabolismului,

hermul nu este reutilizat pentru anabolism, ci este eliminat din organism( sub

forma de pigmenti biliari, urina si fecale), astfel ca este necesara sinteza lui de

fiecare data din noi componente.

Reactiile care conduc la sinteza completa a hemoglobinei, au loc in

reticulocite, formele imature ale hematiilor.

Biosinteza hemoglobinei implica urmatoarele etape:

1. biosinteza hemului

2. biosinteza globinei

3. cuplarea hemului cu globina

1. Biosinteza hemului

Precursorii nucleului protoporfirinic al hemoglobinei sunt glicocolul si

succinil-CoA, compusi care se intalnesc frecvent in metabolismul intermediar.

Intregul proces de biosinteza al hemoglobinei este strans legat de Ciclul Krebs si

decurge in mod ciclic, numit "Ciclul succinat-glicocol".

73

Fe2+ necesar formarii hemului se afla in organism sub forma de feritina.

Incorporarea Fe2+ in scheletul protoporfirinic, cu formare de hem, se face

enzimatic, in prezenta fierchelatazei mitocondriale si a ionilor de Cu2+.

In decursul formarii hemului precursorii lui trec de mai multe ori

membrana mitocondriala, deoarece sistemele enzimatice sunt localizate in faza

solubila a celulei. Din acest motiv, starea fizico-chimica a membranei

mitocondriale influenteaza direct metabolismul hemului.

Biosinteza hemului are loc in toate tesuturile dar cu intensitate mai mare

se desfasoara in celulele sistemului eritroformator din maduva, ficat si splina.

In biosinteza hemului se disting urmatoarele etape:

- sinteza acidului Gama-aminolevulinic( ALA)

Sinteza acidului ALA are loc in mitocondrii( unde functioneaza Ciclul

Krebs care produce succinil~CoA) sub actiunea enzimei Gama-

aminolevulinatsintetaza( Gama-ALAS)

Coenzima Gama-ALAS este piridoxalfosfatul. Totodata, reactia necesita

participarea tiaminpirofosfatului( T-PP), acidului lipoic, CoA-SH, GDP, NAD+,

FAD si a citocromilor( sisteme de transfer de hidrogen si de electroni).

- formarea porfobilinogenului

Din mitocondrie ALA trece in citosol unde se sintetizeaza mai intai

porfobilinogenul in urma unei reactii de condensare a doua molecule Gama-

aminolevulinic catalizata de enzima Gama-

aminolevulinatdehidrataza( porfobilinogensintaza).

Are loc in continuare condensarea a patru molecule de porfobilinogen

cu eliminarea a patru molecule de amoniac. Produsul condensarii este

74

uroporfilinogenul 1 sau uroporfilinogenul 3. In mod normal, se formeaza o

cantitate mare de uroporfilinogen 3( care este precursorul porfirinei 9) si o

cantitate mica de uroporfirinogen 1.

- formarea protoporfirinei 9

Transformarea uroporfirinogenului 3 in porfirina 9 se face printr-o serie

de reactii de decarboxilare si dehidrogenare, sub actiunea porfirinogen

decarboxilazei formandu-se coproporfirinogenul 3; acesta trece in mitocondrie,

compartiment in care se desfasoara reactiile urmatoare care asigura formarea

protoporfirinei 9 si unirea acesteia cu Fe2+.

- unirea protoporfirinei 9 cu Fe2+

Formarea hemului prin complexarea protoporfirinei 9 cu Fe2+ este

catalizata de ferochelataza numita si hemsintaza.

Reglarea biosintezei hemului se face la nivelul enzimei Gama-ALAS.

Hemul controleaza propria sa sinteza prin inhibarea aminolevulinat sintazei si

reprimarea sintezei lui.

2. Biosinteza globinei

Sinteza componentei proteice a hemoglobinei are loc la nivelul

ribozomilor din eritroblasti, prin mecanismul normal al biosintezei proteice;

procesul prezinta insa un important grad de specificitate intrucat specificitatea de

specie si de organ a hemoglobinelor este imprimata de globina.

Aminoacizii hematogeni sunt: histidina, triptofanul si metionina; desi nu intervin

in construire protohemului, este probabil ca intervin atat in construire glbinei( in

special histidina), cat si printr-o actiune de stimulare a hematopoezei.

3. Cuplarea hemului cu globina

75

Formarea hemoglobinei are loc extramitocondrial in maduva osoasa.

Etapa finala a hemoglobinogenezei o constituie cuplarea hemului cu

globina pentru a forma hemoglobina. Hemul se uneste cu catena Alfa si apoi cu

catena Beta. Utilizarea continua a hemului in acest proces mentine concentratia

hemului liber la un nivel de baza, care favorizeaza sinteza aminolevulinasintazei.

Biosinteza hemoglobinei reprezinta o etapa esentiala in eritropoieza,

formarea globulelor rosii in maduva osoasa.

Biosinteza hemului este realizata cu o extraordinara rapiditate si este

reglata cantitativ. Organismul sintetizeaza zilnic 0,5g protoporfirina necesara

pentru formarea 6g hemoglobina, iar cantitatea eliminata sub forma de pigmenti

biliari reprezinta, de asemenea, 0,5g pe zi.

47. Biosinteza acizilor nucleici

In organismele animale acizii nucleici liberi sau sub forma de

nucleoproteide sunt constituenti ai nucleului celular. In cantitate mai mare

acestia se afla in celulele in care are loc o biosinteza mai intensa de proteine,

cum sunt ovocitele in curs de dezvoltare si celulele care se inmultesc repede.

Omul valorifica acizii nucleici din hrana, care in tractul digestiv sunt

scindati hidrolitic in componente. Atat nucleotidele provenite din alimentatie, cat

si cele rezultate dintr-o sinteza proprie sunt convertite in acizi nucleici specifici.

Totodata, este pe deplin lamurit faptul ca biosinteza de proteine este

intotdeauna precedata de o biosinteza ARN. Biosinteza de ADN are loc mai

intens in perioada premergatoare diviziunii celulare.

Acizii nucleici au un rol hotarator in functionarea si inmultirea

celulelor.

76

Acizii dezoxiribonucleici sunt indispensabili pentru exprimarea

caracterelor ereditare prin procesele de sinteza si de functionare a celulei. Se

cunosc doua mecanisme de realizare a acestor functii si anume:

1. transformarea informatiei ereditare prin replicarea acizilor dezoxiribonucleici

cromozomiali cu transcrierea mesajului ereditar de pe ADN pe moleculele de

mARN

2. dirijarea de catre mARN a biosintezei proteinelor.

Ambele mecanisme sunt determinate de biosinteza precursorilor acizilor nucleici

din componente.

Metabolismul acizilor nucleici la nivelul celulelor se desfasoara diferentiat,

in functie de stadiul in care se afla celulele si de intensitatea biosintezei

proteinelor. Biosinteza acizilor nucleici este un proces pe care organismele

animalelor superioare il realizeaza fara dificultate.

48. Biosinteza bazelor azotate pirimidinice

Nucleul pirimidinic care intra in structura uracilului, timinei si citozinei,

se sintetizeaza cu participarea diferitelor substante. Fiecare atom din ciclul

pirimidinic este furnizat de diferite substante.

NH3 si CO2 participa la biosinteza ciclului pirimidinic sub forma de

carbamoilfosfat. Exista insa doua tipuri de carbamoilfosfat-unul mitocondrial,

ureogenetic si altul citosolic, pirimidinogenetic.

Enzimele care genereaza carbamoilfosfat sunt distincte( carbamoilfosfat sinteza

1 si 2), utilizand surse diferite de azot:

- NH3, cea ureogenetica

- glutamina pirimidingenetica.

77

Acidul aspartic poate exista in celula ca atare( origine exogena sau endogena),

sau poate rezulta prin transaminarea acidului oxalilacetic. Astfel, se stabileste

corelatia intre biosinteza ciclului pirimidinic si metabolismul protidelor sau intre

biosinteza ciclului pirimidinic si metabolismul glucidelor( Ciclul Krebs), intrucat

acidul oxalilacetic este un compus al Ciclului Krebs care prin transaminare trece

in acid aspartic.

Biosinteza bazelor azotate purinice

Bazele azotate purinice si pirimidinice sunt de origine exclusiv endogena, fiind

biosintetizate in organism.

49. BIOSINTEZA ADN (REPLICAREA)

Atat la organismele superioare cat si la cele inferioare biosinteza ADN

nu are loc tot timpul in celula, ci numai in cursul diviziunii celulare cand are loc

procesul de duplicare a cromozomilor si intr-o perioada foarte scurta din

existenta celulelor. Repetarea replicarii semiconstructive la fiecare diviziune

celulara asigura prin mitoza, transmiterea caracterrelor ereditare de-a lunul

generatiilor celulare succesive.In cursul diviziunii celulare, fiecare celula

genereaza 2 celule fiice cu acelasi patrimoniu genetic, continand deci, aceeasi

cantitate si calitate de ADN.

Aproape intreaga cantitate de ADN din celula e localizata in nucleu si

nucleol. La nivelul nucleolului, ADN e localizat in cromozomi. Biosinteza ADN

are loc in nucleu si nucleol.

Biosinteza ADN se mai numeste si replicarea ADN sau biosinteza

replicativa semiconservativa, deoarece fiecare din cele 2 catene complementare

dintr-o molecula de ADN servesc drept matrice pt biosinteza a 2 noi molecule

78

noi de ADN, identice cu molecula initiala, fiecare dintre ele continand cate o

catena provenita din molecula parenterala si cate o noua catena, complementara

cu prima, rezultata in urma procesului de biosinteza.

Conform modelului lui Watson si Crick, ADN are o structura dublu

catenara constituita din 2 lanturi polinucleotidice intre care se stabilesc legaturi

de H intre bazele azotate complementare. Biosinteza replicativa a ADN

presupune, o despiralizare a molecului, cu ruperea legaturilor de H dintre bazele

azotate complementare de pe fiecare din cele doua lanturi, proces declansat de o

molecula initiatoare eliberata de o genaa structurala speciala din molecula de

ADN. Initiatorul e de natura enzimatica si are capacitatea de a produce

despiralizarea dublului lant ADN prin rotirea acestuia.

In faza de formare a celulei(proces mitotic) prin interactiunea intre

histone si proteinele reziduale, filamente de ADN se compactizeaza in structuri

cromozomate distincte astfel ca ambele celule care iau nastere primesc o

garnitura completa de cromozomi indentici cu cea din celula din care s-au

format. Aceasta inseamna ca biosinteza incepe prin despiralarea ADNului dublu

catenar cromozomial, cu formarea unui ADN preformat monocatenar, ambele

catene separate putand constitui matrita pt sinteza unei noi catene, identice cu

cea anterioara. Pe fiecare lant sau catena din molecula despiralata care reprezinta

lantul original, se va sintetiza un lant pereche. Astfel, se vor forma 2 noi

molecule dublu catenare identice cu cea originala. Secventa de baze azotate de

pe lantul original va dicta, in mod strict succesiunea de nucleotide in lantul nou.

Deci, formarea noii molecule de ADN se realizeaza pe principiul

complementaritaii bazelor azotate, formandu-se astfel, molecule identice de

ADN, fapt ce asigura pastrarea si transmitetea nealterata a caracterelor ereditare.

Molecula de ADN model functioneaza ca un tipar al propriei sale replici.

79

Biosinteza ADN e un tip semiconstructiv in sensul ca molecula

originala e conservata ca structura sub forma a 2 jumatati separate si prezente in

doua molecule diferite, identice cu cea originala.

Pt biosinteza ADN, proces de mare complexitate sunt necesare urmatoarele:

1. molecula preexistenta de ADN preformat monocatenar sau ADN primer

bicatenar care functioneaza ca matrita.

2. Enzima ADN-polimeraza, care catalizeaza reactia de inlantuire a

nucleotidelor dupa modelul de secventa determinat de ADN preformat

monocatenar.

3. Baze azotate purinice si purimidinice sub forma de deoxiribonucleozide

trifosforilate :d-ATP,d-GTP,d-TTP,d-CTPl

4. Prezenta ribonucleozid-trifosfatilor: ATP, GTP,UTP,CTP intrucat e

necesara sinteza de mici fragmente de ARN initiator pt initierea sintezei

de ADN. Enzima responsabila de sinteza fragmentelor de ARN initiator,

e ADN primaza.

5. Mg2+

6. Prezenta enzimei pirofosfataza

Biosinteza ADN e un proces consumator de energie . Energia e data

de nucleozidele trifosforilate care o vor elibera in procesul de unire a

nucleozidelor monofosforilate in molecula de ADN care se sintetizeaza prin

hidroliza pirofosfatului rezultat sub actiunea enzimei pirofosfataza.

Principalele caracteristici ale procesului sunt:

1. la reactie iau parte deoxiribonucleozidele trifosforilate, nucleozidele

mono si difosforilate sunt inactive;

80

2. pt ca reactia sa aiba loc e necesara prezenta tuturor celor 4

deoxiribonucleozide trifosforilate. Absenta uneia dintre aceste substante

impiedica policondensarea;

3. reactia globala e reversibila

Sinteza catenei polinucleotidice se realizeaza de la capatul 3’ spre 5’al

catenei de ADN primer, rezultand un lant de ADN 5’ 3’.

Condensarea monodeoxiribonucleotidtrifosfatilor se realizeaza succesiv

prin legaturi de hidrogen intre bazele azotate ale acestora si bazele azotate

complementare ale ADN preformat monocatenar. Apoi se stabileste legatura

5’,3’-fosfodiesterica si se elimina o molecula de pirofosfat. Hidroliza

pirofosfatului la acid ortofosforic (H3Po4) sub actiunea pirofosfatazei,

furnizeaza energia necesara procesului de condensare a

monoculeotidtrifosfatilor si formarea de legaturi fosfodiesterice. In cazul in

care lipseste pirofosfataza, reactia de biosinteza e inhibata de pirofosfatul

acumulat.

In anumite conditii, adn preformat poate functiona si ca primer deci

ca nucleu de policondensare care se alungeste prin adaugare de

mononucleotide succesive, legarea mononucleotidelor facandu-se la gruparea

3’-PH libera din catena de ADN.

Biosinteza de ADN mitocondrial nu e inca pe deplin elucidata. In

timp ce formarea adn in cromozomi are loc numai o singura data in viata unei

celule, si anume in faza premergatoare diviziunii celulare, formarea ADN in

mitocondrii decurge in toata perioada de existenta a celulei.

50.Biosinteza ARN( transcrierea)

Mesajul genetic, continut in secventa nucleotidelor( bazelor azotate) in

molecula de ADN, este "transcris" in molecule de ARN, in cursul procesului de

81

biosinteza a ARN, dependent de ADN. Biosinteza acizilor ribonucleici, mARN,

tARN, rARN isi are sediul tot in nucleul celular.

Sinteza ARN are loc tot pe baza principiului complementaritatii bazelor

azotate, care in acest caz, ia forma A-U, C-G, necesitand matrita de ADN.

Sinteza ARN este asimetrica si diferentiata in raport cu molecula de ADN,

intrucat numai unul dintre lanturile moleculei de ADN serveste drept matrita

pentru biosinteza ARN.

Biosinteza ARN este initiata prin replicarea unei molecule de ADN. Pe

una din catena despiralata de ADN care functiioneaza ca tipar se va sintetiza

molecula monocatenara de ARN. Deosebirea consta in faptul ca timina din

lantul "tipar" de ADN va fi inlocuita cu uracilul in lantul de ARN care se

sintetizeaza. Dupa o scurta coexistente(hibrid) intre lantul "tipar" de ADN si

lantul de ARN sintetizat, acesta se desprinde si trece in citoplasma, unde isi

exercita functiile sale: mARN, tARN, rARN.

Mecanismul biosintezei de mARN incepe prin despiralarea

segmentelor de pe cromozomii din ADN in prezenta ARN-nucleotidil-

transferazei. Succesiunea de baze azotate din catena de ADN este transcrisa in

structura monocatenara de mARN, a carui codoni constituie matrita in sinteza

unei anumite proteine.

Pentru biosinteza ARN sunt necesare urmatoarele componente:

1. molecula preexistenta de ADN PRIMER( "tipar", "matrita")

2. enzima ARN-polimeraza ADN dependenta care catalizeaza reactia de

inlantuire a nucleotidelor dupa modelul de secventa determinat de ADN

PRIMER

82

3. baze azotate purinice si pirimidinice sub forma de ribonucleozide

trifosforilate: ATP, GTP, UTP, CTP

4. Mg2+ sau Mn2+

5. prezenta enzimei pirofosfataza.

Biosinteza ARN este un proces consumator de energie. Energia este

data de nucleozidele trifosforilate care o vor elibera in procesul de unire a

nucleozidelor monofosforilate in molecula de ARN care se sintetizeaza, prin

hidroliza pirofosfatului rezultat sub actiunea enzimei pirofosfataza.

Principalele caracteristici ale procesului sunt:

1. la reactie iau parte ribonucleozidele trifosforilate, nucleozidele mono- si

difosforilate sunt inactive

2. pentru ca reactia sa aiba loc este nevoie de prezenta tuturor celor 4

ribonucleozide trifosforilate. Absenta uneia dintre aceste substante impiedica

policondensarea.

3. reactia globala este reversibila.

Formarea de mARN are loc in nucleul celular, fiecare specie de

mARN fiind sintetizat pe un anumit segment de ADN cromozomial.

52. BIOSINTEZA PROTEINELOR(ENZIMELOR). CODUL INFORMATIEI

GENETICE

Biosinteza proteinelor e procesul biochimic fundamental pt existenta

materiei vii si perpetuarea speciilor.

83

Acest proces se petrece cu mare viteza, atat in organismele aflate in

crestere, cat si in cele adulte. Biosinteza proteinelor se realizeaza numai din

aminoacizi liberi; polipeptidele si oligopeptidele rezultate prin hidroliza

proteinelor nu pot fi incorporate in proteinele noi-sintetizate.

Procesul anabolic e mai intens in tesuturile si organele care poseda

metabolism mai intens, cum sunt ficatul, pancreasul, plasma. In muschi si piele,

sinteza proteica e foarte redusa. Rata sintezei proteice e depenendta de starea

fiziologica.

Biosinteza proteinelor se afla si sub dependenta hormonala:

somatotropl, insulina, testosteron, iar altii cu actiune anabolica.

Biosinteza proteinelor se realizeaza pe baza informatiei genetice

ereditare, continuta in secventa de nucelotide a ADN. ADN e purtatorul si

transmitatorul insusirilor ereditare din generatie in generatie.

In biosinteza proteinelor exista o stransa conlucrare intre ADN ca

purtator al informatiei genetice si cele 3 tipuri de ARN: m,t,r. Informatia

genetica continuta in secventa de nucleotide a ADN e transmisa prin intermediul

ARNm la nivelul ribozomilor. Intr-o anumita pozitie a ribozomilor sunt adusi

aminoacizi liberi din citoplasma de care tARn. Aminoacizii se leaga prin legaturi

peptidice –CO-NH- exact in ordinea dictata de informatia adusa de mARN

preluata de la ADN din nucleu.

O proteina, in general are structura determina de o gena. Gena e un fragment din

macromolecula de ADN care determina un caracter.

Proteinele oligomere au structura formata din mai multe catene

polipeptidice. In acest caz, catena polipeptidica, fiind o subdiviziune a

macromoleculei proteice, inseamna ca lantul respectiv va fi determinat de o

subdiviziune a genei, numita cistron.

84

Un cistron= un lant polipeptidic.

Genotipul reprezinta totalitatea posibilitatilor de biosinteza a diverselor

proteine pe care le are o celula.

Expresia fenotipica reprezinta diversitatea proteinelor sintetizate in

celula.

Informatia genetica inscrisa in structura ADN si care determina

biosinteza unei proteina e transmisa la ARN conform unui cod genetic

conditionat de secventa secventei de nucleotide. Sediul biosintezei proteinelor il

reprezinta ribozomii.

-m ARN are rolul de a transcrie si a aduce la ribozomi informatia genetica

pe baza caruia se sintetizeaza proteina.

-rarn intra in constitutia ribozomilor

-tarn are rolul de a lega in mod specific aminoacizii liberi din citoplasma si de a-i

transporta la locul de biosinteza al proteinelor.

CODUL INFORMATIEI GENETICE

Codul informatiei genetice reprezinta un sistem de programare sau de

semnalizare biologica, reprezentand modalitatea de transmitere din generatie in

generatie a informatiei ereditare, cuprinsa in secventa de nucleotide a ADN. Pe

baza acestui cod se realizeaza unirea intr-o anumita ordine, precis stabilita, a

aminoacizilor care determina structura fiecare proteine.

85

Codul genetic este constituit din Codoni si Triplete.

Ansamblul codonilor constituie mesajul genetic.

Codonul reprezinta o succesiune de 3 baze azotate sau nucleotide

consecutive care determina ca un aminoacid sa intre intr-o pozitie precisa din

structura proteinei.

Codonii se formeaza din cele 4 baze azotate, luate cate 3. Fiecare codon

corespunde la un aminoacid.

Cei 64 de codoni rezulta din 4 baze azotate luate cate trei: 4 la a 3a = 64

codoni.

Molecula de proteina se formeaza prin legarea aminoacizilor conform

ordinii codonilor din molecula de ADN, ordine preluata de mARN.

Aminoacizilor cu structura asemanatoare le corespunde un codon

asemanator( ex: ac. Aspartic-ac.glutamic)

Codul genetic e format din 64 de codoni, intrucat unul si acelasi

aminoacid poate sa fie codificat de mai multi codoni. Astfel, serina, leucina pot fi

controlata de 6 codoni in timp ce majoritatea celorlalti codoni sunt controlati de

2 codoni. Codonii repsectivi se numeste codoni sinonimi. Numai metionina si

triptofanul sunt codificati de catre un sg codon.

Codonii sinonimi contin 2 baze azotate identice si difera prin a 3a.

Exista 3 codoni non sens: UAA,UAG,UGA care nu codifica niciun aminoacid.

Acesti codoni determina sfarsitul sintezei de proteina, reprezentand sfarsitul

mesajului genetic. Astfel, un lant polipeptidic, sintetizat pe un anumit mARN isi

inceteaza cresterea atunci cand citirea mARN a ajuns la un codon non sens.

86

AUG e codonul metioninei, aminoacid cu care incepe biosinteza tuturor

catenelor polipeptidcie. Degenerarea codului genetic, respectiv existenta mai

multor cuvinte cod pt acelasi aminoacid se manifesta in special la nivelul

nucleotidului 3 din codon

Directia de succesiune a codonilor intr-o mollecula de ADN e aceea in care

incorporarea aminoacizilor in catena polipeptidica e dirigata de la capatul –NH2

terminal la cel –COOH terminal, ceea ce corespunde directiei 5’ 3’ in molecula

de ADN si respectiv de ARN.

54. ETAPELE BIOSINTEZEI PROTEINELOR

Edificarea unei macromolecule proteice, este cel mai complex proces

biosintetic ce decurge in lumea vie, implicand conlucrarea a peste 300 de

macromolecule reprezentate de protein- enzime cu functii distincte si de diverse

tipuri de ARN.

Procesul de biosinteza a proteinelor presupune traducerea limbajului de

4 litere al acizilor nucleici(4 baze azotate) in limbajul de 20 de litere

(aminoacizi) al proteinelor.

In sinteza proteinelor atat la procariote cat si la eucariote se disting 5

stadii importante:

1. Activarea aminoacizilor

Pt ca aa liberi dizolvati in citoplasma, sa se uneasca prin legaturi peptidice –

CO-NH- la nivelul ribozomilor, acestia trebuiesc activati. Activarea

presupune ca fiecare aa din citoplasma sa fie legat in prealabil de catre un

tARN. In acest fel rezulta un complex aminoacil-ARNt, forma sub care sunt

trasnportati aa la ribozomi(sediul sintezei proteinelor).

87

Fiecare ARNt are molecula alc din 2 zone si anume o zona nespecifica

reprezentata de succesiunea de baze azotate ACC si o zona specifica.

Indiferent de aa, acestia se leaga intotdeauna la capatul zonei nespecifice care

contine secventa ACC. Zona specifica e reprez de o anumita secventa de

nucleotide(baze azotate) si comanda care anume aa sa fie legat de capatul

CAA.

Complexul aa-tARN e transportat la nivelul ribozomilor. Prin legarea sa de

tARN, aa devine apt a se fixa pe ribozomi pt a participa la sinteza de proteine.

La nivelul ribozomilor, aa adusi succesiv se unesc prin legaturi peptidice pt a

forma macromolecula de proteina, respectiv de enzima.

2. Initierea lantului polipeptidic

Etapa care urmeaza activarii aminoacizilor e initierea lantului polipeptidic,

care are loc la suprafata ribozomilor.

Sinteza lantului polipeptidic incepe de la capatul –NH2 terminal si s-a

demonstrat ca la bacterii aminoacidul cu care incepe practic intotdeauna este

metionina.

3. Formarea legaturilor peptidice. Elongatia lantului polipeptidic.

Etapa finala de formare a proteinelor celulare se desfasoara la nivelul

polizomului, considerat drept unitate functionala a biosintezei proteinelor.

Complexul aa-tARN ajunge la polizom. mARN ocupa prin codonii sai, in

mod succesiv locul de legare al aminoacizilor la nivelul ribozomilor. Pe

codonul de mARN ajuns la locul de sinteza de pe ribozom se fixeaza in mod

88

specific tARN care aduce numai aminoacidul care este dictat de catre codonul

mARN existen la locul de sinteza. Dupa depunerea fiecarui aminoacid, tARN

e eliberat pt ca sa poata transfera alt aminoacid specific, dupa caz. In acest fel,

se produce o elongatie, o alungire a lantului polipetidic.

Biosinteza proteinei este incheiata de un codon nonsens, codon care indica

sfarsitul mesajului ereditar. Proteina sintetizata se desface de pe ribozom.

Deci la nivelul ribozomilor se face citirea codonilor din ARNm si traducerea

lor sub forma secventei de aminoacizi din molecula de proteina sintetizata.

Pe masura ce lantul polipeptidic se mareste, se pliaza, realizandu-se astfel

structura secundara a moleculei proteice.

4.Eliberarea polipeptidului de pe ribozom

Reactia e consumatoare de energie.

La capatul unei molecule de ArNm se gaseste unu din 3 codooni de terminare

care da semnalul pt incetarea procesului de biosinteza a lantului polipeptidic.

Acum intervin niste factori de eliberare, existenti in ribozomoi si care

scindeaza legatura covalenta esterica dintre radicalul peptidil si tARN.

Formarea unei legautri peptidice necesita o energie libera intre 2600- 4000

kcal, iar pt alungirea lantului polipeptidic e mai mica decat cea necesara

formarii dipeptidului initial.

55. REGLAREA BIOSINTEZEI PROTEINELOR

Biosinteza proteinelor e un proces reglat in permanenta si foarte riguros

controlat.

Necesitatile de proteine, in special functionale, cum sunt enzimele, pot varia

intr-un organism in functie de disponibilitatile de molecule biologic utile din

89

mediul extern si intern. Existenta in concentratie mare a unor substante in mediul

de cultura, conduce in cazul unor microorganisme, la sinteza unor cantitati

importante din enzimele capabile sa le metabolizeze. Este fenomenul de inductie

enzimatica. Existenta in celula, a unor concentratii mari intr-un metabolit anumit

determina inhibitia biosintezei enzimelor ce asigura formarea acelui metabolit.

Este fenomenul de represie enzimatica.

Sistemul general de reglare a biosintezei proteinelor a fost dat de JACOB si

MONOD. Conform acestei teorii, reglarea sintezei proteinelor, respectiv a

enzimelor, se face prin control genetic.

In functie de necesitatile celulei, mecanismul de reglare se realizeaza prin:

a) procese de represie sau blocare

b) procese de inductie sau actiare

Relgarea se realizeaza cu participarea diferitelor tipuri de gene:

-gene structurale

-gene operatoare

-gene reglatoare

Gena de structura e fragment de ADN care determina structura fiecarei

proteine. Aceasta gena se afla sub dependenta genei operatoare.

Gena operatoare e un fragment de ADN care actioneaza asupra genei de

structura, pe care o mentine fie in stare de represie fie in stare de inductie.

Ansamblul format din gena structurala si cea operatoare se numeste: operon

Gena reglatoare are functia de a sintetiza o proteina, numita represor.

90

Represorul e o proteina allosterica a carei formare e controlata de gena

reglatoare. Represorul impreuna cu corepresorul (efector alosteric) poate

bloca gena operatoare si in acest mod operonul este blocat. Ca urmare

biosinteza nu se mai face intrucat secventa de nucleotide de pe ADN nu se

mai trancscrie pe mARN. Actiunea care se exercita atunci cand represorul

devine nactiv, datorita unui compus exogen, care e un inductor specific, face

ca gena operatoare sa functioneze, permitand genei de structura sa-si exercite

functia sa. Deci operonul este activ si codu lgenetic poate fi copiat de pe

ADN pe ARNm, informatia genetica fiind adusa la ribozom unde se

sintetizeaza proteina.

56.ECHILIBRUL HIDROMINERAL: ECHILIBRUL ACIDO-BAZIC.

CONSIDERATII GENERALE

Reactiile enzimatice si implicit procesele biologice depind im mare masura de

conentratia ionilor de H+ din mediu. De fapt, viata e posibilia doar in anumte

lomite ale acestor concentratii cuprinse intre 2.10 la -8 molar (pH=7,7) si 1.10 la

-7 molar (pH=7,0), iar valori situate intre pH 7,35 si pH 7,45 sunt considerate ca

fiind limite fiziologice in cazul lichidelor extracelulare. Mentinerea intre aceste

limite a concentratiei ionilor de H necesita mecanisme homeolitice deosebit de

eficace.

Echilibrul acidobazic din organism e mentinut la un anumit nivel, in primul rand

de catre HCL, si HCO3-, precum si de sistememe chimice si fiziologice.

La randul sau HCl ia nastere din NaCl :

NaCl+Co2+H20 NaHCo3+HCl

91

H+ poate fi captat de anionii Hco3- si Hpo4 2-, de proteine si de sarurile de sodiu

si de potasiu ale hemoglobinei. In acest mod organismul isi mentine constant

pHul.

Sistemul tampon cel mai important din organism este HC03-/H2Co3. Existenta

unei concentratii mari de HCO3- e favorabila organismului, deoarece acest anion

poate fixa ioni de H+ cu formare de H2Co3 care e descompus la co2 si h2o.

Anionul Hco3- reprezinta rezerva alcalina a organismului. In mod normal,

rezerva e de 25mEq/L sau 50-70 volume de Co2 la 100ml plasma. Peste aceasta

valoare fenomenul se numeste alcaloza, iar sub valoare normala – acidoza.

57.CORELATII INTRE METABOLISMELE INTERMEDIARE

Metabolismul intermediar al glucidelor, lipidelor, protidelor are un caracter

unitar. In organism are loc o intersectare a diferitelor reactii metabolice.

1. cele trei tipuri de substante au ca produsi finali ai catabolizarii lor

CO2,H2o si NH3.

2. Corelatiile metabolice se realizeaza prin intermediul unor compusi

comuni si anume: acetilcoenzima A.

-CH3-CO~S-CoA e un compus dde degradare a glucidelor, acizilor

grasi,aminoacizilor constituind un fond metabolic comun prin care se

realizeaza corelatii intre cele trei metabolisme intermediare

-CH3-CO~S-CoA e un precursor pt sintenteza altor metaboliti: acizi

grasi, corpi cetonici, steroli, acizi biliari, hormoni, acetilcolina.

3. Corelatiile metabolice se realizeaza prin existenta unor cicluri

metabolice comune: Ciclul acizilor tricarboxilici.

-C K e o cale metabolica comuna de degradare a glucidelor, lipidelor, aa.

92

-Are caracter amfibolic intrucat unii din produsii intermediari ai ciclului

pot constitui materia prima pt sinteza altor biomolecule.

-CK reprezinta o cale prin care se realizeaza trecerea acetil-CoA in Co2

si H activat(NADH+H+, FADH2) prin a carui oxidare in lantul respirator

se genereaza cantitati importante de energie sub forma de ATP.

3. toate aceste procese catabolice si anabolice se petrec sub actiunea

enzimelro

59. CORELATII METABOLICE INTRE GLUCIDE SI LIPIDE

Se realizeaza prin acetil-CoA, glicerol si ac. Citric.

a) ch3-co~S-coA provine din: catabolismul glucidelor(decarboxilarea oxidativa a

ac. Piruvic)

-B oxidarea ac. Grasi

Din acetil-Coa rezultata din glucoza se pot sintetizza ac. Grasi, colesterol, corpi

cetonici.

b) glicerolul provine din:

catabolismul lipidelor, lipoliza

-poate intra in glicoliza transformandu-se in dihidroxiaceton-1-P si respectiv

gliceraldehid-3-P degradandu-se pana la acetil CoA si in final la Co2,h20.

-din glicerol se poate sintetiza glicogen pe calea inversa a glicolize anaerobe.

c)CH3-CO`S-CoA poate rezulta si din glucide si in lipide si se poate cupla cu

acid oxalalilacetic formand ac. Citric care contribuie la procesul de lipogeneza

prin formarea glicerololui.

60.CORELATII METABOLICE INTRE GLUCIDE SI PROTIDE

93

corelatia metabolica se realizeaza prin:

a) alfa-cetoacizi care se formeaza din ATC.

Alfa cetoacizii ca si ac. Piruvic pot proveni din glucoza iar prin transaminare se

transforma in aminoacizi:

Acid oxalil-acetic prin transmainare-> ac, aspartic

Ac alfa-ceto-glutaric-> ac. Glutamic

Ac. Piruvic-> alanina

b) urogeneza si ATC; glutaminogeneza si ATC

Corelatia se realizeaza prin intermediul ac, furamic, care rezulta din ciclul ureei

si componenet ciclu Krebs.

c) glutaminogeneza reprrezeinta NH3 din metabolismul protidelor si

bazelor azotate sub forma de glutamina cu retinerea acestuia in

organism. Ac glutamic se formeaza prin transaminarea ac. Alfa-ceto-

glutaric care e un component al ciclului Krebs.

61. CORELATII METABOLICE intre protide si lipide

Prin a) ch3-co~s-coa poate sa provina din B oxidarea acizilor grasi si sa

constituie o sursa de materie prima pt sinteza de aminoacizi si invers.

- Se degradeaza in CK si prin cuplare cu respiratia celulara si fosfo ox

genereaza energie sub forma de ATP necesara sintezei proteinlor

b) unii aminoacizi pot trece prin dezaminare reductiva la acizi grasi inferiori.

94

62. CORELATII INTRE CICLUL KREBS, BAZE AZOTATE SI HEM

a)Acid alfa-cetoglutaric prin transaminare-> ac glutamic

NH3

Glutamina sinteza de baze azotate purinice

B)acid oxalil-acetic prin transaminare->ac. Aspartic -> prin ciclul krebs sinteza

de baze azotate purinice si pirimidinice

c) ac. Succinic+glicocol -> prin CK pirol-> HEM

63. CORELATII METABOLICE INTRE CK, RESP CEL, FOSFO OXID

Prin degradarea in CK a diferitilor metaboliti proveniti de la glucide, lipide,

protide(aminoacizi) se elibereaza H sub forma coenzimelor reduse NADH+H+ si

FADH2.

CK furnizeaza astfel H care trece in lantul respirator unde se oxideaza cu

formare deH20. Prin oxidarea H in lantul resp se elibereaza energie sub forma de

ATP, energie utilizata de celula pt cele mai diverse reactii de sinteza si procese

fiziologice.

95