PowerPoint Presentation

METABOLISMUL GLUCIDELOR

Glucidele= principala form de nmagazinare a energiei solare de ctre organismele fotosintetizante. Rol: - predominant energetic si structural. - pentru sinteza altor compui ca: acizi grai, aminoacizi, baze purinice i pirimidinice. Subiecte ce vor fi tratateMetabolismul glucidic-generalitati

Metabolismul oligoglucidelor si poliglucidelor Catabolismul poliglucidelor si oligoglucidelorAnabolismul oligoglucidelor Anabolismul poliglucidelor

Metabolismul monoglucidelorCatabolismul monoglucidelorAnabolismul monoglucidelor

Subiecte ce vor fi tratateMetabolismul glucidic-generalitati

Metabolismul oligoglucidelor si poliglucidelor Catabolismul poliglucidelor si oligoglucidelorAnabolismul oligoglucidelor Anabolismul poliglucidelor

Metabolismul monoglucidelorCatabolismul monoglucidelorAnabolismul monoglucidelor

CATABOLISMUL GLUCIDELOROligoglucidele i poliglucidele sunt degradate iniial pn la monoglucide.

Monoglucidele rezultate sunt apoi degradate n compui cu numr mai mic de atomi de carbon, dup prealabila activare a monoglucidelor, cu consum de energie.

Glicoliza: furnizeaz energie.

Celelalte ci de metabolizare a glucidelor: formarea unor compui necesari celulei vii.

Localizarea intracelulara a cailor de degradare a monoglucidelor: citosol.ANABOLISMUL GLUCIDELORCaracteristici generale- Un proces endergonic, energia necesar fiind oferit de ATP n cazul biosintezei monoglucidelor i de UTP n cazul biosintezei poliglucidelor.

La plante, produsul primar al biosintezei monoglucidelor pe calea fotosintetic, pornindu-se de la CO2 i H2O, este fructoz-6-fosfatul de la care, pe diferite ci metabolice, se pot obine celelalte glucide.

- La organismele animale, sinteza glucozei are loc din precursori neglucidici, pe calea gluconeogenetic iar a glicogenului prin glicogenogeneza.Subiecte ce vor fi tratateMetabolismul glucidic-generalitati

Metabolismul oligoglucidelor si poliglucidelor Catabolismul poliglucidelor si oligoglucidelorAnabolismul oligoglucidelor Anabolismul poliglucidelor

Metabolismul monoglucidelorCatabolismul monoglucidelorAnabolismul monoglucidelorDegradarea oligoglucidelor i a poliglucidelorDe ce trebuie degradate oligoglucidele i poliglucidele la monoglucide?pot fi utilizate ca surs de energie sau ca precursori n biosinteza altor compui, numai sub forma de monoglucide. nu pot strbate membrana celular, neputnd fi transportate att datorit masei moleculare mari i datorit proprietilor specifice ale membranei celulei vii.Degradarea oligoglucidelor i a poliglucidelorLocalizare:Extracelulara: prin digestieIntracelulara: n interiorul aceleiai celule n care au fost sintetizate

Degradarea oligoglucidelor i a poliglucidelorn funcie de mecanismul chimic: 2 tipuri de degradari: -hidrolitic -fosforoliticDegradarea hidrolitic a oligoglucidelor i a poliglucidelorEnzimele apartin clasei hidrolazelor, subclasa glicozidazelor. Glicozidazele scindeaz legtura glicozidic dintre hidroxilul semiacetalic al unei monoglucid i gruparea hidroxilic, aminic sau tiolic (n cazul tioglicozidelor) ce aparine altui compus. au specificitate de substrat mare.

Localizare: la plante: intracelularla animale: intracelular (citosol i n lizozomi), ct i extracelular (digestie). Glicozidazele se mpart n 1) oligoglicozidaze (oligozaharidaze) 2) poliglicozidaze (polizaharidaze).1) Oligozaharidazele- catalizeaz scindarea hidrolitic a oligoglucidelor. Aceste enzime prezint specificitate n raport cu configuraia anomer, izomeria optic i structura ciclului semiacetalic al substratului catalizat. n funcie de orientarea anomer a legturii glicozidice scindate, glicozidaze -specifice i glicozidaze -specifice. Glicozidazele -specifice hidrolizeaz numai -glicozidele. Exemple: maltaza I i II

maltaza III i IV

maltaza V baa141441b1O1OOHbaCH2OHCH2OHOOHO41OCH2OHOHOHOHOCH2OHOHOHOHOCH2OHOHOHOHOCH2OHOHOOHOHOCH2OHOHOHOHOCH2OHOHOOHOHOHOHOHCH2OHOOCH2OHOOHOHOHOCH2OHOHOHOHOCH2OHOHOHOHMaltozaCelobiozaLactozaTrehalozaZaharozaIzomaltozaOHOHOHCH2OHOba1) Oligozaharidazele- catalizeaz scindarea hidrolitic a oligoglucidelor. Aceste enzime prezint specificitate n raport cu configuraia anomer, izomeria optic i structura ciclului semiacetalic al substratului catalizat. n funcie de orientarea anomer a legturii glicozidice scindate, glicozidaze -specifice i glicozidaze -specifice. Glicozidazele -specifice hidrolizeaz numai -glicozidele. Exemple: maltaza I i II

maltaza III i IV

maltaza V

1) OligozaharidazeleOCH2OHOOHOHOHOCH2OHOHOHOHOCH2OHOHOHOHMaltozaCelobiozaLactozaTrehalozaZaharozIzomaltozaOHOHOHCH2OHOa

- catalizeaz scindarea hidrolitic a oligoglucidelor. Aceste enzime prezint specificitate n raport cu configuraia anomer, izomeria optic i structura ciclului semiacetalic al substratului catalizat. n funcie de orientarea anomer a legturii glicozidice scindate, glicozidaze -specifice i glicozidaze -specifice. Glicozidazele -specifice hidrolizeaz numai -glicozidele. Exemple: maltaza I i II

maltaza III i IV

maltaza V 1) Oligozaharidaze Glicozidazele -specifice hidrolizeaz numai -glicozidele. Exemple:

celobiaza -fructozidaza zaharaza sau invertaza)

-galactozidaza (lactaza)

2) Polizaharidazesunt enzime care scindeaza hidrolitic a poliglucidele. Homopolizaharidazele catalizeaz scindarea hidrolitic a homopoliglucidelor: amilazele, celulazele i chitinazele.

Amilazele scindeaz legtura -1:4, -1-6 glicozidice a amidonului i glicogenului, elibernd uniti diglucidice de maltoz. Se cunosc trei tipuri de amilaze: -amilaza, -amilaza i -amilaza. -Amilaza = endoamilaza, scindeaz macromolecula de amilopectin i glicogen, hidroliznd legturile glicozidice -1:4 din interiorul moleculei. Cele mai cunoscute sunt amilaza salivar i amilaza pancreatic. La plante, se gsesc n mal. Scindeaza pana la fragmente pn la uniti diglucidice de maltoz. Hidroliza se oprete n stadiul de diglucid. Rezista la temperatura de 70C timp de 10 minute. -Amilaza =exoamilaza, este rspndit n lumea vegetal. Scindeaz macromolecula de amidon plecnd de la captul terminal, separnd uniti diglucidice de maltoz. La locul de ramificare, aciunea hidrolitic nceteaz rmnnd o molecul mare numit dextrin limit. -amilaza i pstreaz activitatea n mediu mai acid (pH 4,5-5,0).- -Amilaza, izolat din ficat, scindeaz glicogenul complet pn la monomerii de glucoz, hidroliznd att legtura glicozidic -1:4, ct i -1:6.

Celulazele sunt rspndite n microorganisme i scindeaz legturile -1:4 glicozidice ale celulozei cu formare de celobioz. Celulazele sunt prezente n tractul digestiv al ierbivorelor, la gasteropode, unele termite i unele ciuperci.Termitele pot digera celuloza (si lemnul), datorita simbiozei din tractul lor intestinal cu protozoarul flagelat Trichonympha, ce secreta celulaza hidrolizand legaturile 14 din structura celulozeiAnumiti fungi sau bacterii contin celulaze.

Chitinazele sunt enzime ce scindeaz hidrolitic chitina n chitobioz. Enzima a fost izolat din Streptomyces antibioticus.

2) PolizaharidazeHomopolizaharidaze2) Polizaharidazele- Heteropolizaharidazele sunt poliglicozidaze ce acioneaz hidrolitic asupra heteropoliglucidelor.

Exemple: Hialuronidaza depolimerizeaz acidul hialuronic.Hialuronidaza este prezenta in diferite specii bacteriene asigurand patrunderea lor mai eficienta in celulele animale prin distrugerea glicocalixului. De asemenea enzima este prezenta in spermatozoizi (asigurand penetrarea mai eficienta a ovulului de catre spermatozoid).

Heparinaza hidrolizeaz legturile -1:4 dintre 2-amino-2-dezoxiglucoz i acidul D-glucuronic.Degradarea oligoglucidelor i a poliglucidelorn funcie de mecanismul chimic: 2 tipuri de degradari: -hidrolitic -fosforoliticDegradarea fosforolitic a glicogenului Glicogenoliza=degradarea intracelular a glicogenului pn la eliberarea de glucoz liber. 3 enzime distincte: glicogen fosforilaza, glucantransferaza i glucozidaza. ntregul proces are loc prin alternarea activitii celor trei enzime.3 etape: eliberarea de glucoza-1-fosfat (G-1-P)remodelarea structurii glicogenului care sa permita degradarea ulterioaraconversia G-1-P in G-6-P care permite metabolizarea ulterioara a glucozei. Enzima=fosfoglucomutazaDegradarea fosforolitic a glicogenului1) glicogen fosforilaza incepe degradarea la nivelul teminatiilor nereducatoare ale glicogenului- nu poate aciona n apropierea ramificaiilor date de legtura -1,6-glicozidic. Degradarea fosforolitic efectuat de glicogen fosforilaz se opreste la a patra unitate monoglucidic de la ramificaie.

Glicogen (n glucoza) Glucoza-1-P Glicogen (n-1glucoza)H3PO4Degradarea fosforolitic a glicogenului2) glucantransferaza -transfer o unitate trizaharic pe o alt ramificaie, legat prin legtur glicozidic -1:4

OHOHDegradarea fosforolitic a glicogenului3) -1,6-glucozidaza actioneaza asupra legaturii -1:6, elibernd o molecul de glucoz liber (nefosforilat).

OHOH

-1,6-glucozidazaGlicogen (n glucoza) Glucoza Glicogen (n-1glucoza)Glicogenoliza

-1-4-1-61) glicogen fosforilaza2) glucantransferazaGlucoza-1-P3) -1,6-glucozidazaCentrul moleculei de glicogenCentrul moleculei de glicogenCentrul moleculei de glicogenCentrul moleculei de glicogenGlicogen fosforilaza-enzima limitanta a glicogenolizei2 glicogen fosforilaze cu localizari diferite: musculara (in muschii scheletici) si hepatica 90% structura identica de aminoaciziAmbele glicogen fosforilaze: un dimer care prezinta doua forme interconvertibile fosforilaza a numita activa si fosforilaza b numita inactivaCele 2 forme ale glicogen fosforilazei musculare, respectiv hepatice difera: 1) printr-un singur grup fosfat fixat pe fiecare subunitate. Fosforilaza b este transformata in fosforilaza a cand este fosforilata la nivelul serinei 14 din fiecare subunitate. 2) prin modificari la nivelul situsului activ

Enzima reglatoare: fosforilaza b kinaza (transforma forma b in forma a prin fixarea fosfatului desprins din ATP)Revenirea de la forma a la forma b se realizeaza sub actiunea fosforilaza a fosfataza care in prezenta apei inlatura gruparile fosfat de pe forma a a glicogen fosforilazei.

Fosforilaza muscularaFosforilaza hepaticaPrezinta situsuri de legare a nucleotidelor AMP si ATPReglata de AMP/ATP- prin legarea AMP trece din forma b in forma a-prin legarea ATP inhiba activarea formei bGlucoza-6-fosfat (G-6-P) inhiba activarea formei forma b prin feed back negativNu are situsuri de legare a nucleotidelorNu este reglata de AMP/ATP

Glucoza (G) libera favorizeaza forma inactiva

Reglarea glicogen fosforilazei situsuri de legare a AMP/ATP situsuri de legare a fosfatului

b a a bReglarea glicogenolizei

Hormon (glucagon, adrenalina)receptorProteina G inactivaProteina G activaAMPciclicKinaza A inactivaKinaza A activaFosforilaza b kinazainactivaFosforilaza b kinaza activaGlicogen fosforilaza bGlicogen fosforilaza a ATP ADP2ATP 2ADPAdenilat ciclazaReglarea fosforilazei b kinazei la nivel muscular

Fosforilaza b kinaza are patru subunitati:, , , In muschii scheletici pe langa activarea indusa de protein kinaza A exista o activare realizata de legarea Ca 2+ de subunitatea care este calmodulina.In musculatura scheletica, fosforilaza b kinaza are mai multe stadii de activare (partial activa cand se leaga numai fosfatul de subunitatea sau numai Ca 2+ de subunitatea .Cand se leaga atat fosfatul de subunitatea cat si Ca 2+ de subunitatea , enzima are cel mai inalt stadiu de activare

Semnificatie functionala si localizare in organismLocalizarea intracelular: ntregul sistem de reacii este localizat n fraciunea solubil a celulei (n citosol).

Distribuia tisular: degradarea fosforolitic a glicogenului este rspndit n toate esuturile i organele animalelor, predominant ns n esutul hepatic i cel muscular.

Semnificaia funcional. Glicogenoliza prezint dou aspecte funcionale: - pentru ficat: degradarea glicogenului are rolul de a furniza glucoz liber necesar ntregului organism, n funcie de necesitile de moment ale organismului. Acesta este posibil datorit existenei n ficat a dou enzime: fosfoglucomutaza, care convertete glucoza-1-fosfatul eliberat prin glicogenoliz n glucoz-6-fosfat i glucozo-6-fosfataza, care defosforileaz G-6-P cu eliberare de glucoz liber i fosfat.- in esuturile extrahepatice: fosforoliza glicogenului furnizeaz doar esutului sau organului respectiv glucoza fosforilat.

Glucozo-6-fosfataza este prezenta in rinichi, intestin subtire, ficat, se presupune in creier, glande tiroide, paratiroide fiind localizata in membrana reticulului endoplasmatic. Aceasta enzima participa la mentinerea unei concentratii constante a glucozei in sange.Metabolismul glucidelorCurs nr. 5Subiecte ce vor fi tratateMetabolismul glucidic-generalitati

Metabolismul oligoglucidelor si poliglucidelor Catabolismul poliglucidelor si oligoglucidelorAnabolismul oligoglucidelor Anabolismul poliglucidelor

Metabolismul monoglucidelorCatabolismul monoglucidelorAnabolismul monoglucidelorAnabolismul (Biosinteza) oligoglucidelornecesit monomeri activai, sub form de UDP-monoglucid, n vederea condensrii lor

Uridintrifosfatul (UTP)UTP:coenzima de activare i transfer a glucozei glucoz activat.Pentru biosinteza glucidelor.

Subiecte ce vor fi tratateMetabolismul glucidic-generalitati

Metabolismul oligoglucidelor si poliglucidelor Catabolismul poliglucidelor si oligoglucidelorAnabolismul oligoglucidelor Anabolismul poliglucidelor

Metabolismul monoglucidelorCatabolismul monoglucidelorAnabolismul monoglucidelorBiosinteza poliglucidelor

Biosinteza poliglucidelor (amidonului (amilozei i amilopectinei) la plante i cea a glicogenului la animale) necesit pe lng monomeri activai i prezena unui centru de condensare o molecul primer= amorsa a poliglucidului. n cazul biosintezei amidonului la plante, sau a biosintezei unor omologi ai glicogenului la unele bacterii, monoglucidul activat este ADP-glucoza, n timp ce biosinteza glicogenului n organismul animal utilizeaz ca monoglucid activat UDP-glucoza. Molecula primer de condensare trebuie s aib cel puin patru resturi de glucoz legate prin legtur glicozidic -1:4. Glicogenogeneza (Biosinteza glicogenului)Semnificaia funcional. Glicogenogeneza asigur depunerea excesului de glucoz ingerat, sub form de poliglucid de rezerv, accesibil la nevoie.

Fosfoglucomutaza

Glicogenogeneza-particularitati Enzima cheie este glicogen sintetaza

Molecula primer de condensare trebuie s aib cel puin patru resturi de glucoz legate prin legtur glicozidic -1:4 ca sa fie recunoscuta de glicogen sintetaza

Produsul rezultat este un lan poliglucidic lung, neramificat. Ramificarea moleculei de glicogen este asigurat de enzima de ramificare amilo-(1,4-1,6)-transglicozidaza, care rupe fragmente de 6-11 resturi de glucoz legate -1:4 glicozidic i le ataeaz la lanuri laterale prin legtur glicozidic -1:6. Reglarea glicogenogenezeiEnzima glicogen sintetaza (UDP-glucozo-glicogen glucoziltransferaza) exist sub dou forme interconvertibile: fosforilat (inactiv) i nefosforilat (activ).

Trecerea enzimei din form inactiv n form activ este rezultatul reaciei de defosforilare a enzimei, reacii catalizate de o fosfoprotein-fosfataz iar inactivarea este rezultatul reactiei de fosforilare catalizata de protein-kinaza A.

Forma inactiv a glicogen-sintetazei este stimulat alosteric de ctre glucoz-6-fosfat, care i crete afinitatea pentru UDP-glucoz.Localizarea intracelulara si distributia tisularaLocalizarea intracelular. Intreaga secven de reacii este n citosol.

Distribuia tisular. Organele cu cel mai crescut coninut de glicogen sunt ficatul (2-8%) i muchiul scheletic (0,5-1%). Glicogenul este rspndit totui n majoritatea esuturilor i organelor, chiar dac este n cantiti infime.n esutul nervos, glicogenul sintetizat n cantitate foarte mic nu are funcie de depozit ci rol reglator al oxidrii glucozei.

Unidirectionarea metabolismului glicogenului

Adrenalina,glucagonAdenilat ciclaza inactivaAdenilat ciclaza activaAMPcProtein kinaza A inactivaAdenilat ciclaza inactivaAdrenalina,glucagonAdenilat ciclaza activaAMPcProtein kinaza A inactivaProtein kinaza A activaFosforilaza b kinaza inactivaFosforilaza b kinaza activaGlicogen fosforilaza aGlicogen fosforilaza bProtein kinaza A activaGlicogenolizaGlicogen sintetaza activaGlicogen sintetaza inactivaCand glucoza e insuficientaUnidirectionarea metabolismului glicogenuluiCand glucoza e abundentaInsulina se cupleaza cu receptorul sau tirozinkinazic din membrana celularaActivarea unei protein kinaze sensibile la insulinaATPADPActivarea fosfoprotein-fosfatazei Defosforileaza glicogen fosforilaza (devine forma b inactiva)Defosforileaza glicogen sintetazaGlicogenogenezaSubiecte ce vor fi tratateMetabolismul glucidic-generalitati

Metabolismul oligoglucidelor si poliglucidelor Catabolismul poliglucidelor si oligoglucidelorAnabolismul oligoglucidelor Anabolismul poliglucidelor

Metabolismul monoglucidelorCatabolismul monoglucidelorAnabolismul monoglucidelorCatabolismul (Degradarea) monoglucidelor In urma procesului de digestie, monoglucidele sunt absorbite prin celulele epiteliale ale mucoasei intestinului subire, printr-un proces de absorbie activ (cu consum de energie) i care prezint un nalt grad de stereospecificitate.

Dintre toate monoglucidele de natur exogen, pentru organismul animal glucoza prezint cea mai mare importan, att cantitativ ct i din punctul de vedere al specificitii sistemelor enzimatice celulare. Pentozele (riboza, arabinoza i xiluloza) au importan energetic minor. Dintre celelalte hexoze, mai importante sunt fructoza i galactoza, factorul limitativ n metabolizarea lor fiind conversia lor n glucoz.Activarea monoglucidelor Monoglucidele nu pot fi metabolizate sub forma libera. Activarea glucidelor = procesul de fosforilare a monoglucidelor pe seama ATP, n reacii catalizate de kinaze (fosfotransferaze). Localizarea activarii: citosol

Hexokinazaprezint o specificitate redus, dar o afinitate foarte mare pentru hexoze. Astfel, hexokinaza hepatic poate fosforila att glucoza, ct i manoza sau galactoza, cu formarea hexozo-6-fosfailor respectivi. In ficatul mamiferelor exist o izoforma a hexokinazei ce fosforileaz numai glucoza numit glucokinaza.Diferena dintre hexokinaz i glucokinaz const n gradul de specificitate i de afinitate diferit. n timp ce hexokinaza are specificitate mic dar afinitate mare (Km 0,1 mM) pentru glucoz, glucokinaza are specificitate mare dar afinitate mic (Km 10 mM) pentru glucoz. Glucokinaza este absent n esutul muscular. Glucokinaza este absent n ficatul rumegtoarelor, deoarece glucoza absorbit din intestin este cantitativ foarte redus, celuloza fiind degradat de microorganismele intestinale simbionte cu eliberare n special de acid propionic. Rumegtoarele i asigur glucoza prin biosinteza (gluconeogeneza).Glucoz-6-fosfat (G-6-P)Toti hexozofosfaii se transform n glucoz-6-fosfat (G-6-P), care reprezint poarta comun prin care hexozele i fac intrarea n metabolismul intermediar.

Principalele cai de metabolizare a G-6-P

1. Glicoliza, calea Embden-Meyerhof-Parnas Glicoliza: secvena reaciilor care realizeaz transformarea glucozei pn la 2 molecule de piruvat. Se intalneste atat la eucariote cat si la procarioteDecurge in trei etape:1) formarea fructoza 1,6 bifosfat din molecula de glucoza2) clivarea fructoza 1,6 bifosfat in doua molecule compuse din 3C3) sinteza ATP in urma formarii piruvatului

Pe ansamblu, glicoliza este un proces exergonic, singurul din organism care se poate desfura i n anaerobioz. Pentru fiecare molecul de glucoz degradat se consum iniial dou molecule de ATP, la nivelul reaciilor catalizate de hexokinaz i fosfofructokinaz i se sintetizeaz patru molecule de ATP (cte dou per triozofosfat), la nivelul reaciilor catalizate de fosfogliceratkinaz i piruvatkinaz. Toi intermediarii glicolizei sunt compui fosforilai, gruprile fosfat ataate avnd urmtoarele funcii: a) furnizeaz o grupare polar, ncrcat negativ, care nu permite trecerea liber a compusului prin membrana celular; b) au capacitatea de a fosforila n anumite condiii ADP, cu formare de ATP; c) sunt grupri de legare i recunoatere stereochimic a centrelor catalitice active ale enzimelor glicolitice.

Glicoliza calea metabolicaorganizareEtapa 1Etapa 2Etapa 3Metabolismul glucidelorCurs nr. 5Subiecte ce vor fi tratateMetabolismul glucidic-generalitati

Metabolismul oligoglucidelor si poliglucidelor Catabolismul poliglucidelor si oligoglucidelorAnabolismul oligoglucidelor Anabolismul poliglucidelor

Metabolismul monoglucidelorCatabolismul monoglucidelorAnabolismul monoglucidelorAnabolismul (Biosinteza) oligoglucidelornecesit monomeri activai, sub form de UDP-monoglucid, n vederea condensrii lor

Uridintrifosfatul (UTP)UTP:coenzima de activare i transfer a glucozei glucoz activat.Pentru biosinteza glucidelor.

Subiecte ce vor fi tratateMetabolismul glucidic-generalitati

Metabolismul oligoglucidelor si poliglucidelor Catabolismul poliglucidelor si oligoglucidelorAnabolismul oligoglucidelor Anabolismul poliglucidelor

Metabolismul monoglucidelorCatabolismul monoglucidelorAnabolismul monoglucidelorBiosinteza poliglucidelor

Biosinteza poliglucidelor (amidonului (amilozei i amilopectinei) la plante i cea a glicogenului la animale) necesit pe lng monomeri activai i prezena unui centru de condensare o molecul primer= amorsa a poliglucidului. n cazul biosintezei amidonului la plante, sau a biosintezei unor omologi ai glicogenului la unele bacterii, monoglucidul activat este ADP-glucoza, n timp ce biosinteza glicogenului n organismul animal utilizeaz ca monoglucid activat UDP-glucoza. Molecula primer de condensare trebuie s aib cel puin patru resturi de glucoz legate prin legtur glicozidic -1:4. Glicogenogeneza (Biosinteza glicogenului)Semnificaia funcional. Glicogenogeneza asigur depunerea excesului de glucoz ingerat, sub form de poliglucid de rezerv, accesibil la nevoie.

Fosfoglucomutaza

Glicogenogeneza-particularitati Enzima cheie este glicogen sintetaza

Molecula primer de condensare trebuie s aib cel puin patru resturi de glucoz legate prin legtur glicozidic -1:4 ca sa fie recunoscuta de glicogen sintetaza

Produsul rezultat este un lan poliglucidic lung, neramificat. Ramificarea moleculei de glicogen este asigurat de enzima de ramificare amilo-(1,4-1,6)-transglicozidaza, care rupe fragmente de 6-11 resturi de glucoz legate -1:4 glicozidic i le ataeaz la lanuri laterale prin legtur glicozidic -1:6. Reglarea glicogenogenezeiEnzima glicogen sintetaza (UDP-glucozo-glicogen glucoziltransferaza) exist sub dou forme interconvertibile: fosforilat (inactiv) i nefosforilat (activ).

Trecerea enzimei din form inactiv n form activ este rezultatul reaciei de defosforilare a enzimei, reacii catalizate de o fosfoprotein-fosfataz iar inactivarea este rezultatul reactiei de fosforilare catalizata de protein-kinaza A.

Forma inactiv a glicogen-sintetazei este stimulat alosteric de ctre glucoz-6-fosfat, care i crete afinitatea pentru UDP-glucoz.Localizarea intracelulara si distributia tisularaLocalizarea intracelular. Intreaga secven de reacii este n citosol.

Distribuia tisular. Organele cu cel mai crescut coninut de glicogen sunt ficatul (2-8%) i muchiul scheletic (0,5-1%). Glicogenul este rspndit totui n majoritatea esuturilor i organelor, chiar dac este n cantiti infime.n esutul nervos, glicogenul sintetizat n cantitate foarte mic nu are funcie de depozit ci rol reglator al oxidrii glucozei.

Unidirectionarea metabolismului glicogenului

Adrenalina,glucagonAdenilat ciclaza inactivaAdenilat ciclaza activaAMPcProtein kinaza A inactivaAdenilat ciclaza inactivaAdrenalina,glucagonAdenilat ciclaza activaAMPcProtein kinaza A inactivaProtein kinaza A activaFosforilaza b kinaza inactivaFosforilaza b kinaza activaGlicogen fosforilaza aGlicogen fosforilaza bProtein kinaza A activaGlicogenolizaGlicogen sintetaza activaGlicogen sintetaza inactivaCand glucoza e insuficientaUnidirectionarea metabolismului glicogenuluiCand glucoza e abundentaInsulina se cupleaza cu receptorul sau tirozinkinazic din membrana celularaActivarea unei protein kinaze sensibile la insulinaATPADPActivarea fosfoprotein-fosfatazei Defosforileaza glicogen fosforilaza (devine forma b inactiva)Defosforileaza glicogen sintetazaGlicogenogenezaSubiecte ce vor fi tratateMetabolismul glucidic-generalitati

Metabolismul oligoglucidelor si poliglucidelor Catabolismul poliglucidelor si oligoglucidelorAnabolismul oligoglucidelor Anabolismul poliglucidelor

Metabolismul monoglucidelorCatabolismul monoglucidelorAnabolismul monoglucidelorCatabolismul (Degradarea) monoglucidelor In urma procesului de digestie, monoglucidele sunt absorbite prin celulele epiteliale ale mucoasei intestinului subire, printr-un proces de absorbie activ (cu consum de energie) i care prezint un nalt grad de stereospecificitate.

Dintre toate monoglucidele de natur exogen, pentru organismul animal glucoza prezint cea mai mare importan, att cantitativ ct i din punctul de vedere al specificitii sistemelor enzimatice celulare. Pentozele (riboza, arabinoza i xiluloza) au importan energetic minor. Dintre celelalte hexoze, mai importante sunt fructoza i galactoza, factorul limitativ n metabolizarea lor fiind conversia lor n glucoz.Activarea monoglucidelor Monoglucidele nu pot fi metabolizate sub forma libera. Activarea glucidelor = procesul de fosforilare a monoglucidelor pe seama ATP, n reacii catalizate de kinaze (fosfotransferaze). Localizarea activarii: citosol

Hexokinazaprezint o specificitate redus, dar o afinitate foarte mare pentru hexoze. Astfel, hexokinaza hepatic poate fosforila att glucoza, ct i manoza sau galactoza, cu formarea hexozo-6-fosfailor respectivi. In ficatul mamiferelor exist o izoforma a hexokinazei ce fosforileaz numai glucoza numit glucokinaza.Diferena dintre hexokinaz i glucokinaz const n gradul de specificitate i de afinitate diferit. n timp ce hexokinaza are specificitate mic dar afinitate mare (Km 0,1 mM) pentru glucoz, glucokinaza are specificitate mare dar afinitate mic (Km 10 mM) pentru glucoz. Glucokinaza este absent n esutul muscular. Glucokinaza este absent n ficatul rumegtoarelor, deoarece glucoza absorbit din intestin este cantitativ foarte redus, celuloza fiind degradat de microorganismele intestinale simbionte cu eliberare n special de acid propionic. Rumegtoarele i asigur glucoza prin biosinteza (gluconeogeneza).Glucoz-6-fosfat (G-6-P)Toti hexozofosfaii se transform n glucoz-6-fosfat (G-6-P), care reprezint poarta comun prin care hexozele i fac intrarea n metabolismul intermediar.

Principalele cai de metabolizare a G-6-P

1. Glicoliza, calea Embden-Meyerhof-Parnas Glicoliza: secvena reaciilor care realizeaz transformarea glucozei pn la 2 molecule de piruvat. Se intalneste atat la eucariote cat si la procarioteDecurge in trei etape:1) formarea fructoza 1,6 bifosfat din molecula de glucoza2) clivarea fructoza 1,6 bifosfat in doua molecule compuse din 3C3) sinteza ATP in urma formarii piruvatului

Pe ansamblu, glicoliza este un proces exergonic, singurul din organism care se poate desfura i n anaerobioz. Pentru fiecare molecul de glucoz degradat se consum iniial dou molecule de ATP, la nivelul reaciilor catalizate de hexokinaz i fosfofructokinaz i se sintetizeaz patru molecule de ATP (cte dou per triozofosfat), la nivelul reaciilor catalizate de fosfogliceratkinaz i piruvatkinaz. Toi intermediarii glicolizei sunt compui fosforilai, gruprile fosfat ataate avnd urmtoarele funcii: a) furnizeaz o grupare polar, ncrcat negativ, care nu permite trecerea liber a compusului prin membrana celular; b) au capacitatea de a fosforila n anumite condiii ADP, cu formare de ATP; c) sunt grupri de legare i recunoatere stereochimic a centrelor catalitice active ale enzimelor glicolitice.

Glicoliza calea metabolicaorganizareEtapa 1Etapa 2Etapa 3Subiecte ce vor fi tratateMetabolismul glucidic-generalitati

Metabolismul oligoglucidelor si poliglucidelor Catabolismul poliglucidelor si oligoglucidelorAnabolismul oligoglucidelor Anabolismul poliglucidelor

Metabolismul monoglucidelorCatabolismul monoglucidelorAnabolismul monoglucidelorAnabolismul (Biosinteza) glucozei n organismul animalGluconeogeneza Glucoza reprezint singura surs de energie pentru esutul muscular n contracie, pentru esutul nervos i pentru eritrocite. Pentru a-i asigura glucoza necesar, atunci cnd aceasta nu este suficient prin aport alimentar (n inaniie sau n regim alimentar hipoglucidic), organismul animal are capacitatea de sintez proprie a glucozei din precursori neglucidici (ce apar n mod normal n cadrul metabolismului intermediar) printr-un proces numit gluconeogenez, sau biosinteza de novo a glucozei.Precursori neglucidici in sinteza glucozein condiii fiziologice:Lactatul si aminoacizii glucogeni (L-alanina, L-prolina, L-asparagina, L-glutamatul etc) intra direct in gluconeogenezaGlicerolul ntlnit n special n esuturile cu activitate lipogenetic intens, cum sunt esutul hepatic i esutul adipos. Provine din hidroliza enzimatic a lipidelor.

Acizii grai nu pot servi ca precursori ai glucozei la animale.Conversia acizilor grai la glucoz are loc numai la plante i la unele microorganisme, pe calea ciclului glioxilic.

Puncte de intrare ale precursorilor neglucidici in G l u c o n e o g e n e z a

LactatulAminoacizii glucogeniGlicerolulbiotinaParticularitati ale gluconeogenezeiBiosinteza glucozei are loc n principiu pe calea invers glicolizei, acolo unde reaciile sunt reversibile.Pentru etapele ireversibile ale glicolizei exista ci ocolitoare, specifice gluconeogenezei.

Una dintre cele mai importante bariere energetice ale gluconeogenezei este formarea acidului fosfoenolpiruvic din piruvat, reacie care necesit participarea unei secvene de reacii ocolitoare, la care particip piruvat carboxilaza i fosfoenolpiruvat carboxikinaza (PEPCK). Aceast etap ocolitoare poart numele de ciclul lui Utter.

Transformarea fructozei-1,6-bifosfat in fructoza-6-fosfat este realizata de fructozadifosfat hidrolaza (fructoza difosfataza) (FDP-aza).

Transformarea glucozei 6-fosfat in glucoza libera este catalizata de glucozo-6-fosfat hidrolaza (glucozo-6-fosfataza) (G6P-aza).

Gluconeogeneza

GlicolizabiotinaGluconeogenezaGluconeogeneza este un proces endergonic, necesitnd 4 moli de ATP+2 moli de GTP pentru sinteza unui mol de glucoz; de asemenea, procesul este reductiv, necesitnd 2 moli de NADH+H+ pentru un mol de glucoz format. Biotina (bios II, vitamina H, vitamina B7)- grupare prostetica a carboxilazelorBiotina este format dintr-un nucleu tetrahidroimidazolic condensat cu un nucleu tetrahidrotiofenic, substituit cu un lan de acid valerianic.

Surse de biotinO constituie microflora intestinal. Biotina este un factor de cretere pentru drojdii. Se gsete n cantitate mare n glbenuul de ou, n ficat i rinichi, precum i n drojdii.Functia de cofactor a biotineiBiotina se gsete n produsele naturale sub form de biocitin (-N-biotinil-L-lizin) (biotina este legata covalent de gruparea -amino a lizinei partii proteice a enzimei). Principalul rol metabolic al biotinei este acela de transportor de grupri CO2 pentru diferite procese de biosintez. Biotina este coenzima carboxilazelor. n timpul acestor reacii, biotina fixeaz CO2 sub form de carboxibiotin.

ApoenzimaGrupare prosteticaHoloenzima (exemplu: carboxilaza)Localizarea intracelularaCea mai mare parte a etapelor gluconeogenezei sunt localizate n citosol cu exceptia reactiilor catalizate de enzimele, piruvat-carboxilaza cu localizare exclusiv mitocondrial si glucozo-6-fosfataza prezenta pe fata lumenala a membranei reticulului endoplasmic neted.

Cooperarea intre diferite compartimente intracelulare in gluconeogeneza

mitocondriepiruvatoxalilacetatmalatmalatOxalilacetat

Glucoza-6-PGlucoza-6-PGlucozaGlucozacitosolGlucozo-6-fosfatazaReticul endoplasmic netedPiruvatCalea de formare a glucozei libere -implic doar o singur etap enzimatica, are o nsemntate fiziologic deosebit. Are loc in reticulul endoplasmic. Glucoza-6-fosfat este transportata in reticulul endoplasmic prin difuzie facilitata. Reacia de ndeprtare a gruprii fosfat de pe glucoz-6-fosfat este catalizat de enzima hidrolitic glucozo-6-fosfataza (G-6-Paza) prezenta in membrana reticulului endoplasmic fiind asociata cu proteina de stabilizare a legarii Ca2+ (SP). Aceasta proteina este esentiala pentru activitatea G-6-Pazei. Glucoza libera este transportata din nou in citosol.

Glucozo-6-fosfatazaGlucoza-6-P

Glucoza

faalumenalafaacitosolica

Semnificaia funcional a formarii glucozei liberedou roluri importante, n funcie de localizare.1) n ficat i n cortexul renal, G6P-aza are rolul de a repune n circulaie glucoza liber prin hidroliza G-6-P provenit pe calea gluconeogenetic, sau rezultat sub aciunea fosfoglucomutazei din G-1-P eliberat din degradarea fosforolitic a glicogenului. 2) n epiteliul intestinului subire, G6P-aza particip la absorbia glucozei din lumenul intestinal, prin hidroliza G-6-P ce nu poate trece ca atare prin membrana celular.Prezena G6P-azei n ficat, care este i un organ de depozitare a glicogenului, face posibil utilizarea rezervei hepatice de glicogen ca surs de glucoz pentru ntregul organism.Glucozo-6-fosfataza este absent n muchiul scheletic, ceea ce face ca glicogenul depozitat n fibra muscular s nu poat fi transformat n glucoz liber spre a fi pus n circulaie pe cale sangvin.Distributia tisulara si semnificatia functionala a gluconeogenezeiSemnificaia funcional. Prin gluconeogenez organismul animal are capacitatea de a-i sintetiza glucoza necesar pentru ntreinerea activitii esuturilor strict dependente de glucoz. n acelai timp, gluconeogeneza reprezint o modalitate de reutilizare a lactatului produs n cantitate mare n contracia muscular. esutul muscular nu este capabil s converteasc lactatul n glucoz. Conversia lactatului n glucoz are loc n ficat.

Distribuia tisular. n organismul animalelor superioare, doar dou organe sunt capabile de gluconeogenez: ficatul i cortexul renal. Acestea sunt singurele esuturi ce posed ntregul echipament de enzime specifice gluconeogenezei.Ciclul lui CoriReglarea gluconeogenezei Localizarea heterogen a enzimelor specifice gluconeogenezei, oblig diferitele structuri subcelulare la cooperare n vederea unei bune funcionri a ntregului lan metabolic. De asemenea, se ridic probleme de transfer de metabolii prin membranele suborganitelor celulare ntre diferitele compartimente ale celulei, ceea ce face ca gluconeogeneza s fie nu numai sub controlul enzimelor cheie ale propriei ci, ci i n funcie de sistemele de transport prin membran.

Dintre mecanismele de reglare ale gluconeogenezei menionm activarea enzimei piruvat carboxilaza de ctre acetil-CoA. Aceasta face posibil intensificarea gluconeogenezei n condiiile unui consum crescut de lipide. n diabet, gluconeogeneza hepatic este mult intensificat din cauza lipsei relative sau absolute a insulinei, care joac rol de factor represor att al biosintezei enzimelor cii gluconeogenetice, ct i al activitii acestora.

Un alt factor de reglare este ATP. Cnd disponibilitatea de ATP a celulei este ridicat, gluconeogeneza este intensificat.

Hexoz + ATP

Hexokinaz

Mg

2+

Hexoz-6-fosfat + ADP

Hexoz + ATP

Hexokinaz

Mg

2+

Hexoz-6-fosfat + ADP