12/5/2010

1

Metabolismul proteinelor & amino acizilor

• Digestia proteinelor

• Absorbţia amino acizilor, di-, tri-peptidelor. Patologie

• Preluarea amino acizilor din sânge

• Degradarea proteinelor endogene

• Viteza de reînnoire a proteinelor

• Rezerva de amino acizi

• Catabolismul amino acizilor1. Dezaminare

– prin transaminare

– oxidativă

– neoxidativă

2. Transportul NH3

3. Catabolismul α-cetoacizilor rezultaţi prin dezaminare– Amino acizi gluco-, ceto-, gluco&ceto-formatori

– Exemplificare: amino acizi ramificaţi (Leu, Ile, Val) si aromatici (Phe, Tyr)

– Patologie: boala “urinei cu miros de sirop de arţar”, fenilcetonuria, alcaptonuria

• Sinteza amino acizilor neesentiali

Digestia proteinelor

Proteine exogene

Pepsina

Amino acizi

Flora

bacterianaNH3

Peptide mari

Dipeptidaze

Tripeptidaze

Oligopeptide

Stomac

Amino acizi

PeptidazeLumen intestinal

Amino acizi

Marginea in perie Oligopeptidaze

Dipeptide & Tripeptide

Enterocite

Amino acizi

Intestin

Vena porta

Tripsina

Chimotripsina

Elastaza

Carboxipeptidaze

Difuzie facilitata

(polul latero-bazal al enterocitelor)

12/5/2010

2

Digestia proteinelorEtapă Localizare Agenţi Rezultat

Digestia

gastricăStomac

H+

Pepsină

Denaturare

Peptide mari, Aa

Digestia

intestinală

Lumenul intestinal

Tripsină

Chimotripsină

Elastază

Carboxipeptidază

Oligopeptide

(2-8 aminoacizi)

Amino acizi

Marginea în perie OligopeptidazeDi & Tripeptide

Amino acizi

Absorbţie

Membrana

enterocituluiSisteme transport

Transport în

celulele epiteliale

Citoplasma

enterocitului

Dipeptidaze

Tripeptidaze

Clivare peptide

Aminoacizi

Membrana

contraluminală

a enterocitului

Difuzie facilitatăTransport Aa în

capilare

Proteaze digestive gastrice & pancreatice

Protează Sursă Familia Proenzimă Activare Specificitate

Pepsină

(endo)Stomac Aspartat Pepsinogen

H+

Autoactivare

Tyr, Phe, Trp

Glu

Tripsină

(endo)Pancreas Serină Tripsinogen

Enteropeptidaza

TripsinaArg, Lys

Chimotripsină

(endo)Pancreas Serină Chimotripsinogen Tripsina Trp, Phe, Tyr, Met

Elastază

(endo)Pancreas Serină Proelastază Tripsina Gly, Ser, Ala

Carboxi-

peptidază A

(exo)

Pancreas Zinc Pro-carboxipeptidază A TripsinaTyr, Phe, Trp

Val, Leu, Ile

Carboxi-

peptidază B

(exo)

Pancreas Zinc Pro-carboxipeptidază B Tripsina Arg, Lys

12/5/2010

3

Amino acizi Di-, tri-peptide

Na+

= Difuzie facilitată

= Co-transport Na+-dependent

Amino acizi

Dipeptide, tripeptide

DipeptidazeTripeptidaze

Capilare

3Na+ 2K+ATP

ADP + Pi

= Na+,K+-ATPaza

3Na+2K+

Epiteliul intestinal

Lumenul intestinal

Marginea în perie

Membrana contraluminală

Absobţia Aminoacizilor, Di & Tripeptidelor

Absorbţia Aa & peptide în enterocite

• Tri & dipeptidele au un transportor specializat comun

• Absorbţia amino acizilor se realizează printr-un mecanism

activ cuplat cu transportul ionilor Na+

• Există sisteme de transport individualizate pentru:

a) Amino acizi neutri (alifatici & aromatici)

b) Amino acizi bazici & Cistină

c) Amino acizi acizi (Asp, Glu)

d) Imino acizi (Pro)

12/5/2010

4

Transportul Aa din sânge în celule

• Ciclul γGT (pentru Aa neutri, Met)

• Transportori membranari specifici Cotransportă Na+

consumă ATP

activaţi de insulină

6 tipuri, specifici pentru:• Phe, Tyr, Trp & Ala, Ser, Gly

• Ala, Ser, Cys

• Lys, Arg, Orn, Cistina

• Glu, Asp

• Gln, Asn, His (numai în hepatocite)

• Leu, Ile, Val (independent de pompa de Na+)

Cistinuria = Defect al transportului Lys, Arg, Orn, cistinei

Imposibilitatea reabsorbţiei renale a cistinei

Precipitarea cistinei → Calculi renali

Diagnostic = excreţia urinară excesivă a Lys, Arg,Orn

Boala Hartnup = Defect al transportorilor Aa monoamino monocarboxilici neutri

Imposibilitatea reabsorbţiei renale a aminoacizilor respectivi

Semne neurologice, tulburari psihice, erupţii cutanate fotosensibile

• Patologie

Degradarea proteinelor endogene

• Proteoliza citoplasmatică– Activă mai ales în miocite

– Catalizată de proteazom = complex de proteaze

– Sunt degradate doar proteinele endogene marcate prin ubiquitinilare

(condensare a H2N-Lys-Proteină cu HOOC-Ub, cu consum de ATP)

– Timpul de înjumătăţire (t1/2 ) al proteinei depinde de natura Aa N-terminal

• Ser => t1/2 > 20 ore

• Asp => t1/2 = 3 minute

sau de prezenţa secvenţei Pro-Glu-Ser-Thr (PEST) => degradare rapidă

• Proteoliza lizozomală– Activă mai ales în hepatocite şi celulele sistemului reticulo-endotelial

– Catalizată de proteaze acide (catepsine)

12/5/2010

5

Proteoliza citoplasmatică

Viteza de reînnoire (“turnover”) a proteinelor

• Majoritatea proteinelor sunt constant sintetizate şi apoi degradate ceeace permite îndepărtarea proteinelor anormale sau inutile

• Concentraţia, la un moment dat, a unei proteine poate fi influenţată prin

reglarea sintezei, degradarea având un rol minor (proteine inductibile)

reglarea degradării, sinteza fiind relativ constantă (proteine constitutive)

• În cazul unui individ sănătos cantitatea totală de proteine este constantă=> viteza de degradare = viteza de sinteză

• Viteza de reînnoire (turnover) diferă de la o proteină la alta, t1/2 poate fi:

Minute → ore (proteine reglatoare, proteine împachetate greşit)

Zile → săptămâni (majoritatea proteinelor celulare)

Luni → ani (proteine structurale, metabolic stabile, de exemplu colagen)

12/5/2010

6

Reglarea echilibrului Sinteză ↔ Degradare

• Postprandial & Perioada de creştere

=> ↑[Insulină] & [Gln, Glu, Leu (cu rol de semnale)]

=> ↑Biosinteza & ↓Degradarea proteinelor

• Inaniţie prelungită

=> ↑[Adrenalină] & [Cortizol]

=> ↑Degradarea proteinelor (muşchi)

• Stres (stare hipercatabolică) ex. infecţie, traumatisme, arsuri

=> ↑[Adrenalină] & [Cortizol]

=> ↑Degradarea proteinelor (muşchi)

Rezerva de Amino acizi“amino acid pool”

Digestia

proteinelor exogene

100g/zi

Proteoliza

proteinelor endogene

400g/zi

Sinteza

Aa neesenţiali

variabilă

REZERVA DE AMINOACIZI (100g)

Sinteza de novo a

proteinelor endogene

400g/zi

Catabolism

variabil

CO2

Glucoză

Glicogen

Corpi cetonici

Acizi graşi

Steroizi

Sinteza compuşilor

cu rol biologic

30g/zi

Porfirine

Creatină

Neuromediatori

Purine

Pirimidine

Alţi compuşi cu N

12/5/2010

7

Catabolismul amino acizilor

Etape

I. Dezaminare prin

Transaminare

Dezaminare oxidativă

Dezaminare neoxidativă

II. Catabolizarea catenei hidrocarbonate

Catabolismul aminoacizilorEtapa I = Dezaminare

1. Transaminare (citoplasmă)

Catalizată de aminotransferaze (PALPO dependente) larg distribuite

Cele mai importante transaminaze: GOT şi GPT

Toţi aminoacizii, cu excepţia Lys & Thr, pot fi dezaminaţi prin transaminare

Majoritatea reacţiilor de transaminare au loc în ficat (Tyr transaminaza este exclusiv hepatică)

Transaminarea Val, Leu, Ile are loc exclusiv în muschi

2. Dezaminare oxidativă (mitocondrie)

Dezaminarea Glu, catalizată de glutamat dehidrogenază (NAD+& NADP+ dependentă)

Dezaminarea Gly, catalizată de “complexul de scindare” (NAD+, H4F, PLP) => NH3 + CO2

Dezaminarea L-aminoacizilor, catalizată de L-aminoacid oxidază (FMN)

Dezaminarea D-aminoacizilor, catalizată de D-Aminoacid oxidază (FAD)

3. Dezaminare neoxidativă (citoplasmă)

Dezaminarea Ser & Thr, catalizată de dehidratază = > NH4+ + piruvat & α-cetobutirat

Dezaminarea Gln, catalizată de glutaminază => Glu + NH3

12/5/2010

8

1. Dezaminare prin transaminare

AcceptorDonor

Soarta Glu – în muşchi

+ +

Glutamat

Piruvat Alanina

-CetoglutaratForma de

transport a NH3

din muşchi → ficat

12/5/2010

9

Ciclul alanină ↔ glucoză

Soarta Glu – în majoritatea ţesuturilor

Forma de transport a NH3

din majoritatea ţesuturilor → ficat

12/5/2010

10

Glutamin sintetaza – Reglare

• Allosterică • Prin adenilare / deadenilare

Soarta Gln preluată de ficat & rinichi

12/5/2010

11

Soarta Glu rezultat din Gln – în ficat (rinichi)

Glutamat

dehidrogenaza

(mitocondrie)

În aminarea reductivă Glutamat DH este

NADPH dependentă !

În dezaminarea oxidativă Glutamat DH este

NAD+ dependentă !

Glutamat dehidrogenaza - Reglare

12/5/2010

12

Transportul NH3 din ţesuturi→ficat

Forma de transport NH3

de la ţesuturi → ficat

Forma de transport NH3

de la muşchi → ficat

Catabolismul amino acizilorEtapa II – Degradarea catenei hidrocarbonate

• Amino acizii glucoformatori formează:

- piruvat (Ala, Ser, Cys, Gly, Thr,Trp)

- propionil CoA (Val, Ile, Met, Thr) convertibil in succinil CoA

- fumarat (Asp, Phe, Tyr)

- oxalacetat (Asp, Asn)- α-cetoglutarat (Pro, His, Arg, Gln, Glu)

• Amino acizii cetoformatori formează:

- acetil-CoA (Ile, Thr)

- acetoacetil-CoA (Trp, Lys)

- HMG-CoA (Leu)

- Acetoacetat (Phe, Tyr)

• Amino acizi atât glucoformatori cât şi cetoformatori

- Ile, Thr, Phe, Tyr, Trp

Exclusiv glucoformatori Exclusiv cetoformatori

12/5/2010

13

Amino acizi gluco & cetoformatori

Glucoformatori Gluco & Cetoformatori Cetoformatori

Alanina

Arginina*

Asparagina

Aspartat

Cisteina

Glutamat

Glutamina

Glicina

Histidina*

Prolina

Serina

Tirozina

Metionina

Valina

Fenilalanina

Izoleucina

Triptofan

Treonina

Leucina

Lizina

Es

en

ţia

liN

ee

se

nţi

ali

În funcţie de:

soarta catenei hidrocarbonate: gluco-, ceto-, gluco- & ceto-formatori

capacitatea organismului de a-i sintetiza: neesenţiali, esenţiali (exclusiv exogeni)

Clasificarea amino acizilor

* Semiesenţiali

12/5/2010

14

Catabolismul Aa ramificaţi

Catabolismul Phe & Tyr

Oxidaza

12/5/2010

15

Fenilcetonuria

Boala genetică determinată de absenţa & anormalitatea enzimelor:

fenilalanin hidroxilază

dihidrobiopterin reductază

=> catabolizarea Phe pe calea alternativă, catalizată de Phe transaminază

Catabolismul Phe – Calea alternativă

Acumulare în ficat→ sânge → urină

=> encefalopatie, retard mental

= “Idioţia fenilpiruvică”

Urină

12/5/2010

16

Alcaptonuria• Deficienţa oxidazei acidului homogentizic (vezi catabolismul Phe &Tyr)

=> acumularea acidului homogentizic care polimerizează

=> pigmenţi care colorează ţesutul conjunctiv (ocronoză), se depun pe discurile

intervertebrale (artropatie ocronotică) şi colorează urina.

Sinteza Aa neesenţiali

• Din precursori cetoacizi prin transaminare

- piruvat → alanină

- oxalacetat → aspartat

• Din precursori aminoacizi prin amidare

- Glu → Gln

- Asp → Asn

• Din precursori amino acizi prin hidroxilare

- Phe → Tyr

12/12/2010

1

Transformări

Aa→ Compuşi cu rol biologic

• Tyr → Catecolamine

→ Melanină

• Trp → Serotonină

→ Melatonină

• Arg → Creatină

• His → Histamină

• Glu → GABA

• Met → SAM

Catecolamine

Catecol

Dopamina Noradrenalina Adrenalina

• Definiţie dpdv structural = derivaţi ai catecolului

• Definiţie dpdv al rolului biologic

- Neuromediatori → catecolaminele sintetizate în creier (substanţa cenuşie) şi SNC;

- Hormoni reglatori ai metabolismului glucidic & lipidic → catecolaminele în medulosuprarenală

12/12/2010

2

Transformarea Tyr → Catecolamine

SNC

Ganglioni

limfatici

Etapa

limitantă

Medulo-

suprarenală

Dioxifenil alanina

Catecolamine - Neuromediatori

Vezicule

sinaptice

Spaţiul

sinaptic

Neuron

dopaminergic

presinaptic

Neuron

postsinaptic

Transportori de pe

butonul terminal

Potenţial

de acţiune

12/12/2010

3

Catecolamine – Hormoni

Medulosuprarenală

Frică

Frig

Efort fizic

Hipoglicemie

Noradrenalină

Adrenalină

Ţesut adipos

=> TG → AG

Ficat

=> Glicogen → Glc

↑ Presiunea sângelui

↑ Forţa de contracţie a inimii

Răspuns

coordinat pentru a

face faţă unei stări

de urgenţă

“ fight or flight”

= Stres

Absenţa din urină = semn al deficienţei de catecolamine

În neuron

MAO = “valvă de siguranţă”

Inactivează dopamina, noradrenalina,

serotonina care scapă din veziculele sinaptice

când neuronul este în repaus

Inhibitorii MAO = medicamente antidepresive!

Degradarea catecolaminelor

12/12/2010

4

Boala Parkinson

CauzeDegenerarea celulelor din substanţa cenusie (encefal) producătoare de

dopamină => ↓ nivelul neuromediatorului

Semne• Tremor de repaus (gesturi ritmice incontrolabile ale mâinilor, capului sau picioarelor)

• Rigiditate (creştere a rezistenţei la mobilizarea pasiva a muşchilor)

• Bradikinezie (lentoare şi scădere a amplitudinii mişcărilor)

• Instabilitate posturală (tulburări de echilibru şi coordonare)

Tratament- Administrare de L-DOPA (levodopa)

- Transplant de ţesut fetal din medulosuprarenală

Transformarea Tyr → Melanină

Tirozinaza

(Cu-dependentă)

• Localizare: melanocite (piele, păr, ochi)

• Rol: pigment

12/12/2010

5

ALBINISM

Cauza: defectul congenital de tirozinază =>

• Lipsa pigmentului (melanina) din ochi, păr, piele

• Scăderea acuităţii vizuale

• Nistagmus (mişcări involuntare & sacadate, de mică amplitudine,

orizontale, verticale sau circulare ale ochilor)

• Fotofobie

Transformarea Trp → SerotoninăLocalizare

SNC

Celulele mucoasei intestinale

Trombocite

Rol

Neuromediator

Rol în

- producerea somnului

- procesele mintale şi afective

- funcţiile motorii

- senzaţia dureroasă

- reglarea presiunii arteriale, a temperaturii,

comportamentului alimentar si sexual

Stimulează contracţia musculaturii netede

Stimulează vasoconstricţia

12/12/2010

6

Serotonina = neuromediator

Serotonina = “hormonul fericirii”

Împreuna cu endorfinele influenţează starea de spirit a indivizilor

Endorfinele sunt eliberate în prezenţa luminii puternice,

ca urmare a consumului ciocolatei (feniletilamină) şi

ardeilor iuţi (capsaicină), în timpul exercitiilor fizice,

râsului, stresului sau a actului sexual.

Indivizii care prezintă ”dependenţă de endorfine” au

tendinţa de a efectua exerciţii fizice intense, de a avea

multiple tatuaje & piercinguri sau de a-şi provoca singuri

tăieturi care declanşeaza eliberarea de endorfine.

Degradarea serotoninei

Conjugare

acid glucuronic sau H2SO4

12/12/2010

7

Depresia

• CauzeFactori biologici, psihologici şi factori din mediu.

Instalarea depresiei poate fi determinată de nivelul redus al

- serotoninei

- endorfinelor

Tulburare afectivă

• Simptome- pierderea sau scăderea accentuată a interesului, a plăcerii de a munci şi trăi.

- tristeţe, emoţie negativă, autoacuzare, culpabilitate, deznãdejde, lipsa speranţei,

neliniste, descurajare, gol în suflet.

• Tratament- inhibiţia recaptării serotoninei în neuronul presinaptic (ex. prozac, seroxat)

- intensificarea sintezei serotoninei• exerciţiul fizic

• dieta bogată în carbohidraţi (insulina facilitează preluarea selectivă a Trp din sânge),

• dieta bogată în banane & papaya (cu conţinut ridicat deTrp, respectiv scăzut de Phe şi Leu)

• lumina puternică (previne transformarea serotoninei în melatonină)

Transformarea Trp → Melatonina

Sinteza

este maximă noaptea!

se reduce semnificativ prin expunere la lumină!

este influenţată şi de somn, postură, dietă, activitate!

• Localizare → Epifiză

Reglează ritmul circadian

Influenţează spermatogeneza şi ciclul menstrual

• Funcţiile melatoninei

12/12/2010

8

Transformarea Arg & Gly → Creatină

Sinteza & Rolul Histaminei

Histidina Histamina + CO2

Decarboxilaza

PALPO

• Localizare (mastocite & bazofile)

Plamâni

Piele

Mucoasa gastrică

• Rol

- Cel mai important mediator al reacţiei alergice.

- Intensifică sinteza acetilcolinei, concomitent inhibă activitatea colinesterazei

- Se găseşte în cantitate mare la nivelul

- pielii,

- tractului respirator & gastro-intestinal

(locuri care sunt cel mai frecvent implicate în patologia alergică)

12/12/2010

9

Receptorii histaminici

Efectele histaminei diferă în funcţie de tipul de receptori

H1Localizare: piele, endoteliul capilar, musculatura netedă din căile respiratorii, limfocite, miocard, SNC.

Efecte: prurit, durere, hiperpermeabilizare vasculară, hipersecreţie de mucus la nivelul căilor respiratorii,

bronhoconstricţie, vasodilataţie, eliberare de mediatori ai inflamaţiei, hipersecreţie de prostaglandine,

recrutare a celulelor inflamatorii, hipotensiune arteriala, tahicardie, activarea nervului vag.

H2Localizare: mucoasa gastrică, miocard, SNC, bazofile, mastocite, limfocite T & B, musculatura netedă a

uterului şi vaselor.

Efecte: hipersecreţie gastrică de HCl, vasodilataţie, hipotensiune arterială, cefalee, tahicardie, hipersecreţie

de mucus in căile aeriene, relaxare a musculaturii bronşice, inhibiţie a bazofilelor şi degranulare a mastocitelor

la nivelul pielii, activare a limfocitelor Ts.

H3Localizare: creier, musculatura netedă bronsică.

Efecte: vasodilataţie a vaselor cerebrale, prevenire a contracţiei excesive a musculaturii bronşice, suprimare a

sintezei de histamină la nivelul SNC.

H4Localizare: plamâni, SNC, neutrofile, eozinofile, cord, musculatura scheletică, splină, timus, leucocite.

Efecte: participare la procesul inflamator din alergie, astm bronsic şi bolile autoimmune.

Acid glutamicDecarboxilaza

PALPOGABA + CO2

Sinteza & Rolul GABA

• Localizare: creier

• Rol: neurotransmiţator de tip inhibitor ( ca şi Gly)

- Fixarea pe receptorii ionotropi (A si C) de la nivelul membranei postsinaptice

măreste permeabilitatea pentru Cl- şi astfel determină hiperpolarizarea şi

reducerea excitabilitatii acesteiaAxonii neuronilor producători de GABA îşi au terminaţiile plasate pe corpurile neuronilor producători

de dopamină cu care fac sinapse inhibitorii.

- Fixarea pe receptori metabotropici (B) presinaptici şi postsinaptici (situaţi mai

ales la nivel hipocampic) cuplaţi proteina Gs şi utilizând ca mesager AMPc are

efect anxiolitic şi antidepresiv

12/12/2010

10

Transformarea Met → SAM

Metabolismul Met & Homocisteinei

12/12/2010

11

Definirea & Clasificarea HHCy

Concentratia normala

tHcy = 5-15μmoli/L (media 10μmoli/L)

Hiperhomocisteinemie (HHcy)

tHcy > 15μmoli/L.

Tipuri de HHcy

moderată: 15-30μmoli/L

intermediară: 30-100μmoli/L

severă: >100μmoli/L

Factorii care determină HHcy

Factori

genetici

Hcy totalã

din

plasmă

Factori

iatrogeni

Factori

fiziologici

Factori

patologici

Factori

nutritionali

-deficienta / defect MTHFR

-deficienta MS

-transport defectuos B12

-sinteza defectuoasa de coenzima

-deficienta/defect CBS

-deficienta B6

-deficienta B12

-deficienta folat

-exces proteine animale

-varsta >50 ani

-sex masculin

-menopauza

-rasa alba

-contraceptive orale

-metotrexat

-oxid nitros

-anticonvulsive

-teofilina

-niacina

-fumat

-alcoolism

-disfunctie renala

-psoriazis-cancer

-transplant renal

12/12/2010

12

Hiperhomocisteinemia (HHcY)

• Prevalenţa HHcy în

- populaţia generală 2-7%

- cardiopatia ischemică 10-30%

- bolile cerebrovasculare 35-40%

-arteriopatiile periferice 47-59%

• HHcy este considerată un factor independent de risc pentru

- bolile cardiovasculare

-Aterotromboză

• Riscul BCV asociat creşterii cu 5 micromol/L a tHcy plasmatice =

riscul asociat creşterii cu 20 mg/dL a colesterolului plasmatic !

• În HHcy s-a descoperit un model non-lipidic de iniţiere a

aterosclerozei (in absenta hiperlipemiei)

HHcy → Intensificarea stresului oxidativ

12/12/2010

13

Efectele HHcy la nivel vascular

Lezarea directă a peretelui vascular

Disfuncţia & Apoptoza celulelor endoteliale

Hipertrofia & hiperplazia miointimei vasculare

Stimularea adezivităţii & agregării trombocitelor

Stimularea inflamaţiei

Stimularea coagulării

Formarea plăcii ateromatoase

Vasoconstricţie

12/7/2010

1

Ureogeneza

• Definiţie & Reacţia generală

• Localizare

• Sursele de amoniac

• Toxicitatea amoniacului

• Importanţa ureogenezei

• Reacţii

• Relaţia cu ciclul Krebs

• Reglare

• Patologie

Ureogeneza

• Cale ciclică de transformare a NH3 (toxic) →uree

NH4+ + Asp + HCO3

- + 3ATP + H2O → Uree + 2ADP + AMP + 4Pi + Fumarat

Donor gr. NH2

Localizare

• Hepatocite

- mitocondrie (primele 2 reacţii)

- citosol (următoarele 3 reacţii)

Definiţie

Reacţia generală:

12/7/2010

2

Toxicitatea NH3

• Creştera nivelului plasmatic al amoniacului (hiperamoniemie) semne neurologice (encefalopatie) comă moarte

• NH3 din sânge traversează bariera hematoencefalică

↑ [NH3] intracelular transformarea excesivă a

α-cetoglutaratului în acid glutamic & glutamină

epuizarea rezervelor de α-cetoglutarat

blocarea ciclului Krebs ↓[ATP] neuronal

Importanţa ureogenezei

Ureogeneza este esenţială pentru organismul uman deoarece:

• 10-15% din aportul caloric (al unei diete echilibrate) şi aminoaciziiesenţiali provin proteinele exogene;

• în cazul în care necesarul de aminoacizi al organismului este satisfăcut, excesul de aminoacizi este catabolizat, azotul fiind eliminat, dupăconversia în amoniac, sub formă de uree;

• amoniacul poate fi toxic (pentru SNC) dacă nivelul plasmatic > 50μM; doar o mică parte este utilizată pentru sinteza Gln

• ureogeneza = proces intens endergonic => reprezinta un “lux” pe care organismul şi-l permite pentru a evita acumularea amoniacului

• ureea = produsul final al catabolismului proteic, este o substanţăhidrosolubilă, lipsită de toxicitate, care difuzează uşor şi se elimină prinexcreţie renală

12/7/2010

3

Ureogeneza – Schema simplificată

Provenienţa NH3

12/7/2010

4

Glu hepatic = sursă de NH4+ pentru ureogeneză

Ureogeneza - Reacţii

12/7/2010

5

Relaţia Ureogeneză – Ciclul Krebs

Ureogeneza -Reglare• Etapa limitantă de viteză = sinteza carbamoil fosfatului

– N-Acetilglutamatul = activator al carbamoilfosfat sintetazei (CPS1) (↑afinitatea pentru ATP)

– Glucocorticoizii şi glucagonul activează gena CPS1, via receptorul glucocorticoid, respectiv AMPc.

• Regimul alimentar bogat în proteine induce sinteza tranaminazelor & enzimelor cicluluiureogenetic (lent)

12/7/2010

6

• Valoarea normală a ureei serice 15-40 mg/dl

• Nivelul ureei serice depinde de– Aportul de proteine

– Sinteza hepatică

– Rata eliminării urinare

– Hipercatabolismul proteic şi reducerea funcţiei renale → ↑nivelul ureei serice

• Cantitatea de uree eliminată în urina este de 15-30 g/24 ore şi variazăproporţional cu cantitatea de proteine ingerate.

• Testul ureei serice poate fi utilizat pentru evaluarea funcţiei glomerulare

De reţinut !

Ureogeneza - Patologie

• Hiperamonemia dobândită (afectare hepatică)

Afecţiuni:

hepatotoxice, hepatita virală, ciroza (alcoolism, hepatita, obstructie biliara) => formarea uneicirculaţii colaterale în jurul ficatului

=> sângele portal este trimis direct în circulaţia sistemică

• Hiperamonemia ereditară ([NH3] >> 88mM)

Deficienţa ornitin transcarbamoilazei

=> hiperamonemie în primele săptămâni de viaţă

=> encefalogramă anormală

retardare mintală, alternanţă letargie-iritabilitate,vomă

Tratament– dietă hipoproteică suplimentată cu Arg

– fenilacetat şi benzoat (intravenos) care se condensează cu Gln şi Gly

fenilacetil-glutamină şi benzoil-glicină = compuşi netoxici care se elimină în urină

se reduce nivelul NH3

12/12/2010

1

Sinteza hemului

• Definitie

• Localizare

• Etape

• Reactii

• Reglare

• Patologie

STRUCTURA HEMULUI

• Ion feros (Fe2+)

• Protoporfirina IX

4 nuclee pirolice legate prin 4 punti metenil (–CH=)

12/12/2010

2

HemoglobinaMioglobinaCitocromiCatalazaUnele peroxidaze

Hemo proteine

8

8

Succinil CoA

Glicina

Hem

Sinteza hemului - Definitie

Cale de sinteza prin care din glicina si succinil CoA => Hem

12/12/2010

3

Celulara 85% in celulele eritropoietice din maduva osoasa 15% in hepatocite (mai ales pentru sinteza Cit P450)

Intracelulara Mitocondrie (prima reactie si ultimele 3) & Citoplasma

Sinteza hemului - Localizare

Sinteza hemului – Etape

I. Sinteza acidului δ-aminolevulinic (ALA)

II. Transformarea ALA → porfobilinogen (PBG)

III. Transformarea PBG → uroporfirinogeni (I & III)

IV. Transformarea uroporfirinogen III → protoporfirina IX

V. Transformarea protoporfirina IX → Hem

12/12/2010

4

Sinteza hemului – Etapa I

Sinteza acidului δ-aminolevulinic (ALA)= etapa limitanta de viteza

Transformarea ALA → porfobilinogen (PBG)

Sinteza hemului – Etapa II

Pb

-

ALA dehidrataza = PBG sintaza este inhibata de Pb

!Intoxicatiile cu Pb => Anemie

12/12/2010

5

Transformarea PBG → uroporfirinogeni (I & III)

Sinteza hemului – Etapa III

Uroporfirinogen I sintaza = PBG deaminaza = Hidroximetilbilan sintaza

Uroporfirinogen III sintaza = Uroporfirinogen III cosintaza

• Transformarea uroporfirinogen III→ Protoporfirina IX

Sinteza hemului – Etapa IV

Transformarea gruparilor acetil → metil prin actiunea uroporfirinogen decarboxilazei=> coproporfirinogen III

Transformarea a 2 din 4 grupari propionil → vinil prin actiunea coproporfirinogen oxidazei => protoporfirinogen IX

Introducerea de legaturi duble prin actiunea protoporfirinogen oxidazei

=> protoporfirina IX

12/12/2010

6

Porfirinogenii = 4 piroli uniti prin punti metilenice –CH2-

nu au sistem extins de duble legaturi conjugate!

sunt incolori

Porfirinogenii: uro-, copro-, pro-se deosebesc prin nature substituentilor: A&P, M&P, M&V&P

Porfirinele = 4 piroli uniti prin punti metenil –CH=

au sistem extins de duble legaturi conjugate

porfirinele sunt colorate (rosu)

Transformarea protoporfirina IX → Hem

Sinteza hemului – Etapa V

Protoporfirina IX Hem

Pb

-

Ferochelataza este inhibata de Pb => Intoxicatia cu Pb → Anemie

In absenta Fe ferochelataza complexeaza Zn => Zn-protoporfirina IX fluorescenta

12/12/2010

7

Sinteza hemului – Schema integrala

Daca nivelul hemului depaseste nivelul necesar (sintezei hemoproteinelor), excesul se transforma in Hemina (Fe3+)

!

Ine

stin

Sa

ng

eC

elu

le

•↓pH din stomac solubilizeaza compusii ionici cu Fe

• Acidul asorbic faciliteaza reducerea Fe3+ → Fe2+

• Transportorii Fe2+ faciliteaza absorbtia in sange

• Ceruloplasmina (feroxidaza I) transforma Fe2+ → Fe 3+

• Fe3+ este chelatat de Transferina (Tf).

• Transferina transporta fierul la tesuturi

Sub forma legata de transferina Fe este solubil si nereactiv

• Endocitoza transferinei mediata de receptorul specific(TfR)

• Dupa endocitoza Fe3+ este eliberat si distribuit in regiuni

topologic distincte ale celulei via transportor si/sau canale (?)

• Fe neutilizat este stocat sub forma de Feritina (Fe2+)

• Cand este in exces formeaza langa feritina depozite amorfe

=> Hemosiderina

Metabolismul Fe

12/12/2010

8

Rolurile fierului in celula

Receptori aiTransferinei(TfR)

Fe(III)2-Tf Tf

Proteine: Cataliza

Transport de oxigen & electroni

Stabilizare structurala

Senzori ai Fe, ROS

Formarea radicalilor legati de proteine

Depozitare & Sechestrare: Feritina

Toxicitate: Stres oxidativ

[Fe]

[Fe]

[Fe]

• Reglarea sintezei hemului depinde de tipul celulei producatoare

• In celula hepatica enzima reglatoare = ALA sintaza 1 (PALPO dependenta)

Reglarea concentratiei prin: - represie: Hem (Fe2+) sau Hemina (Fe3+) - inductie: medicamente metabolizate de Cit P450 (ex. fenobarbital)

Inhibitia transportului enzimei in mitocondrie: Hem, Hemina

Reglarea activitatii prin retroinhibitie: Hem

• In celulele eritroide sinteza hemului este controlata de eritropoietina si disponibilitatea Fe

Sinteza hemului – Reglare

12/12/2010

9

Reglarea sintezei hepatice

Represia

enzimei

Aporepresor

ALA

Porfobilinogen

Hidroximetilbilan

Uroporfirinogen III

Coproporfirinogen III

Protoporfirinogen III

Fe2+ + Protoporfirina III

Hem

Hemoproteine

Proteine

1. ALA sintetaza

2. ALA dehidrataza

3. Uroporfirinogen I

sintaza

4. Uroporfirinogen III

sintaza

5. Uroporfirinogen

decarboxilaza

6. Coproporfirinogen

oxidaza

7. Protoporfirinogen

oxidaza

8. Ferochelataza

Succinil-CoA + Glicocol

Retroinhibitie

In celulele eritroide hemul stimuleaza exprimarea genelor globinelor

↑[Hem] => inactivarea inhibitorului controlat de hem (HCI), proteina care inactiveaza (prin fosforilare) factorul de transcriere eIF-2

=> Stimularea transcrierii genelor globinelor

12/12/2010

10

Sinteza hemului - Patologie

• Boli dobandite: intoxicatia cu Pb

• Boli congenitale: porfirii

Intoxicatia cu Pb

SimptomeIritabilitate Apetit cazutLetargie Dureri abdominale (± voma) Insomnie Dureri de capConstipatie

PatofiziologiePb se leaga de orice compus cu grupari -SHInhiba multiple enzime, inclusiv PBG sintaza si ferochelataza

=> cresterea concentratiei ALA fara cresterea PBG=> ↓[Hem] → ↓[Hb] si [Cit] => anemie

12/12/2010

11

Enzimele afectate de Pb

Pb

PbPb

PorfiriiGrup de boli rare determinate de deficiente ale enzimelor implicate in

sinteza hemului

Majoritatea sunt autosomal dominante => afecteaza indivizii care au 50% din nivelul normal al enzimelor, deci celulele mai pot sintetiza hem

La indivizii afectati se observa o acumulare a intermediarilor care sunt toxici pentru sistemul nervos => simptome neuropsihiatrice

Porfirinogenii acumulati sunt convertiti in prezenta luminii in porfirine care transforma O2 in specii reactive ale oxigenului (SRO)SRO ataca membranele => eliberarea enzimelor lizozomale care distrug componentele celulare => fotosensibilitate

Simptomele sunt exacerbate de anumite medicamente, chimicale, alimente si de expunerea la soare

Administrarea heminei, inhibitor feedback al caii de sinteza a hemului, previne acumularea precursorilor hemului

12/12/2010

12

Cauzele biochimice ale semnelor & simptomelor majore ale porfiriilor

Mutatii in ADN

Anormalitati ale enzimelor implicate in sinteza hemului

ALA & PBG si/sau [Hem] din celule & lichide biologice

Acumularea porfirinogenilorin piele si tesuturi

Semne & simptome neuropsihiatrice

Oxidarea spontana aporfirinogenilor & porfirinelor

Fotosensibilitate

Transformarea porfirinogeni → porfirine

in prezenta luminiiPorfobilinogen

Uroporfirinogen Isintaza

Hidroximetilbilan

Uroporfirinogen IIIUroporfirina III

6H Decarboxilaza4CO2

Coproporfirinogen III

oxidaza

Protoporfirinogen III

Coproporfirinogen

Protoporfirinogenoxidaza

luminain vitro

Protoporfirina III

FerochelatazaFe+2

HEM

6H

luminaCoproporfirina III

Spontan

Uroporfirinogen Iluminalumina

6H

Uroporfirina I

4CO2

Coproporfirinogen I Coproporfirina I

6H

lumina

Mitocondrie

Citosol

Uroporfirinogen III

cosintaza

12/12/2010

13

Porfirii – Clasificarein functie de localizarea enzimei deficitare

• Hepatice– Acute

• Porfiria acuta intermitenta (AIP): deficienta de HMB sintaza• Coproporfiria ereditara (HCP): deficienta de COPRO oxidase• Porfiria variegata (VP): deficienta de PROTO oxidase

– Cronice• Porfiria cutanea tarda (PCT): deficienta de URO decarboxylase

• Eritropoetice• Anemia sideroblasica asociata cromozomului X (XLSA): deficienta de

ALA sintaza• Porfiria eritropoietica congenitala (CEP): deficienta de URO sintaza• Protoporfiria eritropoietica (EPP): deficienta de ferochelataza

Porfirii

12/12/2010

14

Porfiria acuta intermitenta

Hepatica, autosomal dominanta

Determinata de deficienta porfobilinogen deaminazei implicata in conversia PBG in uroporfirinogen III

=> PBG, uroporfirina, si ALA se acumuleaza in plasma & urina

Pacientii prezinta simptome neuropsihiatrice si dureri abdominale (neuroviscerale)

Simptomele sunt exacerbate de consumul barbituricelor si alcoolului, substante care induc sinteza Cit P450 => ↓[Hem] => ↑sinteza ALA sintazei

Porfira cutanea tardaCea mai comuna porfirie, bola cronica a ficatului si tesuturilor eritroide

Determinata de deficienta uroporfirinogen decarboxilazei implicata in conversia uroporfirinogen III in coproporfirinogen III

Uroporfirinogenul se acumuleaza in urina => culoare brun-roscata

Semnele clinice apar in decada 4 sau 5 a vietii

Expresia clinica este influentata de supraincarcarea hepatica cu Fe, expunerea la lumina, prezenta hepatitelor B, C si HIV

Pacientii prezinta simptome cutanate (vezicule, eroziuni) => fotosensibilitate cutanata

Urina normala patologicaSimptome cutanate

12/12/2010

15

Porfiria => Licantropie & Vampirism

• Sensibilitate extrema la lumina (expunerea la soare eritem vezicular)• Urina brun-roscata• Dinti brun-roscati• Ulceratii care distrug cartilagiul si oasele

deformarea nasului, urechilor, degetelor• Aberatii mentale: isterie, psihoza maniaco-depresiva, delir

Aspectul fizic in conjunctie cu aberatiile mentale si preferinta pentru intuneric au fost considerate ca dovezi ale vampirismului (werewolfism)Cazuri frecvente in anumite regiuni, de-a lungul unor vai din Elvetia si Suedia.

Catabolismul etanolului

10 – 20%

Hepatic 85 – 98% & Renal sau Respirator 2 – 15%

90%

CYP2E1

Soarta acetatului Acetatul este transformat în Acetil-CoA sub actiunea • ACSI - din citosolul hepatocitelor, unde acetil-CoA → sinteza AG, colesterol; • ACSII - din mitocondriile celulelor din musculatură striată & cardiacă, unde acetil-CoA ciclul Krebs

Efectele toxice ale consumului de etanol • Acumularea NADH-ului citoplasmatic

- inhibă gliceraldehid DH => acumularea glicerol 3-fosfatului şi afectarea glicolizei - determină transformarea piruvatului în lactat => ↓gluconeogeneza din piruvat => hipoglicemie lactat acidemie → gută - intensificarea sintezei (în dauna β-oxidării) acizilor graşi (AG) → ↑sinteza TG => acumulare TG în ficat = sindromul ficatului gras hiperlipidemie (↑VLDL în sânge)

• Producerea CH3-COOH şi acumularea NADH în mitocondrie

- inhibiţia ciclului Krebs → acumularea CH3-CO-CoA şi a citratului → ↑citrat citosol => ↑sinteza AG => ↑TG în ficat = sindromul ficatului gras

Alcoolemia 0,03% - 0,12% - limita afectării sistemului nervos

0,5% => COMĂ → MOARTE

50% dintre orientali prezintă intoleranţă la etanol din cauza AlDH anormale

Examen morfopatologic

Ciroză alcoolică

Ciroză virală

0,5% => COMĂ / MOARTE

Patologie – Osteomalacie & Rahitism

• Rahitism carenţial Deficitul sintezei tegumentare de vitamina D (expunere UV insuficientă) • Rahitism rezistent la tratament cu vitamina D Deficit de1-hidroxilază renală (boala autosomal recesivă) • Rahitism secundar Boli digestive (cu alterarea absorbţiei vit. D): deficit de lipază pancreatică

cu steatoree, obstrucţii ale căilor biliare, malabsorbţie & maldigestie. Boli hepatice (deficit de 25-hidroxilază): hepatită cronică, ciroză Insuficienţă renală cronică => osteodistrofie renală Hipoparatiroidism

Osul se formează prin mineralizarea osteoidului (amestec proteic, predominant colagen tip I) secretat de osteoblaste. O insuficientă mineralizare sau disfuncţia osteoblastelor conduce la osteomalacie Osteomalacia, prezentă la copii este denumită rahitism

Rahitism & Osteomalacie • Definiţie Tulburare de mineralizare a oaselor => creştere deficitară & modificări osoase • Mecanism

Carenţa vitaminei D

↓Absorbţia intestinală a Ca2+

Hipocalcemie < 4,5mEq/L ↑PTH Osteoliză

Eliberare Ca2+ => Demineralizare

osoasă

Fracturi Deformări osoase

↓Calciuria & ↑Fosfaturia

Hipofosfatemie

↓Mineralizarea osoasă +

Osteoblaste Ţesut osteoid ↑

Fosfataza alcalină

Modificari post-translationale catalizate enzimatic

A. Clivari proteolitice

Indepartarea fMet din capatul N-terminal Indepartarea unor fragmente din: - capatul N-terminal (peptida semnal preproinsulina, preprocolagen) - capetele N- si C-terminale (propeptidele procolagenului) - interiorul lantului polipeptidic (peptida C proinsulina)

Scindarea lantului polipeptidic in mai multe fragmente cu rol biologic specific (familia POMC)

B. Modificari covalente ale radicalilor, capetelor N- si C-terminale

Modificari post-translationale catalizate enzimatic

Hidroxilare

Fosforilare

Carboxilare

Metilare

Glicozilare

Formarea -S-S-

Acetilare

Acilare (cu acizi grasi)

Oxidare + condensare (cross-linking)

ADP-ribozilare

Ubiquitinilare

Cu scopul: - cresterii stabilitatii structurii tertiare si/sau cuaternare,

- modificarii functiei (activare/inactivare),

-marcarii in vederea recunoasterii de catre alte proteine

Biosinteza colagenului

• Initierea sintezei lanturilor pro-α, incepand cu peptida semnal • Clivarea peptidei semnal • Hidroxilarea unor Pro, Lys • Glicozilarea unor Ho-Lys • Alinierea lanturilor procolagen, formarea -S-S-, formarea procolagenului • Completarea oligozaharidului (atasarea Glc de Gal) • Impachetarea in vezicule secretoare, exocitoza • Indepartarea propeptidelor terminale => tropocolagen • Asocierea moleculelor de tropocolagen => fibrile • Oxidarea unor lizine & hidroxilizine • Formarea legaturilor transversale intra si inter fibrile • Agregarea fibrilelor => fibre stabilizate

Reticul endoplasmic rugos (RER)

Spatiul extracelular

Exemplu de modificari post-traducere

Aparat Golgi

Hidroxilare Pro/Lys

Oxidare Lys

Condensare Allys-Lys

Formarea lizinonorleucinei

Biosinteza colagenului

Colagenoze • Sindromul Ehlers Danlos

Cauze: deficienta de Lys-hidroxilaza, Lys-oxidaza, procolagen peptidaza

mutatii in colagenul de tip I, III, V

(colagenul mutant este degradat sau acumulat in compartimentele celulare)

Efecte: piele laxa, hiperextensibila, hipermobilitate a articulatiilor, fragilitate a peretilor arteriali, intestinali, a pielii

Colagenoze • Osteogenesis imperfecta (sindromul oaselor de sticla) Cauze - tipul I (tarda) - mutatii punctiforme in gena pro1 sau pro2 colagen tip I => inlocuirea Gly cu Aa cu radical voluminos, aparita codonului STOP => lant α1(I) scurt) => triplu helix suicidar => scaderea sintezei colagen tip I normal Efecte - oase fragile, multiple fracturi - deformarea oaselor - sclera albastra

10/22/2012

1

Metabolismul integrat

• Caile metabolice majore. Punctele cheie de jonctiune.

• Destinul metabolic al biomoleculelor

• Biochimia organelor- Creier

- Muşchi scheletic

- Muşchi cardiac

- Rinichi- Ficat

• Reglarea hormonala a metabolismului

• Interelaţiile metabolice în diferite stări- postprandială

- interprandiala “de post”

- “de înfometare”

• Stări metabolice anormale- Obezitate

- Diabet

Căile metabolice majore

10/22/2012

2

• Punctele cheie de joncţiune sunt:

- glucozo-6-fosfatul

- piruvatul

- acetil-CoA

• Ficatul reprezintă “centrul metabolic” (este

singurul organ în care se desfăşoară toate

căile metabolice majore)

Glucoza

Glucozo-6-fosfat

Glucozo-1-fosfat

Glicogen Piruvat Ribozo-5-fosfat

6-FosfogluconatFructozo-6-fosfat

Ficatul = “tampon al glucozei”

10/22/2012

3

Glucozo-6-fosfat

Oxaloacetat

Lactat

Alanina

Piruvat

Acetil-CoAHMG-CoA

Colesterol Corpi cetonici CO2

Acizi graşi

Destinul metabolic al biomoleculelor

Fiecare clasa de biomolecule are un destin alternativ

în funcţie de starea metabolică a organismului

Destinul glucozei

• Intracelular se transformă în glucozo-6-fosfat (Glc-6-P)

• Numai ficatul (rinichiul) posedă glucozo-6-fosfataza

• Glc-6P poate fi

- oxidat pentru a produce ATP şi echivalenţi reducători

- oxidat pentru a genera NADPH şi ribozo-5-fosfat

- depozitat (când este în exces) sub formă de glicogen

- convertit în acetil-CoA şi apoi în acizi graşi

10/22/2012

4

Destinul acizilor graşi

• Intracelular (citoplasmă) sunt activaţi (=> acil-CoA)

Acil-CoA poate fi

- oxidat la acetil-CoA şi echivalenţi reducători

- convertit în corpi cetonici (combustibili extrahepatici)

- transformat în acizi mono- şi polinesaturaţi

- depozitat (excesul) sub forma de TG în ţesutul adipos

• Sunt precursori ai

- eicosanoidelor

- colesterolului şi derivaţilor lui (acizi biliari, hormoni steroizi)

Destinul metabolic al biomoleculelor

Destinul amino acizilor

• Sub formă de aminoacil-ARNt sunt utilizaţi pentru sinteza

enzimelor, transportorilor şi a altor proteine utile

• Sunt precursori ai

- hormonilor peptidici (ex. insulină, glucagon)

- catecolaminelor

- neuromediatorilor

- hemului

- bazelor azotate din nucleotide

• Pot fi catabolizaţi la acetil-CoA, piruvat sau intermediari ai

ciclului Krebs pentru a fi oxidaţi complet (=> CO2 + H2O)

Destinul metabolic al biomoleculelor

10/22/2012

5

Creierul

• Consumă preferenţial glucoză (120g/zi) pentru obţinerea

energiei necesare: 70% pentru menţinerea potenţialului de

membrană şi 30% pentru sinteza neuromediatorilor şi a

receptorilor. La o glicemie < 2,2mM (≈ KM GLUT3) devine

disfuncţional => coma urmată de deces

• Consumul de glucoză şi O2 este constant indiferent de starea

organismului

• Nu depozitează glucoză sau lipide

• În lipsa glucozei poate utiliza corpi cetonici (acizii graşi nu pot

depăşi bariera hemato-encefalică)

Muşchiul scheletic

Se deosebeşte de creier prin faptul că:

• necesarul de combustibil depinde de intensitatea activităţii:

- în repaus consumă acizii graşi ca şi combustibil, respectiv

50% din O2

- în timpul contracţiei consumă glucoză ca sursă de energie,

respectiv > 90% din O2; în absenţa glucozei pot consuma corpi cetonici

• poate depozita glicogen (75% din total) care poate fi hidrolizat

când glucoza nu este disponibilă

Energia necesară pentru un sprint de 100m provine din ATP, fosfocreatină şi glicoliza

anaerobă; după 10sec de efort intens => ↑[lactat] → ↓pH => inhibiţia PFK1 => ↓[ATP];

Energia necesară pentru susţinerea unui efort de durată (maraton) provine din

fosforilarea oxidativă (mai lentă decât glicoliza) => ritmul de alergare trebuie să fie mai

lent pentru a rezista! Maratoniştii antrenaţi au depozite mari de glicogen şi consumă

cantităţi egale de acizi graşi (corpi cetonici) şi glucoză => este necesară cooperarea

ficatului, muşchiului şi a tesutului adipos!

10/22/2012

6

Muschiul scheletic în timpul maratonului

Muşchiul cardiac

Spre deosebire de muşchiul scheletic, muşchiul cardiac

- este mai bogat în mitocondrii (50% din volumul celular)

- funcţionează numai în condiţii aerobe (blocarea oxigenării

=> infarct miocardic)

- nu depozitează glicogen

- preferă acizi graşi ca sursă de energie

- poate utiliza corpi cetonici şi lactat în condiţii de stres

10/22/2012

7

Ţesutul adipos

• Depozitează trigliceride (50-70% din rezerva energetică a

corpului)

• Trigliceridele sunt continuu sintetizate şi degradate

– Când glicemia este scăzută, glucagonul activează lipaza

hormon sensibilă => hidroliza TG depozitate

• glicerolul este exportat către ficat

• acizii graşi sunt eliberaţi în circulaţie

– Când glicemia este mare, insulina facilitează preluarea

glucozei din sânge şi resinteza TG din acizi graşi care

provin mai ales din TG exportate de ficat sub formă de

VLDL (lipoprotein lipaza este activată de insulină)

Rinichiul

• Sarcina majoră a rinichiului este producerea urinei, vehicul al

“reziduurilor” hidrosolubile

• Compoziţia finală a urinei este realizată după câteva cicluri de

filtrare şi reabsorbţie (pentru a preveni pierderea substanţelor

utile)

• Energia necesară pentru această funcţie este produsă prin

catabolizarea glucozei şi a acizilor graşi

• În timpul inaniţiei sintetizeză glucoză prin gluconeogeneză

10/22/2012

8

Ficatul

• Este “centrul metabolismului”

• Menţine nivelul glicemiei şi reglează concentraţia metaboliţilor

din sânge

• Când glicemia este mare sintetizează glicogen, acizi graşi şi

TG (pe care le exportă sub formă de VLDL)

• Interprandial sintetizează glucoză şi corpi cetonici (pentru

muşchiul scheletic şi cardiac)

• Sintetizează colesterol şi acizi biliari

• Absoarbe majoritatea amino acizilor exogeni din sânge pentru

a sintetiza proteine

• Preferă acizii graşi şi α-ceto acizii ca sursă de energie

• Catabolizează amino acizi numai când sunt în exces

Ficatul = “TAMPON AL GLUCOZEI”

• Prin:– Glicogenogeneza

– Glicogenoliza

– Gluconeogeneza

– Glicoliza anaeroba si aeroba

– Transformarea glucozei in produsi neglucidici (AG, AA)

• Controlat de hormoni şi acţiunea sistemului nervos:– Hipoglicemianţi

• Parasimpatic

• Insulina

– Hiperglicemianţi• Simpatic

• Hormonii hipofizari

• Hormonii CSR

• Hormoniii tiroidieni

• Glucagon

• Când glicemia este crescută:

– Glucoza→ glicogen (la persoanele cu

afectare hepatică – glicemia postprandială

creşte de 2-3 ori mai mult decât la normali)

• Când glicemia este scăzută:

– Glicogen → glucoza

– AA, glicerol → glucoza

10/22/2012

9

Reglarea hormonala a metabolismului

Adrenalina

• Produsă de medulo-suprarenală

• Este un derivat al tirozinei

• Pregăteşte organele periferice pentru a face faţă la stres

Glucagon

• Secretat de celulele α ale pancreasului

• Este un hormon peptidic

• Are efect hiperglicemiant

Insulina

• Secretată de celulele β ale pancreasului

• Este un hormon peptidic

• Are efect hipoglicemiant

Cortizol

• Semnalizeaza stresul (anxietate, frica, durere, infectie, hipoglicemie cronica) de lunga durata

• Actioneaza asupra muschiului, ficatului si tesutului adipos

• Altereaza metabolismul prin modificarea expresiei genelor enzimelor reglatoare => – stimularea lipolizei (in tesutul adipos)

– proteoliza si exportul amino acizillor (in muschi )

– gluconeogeneza (↑ concentratia piruvat carboxilazei in ficat)

Reglarea glicemiei

10/22/2012

10

Insulina

Ţesuturi ţintă: muşchi (M), ţesut adipos (A), ficat (F)

Enzime ţintă Efecte metabolice(+) Transportorul glucozei GLUT 4 (+) Preluarea glucozei (M, A)

(+) Glucokinaza (+) Preluarea glucozei (F)

(+) Glicogen sintetaza (+) Glicogenosinteza (F, M)

(-) Glicogen fosforilaza (-) Glicogenoliza (F, M)

(+) PFK2 (+) Glicoliza (F, M)

(-) Gluconeogeneza (F)

(+) Complexul PDH (+) Producerea acetil-CoA (F, M)

• Enzime activate prin defosforilare– Glicogen sintetaza

– Piruvat kinaza

– Piruvat dehidrogenaza

– Acetil-CoA carboxilaza

– HMG-CoA reductaza

• Gene induse– Glut 4

– Glucokinaza

– Piruvat kinaza & Fosfofructo kinaza1 (PFK1)

– Lipoprotein lipaza

Insulina

10/22/2012

11

Glucagon

Ţesuturi ţintă: ficat (F), ţesut adipos (A)

Enzime ţintă Efecte metabolice(+) Glicogen fosforilaza (+) Glicogenoliza (F)

(-) Glicogen sintetaza (-) Glicogenosinteza (F)

(+) F2,6 bis-fosfataza (+) Gluconeogeneza (F)

(-) Glicoliza (F)

(-) Piruvat kinaza (-) Glicoliza (F)

10/22/2012

12

• Enzime activate prin fosforilare– Glicogen fosforilaza

– Fructozo-2,6-bisfosfataza (PFKII)

– Glucozo-6-fosfataza

• Gene induse– Fosfoenolpiruvat carboxikinaza & Piruvat carboxilaza

– Fructozo-2,6-bisfosfataza (PFKII)

– Glucozo-6-fosfataza

Glucagon

10/22/2012

13

Adrenalina

Enzime ţintă Efecte metabolice

(+) Glicogen fosforilaza (+) Glicogenoliza (F, M)

(-) Glicogen sintetaza (-) Glicogenosinteza (F, M)

(+) PFK2 (+) Glicoliza (M)

(-) PFK2 (-) Glicoliza (F)

(+) Gluconeogeneza (F)

(+) Lipaza hormon sensibilă (+) Lipoliza (A)

(+) Secreţia glucagonului

(-) Secreţia de insulinei

Ţesuturi ţintă: muşchi (M), ţesut adipos (A), ficat (F)

• Enzime activate prin fosforilare

– Lipaza hormon sensibila

– Glicogen fosforilaza

Adrenalina

Cortizolul

• Enzime activate prin fosforilare

– Lipaza hormon sensibila

– Glicogen fosforilaza

• Gene induse– Fosfoenolpiruvat carboxikinaza

10/22/2012

14

In conditii de stres

Relaţiile metabolice dintre ţesuturi

10/22/2012

15

Adaptarea metabolică• Modificarea raportului insulină / glucagon

• Post prandial

Glicemia ≈ 6mM. Ficatul şi muşchiul sintetizează glicogen.

Ficatul utilizează amino acizi şi acizi graşi

Ţesutul adipos depozitează trigliceride.

• După 6-12hGlicemia ≈ 4,5mM. Ficatul produce glucoză din amino acizii eliberaţi din muşchi (prin proteoliză) şi glicerolul eliberat din ţesutuladipos (prin lipoliză). Acizii graşi sunt utilizaţi de ficat şi muschi.

• După 3 zile de înfometareFicatul produce corpi cetonici (ciclul Krebs este încetinit);

descreşte viteza proteolizei musculare.

Hormon sauSubstrat

Postprandial După 12 ore După post 3 zileÎnfometare5 săptămâni

Insulină (μU/mL) 40 15 8 6

Glucagon (pg/mL) 80 100 150 120

Insulină/Glucagon(μU/pg)

0,50 0,15 0,05 0,05

Glucoză (mM) 6,10 4,80 3,80 3,60

Acizi graşi (mM) 0,14 0,60 1,20 1,40

Acetoacetat (mM) 0,04 0,05 0,40 1,30

β-Hidroxibutirat(mM)

0,03 0,10 1,40 6,00

Lactat (mM) 2,50 0,70 0,70 0,60

Piruvat (mM) 0,25 0,06 0,04 0,03

Alanină (mM) 0,80 0,30 0,30 0,10

ATP (mM) 313 290 380 537

Nivelul seric al hormonilor şi

substratelor în diferite faze

10/22/2012

16

O enzimă nu este niciodată TOTAL

INACTIVĂ, ci doar FOARTE PUŢIN ACTIVĂ !

În general, în metabolismul glucidic:

fosforilare = hiperglicemie

defosforilare = hipoglicemie

Cele 5 faze ale homeostaziei glucozei

10/22/2012

17

Metabolismul PostprandialStarea “hrănit” (“fed-state”)

Care este semnalul care determină schimbarea de

direcţie în metabolism, la 12h după alimentaţie ?

Raportul INSULINĂ/GLUCAGON !

10/22/2012

18

Metabolismul interprandial Starea “de post” (“fasting state”)

Metabolismul în inaniţieStarea “înfometat” (“Starvation state”)

10/22/2012

19

Ciclul Cori

Ciclul glucoză - alanină

10/22/2012

20

Obezitate - Definiţie

Obezitatea = disfuncţie a sistemelor reglatoare ale organismului

caracterizată prin acumularea în organism a unui exces de TG

Obezitate -Evaluare

1. Indicele de masă (BMI) = masa (kg) / înălţime2 (m2)

10/22/2012

21

2. Diferenţele anatomice & biochimice în depozitele adipoase

Există o corelaţie între localizarea zonei de ţesut

adipos şi riscul asociat unei boli.

Grăsimea asociată organelor viscerale potenţează

riscul pentru hipertensiune, rezistenţă la insulină,

diabet, dislipidemie, boli cardiovasculare.

Celulele adipoase abdominale sunt mai mari şi au un

metabolism mai intens, fiind totodata mai sensibile

la acţiunea hormonilor.

Bărbaţii acumulează mai multă grăsime abdominală

=> slăbesc mai uşor.

Grăsimea viscerală ajunge direct în sistemul port

hepatic => creşte riscul rezistenţei la insulină.

Obezitate -Evaluare

3. Numărul de celule adipoase

-expansiunea celulelor adipoase este limitată

- la atingerea unei valori limită se iniţiaza formarea

de noi adipocite care nu mai dispar

- pacienţii care au fost obezi întâmpina probleme în

menţinerea masei corporale

=> PREVENŢIA obezităţii este de preferat!

Obezitate -Evaluare

10/22/2012

22

1. Mecanisme geneticeAu rol major, fiind extinse dincolo de dorinţa fiecaruia de a aveaun corp atletic. Nu pot fi rezumate la simpla moştenire Mendeliana,deoarece presupun interactiuni între multiple gene şi mediu.

2. Contribuţii comportamentale şi de mediuEpidemia obezităţii nu poate fi explicata prin factori genetici. Populaţia japoneză care a migrat în SUA a suferit o creştere medie a indicelui demasa corporală cu 4 unitati (20 > 24)!

1980330 cal.

2009600 cal.

Obezitate - Cauze

2. Contribuţii comportamentale şi de mediu – continuare

Stil de viaţă sedentar

Obezitate - Cauze

10/22/2012

23

Reglarea apetitului – Ghrelina & Leptina

Nucleul arcuat al hipotalamusului este ţinta principală a:

• ghrelinei = semnal periferic orexigenic secretat de stomac,

• leptinei = semnal periferic anorexigenic secretat de ţesutul adipos.

Ghrelina stimulează, iar leptina reprimă eliberarea neuropeptidei Y care reglează apetitul

şi greutatea corporală.

AgRP= “agouti-related peptide”

NPY = “neuropeptide Y”

Exces

de peptide

anorexigenice

LeptinaExces

de peptide

orexigenice

Ghrelina

CaşexieObezitate

Reglarea apetitului – Ghrelina & Leptina

10/22/2012

24

LeptinaProdusă de ţesutul adipos

Suprimă apetitul

Reducerea ţesutului

adipos → reducerea

nivelului leptinei =>

creşterea apetitului

Hormonul PYYSecretat de intestinul

subţire, postprandial

Contracarează efectul

ghrelinei

InsulinaSecretat de pancreas,

postprandial

Suprima apetitul actionand

la nivelul creierului

GhrelinaSecretată de peretele

stomacului, semanlizează

foamea când se apropie

momentul de luat masa.

Reducerea greutăţii corporale

→ creşterea nivelului ghrelinei

A slăbi – o provocare?

A. Activitate fizică

B. Restricţie calorică

- folosita solitar pe termen lung nu dă rezultate

C. Tratament farmacologic

- sibutramina – inhibitor al apetitului

- orlistat – inhibitor al lipazelor gastrice

D. Tratament chirurgical – are randamentul cel mai bun

pe termen lung dar prezintă riscul unor complicaţii

10/22/2012

25

Tulburările metabolismului glucidic

Hipoglicemia

• Hipoglicemia = scădere a glucozei sanguine sub 40 mg/100ml.

• Tipuri (cauze):

·hipoglicemia indusă de insulină şi de antidiabeticele orale

·hipoglicemia reactivă (secreţie excesivă şi trecătoare de insulina).

·hipoglicemia “a jeun” - insuficienţă a mecanismelor de mobilizare a

glucozei din rezerve sau o deficienţă a proceselor de gluconeogeneză.

·hipoglicemia indusă de alcool - la persoane cu rezerve hepatice de

glicogen epuizate şi cu gluconeogeneza blocată de alcool.

·insulinom (adenom al celulelor ) - tumoră insulino-secretantă, cu

caracter benign.

Tulburările metabolismului glucidic

Hiperglicemia

Hiperglicemia = creşteri ale nivelului glicemiei “a jeun” la valori de peste

120 mg/100ml

Cauza hiperglicemiei = deficitul de insulină

Relativ - în urma descărcărilor de catecolamine şi glucocorticoizi

(stări emoţionale, stress chirurgical, stări de şoc)

Absolut – diabetul zaharat

scăderea pătrunderii glucozei în celule;

scăderea utilizării glucozei de către diferitele ţesuturi;

creşterea producţiei de glucoză (gluconeogeneza) de către

ficat şi în mai mică măsură de către rinichi;

depleţia de proteine în ţesuturi.

mobilizarea lipidelor din zonele de depozitare;

10/22/2012

26

Diabetul zaharat

• Este o afecţiune cronică care implică starea de nutriţie a

întregului organism

• Ca urmare a deficitului cantitativ sau calitativ de insulină se

perturbă metabolismul tuturor principiilor alimentare: glucide,

lipide, proteine

• Poate fi:

– insulino-dependent (tip 1, juvenil), cauzat de distrugerea autoimună a

celulelor β din insulele Langerhans;

– insulino-independent (tip 2) asociat adultului obez, cauzat de

rezistenţa la insulină

– autoimun latent al adultului tânăr (tip 1.5 sau LADA)

– gestaţional

– secundar, asociat altor boli

• Glicoliza ↓

• Gluconeogeneza ↑

• Proteoliza ↑

• Lipoliza ↑

• Cetogeneza ↑

• pH-ul sangelui ↓

=> Cetoacidoză

Metabolismul în timpul diabetului

10/22/2012

27

Interrelaţiile metabolice în diabetul

insulino-dependent

Incapacitatea tesuturilor insulino-dependente de a prelua glucoza si gluconeogeneza (hepatica)

accelerata => hiperglicemie

Intensificarea lipolizei (in tesutul adipos) si oxidarea AG in ficat => cetoacidoza

Reducerea nivelului lipoproteinlipazei (sinteza insulin-dependenta) => hiperchilomicronemie

Interrelaţiile metabolice în diabetul

insulino-independent

Insulina nu este absenta, problema majora =rezistenta la insulina!

Nu exista suficienta insulina pentru a contracara rezistenta la insulina datorata obezitatii!

=> Preluare redusa a glucozei de tesuturile periferice, in special muschi

Nu apare cetoacidoza (pentru adipocite exista suficienta insulina pentru a preveni lipoliza)

Sinteza hepatica de novo a AG => Hipertrigliceridemia (VLDL↑) fara hiperchilomicronemie