+ All Categories
Home > Documents > Proteine 2

Proteine 2

Date post: 17-Dec-2015
Category:
Upload: balint-d-daniela
View: 97 times
Download: 5 times
Share this document with a friend
Description:
PROTEINE
101
Transcript

PowerPoint Presentation

Proteinele sunt macromolecule din sistemele vii care indeplinesc functii majore pentru celula: biocatalizatori; in transportul si depozitarea anumitor molecule (O2); in transportul membranar al nutrientilor; in sustinerea mecanica; in imunitate; in transmiterea impulsului nervos; in coordonarea cresterii si diferentierii celulare.

Proteinele sunt polimeri constituiti din unitati monomerice numite aminoacizi.Metabolismul aminoacizilor i proteinelorMETABOLISMUL AMINOACIZILOR I PROTEINELORCatabolismul proteinelor Anabolismul proteinelor (procesul de traducere - la Genetica)Catabolismul aminoacizilorAnabolismul aminoacizilorSursele de proteine

Proteine din alimente (sursa exogena de proteine) siProteine intracelulare (sursa endogena de proteine)1. Catabolismul proteinelorA. Proteinele de origine alimentar sunt o sursa de aminoacizi. Proteinele alimentare (de origine exogena) sunt hidrolizate n tubul digestiv al organismelor animale (sub actiunea enzimelor proteolitice) pn la stadiul de aminoacizi si oligopeptide. Aminoacizii si oligopeptidele din lumenul intestinal traverseaz peretele intestinal in special printr-un proces activ secundar de absorbie (proces energodependent), ptrunznd n fluxul circulator.

Lumen intestinalEnzime proteoliticeAminoaciziAmino-aciziOligopep-tideTripeptideDipeptideAmino-peptidazaPeptidazeCelula intestinalaSangeProteine1. Catabolismul proteinelorB. O alta sursa de aminoacizi sunt proteinele intracelulare care nu sunt necesare proceselor metabolice celulare la un moment dat si proteinele sintetizate incorect.

Turnover-ul proteinelor (degradarea si resinteza proteinelor) are loc cu o rata constanta in celule.

De exemplu, ornitin-decarboxilaza, implicata in procese de crestere si diferentiere celulara, are un timp biologic de injumatatire de 11 minute. Durata de viata a hemoglobinei este determinata de cea a globulelor rosii, iar a proteinelor cristalinului de cea a organismului. Multe proteine au o viata scurta, in principal cele implicate in reglarea metabolica celulara. De ce proteinele implicate in reglarea metabolica au o viata scurta? Cum este reglat procesul de degradare a proteinelor intracelulare? Pentru detectarea si inlaturarea proteinelor de reglare metabolica, precum si a celor nou sintetizate cu erori in procesul de traducere (translatie), celula poseda mecanisme complexe de recunoastere si degradare a acestor proteine.

Degradarea intracelulara a proteinelorProteinele destinate degradarii intracelulare sunt marcate prin intermediul unei proteine cu masa moleculara mica (8.5 kDa), ubiquitina.Ubiquitina este bine conservata pe scara evolutiva la eucariote (ubiquitina de la drojdii difera de cea umana doar prin 3 aminoacizi din totalul de 76).Gruparea COOH a restului terminal de glicina din mai multe molecule de ubiquitina formeaza legaturi peptidice cu gruparile NH2 din pozitia a unor resturi de lizina din structura proteinelor destinate degradarii. Energia necesara marcarii cu ubiqutina a proteinelor este furnizata prin hidroliza ATP-ului.

Procesul conjugarii cu ubiquitina a proteinelor destinate degradariieste realizat cu participarea a 3 enzime: E1, enzima de activare a ubiquitinei: cu participarea ATP-ului, gruparea adenilat este legata de gruparea COOH terminala a ubiquitinei urmata de transferul ubiquitinei cu formarea unei legaturi tioesterice cu gruparea SH a cisteinei din structura E1 E2, enzima de conjugare a ubiquitinei: ubiquitina activata in prima etapa este transferata pe gruparea -SH a E2 E3, ubiquitin protein-ligaza, recunoaste si leaga proteina tinta si catalizeaza transferul ubiquitinei pe gruparea NH2 a proteinei tinta Pentru a marca eficient o proteina pentru degradare este nevoie de mai multe molecule de ubiquitina. De aceea, se formeaza lanturi de ubiquitina prin legarea gruparii NH2 a resturilor de lizina din pozitia 48 a ubiquitinei de gruparea COOH terminala a unei molecule urmatoare de ubiquitina. Aceste lanturi de cel putin 4 molecule de ubiquitina asigura un semnal eficient pentru degradarea unei anumite proteine.

Tinta Tinta

Ce determina ubiquitinarea proteinelor?Timpul de injumatatire (t ) a unei proteine citosolice este determinat de restul de aminoacid N-terminal (regula N-terminala). De exemplu, la drojdii, proteinele care au in pozitie N-terminala metionina au un t mai mare de 20 ore, in timp ce proteinele cu arginina in aceasta pozitie, au un t de aprox. 2 minute. Ubiquitinarea este favorizata de resturile de arginina si leucina situate in regiunea N-terminala a proteinelor destinate degradarii, pe cand proteinele care au metionina sau prolina in aceasta pozitie sunt mult mai stabile. Enzimele E3 sunt cititorii pentru resturile de aminoacizi N-terminali. Pentru anumite proteine pot exista alte semnale de degradare cum sunt secvente intregi de aminoacizi care controleaza degradarea aceste proteine (de exemplu, cutiile de distrugere a ciclinelor sau regiunile bogate in prolina, acid glutamic, serina si treonina (secvente PEST).Unele virusuri oncogene (virusul papilomului uman) folosesc mecanismele de ubiquitinare ale celulei pentru distrugerea proteinelor implicate in controlul proceselor reparatorii ale ADN (p53).Unde sunt degradate proteinele marcate cu ubiquitina?Degradarea proteinelor ubiquitinate are loc la nivelul unui complex de proteaze numit proteasom 26S. Degradarea este un proces ATP-dependent, iar ubiquitina este reciclata.Fiecare proteasom 26S este format dintr-un subcomplex 20S cu activitate catalitica si 2 subcomplexe 19S, cu rol reglator, situate la capetele subcomplexului 20S.

Proteina de degradatLanturile de poliubiquitina interactioneaza cu proteasomulSubcomplex 20SProteasom completSubcomplex reglator 19S

Subcomplex reglator 19S

Structura proteasomuluiComplexul 20S are forma de butoi format din 4 inele fiecare fiind alcatuit din 7 subunitati proteice. Cele 2 inele periferice contin subunitatile (neproteolitice), iar componentele celor 2 inele centrale sunt alcatuite din subunitatile ce contin situsurile catalitice (proteolitice) situate la capetele N-terminale (resturi de treonina si serina) pe partea interioara a complexului. Substratele proteice sunt degradate treptat fara eliberarea de intermediari pana la peptide de 7-9 aminoacizi. Accesul substratului proteic in interiorul miezului catalitic este controlat de subunitatile complexului 19S format din 20 de subunitati. Complexul 19S se leaga de terminatiile poliubiqutinate ale proteinei. Elementele cheie din complexul reglator sunt 6 ATP-aze care apartin clasei AAA (din engleza, ATPase associated with various cellular activities) (care sunt implicate si in reglarea ciclului celular, biosinteza organitelor celulare). Hidroliza ATP-ului va determina complexul 19S sa deplieze substratul (proteina poliubiquitinata) si va induce schimbari conformationale in structura complexului 20S ce asigura accesibilitatea substratului la nivelul situsurilor catalitice interne.In final, subcomplexul 19S contine isopeptidaza care cliveaza moleculele de ubiquitina. Ubiquitina este reciclata, iar peptidele rezultate, sunt fie degradate de proteazele intracelulare pana la aminoacizi, fie sunt importate la nivelul reticulului endoplasmic, fie in cazul peptidelor provenite din virusuri sau bacterii, sunt expuse la suprafata celulara (cu rol in imunitate). Exemplu de degradare proteolitica la nivelul proteasomului

Proteina viralaUbiquitinareProteasom 26SMembrana plasmaticaPeptideDegradareCitosol Degradare N-terminalaDegradare N-terminalaMolecule MHC clasa ITransportor TAP*Limfocitele T citotoxice sunt activate si determina apoptoza celulelor infectateProcesarea antigenului in contextul complexului major de histocompatibilitate clasa I (MHC I)* Transporter associated with antigen processing (TAP) Peptidaze citosoliceSaperoaneProcese reglate de degradarea proteinelorReglarea ciclului celularTranscrierea genicaFormarea organitelor celulareProcesele inflamatoriiMetabolismul colesteroluluiSuprimarea dezvoltarii tumorilorPrezentarea antigenuluiParticularitati ale degradarii proteinelor la procarioteAtat ubiquitina cat si proteasomii sunt prezenti la toate eucariotele. La anumite archee (Archaea) s-a descoperit un archaeosom similar ca structura (format din subunitati si ) cu cel eucariot. La eucariote, fiecare din cele 7 subunitati , respectiv sunt izoforme. In archaeosom cele subunitatile si sunt identice intre ele.Ubiquitina nu este prezenta la bacterii (eubacterii), dar este prezenta la Archaea.Stramosi ai ubiqutinei au fost identificati la procariote cu rol in sinteza coenzimelor (tiaminei).METABOLISMUL AMINOACIZILOR I PROTEINELORCatabolismul proteinelor Anabolismul proteinelor (procesul de traducere - la Genetica)Catabolismul aminoacizilorAnabolismul aminoacizilorReacii generale n metabolismul aminoacizilor

METABOLISMUL AMINOACIZILORPlantele i microorganismele au capacitatea de a-i sintetiza ntreaga gam de aminoacizi necesari si au mecanisme de reglare a biosintezei aminoacizilor care sunt astfel ajustate nct s satisfac necesitile de moment ale celulei. Organismul animal nu i poate controla cantitatea i calitatea aminoacizilor ingerai. Deoarece aminoacizii nu pot fi depozitai ca n cazul glucidelor sau lipidelor aminoacizii n exces sunt nlturai prin degradare la CO2, H2O i NH3.Marea varietate de proteine alimentare ingerate oblig organismul la un flux continuu de azot prin el. Bilanul azotat al unui organism animal poate fi: pozitiv (cnd aminoacizii ingerati depesc azotul eliminat), negativ (cnd aminoacizii captai sunt sub nivelul azotului eliminat), sau la echilibru. Dac din hrana unui organism animal lipsete un aminoacid esenial, organismul va avea un bilan azotat negativ; (lipsa unui aminoacid esenial mpiedic organismul de a-i sintetiza proteinele necesare, iar restul aminoacizilor sunt degradai i eliminai). n inaniie, organismul are un bilan azotat negativ maxim, organismul fiind obligat s i asigure energia necesar ntreinerii vieii din degradarea aminoacizilor provenii din proteine. Rolul aminoacizilorn biosinteza unor proteine proprii organismului

sunt degradai n cadrul unor procese catabolice fiind sursa de azot pentru nucleotide, neurotransmitatori, grupari prostetice (porfirine).

Reacii generale n metabolismul aminoacizilora) Reactii de transaminare

b) Reactii de dezaminare

c) Reactii de decarboxilare. a. Transaminarea aminoacizilorreprezint reacia de transfer a gruprii aminice (-NH2) de pe un aminoacid donor, pe un oxoacid (cetoacid) acceptor, cu formarea unui nou aminoacid i a unui nou oxoacid. Enzimele se numesc transaminaze (sau aminotransferaze) si se gsesc att n citosol, ct i n mitocondrii. Transaminazele au ca grupare prostetic activ piridoxalfosfatul, care trece reversibil n timpul reaciei n piridoxaminfosfat. Gruparile prostetice ale transaminazelor sunt derivati fosforilati ai vitaminei B6.

Surse de vitamina B6drojdiile (drojdia de bere i de pine), fina de porumb, fina integral de gru, soia, rinichii de vit, petele, glbenuul de ou.

Vitamina B6 cu rol de cofactorForma activ se prezint ca derivat fosforilat la carbonul C5: piridoxalfosfatul i piridoxaminfosfatul, interconvertibile.

Piridoxalfosfatul este principala grupare prostetic activ a metabolismului aminoacizilor (coenzima transaminazelor, decarboxilazelor, liazelor i sintetazelor).Mecanismul de transaminare a aminoacizilor Reacia de transaminare decurge cu formarea unor intermediari de tip baz Schiff.

Exemple de reactii de transaminarePrin transaminare:Acid piruvic alanina Acid hidroxipiruvic serina Acid -oxoglutaric acidul glutamic Acid oxalilacetic acidul aspartic. La reacia de transaminare particip gruparea aminic din poziia , dar pot participa i cele din poziiile , sau .

Exemplu de reacie de transaminare la care particip gruparea aminic din poziia a ornitinei:Acid -oxoglutaric + Ornitin Acid glutamic + Glutamat-semialdehida

Aminoacizii care nu pot fi sintetizai de organismul animal (pentru ca nu exista precursori adecvati (cetoacizi)) trebuie introdusi pe cale alimentar si se numesc aminoacizi eseniali (sau indispensabili). Transaminaze cu importan in diagnosticul clinicPentru funcia hepatic: 2 transaminaze cu valoare de diagnostic: Glutamat piruvat transaminaza (GPT= alanin-aminotransferaza (ALAT) ce catalizeaz:

Enzima are localizare citosolic i se gsete n special n ficat.

Transaminaze cu importan in diagnosticul clinicPentru funcia hepatic: 2 transaminaze cu valoare de diagnostic: Glutamat oxalacetat transaminaza (GOT sau aspartat aminotransferaza, ASAT) ce catalizeaz:

acid -oxoglutaric + acid L-aspartic acid L-glutamic + acid oxalilacetic

n organismul uman, enzima se gsete n special n ficat, n miocard i n muchiul striat, la nivel citosolic si mitocondrial.

Prin citoliz, transaminazele tisulare ptrund n sange. Creteri ale valorilor transaminazelor serice (GOT i GPT) survin n hepatite, ciroze hepatice, necroze hepatice, precum i n infarctul miocardic, de unde i valoarea diagnostic a acestor transaminaze.b. Dezaminarea aminoacizilor Este reacia de eliminare a gruprii aminice (-NH2) din molecula aminoacizilor sub form de amoniac liber (NH3), cu transformarea aminoacizilor n -cetoacizi, -hidroxiacizi sau acizi carboxilici (in functie de tipul de dezaminare).

Amoniacul rezultat este utilizat la biosinteza altor aminoacizi, sau este eliminat fie sub form liber, fie sub form de uree (ureogeneza).

n funcie de tipul de enzime i de natura aminoacizilor, se cunosc 3 tipuri de dezaminare: 2.1. Dezaminare oxidativ 2.2. Dezaminare reductiv 2.3. Dezaminare deshidratant.b.1. Dezaminarea oxidativ

Este catalizata de aminoacid oxidaze care au ca si cofactor (grupare prostetica) -flavinmononucleotidul (FMN) i flavinadenindinucleotid (FAD). Aceste grupari prostetice sunt derivati ai riboflavinei sau vitamina B2.

Riboflavinkinaza Vit. B2 + ATP FMN + ADP FMN-adeniltransferaza FMN + ATP FAD + PPi

Vit.B2Functia de cofactor a FMN si FAD in dezaminarea oxidativ Preia 2H fie direct de pe substrate (aminoacizi).Funcia dehidrogenazic este realizat de nucleul izoaloxazinic, care acioneaz ca un sistem oxidoreductor reversibil. Hidrogenii se fixeaz pe atomii de azot din poziiile 1 i 5 ale nucleului izoaloxazinic fiind ulterior cedati.

b.1. Dezaminarea oxidativReacia de dezaminare oxidativ evolueaz n 2 etape. n organismul animal, este tipul predominant de dezaminare.

12b.1.Dezaminarea oxidativSe cunosc att L-aminoacid oxidaze, ct i D-aminoacid oxidaze, enzime flavoproteice care acioneaz specific asupra L- i respectiv D-aminoacizilor. D-aminoacid oxidazele izolate din ficat i rinichi, conin ca acceptor de hidrogen FAD i acioneaz numai asupra D-aminoacizilor. L-aminoacid oxidazele au, n general, ca acceptor de hidrogen FMN.

Flavinmononucleotidele reduse pot transfera direct hidrogenul oxigenului molecular, cu formare de ap oxigenat, care va fi descompus de catre catalaz n H2O i 1/2O2.

L-aminoacid oxidazele catalizeaz dezaminarea tuturor aminoacizilor, cu excepia serinei, treoninei, a aminoacizilor monoaminodicarboxilici i a celor diaminomonocarboxilici.Exceptii in dezaminarea oxidativaLa microorganisme, alanina este convertit reversibil n piruvat sub aciunea enzimatic a alanin-dehidrogenazei care are ca si cofactor NADH-ul.

Alanin-dehidrogenaza i glutamat dehidrogenaza regleaz la microorganisme cantitatea total de aminoacizi din metabolism, prin stabilirea unui echilibru ntre aminoacizi i cetoacizi.In organismele animale, reacia de dezaminare a acidului L-glutamic este catalizat de glutamat dehidrogenaza, singura aminoacid oxidaz NAD(P)-dependent din organismul animal. Reacia catalizat este urmtoarea: Glut DH

L-Glutamat + NAD(P)+ + H2O -oxoglutarat + NAD(P)H +H+ + NH3

Glutamat dehidrogenaza are rspndire universal n lumea vie, fiind localizat att citosolic, ct i mitocondrial.

b.2. Dezaminarea reductiv este catalizata de aminoacid reductaze

b.3.Dezaminarea deshidratant este catalizat de aminoacid dehidraze i are loc cu eliberarea amoniacului liber i a cetoacidului corespunztor. Aceste enzime au ca grupare prostetic activ piridoxalfosfatul.Pe aceast cale sunt dezaminai aminoacizii serina i treonina. Reacia are loc n dou etape.

12c. Decarboxilarea aminoacizilor Prin decarboxilarea aminoacizilor se formeaz amine. Aceast cale este in principal o cale de biosintez a unor amine cu aciune biologic, denumite amine biogene.Enzimele sunt aminoacid decarboxilazele care au ca grupare prostetic activ piridoxalfosfatul, reacia implicnd formarea unor intermediari de tip baz Schiff .

H2NAmine rezultate prin decarboxilarea aminoacizilorOrnitin putrescein (prin reacia cu adenozil-metionin, putresceina se transform n poliamine ca spermidina i spermina, ce au rol n stabilizarea structurii ADN.

Lizin cadaverin (rol similar cu cel al putresceinei)Serin etanolamin (in biosinteza lipidelor)Acid aspartic -alanin (rol de neurotransmitator)

Amine biogenen organismul animal, aminele biogene joac un rol important n procesele de reglare ale unor funcii fiziologice.Acidul -aminobutiric(GABA)Glutamat decarboxilaza cerebralarol inhibitor al transmisiei post-sinapticeAcidul L-glutamicHistidinaHistaminaaciune puternic vasodilatatoare periferic (capilar) i implicata in alergii5-OH TriptofanSerotoninaeliberat din trombocite n hemoragii, are aciune vasoconstrictoare arteriolar, jucnd rol n mecanismul hemostazeiMETABOLISMUL AMINOACIZILOR I PROTEINELORCatabolismul proteinelor Anabolismul proteinelor (procesul de traducere - la Genetica)Catabolismul aminoacizilorAnabolismul aminoacizilorReacii generale n metabolismul aminoacizilorMETABOLISMUL AMINOACIZILOR I PROTEINELORCatabolismul proteinelor Anabolismul proteinelor (procesul de traducere - la Genetica)Catabolismul aminoacizilorAnabolismul aminoacizilorReacii generale n metabolismul aminoacizilorMETABOLISMUL AMINOACIZILOR I PROTEINELORCatabolismul proteinelor Anabolismul proteinelor (procesul de traducere - la Genetica)Catabolismul aminoacizilorAnabolismul aminoacizilorMetabolismul amoniaculuiMetabolismul amoniacului Amoniacul (NH3) rezult din reacia de dezaminare a aminoacizilor n toate organismele vii, sau din reacia de reducere a azotului, azotailor i azotiilor de ctre microorganisme i plante.

n concentraie ridicat peste normal, amoniacul liber poate deveni duntor producnd alcaloz, cel mai sensibil la acumularea de amoniac liber n snge fiind sistemul nervos central.

Cai de metabolizare a NH3 n organismul animal sunt reprezentate de: 1) sinteza acidului L-glutamic2) sinteza glutaminei3) sinteza carbamoil-fosfatului1) Fixarea amoniacului sub form de acid L-glutamic Reacia este catalizat de glutamat dehidrogenazaAre loc la nivel mitocondrial

Creterea concentraiei de amoniac liber va avea ca rezultat o intensificare a activitii glutamat dehidrogenazei.Consecinte ale acestei cai de metabolizare: - efecte negative asupra mecanismului mitocondrial al fosforilrii oxidative, generatoare de energie (ATP).

2) Fixarea amoniacului sub form de glutamin Reacia este catalizat de glutamin-sintetaz, (localizata in reticulul endoplasmic) cu fixarea NH3 pe acidul L-glutamic, cu formare de glutamin. Reacia are loc cu consum de energie, pe seama ATP i este foarte activ n creier i ficat.

Glutamin-sintetazaRolul fixarii amoniacului sub form de glutaminpe aceast cale se nltur 2 molecule de amoniac liber.

glutamina sintetizat n ficat este distribuit diferitelor esuturi n vederea biosintezei proteice sau a resintezei acidului glutamic (reacia catalizat de glutaminaz).

glutamina este un donor de grupri aminice pentru biosinteza unor compui precum glucozamina (in sinteza poliglucidelor), acidul inozinic (in sinteza bazelor azotate purinice) etc.3) Fixarea amoniacului sub form de carbamoil-fosfat

Are loc n organismul animal. Carbamoil-fosfatul, compus macroergic, reprezint o form comun de activare a CO2 i NH3, putnd participa astfel la o serie de reacii biosintetice.

Reacia de formare a carbamoil-fosfatului este catalizat de carbamoilfosfat-sintetaza i necesit energie sub form de ATP. Exista dou carbamoil fosfat-sintetaze: de tip I i II.

3.1. Formarea carbamoil-fosfatuluiCarbamoilfosfat-sintetaza I este localizat exclusiv n mitocondriile hepatice i are rolul de a pune la dispoziia hepatocitului carbamoil-fosfatul necesar sintezei ureei. Enzima utilizeaz exclusiv amoniacul liber i necesit acidul N-acetilglutamic ca efector alosteric pozitiv. Acidul N-acetilglutamic acioneaz asupra centrului reglator al carbamoilfosfat-sintetazei I, servind la meninerea proteinei enzimatice ntr-o stare conformaional activ.

Carbamoilfosfat-sintetaza II are localizare citosolic i este rspndit n toate esuturile animale, avnd rolul de a pune la dispoziia celulei carbamoil-fosfatul necesar biosintezei bazelor azotate pirimidinice. Aceast enzim nu utilizeaz amoniac liber, ci gruparea -amino a glutaminei i este independent de reglarea indusa de acidul N-acetilglutamic.

HCO3- + Glutamin + 2ATP + H2O Glutamat + Carbamoil-fosfat + 2ADP + PiUreogeneza

=Caracteristici ale ureogenezein total, n ciclul ureei s-au combinat 2NH3 cu o molecul de CO2, formndu-se o molecul de uree i consumndu-se 3 ATP. Ureogeneza este, deci, un proces intens endergonic. Din punct de vedere energetic, ureogeneza reprezint un lux pe care organismul i-l permite pentru a evita acumularea n concentraii mari a amoniacului liber.Prin marcare cu 15N s-a putut stabili c gruparea aminic a majoritii aminoacizilor poate fi regasit n molecula de uree. n antrenarea gruprii aminice a aminoacizilor n formarea moleculei de uree, glutamatul (acidul L-glutamic) joac un rol central.

Localizarea intracelular si distribuia tisular a ureogenezeiLocalizarea intracelular. Ureogeneza este un ciclu de reacii bicompartimentat. Formarea carbamoil-fosfatului i a citrulinei are loc n mitocondrii, restul reaciilor avnd loc n citosol. Ureogeneza reprezint un exemplu de cooperare a dou compartimente intracelulare n vederea realizrii integrale a unei ci metabolice.

Distribuia tisular a ureogenezei. Ficatul este singurul organ capabil de a forma uree cu pornire de la CO2 i NH3. Semnificatia functionala si reglarea ureogenezeiSemnificaia funcional. Ureogeneza reprezint principala cale de detoxificare a organismului de amoniac la animalele superioare (la om i majoritatea mamiferelor). n mod normal, concentraia ureei n serul uman este de 20-40 mg %, creteri ale acestei concentraii indicnd prezena unor leziuni renale.Datorit solubilitii sale n ap, ureea un produs inert din punct de vedere metabolic este eliminat la exterior prin urin.

Reglarea ureogenezei. Concentraia amoniacului liber reprezint un prim factor de reglare a urogenezei, creteri ale concentraiei de amoniac determinnd intensificarea sintezei de uree. Un alt factor este concentraia acidului N-acetilglutamic, activator alosteric al carbamoilfosfat-sintetazei I. Fiind un proces energodependent, ureogeneza concureaz cu alte ci consumatoare de energie (ca gluconeogeneza, biosinteza acizilor grai etc.).Forme de excretie a azotului in lumea animalaMajoritatea vertebratelor terestre sunt ureotelice (excreta excesul de azot sub forma de uree). Organismele amoniotelice (vertebrate si nevertebrate acvatice) excreta azotul sub forma de amoniac care este diluat in mediul apos. Exista organisme care poseda ambele mecanisme de eliminare a azotului in functie de conditiile de mediu. De exemplu, pestii dipnoi sunt amoniotelici (excreta amoniac) cand traiesc in apa, iar in perioada de seceta devin ureotelici. Exista si organisme uricotelice (pasarile si reptilele) care elimina excesul de azot sub forma de acid uric. Aceste organisme necesita putina apa si elimina acidul uric prin fecale. In concluzie, forma de eliminare a excesului de azot din organism depinde de habitatul acestuia.INTERRELAII N METABOLISMUL INTERMEDIAR

Ciclul acizilor tricarboxilici (Ciclul Krebs)Bilanul energetic al unor ci metabolice3. Interrelaii n metabolismul intermediar

1. Ciclul acizilor tricarboxilici(Ciclul Krebs)Ciclul Krebs este numit i ciclul acidului citric, ciclul acizilor tricarboxilici si reprezint o cale metabolic comun de degradare final a glucidelor, lipidelor i aminoacizilor (din structura proteinelor).

Rolul ciclului Krebs Asigura oxidarea final a principiilor alimentare, cat i a produsilor sintetizati in organism. Este si furnizor de produi intermediari pentru sinteza unor substane proprii celulei, fie pentru catabolism, cu producere de energie.

Acetil-CoACiclul Krebs necesit acetil-CoA, (punctul de plecare cel mai larg utilizat pentru sinteza substanelor proprii organismului). Acetil-CoA rezulta din catabolismul acizilor grai prin -oxidare, prin decarboxilarea oxidativ a piruvatului, produs final al catabolismului glucidic pe calea glicolitic. Piruvatul, acetil-CoA i diveri intermediari ai ciclului Krebs pot proveni i din catabolismul aminoacizilor.Compusul Acetil-CoA este degradat n ciclul Krebs pn la CO2 i echivalenti reducatori (protoni si electroni).

Decarboxilarea oxidativ a piruvatului Este catalizat de complexul enzimatic piruvat-dehidrogenazic cu localizare intramitocondrial. Complexul enzimatic are ca si co-factori: tiamin-pirofosfatul (TPP), acidul lipoic, coenzima A, flavin-adenin-dinucleotidul (FAD) i nicotinamid-adenin-dinucleotidul (NAD).Piruvatul provenit din glicoliz strbate membrana mitocondrial prin intermediul unui transportor specific, trecnd n mitocondrie unde are loc decarboxilarea sa oxidativ. Reacia de decarboxilare oxidativ a piruvatului este ireversibil n celula animal, fiind o etap obligatorie pentru introducerea glucidelor prin intermediul piruvatului n ciclul Krebs. Reacia global este urmtoarea:

Piruvat + NAD+ + CoA-SH Acetil-CoA + NADH + H+ + CO2Mecanismul de aciune al complexului multienzimatic piruvat-dehidrogenazic Complexul enzimatic piruvat-dehidrogenazic este alctuit din trei enzime: 1) piruvat-decarboxilaza; 2) dihidrolipoil-transacetilaza 3) dihidrolipoil-dehidrogenaza.

Vitamina B1 cu rol de cofactorForma activ a tiaminei = tiaminpirofosfatul (TPP) grupare prostetica a decarboxilazelor i transcetolazelor.

Partea activa a TPP: nucleul tiazolic

TiaminpirofosfatTPP sintetaza+ATP+AMP2

CO2Piruvat decarboxilaza+TPPAcid piruvicAcetaldehida activaAldehida acetic este ataat la carbonul din poziia 2 a inelului tiazolic al TPP, devenind astfel acetaldehida activ.

Mecanismul de aciune al complexului multienzimatic piruvat-dehidrogenazic Complexul enzimatic piruvat-dehidrogenazic este alctuit din trei enzime: 1) piruvat-decarboxilaza; 2) dihidrolipoil-transacetilaza 3) dihidrolipoil-dehidrogenaza.

Secvena de decarboxilare oxidativ a piruvatului

Secvena reaciilor i importana ciclului Krebs Acetil-CoA poate ptrunde n ciclul Krebs unde se descompune la CO2 i H2 conform reaciei:H3C-CO~SCoA + 3H2O 2 CO2 + 4H2 + CoA-SHPentru iniierea ciclului Krebs este necesar o reacie de "amorsare". Aceast reacie este catalizat de enzima citrat-sintetaza, care condenseaz o molecul de acetil-CoA cu o molecul de oxalilacetat (acid oxalilacetic) formnd o molecul de citrat (acid citricAceast reacie este ireversibil, avnd un caracter exergonic datorit ruperii legturii tiolice macroergice (Go' = -7,7 kcal/mol, respectiv 32,2 kJ/mol).

Ciclul Krebs (Ciclul acizilor tricarboxilici)

Complexul multienzimatic -cetoglutarat-dehidrogenazaIn cadrul ciclului Krebs intervine un complexul multienzimatic -cetoglutarat-dehidrogenaza este alctuit din trei componente: -cetoglutarat-decarboxilaza, transsuccinilaza i dihidrolipoil-dehidrogenaza ce catalizeaza decarboxilarea oxidativ a -cetoglutaratului

Particularitati ale ciclului KrebsPentru fiecare tur a ciclului se formeaz dou molecule de CO2.

Cercetrile efectuate cu izotopi radioactivi au stabilit c cele 2 molecule de CO2 formate in ciclul Krebs nu corespund celor 2 C din acetil-CoA intrat n ciclu. Acesti atomi de C sunt inclui n molecula acidului dicarboxilic format la sfritul ciclului, iar cele dou molecule de CO2 eliberate se formeaz pe seama celor 2 COOH ale acidului oxalilacetic iniial.

Cei 8 atomi de hidrogen care se elibereaz ntr-un ciclu de reacii au origini diferite: 3 provin din molecula de acetil CoA, iar 5 din moleculele de ap ce particip la reacii. Aceasta demonstreaz capacitatea organismelor heterotrofe de a-i procura echivalenii reductori (hidrogenul) pe seama moleculei de ap.

Cu excepia reaciilor catalizate de -cetoglutarat-dehidrogenaz si citrat-sintetaza, toate celelalte reacii sunt reversibile.

Cea mai mare parte a energiei care se elibereaz din reaciile ciclului Krebs, se pierde sub form de cldur (exceptie in cazul GTP). Ciclul Krebs are rol central n energetica celular, fiind unul din principalii furnizori de echivaleni reductori ctre lanul respirator mitocondrial - sediul reaciilor generatoare de energie sub form de ATP.

-Este astfel evident natura amfibolic a acestui ciclu i rolul su central n transformarea glucidelor, lipidelor i proteinelor n organism.Localizarea intracelular si distribuia tisular a ciclului KrebsLocalizarea intracelular. Ciclul Krebs este localizat n mitocondrii, (citrat-sintetaza, -cetoglutarat-dehidrogenaza, succinat-tiokinaza (succinat-CoA-sintetaza) sunt localizate n matricea mitocondrial, n timp ce succinat-dehidrogenaza este localizat pe membrana mitocondrial intern. Restul enzimelor au dubl localizare, mitocondrial i citosolic. Mitocondria este ns singurul compartiment celular care posed ntregul echipament enzimatic al ciclului Krebs, fiind astfel singurul organit celular capabil de a cataliza oxidarea total a acetil-CoA la CO2 i H2.La procariote, ciclul Krebs este localizat in citosol.

Distribuia tisular. Ciclul Krebs reprezint una din cele mai rspndite ci metabolice din organismul viu, fiind ntlnit n toate celulele esuturilor i organelor, (exceptie hematiile care, fiind lipsite de mitocondrii, posed doar unele din enzimele ciclului Krebs). Semnificaia funcional a ciclului KrebsCiclul Krebs reprezint o cale metabolic comun de degradare final a glucidelor, lipidelor i aminoacizilor, fiind un punct de convergen n metabolismul intermediar. Hidrogenul rezultat din reaciile de dehidrogenare reprezint principala surs de echivaleni reductori pentru reaciile succesive de oxido-reducere din lanul respirator mitocondrial.

Ciclul Krebs mijlocete interconversiunea glucidelor, lipidelor, i aminoacizilor, fiind principala modalitate de realizare a interrelaiilor metabolice.

Unii din intermediarii si se pot forma i ca urmare a metabolizrii altor compui. Astfel, oxalilacetatul se poate forma i pe seama carboxilrii directe a piruvatului sau pe seama transaminrii aspartatului; -cetoglutaratul din transaminarea glutamatului ct i din dehidrogenarea acestuia; fumaratul din scindarea argininisuccinatului din ureogenez.

Ciclul Krebs are un important rol n procesele biosintetice, unii din intermediarii ciclului fiind puncte de plecare n biosinteza altor compui biologici (citratul pentru biosinteza de novo a acizilor grai - dupa descompunerea sa, n citosol, n oxalilacetat i acetil-CoA; -cetoglutaratul n biosinteza glutamatului, succinil-CoA prin condensare cu glicocol in biosinteza porfirinelor, oxalilacetatul n gluconeogenez i de aspartat, intervenind prin intermediul acestuia n ureogenez i n biosinteza bazelor pirimidinice.

Rolul biosintetic al ciclului Krebs

PiruvatAcetil-CoACitrat Acizi grasi, steroizi-cetoglutarat Glutamat Alti aminoacizi Purine Succinil-CoAPorfirine, Clorofila, hem Oxalilacetat Aspartat Alti aminoacizi,Purine,pirimidine Reglarea ciclului KrebsLa organismele superioare, complexul piruvat-dehidrogenazic are nc dou enzime asociate cu rol reglator: o proteinkinaz Mg2+-ATP dependent (induce inhibarea complexului enzimatic) i o fosfoprotein-fosfataz (induce activarea complexului enzimatic).

Al doilea mecanism este reprezentat de reglarea activitii enzimei citrat-sintetazei de ctre adeninnucleotide. Enzima este activat de AMP, ADP i este inhibat de ATP. De ce este inhibata de ATP?Un alt mecanism de reglare const n ajustarea activitii dehidrogenazelor ciclului Krebs de ctre starea redox a celulei, exprimat prin raportul NAD+/NADH+H+.

Un rol important n reglarea ciclului Krebs l are i concentraia oxalilacetatului, ciclul Krebs fiind n raport de competitivitate cu calea gluconeogenetic pentru oxalilacetat.

Complexul piruvat dehidrogenazic inactivComplexul piruvat dehidrogenazic activProteinkinazaFosfoprotein fosfatazaPiruvatAcetil-CoAINTERRELAII N METABOLISMUL INTERMEDIAR

Ciclul acizilor tricarboxilici (Ciclul Krebs)Bilanul energetic al unor ci metabolice3. Interrelaii n metabolismul intermediar

2. Bilanul energetic al unor ci metabolice Bilanul energetic al ciclului KrebsMolecula de acetil-CoA este descompus la dou molecule de CO2 i 8 atomi de hidrogen. Prin cuplarea ciclului Krebs cu lanul respirator mitocondrial, hidrogenii provenii din dehidrogenarea unui substrat sunt transportai prin lanul respirator pn la oxigenul de origine atmosferic, rezultnd molecula de ap. Dac hidrogenii provin de la un substrat oxidat de ctre o dehidrogenaz NAD-dependent, pentru fiecare molecul de ap format energia eliberat va fi utilizat pentru obinerea prin fosforilare oxidativ mitocondrial a 3 ATP (de fapt, 2.5 ATP). Dac ns cei doi hidrogeni sunt ndeprtai de pe substrat de ctre o dehidrogenaz FAD-dependent, se vor forma numai 2 ATP (de fapt, 1.5 ATP) per molecul de ap. Deoarece din cele 4 dehidrogenaze ale ciclului Krebs 3 sunt NAD-dependente i 1 FAD-dependent, prin fosforilare oxidativ mitocondrial se vor elibera aproximativ 11 ATP /1 molecul de acetil-CoA degradat pn la CO2 i H2O. Se formeaza si o molecula de GTP - nucleotid macroergic analog ATP, ce se formeaz n cadrul reaciilor ciclului Krebs propriu-zis n etapa catalizat de succinat-tiokinaz.Bilanul energetic al catabolismului acizilor grai Pentru fiecare ciclu de reacii din -oxidarea unui acid gras au loc dou dehidrogenri: prima catalizat de o dehidrogenaz FAD-dependent (acil-CoA-dehidrogenaza), a doua de una NAD-dependent (-hidroxiacil-CoA-dehidrogenaza). Deci, din fiecare ciclu de reacii ale -oxidrii unui acid gras se vor forma prin fosforilare oxidativ mitocondrial aprox.5 ATP. Lund n considerare 1 mol de acid palmitic (16C), se constat c se formeaz n final 8 moli de acetil-CoA, care vor da n ciclul Krebs aproximativ 8 x 11 = 88 moli de ATP si 8x1GTP= 8 moli GTP. Deoarece ciclul reaciilor de -oxidare se repet de 7 ori, se vor obine: 7 x 5 = 35 moli de ATP. nsumnd numrul total de molecule de ATP format prin degradarea complet a unei molecule de acid palmitic pn la CO2 i H2O este de: 88 + 35 = 123 molecule de ATP si 8 molecule GTP. Scznd 1 molecula de ATP, consumat pentru activarea acidului gras, rezult c bilanul net al catabolismului total al acidului palmitic este de 122 molecule ATP+8 molecule GTP.Bilanul energetic al catabolismului aerob al glucidelor

Dintr-un mol de glucoz, n urma glicolizei rezult 4 moli de ATP i 2 moli de NADH - pn la etapa de piruvat - ca bilan energetic net al glicolizei anaerobe. n condiii aerobe, cei 2 moli de NADH pot ns oferi hidrogenul - prin intermediul sistemelor "navet de echivaleni reductori" - lanului respirator mitocondrial, unde rezult: 2 x 2 = 4 moli de ATP. Se consuma 2 mol ATP pentru activarea glucozei. Bilanul energetic net al degradrii aerobe a glucozei pn la etapa de piruvat este de 6moli de ATP. Etapa decarboxilrii oxidative a piruvatului cu formare de acetil-CoA elibereaz un mol de NADH care va permite formarea a 3 moli de ATP n lanul respirator mitocondrial.Dup cum am vzut anterior, degradarea unui mol de acetil-CoA pn la CO2 i H2O n ciclul Krebs cuplat cu lanul respirator mitocondrial, permite formarea de 11 moli ATP+1 GTP. Degradarea oxidativ a 1 mol piruvat pn la CO2 i H2O va produce: 3 + 11 = 14 moli de ATP +1 moli GTP. Cei 2 moli piruvat rezultate dintr-un mol de glucoz vor produce astfel: 2 x 14 = 28 moli de ATP+2 molecule GTP. 6 ATP+28ATP+2 GTP= 34 moli ATP+2GTP eliberai per mol de glucoz degradat pn la CO2 i H2O, ceea ce corespunde unei energii nmagazinate sub form de ATP de 226 kcal (respectiv 111,8 kJ).Prin "arderea" n bomba calorigen a glucozei se elibereaz: - 688 cal/mol (respectiv: - 2875,8 kJ/mol). Deci, din cele 688 kcal rezultai din degradarea complet a unei molecule de glucoz pn la CO2 i H2O, numai 226 kcal se nmagazineaz sub form de energie util reprezentat de ATP, restul se pierde sub form de energie caloric, electric etc., ceea ce reprezint un randament de circa 39%.Bilanul energetic al catabolismului aminoacizilor

Metabolizarea aminoacizilor pn la formarea unui intermediar accesibil ciclului Krebs duce la un bilant energetic foarte srac. INTERRELAII N METABOLISMUL INTERMEDIAR

Ciclul acizilor tricarboxilici (Ciclul Krebs)Bilanul energetic al unor ci metabolice3. Interrelaii n metabolismul intermediar

3. Interrelaii n metabolismul intermediarCiclul Krebs are o poziie "cheie", fiind principala surs de coenzime reduse i de electroni pentru oxidarea terminal i, n acelai timp, un furnizor de substrate pentru diferite biosinteze.Realizeaza interconexiunea cilor metabolice n metabolismul glucidelor, lipidelor i proteinelor, se formeaz diveri intermediari comuni, ca de exemplu acetil-CoA, piruvatul etc., prin intermediul crora diferitele ci metabolice se ntreptrund i se intercondiioneaz. Acetil-CoA reprezinta punctul nodal al metabolismului carbonului. Acetil-CoA rezulta prin decarboxilarea oxidativ a piruvatului, prin -oxidarea acizilor grai cu caten lung i prin degradarea unora dintre aminoacizi. Coninutul energetic al acetil-CoA, este mai ridicat dect cel al ATP, avnd Go = - 8,3 kcal/mol (- 34,7 kJ/mol). Legtura tiolic macroergic din molecula de acetil-CoA este utilizat preferenial n reacii de condensare pentru biosinteze (acizi grasi, acetilcolina, acetilglucozamina). 3.1. Relaia dintre metabolismul glucidelor i al lipidelor Conversia glucidelor n lipide

(vezi conversia glucozei n acizi grai).Conversia glucozei n acizi grai ofer un exemplu de cooperare a unor ci metabolice cu localizare intracelular diferit.Conversia glucozei in acizi grasiAcizii grai din trigliceride de rezerv, provin din glucidele ingerate n exces fa de nevoile de moment ale organismului parcurgand urmatoarele etape:

Conversia lipidelor n glucide

Cu excepia glicerolului sau a -glicerofosfatului (glicerol-3-fosfatului), care pot fi uor convertii n glucoz, organismul animal nu poate converti acizii grai n glucide, din lipsa unui mecanism enzimatic adecvat. Acetil-CoA rezultat din -oxidarea acizilor grai, odat ptruns n ciclul Krebs, este degradat la CO2 i H2.

Conversia acizilor grai la glucoz are loc numai la plante i la unele microorganisme, pe calea ciclului glioxilic (o varianta a ciclului Krebs) dar care contine 2 enzime: izocitrat-liaza i malat-sintetaza (prezente in glioxisomi=peroxisomi specializati). Aceste enzime sunt absente n organismul animal. Glioxisomii sunt prezenti in special in semintele plantelor in curs de germinare.

Ciclul glioxilic

3.2. Relaia dintre metabolismul glucidelor i al proteinelor

piruvatalanina, serina, cisteina, glicocolul treonina acid asparticacidul glutamic, prolina, arginina histidina metionina izoleucina valina fenilalaninatirozina fenilalaninatirozina leucina lizina triptofanul 3.2. Relaia dintre metabolismul glucidelor i proteinelorAminoacizii glucogeni (sau glucoformatori) sunt: glicocolul, alanina, valina, prolina, hidroxiprolina, serina, treonina, cisteina, metionina, asparagina, glutamina, acidul aspartic, acidul glutamic i histidina. Prin intermediul ciclului Krebs toi aceti aminoacizi pot fi distribuii gluconeogenezei. In caz de carenta de glucide, organismul animal isi poate sintetiza necesarul de glucide pe seama proteinelor proprii.Cea mai mare parte a carbonului aminoacizilor organismelor autotrofe este de origine glucidic.

3.3. Relaia dintre metabolismul lipidelor i al proteinelorUnii aminoacizi pot trece prin dezaminare n acizi grai. (de exemplu, lizina se poate transforma n acid caproic).Aminoacizii cetogeni (leucina, izoleucina, fenilalanina, tirozina), care n cursul degradrii lor furnizeaz acetil-CoA, servesc ca precursori ai acizilor grai. Aminoacizii glucogeni pot furniza glicerol-3-fosfat (-glicerofosfat) pentru esterificarea acizilor grai, n biosinteza lipidelor neutre.Biosinteza lipidelor din aminoacizi este o cale minor n organismul animal. Schema interrelaiilor dintre proteine, glucide i lipide in organismul animal

Fondul comun al metabolismului intermediar ntregul metabolism trebuie privit ca un echilibru dinamic deoarece implic un aport continuu de substane din exterior i o eliminare continua n exterior de produse de catabolizare. Principalul produs de catabolism, din punct de vedere cantitativ, este CO2.

Anumiti compui chimici asimilai din exterior de ctre organismul animal pot fi desfcui n compui intermediari comuni ce alctuiesc "fondul metabolic comun" (engl "metabolic pool") (de exemplu acetil-CoA apartine fondului metabolic comun.

n cadrul "fondului metabolic comun", sunt importanti compuii chimici care asigura interconexiunile metabolice, (acetatul, piruvatul, oxalilacetatul, -oxoglutaratul, succinatul), ca i ATP (fondul energetic comun) - sau unele coenzime ca de exemplu piridin-nucleotidele. BIOENERGETIC CELULARReacii de oxidoreducere biologicCompui macroergiciMecanisme de stocare a energiei n sistemele biologicentreaga cantitate de energie se obine pe seama reaciilor de oxidare a diferiilor compui organici nutritivi.

ProteineAminoaciziPoliglucideGlucozaGlicoliza

GlucozaGliceraldehid-3-PPiruvatAcetil-CoACiclulKrebsLantul transportor de electroni si fosforilarea oxidativaLipideGlicerolAcizi grasi

1. Reacii de oxidoreducere biologicCondiia esenial de existen a organismului viu este schimbul permanent de energie i materie cu mediul nconjurtor.

Energia eliberata de diferitele reacii chimice este folosit de celula vie pentru efectuarea diferitelor tipuri de activitati fizico-chimice necesare pstrrii homeostaziei, creterii, dezvoltrii, micrii etc.

Din energia rezultat dintr-o reacie chimic, celula vie poate utiliza numai energia liber (G), restul se pierde sub form de cldur. Cldura este deci una din formele energiei ce nsoete n permanen reaciile chimice din celula vie. Astfel, excedentul energiei rezultate din cuplarea unei reacii exergonice - eliberatoare de energie - cu o reacie endergonic - consumatoare de energie - se pierde sub form de cldur.Reactii de oxido-reducereActul elementar al multor fenomene bioenergetice este procesul de oxido-reducere. Printr-o reacie de oxido-reducere (redox) se nelege reacia ce evolueaz n sensul oxidrii unui compus, concomitent cu reducerea partenerului de reacie.

In reaciile de oxido-reducere are loc transferul de electroni de la un donor - agentul reductor - ctre un acceptor - agentul oxidant. Orice reacie de oxidare a unui compus chimic este deci cuplat cu o reacie de reducere a altui compus. Cel mai frecvent acceptor final de electroni n sistemele vii este oxigenul.Reacia de oxidare este reacia n care are loc o pierdere de electroni. Reacia de reducere este reacia n are loc un cstig de electroni.

n multe reacii chimice, transferul de electroni se manifest prin transferul atomilor de hidrogen, dehidrogenarea fiind echivalent oxidrii, n timp ce hidrogenarea este echivalent reducerii.Exemple de reactii de oxidoreducereOxidarea hidrogenului molecular este reprezentat astfel:H2 - 2 e- 2 H+Electronii trebuie preluai de ctre un oxidant, care astfel se reduce. Dac se utilizeaz ca oxidant, oxigenul poate prelua doi sau patru electroni: O2 + 2 e- O22- O2 + 4 e- 2 O2- O22- + 2 H+ = H2O2 2 O2- + 4 H+ = 2 H2OCuplnd reaciile se obine astfel formarea apei din elementele: 2 H2 - 4 e- = 4 H+ O2 + 4 e- = 2 O2-

Total: 2 H2 + O2 = 2 H2O (G0 = -57 kcal/mol H2O)

Anionul O2- este foarte instabil. Concentraia sa de echilibru n ap este de 10-32 moli/litru. El reacioneaz instantaneu cu protonii formnd molecula apei.BIOENERGETIC CELULARReacii de oxidoreducere biologicCompui macroergiciMecanisme de stocare a energiei n sistemele biologice2. Compui macroergiciCompuii macroergici asigura transferul de energie de la sistemele exergonice la cele endergonice. Energia rezultat n urma unei reacii de oxidare poate fi nmagazinat n organismul viu sub forma unor compui macroergici, n majoritatea cazurilor esteri fosforici. Notiunea de compus macroergic - sau legtur macroergic - a fost introdus de Lipmann pe baza observaiilor potrivit crora hidroliza esterilor acidului fosforic este nsoit de o variaie a entalpiei libere. Astfel, o serie de compui chimici ce elibereaz prin hidroliz o cantitate de energie liber standard mai mare de 7 kcal/mol (29,3 kJ/mol) se numesc compui macroergici. Hidroliza esterilor fosforici ai glucidelor elibereaz o cantitate de energie liber standard mai mic de 7 kcal/mol fiind cunoscui sub numele de compui microergici.Valoarea energiei de hidroliz a diferiilor compui fosforici este cuprins ntre: - 2 kcal/mol (- 8,37 kJ/mol) i - 15 kcal/mol (-62,7 kJ/mol).

Compusii macroergiciLegturile macroergice (simbolizate ~) nu se ntlnesc numai n clasa esterilor acidului fosforic. Clasificarea legturilor macroergice se face n:Compui fosfatici: nucleozidfosfai (ATP, GTP, CTP, UTP);amidinfosfai (argininfosfat, creatinfosfat);- acetilfosfai (acetilfosfat, difosfoglicerat);-enolfosfai (fosfoenolpiruvat).2) Tioesteri: acetil-CoA.3) Imidazoli: acetilimidazol.4) Compui cu structur de tip "sulfoniu": S-adenozil metionina.BIOENERGETIC CELULARReacii de oxidoreducere biologicCompui macroergiciMecanisme de stocare a energiei n sistemele biologice3. Mecanisme de stocare a energiei n sistemele biologiceReacia de formare a ATP este o reacie endergonic, necesitnd o energie liber standard (Go) de cel puin 7,3 Kcal/mol. ADP + H3PO4 ATP + H2O

n principiu, orice reacie de oxidare a unui compus, care este asociat cu o eliberare de energie mai mare de 7,3 kcal/mol ar putea fi utilizat la formarea de ATP. Numai diferena de energie liber nu este suficient, impunndu-se i existena unui mecanism care s faciliteze transferul de energie liber a reaciei de oxidare pe molecula de ADP.

Se consider c forma primar a energiei rezultate din reaciile de oxidoreducere nu este un intermediar chimic, ci unul fizico-chimic, mai precis un gradient electrochimic de protoni, care poate fi folosit att pentru sinteza de ATP, ct i n mod direct - ca de exemplu n fenomene de transport.Clasificarea reactiilor de oxidoreducereDin punct de vedere energetic exist dou grupe: (1) reacii necuplate cu un mecanism de conservare a energiei; (2) reacii cuplate cu un mecanism de conservare a energiei.

n reaciile de oxidoreducere necuplate, energia reaciei se pierde sub form de cldur, excedentul de energie nefiind util celulei n vederea efecturii unui travaliu biologic. Aceste reacii stau n general la baza mecanismelor de pstrare a homeostaziei termice a organismelor homeoterme.

2) n reaciile de oxidoreducere cuplate, o parte din energia reaciilor este conservat sub form de legtur macroergic (de exemplu, n molecula nucleozidtrifosfailor, n molecula de acetil-CoA).Reacii cuplate cu un mecanism de conservare a energieiFosforilarea oxidativ este fenomenul de conservare a energiei eliberate n urma reaciei de oxidare a diferitelor substrate sub forma energiei chimice de legtur a fosfatului n molecula de ATP.

Cuplarea reaciei de oxidoreducere cu cea de fosforilare a ADP poate avea loc numai dac cele dou tipuri de reacii prezint intermediari comuni.

Reacii cuplate cu un mecanism de conservare a energieise mpart n: A) reacii de fosforilare oxidativ la nivelul substratului B) reacii de fosforilare oxidativ la nivelul lanului respirator mitocondrial.

A) n reaciile de fosforilare oxidativ la nivelul substratului, conservarea energiei se face pe seama oxidrii imediate a unui substrat. n aceast reacie sinteza legturii fosforice macroergice are loc n faza solubil, fiind catalizat de enzime solubile.

B) n fosforilarea oxidativ la nivelul lanului respirator mitocondrial, fosforilarea ADP este asociat cu un transfer de electroni ce are loc n sisteme particulate care implic participarea unor complexe multienzimatice localizate n membrana mitocondrial intern - n cazul oxidrii fosforilante, sau n cloroplaste - n cazul fosforilrii fotosintetizante.

A) Fosforilarea oxidativ la nivelul substratului Acest tip de fosforilare mai poart numele de fosforilare de substrat. O caracteristic a acestui tip de reacii este aceea c nu sunt legate de structuri supramoleculare specializate pentru desfurarea lor, reaciile fiind catalizate de enzime solubile.Exemple de fosforilare de substrat: - in citosol: Energia de oxidare din reacia de dehidrogenare a gliceraldehid-3-fosfatului din glicoliza este conservat sub forma legturii fosforice macroergice din poziia 1 a acidului 1,3 difosfogliceric; legtura fosfat macroergic va fi ulterior transferat pe molecula de ADP n reacia catalizat de fosfogliceratkinaza, cu formare de ATP. Energia rezultat din hidroliza 1,3 -difosfogliceratului (Go = - 11,8 kcal/mol, respectiv: - 49,4 kJ/mol), este utilizat parial pentru sinteza ATP (7,3 kcal/ mol, respectiv: 30,5 kJ/mol), restul de energie (-4,5 kcal/mol, respectiv - 18,8 kJ/mol) pierzndu-se sub form de cldur.- n matricea mitocondrial, este reacia de deacilare a succinil-CoA sub aciunea catalitic a succinat-tiokinazei. Energia reaciei, stocat sub forma legturii macroergice tioesterice coninut n molecula de succinil-CoA, este transferat pe molecula de GDP care, n prezena fosfatului anorganic, este fosforilat la GTP - compus macroergic analog cu ATP.B) Reacii de fosforilare oxidativ la nivelul lanului respirator mitocondrialAre loc in membrana mitocondriala internaFosforilarea ADP este asociat cu un transfer de electroni ce are loc n sisteme particulate care implic participarea unor complexe multienzimatice localizate n membrana mitocondrial intern - n cazul oxidrii fosforilante.Transportul de electroni prin lantul transportor de electroni decurge in paralel cu transportul de protoni din matrice spre spatiul intermembranar (Complexul I, III si IV)Ca urmare, se formeaza un gradient electro-chimic de protoni la nivelul membranei mitocondriale interneModelul chemiosmotic al fosforilarii oxidative sustine ca gradientul de protoni creat transmembranar stocheaza energia libera necesara sintezei ATP din ADP si Pi

NADH 3 ATPFADH2 2 ATPB)Reacii de fosforilare oxidativ la nivelul lanului respirator mitocondrial

Spatiu intermembranarMatriceSuccinatATP Sintetaza FADH2Fumarat FAD+2H


Recommended