Curs 7 10.04.2012 1.Reglarea glicolizei2.Bilanul energetic al glicolizei3.Boli associate glicolizei4.Soarta metabolic a piruvatuluiDecarboxilarea oxidativ a piruvatului 6.Ciclul Krebs

Oxidarea gliceraldehid-3-fosfatului la 3-fosfogliceratgliceraldehid-3-fosfat dehidrogenazaNAD+ -dependent, tetramer, cu patru grupri SH

Procesul de oxidare presupune etapele:-formarea unui semitioacetal (analog semiacetalilor) -oxidarea semitioacetalului pe seama NAD+ legat-formarea unui tioester care nmagazineaz energia eliberat n timpul oxidrii:

Fosforoliza tioesterului :

Oxidarea NADH legat de enzim de ctre NAD+ liber:

Transformarea 1,3-bisfosfogliceratului n 3-fosfoglicerat cu producere de ATP.

Transformarea 3-fosfogliceratului n 2-fosfoglicerat

Transformarea 2-fosfogliceratului n piruvat

Glicoliza n eritrocite

2,3-bisfosfogliceratul (BPG) este modulator al legrii O2 la Hb

In eritrocit, ~ 25% din glucoza angajat n glicoliz trece prin untul 2,3-BPG

se reduce ATP produs n glicoliz (este ocolit prima fosforilare la substrat din glicoliz)

In deficitul genetic al hexokinazei eritrocitare afinitatea Hb pentru O2 este crescut iar oferta de oxigen ctre esuturi sczut.

Reglarea glicolizei -la nivelul celor trei reacii ireversibilecatalizate de kinaze

Reglarea:cantitii de enzim, prin inducie sau represie;eficienei enzimei, prin:*control hormonal (reglare covalent; fosfo-defosfo)*control metabolic (reglare allosteric)

Hexokinazele enzime din esuturile extrahepatice fosforileaz glucoza la concentraii ~5mMau afinitate mare pentru glucoz, deci KM mic.sunt inhibate de G-6-P, produsul aciunii lor

Glucokinazaprezent n ficat i pancreas are afinitate mic pentru glucoz (KM mare). are activitate mare postprandial este indus de concentraia mare a insulineinu este inhibat de glucozo-6-fosfat, produsul aciunii ei.

6-Fosfofructo-1-kinaza (FFK-1) catalizeaz reacia limitant de vitez a glicolizei

Activatori:fructozo-2,6-bisfosfatul, la nivelul ficatului AMP, la nivel muscular

Inhibitori:

citratului citosolic i a ATP-ului pH-ului (creterea concentraiei H+).

n ficat, FFK-1 catalizeaz reacia limitant de vitez a glicolizeifructozo-2,6-bisfosfatul = efector alosteric pozitiv, activator al FFK-1 FFK-2: enzim bidomenial, interconvertibil; are dou domenii:un domeniu kinazicactiv defosfo, n perioade anabolice (nutriie), la raport insulin/glucagon mare:Fructozo-6-fosfat + ATP Fructozo-2,6-bisfosfat + ADP

un domeniu fosfatazicactiv fosfo, n perioade catabolice (foame), la raport glucagon/insulin mare,:Fructozo-2,6-bisfosfat + H2O Fructozo-6-fosfat + H3PO4

Postprandial, n ficat, fructozo-2,6-bisfosfatulactiveaz FFK-1 stimuleaz glicoliza n scopul producerii de AG pentru sinteza TAG.

n foame, concentraia fructozo-2,6-bisfosfatului scade activitatea FFK-1 scade

Fosforilarea FFK-2 comut enzima de la kinaz la fosfataz; astfel nu se mai formeaz fructozo-2,6-bisfosfat, iar cel preexistent dispare prin hidroliz Activitatea enzimei glicolitice FFK-1 scade dramatic prin lipsa fructozo-2,6-bisfosfatului, activatorul ei allosteric specific

Piruvat kinaza din toate esuturile este:activat alosteric de fructozo-1,6-bisfosfat (feed-forward stimulare) inhibit de ATP, acil-CoA, acetil-CoA, alanina

piruvat kinaza (2 izoenzime): -L proprie ficatului:enzim alosteric, interconvertibil, activ defosfo, promovat de insulin i inactiv fosfo, promovat de glucagon i catecolamine -M proprie muchiului.

Bilanul energetic al glicolizei

Beneficiul net: 4-2 = 2 ATP/mol glucoz degradat la lactat.Deoarece n glicoliza anaerob

rezult:

Boli associate glicolizei

Acidoza lactic: -producia excesiv de acid lactic prin glicoliza anaerob -utilizarea redus a acestuia (boli respiratorii, cardiovasculare, etc.).

Anemii hemolitice, cauzate de defecte enzimatice ale:piruvat kinazei eritrocitare (se produce liz celular datorit scderii concentraiei ATP i a creterii permeabilitii membranei eritrocitului); hexokinazei eritrocitare (scade concentraia intermediarilor glicolitici i a 2,3-bisfosfogliceratului)

Soarta metabolic a piruvatului

Decarboxilarea oxidativ a piruvatului are loc n matrixul mitocondrial (n mitosol)

Reacia global a decarboxilrii oxidative a piruvatului este:

utilizeaz complexul multienzimatic al piruvat-dehidrogenazei cu activitile catalitice:a.Piruvatdehidrogenaza, decarboxilant b.Dihidrolipoil-transacetilaza c.Dihidrolipoil-dehidrogenazad.Protein-kinaza (reglatoare);e.Fosfataz specific, dependent de Ca2+ i Mg2+,

Vitamina B1 (tiamina)

Reglarea activitii piruvat dehidrogenazei:

-prin efectori alosterici i

-prin modificare covalent (fosfo-defosfo)

Activitatea complexului piruvat dehidrogenaz este crescut

n faza anabolic

ATP, acetil-CoA i NADH rezultate prin b-oxidarea acizilor grain condiiile unui aport glucidic sczut

inactiveaz complexul piruvat dehidrogenazei Piruvatul provenit din acidul lactic i din alanin

este orientat spre gluconeogenez

Soarta metabolic a piruvatului

Ciclul KrebsCiclul Krebs (ciclul acizilor tricarboxilici), proces mitosolic

-cale de: degradare oxidativ a acetil~CoA i reducere NAD+ i FAD

calea final comun pentru oxidarea aerob glucidelipide i proteine

are rol n

gluconeogenez

lipogenez i interconversia unor aminoacizi

Ecuaia global a ciclului Krebs i beneficiul energetic al ciclului

Ciclul Krebs: cale final de degradare, glucide,lipide, proteine.

Beneficiul total este de: 11 ATP + 1 GTP = 12 moli NTP (nucleozid trifosfat), pentru fiecare molecul de acetil-CoA degradat

Aminoacizii glucoformatori:Glu, Asp, Arg, Pro, His, Val, Met, Ser, Gly, Thr, Cys, Tyr, Phese transform n intermediari ai ciclului Krebs.

Aminoacizii cetoformatori: Leu i Lys genereaz: acetoacetat i acetoacetil-CoA care nu pot fi transformate n glucoz. Aminoacizii cetoformatori ca i acizii grai pot furniza numai acetil-CoA.

Glucidele i anumii aa pot furniza: -acetil-CoA care se consum i -oxaloacetatul care permite amorsarea ciclului Krebs. Formarea acetil-CoA condiioneaz, utilizarea grsimilor.

Reglarea activitii ciclului Krebs Activitatea ciclului este reglat prin:cantitatea de acetil~CoA, provenit din glucoz, aminoacizi sau acizi grai;cantitatea de oxaloacetat, care introduce acetil~CoA n ciclul Krebs;cantitatea de O2 i de ADP, deci prin viteza funcionrii LR i a fosforilrii oxidative

modificarea activitii celor trei enzime reglatoare ale ciclului: citrat sintaza, izocitrat dehidrogenaza i a-cetoglutarat dehidrogenaza

Curs 10 25.04.2012

Ciclul Krebs cale amfibolic

Reacii anaplerotice

Gluconeogeneza

Calea pentozofosfailor

Ciclul Krebs, cale amfiboliccale amfibolic este implicat n procese catabolice, i anabolice. 1.Procese catabolice.Ciclul Krebs = cale pentru ox. acetil-CoA derivat din glucide, acizi grai i aminoacizi. Electronii generai prin funcionarea ciclului sunt transferai n LR unde ATP, prin fosforilarea oxidativ.

2.Procese anabolicea. oxaloacetatul i a-cetoglutaratul, pot forma prin reaciile de transaminare sau aminare reductiv, aminoacizii corespunztori (aspartic i glutamic). Deoarece reaciile de transaminare sunt reversibile, anumii aminoacizi sunt transformai, n funcie de necesitile celulei, n intermediari ai ciclului Krebs.

Reaciile de transaminare catalizate de GOT i GPT:

Reacia de aminare reductiv:

Acidul aspartic -biosinteza nucleotidelor pirimidinice

Glutamina -biosinteza nucleotidelor purinice.

Succinatul -biosinteza hemului prin ciclul succinat-glicin.

Oxaloacetatul transportat din mitosol n citosol ca malat, este convertit la fosfoenol-piruvat care se angajaz n gluconeogenez.

Citratul, reprezint forma de transport a acetil-CoA din mitosol n citosol, unde este utilizat n sinteza de novo a acizilor grai sau a colesterolului.

Reacii anapleroticeReaciile care permit creterea concentraiei intermediarilor ciclului Krebs1.Reacia de carboxilare a piruvatului la oxaloacetat

Abilitatea acetil-CoA de a stimula piruvat carboxiligaza i de a inhiba piruvat dehidrogenaza ajut celula n stabilirea soartei piruvatului.

Soarta metabolic a piruvatului

Biotina

Reacia catalizat de glutamat dehidrogenaz

Degradarea acizilor grai cu numr impar de atomi de carbon i a unor aminoacizi (izoleucin, valin, metionin), soldate cu formarea succinil-CoA.

Reaciile de transaminare de tipul Oxaloacetat + Glutamat Aspartat + a-Cetoglutarat nu sunt reacii anaplerotice deoarece ele produc un intermediar al ciclului Krebs (a-Cetoglutarat) consumnd un alt intermediar (Oxaloacetat)

Bilanul energetic al arderii glucozei Bilanul oxidrii complete a unui mol de glucoz pn la CO2 i H2O este de 38 moli ATP

prin oxidarea glucozei n condiii de aerobioz se elibereaz 38 x 7,3 = 277 kcal/mol glucoz.

Oxidarea glucozei n condiii standard genereaz 686 kcal/mol:

Bilanul energetic al glicolizei

Beneficiul net: 4-2 = 2 ATP/mol glucoz degradat la lactat.Deoarece n glicoliza anaerob

rezult:

Afirmaia corect este:A.Conversia glucozei la lactat necesit prezena oxigenuluiB.Hexokinaza este important n metabolizarea glucozei la nivel hepatic numai postprandialC.Fructozo 2,6-bisfosfatul este un inhibitor al FFK-1D.Reacia limitant de vitez este ireversibilE.Conversia glucozei la lactat duce la 2 moli ATP i 4 NADH

Corect D

Reacia catalizat de FFK-1:A.Este activat de concentraii mari de ATP i citratB.Substratul ei este fructozo-1-PC.Catalizeaz reacia reglatoare a glicolizeiD.Este aproape de echilibru n toate esuturileE.Este inhibat de insulin

Corect C

Gluconeogeneza

Gluconeogeneza (GNG)Caracteristicile gluconeogenezei: Presupune sintez de glucoz:-aa -lactat-glicerol -propionat (din acizi grai cu numr impar de atomi de carbon, Val i Leu).

are loc n principal n ficat i rinichi

este un proces caracteristic fazei catabolice;

raport glucagon/insulin mare.

ncepe la 4-6 ore de la ultima mas devine maxim la ~ 16 ore,

cnd rezervele (variabile) de glicogen hepatic s-au epuizat

GNG este un proces: -reductiv (necesit NADH + H+) -consumator de energie provenit din arderea AG furnizai prin lipoliza TAG, din esutul adipos. Pentru sinteza unui mol de glucoz:

Sunt trei etape specifice GNGireversibilecatalizate de enzime specifice

Unele enzime din GNG sunt mitocondrialealtele citosolice

Soarta metabolic a piruvatului

Etapele specifice GNG1.Transformarea piruvatului n fosfoenolpiruvat2.Transformarea fructozo-1,6-bisfosfatului n fructozo-6-fosfat3.Transformarea glucozo-6-fosfatului n glucoz.

Transformarea piruvatului n fosfoenolpiruvat

Naveta malat-aspartat este bidirecional Prin aciunea acestei navete se asigur att reoxidarea NADH + H+ citoplasmatic, ct i reglarea cuplurilor NADH NAD+ extra i intramitocondriale

Substratele utilizate n GNG2 categorii :de provenien neglucidic: -anumii aa i -AG cu numr impar de atomi de carbon;

de provenien glicolitic dintr-un esut extrahepatic: -lactat-alanin-glicerol

circuite de substrate ntre:

ficat i esuturile periferice

ciclul lactatului (ciclul Cori)

ciclul alaninei (ciclul Felig)

Gluconeogeneza din lactat

Lactatul din eritrocitmuchi n contracie sau alte esuturi, trece n snge de unde este captat de miocard, ficat, rinichi.

n miocard: lactat CO2 + H2O + ATP

ficat i rinichi: lactat glucoz

Gluconeogeneza din aa

Aminoacizii glucoformatori

Leu i Lys, sunt ceto-formatori (prin degradare se pot obine corpi cetonici)

n foame, crete proteoliza muscular

Proteoliza excesiv, n inaniie, poate afecta integritatea celulareste limitat prin sinteza i utilizarea corpilor cetonici

Gluconeogeneza din glicerol

n inaniie sau foame:

TAG AG + glicerol (adipos)

Acetil~CoA ATP Ficat (GNG)

convertit, n ficat, la corpi cetonici, care vor fi eliberai n snge

Gluconeogeneza din acid propionic

Acidul propionic n forma sa activ de propionil~CoA, provine din dou surse:

b-oxidarea acizilor grai cu numr impar de atomi de carbon;

metabolismul aminoacizilor ramificai (Val, Ileu).

Reglarea gluconeogenezei Reglarea GNG prin: -concentraia substratelor-concentraia ATP (nivelul energetic celular)-modificarea concentraiei enzimelor reglatoare ale GNG -modificarea activitii enzimelor reglatoare aleGNG.

Intensitatea GNG trebuie s fie invers proporional cu intensitatea glicolizei.

Reglare hormonalInsulina reprim transcrierea genelor pentru enzimele reglatoare ale GNG

induce sinteza glucokinazei i piruvatkinazei hepatice, enzime ale glicolizei.

insulina stimuleaz glicoliza i inhib lipoliza, condiie nefavorabil desfurrii GNG.

Glucagonul, glucocorticoizii i adrenalina activeaz transcrierea genelor enzimelor reglatoare ale GNG;

Prin lipoliza TAG se formeaz

-glicerol, substrat al GNG -acizi grai energie (ATP) echivaleni reductori (NADH)

Acetil-CoA rezultat prin b-oxidare activeaz piruvatcarboxiligaza i inhib piruvat dehidrogenaza, deciznd intrarea piruvatului n gluconeogenez

Modificarea covalent sau alosteric a activitii enzimelor reglatoare din GNG

Piruvat-carboxiligaza este activat alosteric de acetil-CoA.

Fosfoenolpiruvat carboxikinaza, este activat de creterea concentraiilor ATP i oxaloacetat.

Fructozo-1,6-bisfosfataza este inhibat alosteric de AMP i fructozo-2,6-bisfosfat, ambii activatori alosterici ai FFK-1, enzima reglatoare a glicolizei.

Glucozo-6-fosfataza reglarea activitii ei prin concentraia glucozei sanguine

Ingestia de etanol inhib gluconeogeneza

Etanol + Piruvat Acetaldehid + Lactat

Etanol + Oxaloacetat Acetaldehid + Malat

Calea pentozofosfailor untul pentozo-fosfailor Calea fosfogluconatului

Are loc n citosolul celulelor din:ficat; esutul adipos; glanda mamar n lactaie; cortexul suprarenalelor; gonade; eritrocite; cornee.

cale de degradare oxidativ a glucozei:

-nu se consum O2

-nu se consum i nu se produce ATP

-se produc pentoze i NADPH

este o cale anabolic utilizeaz cei 6 C ai glucozei pentru a face pentoze i echivaleni reductori

Pentozele servesc la biosinteza: nucleozidelor; nucleotidelor; polinucleotidelor (ARN, ADN), coenzimelor (NAD+, FAD, CoA-SH);

NADPH necesar pentru:biosinteze reductive: hormoni steroizi; colesterol; acizi grai; aminoacizi via glutamat dehidrogenaz; regenerarea G-SHtransformarea Met-Hb n Hb;funcionarea monoxigenazelor citocrom P450 dependente;sinteza anionului superoxid ( ), specie bactericid produs sub aciunea NADPH-oxidazei din membrana leucocitului.

Etape majore: oxidativ i neoxidativ.

Etapa oxidativ, ireversibil;glucozo-6-fosfat CO2 2 NADPHpentoz fosforilat (ribulozo-5-fosfat)

etapa neoxidativ esut adipos si ficat -este reversibil

functie de necesitile metabolice ale celulei

Rolul acestei etape: n primul rnd generare R-5-fosfat conversia zaharuri cu 5C din diet n zaharuri cu 6C i 3C utilizai n glicoliz

Primele enzime implicate:

Transaldolaze

Transcetolaze (cofactor tiaminpirofosfat)Rearanjaz scheletele atomilor de carbon

Rezultat net:Pentoze acizi nucleici

sau

3 moli pentoze 2 moli hexoze1 mol trioz

Hexozele pot fi reciclate n cale NADPHTrioza poate intra n: glicoliz gluconeogenez

glicoliza i untul pentozelor sunt stimulate de insulin,

Intensitatea caii pentozelor depinde de starea fiziologic a celuleicalea pentozelor este indus de creterea

Glicoliza este indus de creterea

In hematii

Deficiene enzime Deficiena genetic a transcetolazei - afinitatea extrem de redus a acesteia pentru TPP (tiaminpirofosfat), duce la tulburri neurologice i comportamentale

Deficiena de glucozo-6-fosfat dehidrogenaz, n special n eritrocit, se exprim n susceptibilitatea crescut a eritrocitului la hemoliz, determinat de scderea coninutului de G-SH. -medicamente cu caracter oxidant (aspirin, antimalarice) accentueaz deficiena enzimatic

In procesul de transformare a glicerolului in glucoz, primul intermediar glicolitic format este:A.Glicerol-3-PB.Acidul 1,3-bisfosfoglicericC.Gliceraldehid-3-PD.DihidroxiacetonfosfatulE.Acidul piruvic

Eritrocitul i procur energia metabolic prin:A.Sinteza de pentoze din Glucozo-6-PB.Gluconeogeneza din aminoaciziC.Conversia glucozei la lactatD.Fosforilarea oxidativ cuplat cu ciclul KrebsE.Conversia lactatului la Acetil~CoA

Ce ci de metabolizare glucoz sunt eseniale pentru eritrocit ???

Curs 11

Calea acidului glucuronic

Calea acidului glucuronic

cale metabolic de degradare oxidativ a glucozei

are loc n citosol.

glucozo-1-P UTP i UDP-glucozo-pirofosforilaza

UDP-glucoz

UDP-glucuronat

Metabolizarea fructozeiFructoza din diet: fructe miere zaharoz

Posibiliti de transformare a fructozei

1.Transformarea fructozei n fructozo-6-fosfat.

cantiti mici de fructoz pot fi metabolizate n esutul adipos i n muchi.

2.Transformarea fructozei n fructozo-1-P Fructokinazaprezent n ficat nu acioneaz asupra glucozei activitatea ei nu este influenat de foame sau insulin

Aldolaza Bprezent n ficat transform fructozo-1-P n 2 trioze

Lipsa reglrii transformrii fructozei n trioze

poate conduce la lactacidemie sau la

amplificarea lipogenezei

Generarea fructozei din glucoz(calea poliolilor)

Aldozoreductaza se afl n: cristalin, retin, nervii periferici, ficat, rinichi, placent, hematii i n celulele din ovare i veziculele seminale (insulino independente)

Sorbitol dehidrogenaza, oxideaz sorbitolul cu producerea fructozei, n celulele din ficat, ovare, sperm i veziculele seminale

fructoza sursa major de energie pentru spermatozoizi n veziculele seminalemitocondriile spermatozoizilor conin LDH enzim exclusiv citosolic n alte celule

Spermatozoizii pot metaboliza complet fructoza la CO2 i H2O, prin combinare:Fructoliz (citosol)captarea lactatului n mitocondrii oxidarea lactatului la: - piruvat - acetil-CoA - CO2 i H2O. Nu mai sunt necesare navetele

In hiperglicemie n diabetul zaharatactivitatea aldozreductazei este foarte crescutacumulare de sorbitol dar i depleie NADPH, cofactor al glutation reductazei, enzim implicat n aprarea antioxidant.

In celulele cu sorbitol dehidrogenaza redus sau absentretincristalinrinichi celulele nervoase, sorbitolul este sechestrat n celule determinnd modificri osmotice prin retenie de ap

Strile patologice asociate cu acest fenomen: Cataractaneuropatia perifericafeciuni vasculare care pot duce la nefropatie i retinopatie.

Corelaii clinice

Fructozuria esenial:lipsa fructokinazei sau defecte ale acesteia Intolerana ereditar la fructoz scderea sau absena activitii aldolazei B. acumulare de fructozo-1-fosfat

hipoglicemie sever dup ingestie de fructoz (fructozo-1-fosfatul inhib enzima reglatoare din glicogenoliz)

Metabolismul galactozei Surse:hidroliza lactozei alimentare, n intestin conversia glucozei la galactoz

UDP-glucoza = intermediar n procesul de transformare a galactozei n glucoz

Deficiene enzimatice n metabolismul galactozeia.Deficiena galactokinazei duce la -galactozemie i galactozurie

clinic apare cataracta

galactoza intracelular galactitol (poliol) modificri osmotice cataract la nivelul cristalinului

Deficiena uridil-transferazei duce la alterri hepatice Cataracttulburri neuropshice

Consecinele deficienei:acumulare de galactozo-1-fosfat (citotoxic) n ficat i galactoz liber;depleie celular de fosfat liber;apar: icter, leziuni renale, cerebrale, deteriorare mental, cataract, scdere n greutate