METABOLISMUL Biomoleculelor
Curs 9
S.L. Dr. Ioana Lacatusu
Curs 9
CUPRINS
A. METABOLISM – aspecte generale
B. DIGESTIA alimentelor – aspecte generale
C. Metabolismul PROTEINELOR.
Digestia si absorbtia Proteinelor din ALIMENTE
Totalitatea REACȚIILOR CHIMICE ale compuşilor organici
ce se desfasoara intr-un organism viu = METABOLISM.
A. Metabolismul celular. Aspecte generale
METABOLISMUL este caracterizat de reacții:
1. Anabolice
2. Catabolice
Reacțiile ANABOLICE = reacții în care se sintetizează substanțe cu structuri complexe pornind de la molecule simple.
Exemplu: Aminoacizii se asociază între ei pentru a da naștere la Proteine.
Reactiile anabolice de regula necesita ENERGIE.
CATABOLISMUL se bazează pe principiul invers:
Moleculele complexe sunt degradate în molecule simple.
Prin reacții catabolice tubul digestiv degradează ALIMENTELE pentru a putea fi asimilate de organism.
Reactiile catabolice de regula elibereaza ENERGIE.
A. Metabolismul celular. Aspecte generale
ENERGIA eliberata in r. catabolice este utilizata pentru desfasurarea r.
anabolice).
ENERGIA necesara desfasurarii reactiilor chimice este stocata sub
forma de acid adenozin trifosforic (ATP*).
*Structura ATP optionala.
DIGESTIA ALIMENTELOR – totalitatea
transformărilor mecanice, fizice şi
chimice, prin care alimentele trec în
TUBUL DIGESTIV.
Toate substanțele
prezente în ALIMENTE
sunt utilizate de
organism (care extrage
molecule asimilabile).
Aprox. 50 de molecule
vitale (Ex: Glucoza) NU
pot fi obținute decât
prin alimentație.
Celulele umane au
capacitatea de a crea NOI
MOLECULE, pornind de la
substanțe deja prezente în
organism, dar această
activitate de sinteză este
limitată și insuficientă pentru
buna funcționare a
organismului.
B. Digestia ALIMENTELOR. Aspecte generale
In SISTEMUL DIGESTIV are loc transformarea ALIMENTELOR și degradarea
lor în MOLECULE SIMPLE, care pot fi asimilate/absorbite la nivelul
intestinului şi ulterior utilizate de către toate CELULELE din corpul uman.
Procesele sunt realizate de către ENZIME specifice fiecărui compus organic:
PROTEINELE – se tranformă în AA sub acţiunea Enzimelor proteolitice.
GLUCIDELE – se transformă în glucide cu moleculă simplă de către Enzimele glicolitice.
LIPIDELE – transformate sub acţiunea enzimelor specifice – Lipaze.
B. Digestia ALIMENTELOR. Aspecte generale
Transformarea ALIMENTELOR în compuşi simpli (absorbabili şi
asimilabili) are loc în mai multe etape, pe tot parcursul tubului digestiv.
• ALIMENTELE sunt procesate in functie de etajul
tractului digestiv in care se afla (Fig. slide 7).
• Prin demararea functiilor secretorii si motorii ale
organelor implicate are loc DIGESTIA.
B. Digestia ALIMENTELOR. Aspecte generale
1 • Digestie bucală
2 • Digestie gastrică
3 • Digestie intestinală (intestin subţire) - majora
4 • Absorbţie intestinala
5 • Digestie la nivelul intestinului gros - minora
(Defecaţie)
Schema generala a sistemului digestiv
ORGANE DIGESTIVE:
1. Cavitate bucală
2. Faringe
3. Esofag
4. Stomac
5. Intestin subţire (Duoden, Jejun si
Ileon); Diam.~3 cm; Lung.~5-6 m)
6. Intestin gros; Diam. ~6.5 cm;
Lung. ~1.5 m)
Ficare organ digestiv are rolul şi
importanţa sa în desfăşurarea
procesului de DIGESTIE.
Reziduurile neasimilabile sunt
eliminate la nivelul ultimului segment
al tubului digestiv (rect).
B. Digestia ALIMENTELOR. Aspecte generale
Metabolismul ALIMENTELOR
implica participarea organelor
specifice din organism.
DIGESTIA la nivelul intestinului subtire*
Miscarile executate in urma ingestiei de ALIMENTE au ca rezultat
transformarea bolului alimentar in “CHIM GASTRIC” (alimentele sunt
aproape dizolvate formarea unei paste omogene).
• Cea mai mare parte a DIGESTIEI se desfasoarea la nivelul intestinului
subtire, debutand in momentul in care CHIMUL GASTRIC patrunde in duoden.
• Bila și secrețiile pancreatice intră în acțiune. La acest nivel sunt secretate 3
LICHIDE care intervin in DIGESTIE:
• Sucul hepatic sau Bila – secretat de glandele biliare; neutralizeaza
aciditatea si emulsioneaza grasimile pentru a favoriza absorbtia acestora.
• Sucul pancreatic – produs de acinii pancreatici; contine enzime (Ex:
Amilaza pancreatica, Lipaza pancreatica si Tripsinogen).
• Sucul intestinal – secretat de glandele intestinale; contine enzime (Ex:
Enteropeptidaze, Tripsina, Chimotripsina, Maltaza, Lactaza, Zaharaza etc).
B. Digestia ALIMENTELOR. Aspecte generale
*Optional
I. Notiuni generale
II. Digestia proteinelor din ALIMENTE
Enzime proteolitice necesare procesului de digestie
Etapele procesului de digestie
III. Absorbtia proteinelor din ALIMENTE
Mecanismul de transport – absorbţie al aminoacizilor
C. Metabolism PROTEINE
DIGESTIA PROTEINELOR = „Proteoliza” =
hidroliza leg. peptidice dintr-o proteina (in
prezenta ENZIMELOR proteolitice).
ENZIME proteolitice:
Proteaze = Proteinaze = orice enzima care realizeaza Proteoliza.
Sunt secretate sub forma de precursori enzimatici inactivi = Zimogeni sau Proenzime
(pentru a nu se autodigera si pentru a nu digera proteinele tisulare).
In Zimogeni, situsul activ al enzimei este mascat de o mica regiune a lantului peptidic
care este indepartata ulterior pentru a permite activarea enzimei (Ee: Pepsinogen).
Procesul de activare a ENZIMEI = se realizeaza prin hidroliza enzimatica
specifica a Zimogenului sau, care are ca rezultat eliberarea peptidei care
bloca situsul activ, cu expunerea acestuia pentru reactii ulterioare.
Digestia proteinelor din dieta rezulta în obtinerea de
peptide mici (ex: di -, tri- și tetrapeptide) precum și
de aminoacizi liberi (produsi finali de hidroliză).
C. Metabolism PROTEINE
Observatie: Prin denaturare și hidroliza, sunt eliberate de asemenea, vitamine,
glucide, lipide și minerale care sunt legate de proteinele alimentare.
Activarea Pepsinei, prin hidroliza specifica a Pepsinogenului
(Hidroliza enzimatica specifica la pH < 5)
Segment peptidic
(format din 44 AA)
Pepsina Pepsinogen
pH<5
C. Metabolism PROTEINE
2 mari clase de ENZIME proteolitice implicate
in procesul de digestie al alimentelor:
1. Endopeptidaze
2. Exopeptidaze
I. Digestia PROTEINELOR din alimente
Endopeptidazele si
Exopeptidazele prezinta
specificitati diferite legate
de AA implicati in leg.
peptidice pe care urmeaza
sa le hidrolizeze.
Primele ENZIME care
actioneaza asupra
proteinelor alimentare sunt
Endopeptidazele din sucul
gastric, urmate de actiunea
Exopeptidazelor din
intestinul subtire.
Endopeptidaza
Endopeptidaza
Exopeptidaza
I.1. ENZIME proteolitice necesare procesului de DIGESTIE
I. ENZIME secretate la nivelul STOMACULUI (sub forma de Zimogeni):
1. Pepsina
2. Gastricsina
3. Chimozina
Enzimele gastrice produc digestia parțială a PROTEINELOR alimentare.
I. Digestia PROTEINELOR din alimente
I.1. ENZIME proteolitice necesare procesului de DIGESTIE
Lumen
intestinal
Lumen = spatiul din interiorul tractului gastrointestinal
PROTEINE Tripsina
Chimotripsina
Carboxipeptidaze A si B
Elastaza
Oligopeptide
Citosol
Aminoacizi Aminoacizi
I.1. ENZIME proteolitice necesare procesului de DIGESTIE
II. ENZIME sintetizate în PANCREAS (din
Zimogeni), locul biosintezei fiind reticulul
endoplasmatic al pancreasului:
1. Tripsina
2. Chimotripsina Endopeptidaze
3. Elastaza
4. Carboxipeptidaze Exopeptidaze
5. Ribonucleaza şi Dezoxiribonucleaza
(scindează AN în nucleotide)
I. Digestia PROTEINELOR din alimente
III. ENZIME secretate la nivelul INTESTINULUI
SUBTIRE:
1. Aminopeptidaze
2. Tripeptidaze Exopeptidaze
3. Dipeptidaze
1. Debutul procesului de digestie implica existenta
unei faze initiale = “faza cefalica”.
Are loc o secretie hormonala: Gastrina (hormon
peptidic format din 34 AA).
Gastrina actioneaza la nivelul celulelor parietale ale
stomacului determinand secretia de acid gastric
(HCl de concentratie 0,1N) pH stomac = 1,5-2.
2. Acidul gastric actioneaza asupra Pepsinogenului, realizand activarea
Pepsinei prin hidroliza („Activare intramoleculara”).
Pepsina formata poate actiona la randul ei drept catalizator, determinanad
formarea de noi molecule de Pepsina activa (“Activare intermoleculara”).
I.2. Etapele procesului de DIGESTIE
I. Digestia PROTEINELOR din alimente
Modificarile majore ale proteinelor din alimente incep la nivelul
STOMACULUI, sub actiunea acidului gastric care modifica legaturile slabe
din proteine (modifica conformational proteina), facilitand astfel expunerea
situsurilor specifice pentru actiunea enzimelor digestive.
La nivelul stomacului incepe sa actioneze Pepsina:
Realizeaza digestia in sucul gastric;
Este o Endopeptidaza cu o specificitate larga
(prezinta multe situsuri de hidroliza la nivelul
proteinei).
Poate hidroliza preferential lantul polipeptidic dupa
Leu din proteina, dar si dupa AA aromatici.
I.2. Etapele procesului de DIGESTIE
I. Digestia PROTEINELOR din alimente
Insuficienţa pancreasului are consecinţe grave
asupra funcţionării organismului uman, hidroliza
proteinelor alimentare nemaiputând avea loc în
lipsa Enzimelor secretate de acesta.
A. Secretina
Stimulează secreţia unui suc pancreatic
sărac în Enzime dar bogat în HCO3-
(reglează pH-ul din duoden)
Stimulează secreția de Pepsină la nivelul
stomacului si secreția de insulină.
Funcţionarea eficienta a PANCREASULUI este datorata acţiunii a
2 hormoni pancreatici (secretati de mucoasa intestinala):
A. Secretina
B. Colecistokinina (CCK)
I. Digestia PROTEINELOR din alimente
3. Generarea
hormonilor la nivelul
pancreasului.
I.2. Etapele procesului de DIGESTIE
B. Colecistokinina (CCK)
Stimulează secreţia unui suc pancreatic
bogat în Enzime.
Hormon peptidic (sintetizat de mucoasa
intestinului subțire și secretat în duoden).
Determina la nivelul pancreasului
secretia Zimogenilor:
Tripsinogen,
Chimotripsinogen,
Proelastaza,
Procarboxipeptidaza,
Profosfolipaza)
necesari digestiei în intestin a
Proteinelor, Lipidelor, Acizilor nucleici şi a
Glucidelor.
I. Digestia PROTEINELOR
I.2. Etapele procesului de DIGESTIE
Enterokinaza(Enteropepsidaza)
Tripsinogen Tripsina
TripsinogenTripsina
cataliza
autocataliza
ChimotripsinogenProelastazaProcarboxipeptidaza
ChimotripsinaElastazaCarboxipeptidaza
cataliza
Mecanismul activării enzimelor digestive
Activarea ENZIMELOR digestive din intestinului subţire
I. Digestia PROTEINELOR din alimente
Transformarea Zimogenilor in Enzime active se realizeaza printr-o “Cascada
de activare” = succesiune de r. de hidroliza la nivelul Zimogenilor.
Prima enzima implicata in procesul de activare este Enterokinaza.
*Enterocite = Celule epiteliale cilindrice ale
mucoasei intestinale).
Enterokinaza
Enteropepsidaza secretata de
enterocite*.
Functia sa principală constă în
declanşarea procesului de conversie
a Tripsinogenului în Tripsină activă.
5. Definitivarea hidrolizei se soldează cu implicarea enzimelor
secretate la nivelul intestinului subţire:
Aminopeptidaze
Exopeptidaze secretate de enterocite (celule ale mucoasei
intestinale);
Sunt caracteristice capatului amino.
Dipeptidaze
hidrolizeaza fragmentele peptidice mici (ex: dipeptide).
Fosfataza
indeparteaza fosfatul din AA fosforilati prezenti in alimente.
La nivelul intestinului subtire produsii de digestie ai proteinelor sunt
reprezentati de: oligopeptide, dipeptide si AA liberi.
I. Digestia PROTEINELOR
I.2. Etapele procesului de DIGESTIE
4. Actionea Exopeptidazelor.
Carboxipeptidaze
Sunt Exopeptidaze secretate la nivelul pancreasului;
Hidrolizeaza AA de tip C-terminal.
Pepsina nu este prea specifica în partea sa de acțiune:
catalizează digestia parțială a proteinelor prin hidroliza unei varietati de resturi de AA;
poate hidroliza preferential leg. peptidice interne in care gr. – NH2 apartine unui AA aromatic
(ex: Phe, Tyr, Trp).
Tripsina este destul de specifica:
hidrolizează leg. peptidice interne in care gr. –NH2 apartine AA bazici (ex: Arg, Lys și Hys).
Chimotripsina prezinta specificitate:
hidrolizează leg. peptidice interne in care gr. – COOH apartine AA aromatici (ex: Phe, Tyr, Trp).
Elastaza nu este foarte specifica:
scindează leg. peptidice dintr-o varietate de AA;
poate prefera să acționeze în AA cu un R scurt si neincarcat (ex: Gly, Ala, Val).
Specificitatea enzimelor implicate in procesul de Digestie al PROTEINELOR
I. Digestia PROTEINELOR din alimente
Chimotripsina
Tripsina
Carboxipeptidaze:
Exopeptidaze ce hidrolizeaza leg. peptidice periferice la capatul C-terminal al lant. polipeptidic.
Aminopeptidaze:
Exopeptidaze ce hidrolizeaza leg. peptidice periferice la capatul N-terminal al lant. polipeptidic.
Primele enzime care actioneaza asupra DIGESTIEI PROTEINELOR alimentare
sunt Endopeptidazele din sucul gastric, urmate de actiunea Exopeptidazelor din
intestinul subtire:
Pepsina realizeaza digestia in sucul gastric;
Tripsina, Chimotripsina si Elastaza realizeaza digestia la nivelul intestinului
subtire.
Rezultatul actiunii combinate a ENDOPEPTIDAZELOR
Formarea de Polipeptide de marime medie ce prezinta
capete accesibile pentru actiunea ulterioara a EXOPEPTIDAZELOR.
Principalele Exopeptidaze: Carboxipeptidaze, Aminopeptidaze, Fosfataze.
I. Digestia PROTEINELOR din alimente
IN CONCLUZIE ……
II.1. Mecanismul de transport – absorbţie al aminoacizilor
Absorbtia AA liberi se realizeaza
de-a lungul mucoasei intestinale
prin 2 tipuri de mecanisme de
transport:
1. Mecanism activ dependent
de Na+ (in mare masura)*.
2. Mecanism pasiv = Difuzie
Transportul şi absorbţia prin
difuzie sunt limitate.
II. Absorbtia PROTEINELOR
Sangele transportă AA prin vena porta în FICAT. La acest nivel:
o parte din AA participa la sinteza proteinelor poprii şi a
proteinelor serice;
restul AA este distribuit prin sânge celorlalte ţesuturi.
Componentele rezultate în urma procesului de digestie
sunt supuse unui proces de ABSORBTIE.
În transportul activ, o legătură de energie mare (ex: din ATP sau
alt compus de energie mare) asigură energia necesară pentru a
transporta ionii sau molecule de-a lungul membranei celulare. *Toate celulele conțin in
membrana celulara
proteine de transport
numite pompe de ioni, care
transportă în mod activ Na+,
K+, Ca+2, Mg+2 de-a lungul
membranelor celulare.
II.1. Mecanismul de transport – absorbţie al aminoacizilor
Dipeptidele si Tripeptidele din lumenul
intestinal penetreaza marginea celulelor
mucoasei intestinale unde sunt hidrolizate
la AA liberi, care vor fi transportati ulterior in
fluxul sanguin.
Oligopeptidele relativ mari (> Tripeptide)
pot fi absorbite intacte prin Endocitoza*,
strabat celulele mucoasei epiteliale sub
forma de vezicule (ruta transcelulara numita
„Transcitoza”) si sunt eliberate prin
Exocitoza*.
II. Absorbtia PROTEINELOR
Di- si tripeptide
(cotransport H+) AA
(co-transport
cu Na+)
Absorbtia AA si peptidelor mici. Dupa digestie
majoritatea proteinelor sunt absorbite ca AA.
Peptide mici (sunt
transportate de-a
lungul celulelor
prin transcitoza)
Peptide
Proteine
*Endocitoza = proces de internalizare de către celule a
unor macromolecule, particule sau a altor celule.
Exocitoza = proces prin care celulele transportă proteinele
și lipidele nou-sintetizate către membrana celulara
Mecanismul de transport – absorbţie al Aminoacizilor
Exista mai multe Translocaze cu specificitate de grup:
1. Translocaze pentru AA neutri cu molecula mică;
2. Translocaze pentru AA neutri cu molecula mare;
3. Translocaze pentru AA cu caracter bazic;
4. Translocaze pentru AA cu caracter acid;
5. Translocaze pentru Prolină.
II. Absorbtia PROTEINELOR
Transportul AA este mediat de proteine specializate =
TRANSLOCAZE, care prezinta specificitate pentru natura
chimică a catenei de AA (au structura similara).
II. Absorbtia PROTEINELOR
Există 4 categorii de proteine de transport dependente de Na+:
1.Transportator pentru AA cu caracter acid.
Ex: Acid glutamic (Glu), Acid aspartic (Asp)
2. Transportator pentru AA cu caracter bazic.
Ex: Lisina (Lys), Histidina (His)
3. Transportator pentru AA cu caracter neutru.
Ex: Alanina (Ala), Glicina (Gly), Serina (Ser)
4. Transportator pentru Prolina (Pro).
Proteina de
transport
Absorbţia AA din proteinele vegetale este mai mică decât cea din
proteinele animale care au grad mai mare de digestibilitate.
Datorita prezenţei fibrelor în cantitate mai mare la proteinele vegetale
care nu permit acţiunea Proteazelor.
Di- şi tripeptidele au valoare nutriţională mai mare decât AA liberi.
O parte din produşii de digestie ai proteinelor, care NU se absorb în
intestinul subţire, ajung în INTESTINUL GROS (colon).
sunt supuşi acţiunii bacteriilor din flora intestinală (conc.
microorganismelor în colon este de 1011 mL, comparativ cu cea
din stomac si intestinul subţire, 105 mL).
II. Absorbtia PROTEINELOR
In urma activităţii microorganismelor* şi a Enzimelor din colon asupra
produşilor de digestie ai proteinelor se formează AA liberi din care 28% sunt
ABSORBIŢI iar restul sunt transformati in alti compusi organici.
Transformarea AA se realizeaza prin r. de decarboxilare, deaminare, oxidare,
desulfurare sau prin procese chimice combinate: deaminare + decarboxilare +
oxidare si poate conduce la compusi un caracter toxic pentru organism.
II. Absorbtia PROTEINELOR
*Bacterii anaerobe: Bactenoidal, Clostridium, Streptococus, Bifiduss etc.
Exemple de compusi toxici ce pot aparea la transformarea AA:
1.
2.
3.
Aceşti compuşi toxici se neutralizează în ficat, datorită enzimelor specifice pe
care acesta le conţine, formând compusi conjugaţi netoxici ce se elimină prin
urină.
Observatie: Cantitatea de Indican din urină indică gradul de putrefacţie din intestin
şi starea de funcţionare a ficatului.
II. Absorbtia PROTEINELOR
4.