MetabolismulBioenergeticaCiclul Krebs

Noiuni generale de metabolism. Catabolismui i anabolismul. Cile metabolice centrale, ciclice i specifice.Metabolismul intermediar. Metode de studiere.Noiuni de energie liber standard. Compuii macroergici - structura chimic i rolul lor. Ciclul ATP-ului. Caracteristica strii energetice a celulei. Indicii ce o caracterizeaz. Reglarea metabolismului celular.Decarboxilarea oxidativ a acidului piruvic - enzimele, cofactorii, reglarea.Ciclul Krebs - reaciile pariale. Esena biologic a ciclilui Krebs, reglarea lui. Noiune de fosforilare la nivel de substrat. Stoichiometria ciciului Krebs. Reaciile anaplerotice (reaciile care furnizeaz produse intermediare al ciclului acizilor tricarboxilici).

Metabolismul Metabolismul sistem coordonat de transformri a substanelor i energiei sub aciunea sistemelor multienzimatice.Deosebim: metabolismul extern i intermediar Metabolismul extern include procesele necesare pentru: asimilarea substanilor nutritive , transportul metaboliilor intermediari ntre celulele diferitor organe i esuturi i eliminarea produselor finale din organism.Metabolismul intermediar totalitatea reaciilor chimice ce decurg ntr-o singur celul vie (i asigur viabilitatea, creterea i reproducerea ei).

Funciile metabolismului:

aprovizionarea celulelor cu energie chimic (ce se formeaz la scindarea substanelor nutritive);transformarea substanelor nutritive n precursori necesari pentru sinteza macromoleculelor asamblarea macromoleculelor n componeni celulari;biosinteza i degradarea biomoleculelor cu destinaie special (h, mediatori, cofactori);

Fazele metabolismului

Evideniem 2 faze:1. Catabolismul faza de degradare a macromoleculelor n micromolecule.este nsoit de eliberarea energiei (care poate fi acumulat sub form de ATP sau NADPH+H+2. Anabolismul faza de sintez a macromoleculelor din micromolecule, necesit utilizarea ATP sau NADPH+H+

Etapele catabolismului:I etap - decurge n TGI (fr eliminare de E). Macromolecule alimentare se scindeaz n monomerii si.II etap monomerii se transform ntr-un precursor comun Acetil-CoA (are loc generare de energie).III etap amfibolic - ciclul Krebs si fosforilarea oxidativ (FO) H2O+ CO2 are loc generare de energie

Proteine Glucide LipideAAmonozaharideAG+glicerolPiruvatAcetil -CoAc. KrebsH2OL.RFOCO2 glucoCeto-IIIIIIIIADP + PiATP

Deosebirile cilor catabolice de anaboliceconsiderentul energetic;succesiunea reaciilor este reglat separat;difer dup localizarea n celul.

CILE METABOLICE- reprezint reaciile chimice in lant, cu o anumit funcie.S ==>A ==> B ==> C ==> PDEOSEBIM CI METABOLICE:A. a) centrale (comune pentru degradarea i sinteza principalelor macromolecule)b) specifice (caracteristice doar pentru substane individuale (cofactor).B. a) liniare (glicoliza) b) ciclice (ciclul Krebs)C. a) anabolice b) catabolice c) amfiboliceD. a) aerobe b) anaerobe

Metode de studiu a cilor metabolice Pe organismele intact aport eliminare se aplic att pe organismele sntoase ct i pe organismele bolnave (infectate) i stresate. Se efectuiaz prin marcarea metaboliilor cu izotopi.Studiul experimental prin perfuzarea organelor intacte.Studiul seciunilor tisulare.La nivel celular.La nivelul organitelor celulare.

REGLAREA METABOLISMULUI

Se realizeaz la diferite nivele:la nivelul proprietilor specifice enzimelor (cantitatea de E i S, prezena Co, pH, t); la nivelul E reglatoare alosterice; Majoritatea reaciilor sunt reglate de starea energetic a celulei. Indicatorul ei este sarcina energetic

SE = [ATP]+1/2[ADP] [ATP]+[ADP]+[AMP] SE= 0,8-0,95

PF = [ATP]/[ADP]*[Pa] = 500Se = 0 ( AMP); Se=1 (ATP). Atkinson cile metabolice, responsabile de sinteza ATP sunt inhibate de Se nalt; dar cile de utilizare ale ATP sunt stimulate. Cile catabolice ca regul sunt inhibate de ATP, NADH2 i activate de AMP, ADP, NAD+. Pentru cile anabolice aciunea acestor compui este invers.

4. reglare prin modificarea covalent a enzimelor (fosforilare-defosforilare), modulat de hormoni (adrenalina, glucagon .a)5. inducia i represia enzimatic - modificarea concentraiei E la nivel de transcripie a genelor corespunztoare sub aciunea hormonilor steroizi.6. Reglarea dependent de hormonii care accelereaz activitatea E (adaptare imediat) sau de viteza sintezei enzimelor (adaptare de lung durat)Exemple: adrenalina i steroizii7. Influiena medicamentelor de diferit origine

Bioenergetica. Bioenergetica- tiina ce studiaz transformrile i utilizarea energiei. n lumea vie sistemul termodinamic poate fi reprezentat de un organism ntreg; un organ; o celul; o reacie chimic.

Organismele vii pot fi considerate sisteme termodinamice, pentru care sunt valabile legile termodinamicei:

I. Principiul conservrii energia reaciilor chimice nu dispare i nu apare din nimic, dar se transform dintr-o form n alt. Ex.: E chimic se transform n E termic, electric, mecanic.II Principiul evoluiei toate procesele asociate cu transfer de energie se desfoar de la sine numai ntr-o direcie i numai pn la o anumit limit - ce corespunde entropiei maximale.

Sistemele biologice sunt sisteme deschise (schimb de energie i materie cu mediul nconjurtor) Fiecare sistem are o energie intern (E), care este constituit din energie liber (G) i energie dependent de variaiile TS (energie legat). E= G + TSFora motrice a reaciilor este tendina sistemului att de a-i spori gradul de dezordine, ct i de a-i reduce coninutul de energie liber ordonat.

Noiune de energie liber standard. Energie liber reprezint acea parte din energia (total) intern a sistemului, capabil s efectuieze un lucru asupra mediului n condiii constante de T i presiune - G kcal/mol Dac E= G + TS G = E - TS.TS - energia legat - nu poate fi utilizat pentru efectuarea lucrului (T- t absolut; S variaia entropiei (gradul de dezordine al sistemului). Creterea entropiei mpedic revenirea la starea iniial, de aceea reaciile nsoite de creterea entropiei - sunt ireversibile.Energia liber standard este partea de energie total a sistemului, convertit n lucru n condiii standard (G0) T=298K, C% iniiala 1,0 mol, pH = 7, presiunea 760 torii (1 atm).

Referitor la o singur reacie chimic - variaia energiei libere standard este diferena dintre suma energiilor libere ale produilor i suma energiilor libere ale reactanilor. G pozitiv 0 cnd produii conin mai mult energie dect reactanii (substanele iniiale) endergonice (nu pot efectua un lucru spontan, necesit energie din exterior). AB GB GA G negativ 0 produii conin mai puin energie dect substanele iniiale exergonice (fr folosirea energiei) stnga la dreapta pot efectua un lucru.G = 0 nu evalueaz nici ntr-un sens.Reaciile catabolice exergoniceAnabolice endergoniceLegtura (conexiunea) ntre ele este ATP.

Ciclul ATPATP- transportor universal al energiein forma sa activ este un complex cu ionii de Mg sau Mn ATP 2 legturi macroergice(valoare negativ ridicat a G0),Servete ca surs de energie n:Lucrul mecanic: micare, contracieBiosinteza moleculelor biologiceTransport: transportul prin membrann transmiterea informaiei genetice

Ciclul ATPn condiii standard hidroliza ATP are loc pe 2 ci:ATPADPH3PO4AMPPP2H3PO4

7,3 kcal/mol14,6 kcal/mol

Sinteza ATP din ADP i Pi este posibil pe 2 ci:1. FO2. fosforilare la nivel de substrat reaciile n care energia necesar pentru sinteza legturii macroergice fosfat e furnizat de un substarat supermacroergic.

Particularitile structurale ale ATP ca donor de energiela pH=7 are 4 sarcini negative, care se resping mai puternic comparativ cu cele 3 din ADPLeg macroergice sunt de tip anhidrid (unesc 2 resturi acide)Prezena ionilor de Mg (afinitatea ADP este de 6 ori mai mare hidroliza este spre formarea ADP+Pi)

Legtura macroergic. Substane macroergiceTransportul principal al energiei de la procesele catabolice spre cele anabolice i forma major de stocare a ei n organism sunt legturile macroergice fosfat i tioesterice din diverse substane Legtura macroergic care la hidroliza ei se elibereaz mai mult de 5,2kcal/mol (21 kJ/mol)

Legtura macroergic. Substane macroergiceCompuii supramacroergici G0 (kJ/mol) kcal/molfosfoenolpiruvat -61,9 -14,81,3 difosfoglicerat -49,3 -11,8creatinfosfat -43,1 -10,3 Compuii macroergici -G0 (kJ/mol)ATP ADP +H3PO4 -30,4 -7,3 (7,6)ADP AMP + H3PO4 -28,4H4P2O7 2Pi+H+ -28,4 - 6,9 (-7,3-8)acil~CoA -31,4 -7,5Compuii submacroergici Glucozo-1 P -5,0Fructozo 6 P - 3,8Glucozo- 6- P - 3,3

Decarboxilarea oxidativ a piruvatului DOP la eucariote e localizat n mitocondrii; la procariote citozol. Are loc sub aciunea complexului multienzimatic PDH, alctuit din:1. E1 PDH Co1-TPP 2. E2 dehidrolipoiltransacetilaz S Co 2- AL S3. E3 dehidrolipoilDH HSCoA a.pantotenicCo3 FAD NAD+K kinaza specificF fosfotaza specific, dependent de Ca2+ i Mg2+X proteina ligand (n E3)Caracteristica: la E.Coli compus din 48 de lanuri polipeptidice. Nucleul l ocup E2; iar E1 i E3 se leag n exterior de nucleu. Lanurile sunt legate prin fore necovalente.

Atacul nucleofil - hidroxietiltiaminoPP, 2. gruparea hidroxiettilic se oxideaz cu gr disulfidic- trece n sulfhidrilic se formeaz acetillipoamidCH3-CO-COOH +E1-TPPE1- TPP-CH-CH3OHE1-TPP-CH-CH3 + E2 ALOHSSE1-TPP + E2-ALSHS-C-CH3+ CO2O

pyruvate dehydrogenase complex

E2-ALSHC-CH3OOO+HS-CoAE2-ALSHSH+CH3COSCoAE2-ALSHSH+E3-FADE2-ALSS+E3-FADH2

E3-FADH2 +NADE3-FAD+ NADH+HReacia sumar:CH3-CO-COOHCH3-CO - S CoA + CO2 +NADH+HComplexul PDH:E1-TPP, E2-ALSSE3-FAD HS-CoA, NADCiclul KrebsLR =3 ATP+

EMBED ChemDraw.Document.4.5

Pyruvate Dehydrogenase

pyruvate acetyl-CoA

_1001439188.cdx

Reglarea complexului PDHInhibat prin retroinhibiie: AcetilCoAE2; NADH E3Efectul e reversibil la aciunea NAD i HSCoAInhibiia alosteric este amplificat de AG macromoleculariReglare nucleotidic, prin sarcina energetic: inhibat de GTP i activat de AMPReglare covalent: complexul PDH este inhibat prin fosforilare (kinaza PDH), activat prin defosforilare (fosfataza PDH).Fosforilarea se amplific la raportul nalt ATP/ADP; acetil CoA/HSCoA; NADH/NAD; defosforilarea la concentraii mari de piruvat i Ca

Ciclul Krebs RolulConst dintr-o secven de reacii ce se desfoar n ciclu (realizeaz degradarea lui Acetil Co A pn la 2 mol de CO2 i produce energie stocat n GTP, NADH+H, FADH2Are loc n matricea mitocondrialCaracter aerobRolul:Donor de protoni i electroni pentru LRIntegrativAmfibolicenergetic

1. Condensarea lui Acetil CoA cu OA

2. Izomerizaea citratului n izocitrat

3. DH i decarboxilarea izocitratului

IDH NAD dependent- localizat n MCIDH NADP dependent- att n MC ct i n citozol

4. Decarboxilarea oxidativ a alfa cetoglutaratului

5. Fosforilare la nivel de substrat

6. DH succinatului

7. Hidratarea fumaratului

8. DH malatului

Ciclul acizilor tricarboxilici (Krebs)Acetyl CoA1 Condensarea Acetil CoA cu OA E-Citrat sintetaza cu formare de Citrat. CH3-C=O I SCoA COOHICH2IC=O I COOH COOH I CH2 IOH-C-COOH I CH2 I COOH COOH I CH2 I H-C-COOH I CH- OH I COOH COOH I CH2 I CH2 I CH=O I COOH COOH I CH2 IHC-OH I COOHCOOHICH2ICH2IC=OISCoACOOHICH2ICH2ICOOH2. Trecerea Citratului la Izocitrat EAconitaz- ce contine Fe i glutation redus. Enzima exist sub 2 forme izoenzimatice: a. n MCb. Citoplasm3. Oxidarea Izocitratului la Alfa-cetoglutarat . E-IzocitratDH, care are ca coenzim NAD, necesit Mg2+, const din 8 subunitti (380000D)- este activat de: ADP- inhibat de: NADH+H+ATP4. Oxidarea alfa cetoglutaratului la succinil CoA sub actiunea complexului polienzimatic Alfa cetoglutaratDH asemntor cu complexul Piruvat DH compus din 5 coenzime i 3 enzime. Procesul se desfoar n cinci etape.Diacilarea SuccinilCoA cu formare de Succinat i GTP, ca rezultat al fosforilrii la nivel de substrat 6.Dehidrogenarea Succinatului la Fumarat E- SDH FAD dependent-8. Oxidarea Malatului la OA E- MDH7. Hidratarea Fumaratului la MalatCOOHICHIICHICOOH

Reacia sumar. Bilanul energeticCH3COSCoA +3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2 +3NADH+H +FADH2+GTP+2H+HSCoA++

Reglarea ciclului KrebsCitrat sintaza:Inhibat - succinil CoA; AG; NADH; citratActivat: S- OA, Acetil CoAIzocitratDH:Activat: ADP, Mg, MnInhibat: NADH2 i NADPH2, ATPAlfa cetoglutaratDHInhibat: succinil CoA; NADH2; Se mare

Reaciile anapleroticeReaciile ce furnizeaz produii intermediari ai ciclului KrebsFormarea de OAPiruvat +CO2+ATPOA+ADP+PiE- piruvatcarboxilaza (biotin dependent)Asp+cetoglutarat OA+Glun miocard i muchi:Fosfoenolpiruvat +CO2+GDP OA +GTPE- fosfoenolpiruvatcarboxikinaza

Reaciile anaplerotice2. Formarea alfa cetoglutaratului: Glu+Piruvat Ala + cetoglutarat + Ala3. Formarea lui succinil CoA din propionil CoA (1. din oxidarea AG cu numr impar de atomi de C; 2. din catabolismul Val, Ile, Met)4. Formarea fumaratului (din catabolismul Fen i Tyr)

************************hidroxietiltiaminoPP, 2. gruparea hidroxiettilic se oxideaz cu gr disulfidic- trece n sulfhidrilic*Nucleic acids, DNA & RNA, are polymers of nucleotides, involved in the storage and recovery of genetic information in a cell which ultimately determines what proteins are made.*****************************************Acetyl-CoA: acetyl coenzyme AOAA: oxaloacetateCS: citrate synthaseCit: citrateAC: aconitaseIcit: isocitrateNAD+/NADH: nicotinamide adenine dinucleotideICDH: isocitrate dehydrogenaseaKG: a-ketoglutarateaKGDH: a-ketoglutarate dehydrogenaseSCoA: succinyl coenzyme ASCoAS: succinyl coenzyme A synthetaseGDP: guanosine diphosphateGTP: guanosine triphosphateSuc: succinateSDH: succinate dehydrogenaseFAD+/FADH2: flavin adenine dinucleotideFum: fumarateFR: fumaraseMal: malateMDH: malate dehydrogenase

******