130843464-metabolismul-1

Upload: handmade

Post on 09-Oct-2015

14 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Metabolismul

TRANSCRIPT

  • 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

    ******