c9 metabolism proteine ipa

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.