lr microzomal glucide 1 2015 pdf

Upload: ancaelenagrigoras

Post on 10-Mar-2016

61 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

Lantul respirator microzomal glucide curs biochimie 2015 UMF Facultatea de Farmacie

TRANSCRIPT

  • ALTE SISTEME TRANSPORTOARE DE

    HIDROGEN I ELECTRONI.

    OXIDOREDUCERILE MICROZOMALE

    1

  • OXIDOREDUCERILE MICROZOMALE

    Localizate n reticulul endoplasmatic neted (fraciunea microzomal)

    Sistem transportor de electroni care nu este fosforilant (nu este

    productor de ATP)

    Implicat n procesele de hidroxilare i de dehidrogenare

    Sistemul cuprinde:

    donorul de echivaleni reductori - NADPH2

    flavoprotein

    fier-sulf-protein

    citocrom microzomal specific, denumit citocromul P450, care are rol de

    oxidaz mixt, cataliznd concomitent procese de hidroxilare i de

    formare a apei.

    Hidroxilazele utilizeaz NADPH, n calitate de cosubstrat i oxigenul

    molecular, cataliznd urmtoarea reacie general:

    R-H + NADPH + H+ + O2

    R-OH + NADP+ + H2O

    2

  • R-H O

    R-HO

    2

    R-H

    O2

    O

    O2-

    citP450-Fe3+

    (Oxidat)

    Produs

    hidroxilat

    citP450-Fe3+

    citP450-Fe3+

    citP450-Fe2+

    citP450-Fe2+

    Citocrom P450

    reductaza

    Substrat (R-H)

    NADPH+H+

    1e-

    primul

    electron

    al doilea

    electron

    2H+

    H2O

    (R-OH)

    R-OH

    NADP+

    FAD

    FADH22Fe3+-Sulf

    proteine

    2Fe2+-Sulf

    proteine

    2e-

    1e-

    R-H + NADPH + H+ + O2

    R-OH + NADP+ + H2O

    Mecanismul secvenial al oxidoreducerilor microzomale

    Citocromul

    P450

    Substrat (R-H)

    Compus aromatic

    Compus steroidic

    Acizi biliari

    Metabolit toxic endogen

    Medicament

    3

  • 4Schema ilustreaz legarea substratului (R-H) de citocromul P450, transferul individual, secvenial, al celor doi electroni de la NADPH-citocrom P450 reductaz, i legarea de oxigenul activat, cu formarea substratului hidroxilat (R-OH) i a apei (H2O)

    n prima etap, substratul R-H se combin cu forma oxidat (Fe3+) a P450 care este apoiredus cu un electron (ce provine de la NADPH) la forma Fe2+. Acest transfer al primuluielectron se face prin intermediul flavoproteinei (NADPH citocrom P450 reductaza). Fier-Sulf proteinele, au rolul de a separa cei doi electroni provenii de de la NADPH. Complexul format din citocromul P450 (Fe

    2+) i substrat (R-H) reacioneaz cu oxigenulmolecular (O2) ntr-un asemenea mod nct unul din atomii de oxigen este redus la ap, iar cellalt este introdus n substratul organic, rezultnd substratul hidroxilat (R-OH). Ca mecanism, complexul este oxigenat i primete un al doilea electron de la NADPH, rezultnd oxigen activat sub form de anion O2-. Urmeaz o oxidoreducereintern cu formarea substratului hidroxilat i a apei (H2O), ambii produi de reacieconinnd atomii de oxigen din molecula de O2. Citocromul P450 liber este regeneratsub form de Fe3+. Transferul de echivaleni reductori de la NADPH se face n doutrepte, datorit aciunii Fe-S proteinelor.

    Mecanismul secvenial al oxidoreducerilor microzomale

  • R-H - substratul care urmeaz a fi hidroxilat: compui aromatici,

    compui steroidici, acizi biliari, medicamente, metabolii toxici

    endogeni;

    Un atom din molecula de O2 este ncorporat n substratul R-H iar

    cellalt este redus cu formarea apei.

    Flavoproteina microzomal i citocromul P450 prezint fenomenul de

    inducie enzimatic: biosinteza i deci concentraia lor n ficat crete

    semnificativ sub aciunea barbituricelor i a altor medicamente.

    Aceti ageni stimuleaz proliferarea reticulului endoplasmatic din

    celulele hepatice = > adaptare cu rol protector a celulei.

    R-H + NADPH + H+ + O2

    R-OH + NADP+ + H2O

    5

  • 6 componenta de baz a sistemului oxidazic cu funcii multiple (SOFM) familie multigenic de hemoproteine caracterizate prin proprieti diferite

    de cataliz, de specificitate pentru substrat, i de sensibilitate la tratamentulcu diferii inductori.

    denumirea de citocrom P450 este dat de complexul citocromului cumonoxidul de carbon care este un pigment (P) cu un maxim de absorbiela 450 nm

    clasa proteinelor cu hem, centrul activ este alctuit dintr-un complexchelat fier-protoporfirina IX. Apoproteina are o mas molecular cuprinsntre 45.000 i 50.000 daltoni

    Modelul spaial al citocromului P450 descifrat prin cristalografie de raze X. Este redat structura secundar a componentei proteice i componenteiprostetice de tip heminic. Captul N-terminal este ilustrat cu albastru, iarcel C-terminal cu rou. (dup Hamdane, 2008)

    Citocromul P450 (CYP, EC: 1.14.14.1)

  • 7 Multiplicitatea i eterogenitatea citocromilor P450 a necesitat elaborarea unei nomenclaturi bazat pe procentul de omologie al secvenelor proteice, aceast nomenclatur fiind adus la zi o dat la doi ani.

    Tehnicile de biologie molecular recent descoperite au permis izolarea mai multorADNc ale citocromilor P450. Aceste secvene au fost exprimate n numeroase celuleeucariote sau procariote, iar celulele recombinante au permis studierea specificitii de substrat a acestor izoforme precum i caracteristicile lor fizico-chimice.

    Anul 2014 a marcat a 60-a aniversare a descoperirii citocromilor P450, fiindidentificate la om un numr de 57 gene care codific pentru diferite izoenzime ce prezint un interes farmacologic i toxicologic.

    Citocromul P450 (II)

    Familie Sub-familie Enzima

    CYP 1

    Omologie > 40%

    AB.

    Omologie > 60%

    123.

    2 AB.

    3 ..

    Monooxigenazelecitocrom P450 suntdesemnate cuprescurtarea CYP urmatde o cifr arab care indic familia genic dincare face parte. Urmeazapoi o liter pentrusubfamilie i o cifr arabca numr de identificarea genei.

  • 8 O izoform nu este specific unui singur substrat, un CYP poate metaboliza

    mai multe substrate i un substrat poate fi metabolizat de mai multe

    izoforme CYP.

    Familia CYP metabolizeaz mii de compui endogeni i exogeni i sunt

    prezente n aproape toate esuturile.

    Sunt implicate n biosinteza colesterolului, a acizilor biliari, hormonilor

    steroizi, i n metabolismul vitaminei D.

    La om, cele mai implicate enzime n metabolismul medicamentelor sunt

    izoformele: CYP3A4, CYP2D6, CYP2C9, CYP1A2, CYP2C19.

    Dei membrana reticulului endoplasmic constituie principala localizare

    subcelular a citocromului P450 n ficat, el este de asemenea situat n

    membrana intern mitocondrial a celulelor din glandele suprarenale, din

    testicule, placent i creier.

    Citocromul P450 (III)

  • 9Clasificarea CYP 450 n funcie de substrat

  • 10

    Izoforma CYP Substrate Inhibitori Inductori

    Principalele clase de CYP implicate n metabolismul medicamentelor. Activarea i inhibiia cu impact asupra

    eficacitii-toxicitii acestora

    B. P. Sweeney and J. Bromilow, Anaesthesia, 2006, 61, pages 159177

  • 11

    Substrate Inhibitori InductoriIzoforma CYP

    Principalele clase de CYP implicate n metabolismul medicamentelor. Activarea i inhibiia cu impact asupra

    eficacitii-toxicitii acestora

    B. P. Sweeney and J. Bromilow, Anaesthesia, 2006, 61, pages 159177

  • GlucideLipideProteine

    VitamineMineraleH2O

    XENOBIOTICE digestieabsorbtietransport

    Compusi intracelulari SIMPLI

    Biomolecule COMPLEXEcu rol structural si functional

    Ci de biosintez Ci de stocare

    Compusi de REZERV

    O2

    Detoxifiere siEliminare

    Produsi de degradareProdusi toxici

    Transformari oxidative

    Energie

    CO2H2O

    ANABOLISM

    CATABOLISM

    Componente dietare

    MEDICAMENTE

  • Aminoacizi Hexoze

    Pentoze

    Acizi grasi

    Glicerol

    Proteine Polizaharide Lipide

    Acetil~SCoA

    Ciclul

    citratului

    2H 2H 2H 2H

    Oxidarea biologic

    H2OCO2

    O2 ATP

    Stadiul I

    Stadiul II

    Stadiul III

    Stadiul IV

    MECANISME GENERALE DE TRANSFORMARE A CONSTITUENILOR ORGANICI FUNDAMENTALI AI ORGANISMELOR VII

    13

  • Glucide

    Metabolism glucidic

    14

  • GLUCIDE Definiie i caracteristici structurale

    GLUCIDE sau CARBOHIDRAI = compui naturali, alctuii din carbon, hidrogen i oxigen, care au, n general, gust dulce i caracter reductor, sau care prin hidroliz pot forma compui cu aceaste proprieti.

    Biomolecule cu structuri de tip polihidroxicarbonilic (polihidroxialdehide sau polihidroxicetone).

    Clasificare (I)

    Clasificarea glucidelorn functie de comportarea la hidroliz

    Monozaharide (nu hidrolizeaz)

    Oligozaharide (hidrolizeaz n 2-10 resturi monozaharidice)

    Polizaharide (glicani, glucani) - compusi cu un numr mare de monozaharide n structur

    Homoglicani

    Heteroglicani15

  • Monozaharidele

    Monozaharide propriu-zise

    Monozaharide derivate

    n functie de numrulde atomi de carbon dinstructur

    n functie de tipul grupriicarbonil din structur

    -trioze-tetroze-pentoze-hexoze, etc

    -aldoze-cetoze

    Cu grupri amino care substituiegruprile hidroxil (aminozaharuri)

    -glucozamina-galactozamina-manozamina

    Acizi uronici: acidul glucuronic, acidul galacturonic, etc)

    -Cu N n structur si/sau -Cu S n structur (structuri N acetilate, N sulfatate, O sulfatate)

    Clasificarea monozaharidelor (II)

    16

  • 17

    Structurile liniare ale unor compui polihidroxialdehidici (aldoze)i polihidroxicetonici (cetoze)

    Monozaharide

    reprezentative

  • 18

    D-Glucoza i cei doi epimeri.Centru chiralic (cu rou)

  • 19

    Structuri

    piranozice

    i furanozice

    Anomerii

    i

  • 20

    Conformaia scaun a glucopiranozei

    Formarea structurilor ciclice i glucopiranozice

    atom de carbon semiacetalic

  • 21

    Derivai de hexoze cu rol biologic

  • 22

    Dizaharide formarea legturii glicozidice

    atomul de carbon anomeric

    Glu(a14)Glu

    Legtura glicozidic protejeaz atomul de carbon anomeric de oxidare

    Formarea maltozei

  • 23

    Structurile unor dizaharide

    Glc(a12b)Fru

    Configuraia atomului de

    carbon

    anomeric

    Atomi de carbon

    legai prin legtur glicozidic

  • Structurile unor dizaharide care conin monozaharide derivate (N i O-sulfatate)

    Acid glucuronic N-Acetilglucozamina

    Unitile repetitive ale unor glicozaminoglicani ai matrixului extracelular

    Polimeri liniari compui ai unitilor repetitive dizaharidice

  • 25

    Heteroglicani (I)

  • 26

    Heteroglicani (II)

  • Oligozaharidele 2-10 monozaharide, unite ntre ele prin legturi glicozidice oligozaharidele cu mai mult de trei uniti nu exist n form liber ci intr n structura unor biomolecule complexe n care sunt asociate cu lipide sau proteine

    Polizaharidele, denumite glicani sau glucani biomolecule constituite din cteva zeci pn la sute sau mii de subuniti monozaharidice; unele au structuri liniare (celuloza, acidul hialuronic, heparina) altele sunt ramificate (glicogenul, amidonul)

    O categorie aparte o constituie glucidele conjugate glicoproteinele i glicolipidele. Cele mai rspndite macromolecule din aceast clas sunt mucopolizaharidele, componente ale proteoglicanilor (constituite din acid hexuronic i hexozamine) i poliozidele bacteriene

    27

  • Homopolizaharide cu rol de glucide de rezerv

    Other homopolysaccharides (e.g. cellulose and chitin) serve as structural

    elements in plant cell walls and animal exoskeletons.

    Granule de amidon (plante)

    Granule de glicogen (muchi, ficat)

  • Structura spaial a amilozei din molecula de amidon

    Structura amidonului

    29

  • Suspensia de amiloz n ap adopt o

    conformaie helical.

    Iodul molecular (I2) se poate insera n

    mijlocul helixului => culoarea albastr

    caracteristic

    30

  • Structura spaial a glicogenului

    31

  • Fragment de chitin(homopolizaharid liniar compus din resturi de N-acetilglucozamin legate b)

    Exoschelet de chitin

    Celuloza i chitina homopolizaharide cu rol structural

  • Peretele celular la bacterii i alge conine heteropolizaharide cu rol structural

    Peptidoglican

    (unitile de GlcNac-Mur2Ac legate b1 4 - sunt crosslinkate de peptide mici)

    Structura agarozei (alge)

    exact structure depends

    on the bacterial speciesLizozimul distruge bacteriile prin hidroliza legturii b1 4

  • Agreganii= agregate de proteoglicani

    Agreganii

    interacioneaz puternic cu colagenul din

    matrixul extracelular

    contribuind la structura

    rigid a esutului conjunctiv

  • Numerose virusuri se fixeax pe suprafaa celulelor gazd prin intermediul lectinelor virale(proteine care leag glucide) i a oligozaharidelor de pe suprafaa celulelor gazd.

    Medicamente antivirale analogi structurali ai acidului N-acetilneuraminic, inhib sialidaza viral i limiteaz eliberarea virusurilor din celula infectat(Tamiflu) (Relenza)

  • Celulele de Helicobacter pylori ader la suprafaa mucoasei gastrice cu ajutorul unor interacii dintre lectinele bacteriene i oligozaharide specifice ale celulelor gastrice.

  • Rolul biologic al glucidelor

    surse directe de energie

    substane de rezerv ex: la animale glucoza se depoziteaz sub

    forma glicogenului muscular i hepatic, iar la plante sub form

    de amidon

    substane cu rol structural i de susinere ex: celuloza, chitina,

    mucopolizahridele din esuturile cartilaginoase.

    funcii specifice glicoproteinele intr n structura proteinelor

    de grup sangvin, particip la procesele imunitare, intr n

    structura heparinei cu rol anticoagulant, etc.

    37

  • 38

    Digestia i absorbia glucidelor

  • Digestia = transformrile mecanice,

    fizice i chimice pe care le sufer

    alimentele n tubul digestiv, pentru

    a le face capabile s strbat

    mucoasa acestuia i s ajung n

    limf i snge

    DIGESTIA I ABSORBIA GLUCIDELOR ALIMENTARE

    Absorbia = procesul de trecere a

    substanelor din intestin prin

    peretele intestinal n capilarele din

    snge, i apoi n vena port

    DIGESTIE = ansamblul cailor metabolice ce permit transformarea alimentelor in nutrimente

    39

  • Polizaharide : amidonul, glicogenul,Dizaharide : zaharoza, maltoza, lactozaMonozaharide: glucoza, fructoza, riboza, etc

    1. Cavitatea bucal: -amilaza

    salivar (-1,4-glucan-4-

    glucanhidrolaza, EC:3.2.1.1)

    secretat glandele salivare,

    hidrolizeaz amidonul => dextrine

    i eventual maltoz, transformare

    limitat de timpul scurt pe care

    alimentele l petrec n cavitatea

    bucal => bolul alimentar.

    DIGESTIA GLUCIDELOR

    40

  • 2. Stomac: n sucul gastric nu exist

    enzime amilolitice, iar amilaza

    salivar ce a acionat pn la acest

    nivel este inhibat de acidul

    clorhidric secretat n stomac =>

    chimul gastric.

    41

  • 3. Intestin: hidroliz sub aciunea

    enzimelor pancreatice i intestinale.

    -Amilaza pancreatic hidrolizeaz

    amidonul i glicogenul alimentar

    netransformate => dextrine i maltoz.

    Alfa-glicozidazele hidrolizeaz maltoza i

    alte dizaharide => dou molecule de

    glucoz

    -fructozidaza (zaharaza sau sucraza)

    hidrolizeaz zaharoza => glucoz i

    fructoz

    -galactozidaza (lactaza) hidrolizeaz lactoza =>glucoz i galactoz

    n urma digestiei glucidelor, n

    intestinul subire rezult o serie de

    monozaharide, dintre care predomin

    glucoza, galactoza, fructoza, manoza,

    precum i unele pentoze.

    42

  • Alfa-glicozidazele - int terapeutic

    Alfa-glicozidazele de la nivelul peretelui intestinal hidrolizeaz oligozaharidele la glucoz i alte monozaharide.

    Inhibiia acestor enzime reduce rata de digestie a carbohidrailor i reduce astfel cantitatea de glucoz disponibil pentru absorbie

    Acarboza, miglitolul inhibitori competitivi ai alfa-glicozidazelor utilizai pentru tratarea diabetului zaharat de tip II

    Efecte secundare datorit inhibiiei alfa-glicozidazelor, oligozaharidele nedigerate ajung la nivelul colonului unde sunt transformate de bacteriile saprofite, determinnd apariia de tulburri locale (flatulen, diaree)

    43

  • OCH2-OH

    OH

    OH

    O

    CH2-OH

    OH

    OH

    O

    CH2-OH

    OH

    OH

    O

    CH2-OH

    OH

    OH

    O

    CH2-OH

    OH

    OH

    OOH

    OH

    CH2

    O

    CH2-OH

    OH

    OH

    OHO

    OO

    O

    CH2-OH

    OH

    OH

    O O

    O O O O

    capt

    reductor

    1

    24

    4

    5

    6

    1

    2

    31

    6

    3

    5

    1

    a - amilaz

    b- amilaz

    Enzima R

    1 4

    OOH

    OH

    CH2-OH

    OH

    O

    CH2-OH

    OH

    OH

    OHO

    14

    5

    6

    2

    3

    4

    aMaltoz (glucoz - - 1,4-glucoz)

    Maltaz (EC: 3.2.1.20)

    O

    CH2-OH

    OH

    OH

    OH O

    O

    CH2-OH

    OH

    OHOH

    2

    3

    4

    5

    6

    bLactoz (galactoz -

    12

    3

    4

    5

    6

    1

    - 1,4-glucoz)

    - galactozidaza (EC: 3.2.1.23)b

    O

    CH2-OH

    OH

    OH

    OHO

    O

    CH2-OH

    OH

    OH

    HO-H2C

    a

    b

    - D glucoz

    -D fructoz

    14

    5

    6

    1

    2

    3

    45

    6

    Zaharaz

    (EC: 3.2.1.26)

    Sucroz (glucoz-a - 1,2-fructoz)

    Aciunea amilazelor asupra moleculei de amidon

    44

  • 45

  • FICAT I PANCREAS DE IEPURE (disecie)

    46

  • Unele polizaharide (celuloza,

    pentozanele) NU sunt transformate n

    tubul digestiv al omului (nu conine

    enzimele necesare).

    Ele trec, ca atare, n intestinul gros,

    unde sunt degradate n mic msur

    sub aciunea florei intestinale i sunt

    eliminate prin fecale.

    Aceste polizaharide NU AU ROL IN

    NUTRITIE, fiind utile pentru digestie,

    deoarece contribuie la reglarea

    peristaltismului intestinal.

    47

  • ABSORBIA GLUCIDELOR are loc

    la nivelul peretelui intestinal sub form

    de monozaharide. Viteza de absorbie

    depinde de:

    - natura compusului glucidic

    - unii factori anatomo-fiziologici:

    regiunea intestinal, starea de

    funcionare a intestinului, prezena unor

    vitamine (tiamina, piridoxina, acidul

    pantotenic), i a unor hormoni

    (tiroxina).

    Dac pentru glucoz viteza de absorbie se noteaz arbitrar cu 100, pentru

    alte monozaharide se obin urmtoarele valori: - galactoza 110

    fructoza 43 manoza 19 xiloza 15 arabinoza 9 48

  • Structura mucoasei intestinului subire

    Mucoasa intestinala formeaza cute transversale - valvule conivente.Pe valvule se gasesc vilozitatile intestinale (4 milioane).Vilozitatile intestinale reprezinta unitatea morfofunctionala a aparatului de absorbtie intestinala.Printre vilozitati se deschid glandele intestinale. 49

  • Structura mucoasei intestinului subire50

  • ABSORBIA MONOZAHARIDELOR

    - Mecanisme fizice sau biochimice

    - Pentozele i unele hexoze : difuzie simpl, fr consum energetic

    - Absorbia majoritii hexozelor se desfoar, prin difuzie facilitat sau printr-un

    proces activ, cu ajutorul unor transportori. Reacia are loc n prezena hexokinazei i

    este stimulat de hormonii corticosuprarenali. Hexozele se absorb sub form de

    esteri fosforici, care sunt apoi hidrolizai n prezena fosfatazelor corespunztoare

    - Dup absorbie, monozaharidele ajung pe calea venei porte la ficat, unde pot fi

    depozitate temporar sub form de glicogen, sau trec n circulaia general, ajungnd

    pe cale sangvin n toate celulele diferitelor organe i esuturi unde sunt necesare

    pentru desfurarea proceselor metabolice

    51

  • Digestia i absorbia glucidelor n intestinul subire

    52

  • Catabolismul glucidic

    53

  • 54

    Repere cronologice n elucidarea catabolismului glucidic

    Louis Pasteur1822 - 1895

    1860 L. Pasteur a descoperit c microorganismele erau responsabile de procesele de fermentaie

    1897 E. Buchner a descoperit c un extract de Saccharomyces poate fermenta zahrul 1918 G. Embden tumorile maligne prezint o intensificare a procesului de glicoliz

    (utilitate n diagnosticul cu PET) 1930 O. Warburg & H. Von Euler-Chelpin au elucidat procesul de degradare a glucozei la

    SaccharomycesG. Embden & O. Meyerhof au elucidat reaciile glicolizei n muchi

    Eduard Buchner1860 - 1916

  • CATABOLISMUL GLUCIDIC

    GLICOLIZA

    FERMENTAIILE

    DEGRADAREA AEROB

    DEGRADAREA PE CALEA PENTOZO-FOSFAT

    DEGRADAREA PE CALEA ACIZILOR URONICI

    ALTE CI DE DEGRADARE

    55

  • Schema general a catabolismului glucozei n

    condiii anaerobe i aerobe

  • GLICOLIZA (GLUCOLIZA)

    DEGRADAREA ANAEROB

    CALEA EMBDEN - MEYERHOFF - PARNAS (1930) Procesul prin care o molecul de glucoz se transform anaerob n 2 molecule de acid lactic 11 etape, catalizate de enzime specifice (localizate n faza solubil a citoplasmei) 2 stadii:

    STADIUL I cu consum de ATPSTADIUL II proces cuplat cu formare de ATP

    STADIUL I Reaciile cu consum de ATP

    1. Fosforilarea (activarea) glucozei

    O O

    O

    O

    CH2

    OH

    OH

    HO

    OH

    OH

    + ATP

    hexokinaza

    Mg2+

    CH2

    OH

    HO

    OH

    OH

    P OH

    OH+ ADP

    glucoza glucozo-6-fosfat(glucokinaza) FICAT 57

  • 2. Izomerizarea - conversia glucozo 6-fosfat n fructozo 6-fosfat

    O

    O O

    O

    CH2

    OH

    OH

    OH

    P

    glucozo-6-fosfat

    HO

    glucozo-6-fosfatizomeraza

    EC: 5.3.1.9

    Mg2+

    Mn2+

    - fructozo-6-fosfatb

    CH2

    OH

    OHP

    HO

    CH2 OH1

    2

    3

    45

    6

    3. Fosforilarea fructozo 6-fosfat

    O

    O

    O

    O

    - fructozo-6-fosfatb

    CH2

    OH

    OHP

    HO

    CH2 OH1

    2

    3

    45

    6

    fosfofructokinaza + ATP + ADP

    fructozo-1,6-bisfosfat

    CH2

    OH

    OHP

    HO

    CH2 O1

    6

    P

    58

  • 3. Scindarea fructozo 1,6-bis-fosfat

    O

    O

    O

    O

    CH2 P1

    2

    3

    4

    5

    6

    C

    CH

    HC

    HC

    O

    HO

    OH

    OH

    CH2 P

    fructozo 1,6- bis fosfataldolaza

    CH2 P

    C O

    CH2 OH

    fructozo-1,6-bisfosfat

    dihidroxiacetonfosfat

    + HC OH

    CH2 P

    C

    O

    H

    89%10,5% 0,5%

    gliceraldehid 3 - fosfat

    echilibrul reaciei este deplasat spre dreapta

    59

    OO

    HC

    OH

    O

    HC

    CH2 P

    gliceraldehid 3- fosfat

    triozo izomerazaC

    CH2

    O

    OH

    CH2 P

    dihidroxiaceton 3- fosfat

  • STADIUL II Oxidarea gliceraldehid 3-fosfat acid lactic, cu formare de ATP

    5. Oxidarea fosforilant a gliceraldehid 3-fosfat

    O

    HC O

    CH2 P

    C

    O

    H

    gliceraldehid 3 - fosfat

    ENZ - SH

    NAD+

    O

    HC OH

    CH2 P

    HC S - ENZ

    OH

    NAD+

    NADH + H+

    O

    HC OH

    CH2 P

    S - ENZC~O

    tioester "macroergic"

    O

    P OH

    OH

    HO

    HS - ENZ

    O

    O

    acid 1,3-bisfosfogliceric

    OH

    CH2 P

    C~O

    HC

    PReacia global este:

    OC

    O

    HR

    aldehida

    + NAD+ + Pi C

    O

    R ~ P + NADH + H+

    ester fosforicmacroergic

    Compus fosforilat macroergic !

    Complex activat ESGliceraldehid 3-fosfat-DH

    60

    Funcia aldehidic este oxidat la funcia acid corespunzatoare

    Energia eliberat n procesul de oxidare este conservat sub forma leg. fosfatmacroergic din ac 1,3-bisfosfogliceric

    Gliceraldehid 3-fosfat dehidrogenaza

  • 6. Transferul radicalului fosforil pe ADP

    7. Izomerizarea - conversia acidului 3-fosfogliceric n acid 2-fosfogliceric

    O

    O

    O

    acid 1,3-bisfosfogliceric

    OH

    CH2 P

    C~O

    HC

    P

    + ADP

    fosfogliceratkinaza

    OH

    CH2 P

    COOH

    HC+ ATP

    FOSFORILARE DE SUBSTRAT

    acid 3-fosfogliceric

    O

    OOH

    CH2 P

    COOH

    HC

    fosfogliceratmutaza

    (izomeraza)

    Mg2+OHCH2

    P

    COOH

    HC

    acid 3-fosfogliceric acid 2-fosfogliceric

    61

  • 8. Deshidratarea intramolecular i oxidoreducerea acidului 2-fosfogliceric

    O O

    OHCH2

    P

    COOH

    HC

    acid 2-fosfogliceric

    enolaza

    CH2

    P

    COOH

    C~

    acid fosfoenolpiruvic

    H2O

    Mg2+

    9. Transferul gruprii fosforil la ADP

    O

    CH2

    P

    COOH

    C~

    acid fosfoenolpiruvic

    + ADP

    piruvatkinaza

    Mg2+

    CH2

    COOH

    C

    acid enolpiruvic

    OH + ATP

    FOSFORILARE DE SUBSTRAT

    acid fosfoenol piruvic = compus macroergic, care prin hidroliz

    elibereaz 14,8 kcal/mol

    62

  • 10. Izomerizarea acidului enol piruvic la acid piruvic

    CH2

    C

    acid enolpiruvic

    OH

    COOH

    CH3

    C

    acid piruvic

    O

    COOH

    11. Reducerea acidului piruvic la acid lactic

    CH3

    C

    acid piruvic

    O

    COOH

    lactatdehidrogenaza

    NADH + H+

    NAD+

    CH3

    HC

    acid lactic

    OH

    COOH Produsul final al degradrii anaerobe a

    glucozei

    tautomerie ceto-enolic

    63

  • IZOENZIMELE LACTAT-DEHIDROGENAZEI (LDH)Izoenzimele = forme enzimatice diferite ale aceleiai enzime (izoforme).- Acioneaz asupra aceluiai substrat- Structur primar diferit,- Proprieti fizico-chimice diferite:

    gradul de afinitate pentru variate substrate; sensibilitatea la activatori i la inhibitori; mobilitatea n cmpul electroforetic; stabilitatea la cldur; sunt elaborate de organe diferite; permit o modulare a activitii lor n esuturi diferit i intevin astfel n

    reglarea activitii tisulare.

    Exist 5 izoenzime LDH ce pot fi evideniate n serul uman prin electroforezEnzima activ LDH - tetramer - dou tipuri de protomeri (2 lanuri): tipul H (de la heart- inim)

    tipul M (de la muscle- muchi). -Subunitile M i H sunt codificate de gene diferite: LDH-A (cromozomul 11 ) i

    LDH-B (cromozomul 21)Asocierea celor dou tipuri de protomeri n structura tetramer a condus la formarea a 5 izoenzime:- dou omogene: H4 i M4- 3 hibrizi: M1H3, M2H2, M3H1. 64

  • OCOOH

    CH3

    C

    Acid piruvic

    LDH5

    NADH +H+NAD+

    Acid L-lactic

    COOH

    CH3

    HHOC

    LDH1

    NADH +H+ NAD+

    Structura tridimensional a LDH

    Izoenzimele LDH pot fi separate prin electroforez, obinndu-se zimograme

    Markeri de lezare tisular: semnificaie clinic diferit!

    Ex: LDH1 i LDH2 infarct miocardic acut

    LDH2 i LDH5 hepatit acut65

    muchi cardiac

    muchi scheletic

    Muchi cardiac i Eritrocite

    Leucocite

    Plmni

    Rinichi

    Muchi scheletic i Ficat

    LDH1 (H4)

    LDH2 (M1H3)

    LDH3 (M2H2)

    LDH4 (M3H1)

    LDH5 (M4)

  • BILANUL CHIMIC I ENERGETIC AL GLICOLIZEI

    Stadiul - I

    Glucoz + 2 ATP 2 Gliceraldehid -3-P + 2 ADP

    (2 triozo-3-P)

    2 Gliceraldehid -3-P + 2 Pi + 2 NAD+ 2 Acid 1,3-bis fosfo-gliceric + 2 NADH2

    2 Acid 1,3-bis fosfo-gliceric + 4 ADP 2 Acid piruvic + 4 ATP + 2 H2O

    2 Acid piruvic + 2 NADH2 2 Acid lactic + 2 NAD+

    LDH

    Stadiul - II

    Glucoz + 2 Pi + 2 ADP 2 Acid lactic + 2 ATP + 2 H2O

    Glicoliza e formatoare de ATP prin fosforilare

    de substrat66

  • C6H12O6

    CH3

    HC

    acid lactic

    OH

    COOH

    2

    BILANUL CHIMIC I ENERGETIC AL GLICOLIZEI

    Go = - 47 kcal/mol

    47 .......................10014 ........................x = ~30%

    Glicogen fosforilaz

    Glucozo -1-fosfat

    izomerizare

    Glucozo -6-fosfat

    izomerizare

    Fructozo -6-fosfat

    + ATP

    Fructozo -1,6-bisfosfat

    Pi

    67

    (2ATP)

    n esutul muscular glicoliza ncepe de la glucozo-1 fosfat, deci nu se consum dect o molecul de ATP n Stadiul I:

  • GLICOLIZA COMENTARII - CONCLUZII

    1.) Este procesul prin care o molecul de glucoz se transform anaerob(n condiii de hipoxie celular) n dou molecule de acid lactic.

    2.) Deci procesul de desfoar fr participarea oxigenului.NADH + H+ nu trece n lanul respirator ci particip la reducerea acidului piruvic.

    3.) Din punct de vedere energetic concomitent cu degradarea glucozei din punct de vedere chimic are loc eliberare de energie Go = - 47 kcal/mol (cldura de formare a acidului lactic)

    4.) Pe baza energiei eliberate de formeaz: -2 molecule de ATP cnd reaciile ncep de la glucoz- 3 molecule de ATP cnd reaciile ncep de la glicogen (n esutul muscular)

    5.) Procesul decurge n dou stadii:-Primul stadiu consumator de energie (ATP)-Al doilea stadiu este interesant din punct de vedere energetic deoarecese genereaz ATP prin fosforilare de substrat (adic prin oxidarea direct a unui substrat aa cum este gliceraldehid 3-fosfatul, cu participarea enzimei gliceraldehid 3-fosfat dehidrogenaza). 68

  • GLICOLIZA COMENTARII - CONCLUZII

    6.) Randamentul energetic este ~ 30%.

    7.) Complexul de enzime care sunt implicate n glicoliz sunt localizate n citoplasm.

    8.) Reglarea glicolizei:Procesul de glicoliz depinde de urmtorii parametri:a) concentraia de fosfat anorganic (Pi) din sistemul de reacieb) concentraia n esteri hexozo- i triozofosfai c) Raportul dintre ATP i ADP

    9.) Aceti parametri, printr-un mecanism de feed-back pot stimula sau inhiba lanul de reacii din glicoliz.

    De exemplu: cnd are loc o solicitare de ATP, n condiiile unui consum energetic, se elibereaz ADP i Pi. Aceasta duce la mrirea vitezei reaciilor are loc stimularea procesului glicolitic.

    69

  • GLICOLIZA COMENTARII - CONCLUZII

    Pe de alt parte, n lips de ADP i Pi - deci n condiii aerobe cnd este intensificat fosforilarea oxidativ i se formeaz ATP - glicoliza este inhibat.

    10.) Exist particulariti privind eficiena procesului n funcie de esuturi.Astfel, glicoliza predomin n eritrocit dar i n muchiul cardiac i creier (deci n esuturi extrahepatice).

    11.) Glicoliza reprezint mijlocul prin care organismul ateapt revenirea unor condiii de oxigenare adecvat. Mecanismul este denumit datorie de oxigen.DECI:- Meninerea unor anumite concentraii de oxigen i de dioxid de carbon n celule este esenial pentru funcia normal a celulelor.

    70

  • Medicine: High Rate of Glycolysis in Tumors SuggestsTargets for Chemotherapy and Facilitates Diagnosis

    CT scan

    PET scan18F-2-fluoro-2-deoxyglucose

  • 72

    Detection of cancerous tissue by positron emission tomography (PET). Cancerous Tissue Has Deranged Glucose Catabolism (Lehninger Biochemistry, 5e, 2013)

  • 73

    Detection of cancerous tissue by positron emission tomography (PET). Cancerous Tissue Has Deranged Glucose Catabolism

    Glucose uptake and glycolysis proceed about ten times faster in most solid tumors than in noncancerous tissues. Tumor cells commonly experience hypoxia (limited oxygen supply), because they initially lack an extensive capillary network to supply the tumor with oxygen. As a result, cancer cells depend on anaerobic glycolysis for much of their ATP production. They take up more glucose than normal cells, converting it to pyruvate and then to lactate as they recycle NADH. The high glycolytic rate may also result in part from smaller numbers of mitochondria in tumor cells; less ATP made by respiration-linked phosphorylation in mitochondria means more ATP is needed from glycolysis. In addition, some tumor cells overproduce several glycolytic enzymes, including an isozyme of hexokinase that associates with the cytosolic face of the mitochondrial inner membrane and is insensitive to feedback inhibition by glucose 6-phosphate. This enzyme may monopolize the ATP produced in mitochondria, using it to convert glucose to glucose 6-phosphate and committing the cell to continued glycolysis. The hypoxia-inducible transcription factor (HIF-1) is a protein that acts at the level ofmRNA synthesis to stimulate the synthesis of at least eight of the glycolytic enzymes. This gives the tumor cell the capacity to survive anaerobic conditions until the supply of blood vessels has caught up with tumor growth.

  • CATABOLISMUL GLUCIDIC

    GLICOLIZA

    FERMENTAIILE

    DEGRADAREA AEROB

    DEGRADAREA PE CALEA PENTOZO-FOSFAT

    DEGRADAREA PE CALEA ACIZILOR URONICI

    ALTE CI DE DEGRADARE

    74

  • DEGRADAREA AEROB

    Implic mai multe stadii:

    I. TRANSFORMAREA GLUCOZEI N ACID PIRUVIC

    II. FAZA INTERMEDIAR

    III. FAZA AEROB PROPRIU-ZIS

    a) Acetil~ScoA + Acid oxalilacetic Ciclu Krebs CO2

    b) Cuplare cu lanul respirator H2O + Energie

    Acid piruvic

    Acid oxalilacetic

    Acetil-CoA

    CH3

    C O

    COOH

    C O

    COOH

    CH2

    COOH

    O

    CH3 C~SCoA

    76

  • OO

    CH3

    C OTPP

    Acid lipoicHSCoAFADNAD+

    1

    2

    3

    4

    5

    L-alanin

    acid

    - cetoglutaric

    + acidglutamic

    transaminare

    CO2

    + ATP

    ligaz

    acid oxalilacetic decarboxilaresimpl

    TPP

    alcool etilic

    acid acetic

    FERMENTATIILE

    decarboxilareoxidativ

    LDHNAD+

    Glucoz

    Glicogen

    COOH

    CH3 C~SCoA

    NADH2

    reducere

    CH3

    HC OH

    COOH

    NADH2FADH2

    Ciclul Krebs

    acid lactic

    acid piruvic

    CO2

    CH3 CH

    acetaldehida

    NADH2

    NAD+

    CH3 CH2 OH

    CH3 COOHNAD+

    NADH2

    PLP

    a+

    CH3

    CH

    COOH

    H2N

    carboxilare

    BIOTINA

    + "CO2"

    C O

    COOH

    CH2

    COOH

    acetil-CoA

    ALT

    (microorganisme)

    + H2O

    aldehid-DH

    alcool-DH

    TRANSFORMRILE ACIDULUI PIRUVIC

    n metabolismul intermediar

    CO2

    77

  • DECARBOXILAREA OXIDATIV A ACIDULUI PIRUVIC

    Mecanismul reaciei:

    5coenzime

    TPPacid lipoicHSCoAFADNAD

    3enzime

    piruvat dehidrogenaza

    dihidrolipoil transacetilaza

    dihidrolipoil dehidrogenaza

    COMPLEX MULTIENZIMATIC

    N

    S

    N

    N

    C

    H2

    CH3

    CH2CH3 NH

    2CH

    2O PP E1

    TPP(tiamin pirofosfat)

    +

    CH3

    C

    acid piruvic

    O

    COOH

    +

    78

  • NS

    CH3

    CH2-CH

    2-PP

    OH

    CH3

    COOH

    E1

    R

    C

    "lactil derivat"

    CO2N

    S

    CH3

    CH2-CH

    2-PP

    OH

    CH3

    E1

    R

    C

    "hidroxietil derivat"

    H

    S S

    (CH2)4 CO-Lys+ E2

    acid lipoic(forma ox.)

    E1 TPP

    O

    + HSCoA

    CH3 C~SCoAacetil-CoA

    SH

    (CH2)4 CO-Lys

    HS

    E2

    acid lipoic(forma red.)

    acid lipoic(forma ox.)se reface

    FADH2

    FAD E3 NADH2

    E2NAD+

    (CH2)4

    S

    CH3

    CO - Lys E2

    CO

    SH

    79

    ++

  • DEGRADAREA AEROB A GLUCOZEI

    C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

    Go = - 688 kcal/mol

    Bilan chimic i energetic global

    + 38 ATP

    80

  • OO

    STADIUL I

    STADIUL II

    STADIUL III

    a) Ciclul Krebs

    b) Lantul respirator H2 .....................1/2 O2 .....................1 H2O

    12 H2 ....................6 O2 .....................12 H2O

    Glucoza

    2 Acid piruvic

    Glucoza + 2 ATP 2 Triozo 3-fosfati - 2 ATP

    2 Triozo 3-fosfati + 4 ADP + 4 Pi + 2 NAD+

    2 Acid piruvic + 2 NADH2 + 4 ATP

    + 6 ATP

    + 2 H2O + 4 ATP

    (fosforilare de substrat)

    Total I + 8 ATP

    2 Acid piruvic

    2 CH3 C ~acetil-CoA

    SCoA

    Decarboxilarea oxidativa a acidului piruvic2 CO2

    CH3

    C O

    COOH

    2 2 CO2 + 2 NADH2 ...................... + 6 ATP

    + 2 Acetil-CoA

    4 H2O

    2 CH3 C ~acetil-CoA

    SCoA6 NADH2 ............6 NADH2 ................18 ATP

    2 FADH2 ............2 FADH2 ................ 4 ATP

    2 GTP ..............................................+ 2 ATP (fosforilare de substrat)

    Total III 24 ATP

    TOTAL GENERAL 38 ATP

    Total II + 6 ATP

    TPPacid lipoic

    HSCoAFAD; NAD+

    + O2

    4 CO2

    Go = - 688 kcal/mol

    688 ..................................100266 (38 x 7) ........................x = 39%

    81

  • DEGRADAREA AEROB A GLUCOZEI

    82

  • DEGRADAREA AEROB A GLUCOZEI

    83