Capitolul III METABOLISM GLUCIDIC

NOIUNI CHEIE Metabolismul reprezint totalitatea transformrilor chimice i energetice din organism Calea metabolic este reprezentat de o succesiune de reacii chimice Localizarea intracelular a cilor metabolice glucidice citosol: glicoliz, untul pentozo-fosfailor, glicogenoliz, glicogenogenez, calea acidului glucuronic mitocondrie: decarboxilarea oxidativ a piruvatului, ciclul Krebs citosol i mitocondrie: gluconeogeneza Glucoza poate fi considerat o materie prim pentru sinteza de ATP, NADH (glicoliz) acetil-CoA (decarboxilarea oxidativ a piruvatului) ATP, coenzime reduse (ciclul Krebs) glicogen (glicogenogenez)

acizi grai (neolipogenez) pentoze, NADPH (untul pentozo-fosfailor)

produi de detoxifiere a organismului (calea acidului glucuronic) n lipsa glucozei se activeaz

gluconeogeneza (obinerea de glucoz din precursori de tipul: alanin, lactat, glicerol) glicogenoliza (obinerea de glucoz din degradarea glicogenului) lipoliz (obinerea de glucoz din degradarea acizilor grai i a glicerolului) Coenzima NADH obinut n glicoliz trece din spaiul citosolic n spaiul mitosolic cu ajutorul a dou navete: 1)malat-aspartat i 2)glicerol fosfat Ciclul Krebs este o cale final de degradare a glucidelor, lipidelor i proteinelor Galactoza, component major a glicoproteinelor, glicolipidelor i proteoglicanilor, este convertit n glucoz mai ales la nivelul ficatului i rinichiului Metabolizarea fructozei, rezultat mai ales prin hidroliza intestinal a zaharozei, nu este controlat de fosfofructo-1-kinaz, constituind astfel o sursa necontrolat pentru neolipogenez

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

2

III. METABOLISM GLUCIDIC III.1. DIGESTIA SI ABSORBTIA Zaharidele prezente n alimentele lichide nu sunt

supuse unui proces digestiv la nivelul cavitatii

bucale; cele solide, datorit masticaiei, vor intra

n contact cu amilaza salivar si vor fi hidrolizate

la nivelul legaturilor 1-4 glicozidice.

La nivelul stomacului, amilaza salivar

este inactivat de pH-ul acid al sucului gastric,

deci nu s-ar putea face niciun fel de digestie a

zaharidelor; s-a demonstrat ns, c mici cantiti

de zaharoz pot fi hidrolizate datorit prezenei

acidului clorhidric n sucul gastric.

Digestia continu la nivelul intestinului subire unde actioneaz amilaza

pancreatic si dizaharidazele . Amilaza pancreatic hidrolizeaza amidonul pn la

maltoz si izomaltoz, care sunt ulterior hidrolizate de maltaz, respectiv izomaltaza

(care hidrolizeaz legturile 1,6 glicozidice), formnd glucoza, iar lactaza va

hidroliza lactoza pna la -galactoz i - glucoz. Zaharaza va hidroliza zaharoza la

- glucoz i -fructoz .

CAZ CLINIC 1

Maria, 20 ani, a observat ca ori de cite ori bea lapte se baloneaz, are diaree i colici abdominale. Aceste simptome nu le-a avut dintotdeauna, ci de vreopatru ani. A observat ca a nceput s le manifeste dup ce a avut o parazitoz intestinal cu Giardia lamblia. Care este diagnosticul cel mai probabil?

Explicai dpdv biochimic simptomatologia Mariei.

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

3

Absorbia monozaharidelor se face la nivelul intestinului subire, viteza de

absorbie fiind de 3 ori mai mare la nivelul jejunului, dect n rest. Conform studiilor

facute de Cori, asupra vitezei de absorbie a monozaharidelor, s-a artat c aceasta se

face n urmtoarea ordine: galactoz > glucoz > fructoz > manoz > arabinoz >

xiloz.

Deoarece galactoza i glucoza sunt absorbite extrem de repede ele vor

necesita probabil consum energetic sub form de ATP. S-a demonstrat astfel c,

monozaharidele se pot absorbi la nivelul intestinului subire prin:

1. Difuzie pasiv :

Absorbia se face datorit gradientului de concentraie

Orice tip de monozaharid poate fi absorbit n acest fel

Acest proces are implicaii minore n absorbia monozaharidelor

2. Transport activ:

Consumator de energie

Necesit prezena unor proteine de transport i prezena ATP-ului

S-a demonstrat c exist dou familii de transportori care mediaz transferul

glucozei i a altor monozaharide prin bistratul lipidic: familia SGLT, un sistem

transportor cuplat cu Na+ (transportorul leag obligatoriu sodiul nainte de a lega

glucoza; legarea sodiului modific conformaia proteinei fcnd astfel posibil legarea

glucozei (cotransport-Fig.3.1) si familia GLUT, un sistem transportor care faciliteaz

transportul glucozei.

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

4

Fig. 3.1 Sistemul de cotransport realizeaz un transport simultan (simport), de ionii de Na+ i

monozaharide (glucoz, galactoz i xiloz)

Cei mai cunoscui cotransportori de glucoz-Na+ dependeni sunt:

SGLT1

are o afinitate mare, un raport de cuplare sodiu-glucoz de 2:1

se gsete in special in intestine, inim si rinichi

SGLT2

are o afinitate mic, un raport de cuplare sodiu-glucoz de 1:1

are o distribuie ubiquitar,(este mai bine exprimat n rinichi)

Pentru glucoz s-au descoperit n ultimii ani mai multe proteine transportoare care nu necesit neaprat prezena Na+ sau ATP, denumite GLUT 1-14, n funcie de expresia lor tisular.

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

5

Fig.3.2 Structura unui transportor de tip GLUT, cu 12 domenii

transmembranare

Tab.1 Familia transportorilor de glucoz

Nume Localizare Comentarii

GLUT1 Ubiquitar, Superexprimat n eritrocite, creier

Crete nivelul bazal de glucoz.

Transport i acidul dehidroascorbic

GLUT2 Ficat, celulele -

pancreatice, rinichi,

intestinul subire

In pancreas, regleaz nivelul insulinei, n ficat

scade nivelul glucozei din snge.

Este capabil s transporte fructoz si are o

afinitate mare pentru glucosamine

GLUT3 Neuroni, testicule Crete nivelul bazal de glucoz (mai ales n

esuturile care au mare nevoie de glucoz)

Transport i acidul dehidroascorbic

GLUT4 Adipocite, muchi Are o afinitate mare pentru glucoz.

Insulina stimuleaz translocarea Glut4 din

spaiul intracelular n spaiul intramembranar,

genernd o cretere a vitezei de transport de

10-20 de ori.

n muchi, translocarea Glut4 este determinat

de contracie si hipoxie.

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

6

Transport i acidul dehidroascorbic

GLUT5 Testicule, intestine,

muchi

Responsabil pentru creterea nivelului

fructozei in esuturile n care este exprimat

GLUT6 Creier, splin,

leucocite periferice

Are o afinitate sczut pentru glucoz

GLUT7 Intestine, testicule,

prostat

Responsabil pentru creterea nivelului

fructozei in esuturile n care este exprimat.

Are o afinitate mare pentru glucoz i fructoz

GLUT8 Testicule, neuroni,

adipocite

Studiile -l consider a fi un transportor

multifuncional.

Este considerat a fi implicat n metabolismul

adipocitelor.

GLUT9 Ficat, rinichi Responsabil pentru creterea nivelului

fructozei in esuturile n care este exprimat

GLUT10 Ficat, pancreas Responsabil de variaiile nivelului de insulin.

GLUT11 Pancreas, rinichi,

placent, muchi

Responsabil pentru creterea nivelului

fructozei in esuturile n care este exprimat.

Are o afinitate mic pentru glucoz

GLUT12 Inim, prostat,

celulele canceroase

(cancer de sn)

S-a constatat c are o activitate mai intens la

persoanele cu carcinom de prostat i cancer

de sn

HMIT (H+-coupled myo-

inositol

transporter)

creier Transport mio-inozitolul

GLUT14 Testicule n proporie de 95% identic (n structura

aminoacidic) cu GLUT3.

Se gsete doar n testicule

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

7

3. Difuzie facilitat :

Acesta este mecanismul de absorbie al

monozaharidelor cu vitez mai mic de

absorbie (fructoza, manoza, pentoze)

Presupune prezena unor proteine de

transport dar nu necesit consum

energetic (Fig.3.1). Ieirea fructozei din

enterocit este mediat de aceeai

protein (din membrana bazal) ca i

pentru glucoz i galactoz.

III.2 CAILE DE METABOLIZARE ALE

GLUCOZEI

Dup absorbiia la nivelul intestinului subire,

monozaharidele ajung n circulaia portal, iar ficatul

va decide distribuia lor ulterioar n circulaia

sistemic.

CAZ CLINIC 1- RSPUNS

Ce se intimpla cu lactoza in intestinul unei persoane cu deficit de lactaza?

Lactoza nu este hidrolizata in IS si ajunge intact n colon. Microorganismele din colon fermenteaza lactoza la acid lactic- genereaz CH4, CO2 i H2 (balonare)

Monozaharidele acumulate + Acidul lactic = particule osmotic active atrag apa in lumenul tubului digestiv i produc diaree.

Acidul lactic- iritant pentru mucoasa- dureri

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

I

I

I

I

n diferite ceIn eritrocit p

calea suntu

transIn creier poa

calealanu

suntutrans

In muchi i calea

lanu calea

rapid suntu

trans calea

situaIn adipocit p

calealanu

suntutrans

Fi

elule glucozaoate urma a glicolizei aul pentozo-sformrii GSate urma a glicolizei aul respirator)ul pentozo-sformrii GSinim poate

a glicolizei aul respirator)a glicolizei d a ATP-luiul pentozo-sformrii GSa glicogenogaia n care avpoate urma a glicolizei aul respirator)ul pentozo-sformrii GS

g.3.3 Ci de

a poate urma

anaerobe pen-fosfailor, fSSG n GSH

aerobe (pentr), decarboxila-fosfailor, fSSG n GSH

urma aerobe (pentr), decarboxilaanaerobe pei - muchiul -fosfailor, fSSG n GSHgenezei pentvem exces d

aerobe (pentr), decarboxila-fosfailor, fSSG n GSH,

8

e metaboliza

ci diferite d

ntru a forma Aformnd NA

ru a forma Aarea oxidativformnd NA

ru a forma Aarea oxidativ

entru a formaaflat n contrformnd NA

tru a depozite substrate

ru a forma Aarea oxidativformnd NA, dar i n bio

are ale gluco

de metaboliz

ATP i 2,3-bADPH ce v

ATP i NADv a piruvatuADPH ce v

ATP i NADv a piruvatua ATP (cndracie) ADPH ce v

ta glucoza si ATP

ATP i NADv a piruvatuADPH ce vosintezele red

ozei

zare astfel:

bisfosfoglicerva fi folos

DPH care va ului i ciclul Kva fi folos

DPH care va ului i ciclul Kd este neces

va fi folos

sub form de

DPH care va ului i ciclul Kva fi folosductive

rat it in scopu

fi reoxidat inKrebs it in scopu

fi reoxidat inKrebs ar obinere

it in scopu

e glicogen n

fi reoxidat inKrebs it in scopu

ul

n

ul

n

a

ul

n

n

ul

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

9

calea glicogenogenezei pentru a depozita (n cantiti mici) glucoza sub form de glicogen n situaia n care avem exces de substrate i ATP

calea lipogenezei pentru a depozita excesul de glucoza (dup transformarea n acetil-CoA) sub form de acizi grai

In hepatocit poate urma calea glicolizei aerobe (pentru a forma ATP i NADPH care va fi reoxidat in

lanul respirator), decarboxilarea oxidativ a piruvatului i ciclul Krebs calea glicolizei anaerobe pentru a forma ATP (cnd este necesar obinerea

rapid a ATP-lui) suntul pentozo-fosfailor, formnd NADPH ce va fi folosit in scopul

transformrii GSSG n GSH, dar i n biosintezele reductive calea glicogenogenezei pentru a depozita (n cantiti mici) glucoza sub form

de glicogen n situaia n care avem exces de substrate i ATP calea gluconeogenezei, care va fi generatoare de glucoz endogen pentru

ficat si celelalte esuturi n cazul lipsei de glucoz exogen calea lipogenezei pentru a depozita excesul de glucoza (dup transformarea n

acetil-CoA) sub form de acizi grai calea acidului glucuronic mai ales n scopul detoxifierii organismului

III.2.1 Glicoliza (liza glucozei)

Proces de degradare oxidativa a glucozei

Scop: obtinere de ATP, (dar i piruvat i NADH)

Localizare tisular: toate esuturile

esuturi extrahepatice: glucoza endogen n perioadele catabolice i glucoza exogen n perioadele anabolice

Ficatul: glicoliz (endogena) n perioadele anabolice

Creier: glicoliz AEROBA n orice perioad a metabolismului

Eritrocit matur: glicoliza ANAEROBA n orice perioad

Muchi-contraie intens: glicoliz aneroba din glicogen propriu

CAZ CLINIC 2

O feti de 10 ani se plinge de oboseal muscular n timpul orelor de educaie fizic. Problemele se agraveaz dac exerciiile sunt realizate ntr-un spaiu nchis neaerisit. Analizele de laborator realizate nainte i dup activitatea fizic indic valori sczute ale lactacidemiei.

Deficitul crei enzime ar putea conduce la o asemenea situaie?

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

10

Localizare celulara: citosol

Proces anabolic, stimulat de insulin

Enzima cheie: fosfofructo-1-kinaza, activa in forma defosforilat

Alte enzime implicate n procesul de reglare al glicolizei: hexokinaza, glucokinaza, piruvat kinaza (active n form defosforilat)

Poate fi :

AEROBA (esuturi ce posed mitocondrii), bilanul energetic fiind de 8 moli ATP

ANAEROBA (tesuturi anoxice, hipoxice, fr mitocondrii), bilatul energetic fiind de 2 moli ATP

Ecuatia generala a glicolizei este:

Etapele glicolizei:

1. De initiere (consumatoare de ATP)

Necesita 2 molecule de ATP

Trei reactii (rezulta fructozo-1,6-bifosfat

2. De scindare

Doua reactii

Rezulta doua trioze fosforilate

3. De oxido-reducere-fosforilare (formatoare de ATP)

Cinci reactii

Prin doua fosforilari se formeaza ATP din ADP

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

11

Fig.3.4 Reaciile glicolizei

n eritrocit, se produce o deviere a 1,3-bisfosfogliceratului din calea

glicolitic: astfel, sub influena unei mutaze specifice 1,3-bisfosfogliceratul este transformat n 2,3-bisfosfoglicerat i apoi n 3-fosfoglicerat sub aciunea aceleai enzime care are i aciune fosfatazic.

Fig.3.5 untul 2,3-bisfosfogliceratului (aproximativ 25% din glucoza angajat n

glicoliz trece prin aceast etap)

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

12

Aceast etap este extrem de important deoarece 2,3-bisfosfogliceratul scade afinitatea hemoglobinei pentru oxigen, favoriznd astfel eliberarea oxigenului ctre esuturi.

n eritrocit si muchiul aflat n contracie glicoliza continu pn la lactat, n prezena lactat dehidrogenazei, iar scopul acestei reacii este de a folosi NADH+H+ obinut ntr-o etapa anterioar, deoarece acumularea lui (in cazul eritocitului nu poate fi reoxidat in lantul respirator datorita lipsei mitocondriei) va duce la acumulare de H+ , deci va duce la scderea pH-lui, inactivarea fosfofructo 1-kinazei (enzima cheie, activ la pH=7), deci blocarea glicolizei.

Enzimele glicolitice

Hexokinazele:

sunt distribuite ubicuitar

sunt enzime constitutive

pot fosforila orice hexoz (nu au specificitate absolut de substrat)

au afinitate mare pentru glucoz ( KM mic )

este inhibat de produsul ei de reacie respectiv glucozo 6-fosfatul, care se acumuleaz atunci cnd metabolizarea acestuia este redus

active in forma defosforilata

stimulate de insulin prin favorizarea trecerii n forma defosforilat a acestora

glucagon i adrenalin acioneaza antagonist favoriznd trecerea n form fosforilat a acestora

insulina acioneaz cantitativ prin stimularea transcrierii genei codificatoare

Glucokinaza

se gsete numai n ficat.

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

13

poate fosforila numai glucoz pentru care are afinitate mic ( KM mare)

este o enzim inductibil fiind indus de insulin care stimuleaz transcrierea genei codificatoare pentru glucokinaz

acioneaz numai la concentraii mari ale glucozei n snge - postprandial (la glicemii mai mari de 100 mg/dl)

n diabetul zaharat i n inaniie funcioneaz cu activitate minim

nu este inhibat alosteric de glucozo 6fosfat

este inhibat indirect de fructozo 6fosfat (care este n echilibru cu glucozo 6-fosfatul)

este stimulat de fructozo 1-fosfat

este stimulat indirect de ctre glucoz. n nucleul hepatocitelor exist o protein reglatorie a glucokinazei. n prezena fructozo 6-fosfatului, glucokinaza este translocat n nucleu unde se leag strns de ctre proteina reglatorie enzima devenind n acest fel inactiv. Cand nivelul glucozei n snge crete (i n hepatocit ca o consecin a activrii GluT2) aceasta va determina eliberarea glucokinazei din legtura cu proteina reglatorie i posibilitatea exercitrii activitii kinazice. Cnd nivelul glucozei scade, glucozo 6-fosfatul acumulat determin inactivarea enzimei prin legarea ei la proteina reglatorie.

Fosfofructo 1- kinaza este enzima cheie a glicolizei

este activa in forma defosfo

stimulat de insulin prin favorizarea trecerii n forma defosforilat

reglata cantitativ de insulin prin stimularea transcrierii genei codificatoare

stimulata alosteric de fructozo 1,6-difosfat prin feed-back stimulare

activa la pH=7

este inhibat alosteric de concentratiile ridicate de ATP, NADH+H+, 1,3 DPG, PEP, citrat

este stimulat alosteric de ctre AMP, NAD+ (semn c rezervele energetice ale celulei sunt sczute)

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

14

cel mai puternic activator alosteric este fructozo 2,6-difosfatul, ce acioneaz si ca inhibitor al fructozo 1,6-fosfatazei (enzima implicat n gluconeogenez). Fructozo 2,6-difosfatul este sintetizat cu ajutorul fosfofructo 2-kinazei, enzim bifuncional cu activitate kinazic si fosfatazic. Enzima este reglat covalent prin fosforilare - defosforilare. Fosforilarea determin inactivarea domeniului kinazic. Cnd nivelul glucozei este crescut, glucagonul avnd AMPc mesager secund va determina fosforilarea domeniului kinazic al enzimei cu ajutorul proteinkinazei A AMPc-dependent, inactivnd-o. Atfel, va avea loc o scdere a concentratiei fructozo 2,6-difosfatul, principalul activator alosteric al enzimei FF-1-kinazei, deci glicoliza se va opri. Prin aciunea ei fosfatazic insulina va determina activarea domeniului kinazic (prin eliminarea fosfatului care inhib activitatea kinazic), i deci va conduce la creterea concentratiei fructozo 2,6-difosfatului i final la mrirea vitezei glicolizei. Putem spune n aceste condiii c fructozo 2,6-difosfatul acioneaz ca un semnal intracelular ce indic nivelul glucozei.

Fig.3.Reglarea glicolizei

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

15

Piruvat kinaza

catalizeaz cea de-a treia reactie ireversibil a glicolizei.

activ n forma defosforilat

reglata cantitativ de insulin prin activarea transcrierii genei codificatoare

prezint doua izoenzime: L (n ficat) i M (n muchi)

n ficat piruvat kinaza este stimulat alosteric de ctre fructozo 1,6-P2 printr-un proces de feed-forward stimulare (stimulare n avans)

este inhibat alosteric de ATP, NADH+H+, alanin, acil-CoA, acetil-CoA

Bilanul energetic al glicolizei

In glicoliza anaerob: Etapa consumatoare de ATP:

1 mol ATP pentru transformarea glucozei n glucozo -6-P

1 mol ATP pentru transformarea fructozo-6-P n fructozo 1,6-P2 Etapa formatoare de ATP:

2 moli ATP din transformarea acidului 1,3 difosfogliceric n acid 3- fosfogliceric

2 moli ATP din transformarea acidului fosfoenol piruvic n acid piruvic.

Total: 4-2=2 moli ATP pentru 1 mol glucoz n glicoliza anaerob

n glicoliza aerob:

NADH intr n lanul respirator, iar reoxidarea unui mol de NADH (prin ramura lung) n lanul respirator conduce la sinteza a 3 moli ATP.

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

16

Etapa consumatoare de ATP:

1 mol ATP pentru transformarea glucozei n glucozo -6-P

1 mol ATP pentru transformarea fructozo 6-P n fructozo 1,6-P2 Etapa formatoare de ATP:

2 moli ATP din transformarea acidului 1,3difosfogliceric n acid 3-fosfogliceric

2 moli ATP din transformarea acidului fosfoenol piruvic n acid piruvic.

2 moli gliceraldehid 3-P prin oxidare fosforilant vor genera 2 moli NADH+H+

Lanul respirator 2 moli NADH+H+ vor duce la 6 moli ATP

Total: 2+6=8 moli ATP pentru un mol glucoz n glicoliza aerob

III.2.2 Decarboxilarea oxidativ a piruvatului

Scop: obinerea de ATP i acetil-CoA

Localizare tisular: toate esuturile n care exist celule cu mitocondrii

Localizare celular: mitosol

Enzima cheie: complexul multienzimatic al piruvat dehidrogenazei, alctuit din enzime i cofactori:

o Piruvat dehidrogenaza (E1) format din doua subuniti(E1 i E1) avnd drept cofactor tiaminpirofosfatul (TPP)

o Dihidrolipoil transacetilaza (E2) avnd drept cofactor acidul lipoic

o Dihidrolipoil dehidrogenaza (E3) avnd drept cofactor FADH2

o Kinaze, fosfataze, Mg 2+, Ca 2+

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

17

o Enzima este activa in forma defosforilata i activat de insulin prin favorizarea trecerii n forma defosforilat

o Este inhibata alosteric de concentraii crescute de ATP, acetil-CoA, NADH

Fig. 3.6 Complexul multienzimatic al piruvat dehidrogenazei

1-are loc decarboxilarea piruvatului i formarea HETPP 2- hidroxietilul este transferat acidului lipoic, iar dup oxidare formeaz acetil-

dihidrolipoamida 3-se formeaz acetil-CoA cu ajutorul CoASH

4-dihidrolipoamida este reoxidat, formndu-se FADH2, care va forma apoi NADH+H+

Fig.3.7 Reglarea piruvat dehidrogenazei

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

d

(

d

R

B Di

E

Regl

dehidrogenaz

(PDH1-4),

defosforilare

Reacia glob

Bilant energe

Din 2 moli din lantul resp

ReprproteATP

Loca

Loca

Enzi

o

Ecuaia glob

larea activit

zei E1 care

n cazul n c

e prin aciune

bal a procesu

etic:

de piruvat rezpirator, vor fi

rezinta locaeine este ox

P si coenzime

alizare tisula

alizare celula

ima cheie: iz

o Prezinta

N

Nc

bal a ciclulu

tii complex

e va fi inhiba

care apare o

ea a 2 fosfata

ului:

zultai din glfi reoxidati re

III.3

atia finala xidat la CO2e

ar: esuturi c

ar: mitosol

zocitrat dehid

doua izoenz

NAD+ depen

NADP+ depcitosolic

i Krebs este:

18

xului multie

at prin fosfo

o saturaie d

aze diferite,

icoliza aerobezultand 6 m

3.3 Ciclul K

in care acetsi H2O prin

ce au celule c

drogenaza

zime

ndent prezen

pendent cu

:

enzimatic se

orilare prin ac

de substrate,

n cazul cret

b se obin 2 moli ATP.

Krebs

til-CoA provntr-o succesi

care conin m

nta doar in m

u dubla lo

e face la niv

ciunea a 4 k

sau va fi s

terii nivelulu

moli de NA

venit din gluiune de reac

mitocondrii

mitosol

ocalizare, m

velul piruva

kinaze diferit

timulat prin

ui de ADP.

ADH+H+ care

ucide, lipidectii, generan

mitosolic

at

te

n

e,

e, d

i

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

19

Fig.3.8 Ciclul Krebs (Ciclul acizilor tricarboxilici) Reglarea activitii ciclului Krebs la nivelul enzimelor: Citrat sintaza

este inhibat de ATP, NADH, succinil-CoA precum i derivai acil-CoA cu caten lung.

n condiii fiziologice factorii reglatori ai enzimei sunt oxaloacetatul (stimulator al enzimei) i citratul (inhibitor)

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

20

Izocitrat dehidrogenaza Are dou izoenzime

o NAD+ dependent, mitocondrial, implicat n desfurarea ciclului Krebs, deoarece este stimulat de ADP crescut (uneori AMP) i este inhibat de ctre ATP i NADH.

o NADP+ dependent cu dubl distribuie, mitosolic i citosolic, care este implicat n obinerea de NADPH, deoarece este stimultat de ATP

n general, n condiiile n care raportul ATP/ADP+Pi sau NADH/ NAD+ este mare (energie mult) activitatea izocitrat dehidrogenazei legate de NAD+ (mitocondrial) este inhibat. n situaia antagonist celei de mai sus (energie puin) este stimulat activitatea enzimei.

Complexul multienzimatic al -cetoglutarat dehidrogenazei asemntor complexului piruvat dehidrogenaza, avnd drept cofactori TPP,

acidul lipoic i FADH2 este inhibat de concentraii mari de ATP, succinil-CoA i NADH.

Bilanul energetic al ciclului Krebs

Pentru 1 mol acetil-CoA intrat in ciclul Krebs obinem :

3 moli NADH din :

1. Transformarea acidului izocitric n - cetoglutarat

2. Transformarea - cetoglutaratului n succinil-CoA

3. Transformarea malatului n oxaloacetat

1 mol FADH2 din transformarea acidului succinic n acid fumaric

1mol GTP prin fosforilare la nivelul substratului

n lanul respirator:

1 mol NADH determin sinteza a 3 moli ATP

1 mol FADH2 conduce la sinteza a 2 moli ATP,

Pentru 1 mol acetil CoA vom obine:

3 x 3 + 1x2 + 1 =12 moli ATP

Bilantul energetic al oxidarii unui mol de glucoza (parcurgand etapele glicolizei,

decarboxilarii oxidative si ale ciclului Krebs):

Glicoliza aeroba: 8 moli ATP

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

C

C

bp

Deca

Ciclu

CoA care pro

TOT

Ciclul Kreb Ciclu

biosintez pirimidine i

Scopsubs

oo

Nu e

arboxilare ox

ul Krebs: 12

ovin din 2 m

TAL 38 mol

bs, cale amfib

ul Krebs perca gluconei porfirine .

F

p: mentinerstrate glucofoo Vitezei no Aportul

Ig

este inversul

xidativa: 6 m

x 2=24 moli

moli de piruva

li de ATP

bolic

rmite particiogeneza, li

Fig.3.9.Calea

III.2.4

rea glicemieormatoare, caneadecvate aalimentar gluInaniie, eforglucide, diabl glicolizei

21

moli ATP

i de ATP (de

at)

iparea unor iipogeneza,

amfibolic a

4 Gluconeog

ei in limite a urmare a:

a glicogenoliucidic neadert fizic, dietbet zaharat

oarece se ox

intermediari transaminare

ciclului Kreb

geneza

normale pri

izei (epuizarecvat bogat n po

xideaza 2 mo

ai ciclului lea, sinteza

bs

in formarea

re glicogen)

orteine, lipid

li de aceil-

la procese dde purine

glucozei din

de i srac n

de e,

n

n

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

22

Incepe la 4-6 ore de la ultima masa, este maxim la 16 ore Localizare tisular: ficat, rinichi i creier (doar pentru nevoile proprii) Localizare celulara: mitosol i citosol Proces: catabolic Reaciile ei sunt reaciile glicolizei, parcurse n sens invers, cu participarea

acelorai enzime Exista trei etape proprii procesului de gluconeogeneza, ireversibile, catalizate

de enzime proprii Substrate chimice utilizate in procesul de gluconeogeneza:

Lactat: provenit din eritrocit i muschi in contracie

Aminoacizi: provin din proteinele musculare prin proteoliza activ

Glicerolul: n inaniie sau foame este activat lipoliza din care rezult glicerol; el nu poate fi utilizat n adipocit n lipsa glicerol kinazei dar trece in hepatocit unde este utilizat pentru sinteza glucozei

Etapele proprii gluconeogenezei

1) transformarea piruvatului n fosfoenolpiruvat, prin cooperarea a dou sisteme enzimatice a) carboxilarea piruvatului la oxaloacetat (proces mitosolic, catalizat de piruvatcarboxiligaz-PCL)

. piruvatul, provenit mai ales din alanin, nu urmeaz calea decarboxilrii oxidative, deoarece prezena acetil-CoA format majoritar prin degradarea acizilor grai va fi un efector alosteric pozitiv al piruvat-carboxiligazei, inhibnd n acelai timp piruvat dehidrogenaza. - CO2 utilizat n reacie este cel eliberat n reacia de mai jos

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

23

b) conversia oxaloacetatului la fosfoenolpiruvat (proces citosolic, catalizat de fosfoenolpiruvat carboxikinaz-PEPCK)

acest proces are loc deoarece membrana mitocondrial este

impermeabil pentru oxaloacetat sub aciunea malat dehidrogenazei, oxaloacetatul formeaz

malatul, care poate traversa membrana mitocondrial. sub aciunea malatdehidrogenazei citosolice malatul din citosol

va fi reconvertit n oxaloacetat.

2) transformarea fructozo-1,6-bisfosfatului n fructozo-6-fosfat 3) transformarea glucozo-6-fosfatului n glucoz.

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

24

Fig.3.10 Gluconeogeza

Ecuaia general a gluconeogenezei este:

Reglarea gluconeogenezei (GNG)

Dietele bogate n carbohidrati reduc nivelul gluconeogenezei prin cresterea

raportului insulina/glucagon, crestere care determin reducerea activitii enzimelor

cheie, piruvat carboxilaza, fosfoenol piruvat carboxikinaza si glucozo 6- fosfataza.

Glucozo 6-fosfataza

este indus de glucagon si glucocorticoizi, care sunt secretai n perioadele de post alimentar .

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

25

insulina este represor al glucozo 6-fosfatazei. Viteza gluconeogenezei este sczut n ficat atunci cand nivelul de AMP este crescut si nivelul de citrat este scazut. n condiii de depleie glucidic gluconeogeneza este stimulata de glucagon prin scaderea concentratiei fructozo 2,6-difosfatului

Fosfoenol piruvat carboxikinaza (PEPCK)

este o enzim inductibil este indusa de glucagon n condiiile depleiei glucidice este represat de catre insulin.

Piruvat carboxilaza

este enzima cheie a gluconeogenezei este activat alosteric de ctre acetil-CoA. Oxidarea acizilor grasi

determin cresterea vitezei gluconeogenezei deoarece acestia conduc la cresterea concentraiei acetil-CoA care actioneaz ca activator alosteric al piruvat carboxilazei.

este indus de ctre glucagon adrenalin si glucocorticoizi.

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

26

Reglarea reciproca a glicolizei si GNG in ficat

Bilan energetic:

Consum 3 reacii x 2 ATP= 6 ATP per glucoz sintetizat 1) PCL 2) PEPK 3) 3-P-glicerat kinaza

III.3.5 Metabolismul glicogenului

Glicogenul este un polizaharid ramificat,

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

27

care se gasete in special n

ficat o poate deveni disponibil altor tesuturi prin glicogenoliza (rezerva de

glucoza) o variaza sensibil cu alimentatia se sintetizeaza rapid dupa mese, scade

rapid in intervalul dintre mese

muchi o folosit pentru uz propriu o se epuizeaza dupa exercitii prelungite

III.3.5.a GLICOGENOLIZA (liza glicogenului)

Scop: obtinere de glucoza i glucozo 1-

fosfat

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

28

Proces: catabolic

Localizare celulara: citoplasm

Localizare tisular: ficat i muchi (preponderent)

Efectori pozitivi: glucagon, adrenalina

Enzime:

Glicogen fosforilaza (enzima cheie)

Este un dimerce prezinta doua izoenzime: in muschi si ficat

hidrolizeaz legturile 1,4-glicozidice i duce la obinerea

glucozo1-fosfatului.

nu poate hidroliza legaturile 1,6-glicozidice i din acest motiv

ii inceteaz actiunea la o distant de patru resturi de glucoz

de o ramificaie 1,6 glicozidic.

are doua forme interconvertibile prin fosforilare, activa fiind

forma fosforilata

Enzima de deramificare: este bifunctionala cu aciune:

transferazica (amilo 1,4-1,6 glucantransferaza) -transfer o

unitate trizaharidic si o muta pe un alt lant formnd o nou

legatura 1,4-glicozidic

hidrolazica (1,6- glucozidaz)- rupe leg 1,6 formand glucoz)

Etape:

1. etapa de fosforoliz (scurtare a portiunilor liniare) iniiat de glicogen fosforilaza

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

29

Obs. fosforoliza este mai avantajoas dect hidroliza n procesul de glicogenoliz deoarece glucozo-1-fosfatul rezultat conduce la formarea unui numr mai mare de uniti ATP dect glucoza liber, n cursul catabolizrii la piruvat

2. etapa de deramificare a molecule, initiata de enzima de deramificare, presupune preluarea a trei din cele patru resturi de glucoza si mutarea lor pe un alt lant formnd o nou legatura 1,4-glicozidic. Tot enzima de deramificare va hidroliza legtura 1,6-glicozidic si va determina obtinerea glucozei

3. etapa de izomerizare. Prin aciunea celor dou enzime din glicogenoliz va rezulta glucozo1-fosfat (n cantitate mare) si glucoz (n cantitate mic). Glucozo-1-fosfatul se va transforma in glucozo 6-fosfat n prezena fosfoglucomutazei

glucozo-1-fosfat glucozo-6-fosfat

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

30

4. de alegere a unei cai metabolice n funcie de esut:

Fig.3.

n ficat: glucozo 6-fosfatul este supus actiunii glucozo 6-fosfatazei (enzim prezent n ficat) si transformat n glucoz care este distribuit prin circulatia sangvin altor organe.

n muschi: glucozo 6-fosfatul se angajeaza in glicoliza (deoarece nu are glucozo 6-fosfataza) pentru a forma lactat ( sau piruvat) si ATP. Practic, asistm la un egoism muscular deoarece glucozo 6-fosfatul este folosit exclusiv pentru nevoile energetice ale muschiului.

Controlul hormonal al glicogenolizei

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

31

III.3.5.b GLICOGENOGENEZA

Scop: sinteza de glucoza in situatia unei bogatii de substrate

Proces anabolic, reglat de insulina

Sediul celular: citosol

Proces consumator de energie (ATP)

Se produce in ficat in perioade de anabolism (raport insulina/glucagon mare) si in muschi in perioade de repaos

Enzima cheie:

Glicogen sintaza

este activata alosteric de glucozo 6-fosfat

este activa in forma defosforilata

efector pozitiv : insulina

Etape: 1. Fosforilarea glucozei la glucozo

6-fosfat de ctre glucokinaz sau hexokinaz

2. Transformarea glucozo 6-fosfatului n glucozo 1-fosfat

3.Transformarea glucozo 1-fosfatului n UDPglucoz

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

32

4. sinteza legaturilor 1,4- glucozidice sub actiunea glicogen sintazei. Prin

aciunea glicogen sintazei UDP-glucoza formeaz o legtur 1,4-glicozidic cu un rest terminal de glucoz al glicogenului glicogen primer(care este o molecul mic de glicogen preexistenta pentru a putea fi initiat sinteza glicogenului).

5. sinteza legaturilor 1,6-glucozidice (introducerea ramificatiilor cu

ajutorul enzimei de ramificare) . Cand s-a sintetizat un lant glucidic format din minimum 11 resturi de glucoz, enzima de ramificare va transfera un minimum de 6 resturi de glucoz pe un alt lan formnd o legtur 1,6-glicozidic.

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

33

Reglare glicogenogeneza/glicogenoliza

Metabolismul glicogenului este reglat prin mecanisme diferite n funcie de esut. n ficat, reglarea metabolismului este influenat de raportul insulin/glucagon, catecolamine i glicemie.

n perioadele interprandiale, sub aciunea glucagonului i a catecolaminelor, n hepatocite este activat protein kinaza A. Prin fosforilare, glicogen fosforilaza i glicogen fosforilaza kinaza se vor activa, iar glicogen sintaza se va inactiva. Astfel, va fi facilitat degradarea glicogenului cu eliberarea consecutiv a glucozei n circulaie n vederea meninerii glicemiei. Post prandial, sub aciunea insulinei, este activat fosfoprotein fosfataza care va defosforila cele trei enzime menionate anterior. Glicogen fosforilaza i glicogen fosforilaza kinaza se vor inactiva, n timp ce glicogen sintaza va deveni activ. Astfel, se va derula glicogenosinteza, iar glicemia va fi corectat prin depunera glucozei sub form de glicogen. n muchi, reglarea metabolismului se face sub aciunea catecolaminelor i calciului. Calciul, eliberat sub actiunea acetilcolinei din reticulul sarcoplasmic, glicogen fosforilazei kinaza. Concomitent, sub aciunea catecolaminelor, este activat protein kinaza A. Rezultatul final este reprezentat de activarea glicogenolizei i blocarea glicogenosintezei.

III.2.6 Alte cai de metabolizare ale glucozei

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

34

III.2.6.a untul pentozo- fosfatilor Scop: sinteza de

NADPH (folosit la sinteza: acizilor garsi, colesterolului, hormonilor steroizi, anionului superoxid cu rol bactericid)

pentoze (folosite inbiosinteza nucleozidelor, nucleotidelor, polinucleotidelor -ATP, ADP, ADN, ARN)

Localizare tisular: ficat, tesut adipos, glanda mamara (n lactaie), cortexul suprarenalelor, gonade, eritrocit, cornee

Localizare celular: citosol

Cale de degradare oxidativ n care nu se consum O2, nu se consum ATP, nu se produce ATP

Calea contine doua etape: oxidativa si neoxidativa care sunt parcurse in fuctie de necesitatile organismului pentru pentoze si NADPH

Etapa oxidativ a cii pentozofosfailor

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

35

III.3.6.b Calea acidului glucuronic

Proces citosolic

Cale alternativa oxidativa pentru glucoza

NU genereaza ATP!

Se obtin acid glucuronic si pentoze

Prin aceasta cale este sintetizat UDP-glucuronat cu rol

in detoxifierea unor compusi endogeni si exogeni (bilirubina, steroizi,

medicamente de sinteza) prin glucurono-conjugare

donator de resturi glucuronil in sinteza unor glicozaminoglicani

formarea de xiluloza, un intermediar al caii pentozofosfatilor

Pe aceasta cale de metabolizare se poate forma si acid ascorbic, dar nu la om,

datorita lipsei unei enzime.

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

36

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

37

III.4 METABOLISMUL FRUCTOZEI

Fructoza peste absorbita la nivel intestinal si este fosforilata pe doua cai:

sub actiunea fructokinazei se formeaza fructozo-1-fosfat; fructokinaza nu

este influentata de insulina sau de foame; este cale majora de fosforilare la

nivel hepatic

sub actiunea hexokinazei (care insa are afinitate mica pentru fructoza) se

formeaza fructozo-6-fosfat

Fiactul are o enzima specifica pentru metabolizarea fructozo-1-fosfatului,

respectiv aldolaza B, care formeaza dihidroxiacetonfosfat si gliceraldehida

Triozele formate pot fi intermediari in glicoliza sau in gluconeogeneza in

functie de necesitatile metabolice.

Gliceraldehida:

formeaza glicerol, utilizat in sinteza de lipide

formeaza dihidroxiacetonfosfat si urmeza caile glicolizei sau

gluconeogenezei

O alta cale de metabolizarea fructozei este calea poliolilor, in care exista

interrelatii in fructoza si glucoza.

sub actiunea aldozreductazei (NADPH+H+) se formeaza polioli din

monozaharide; astfel din glucoza se formeaza sorbitol si din fructoza

se formeaza sorbitol si manitol.

sorbitolul sub actiunea sorbitol-dehidrogenazei (NAD+) formeaza

fructoza si este o cale de sinteza a fructozei din glucoza

acumularea de sorbitol in celule (retina, celule nervoase, cristalin)

determina si acumulare de apa si reprezinta una din cauzele cataractei

sau neuropatiei diabetice

III.5.METABOLISMUL GALACTOZEI

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc

38

Galactoza este un monozaharid indispensabil organismului:

intra in structura lactozei (laptele matern), a unor lipide complexe si a unor

proteoglicani

excesul se transforma in glucoza

o Galactoza + ATP Galactozo-1-fosfat + ADP

o Galactozo-1-fosfat + UDP-glucoza Glucozo-1-fosfat + UDP-

galactoza

o UDP-galactoza UDP-glucoza

excesul se poate transforma si in galactiol si contribuie la producerea

cataractei

o Reactia intre UDP-galactoza si UDP-glucoza este reversibila, ceea ce

face ca galactoza sa nu fie obligatorie in dieta.

Bioc

him

ie m

edica

l-a

spec

te m

etab

olice

-Lau

ra E

lena

Gam

an, M

arile

na G

lc