METABOLISMUL GLUCIDIC

INTRODUCERE Carbohidraţii: (CH2O)n sursă energetică formă de stocare a surplusului energetic comunicarea intercelulară rol structural: peretele bacterian

CLASIFICAREA CARBOHIDRAŢILOR Monozaharidele pot fi clasificate astfel: Aldoze (-oza): exc. gliceraldehida Cetoze (-uloza): exc. dihidroxiacetona, fructoza, xiluloza Dizaharidele: 2 unităţi monozaharidice Oligozaharidele: 3- 10 unităţi monozaharidice Polizaharidele: > 10 unităţi monozaharidice (sute) ALDOZE CETOZE

IZOMERI ŞI EPIMERI Izomeri: compuşi cu formule chimice identice, dar cu structuri chimice diferite Ex. C6H12O6: fructoza, glucoza, galactoza şi manoza Epimeri: izomeri carbohidraţi care diferă prin configuraţia unui singur atom de C (exc. C din gruparea carbonil- anomeri); G şi Gal: epimeri la C4 DIZAHARID LACTOZA C1 C4 Galactoză legătură glicozidică Glucoză

IZOMERI ŞI EPIMERI G şi Man: epimeri la C2 Gal şi Man nu sunt epimeri (structuri diferite la C2 şi C4); Gal şi Man sunt izomeri C2 Glucoză Manoză

ENANTIOMERI Glucidele din organism sunt D- glucide: gruparea -OH legată la C asimetric situat cel mai departe de C carbonilic este poziţionată dextrogir Racemazele asigură interconversia izomerilor D şi L ENANTIO- MERI D- GLUCOZA L- GLUCOZA

CICLIZAREA MONOZAHARIDELOR Sub 1% din monozaharidele cu > 5 C au formă aciclică; majoritatea au configuraţie inelară prin interacţiunea dintre gruparea aldehidică (cetozică) cu un radical alcoolic al aceluiaşi glucid PIRANOZA: compus inelar hexa-atomic FURANOZA: compus inelar penta-atomic

ATOMUL DE CARBON ANOMERIC Ciclizarea crează un C anomeric (fostul C carbonilic) şi configuraţiile α şi β ale glucidului DIASTEREO- IZOMERI Gruparea OH a C anomeric de aceeaşi parte cu inelul

ATOMUL DE CARBON ANOMERIC Enzimele deosebesc cele două structuri α şi β Glicogenul: sintetizat din α- D-glucopiranoză celuloza: sintetizată din β- D-glucopiranoză În soluţie, anomerii α şi β sunt în echilibru şi pot fi interschimbaţi spontan prin mutarotaţie

GLUCIDELE REDUCĂTOARE Statusul atomului de oxigen legat de atomul anomeric dictează caracterul reducător sau nereducător al unui glucid, restul grupărilor OH nefiind implicate testele colorimetrice ce utilizează reactivi cromogeni detectează prezenţa glucidelor în urină identificarea exactă a glucidului necesită teste adiţionale specifice

Cuplarea monozaharidelor Monozaharidele se pot uni pt a forma: Dizaharide: ○ lactoza Gal + G ○ sucroza G + Fr ○ maltoza G + G Polizaharide: ○ glicogen ramificat (orig. animală) ○ amidon (orig. vegetală) ○ celuloza neramificată (orig. animală) Polimeri de glucoză

LEGĂTURILE GLICOZIDICE Legăturile dintre glucide- punţi glicozidice în prezenţa glicoziltransferazelor (S = glucide nucleotidice de tipul UDP-G) Hidroliza unei legături glicozidice: glicozidaze Se denumesc în funcţie de: ○ nr. atomilor de C conectaţi ○ poziţia grupării OH anomerice: OH în configuraţie β- legătură glicozidică β Ex. lactoza

LEGĂTURILE GLICOZIDICE Lactoza are caracter reducător (capătul anomeric al G nefiind implicat în formarea legăturii glicozidice) Legătură galactozil- β (1->4 )- glucoză

CARBOHIDRAŢI COMPLECŞI Carbohidraţii se pot ataşa prin legături glicozidice unor structuri neglucidice: ○ baze purinice şi pirimidinice ( acizi nucleici) ○ nuclee aromatice (steroizi, bilirubină) ○ proteinele (glicoproteine, glicozaminoglicani) ○ lipidele (glicolipide) Legătură N- glicozidică: glucid ataşat la -NH2 Legătură O- glicozidică: glucid ataşat la -OH Legăturile dintre glucide sunt O-glicozidice

DIGESTIA CARBOHIDRAŢILOR Digestia carbohidraţilor alimentari se desfăşoară în: ○ cavitatea orală ○ intestin ○ Procesul are loc rapid şi se încheie când chimul gastric ajunge la joncţiunea duodeno-jejunală Enzime: ○ Endoglicozidazele: hidroliza oligo- şi polizaharidelor ○ Dizaharidazele: hidroliza dizaharidelor ○ Glicozidazele specifice: hidroliza legăturilor glicozidice

DIGESTIA CARBOHIDRAŢILOR LA NIVELUL CAVITĂŢII ORALE α- amilaza salivară hidrolizează legăturile α (1→4) din amidon si glicogen Celuloza nu poate fi digerată- legături β (1→4) α- amilaza salivară este inactivată de aciditatea gastrică locală GLICOGEN 1→4 1→6

DIGESTIA CARBOHIDRAŢILOR LA NIVELUL CAVITĂŢII ORALE Rezultă oligozaharide cu legături α (1→6) sau dextrine scurte, maltotrioze, dizaharide rezistente la actiunea α- amilazei

DIGESTIA CARBOHIDRAŢILOR ÎN INTESTIN Conţinutul gastric acid ajunge în lumenul intestinului subţire este neutralizat de bicarbonatul secretat de pancreas, iar α- amilaza pancreatică reia procesul de degradare a amidonului Etapele finale ale digestiei au loc în jejunul superior Enzime sintetizate la nivelul feţei luminale a marginii în perie a celulelor mucoasei intestinale Ex. Dizaharidaze şi oligozaharidaze: izomaltaza, maltaza, lactaza

DIGESTIA CARBOHIDRAŢILOR ÎN INTESTIN

ABSORŢIA MONOZAHARIDELOR Absorţia glucidelor alimentare: în duoden şi jejun superior; insulina nu este necesară Mecanisme diferite de absorţie: ○ active 1.co-transportorul SGLT-1pt G şi Gal; 2. GLUT-5 pt Fr ○ G, Gal şi Fr sunt transportate din celulele mucoasei intestinale în circulaţia portală cu GLUT-2

DEGRADAREA ANORMALĂ A DIZAHARIDELOR În mod normal, procesul global de digestie şi absorţie este eficient Disfuncţia dizaharidazelor specifice determină pătrunderea CH în lumenul intestinului gros cu producerea diarrei osmotice Fermentaţia bacteriană a CH cu 2 sau 3 atomi de C generează CO2 şi H2 activi cu apariţia crampelor abdominale, diareei, flatulenţei

DEFICIENŢELE ENZIMELOR DIGESTIVE CAUZE Deficienţele congenitale ale dizaharidazelor: la sugari şi copii cu intoleranţă dizaharidică Malnutriţie, medicamente ce lezează mucoasa intestinală Deficienţă enzimatică temporară în diaree severă; nu se consumă lactate

DEFICIENŢELE ENZIMELOR DIGESTIVE CAUZE Intoleranţa la lactoză > 3/4 din adulţi, 90% dintre adulţii africani şi asiatici au deficit de lactază reducere cantitativă a activităţii enzimatice Tratament: ○ reducerea consumului de lapte integral; ○ se preferă iaurt, branzeturi, broccoli pt Ca; ○ tablete cu lactază înainte de masă

DEFICIENŢELE ENZIMELOR DIGESTIVE Deficienţa de izomaltază- sucrază determină intoleranţa la sucroză Tratament: ○ restricţia alimentelor cu zahăr ○ substituţia enzimatică Diagnostic: teste de toleranţă orală la fiecare dizaharid măsurarea H2 respirator

METABOLISM- NOŢIUNI INTRODUCTIVE La nivel celular reacţiile enzimatice decurg sub forma căilor metabolice multisecvenţiale (calea glicolizei) Într-o cale metabolică, P unei reacţii = S al reacţiei următoare; căile metabolice se intersectează →reţea Metabolismul sau reţeaua integrată a reacţiilor chimice = suma tuturor modificărilor chimice la nivel celular

METABOLISM- NOŢIUNI INTRODUCTIVE Căile metabolice: ○ catabolice (de degradare) ○ anabolice (de sinteză) ○ Cicluri de reacţie = căile care regenerează un anumit compus chimic ○ Harta metabolică = reuneşte conexiunile dintre diversele căi, permite vizualizarea metaboliţilor intermediari şi a efectului blocării uneia dintre căi

Glicoliza- cale metabolică

METABOLISM- NOŢIUNI INTRODUCTIVE Căile catabolice asigură: captarea şi stocarea energiei chimice rezultate prin degradarea moleculelor de combustibil biologic sub formă de ATP conversia moleculelor alimentare şi a rezervelor intracelulare de nutrienţi în substanţe de bază necesare în sinteza moleculelor complexe căi oxidative ce necesită coenzime, NAD+ 3 etape

METABOLISM- NOŢIUNI INTRODUCTIVE 1. Hidroliza moleculelor complexe în unităţile componente 2. Conversia unităţilor componente în acetil-CoA 3. Oxidarea acetil-CoA; fosforilarea oxidativă Catabolismul-proces divergent, obţinându-se numeroşi produşi complecşi ciclul acidului citric

METABOLISM- NOŢIUNI INTRODUCTIVE Căile anabolice: asigură combinarea moleculelor mici pt a forma molecule complexe sunt endergonice, ATP fiind descompus la ADP şi Pi implică reduceri chimice, NADPH, o moleculă care cedează electroni Anabolismul- proces convergent, în final se obţine un nr redus de produşi

REGLAREA METABOLISMULUI Producerea de energie şi sinteza produşilor finali corespund necesităţilor celulare Funcţiile organismului sunt coordonate printr-un sistem de comunicare elaborat Semnalele reglatoare ce informează fiecare celulă asupra statusului metabolic al organismului includ: ○ hormoni ○ neurotransmiţători ○ cantitatea de nutrienţi Semnalele reglatoare influenţează semnalele intracelulare

REGLAREA METABOLISMULUI Semnalele intracelulare reglatoare pot controla viteza unei căi metabolice ce depinde de: ○ cantitatea de substrat disponibilă ○ inhibarea produsului de reacţie ○ modificări ale activatorilor şi inhibitorilor alosterici Comunicarea intercelulară= răspunsul la semnalele extracelulare esenţial în supravieţuire şi dezvoltare Determină un răspuns mai lent comparativ cu semnalizarea intracelulară fiind realizată prin: ○ contactul suprafeţelor ○ joncţiuni comunicante între citoplasmele adiacente

SEMNALIZARE INTERCELULARĂ SINAPTICĂ CELULĂ NERVOASĂ NEUROTRANSMIŢĂTOR Ach CELULĂ ŢINTĂ Mecanism sinaptic

SEMNALIZARE INTERCELULARĂ ENDOCRINĂ ŞI PRIN CONTACT DIRECT Mecanism endocrin Mecanism prin contact direct

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZI Pentru metabolismul energetic cea mai importantă este semnalizarea chimică dintre celule prin: ○ hormoni ○ neurotransmiţători Receptorii acestora= detectori de semnale Fiecare componentă realizează legătura cu una dintre modificările chimice extra- şi intracelulare Mesagerii secunzi asigură legătura dintre: ○ mesagerul primar ○ răspunsul celular Mesageri primari

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZI Sistemul calciu/ fosfatidil- inozitol Sistemul adenilat-ciclazei Adenilat ciclaza (AC): activitatea ei este crescută/ scăzută prin recunoaşterea semnalului chimic de R β şi α2 adrenergici Toxina produsă de Vibrio cholerae + AC; toxina produsă de Bordetella pertussis - AC Enzimă membranară

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZI 1. Proteinele reglatoare GTP- dependente= proteine membranare specializate care leaga GDP sau GTP Heterotrimere: α (contine situsul de legarea al GDP), β, γ GDP-αβγ= forma inactiva a proteinei; cH-R actioneaza asupra pG inactive pe care o activează GTP- α se deplasează de pe R pe AC-ază activând-o.

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZI 1 R activat conduce la formarea mai multor molecule de proteină G activă proteinele Gs stimulează AC-aza proteinele Gi inhibă enzima Efectele proteinei G- GTP sunt de scurtă durată deoarece proteina G are activitate GTP-azică cu formarea de GDP şi inactivarea proteinei G

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZI Protein-kinazele AMPc dependente PKA este o holoenzima alcatuita din dimerul subunitatii reglatoare (R), având fiecare monomer legat la o subunitatea catalitica. La concentratii mici de cAMP, holoenzima rămâne intactă şi inactiva catalitic Când [cAMP] creste (activarea AC-azei de R cuplati proteinei G atasati la Gs, inhibarea PDE care degradeaza cAMP), cAMP se fixeaza la cele doua situsuri de legare de pe subunitatile reglatoare, cu eliberarea subunitatilor catalitice

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZI AMPc activează pkA prin legare la subunităţile reglatoare R, cu eliberarea celor catalitice C. Acestea catalizează transferul ionului fosfat de pe ATP pe Ser sau Thr din substraturile proteice. Fosfoproteinele fie acţionează direct la nivelul canalelor ionice, ale celulei fie se transformă în enzime activate sau inhibate

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZI pK-azele fosforilează proteinele specifice ce aderă la regiunile promotoare ale ADN cu creşterea expresiei unor gene specifice Nu toate pK-azele răspund la prezenţa AMPc. Ex pK C Defosforilarea proteinelor se realizează cu ajutorul protein-fosfatazelor enzime ce produc clivarea hidrolitică a esterilor fosfat Ca urmare, modificările enzimatice induse de fosforilarea proteinelor sunt temporare.

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZI Hidroliza AMPc la 5'- AMP sub acţiunea AMPc-fosfodiesterazei (PDE) ce scindează legăturile 3'5'- fosfodiesterice; Molecula de 5'- AMP = semnal intracelular

SISTEMUL MESAGERILOR SECUNZI PDE este inhibată de : ○ derivaţi metilxantinici (teofilina, cafeina) Efectele creşterii [cAMP] sub acţiunea neurotransmiţătorilor şi hormonilor sunt rapid epuizate prin îndepărtarea stimulului extracelular Inactivarea pKA prin mecanism feedback: PDE, unul dintre substratele activate de kinaza, converteşte cAMP la AMP reducând cantitatea de cAMP care ar putea activa protein kinaza A Astfel, pKA este controlata de cAMP. Subunitatea catalitică este inactivată prin fosforilare.

GLICOLIZA

GLICOLIZA Definiţie. Degradarea glucozei cu producere de ATP ( 2 molecule ATP/ 1mol Glucoză ) şi metaboliţi intermediari ce pot fi utilizaţi în alte căi metabolice. Are loc în citosol. În centrul metabolismului CH În aerobioză (reoxidarea NADH este indispensabilă): Piruvatul este convertit la acetil- CoA,prin oxidarea la nivelul ciclului citric şi a lanţului respirator mitocondrial rezultând 36-38 moli ATP/mol G 10 REACŢII

GLICOLIZA Alternativ, Py este redus la lactat (NADH este oxidată la NAD +. Glicoliza anaerobă permite sinteza de ATP în ţesuturile în care aportul de oxigen este insuficient: hematii ce nu conţin mitocondrii, leucocite, cornee, cristalin, celule în hipoxie-muşchi scheletic în contracţie rapidă

TRANSPORTUL GLUCOZEI ÎN CELULE Glucoza nu poate pătrunde în celule prin difuziune simplă 2 mecanisme: transport facilitat şi cotransport Difuziunea facilitată (Na +- independentă) realizată cu 14 proteine transportoare membranare (izoforme ale aceluiaşi transportor): GLUT 1-14 ce prezintă secvenţe comune şi specifice membranei rezidente G extracelulară se leagă la transportor care suferă o modificare conformaţională ce permite transportul G prin MC GLUT- Glucose Transporter

TRANSPORTUL GLUCOZEI ÎN CELULE Specificitatea tisulară a expresiei genei GLUT: GLUT-3 principalul transportor la nivel neuronal GLUT-1 în eritrocite şi ţesutul cerebral GLUT-4 în adipocite şi celulele musculare striate, nr şi activitatea lor fiind crescute de insulină Funcţiile specializate ale izoformelor GLUT: În difuziunea facilitată G este transportată din mediul cu [G] mai mare spre cel cu [G] mai mică GLUT-1, GLUT-3 şi GLUT-4 implicate în preluarea G din circulaţie

TRANSPORTUL GLUCOZEI ÎN CELULE Funcţiile specializate ale izoformelor GLUT-2 este localizată în ficat şi rinichi şi transportă G în interiorul hepatocitelor şi al celulelor renale când glicemia este crescută sau invers (din aceste celule în sânge) la glicemie mică ( à jeun); este prezent şi în pancreas GLUT-5: în trasnportul primar al Fr (intestin subţire, testicule) GLUT-7: în ficat şi alte ţesuturi gluconeogenetice mediază fluxul G prin membrana RE

TRANSPORTUL GLUCOZEI ÎN CELULE Sistemul de co-transport Na + - glucoză necesită consum de energie şi asigură transportul G împotriva gradientului de concentraţie (extracelular [G] este < decât intracelular). La nivelul transportorului sunt ataşaţi G şi Na + . Ionii de sodiu sunt transportaţi în celulă simultan cu G, proces favorizat de energia conţinută în gradientul de Na. Transportorul este sodiu-dependent sau SGLT În celulele epiteliului intestinal, tubilor renali şi ale plexului coroid

REACŢIILE GLICOLIZEI Conversia G la Py decurge în 2 etape: Prima, consumatoare de 2ATP/mol de G, hexozele fosforilate fiind transformate într-un produs comun: gliceraldehid-3-fosfat (GAP) A II-a, de oxidare a GAP, generatoare de 4 ATP/mol de glucoză, 2Py şi 2 NADH, H+, ca urmare a oxidării GAP Cele două molecule de NADH sunt oxidate la NAD+ pe măsură ce Py este redus la lactat (glicoliză anaerobă)

REACŢIILE GLICOLIZEI Toţi intermediarii glicolizei (de la G la Py) sunt fosforilaţi Gruparea fosfat a intermediarilor glicolizei are 3 roluri principale: 1. de a-i menţine în celulă (cu un grup polar negativ sunt incapabili să traverseze membrana celulară la pH=7, prin simpla difuziune) 2. păstrarea moleculelor energetice în celulă (compuşi hidrofili) 3. interacţiunea enzimă-substrat mai bună

REACŢIILE GLICOLIZEI Primele 5 reacţii: A. Fosforilarea glucozei B. Izomerizarea G-6-P la Fr-6-P (fructozo-6-fosfat) C. Fosforilarea Fr-6-P la Fr-1,6- bisfosfat D. Scindarea Fr-1,6- difosfatului E. Izomerizarea dihidroxiaceton-fosfatului (Interconversiunea trioz-fosfaţilor)

REACŢIILE GLICOLIZEI A. Fosforilarea glucozei este catalizată de izoenzimele hexokinazei ( una dintre cele 3 enzime reglatoare ale glicolizei alături de fosfofructokinază şi piruvat-kinază) Hexokinaza: ○ Sp largă pt S fosforilând mai multe hexoze înafara G ○ inhibată de produsul final de reacţie G-6-fosfatul care se acumulează în organism când rata de metabolizare scade ○ Km scăzut pt G ○ Vmax redus pt G ( nu poate reţine hexozele fosforilate în interiorul celulei şi nici nu poate fosforila o cantitate de glucide mai mare decât necesarul

REACŢIILE GLICOLIZEI Reacţia de fosforilare este ireversibilă şi necesită 1mol ATP Mg este indispensabil în toate fosforilările Glucokinaza sau hexokinaza D sau tipul IV ○ principala enzimă care asigură fosforilarea G ○ în celulele β pancreatice, detector de G, determinând pragul secreţiei de insulină ○ la nivel hepatic facilitează fosforilarea G în episoadele hiperglicemice ○ Sp de S similară izoenzimelor hexokinazei

REACŢIILE GLICOLIZEI Km pt glucokinază >>> Km pt hexokinaza Glucokinaza funcţionează la [G] hepatocitare (postprandial) Vmax pt glucokinaza >>> ○ permite Fi să elimine eficient fluxul masiv de G adus prin sângele portal ○ previne supraâncărcarea cu G a circulaţiei sistemice ○ reduce Hglicemia din per. de absorţie (GLUT-2)

REACŢIILE GLICOLIZEI Activitatea glucokinazei: specific ○ nu este inhibată alosteric de G-6-P (ca pt alte hexokinaze); ○ este inhibată indirect de Fr-6-fosfat (în echilibru cu G-6-P) ○ stimulată indirect de G printr-un mecanism specific

REACŢIILE GLICOLIZEI Nucleul hepatocitelor conţine o proteină reglatoare a glucokinazei În prezenţa Fr-6-P, GK este translocată în nucleu şi se leagă strâns de proteina reglatoare (GRP), inactivând enzima când glicemia este crescută (GLUT-2 contribuie la creşterea [G] hepatocitare, G determină separarea GK de GRP cu pătrunderea enzimei în citosol, având loc fosforilarea G la G-6-P Când [G] libere scade, Fr-6-P determină translocarea GK înapoi în nucleul hepatocitar şi legarea acesteia la GRP cu inhibarea activităţii enzimatice; GK=senzor de G; creşte secreţia de insulină metabolizarea G

REACŢIILE GLICOLIZEI B. Izomerizarea G-6-P la Fr-6-P (fructozo-6-fosfat) Reacţia este complet reversibilă Nu constituie o etapă limitantă de viteză Are loc în prezenţa fosfoglucoizomerazei

REACŢIILE GLICOLIZEI C. Fosforilarea Fr-6-P la Fr-1,6- bisfosfat are loc în prezenţa Fosfofructokinazei I (PFK-1) sau a fructozo-6- fosfat kinazei Cea mai importantă etapă limitantă de viteză a glicolizei PFK-1 este o enzimă alosterică, “cheie”, inhibată de prezenţa unor cantităţi mari de ATP (semnal energogen) şi de Fr-6-P modularea activităţii PFK-1 de alte substanţe reglatoare

REACŢIILE GLICOLIZEI Reglarea realizată de rezervele energetice icel. PFK-1 este inhibată de: ○ [ATP] crescută ○ [citrat] crescută PFK-1 este inhibată de [AMP] crescută, indicând epuizarea rezervelor energetice celulare Reglarea exercitată de [Fr-2,6-difosfat] Fr-2,6-difosfat= cel mai puternic activator al PFK-1 activând-o şi în prezenţa unor cantităţi crescute de ATP

REACŢIILE GLICOLIZEI Reglarea exercitată de [Fr-2,6-difosfat] ○ Fr-2,6-difosfat se formează sub acţiunea PFK-2, diferită de PFK-1 cu dublă activitate: kinazică şi fosfatazică ce asigură retroconversia Fr-2,6-difosfat la Fr-6-P ○ În ficat, domeniul kinazic este activ când este defosforilat ○ Fr-2,6-difosfat inhibă Fr-1,6-disfosfataza, enzima GNG

REACŢIILE GLICOLIZEI Acţiunea reciprocă a Fr-2,6-bisfosfat de activare a glicolizei şi de inhibare a GNG (nefiind simultane cele două căi) este împiedicată crearea unui ciclu inutil prin care G ar fi transformată în Py în paralel cu resinteza G din Py postprandial, [Glucagon] şi [insulină] stimulează activitatea Fr-2,6-bisfosfat, cu activarea glicolizei Fr-2,6-bisfosfat = semnal icel ce indică prezenţa unei [G] à jeun, [Glucagon] şi [insulină] reduce [Fr-2,6-bisfosfat] intrahepatocitar cu scăderea ratei globale a glicolizei

REACŢIILE GLICOLIZEI D. Scindarea Fr-1,6- difosfatului în prezenţa aldolazei (Fr-1,6- bisfosfat-aldolaza) reacţie reversibilă şi necontrolată În ficat şi rinichi, aldolaza B clivează Fr-1,6- difosfatul, intervenind în metabolizarea Fr alimentare În urma clivării Fr-1,6- bisfosfat-ului se obţine DHAP (dihidroxiacetonfosfat) şi GAP (gliceraldehid-3-fosfat)

REACŢIILE GLICOLIZEI E. Izomerizarea dihidroxiaceton-fosfatului (Interconversiunea trioz-fosfaţilor) Numai GAP este degradat în faza a II-a a glicolizei DHAP este utilizat după conversia la GAP Reacţia este reversibilă şi catalizată de triozo-fosfat-izomeraza avâd ca rezultat net producerea a 2 molecule de gliceraldehid-3-fosfat din produşii de clivare ai Fr-1,6-difosfatului Se încheie prima etapă a glicolizei

REACŢIILE GLICOLIZEI Etapa producătoare de energie- 5 etape: F. Oxidarea gliceraldehid-3-fosfat (GAP) la 1,3 bisfosfoglicerat G. Sinteza 3-fosfoglicerat (Transferul grupării fosfat pe ADP) cu sinteza de ATP H. Translocarea fosfatului de pe C 3 pe C 2 (Izomerizarea 3- fosfoglicerat la 2- fosfoglicerat) I. Deshidratarea 2- fosfoglicerat cu formarea fosfoenolpiruvat (PEP) J. Sinteza Py (Transferul fosfatului de pe PEP pe ADP)

REACŢIILE GLICOLIZEI F. Oxidarea gliceraldehid-3-fosfat (GAP) la 1,3 bisfosfoglicerat în prezenţa gliceraldehid-3-fosfat-dehidrogenaza (GAPDH), este prima reacţie de oxidoreducere a glicolizei ce va conduce la formarea de NADH, H+: Gruparea carboxil rezultată din oxidarea funcţiei aldehidice este legată printr-o legătură macroergică de fosfat, rezultând un ester carboxilfosfat

REACŢIILE GLICOLIZEI F. Oxidarea gliceraldehid-3-fosfat (GAP) la 1,3 bisfosfoglicerat Cele 2 molecule de GAP obţinute în prima fază vor fi metabolizate la Py, secvenţa enzimatică fiind descrisă pornind de la o moleculă GAP Enzima care catalizează reacţia este gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza, GAPDH, în prezenţa fosfatului anorganic. Produsul obţinut este 1,3-bisfosfoglicerat. Electronii eliberaţi sunt preluaţi de NAD+. Reacţia este reversibilă

REACŢIILE GLICOLIZEI Pt ca glicoliza să poată continua, NADH rezultat trebuie reoxidat la NAD + prin 2 mecanisme: ○ conversia Py la Lactat (reacţie anaerobă) ○ oxidarea NADH în lanţul respirator mitocondrial Energia fosfatului macroergic facilitează sinteza ATP-ului în următoarea reacţie a glicolizei

REACŢIILE GLICOLIZEI G. Sinteza 3-fosfoglicerat (Transferul grupării fosfat pe ADP) cu sinteza de ATP: Reacţia este reversibilă în condiţii fiziologice, obţinându-se 3- fosfoglicerat şi ATP= fosforilare la nivel de substrat (energia necesară formării unui compus macroergic provine din clivajul unui S, nu din lanţul transportor de electroni) 1moleculă G generează 2 molecule 1,3BPG reacţia înlocuieşte cele 2 molecule de ATP consumate

REACŢIILE GLICOLIZEI Sinteza 2,3-bifosfogliceratului în eritocite 2,3 DPG prezent în celule în cantităţi infime, în eritrocite există în concentraţii crescute, glicoliza fiind modificată prin aceste reacţii de şuntare Fosfoglicerat- kinaza 1,3 BPG Mutaza 3-Fosfoglicerat Fosfataza 2,3 DPG

REACŢIILE GLICOLIZEI Mecanismul intoxicaţiei cu arsenic Toxicitatea arsenicului inhibă: piruvat- dehidrogenaza (cofactor- acidul lipoic) Arsenicul pentavalent împiedică formarea de ATP si NADH în calea glicolizei, fără a inhiba direct această cale: Arsenicul intră în competiţie directă cu fosfatul anorganic ca substrat al GAPDH (gliceraldehid-3-fosfat-dehidrogenazei), formând un complex care hidrolizează spontan cu formare de 3-fosfoglicerat Prin scurtcircuitarea sintezei şi a defosforilării moleculei de 1,3- DPG, celula este privată de energia produsă în cursul glicolizei

REACŢIILE GLICOLIZEI H. Translocarea fosfatului de pe C 3 pe C 2 (Izomerizarea 3- fosfoglicerat la 2- fosfoglicerat) este catalizată de fosfoglicerat- mutază, fiind o reacţie reversibilă spontan I

REACŢIILE GLICOLIZEI I. Deshidratarea 2- fosfoglicerat cu formarea fosfoenolpiruvat (PEP) are loc sub acţiunea enolazei inducând redistribuirea energiei în cadrul moleculei cu formarea fosfoenolpiruvatului (PEP) ce conţine o grupare enol-fosfat macroergică. Reacţia este reversibilă în pofida caracterului macroergic al produsului

REACŢIILE GLICOLIZEI J. Sinteza Py (Transferul fosfatului de pe PEP pe ADP) Transferul fosfatului de pe PEP pe ADP este catalizat de piruvat-kinază (fosfotransferaza)= a II-a fosforilare de substrat ;a 3-a reacţie ireversibilă a glicolizei

REACŢIILE GLICOLIZEI 1. Reglarea prin conexiune directă (feed- forward) a piruvat-kinazei: La nivel hepatic, piruvat-kinaza este activată de Fr-1,6-difosfat, produsul reacţiei catalizate de fosfofructokinază Reglarea feed- forward este diferită de mecanismul feedback, determinând cuplarea celor două kinaze: ○ creşterea activităţii FFrK conduce la creşterea [Fr-1,6- difosfat], care activează piruvat-kinaza

REACŢIILE GLICOLIZEI 2. Modularea covalentă a piruvat-kinazei: Fosforilarea unei protein-kinaze AMPc- dependente determină inactivarea piruvat-kinazei hepatice, mecanism declanşat la glicemie scăzută (glucagonul stimulează creşterea [cAMP]) PEP nu mai participă la recţiile glicolizei şi pătrunde în circuitul GNG; glucagonul inhibă glicoliza hepatică şi stimulează GNG Defosforilarea piruvat kinazei sub acţiunea unei fosfoprotein- fosfataze determină reactivarea enzimei

REACŢIILE GLICOLIZEI 2. Modularea covalentă a piruvat-kinazei:

REGLAREA GLICOLIZEI

REACŢIILE GLICOLIZEI 3. Deficitul de piruvat-kinază ca frecvenţă, reprezintă a doua cauză de anemie hemolitică prin deficit enzimatic (după deficitul de glucozo-6-fosfat dehidrogenaza) Eritrocitul matur, normal, nu dispune de mitocondrii, pt producerea de ATP fiind complet dependent de glicoliză ATP: necesităţi metabolice eritrocitare; combustibil biologic al pompelor ionice ce asigură menţinerea formei biconcave flexibile a hematiei

REACŢIILE GLICOLIZEI Anemia hemolitică din deficitul de piruvat-kinază: consecinţă a modificării membranei eritrocitare cu alterarea formei hematiei fagocitarea hematiilor de către SRE (macrofagele splenice) 95% dintre defectele genetice ale enzimelor glicolitice 4% deficit de fosfogluco- izomerază formă cronică de gravitate medie sau severă (transfuzii repetate)

REACŢIILE GLICOLIZEI Reducerea Py la lactat are loc la nivelul structurilor slab vascularizate/ lipsite de mitocondrii Sinteza musculară de lactat este favorizată de creşterea raportului NADH/ NAD + când sinteza NADH în prezenţa GAPDH şi a celor 3 dehidrogenaze NAD + - dependente din ciclul citric depăşeşte capacitatea oxidativă a lanţului respirator

REACŢIILE GLICOLIZEI Ciclul lui Cori Sinteza musculară de lactat În efort fizic intens, lactatul se acumulează în muşchi şi determină scăderea pH celular, crampe musculare Cea mai mare parte difuzează în sângele circulant fiind utilizat la nivel hepatic pt sinteza glucozei Ciclul lui Cori

REACŢIILE GLICOLIZEI Utilizarea lactatului Sensul reacţiei catalizate de LDH depinde de : ○ [lactat], [piruvat] icel. ○ NADH/ NAD + La nivel hepatic şi cardiac, NADH/ NAD + este < faţă de muşchiul în efort, lactatul fiind oxidat la Py În ficat, Py este convertit în G prin GNG sau oxidat în ciclul citric Muşchiul cardiac este singurul capabil să oxideze lactatul în CO2 şi apă pe calea ciclului citric

Ciclul Cori sau cooperarea metabolică muşchi striat-ficat

REACŢIILE GLICOLIZEI Acidoza lactică = creşterea [lactat] ce însoţeşte colapsul circ. din ○ infarctul miocardic ○ embolia pulmonară ○ hemoragiile necontrolate ○ şoc Excesul de oxigen necesar recuperării după o perioadă de în care aportul de oxigen a fost inadecvat = "datorie de oxigen" Lactacidemia permite depistarea rapidă a datoriei de oxigen, permite monitorizarea recuperării pacientului cu şoc

APORTUL ENERGETIC AL GLICOLIZEI Glicoliza anaerobă 2 molecule ATP/ moleculă de G fără consum/sinteză NADH Glicoliza aerobă 2 molecule ATP/ moleculă de G; 1 moleculă NADH în l. resp. mitoc.= 3 ATP; pt a ajunge în MMI se folosesc navete

REGLAREA HORMONALĂ A GLICOLIZEI Reglarea alosterică a glicolizei sau prin fosforilarea/ defosforilarea E limitante de viteza este de scurtă durată Reglarea hormonală determină creşterea de 10-20 ori a activităţii enzimatice (ore, zile) Mesele bogate în CH sau insulina activează transcripţia genică precum şi creşterea [glucokinază], [FFrK] şi [piruvat-kinaza] la nivel hepatic cu activarea glicolizei Transcripţia genică şi sinteza celor 3 E sunt reduse à jeun, în DZ, glucagon plasmatic şi insulina

GLICOLIZA Căile de transformare a piruvatului A. Decarboxilarea oxidativă a Py este importantă în ţesuturile cu capacitate oxidativă crescută (miocard) Complexul piruvat- dehidrogenazei asigură conversia ireversibilă a Py în acetil- CoA, principalul combustibil al ciclului citric şi elementul esenţial al sintezei AG inhibă PDH

GLICOLIZA B. Carboxilarea Py la OAA sub acţiunea piruvat-carboxilazei biotin-dependentă sursă de intermediari ai ciclului citric, substrat al GNG Piruvat-carboxilaza este activată de acetil- CoA şi catalizează o reacţie ireversibilă

GLICOLIZA C. Reducerea Py la etanol sau fermentaţia alcoolică (metabolismul microorganismelor)