Subiecte ce vor fi tratate Reacţii de transformare a monoglucidelor Catabolismul glucidelor Catabolismul poliglucidelor Catabolismul oligoglucidelor Catabolismul monoglucidelor Anabolismul glucidelor Anabolismul poliglucidelor Anabolismul oligoglucidelor Anabolismul monoglucidelor

Degradarea monoglucidelor In urma procesului de digestie, monoglucidele sunt absorbite prin celulele epiteliale ale mucoasei intestinului subţire, printr-un proces de absorbţie activă (cu consum de energie) şi care prezintă un înalt grad de stereospecificitate. Dintre toate monoglucidele de natură exogenă, pentru organismul animal glucoza prezintă cea mai mare importanţă, atât cantitativ cât şi din punctul de vedere al specificităţii sistemelor enzimatice celulare. Pentozele (riboza, arabinoza şi xiluloza) au importanţă energetică minoră. Dintre celelalte hexoze, mai importante sunt fructoza şi galactoza, factorul limitativ în metabolizarea lor fiind conversia lor în glucoză.

Activarea monoglucidelor Monoglucidele nu pot fi metabolizate sub forma libera. Activarea glucidelor = procesul de fosforilare a monoglucidelor pe seama ATP, în reacţii catalizate de kinaze (fosfotransferaze). Localizarea activarii: citosol

Hexokinaza prezintă o specificitate redusă, dar o afinitate foarte mare pentru hexoze. Astfel, hexokinaza hepatică poate fosforila atât glucoza, cât şi manoza sau galactoza, cu formarea hexozo-6-fosfaţilor respectivi. In ficatul mamiferelor există o enzimă ce fosforilează numai glucoza numită glucokinaza, Diferenţa dintre hexokinază şi glucokinază constă în gradul de specificitate şi de afinitate diferit. În timp ce hexokinaza are specificitate mică dar afinitate mare (Km – 0,1 mM) pentru glucoză, glucokinaza are specificitate mare dar afinitate mică (Km – 10 mM) pentru glucoză. Glucokinaza este absentă în ţesutul muscular. Glucokinaza este absentă în ficatul rumegătoarelor, deoarece glucoza absorbită din intestin este cantitativ foarte redusă, celuloza fiind degradată de microorganismele intestinale simbionte cu eliberare în special de acid propionic. Rumegătoarele îşi asigură glucoza prin biosinteza (gluconeogeneza).

Glucoză-6-fosfat (G-6-P) Toti hexozofosfaţii se transformă în glucoză-6-fosfat (G-6-P), care reprezintă “poarta” comună prin care hexozele îşi fac intrarea în metabolismul intermediar.

Principalele cai de metabolizare a G-6-P

Principalele cai de metabolizare a G-6-P Glucozo-6-fosfatul ( G-6-P) se poate metaboliza pe următoarele căi: calea glicolitică fermentatiile 3) calea pentozofosforică 4) calea de formare a glucozei libere 5) calea acizilor glucuronici 6) biosinteza glicogenului

1. Glicoliza, calea Embden-Meyerhof-Parnas Glicoliza: secvenţa reacţiilor care realizează transformarea glucozei până la 2 molecule de piruvat. Se intalneste atat la eucariote cat si la procariote Decurge in trei etape: 1) formarea fructoza 1,6 bifosfat din molecula de glucoza 2) clivarea fructoza 1,6 bifosfat in doua molecule compuse din 3C 3) sinteza ATP in urma formarii piruvatului Pe ansamblu, glicoliza este un proces exergonic, singurul din organism care se poate desfăşura şi în anaerobioză. Pentru fiecare moleculă de glucoză degradată se consumă iniţial două molecule de ATP, la nivelul reacţiilor catalizate de hexokinază şi fosfofructokinază şi se sintetizează patru molecule de ATP (câte două per triozofosfat), la nivelul reacţiilor catalizate de fosfogliceratkinază şi piruvatkinază. Toţi intermediarii glicolizei sunt compuşi fosforilaţi, grupările fosfat ataşate având următoarele funcţii: a) furnizează o grupare polară, încărcată negativ, care nu permite trecerea liberă a compusului prin membrana celulară; b) au capacitatea de a fosforila în anumite condiţii ADP, cu formare de ATP; c) sunt grupări de legare şi recunoaştere stereochimică a centrelor catalitice active ale enzimelor glicolitice.

Glicoliza –calea metabolica organizare Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3

Etapele glicolizei Cu exceptia reactiilor catalizate de hexokinază, fosfofructokinază şi piruvatkinază, toate etapele sunt reversibile Glicoliza poate funcţiona atât în condiţii aerobe, cât şi anaerobe. Deosebirea dintre glicoliza aşa-zis “aerobă” şi cea aşa-zis “anaerobă” constă în soarta coenzimei reduse – NADH şi cea a piruvatului.

Glicoliza aeroba Piruvatul = produs final al glicolizei, pătrunde din citosol în mitocondrie unde este degradat complet până la CO2 şi apă. NADH redus, care nu poate străbate prin membrana mitocondrială, se va reoxida prin intermediul sistemelor “navetă” ale transportului de echivalenti reducatori prin membrana mitocondrială. Aceste sisteme “naveta” furnizeaza echivalenţi reducători lanţului respirator mitocondrial . Sistem “navetă” de echivalenti reducatori: ciclul dihidroxiacetonfosfat – α-glicerofosfat)

Sistemul naveta dihidroxiacetonfosfat – α-glicerofosfat -glicerofosfat-dehidrogenaza, enzimă cu dublă localizare: citosolică (NAD-dependentă) şi mitocondrială (FAD-dependentă).

Glicoliza anaeroba Când mitocondria nu poate funcţiona din lipsa unei cantităţi suficiente de oxigen: Glicoliză anaerobă =functionarea glicolizei fără participarea oxigenului. Reacţia de transformare a piruvatului în lactat este o reacţie accesorie glicolizei, datorită căreia glicoliza poate funcţiona independent de oxigenul molecular.

Particularitati ale LDH În miocard, glicoliza anaeroba nu e practic prezenta. LDH din miocard este inhibată de concentraţii mari de piruvat prin inhibiţie prin exces de substrat. In muşchiul scheletic, LDH nu este inhibată de cantitati mari de piruvat. Concluzie: distribuţia tisulară diferită a izoenzimelor LDH în diferite ţesuturi este legată de particularităţile metabolice ale ţesuturilor respective. În ţesuturile cu metabolism predominant aerob, (miocardul, creierul şi rinichiul), predomină tipul “H4” al izoenzimei LDH, formarea lactatului este redusă. In ţesuturile cu metabolism predominant anaerob, (muşchiul scheletic), unde piruvatul se transformă în lactat, tipul predominant de izoenzimă LDH fiind “M4”.

Ciclul lui Cori In glicoliza anaeroba, tesutul muscular nu este capabil să convertească lactatul în glucoză. Conversia lactatului în glucoză are loc în ficat. Glucoza este furnizata muschiului care o utilizeaza in glicoliza, respectiv glicogenoliza

Localizarea glicolizei si semnificatia functionala Localizarea intracelulară a glicolizei: în citosol Distribuţia tisulară: în toate ţesuturile organismului animal. este o cale metabolică obligatorie pentru muşchiul scheletic, pentru creier şi pentru eritrocite, pentru care glucoza reprezintă un substrat energetic ce nu poate fi substituit. Activitate glicolitică maximă are muşchiul scheletic în contracţie> ficat>rinichi> miocard şi de muşchiul scheletic în repaus. Semnificaţia funcţională. Glicoliza îndeplineşte două funcţii majore: 1) Eliberarea de energie sub forma legăturilor macroergice fosforice ale ATP (rol predominant în muşchiul scheletic în contracţie, în ţesutul nervos şi în eritrocite). 2) Formarea unor metaboliţi intermediari pentru biosinteza altor compuşi necesari celulei vii. Din piruvat se va forma acetil-CoA, oxalilacetat, alanină etc. Acest rol este predominant în ficat şi ţesutul adipos. Căile metabolice care prezintă ca şi glicoliza cele două aspecte funcţionale – energetic şi biosintetic – poartă numele de căi amfibolice.

Bilant energetic Glucoza+2ATP+2Pi+2ADP+2NAD+ 2 piruvat+4ATP+2NADH+2H++H2O 2NADH+2H+ generat ofera echivalenti reducatori lantului respirator mitocondrial prin intermediul sistemul naveta dihidroxiacetonfosfat – α-glicerofosfat, rezultand 4 ATP (3ATP) - pentru 1 mol glucoza se formeaza 8 (7) moli ATP si se consuma 2 moli ATP

Reglarea glicolizei Reglarea glicolizei. prin intermediul enzimelor “cheie”, limitante ale căii metabolice respective (care catalizeaza reactii ireversibile): FOSFOFRUCTOKINAZA si PIRUVAT KINAZA . Fosfofructokinaza (PFK): principala enzimă limitantă, a cărei activitate reglatoare se răsfrânge asupra întregului flux metabolic. PFK este o enzimă alosterică ce prezintă un număr diferit de subunităţi – în general tetramer – în funcţie de sursa de la care s-a izolat enzima. Inhibitori ai enzimei: concentraţii ridicate de ATP, citrat şi de acizi graşi cu lanţ lung. Activatori ai enzimei: ADP, AMP, AMPc şi Pi, Mg2+ şi K+. În reglarea glicolizei, un rol deosebit îl are β-D-fructozo-2,6-bisfosfatul (F-2,6-BP), F-2,6-BP este un activator alosteric ce activează PFK în ficat, prin creşterea afinităţii enzimei pentru fructozo-6-fosfat (F-6-P) şi diminuarea efectului inhibitor al ATP asupra PFK. Formarea F-2,6-BP se realizează prin fosforilarea F-6-P de către PFK-2, o enzimă diferită de PFK. F-2,6-BP este hidrolizat la F-6-P de către o fosfatază specifică: fructozo-bisfosfataza-2 (FBPaza-2). Atât PFK-2 cât şi FBPaza-2 sunt prezente într-o singură catenă polipeptidică de 53 kDa, care poate fi numită o enzimă “în tandem”. Activitatea PFK-2 şi FBPazei-2 sunt reciproc controlate de fosforilarea unui singur rest de serină. Fosforilarea activează funcţia fosfatazică şi inhibă pe cea kinazică. Fosforilarea se realizeaza sub actiunea protein kinazei A, iar defosforilarea este catalizata fosfoprotein fosfataza.

Fosfoprotein fosfataza Fosfofructokinaza Cand glucoza este abundenta in celula: F-6-P accelerează sinteza de F-2,6-BP şi inhibă hidroliza acestuia. Prin activarea PFK, glicoliza este accelerată. Cand glucoza nu este suficienta in celula: hormonii (glucagon) interactioneaza cu receptorul lor membranari, urmati de activarea proteinei G, adenilat ciclazei, apoi activarea protein kinazei A ce inhiba PFK-2. Sinteza de F-2,6-BP si PFK sunt inhibate, glicoliza este diminuata. Glicoliza activa Activarea proteinei G Adenilat ciclaza Protein kinaza A Glucoza nu e suficienta in celula FBPaza-2 F -2,6- BP F -6-P Inhiba PFK Glucoza e abundenta in celula F -2,6-BP activeaza PFK Fosfoprotein fosfataza activeaza Glicoliza inactiva Enzime in tandem

Reglarea glicolizei PEP Piruvat F-1,6-BP PK fosforilata Piruvat kinaza (PK): enzimă “cheie” a glicolizei. În ţesutul hepatic există două tipuri de PK, una de tip M, cu comportament cinetic de tip michaelian, iar alta de tip L, a cărei viteză de reacţie faţă de concentraţia de fosfoenolpiruvat prezintă o cinetică de tip alosteric. Inhibitori ai afinitatii PK pentru PEP: ATP, alanina. Activatori ai afinitatii PK pentru PEP: concentraţii mici de hexoze fosforilate (în special F-6-P, F-1,6-BP) cresc mult afinitatea enzimei pentru PEP, mărind viteza de reacţie a enzimei în special la concentraţii mici de substrat (PEP). PEP Piruvat F-1,6-BP ATP alanina PK fosforilata Mai putin activa Glucoza abundenta in sange Glucoza insuficienta in sange PK defosforilata activa