Cuplarea lanţului respirator cu fosforilarea oxidativă 1. Teoria chimică (a intermediarilor comuni) - 1953 - E.C.S. Slater

2. Teoria conformaţională - 1964 – P.D. Boyer - modificarea conformaţională a transportorilor de e- 3. Teoria chemiosmotică (a intermediarilor comuni) - 1961 – Peter Mitchell - gradient de protoni transmembranar  stare energizată H2O  H+ + HO- η 54%

Controlul sintezei ATP - ADP - blocarea ATP-sintazei – F1 - fluxul de protoni prin F0 - stim. fosfataza  activarea piruvat dehidrogenazei - modulator alosteric pozitiv – izocitrat-dehidrogenaza

Transportul ATP-ului din mitocondrie - pH mitocondrial – ATP4- - pH citoplasmatic – ADP3- - ATP-translocaza  ATP din mitoc. în citoplasmă  [ATP] + [ADP] = cst.

Inhibitorii lanţului respirator şi ai fosforilării oxidative - rotenona – inh. C I - pericidina, amobarbital, compuşi organo-mercurici  complex cu Fe-S  inh. reducerea CoQ - malonat, oxalacetat – inh. succinat-DH-aza - antimicina A (Streptomyces cereus) – C III – CoQH2  cit. bT - CN-, azide – C IV - Fe3+ (cit. a3) - CO – cit. (Fe2+) Lonchocarpus nicou

2. Inhibitorii fosforilării oxidative - oligomicina A – inh. ATP-sintaza (F0) - dicilohexil-carbodiimida (DCCD) – gr. COOH din ac. glutamic (F0) - aurovertina – subunit. β (F1) 3. Decuplanţi LR-FO - termogenina - florile plantelor - acizi – gradient de pH - gramicidina A - gradient de pH - tiroxina (T4) – decuplant - 2,4-(NO2)2-fenol – fluxul de protoni

Alte procese oxidative celulare - monooxigenaze (hidroxilaze) R-H + O2 + 2 H+ + 2 e-  R-OH + H2O - sursă de H – NADH, NADPH - oxidaze cu funcţii mixte microsomiale (OFMM) Citocrom P450 - membrana REN - structură - proteină heminică – citocrom P450 – substrat, O2 - flavoproteină – NADPH-CYP450-reductaza - fosfatidilcolina - 2007 – 7700 de citocromi - CYP450 – 36 de izoenzime

- CYP 2D6, CYP 2C19 - au afinitate diferită faţă de substrat

- metabolizarea compuşilor endogeni, exogeni (medicamente 75%) - sinteza estrogenilor, testosteronului, colesterolului - metabolizarea vitaminei D CYP 3A4 - metabolizarea medicamentelor - fetus CYP3A7 - intestin –pro-drug

Substrat – blocante ale canalelor de calciu, imunusupresoare, haloperoidol, sildefanil, contraceptive hormonale, codeina, paracetamol Inhibitori – macrolide, azoli antifungici, amiodarona, cimetidina, metronidazol, inhibitori de protează, fluoxetină, verapamil, - bergamotina (grape fruit), echinacea Inductori – barbiturice, carbamazepină, fenitoină, rifampicină - hiperforină (sunătoare)

METABOLISMUL GLUCIDELOR glucide – compuşi polihidroxicarbonilici sau derivaţi ai acestora surse – vegetale (cereale, seminţe, cartofi), animale (glicogen) rol în organism - energetic - 1 g  4,1 kcal - structural – glicolipide, glicoproteine - funcţional – Ac, H

40-65% aport zilnic min 130 g carbohidraţi

Clasificare monozaharide oligozaharide polizaharide

MONOZAHARIDE după natura gr. carbonil – aldoze (glu), cetoze (fru) după nr. at de C – trioze, tetroze, pentoze, hexoze Stereochimia izomerie optică nr. izomerilor = 2n D(+), D(-) racemic - +/- după nr. at de C asimetrici - enantiomeri - diastereoizomeri

Structura ciclică semiacetali (semicetal intern) hidroxil semiacetalic (glicozidic) anomeri – α, β

- epimeri

Deoxiglucozidele 2-deoxiriboza – ADN L-fucoza - glicoproteine Aminoglucozidele glucozamina

Proprietăţi fizico-chimice - substanţe solide, cristaline - reactivitate chimică ridicată 1. Reducere D-glucoză  D-sorbitol D-fructoză  D-manitol 2. Oxidare D-glucoză  acid gluconic D-glucoză  acid glucuronic

3. Condensare cu amine 4. Esterificare 5. Sinteza glicozidelor glucoză + proteine  proteine glicozilate 4. Esterificare glucoză + ATP  glucoză-6-fosfat + ADP 5. Sinteza glicozidelor - ozide – glucozide, galactozide - O-glicozide, S-glicozide, N-glicozide

OLIGOZAHARIDE 2-10 monozaharide nereducătoare – 2 gr. OH glicozidice - zaharoza reducătoare – 1 gr. OH glicozidică, 1 gr. OH alcoolică – maltoza, lactoza

OLIGOZAHARIDE 2-10 monozaharide nereducătoare – 2 gr. OH glicozidice - zaharoza reducătoare – 1 gr. OH glicozidică, 1 gr. OH alcoolică – maltoza, lactoza

POLIZAHARIDE (glicani) eliberează prin hidroliză monozaharide sau derivaţi ai acestora după structură - homoglicani – amidon, glicogen, celuloză - heteroglicani rol - structural – celuloză, mucopolizaharide - rezervă energetică – amidon, glicogen

Glicogen dispoziţie – ficat, muşchi structură - α(14), α(16)  moleculă ramificată nucleu proteic cu apa formează soluţii coloidale

DIGESTIA ŞI ABSORBŢIA GLUCIDELOR Digestia glucidelor alimente – monozaharide, dizaharide, polizaharide cavitatea bucală – amilaza salivară – hidroliza amidonului prelucrat termic  oligozaharide intestinul subţire - amilaza pancreatică – dizaharide, dextrine limită, oligozaharide - leg. 14 interne - dizaharidazele (marginea în perie) - α-glucozidaza (maltaza) - sucraza-izomaltaza - lactaza - trehalaza

lipsa sau reducerea digestiei la nivelul marginii în perie  IG  bacterii intestinale  degradare  acizi, CO2, H2, CH4  tulburări digestive intoleranţa la lactoză, zaharoză celuloza nu este degradată în IS, cantităţi mici în IG

Celule epiteliale intestinale Absorbţia glucidelor sub formă de monozaharide viteza – 120 g glu/h glu - mecanism activ - simport Lumenul intestinal Celule epiteliale intestinale Lichid interstitial, sânge

- gal – similar glu. sub formă de monozaharide fru – proteine transportoare, mecanism de transport saturabil IS  vena portă  ficat  depozitare  glicogen (150 g glu)  ţesuturi  utilizare celule – susteme transportoare - GLUT 1 – eritrocite, BHEN - GLUT 2 – tb. ren, ficat, pancreas (β) - GLUT 3 – neuroni, placenta - GLUT 4 – ţ. adipos, m. scheletici

CĂILE DE UTILIZARE ALE GLUCOZEI glucoza - sursă de energie – glicoliză  CATC - sinteză de compuşi - glicogen - pentoze  nucleotide, acizi nucleici - acizi uronici  proteoglicani, detoxifiere - glicerol, acetil-CoA  neolipogeneză - aa neesenţiali, purine, pirimidine - NADPH  reacţii de reducere

utilizarea glu în ţesuturi depinde de: - starea metabolică - anabolică (postprandial) - glu  piruvat  CATC  ATP - ficat  TG, PL, colest  ţ. adipos - catabolică (interprandial) - glu  energie în ţ. glucodependente - tipul de ţesut - eritrocite – glicoliză anaerobă, pentoze - creier – insulino-dep., glicoliză aerobă, pentoze - ţ. adipos - insulino-dep., acetil-CoA  AG - ficat – glicoliză, depozitare, ac. glucuronic

celule – fosforilare  glu-6-P  ionizare  lipofobă enzime – hexokinaze - KM mic - glucokinaza - KM mare - inductibilă – glu, insulină - stim. – fru-1-P - inh. – fru-6-P

degradarea monozaharidelor la piruvat proces exergonic GLICOLIZA degradarea monozaharidelor la piruvat proces exergonic calea Embden-Meyerhof-Parnas 10 reacţii C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2P  2 CH3-CO-COOH + 2 (NADH+H+) + 2ATP +2H2O

pentozo-P  glu-6-P  glu-1-P  glicogen, acid glucuronic hexokinaza – KM  glucokinaza – inductibilă, KM , hepatocite, celule β-pancreatice pentozo-P  glu-6-P  glu-1-P  glicogen, acid glucuronic  fru-6-P  glicoliză

2

3 PFK1 - ATP, P-enolpiruvat, 1,3-P2-glicerat - inh. - citrat – inh. - glucagon  stim. lipoliza  AG  β-ox.  acetil CoA  CATC  citrat  inh. PFK1  acumulare glu-6-P - fru-2,6-P2 –stim. alosteric -  afinit pt. substrat

fru-2,6-P2 –stim. alosteric -  afinit pt. substrat - glucagon  AMPc   fru-2,6-P2  inh. glicoliza, lipogeneza - insulina  stim. PDE   AMPc  stim. PFK2   fru-2,6-P2

4 r. endergonică 5

6 fixarea GA3P pe E prin gr. SH  ox. NAD+  NADH  eliberarea de pe E fosforilarea tioesterului  leg. macroergică

7 - [ATP]   r. blocată eritrocite - 2,3-P2-glicerat  fixarea O2 pe Hb - deficit de hexokinază   fixarea O2 pe Hb

8 9 - Mg2+ - conformaţional, catalitic

10 - E - inactivată prin fosforilare (glucagon, ADR) - activată prin defosforilare (insulina, este şi inductor) - E 2 forme – L şi M - r. exergonică

piruvat  acetil CoA  CATC  LR  FO Glicoliza aerobă piruvat  acetil CoA  CATC  LR  FO Glicoliza anaerobă - lactat  sânge  ficat  piruvat  gluconeogeneză  glucoză - lactat   pH acid  inh. PFK1

- desfăşurarea r. din glicoliză depinde de: - necesarul de ATP - glicemie – hipoglicemie  stim. gluconeogeneza, inh. Glicoliza - necesarul de intermediari pentru - gluconeogeneză - metabolismul lipidic - calea pentozo-fosfaţilor - CATC

Bilanţul energetic al degradării glucozei anaerobioză reacţia Consum ATP Sinteză ATP glu  glu-6-P - 1 mol - fru-6-P  fru-1,6-P2 1,3-P2-glicerat  3-P-glicerat + 2 moli P-enolpiruvat  piruvat TOTAL -2 moli + 4 moli 2 moli / mol glu

aerobioză glicoliză Sinteză FADH2 Sinteză NADH Consum ATP Sinteză ATP glu  glu-6-P - 1 mol fru-6-P  fru-1,6-P2 1,3-P2-glicerat  3-P-glicerat + 2 moli P-enolpiruvat  piruvat gliceraldehid-3-P  1,3-P2-glicerat ........  + 6 moli CATC piruvat  acetil CoA + 6 (4) moli iso-citrat  α-ceto-glutarat α-ceto-glutarat  succinil CoA succinil CoA  succinat succinat  fumarat .............. + 4 moli L-malat  oxal-acetat TOTAL - 2 moli + 40 moli + 38 (36) moli

Inhibitorii glicolizei 2-deoxiglucoza – inh. r. catalizată de hexokinază comp. cu Hg, ag. alchilanţi – gr. SH GA3P-DH-aza fluoruri – inh. enolaza arseniat – r. cu GA3P

CALEA HEXOZO-FOSFAŢILOR (şuntul pentozo-monofosfaţilor) proces anaerob, participă şi pentoze din alimente rezultă NADPH  reacţii de reducere, biosinteze (AG, steroizi, colesterol), reacţii de hidroxilare (CYP450) NADPH în reacţiile de apărare antiinfecţioasă NADPH pentru refacerea GSH hexoze  pentoze  nucleotide, acizi nucleici, coenzime (NAD, FAD, CoA)

2 etape - oxidativă (hexoze  pentoze) - neoxidativă (conversia pentozelor) 1. Etapa oxidativă

necesar NADPH > necesar pentoze  pentoze sunt transf. în hexoze

2. Etapa neoxidativă

GA-3-P + DHAP  fru-1,6-P2  fru-6-P  glu-6-P 6 glu-6-P + 12 NADP+ + 6 H2O  4 fru-6-P + 2 GA-3-P + 6 CO2 + 12 (NADPH + H+) GA-3-P  DHAP GA-3-P + DHAP  fru-1,6-P2  fru-6-P  glu-6-P muşchi 2fru-6-P + GA-3-P  2 xil-5-P + ribozo-5-P

Reglarea căii hexozo-fosfaţilor necesar  de NADPH  stim. etapei oxidative GSSG / GSH creşte  stim. etapei oxidative per. de creştere  stim. căii consum  de carbohidraţi  stim. glu-6-P-DH-aza, 6-P-gluconat-DH-aza lactaţie -  sinteza DH-azelor post alimentar, diabet -  sinteza DH-azelor în ficat

Deficienţe enzimatice glucozo-6-P-DH-aza – eritrocit – deficit de GSH  anemie hemolitică – methemoglobinemie  hemoliză - infecţii, cetoacidoză transcetolaza – afinitate  pt. TPP  tulb. neurologice, comportamentale (sd. Wernicke-Korsakoff)

CALEA ACIDULUI GLUCURONIC UDP-glucuronil - sinteza de proteoglicani - conjugare metaboliţi  detoxifiere - sinteză de xiluloză

GLUCONEOGENEZA sinteza de glucoză din: piruvat (lactat), aminoacizi, lipide condiţii - inaniţie - aport crescut de proteine, lipide şi scăzut de glucide - efort muscular prelungit - utilizarea lactatului din glicoliza anaerobă localizare – ficat, rinichi, muşchi importanţă - menţinerea echilibrului H+-HO- - reconversia lactatului - utilizarea NH3 din aa - controlul conc. aa - intermediari pentru sint. glicolipide, glicoproteine, glucide

1. Sinteza glucozei din piruvat şi lactat consum de alcool  exces de NADH  reducerea piruvatului la lactat  reducerea OA la malat

2 piruvat + 6 ATP + 2 (NADH + H+) + 2 H2O  glucoză + 6 ADP + 2 NAD+ + 6 P

2. Sinteza glucozei din aminoacizi

glicină, cisteină serină, HO-prolină triptofan aspartat arginină, glutamină histidină, prolină izoleucină, valină metionină, treonină piruvat OA α-cetoglutarat CATC succinil CoA

3. Sinteza glucozei din lipide TG  glicerol  GNG  AG - cu nr. par de at. de C  acetil CoA - cu nr. impar de at. de C  propionil CoA  GNG

Reglarea gluconeogenezei Glicoliza ~ 1 / GNG 1. Alosterică

2. Hormonală insulina (-) glucagon, corticosteroizi, catecolamine (+) lipoliza AG (+) (+) piruvat carboxilaza (+) aminotransferaze (-) acetil CoA piruvat DH-aza CATC, LR, FO ATP (+) corticosteroizi proteoliza aa GNG

(+) glucagon  [AMPc] kinaze (+) (+) FEP carboxikinaza fru-1,6-bifosfataza (-) PFK2

METABOLISMUL GLICOGENULUI glicogenoliza glicogenogeneza

GLICOGENOLIZA hidroliza legăturilor 1-4, 1-6

ţesuturi glucodependente glu-1-P glucomutaza glu-6-P ficat muşchi glicoliză glucoză energie sânge ţesuturi glucodependente glicoliză menţinerea glicemiei energie

Reglarea glicogenolizei glicogen fosforilaza - alosteric – AMP, glu-6-P, ATP - covalent – fosforilare-defosforilare

UDP-glucopirofosforilaza GLICOGENOGENEZA glu  glu-6-P  glu-1-P glu-1-P + UTP UDP-glucopirofosforilaza glu-UDP + PP 2P

Reglarea glicogenogenezei

Afectarea enzimelor implicate în metabolismul glicogenului glicogenoza hepato-renală (boala von Gierke) – glucozo-6-fosfataza - hipoglicemie, lipoliză, gluconeogeneză, hiperlactacidemie - tulburări digestive, convulsii, hepatomegalie, tulburări neurologice glicogenoza generalizată (sindromul Pompe) – 1,4-1,6-glucozidaza - depunere de glicogen în miocard, muşchi, SNC glicogenoza McArdle – fosforilaza musculară - depuneri de glicogen anormal - crampe musculare, dureri, rabdomioliză, oboseală gliocogenoza Herbs – fosforilaza hepatică - depuneri de glicogen în ficat glicogenoza de tip “0” – glicogensintaza - hipoglicemie, cetoză, întârzierea creşterii, osteopenie, tulburări neurologice

METABOLISMUL GALACTOZEI în structura glicolipidelor, glicoproteinelor, proteoglicani transformare în glu gal + glu  lactoză sinteza mielinei

Tulburări ale metabolismului deficit de galactokinază – galactozemie, galactozurie  cataractă UDP-glu-gal-1-P-uridil-transferaza – acumulare de gal-1-P  afectare hepatică, tulburări neuro-psihice

METABOLISMUL FRUCTOZEI fructe – struguri, pere, mere capacitate de îndulcire

vezicule seminale – fructoza  glicoliză  CATC  ATP cristalin – calea poliolilor diabet - acumulare sorbitol, deficit de NADPH  cataractă, retinopatie diabetică

GLICOPROTEINE oligozaharide fixate covalent pe proteine 1-80% glucide monozaharide – gal, manoză, fucoză, acid sialic, glucozamină, arabinoză, xiloză, N-acetil-glucozamina, N-acetil-galactozamina, acid N-acetil neuraminic legături - O-glicozidică – serina (treonina) - N-glicozidică - asparagina - O-glicozidică – HO-lizina partea proteică – activitate biologică partea glucidică – modularea funcţiei, localizare, durata de activitate

Clasificare O-glicozide N-glicozide – simple – N-acetil-glucozamină, manoză - complexe – fucoză, acid N-acetil neuraminic, N-acetil-galactozamină

Biosinteză Sinteza oligozaharidului precursor Transferul oligozaharidului pe proteină Sinteza glicoproteinei mature

Sinteza oligozaharidului precursor - RE Transferul oligozaharidului pe proteină - RE

3. Sinteza glicoproteinei mature – aparatul Golgi – procesare, elongare - glicozidaze - glicozil transferaze - glicoproteina matură  membrane

Rol biologic structura membranelor – structural, funcţional (recunoaşterea celulelor), adezivitate grupele sanguine – A, B procesele de apărare – imunoglobuline, interferon, complement coagularea sângelui – protrombina, fibrinogen transportul compuşilor endo-, exogeni – transferina, ceruloplasmina, transcortina lubrifianţi – tub digestiv, mucoasa vaginală metabolismul hemoglobinei – haptoglobine stabilitatea celulelor – glicoforine (hematii)

PROTEOGLICANI conţin heteropolizaharide neramificate fixate covalent pe proteine trizaharid de legătură – gal-gal-xil localizare – intracelular, cartilagii, tendoane, piele, lichid sinovial polizaharidele – glucozamină/galactozamină - acid glucuronic (acid iduronic) clasificare – după structura dizaharidului - acid glucuronic + N-acetil glucozamină – acid hialuronic, - acid glucuronic + N-acetil-galactozamină - condroitin-4-sulfat, condroitin-6-sulfat - acid glucuronic/acid iduronic + N-acetil-galactozamină - dermatan sulfat - acid glucuronic/acid iduronic + N-acetil-glucozamină - heparan sulfat, heparină - D-galactoză+N-acetil-glucozamină + glucide – keratan sulfat

mucopolizaharidoze acumulare de dermatan sulfat, heparan sulfat – întârziere mintală, opacifierea corneei, deformări scheletice, modificări somatice, surditate,

Acid hialuronic structură liniară asociere cu proteoglicani localizare – cartilagii, lichid sinovial, corp vitros, derm, ţesut nervos, ţesut epitelial cu apa formează soluţii vâscose  lubrifiant, protecţie mecanică hidrolizat de hialuronidază

Condroitin sulfat cartilagii, artere, cornee, ţesut nervos mineralizarea osoasă, matricea cartilajului ionizarea gr. sulfat osteoartrită suplimente nutritive

Heparina

localizare – ficat, piele, plămân anticoagulant - antitrombina clarificarea plasmei postprandial

AMINOACIZI 20 proteinogeni – L, α neproteinogeni - -alanina, GABA cod genetic - codon

Gly Ala Val Leu Ile His Phe Pro Trp Ser Thr

Tyr Cys Met Asp Asn Glu Gln Arg Lys

Proprietăţi fizico-chimice subst. solide solubilitate variabilă în apă, sol. în sol. H+, HO- izomerie optică – excepţie glicina, L propr. H+- HO- - pKNH2, pKCOOH punct izoelectric (pI) - R influenţează proprietăţile – hidrofob nepolar, polar, încărcat electric

r. gr. NH2 - condensare comp. carbonilici - alchilare - acilare - dezaminare - NH2  OH r. gr. COOH - amide - esteri - anhidride - nitrili - decarboxilare r. gr. NH2 + r. gr. COOH - metale – Mg2+, Ca2+, Ni2+, Zn2+, Co2+ - legătura peptidică r. pt. R - SH  -S-S- - OH  esteri

Rol biologic sinteza de proteine structura coenzimelor – SAM sinteza de molecule active biologic – hem, serotonină, histamină sursă de energie  intermediari CATC sinteza de glucoză transmiterea impulsului nervos - GABA

PEPTIDE lanţuri de aa N-terminal, C-terminal rol - apărare antioxidantă – glutation - reglarea tensiunii arteriale – angiotensina II - hormoni - insulina

PROTEINE “proteios” (greacă) lanţuri de aa – 1010-1012 proteine proteom  proteomică sinteză în ribozomi – transcriere, translaţie specificitate de specie

Structură - primară secundară terţiară cuaternară

Structura primară lanţ de aa  structură unică capete – N-terminal, C-terminal imprimă acţiunea biologică înlocuirea aa  modificarea proprietăţilor evidenţierea mutaţiilor genetice analiza proteinei - hidroliză chimică, enzimatică

Structura secundară leg. de H - >C=O ...... –HN- legătură dublă parţial - trans β-pliată α-helix

Structura terţiară leg. necovalente – leg. de H, ionice, hidrofobe leg covalente -S-S- R încărcat/R hidrofob – 0,9-1,4 (alungită), 0,3-0,6 (globulară) organizarea în domenii

Structura cuaternară monomeri (protomeri, oligomeri) legături necovalente

Proprietăţi solubilitate - fibrilare, globulare - precipitare selectivă în soluţii saline - 0-40o – creşte solubilitatea în apă proprietăţi electrochimice - amfoliţi - pI – 7, < 7, >7 - sisteme tampon - hemoglobină/hemoglobinat - proteină/proteinat - separare electroforetică - denaturarea proteinelor – chimică, termică

Clasificare după solubilitate - globulare – globine, albumine, histone - fibrilare – colagen, keratină, elastină după structură - simple - conjugate (heteroproteine) - fosfoproteine – cazeină, enzime fosforilate - glicoproteine - lipoproteine - cromoproteine – Hb, mioglobina, flavoproteine - metaloproteine – feritina, ceruloplasmina - nucleoproteine după funcţie - enzimatice - de transport - contractile - hormonale

Rol biologic structural – membrană, matricea extracelulară, oase, ligamente enzime transport şi depozitare – Hb, mioglobina, albumina, transferina apărare imunitară – Ig hormoni contracţia musculară procese fiziologice – rodopsina coagularea sângelui transmiterea informaţiei – receptori motilitate