UNIVERSITATEA DIN BUCURESTI. Biochimie metabolica

Transcript

1 UNIVERSITATEA DIN BUCURESTI CICLUL 1. LICENTA IN BIOCHIMIE Biochimie metabolica 12/10/13 1

2 12/10/13 2

3 Piruvatul format in glicoliza patrunde in mitocondrie (transportor) si sufera decarboxillare oxidativa la acetil CoA (complexul piruvat dehidrogenaza) Acetil CoA este oxidata total (cu NAD+ si FAD) in ciclul acizilor tricarboxilici (TCA) cu formare de CO 2, NADH, FADH2, ATP. ANT transportor ADP/ATP; GDH- glutamat dehidrogenaza; KG - cetoglutarat; OAAoxaloacetat; PC - piruvat carboxilaza; PDH - piruvat dehidrogenaza; Suc-CoA, succinil-coa; SDH - succinat dehidrogenaza; UCP2- proteina de decuplare 2. 12/10/13 Prof. Dana Iordachescu 3

4 Complexul piruvat dehidrogenazei Complex multienzimatic care catalizeaza reactia de decarboxilare oxidativa: CH 3 C=O COOH + NAD + + CoA-SH CH 3 -CO~SCoA + NADH CO 2 Transformarea ireversibila, transformarea lipide glucide imposibila L. Reed Nr.catene Grupari prostetice E1-Componenta A 24 TPP realizeaza decarboxilarea oxidativa a piruvatului Complex E,coli E2 Dihidrolipoil transacetilaza..transferul gruparii acetil pe CoASH E3 Dihidrolipoil 12 FAD dehidrogenaza regenerarea formei oxidate a lipoilamidei 12/10/ Lipoilamida

5 R E1 H+ Tiamin pirofosfat (TPP) carbanion CH3 C=O COOH piruvat c HO-C-CH3 COOH CO2 H+ HO-C-CH3 Hidroxietil-TPP-E1 a) Componenta A a complexului piruvat dehidrogenaza catalizeaza decarboxilarea piruvatului (3C) cu formarea unui derivat hidroxietil (2C) 12/10/13 5

6 HO-C-CH3 TPP-E1 + H CH 3 -CO~ Lipoilamida E2 b) E1-TPP Are loc transferul unei grupari cu 2 C si un proces de oxidare alcool compus carbonilic, de unde si caracterul macroergic al legaturii tioesterice H CH 3 -CO~ + CoASH H H + CH 3 -CO~SCoA Tot in etapa b are loc transferul gruparii acetil pe coenzima A 12/10/13 6

7 H H + E 3 -FAD + E 3 -FADH 2 E 3 -FADH 2 + NAD+ E 3 -FAD + NADH+H+ Interactii necovalente intre E1, E2 si E3 Avantaj evolutiv: creste viteza totala a reactiilor, scad reactiile secundare Complex ph>7 E1 + E2.E3 Lipoilamida 14 Å mobilitate, stabileste contacte cu E1 si E3 enzima E2 are pozitie centrala La ph neutru, dupa dializa, are loc o reasamblare sponana uree 12/10/13 7 E2 E3

8 Etapele decarboxilarii oxidative catalizata de piruvat dehidrogenaza 12/10/13 8

9 Controlul piruvat dehidrogenazei PDH-OP inactiva PDH-OH activa 12/10/13 9

10 Transformari alternative ale acetil CoA 12/10/13 10

11 Ciclul Krebs Ciclul acizilor tricarboxilici Ciclul acidului citric Are loc in matricea mitoncriala Gruparea acetil din acetil CoA este oxidata total la 2 moli CO 2 Agenti oxidanti: 3 moli NAD+ si un mol FAD Reactie totala: CH 3 COSCoA + 3 NAD + + FAD + GDP+Pi 2CO 2 + CoASH + 3NADH+3H + +FADH 2 + GTP Reactiile 1,3,4 - ireversibile Reactia 5 fosforilare oxdativa la nivel de substrat Reactia 6 este legatura cu CTEM 12/10/13 11

12 Reactiile ciclului Krebs ENZIME Etapa 1- citrat sintaza Etapa 2- aconitaza Etapa 3-izocitrat dehidrogenaza Etapa 4-complexul 2- oxoglutarat dehidrogenazei Etapa 5-succinil CoA sintetaza Etapa 6-succinat dehidrogenaza Etapa 7-fumaraza Etapa 8-malat dehidrogenaza Atentie sintaza clasa 4 Enzime; sintetaza clasa 6 Enzime! Complexele omoloage: 2-oxoglutarat dehidrogenaza si piruvat dehidrogenaza! 12/10/13 12

13 1. Reactia citrat sintazei condensarea acetil CoA cu oxaloacetat cu formarea acidului tricarboxilic - citratul 2. Reactia aconitazei izomerizarea citratului (C6) la izocitrat Aconitaza are un cluster 4Fe-4S in centrul catalitic activ catalizeaza hidratarea reversibila a cisaconitatului 12/10/13 13

14 12/10/13 14

15 3) Reactia izocitrat dehidrogenazei decarboxilarea oxidativa a izocitratului 2 izoenzime (citosol, mitocondrie) care colaboreaza in transferul H+ prin membrana interna mitocondriala 4) Transformarile catalizate de complexul 2-oxoglutarat dehidrogenazei ce conduc la formarea complexului macroergic succinil CoA E1 - Componenta A a complexului 2-oxoglutarat decarboxilaza (TPP) E2 - dihidrolipoat transsuccinilaza E3-dihrolipoat dehidrogenaza (FAD) comuna 5) Reactia succinil CoA sintetaza fosforilare oxidativa la nivel de substrat Reactie reversibila scindeaza si se formeaza un compus macroergic Echiibrul deplasat spre sinteza succinil CoA-nomenclatura enzimei 12/10/13 GTP + ADP GDP + ATP 15

16 6) Reactia succinat dehidrogenazei oxidarea succinatului la malat FAD legat covalent Are 3 clustere Fe-S 2Fe-2S; 3Fe-4S; 4Fe-4S Succinat FADH2 Fe-S Singura enzima plasata in membr mit interna face legatura cu CTEM 7) Reactia fumarazei specifica pentru izomerii trans (fumarat) si L (malat) 8) Reactia malat dehidrogenazei refacerea acceptorului initial C4 Izoenzime citosol-mitocondrie care colaboreaza in transferul echivalentilor de reducere prin membrana interna mitocondriala 12/10/13 16

17 Reglarea fluxului ciclului Krebs Viteza fluxului ciclului Krebs este reglata de nivelul ATP, la 3 puncte control: Piruvat dehidrogenaza- inhibata de NADH, acetil CoA si ATP Izocitrat dehidrogenaza stimulata de ADP, inhibata de ATP si NADH Complexul 2-oxoglutarat DHaza inhibat de NADH, succinil CoA, NADH Citrat sintaza enzima reglatoare - α2, fiecare subunitate α are un domeniu mare, un domeniu mic, legate printr-o fanta la nivelul careia este centrul catalitic activ Mecanismul induced fit oxaloacetatul se leaga primul, induce o modificare conform. soldata cu formarea centrului catalitic activ, dupa care se leaga acetil CoA senzor pentru accesibilitatea oxaloacetatului 12/10/13 17

18 Sinteza asimetrica in ciclul Krebs CH 3 -CO~SCoA CH 2 -COOH CH 2 -COOH CH 2 -COOH CH 2 -COOH + O=C-COOH HO-C-COOH H-C-COOH CH 2 CH 2 CH 2 -COOH CH 2 -COOH HO-CH-COOH O=C-COOH COOH In prima runda a ciclului, CO2 provine din oxaloacetat, nu din acetil CoA Reinoire - turnover CO 2 CO 2 CH 2 -COOH Teoria lui Ogston HO C COOH CH 2 -COOH Aconitaza deosebeste intre cele doua grupari carboximetil datorita structurii centrului catalitic activ 12/10/13 18

19 glucoza Natura amfibolica a ciclului Krebs 1 gluconeogeneza 5 Ciclul Krebs furnizeaza metaboliti si pt multe cai anabolice sinteza de acizi grasi colesterol, corpi cetonici, aminoacizi si proteine, porfirine, nucleotide, glucide 2 Corpi cetonici /10/13 Prof. Dana Iordachescu 19

20 Reactii anaplerotice ciclului Krebs Mn 2+ + Acetil CoA Pir + CO 2 + ATP piruvat carboxilaza oxalacetat + ADP + Pi Mitocondrie 650 kda, 4 subunitati 1 mol biotina/subunitate 3 3. Transaminari 4. Ciclul glioxilat 2. PIR + CO 2 +NADPH malic enzima malat + NADPH Malat: NADP oxidoreductaza decarboxilanta Comparatie ATP vs NADPH compusi macroergici 12/10/13 20

21 Ciclul glioxilat Plante, microorganisme In glioxizomi 5 1 CH 2 -COOH Izocitrat liaza CH 2 -COOH CH-COOH CH 2 -COOH 4 2 HO-CH-COOH CHO succinat COOH glioxilat Reactie totala: 3 0=CH-COOH + HO-CH-COOH malat CH 3 -CO~SCoA CH 2 -COOH sintaza + + H 2 O CoA-SH 2 Acetil CoA + NAD + + H 2 O Succinat + NADH+ 2 CoASH Acizi grasi Glucoza 12/10/13 21

22 Ciclul Krebs si ciclul glioxilat decurg concomitent, in organite intracitoplasmatice diferite, intre care exista schimburi de metaboliti 12/10/13 22

23 UNIVERSITATEA DIN BUCURESTI CICLUL 1. LICENTA IN BIOCHIMIE Biochimie metabolica

24 GLUCONEOGENEZA Cale anabolica generala sinteza glucozei din precursori neglucidici Decurge cu viteza maxima in ficat; ½ Vmax in cortexul renal; viteze mici in creier, muschi Rol Mentinerea glicemiei Alimentarea cu glucoza a tesuturilor nehepatici Creier glucoza este combustibilul principal; consum de 120 g glc/zi din cele 160 g glc necesare omului adult/zi Esential in perioade lungi de inanitie si exercitii musculare 2

25 Lactat Piruvat Alanina Propionat Oxalacetat Aspartat Metabolitii glicolizei surse neglucidice GAP, DHAP Alte surse gluconeogenice Glucoza Gluconeogeneza poate fi considerata inversul glicolizei, cu care are metaboliti si enzime comune cu mici exceptii 3

26 Glicoliza Glc + 2 NAD (ADP+Pi) 2 Pir + 2 NAD + 2 ATP ΔGo = - 20 kcal/mol 3 etape ireversibile Hexokinaza Fosfofructokinaza Piruvat kinaza Gluconeogeneza 4 2 Pir + 2 NADH + 4 ATP + 2 GTP Glc + 2 NAD+ + 4 ADP + 2 GDP + 6Pi ΔGo = - 9 kcal/mol 4 reactii ireversibile Prima reactie in mitocondrie, restul citosol

27 Etapele gluconeogenezei 1) Carboxilarea piruvatului piruvat carboxilaza mitocondrie reactie anaplerotica ciclului Krebs CH 3 COOH C=O + CO 2 + ATP + H2O CH 2 + ADP + Pi COOH C=O COOH piruvat oxalacetat acetil CoA Biotin-E + CO2 + ATP CO2~biotin-E + Piruvat CO2~biotin-E + ADP + Pi Biotin-E + oxalacetat -O O C N H 2 C CH O C S CH NH CH carboxybiotin O lysine residue O C (CH 2 ) 4 C NH (CH 2 ) 4 CH NH 5

28 Cand [ATP] mare, acetil CoA stimuleaza intrarea oxaloacetatului in gluconeogeneza Urmatoarele reactii ale gluconeogenezei au loc in citosol Mitocondrie PIR Piruvat carboxilaza ATP OA MDHm Gluconeogeneza citosol OA MDHc NADH NADH Malat Malat OA oxalacetat MDH-malat dehidrogenaza MMI membrana mit.interna MMI 6

29 2) Transformarea oxaloacetatului in fosfoenol piruvat, sub actiunea PEP carboxikinazei in citosol COOH CH2 PEP carboxikinaza CH2 C=O + GTP C~OP + CO 2 + GDP COOH COOH Oxalacetat Fosfoenol piruvat (PEP) Suma reactiilor PIR + ATP + GTP PEP + ADP + GDP + Pi Transformarile ulterioare sunt comune cu cele ale glicolizei: ATP NADH PEP 2-PG 3-PG 1,3-DPG GAP

30 glyceraldehyde-3-phosphate NAD + + P i NADH + H + Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase 1,3-bisphosphoglycerate ADP Phosphoglycerate Kinase ATP 3-phosphoglycerate 2-phosphoglycerate H 2 O Enolase phosphoenolpyruvate Phosphoglycerate Mutase CO 2 + GDP PEP Carboxykinase GTP oxaloacetate P i + ADP HCO 3 + ATP pyruvate Pyruvate Carboxylase Suma reactiilor 1-6 x 2 2 PIR + 4 ATP + 2 GTP +2 NADH 2 GAP + 4 ADP +2 GDP + NAD+ + 5 Pi Gluconeogenesis 8

31 glucose Gluconeogenesis P i Glucose-6-phosphatase H 2 O glucose-6-phosphate fructose-6-phosphate P i Phosphoglucose Isomerase Fructose-1,6-bisphosphatase H 2 O fructose-1,6-bisphosphate Aldolase glyceraldehyde-3-phosphate + dihydroxyacetone-phosphate Triosephosphate Isomerase (continued) 9

32 Glucozo 6-fosfataza este o enzima inglobata in sistemul membranar al reticulului endoplasmic (ER) din ficat. Situsul catalitic este expus lumenului ER. De fapt in hidroliza Glc-6-P sunt implicate si alte 4 proteine: 1) transportorul glucozo-6-p (T1); 2) transportorul fosfatului (T2); 3) transportorul glucozei (T3) si proteina SP (Ca-binding stabilizing protein) 10

33 Se cunosc maladii de stocare a glicogenului GSD (glycogen storage disease) datorita unor defecte genettice la nivelul acestui sistem: Tip 1a defect la nivelul G6Paza Tip 1b defect la nivelul transportorului T1 (Glc 6-P) 11

34 Cicluri futile ATP ADP 100 v A B Flux metabolic A B 100 B A Viteza neta 10 P i A + ATP H 2 O B + ADP Daca un efector activeaza cu 20 % transformarea A B, inhiba cu 20 % transformarea B A B + H 2 O A + P i v Σ ATP + H 2 O ADP + P i Fluxul metabolic A B 120 B A Viteza neta 48

35 13

36 Situsul major de reglare a gluconeogenezei si glicolizei prin nivelul fructozo 2,6-bis fosfat (F-2,6-BP). Hiperglicemie [F-2,6BP] creste +fosfructokinaza Inanitie glicoliza - F-2,6-BP fosfataza neogeneza [F-2,6BP] scade Invers! 14

37 15 6 ATP ficat + 2 ADP eritrocit 6 ADP ficat + 2 ATPeritrocit Deplasari energetice (ATP) de la ficat (tesut bogat in mitocondrii) spre eritrocit (tesut lipsit de mitocondrii)

38 In ficat, ciclul ureogenic 10 ATP ficat + 8 ADP muschi + O2 10 ADPficat + 8 ATP muschi Mai avantajos energetic! 16

39 17 PIR CITOSOL Glu Glu MITOCONDRIE NAD+ Ala principalul aminoacid gluconeogenic GPTc NH3 Glu DHaza G L U O N E O G E N E Z A MDHc OA Ala PIR GPTc malat NAD+ NADH OG Glu OG Asp Ala OG Pir carboxlaza PIR OA malat La fel! OA malat OG 2-oxoglutarat; OA oxalacetat; MDH malat dehidrogenaza; GPT alanin aminotransferaza; GOT glutamat aminotransferaza OG Glu PIR CO2 NADH Pir carboxilaza OA GOTm MDHm ATP OA malat NADH NAD+

40 PDH Glucide Piruvat Acetil~CoA Lipide Datorita in principal ireversibilitatii reactiilor catalizate de complexul PDH, Lipidele nu pot fi transformate in glucide (nu sunt surse gluconeogenice) 1-a exceptie CH2-O-CO-R1 lipaza tisulara CH2-OH R1-COOH CH-O-CO-R2 hormon sensibila CH-OH + R2-COOH CH2-O-CO-R3 CH2-OH R3-COOH Glicerol 3-P dehidrogenaza CH2-OH CH-OH CH2-O- P NAD + NADH ADP Glicerol kinaza ATP DHAP 18

41 A 2-a exceptie 19 Aminoacizii ramificati (Val, Ile) Acizii grasi cu numar impar de atomi de carbon Colesterol catabolism Propionat Propionat CITOSOL ATP, CoA AMP+PP Propionil CoA sintetaza Propionil CoA CO2 ADP ATP COOH Vit B12 Propionil CH-CH3 CoA mutaza CO~SCoA carboxilaza Metil malonil CoA Succinil CoA Succinil CoA sintetaza Oxalacetat Malat Malat fumaraza Fumarat succinat dehidrogenaza Succinat GLUCONEOGENEZA MITOCONDRIE