Curs 2: GLUCIDE - aspecte generale GLICOLIZA Ciclul acidului LACTIC ( ciclul CORI) Căi alternative ale PIRUVATULUI

Transcript

1 Curs 2: GLUCIDE - aspecte generale GLICLIZA Ciclul acidului LACTIC ( ciclul CRI) Căi alternative ale PIRUVATULUI

2 GLUCIDE - aspecte generale 1. Definiţie, roluri 2. Clasificare, structură, proprietăţi, izomerie 3. Digestia, absorbţia şi transportul glucidelor 4. Importanţa medicală

3 1. Glucide: definiţie, roluri Def.: Conţin C,,, alte elemente; cele mai abundente molecule organice, prezente la plante şi la animale. Glucide = Carbohidraţi, formula empirică (C 2 ) n Roluri: furnizează energie (rol energetic): 1 g glucide 4 kcal 65-75% din necesarul zilnic de calorii. sursă de pentoze pt. sinteza ADN / ARN / ATP Sinteză de vit. B2 și B12 componente ale membranelor celulare (rol structural) stimulare a peristaltismului intestinal (celuloză) comunicarea intercelulară formă de stocare a surplusului energetic

4 2. Glucide: clasificare

5 2. Glucide: structură Monozaharide: Aldoze = conţin gruparea aldehidică ex. gliceraldehida Cetoze = conţin gruparea cetozică ex. dihidroxiacetona, fructoza, xiluloza au formula generală (C 2 ) n, n 3 Monozaharidele 5 atomi de C au structuri predominant ciclice În funcție de numărul de atomi de C, monozaharide sunt denumite: trioze (C3: ex. gliceraldehida), tetroze (C4: ex. eritroza), pentoze (C5: ex. riboza), hexoze (C6: ex. glucoza), etc.

6 Aldoze C C C 2 D-Gliceroaldehida C C Glucide: structură trioze pentoze hexoze C C C C C C C 2 C 2 Riboza 2-Dezoxiriboza C C C C C C C C C C C 2 C 2 C C C C C C 2 Glucoza Manoza Galactoza Cetoze trioze C 2 C C 2 Dihidroxiacetona hexoze C 2 C C C C C 2 Fructoza

7 Glucide - structură sub 1% din monozaharidele cu > 5 C au formă liniară (aciclică); majoritatea au configuraţie inelară (ciclică) prin interacţiunea dintre gruparea aldehidică (sau cetozică) cu un radical alcoolic al aceluiaşi glucid Valenţele fiind egale formule de perspectivă (forma piranozică / furanozică) PIRANZA: compus inelar hexa-atomic FURANZA: compus inelar penta-atomic

8 Glucide - structură Glucoza se întâlneşte mai rar în forma furanozică Fructoza se găseşte în formă furanozică 6 2 C fructofuranoza 1 C C 2 5 C fructofuranoza

9 2. Glucide - proprietăţi Statusul atomului de oxigen legat de atomul anomeric (fostul C carbonilic) dictează caracterul reducător sau nereducător al unui glucid, restul grupărilor nefiind implicate testele colorimetrice ce utilizează reactivi cromogeni detectează prezenţa glucidelor în urină Identificarea exactă a glucidului necesită teste adiţionale specifice

10 2. Glucide - izomerie - Izomeri: compuşi cu formule chimice identice, dar cu structuri chimice diferite Ex. C : Fruc, Glu, Gal şi Man - Izomerii care diferă doar prin orientarea spaţială a atomilor din structură = STEREIZMERI: 1. Enantiomeri stereoizomeri cu structura în oglindă Ex. D (dextro) şi L (levo) gliceraldehida (C2 asimetric) Gruparea care dă apartenenţa la seria L sau D este gruparea alcoolică primară (de la C2 asimetric) Toate glucidele naturale aparţin seriei D Dacă există mai mulţi atomi C asimetrici, poziţia grupării de la ultimul carbon asimetric este referinţa pentru numirea izomerilor D sau L (ex. D-Glu, L-Glu) 2. Diastereoizomeri stereoizomeri fără structură în oglindă (ex. D-Glu, D-altroza)

11 EPIMERI: izomeri care diferă prin configuraţia unui singur atom de C (ex. Glu şi Gal: epimeri la C 4 ) α şi β ANMERI (în cazul monozaharidelor ciclice): diferă prin poziţia relativă a grupării legate de C1 (pentru aldoze) sau C2 (pentru cetoze) ex. α Glucoza - de la C1 este trans faţă de -C 2 de la C5 β Glucoza - de la C1 este cis faţă de C 2 de la C5 Glucide - izomerie

12 Glucide structură (Dizaharidele) Dizaharidele: formate din 2 molecule de monozaharide unite prin legături glicozidice Celobioza - unitatea dizaharidică a celulozei; este formată din 2 molecule de β-glucoză legate 1-4 Nu poate fi utilizată de om în scop energetic Măreşte peristaltismul intestinal Maltoza unitatea dizaharidică a amidonului; este formată din 2 molecule de α-glucoză legate 1-4 C 2 C 2 Celobioza Maltoza C 2 C 2

13 Glucide structură (Dizaharidele) Lactoza: formată din β- galactoză şi α-glucoză Digestia: hidrolizată de β- galactozidaze; dacă lipsesc nu se tolerează laptele Normal: Lactoza glucoză şi galactoză Glucoza glicoliză Galactoza glucoză C 2 Lactoza C 2 absenţa enzimelor galactozemie esenţială

14 Glucide structură (Dizaharidele) Zaharoza: formată din α- glucoză şi β-fructoză glucid de bază a alimentaţiei (îndulcire) idroliza este produsă de o α-glucozidază (nu există o zaharază) Sucroza: formată din α- glucoză şi β-fructoză 2 C C 2 Zaharoza C2

15 3. Digestia glucidelor - 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 implicate: Endoglicozidazele: hidroliza oligo- şi polizaharidelor Dizaharidazele: hidroliza dizaharidelor Glicozidazele specifice: hidroliza legăturilor glicozidice

16 Digestia glucidelor Amilază salivară hidrolizează legăturile α (1-4), digerând parțial amidonul și glicogen la dextrine și câteva molecule de maltoză α- amilaza salivară este inactivată de aciditatea gastrică locală Celuloza nu poate fi digerată- legături β (1-4) Rezultă oligozaharide cu legături α (1-6) sau dextrine scurte, maltotrioze, dizaharide rezistente la actiunea α- amilazei Amilază pancreatică transformă amidonul, glicogenul și dextrinele maltoză Maltaza, lactaza şi sucraza (sintetizate la nivelul feţei luminale a marginii în perie a celulelor mucoasei intestinale) hidrolizează dizaharidele corespunzătoare la Glu, Fru și Gal.

17 3. Absobţia glucidelor de Glu din țesuturi la sânge Absorbţia monozaharidelor: în duoden şi jejun superior. Insulina nu este necesară pentru absorbţie A. Simplă: pasiv; ex.: pentoze şi fructoza B. Activă: are nevoie de transportor proteic sau pompă de Na (consumă ATP) B.1. Difuzie independentă de Na+, cu ajutorul proteinelor transportoare de glucoză (GLUT 1... GLUT14) GLUT 1 -abundent în eritrocitele, creier GLUT 2 - ficat și celulele β pancreatice GLUT 3 -specific pentru neuroni GLUT 4 -ţesutul adipos şi musculatura scheletică. Insulina numărul GLUT-4 Alte GLUT sunt implicate în transportul

18 3.Transportul glucozei către celule B.2. Sistemul co-transportor Na + - dependent. Se realizează independent pe gradientul de concentrație, cu ajutorul SGLT (transportor de sodiu-glucoză) Acest tip de transport are loc în intestin, tubii renali si plexul coroid. Transportă Glu, Gal în enterocite Glu, Gal şi Fru sunt transportate din celulele mucoasei intestinale în circulaţia portală cu GLUT-2

19 Soarta glucozei după absorbţie xidare în principal prin glicoliză și ciclul Krebs în C 2 și 2, cu eliberare de energie stocată în ATP. Sinteza altor carbohidraţi: Pentoză prin șuntul pentozelor Acid glucuronic prin calea acidului uronic Galactoză și lactoză Mucopolizaharide Excesul este transformat în glicogen prin glicogeneză Un exces marcat de glucoză, duce la stocarea lipidelor prin lipogeneză Sinteza aminoacizi neesențiali din intermediarii de glucoză.

20 4. Importanţa medicală - Glucoza absolut necesară organismului Nivelul glucozei în sânge = glicemie Interval biologic de referinţă: mg/dl ( 100 mg/dl) Valori = hipoglicemie; valori sub limita inferioară coma hipoglicemică Valori = hiperglicemie; se întâlnesc în diabet zaharat - Excesul = depus sub formă de glicogen (glicogenogeneză) - Mobilizarea Glu din depozite = glicogenoliză

21 Importanţa medicală - tulburări ale depozitării sau mobilizării Glu glicogenoze - Glu = substrat energetic major pentru SNC. Când rezerva de Glu a ficatului este epuizată gluconeogeneză - Concluzie: prin glicogenogeneză, glicogenoliză şi gluconeogeneză aportul de Glu este continuu

22 GLICLIZA Calea Embden Meyerhof Gustav Embden tto Fritz Meyerhof Premiul Nobel 1. Definiţie, localizare, generalităţi 2. Glicoliza: etape, reacţii, reglare 3. Bilanţ energetic

23 1. Glicoliza definiţie, localizare Definiţie: secvenţă de reacţii enzimatice prin care, în aerobioză, 1 moleculă Glu (6C) 2 molecule piruvat (3C) şi metaboliţi intermediari utilizaţi în alte căi metabolice Cale metabolică importantă: furnizează energie (ATP) ~120 g Glu/zi sunt utilizate de creierul adultului pentru necesarul de ATP Localizare: toate celulele, citosol

24

25 Glicoliza - generalităţi Glicoliza aerobă: secvenţă de 10 reacţii: produs final = Piruvat (Py) Furnizează energie (2 ATP şi 2 NAD) Localizare: celule care deţin mitocondrii şi aport adecvat de 2 2 = indispensabil reoxidării NAD rezultat din oxidarea GA-3P pregăteşte teren pentru decarboxilarea oxidativă Py acetil-coa (sursă de energie a ciclului Krebs) Prin metabolizarea acetil-coa la nivelul ciclului Krebs şi a lanţului respirator mitocondrial rezultă 36 sau 38 moli ATP / 1 mol Glu

26 Glicoliza - generalităţi Glicoliza anaerobă: secvenţă de 11 reacţii: produs final = Lactat ( reducerea Py) permite sinteza de ATP (2 ATP / 1 moleculă Glu) în ţesuturi cu aportul de 2 insuficient

27 Ţesuturi dependente de glicoliză pentru furnizarea ATP ematii, cornee, cristalin şi anumite regiuni ale retinei nu deţin mitocondrii (lactatul = produs final al glicolizei) Rinichi (medulara), testicule, leucocite si fibre muscular netede conţin puţine mitocondrii (aproape total dependente de glicoliză ca sursă de ATP) La adulţii sănătoşi, aceste ţesuturi consumă aproximativ 40 g Glu / zi pentru producerea ATP Sursa majoră de ac. lactic în sânge = hematiile şi muşchii

28 2. Glicoliza etape 1. Etapa consumatoare de ATP (5 reacţii) Glucoza 2ATP 2ADP + 2Pi Gliceroaldehid-3-fosfat (GAP) Dihidroxiacetonfosfat (DAP) 2ADP 2ATP 2. Etapa producătoare de ATP (ultimele reacții) Acid piruvic LD Acid lactic În prezenţa mitocondriilor şi a 2 În absenţa mitocondriilor şi/sau a 2

29 2. Glicoliza reacţii Toţi intermediarii glicolizei (de la Glu la Py) sunt fosforilaţi Gruparea fosfat a intermediarilor glicolizei are 2 roluri: 1. Menținerea moleculelor energetice în celulă (compuşi hidrofili) - cu un grup polar negativ sunt incapabili să traverseze membrana celulară prin simpla difuziune la p-ul fiziologic. 2. interacţiunea enzimă-substrat mai bună

30 Glicoliza reacţii Primele 5 reacţii (etapa consumatoare de ATP): 1. Fosforilarea Glu G-6-P 2. Izomerizarea G-6-P Fr-6-P 3. Fosforilarea Fr-6-P Fr-1,6- BP 4. Scindarea Fr-1,6- BP GA-3P + DAP 5. Izomerizarea DAP GA-3P (interconversiunea triozo-fosfaţilor)

31 Glicoliza reacţii 1. Fosforilarea glucozei (Glu G-6P) Consumatoare de ATP C 2 ATP ADP Mg 2+ K, GK G C 2 P G 6 P Enzime implicate: izoenzimele hexokinazei (una dintre cele 3 enzime reglatoare ale glicolizei alături de fosfofructokinază şi piruvat-kinază) Kinazele - sunt de obicei implicate în reacţii ireversibile Mg 2+ este indispensabil în toate fosforilările

32 Glicoliza reglare exokinaza (K) prezentă în toate ţesuturile specificitate largă pt substrat (fosforilează diverse hexoze, nu doar Glu) prima enzimă alosterică a glicolizei Reglare: inhibată prin mecanism feed-back de produsul final de reacţie G-6-P (se acumulează când rata de metabolizare scade) Km pt Glu (are afinitate pt Glu) Vmax pt Glu (nu poate reţine hexozele fosforilate în interiorul celulei şi nu poate fosforila o cantitate de glucide > decât necesarul)

33 Glicoliza reglare Glucokinaza (GK) (hexokinaza D sau IV) prezentă în ficat şi în celulele β pancreatice principala enzimă care asigură fosforilarea Glu Specificitatea pt S similară izoenzimelor K Km pt Glu (are afinitate pt G) Km GK >> Km K Reglare: nu este inhibată alosteric de G-6-P este inhibată indirect de Fr-6-P (în echilibru cu G-6-P) stimulată de insulină stimulată indirect de Glu, prin intermediul proteinei reglatoare a GK (GKRP)

34 Glicoliza reglare Glucokinaza Roluri - intervine în controlul homeostaziei Glu plasmatice prin: În celulele β pancreatice detector de Glu determină pragul secreţiei de insulină în ficat reduce glicemia din perioada de absorţie (GLUT-2) permite ficatului să elimine eficient fluxul masiv de Glu adus prin sângele portal după alimentaţie previne supraâncărcarea cu Glu a circulaţiei sistemice

35 Glicoliza reacţii 2. Izomerizarea G-6-P Fr-6-P C 2 P PI P 2 C C 2 G 6 P Fr 6 P Enzima implicată: fosfohexoizomeraza (fosfoglucoizomeraza) Reacţia este complet reversibilă Nu constituie o etapă limitantă de viteză

36 Glicoliza reacţii 3. Fosforilarea Fr-6-P Fr-1,6-BP Consumatoare de ATP P 2 C C 2 Fr 6 P Enzima implicată: Fosfofructokinaza-1 (PFK-1) PFrK ATP Mg 2+ enzimă cheie (a 2-a enzimă alosterică a glicolizei) ADP P 2 C Cea mai importantă etapă limitantă de viteză a glicolizei C 2 P Fr 1,6 BP

37 Glicoliza - reglare prin rezerve energetice intracelulare: Inhibată: cantităţi ATP (semnal energogen) citrat (intermediar ciclu Krebs) Activată: AMP (marker al epuizării rezervelor energetice celulare) Fr-2,6-BP (fructozo-2,6-bisfosfat): cel mai puternic activator al PFK-1 activând-o şi în prezenţa unor cantităţi crescute de ATP REGLAREA activităţii PFK-1

38 REGLAREA activităţii PFK-1 Reglarea exercitată de Fr-2,6-BP Fr-2,6-BP se formează sub acţiunea PFK-2 ( PFK-1) PFK-2 dublă activitate: kinazică (PFK-2 = asigură conversia Fr-6-P Fr-2,6-BP) fosfatazică (Fr-2,6-BP-aza = asigură retroconversia Fr-2,6-BP Fr-6-P) Fr-2,6-BP inhibă Fr-1,6-BPaza, enzima implicată în gluconeogeneză

39 Reglarea exercitată de Fr-2,6-BP - continuare Acţiunea reciprocă a Fr-2,6-BP de activare a glicolizei şi de inhibare a gluconeogenezei împiedică crearea unui ciclu inutil (Glu Py în paralel cu Glu Py) Există un control hormonal asupra PFK- 2 / Fr-2,6-BP-aza : Postprandial: [Glucagon] şi [insulină] stimularea PFK-2, deci [Fr-2,6-BP], cu activarea glicolizei Fr-2,6-BP= semnal intracelular ce indică prezenţa unei [Glu] à jeun: [Glucagon] şi [insulină] stimularea Fr-2,6-BP-aza, deci [Fr- 2,6-BP] intrahepatocitar cu ratei globale a glicolizei

40 Glicoliza reacţii 4. Scindarea Fr-1,6- BP GA-3P + DAP C C 2 P C C C C 2 P Fr 1,6 BP 89% Enzima implicată: aldolaza Transformarea Fr-1,6-BP în triozo-fosfaţi: dihidroxiacetonfosfat (DAP) şi gliceraldehid-3-fosfat (GA-3P sau GAP) reacţie reversibilă şi necontrolată Aldolazã C 2 P C C 2 C C TIM C 2 P 96% DAP 4% GAP 11%

41 Glicoliza reacţii 5. Izomerizarea DAP GA-3P (Interconversiunea triozo-fosfaţilor) C C 2 P C C C C 2 P Fr 1,6 BP 89% Aldolazã C 2 P C C 2 C C TIM C 2 P Enzima implicată: triozofosfatizomeraza (TIM) Numai GA-3P este degradat în faza a II-a a glicolizei DAP este utilizat după conversia la GA-3P 96% DAP 4% GAP 11%

42 Glicoliza reacţii Ultimele 5 reacţii (etapa producătoare de energie) Formează Py (sau lactat în anaerobioză) Generează 2 ATP pt. fiecare moleculă GA-3P 6. xidarea GA-3P 1,3-BPG (1,3 bifosfoglicerat) 7. Sinteza 3- PG (transferul grupării fosfat pe ADP cu sinteza de ATP) 8. Izomerizarea 3- PG 2-PG (translocarea fosfatului de pe C 3 pe C 2 ) 9. Deshidratarea 2- PG PEP (fosfoenolpiruvat) 10. Sinteza Py (transferul fosfatului de pe PEP pe ADP cu formare de ATP)

43 Glicoliza reacţii 6. xidarea GA-3P 1,3-BPG Enzima implicată: GAPD (gliceroaldehidfosfat dehidrogenaza) prima reacţie de oxidoreducere a glicolizei formarea NAD, + Reacţia mai multe etape C C C C C 2 P GAP S-Enz-NAD + GAPD S Enz NAD + NAD + C 2 P Pa ES III C P C C 2 P S-Enz-NAD + Acid 1,3-bisfosfogliceric (Acid 1,3-BPG) NAD, + C S Enz NAD + C C 2 P C C ES I S Enz NAD, + C 2 P ES II (contine o legãturã )

44 7. Sinteza 3-PG Glicoliza reacţii (transferul grupării fosfat pe ADP cu sinteza de ATP) Enzima implicată: fosfogliceratkinaza (PCK) Este prima fosforilare oxidativă legată de substrat din glicoliză (energia conservată în substrat este transferată pe ADP cu formare de ATP) reacţie reversibilă

45 Ciclu Rapaport-Leubering (şuntul 2,3-DPG) Serveşte ca mecanism de disipare a excesului de energie produs în hematii 1,3-DPG 2,3-DPG (conţine grupare fosfat cu energie mai mică) 2,3 DPG 3-PG (poate continua reacţiile glicolizei) Importanţa 2,3-DPG: - modulator al afinităţii b pentru 2 (se leagă de deoxib, împiedică legarea 2 de b, deci previne hipoxia tisulară prin disponibilitatea crescută de 2 pentru ţesuturi)!! 2,3-DPG scade afinitatea b pentru 2 (stabilizează starea T), favorizând oxigenarea țesuturilor

46 Ciclu Rapaport-Leubering (şuntul 2,3-DPG) Aplicaţie medicală: - în deficienţa de PK (piruvatkinază) nivel 2,3-DPG (afinitatea b faţă de 2 < decât în mod normal; o mai bună oxigenare a ţesuturilor). - în deficitul K (hexokinază) nivel 2,3-DPG cu 70% din normal (afinitatea b faţă de 2 > decât în mod normal; eliberare mai dificilă a 2 către ţesuturi

47 Glicoliza reacţii 8. Izomerizarea 3- PG 2- PG (Translocarea fosfatului de pe C 3 pe C 2) C C PGM GM C C P PGM GM C C P C 2 P (fosforilatã) C 2 P (defosforilatã) C 2 Acid 3-PG Acid 2,3-BPG Acid 2-PG Enzima implicată: fosfogliceromutaza (PGM)

48 Glicoliza reacţii 9. Deshidratarea 2- PG PEP (fosfoenolpiruvat) C C P C 2 Acid 2-PG Enolazã 2 C C P C 2 PEP Enzima implicată: enolaza (puternic inhibată de fluor) PEP ce conţine o grupare enol-fosfat macroergică Reacţia este reversibilă în pofida caracterului macroergic al produsului

49 Glicoliza reacţii 10. Sinteza Py (transferul fosfatului de pe PEP pe ADP) C C P ADP ATP C C C C C 2 PK C 2 C 3 PEP Acid enol piruvic Acid piruvic Enzima implicată: piruvatkinaza (PK) A doua reacţie de fosforilare oxidativă legată de substrat Reacţie ireversibilă

50 Reglarea activităţii PK 1. Reglarea prin conexiune directă (feed- forward) : La nivel hepatic, PK este activată de Fr-1,6-BP (produsul reacţiei catalizate de PFK-1) Reglarea feed- forward este diferită de mecanismul feedback, determinând cuplarea celor două kinaze: activităţii PFK-1 [Fr-1,6- BP], care activează PK Glicoliza -reglare

51 2. Modularea covalentă : Fosforilarea unei protein-kinaze AMPcdependente inactivarea PK hepatice, mecanism declanşat de hipoglicemie (glucagonul stimulează [AMPc]) PEP nu mai participă la reacţiile glicolizei şi pătrunde în circuitul gluconeogenezei; glucagonul inhibă glicoliza hepatică şi stimulează gluconeogeneza Defosforilarea PK sub acţiunea unei fosfoprotein- fosfataze determină reactivarea enzimei Concluzie: PK activată de F-1,6-BP şi inhibată de ATP şi alanină Reglarea activităţii PK

52 Deficienţă congenitală (AR) care conduce la anemie hemolitică cronică numărul eritrocitelor datorită scăderii aportului energetic; eritrocitele nu îşi menţin integritatea peretelui celular datorită dezechilibrului ionic hemoliza celulară. Eritrocitele devin rigide şi deformate Există o marcată reticulocitoză şi poikilocitoză Deficienţa de PK Manifestări clinice: icter la nou-născuţi, splenomegalie Tratament: transfuzii de sange şi splenectomie;! Poate apărea litiază biliară şi hemosideroză de la transfuzii multiple

53 Glicoliza reacţii 11. Formarea acidului lactic (anaerobioză) C C C 3 C C LD C 3 NAD, + NAD + Acid piruvic Acid lactic Enzima implicată: lactatdehidrogenaza (LD) Reducerea Py la lactat are loc la nivelul structurilor slab vascularizate / lipsite de mitocondrii

54 Glicoliza reglare La nivelul enzimelor reglatoare = alosterice exokinaza (K), glucokinaza (GK) Fosfofructokinaza1 (PFK1) Piruvat kinaza (PK) PFK este considerată peacemaker-ul glicolizei. De ce PFK este mai importantă decât K? Pe lângă glicoliză, G-6-P este intermediar şi al altor căi metabolice, de aceea inhibarea K va conduce la inhibarea şi a celorlalte căi. Prima reacţie ireversibilă caracteristică glicolizei este reacţia catalizată de PFK. Deci, alterarea activităţii PFK va influenţa activitatea doar a unei căi metabolice (glicoliza).

55 Glicoliza reglare Modalităţi de reglare: Pe perioade scurte (min ore): Activare / inhibiţie alosterică (vezi slide-uri anterioare pentru reglarea K/GK, PFK, PK) Fosforilarea / defosforilarea enzimelor limitante de viteză (vezi slide-uri anterioare pentru reglarea K/GK, PFK, PK) Pe perioade mai lungi (ore zile): ormonal: insulina, glucagon (produc de ori a activităţii enzimatice) Insulina sau mesele bogate în glucide activează transcripţia genică precum şi [GK], [PFK] şi [PK] la nivel hepatic cu activarea glicolizei

56 3. Glicoliza bilanţ energetic 1. Etapa consumatoare de ATP (reacţia globală): Glu + 2ATP => 2Trioze fosforilate + 2ADP + 2Pi 2. Etapa producătoare de ATP (reacţia globală): 2Trioze fosforilate + 4ADP + 2NAD + => 2Piruvat + 4ATP + 2NAD (aerobioză) 2Piruvat + 2NAD => 2Lactat + 2NAD + (anaerobioză) Bilanţ net al glicolizei: glicoliza aerobă (piruvat) 2 ATP, 2 NAD glicoliza aerobă urmată de ciclul citric şi lanţ respirator ATP Glicoliza anaerobă (lactat) 2 ATP

57 Glicoliza bilanţ energetic anaerobiozã Glucozã aerobiozã Piruvat Lactat 2ATP Piruvat decarboxilare oxidativã Acetil-CoA 2C 2 Ciclul Krebs 3NAD, + 1FAD 2 lant respirator 38ATP

58 Glicoliza = sursă de intermediari metabolici Precursori din glicoliză Intermediari metabolici formaţi DAP (dihidroxiacetonfosfat) Glicerol-3-fosfat (sinteza TG, PL) 3-PG (3 -fosfoglicerat) Serina Piruvat PEP (fosfoenolpiruvat) Glucoză, acetil-coa (sinteză AG, corpi cetonici), alanina (transaminare), etanol (fermentaţie alcoolică la levuri) Fenilalanină, tirozină, triptofan G-6-P (glucozo-6-fosfat) Glicogen, riboză, glucuronat (detoxifiere), mucopolizaharide, vitamina C (nu la om)

59 Ciclul Cori (ciclul acidului lactic) Sinteza musculară de lactat este favorizată de raportului NAD/ NAD + (când se depăşeşte capacitatea oxidativă a lanţului respirator ex. în efort muscular intens) În efort fizic intens, lactatul se acumulează în muşchi şi determină p celular crampe musculare Cea mai mare parte a lactatului difuzează în sângele circulant fiind utilizat: hepatic pt sinteza Glu (prin gluconeogeneză) fie oxidat în ciclul Krebs Muşchiul cardiac = singurul capabil să oxideze Lactat C prin ciclul Krebs Ciclul Cori

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

61 Căi alternative ale piruvatului A. Decarboxilarea oxidativă cu formare de acetil-coa B. Reducerea la acid lactic C. Formarea oxaloacetatului D. Formarea alaninei E. Formarea etanolului

62 Utilizarea piruvatului Utilizarea Py depinde de nevoile tisulare: interprandial: Py direcţionat GNG postprandial: Py rezultat din glicoliză este utilizat via acetil-coa la sinteza acizilor graşi Acid lactic NAD + NAD, + LD decarboxilare oxidativã C 3 C~SCoA C 3 C C Alaninã transaminare carboxilare Ciclul citric AA transaminare Lant, respirator Acid aspartic ATP Sinteza acizilor grasi, Sinteza de colesterol Procese de conjugare

63 A. Decarboxilarea oxidativă cu formare Are loc în aerobioză (importantă în ţesuturile cu capacitate oxidativă crescută -ex. miocard) Complexul piruvatdehidrogenazei (PD) asigură conversia ireversibilă a Py acetil- CoA (principalul combustibil al ciclului Krebs şi elementul esenţial al sintezei AG, colesterol, corpi cetonici) Are loc în mitocondrii de acetil-coa

64 Localizare: matricea mitocondrială Complexul PD Conţine: 3 enzime: E 1. PD (în unele tratate piruvat decarboxilaza) are ca grupare activă (coenzimă) tiaminpirofosfatul (TPP) E 2. DLTA (dihidrolipoil transacetilaza) cu gruparea activă acidul lipoic, necesită prezenţa CoA E 3. DLD (dihidrolipoil dehidrogenaza) conţine FAD (flavin adenin dinucleotidul), necesită prezenţa NAD +. 5 coenzime: 1. TPP (tiamin pirofosfat)=coenzima derivată din vit. B1 2. Acidul lipoic (derivat din ALA) 3. CoAS = coenzima A, derivată din acidul pantotenic (un membru al complexului de vit. B) 4. FAD = Flavin adenin dinucleotid, o coenzimă derivată din vit. B2 (riboflavina) 5. NAD = nicotinamid adenin dinucleotid, o coenzimă derivat din acidul nicotinic (un membru al complexului de vit. B) o proteinkinază

65 Reglarea complexului PD formă fosforilată = formă inactivă formă defosforilată = formă activă Activarea complexului PD este coordonată de PD fosfataza stimulată de Mg 2+, Ca 2+ și insulină Pentru inactivarea complexului PD este responsabilă PD kinaza: inhibată de piruvat şi scăderea raportului ATP-ADP stimulată de produşii de reacţie: excesul de acetil CA şi NAD + +, precum și de creşterea raportului ATP / ADP.

66 Deficitul de PD Deficitul E1 (X-linkat dominant) din complexul PD = cea mai frecventă cauză de acidoză lactică congenitală Blochează conversia Py acetil-coa, rezultând o şuntare a Py lactat Acest şunt determină: Tulburări cerebrale (SNC depinde de c. Krebs ca sursă principală de energie, deosebit de sensibil la acidoză) Spasticitate musculară Moarte prematură Nu există tratament

67 Mecanismul intoxicaţiei cu arsenic A. Arsenic (forma trivalentă) formează un compus stabil cu grupările S ale acidului lipoic devine inaccesibil în rol de coenzimă Complexul PD este inhibat de arsenic și de deficienţa de tiamină (vit B1). In aceste condiții, Py se va acumula. B. Arsenicul pentavalent împiedică formarea: ATP si NAD în calea glicolizei (fără a inhiba direct această cale): Arsenicul intră în competiţie directă cu fosfatul anorganic ca substrat al GA-3P-D (gliceraldehid-3-fosfat-dehidrogenazei), formând un complex care hidrolizează spontan cu formare de 3-PG Prin scurtcircuitarea sintezei şi a defosforilării moleculei de 1,3- DPG, celula este privată de energia produsă în cursul glicolizei

68 B. Reducerea la acid lactic Are loc citoplasmatic, în anaerobioză C C C 3 C C LD C 3 NAD, + NAD + Acid piruvic Acid lactic Enzima implicată: lactatdehidrogenaza (LD) Reducerea Py la lactat are loc la nivelul structurilor slab vascularizate / lipsite de mitocondrii (hematii, leucocite, cristalin, cornee, testicule)

69 C. Formarea oxaloacetatului Py este carboxilat la AA sub acţiunea piruvat carboxilazei (biotin dependentă) Reacţia are loc la nivel mitocondrial şi este ireversibilă AA = important în reglarea glicolizei. Excesul de AA: inhibă glicoliza stimulează gluconeogeneza

70 D. Formarea alaninei Reacție de transaminare Enzima implicată: ALAT (ALT,GPT) = alanin aminotransferaza

71 E. Formarea etanolului Py este redus la etanol sub acţiunea piruvat decarboxilazei Are loc în citoplasmă şi este dependentă de TPP (tiaminpirofosfat) Doar ciupercile și alte microorganisme transformă glucoza în etanol şi C 2 în două etape: