CHIMIA SI BIOCHIMIA

CAVITATII ORALE

Suport Curs

Sem I(continuare) si Semestrul II

FACULTATEA DE MEDICINA DENTARA

CUPRINS

Metabolismul glucidic

Metabolismul lipidic

Metabolismul proteic

METABOLISME

METABOLISMUL GLUCIDIC

1. Ci generale de metabolizare ale glucidelor

2. Glicoliza

3. Metabolismul acidului piruvic

4. Gluconeogeneza (GNG)

5. Ciclul acizilor tricarboxilici (ciclul Krebs)

6. Metabolismul glicogenului (sinteza, degradare, reglare)

7. Reglarea glicemiei

8. Ci particulare de metabolizare a glucozei: calea pentoz-fosfailor (CPP)

9. Metabolismul acizilor uronici, glicoproteine, proteoglicani

1. CI GENERALE DE METABOLIZARE ALE GLUCIDELOR

Dupa digestia glucidelor alimentare si absorbtia monozaharidelor rezultate

sub actiunea enzimelor continute in sucurilor digestive (amilazele salivare si

pancreatice, dizaharidaze), moleculele de G circula prin fluidul sanguin

catre celulele consumatoare.

Condiiile ca glucoza s se metabolizeze sunt:

1. Traversarea membranei celulare i ptrunderea glucozei n interiorul celulei (acest lucru este dependent de insulin, cu excepia celulei hepatice care este permeabil pentru glucoz). 2. Fosforilarea glucozei (se formeaza G-6- P , care, prin incarcare electrica, nu

mai poate parasi celula si urmeaza caile metabolice).

Cile de metabolizare ale glucozei (G-6-P):

1.Glicoliza (cu formare de acid piruvic sau acid lactic)

2.Glicogenogeneza

3.Calea pentoz-fosfailor (cu formare de pentoze)

4.Sinteza acidului glucuronic

Metabolizarea glucozei pe orice cale presupune fosforilarea ei, rezultnd

G-6-P

Fosforilarea este o reacie ireversibil catalizat de 2 tipuri de enzime :

HK - hexokinaza (enzim nespecific) GK- Glucokinaza (enzim specific)

GK- este o enzim specific glucozei (spre deosebire de HK care acioneaz i pe celelalte hexoze) i care acioneaz la nivelul ficatului. GK hepatic acioneaz numai la un aport masiv de G (cnd HK nu mai face fa) i transform G-6-P n glicogen.

GLICOLIZA

GLICOLIZA reprezint procesul de degradare al glucozei, are loc n citoplasm.

Se poate desfura n prezena sau n absena oxigenului astfel nct produsul final este diferit : fie piruvat(+O2), fie lactat (-O2)

Principalul scop al glicolizei l reprezint producerea de energie.

Glicoliza poate fi impartita in doua etape:

1. Consumatoare de energie (de la G la trioz-fosfati)

2. Formatoare de energie (de la trioz fosfati pana la

piruvat sau lactat)

GK isomerase PF1K aldolase G G-6-P F-6 P F-1,6-P2 GA- 3P + DHAP

ATP ADP ATP ADP

X 2

(+6ATP) GA3PDH NADH -1ATP -1ATP

1,3 DPG

1,3 DPGK ATP +2ATP

3 PG

+2ATP Mutase

2 PG

LDH Pyruvate K

Lactate Pyruvate PEP

NADH+H NAD ADP ATP

n aerobioz glicoliza se oprete la piruvat, NADH generat n reacia gliceraldehid-3fosfat parcurge lanul respirator (O2 este disponibil) genernd 23 molecule de ATP. In anaerobioza, NADH este fortat sa cedeze protonii unui

substrat nesaturat, singurul capabil sa-i preia fiind

piruvatul, care astfel se reduce, generand lactat (in

reactia LDH).

Importana glicolizei:

Prin glicoliz rezult energia de care celula are nevoie Din intermediarii glicolizei, se pot genera alte molecule: aminoacizi, lipide, carbohidrati.

Reglarea Glicolizei

Prin reglarea unui proces se nelege reglarea enzimelor din procesul respectiv .

n glicoliz particip 2 tipuri de enzime:

1)Enzime care catalizeaz reacii n ambele sensuri (reacii reversibile) 2)Enzime care catalizeaz reacii ntr-un singur sens(reacii ireversibile)

Reglarea glicolizei reprezint reglarea enzimelor specifice (cele care catalizeaz reaciile ireversibile):

-GK( glicokinaza)

-PFK(fosfofructokinaza)

-PirK(piruvatkinaza)

Aceste enzime sunt reglate prin factori alosterici i hormoni. Factorii alosterici realizeaz un control calitativ asupra enzimelor, controlnd viteza de reacie, iar hormonii un control cantitativ,controlnd sinteza enzimei.

Factorii alosterici acioneaz prin legarea la suprafata enzimei in situsurile allosterice, unii printr-un mecanism de feed-back (reglarea unei enzime prin

produsul su final). De exemplu: GK- este inhibat de G-6-P PFK- este inhibat de ATP i stimulat de AMP Pir K-este inhibat de ATP i stimulat de AMP

Hormonii acioneaz asupra E fie prin inducie, fie prin represie. n cazul glicolizei, insulina determin inducie enzimatic, favoriznd producia de enzime specifice,iar adrenalina determin represie adic, scderea sintezei E

Bilanul energetic al glucozei pn la piruvat:

-1-1+2+2(+6)= +8ATP

Bilanul energetic pn la lactat:

-1-1+2+2= +2 ATP

Dei se elibereaz o cantitate relativ mic de energie, viteza mare a fluxului glicolitic asigur cel puin pentru perioade scurte, necesarul energetic al esuturilor n lipsa oxigenului.

Dac anaerobioza e de scurt durat i n sistem apare O2 lactatul se transform n piruvat care este apoi degradat la CO2 i H2O n ciclul Krebs, realiznd astfel eliberarea total a energiei din molecula de G (pentru a trece n ciclul Krebs piruvatul este mai nti decarboxilat la acetil

CoA).

CALEA 2,3 DPG (difosfogliceratului)

Calea 2,3 DPG (denumit i untul RAPAPORT-LUEBERING) este o glicoliz indirect care are loc numai n eritrocit i prin care de la 1,3 DPG se ajunge tot la 3 PG, dar pe o cale ocolit, trecnd printr-un intermediar : 2,3 DPG

Aceast cale indirect de glicoliz este important deoarece pe aceast cale se produce o molecul nou: 2,3 DPG care are rol n scderea afinitatii Hb pentru O2; astfel nct O2 s se dezlege uor de Hb i s rmn n esut, favoriznd oxigenarea esuturilor. Mai mult, pe aceasta cale se las disponibila o mare cantitate de ADP , in acest fel asigurandu-se continuitatea glicolizei

Calea 2,3 DPG-schema dupa Harpers Biochemistry

METABOLISMUL ACIDULUI PIRUVIC

Acidul piruvic rezultat din glicoliz poate urma 4 ci :

1. Carboxilare (pir.carboxilaza) OAA

2. Decarboxilare oxidativa (pir DH) Acetil CoA

3. Reducere (LDH) Acidul lactic

4. Transaminare (GPT) Alanina

CICLUL KREBS (ciclul acizilor tricarboxilici)

Reprezint calea final, comun, de degradare a glucidelor,lipidelor i proteinelor. Are loc n mitocondrie i este iniiat de acetil CoA numai mpreun cu acidul oxal acetic (OAA) , ambele putand proveni din piruvat: una prin

decarboxilare oxidativ (acetil CoA) i una prin carboxilare (OAA).

Pe parcursul ciclului Krebs se genereaz 38 de molecule de ATP; o singur molecul de ATP direct dintr-o molecul de acetil CoA prin reacia de fosforilare la substrat.

n ciclul Krebs se genereaz coenzime reduse (NADH+H, FADH2) care mai departe parcurg lanul respirator, energia rezultat din acest proces fiind ulterior convertit n molecule de ATP prin procesul de fosforilare oxidativ.

Ciclul Krebs este aadar o cale amfibolic (adic i de sintez i de degradare). De exemplu, pentru a sintetiza hemoglobin este necesar succinil CoA care este un intermediar din acest ciclu de reacie; acidul glutamic (GLU) cu rol n transportul NH3 rezult prin transaminare tot dintr-un component al ciclului Krebs ( cetoglutarat)

Reaciile de decarboxilare din Ciclul Krebs sunt:

Reacia IC-DH (izocitrat dehidrogenaza)- catalizeaz o reacie de decarboxilare + oxidare

Reacia cetoglutarat dehidrogenaza- care catalizeaz o reacie de decarboxilare oxidativ

Reaciile de oxidare din Ciclul Krebs sunt:

Reacia IC-DH (NAD-dependent ) Reacia cetoglutarat DH (NAD-dependent) Reacia SDH (FAD-dependent) Reacia MDH (NAD-dependent)

In acest ciclu de reactii mai are loc si o reactie de fosforilare la nivel de

substrat (cea a tiokinazei), cu productie de 1 mol ATP.

GLUCONEOGENEZA (GNG)

Gliconeogeneza reprezint producia de glucoz din produi neglucidici:

a. piruvat i lactat b. lipide (acizi grai i glicerol) c. proteine (aminoacizi)

Gluconeogeneza poate avea loc i n condiile unui aport normal de glucoz dar la o vitez mult sczut, n asemenea situaie fiind necesar reutilizarea lactatului format n muchi i eritrocit i a glicerolului rezultat din degradarea trigliceridelor n esutul adipos.

GLUCONEOGENEZA DIN PIRUVAT I LACTAT

ETAPE

Piruvat PEP

-CO2

PC PEPCK

ATP ADP

-CO2

OAA

Enzime comune

PEP F1,6P2

F1,6 DP-aza

F1,6 P2 F-6-P

Pi

I

F-6-P G-6-P

G-6-P-aza

G-6-P G

Pi

GLUCONEOGENEZA DIN LIPIDE

1) Gluconeogeneza din acizi grai(AG)

Acizii grai prin degradare formeaz cantiti mari de acetil CoA , acesta neputndu-se transforma n glucoz. Doar AG cu numr impar care formeaz prin degradare i o molecul de propionil pot forma pe lng acetil CoA, glucoz.

AGimpar CH3 CO SCoA G

GNG

1mol.CH3 CH2 CO ScoA G

Carboxilaza + CO2 M CH3 CH2 CO ScoA CH3 CH CO ScoA

Propionil CoA COOH

Metil-malonil CoA

HOOC- CH2- CH2- CO ScoA

Succinil CoA

Succinat

Ciclul KREBS

Fumarat

Malat

OAA GNG

G

REGLAREA GLUCONEOGENEZEI

Enzimele specifice din Gluconeogenez:

PC

PEPCK

F1,6P2-aza

G-6-P-aza

Reglarea gluconeogenezei se realizeaz prin reglarea enzimelor specifice.

Factorii alosterici intervin asupra enzimelor printr-un

control pozitiv sau negativ asupra vitezei de reacie, n timp ce hormonii acioneaz prin inducie sau represie (insulina determin represie, iar adrenalina inducie).

GLICOGENOGENEZA

Glicogenul reprezint forma de depozit a excesului de glucide din organism.

Se formeaz n faza anabolic prin glicogenogenez cu predilecie n ficat i muschi.

Transformarea glucozei n glicogen are loc n condiii de hiperglicemie n ficat i muchi.

Glicogenul din ficat reprezint o surs de energie pentru ntreg organismul (pentru c prin glicogenoliz n ficat se obine glucoz) n timp ce glicogenul din muchi reprezint surs de energie exclusiv pentru necesitile proprii (prin glicogenoliza se formeaza doar G-6-P, si nu G)

SINTEZA DE GLICOGEN etape:

Bilan: (1) G GK G-6-P I(M) G-1-P

(2) G-1-P + UTP Pirofosforilaza

UDP-glucoz + PPi

(3) PPi + H2O 2 Pi

(4) UDP- glucoz + glicogenn Glicogen Sintetaza [leg 1-4]

Glicogenn+1 (liniar) + UDP

(5) UDP +ATP UTP + ADP

(6) Glicogenn+1 (liniar) Enzima de Ramificare [leg. 1-6]

Glicogen ramificat

leg 1-4 si 1-6 glicozidice

G-6-P + ATP + glicogenn +H2O glicogenn+1 + ADP + 2 Pi

GLICOGENOLIZA

o Degradarea glicogenului este un proces prin care din polizaharid se

obin molecule mici de monozaharid, adic de glucoz (G), care apoi prin glicoliz se poate transforma n energie.

o Este un proces care are loc n ficat i muchi. Glicogenul din ficat reprezint o surs de energie pentru ntreg organismul (pentru c prin glicogenoliz n ficat se obine glucoz) n timp ce glicogenul din muchi reprezint surs de energie exclusiv pentru necesitile proprii (pentru c prin glicogenoliza din muchi nu se formeaz glucoz ci doar G-6-P deoarece muchiului i lipsete G-6-P-aza). Pentru el nu este o problem deoarece intr direct n glicoliz dar nu poate ceda i altor esuturi deoarece G-6-P nu iese afar din celul.

o Enzima cheie este glicogen-fosforilaza.

o Degradarea de glicogen are loc atunci cnd este nevoie de G

(de energie), iar pentru aceasta este nevoie de fosfat (P) i 2 enzime principale:

- Glicogen fosforilaza (care desface legturile 1-4 glicozidice) - Enzima de deramificare (care desface legturile 1-6)

Glicogen

Fosforilaza

(desface legturile 1-4)

enzime de deramificare

G-1-P + rest de glicogen G-6-P

(legatura 1-6)

Reglarea glicogenolizei- este realizat de hormoni care acioneaz tot prin reglarea covalent a glicogen-fosforilazei, dar n muchi glucagonul acioneaz i printr-un mecanism independent de AMPc.

Hormonii regleaz glicogenoliza prin reglarea glicogen-fosforilazei (care are 2 forme:cu P i fr P) prin reglare covalent (adic prin fosforilare/defosforilare). Enzima cheie glicogen fosforilaza are dou forme - P = forma inactiv +P = forma activ andrenalina

(+) noradrenalina

K

Glicogen fosforilaza (-P) Glicogen fosforilaza (+P)

[Inactiv] [ACTIV]

P-aza

( +) Insulina

CALEA PENTOZ FOSFAILOR (untul pentoz-fosfailor)

Calea pentoz-fosfailor este o cale metabolic prin care G-6-P se transform n F-6-P, dar intermediar se obin pentoze.

Are dou etape:1)Etapa oxidativ (de la G-6-P pn la Pentoze) 2)Etapa neoxidativ (de izomerizare i transfer): de la Pentoze la F-6-P

Calea Pentoz-Fosfailor care se desfoar n citoplasm este important pentru c pe aceast cale se formeaz :

1)Pentoze cu rol n sinteza de : nucleotide (ATP, FAD, NAD)

acizi nucleici (DNA, RNA)

2)NADPH care cedeaz H n procesele de reducere are rol n sinteza de colesterol, corpi cetonici, hormoni, AG, rol n

hidroxilarea unor compui strini i rol n meninerea glutationului redus (GSH).

ETAPELE UNTULUI PENTOZ FOSFAILOR

1. Etapa oxidativ de formare a pentozelor fosforilate i a NADPH + H

2. Etapa de izomerizare a pentozelor i de nchidere a ciclului cu formare de F-6-P (hexoze)

G-6-P F-6-P

Etapa NAD Etapa neoxidativa

oxidativa NADPH2

PENTOZE

In conditiile defectului genetic al enzimei G-6-P DH, cantitatea de

NADPH2 va fi redusa, cu diminuarea consecutiva a cantitatilor de

GSH (glutation redus). n aceste condiii nu mai are cine s descompun H2O2 (apa oxigenat), care va distruge membrana hematiilor (hemoliz), cu instalarea consecutiva a anemiei hemolitice.

CALEA ACIDULUI GLUCURONIC

Calea acidului glucuronic reprezint o alt cale de metabolizare a G-6-P, ce are loc n ficat, n urma creia se obine acidul glucuronic.

Rolul acidului glucuronic:

1. In conjugare: acidul glucuronic prin conjugare cu diferii compui (amine, alcooli, fenoli) i transform din liposolubili n hidrosolubili, mai puin toxici i care se pot elimina prin urin

2. In detoxifiere (eliminare de substane toxice) : de exemplu prin conjugare cu bilirubina indirect (liposolubil) aceasta este transformat n bilirubin direct (hidrosolubil) care se elimin prin urin (este netoxic).

3. In sinteza de mucopolizaharide (MPZ)

GLICOPROTEINE I PROTEOGLICANI (MPZ)

Glucidele din organism se pot gsi i sub form de complexe, legate cu proteine. Legtura dintre partea

Glicoproteinele conin oligozaharide legate covalent de proteine.

Proteoglicanii conin polizaharide (PZ) legate covalent de proteine, de aceea se mai numesc i muco-polizaharide.

GLICOPROTEINE

Glicoproteinele sunt complexe de glucide (oligozaharide) legate

covalent de proteine.

Exemple i roluri: 1.Glicoproteinele din membran (rol n structura membranar)

2.Imunoglobulinele (anticorpi) cu rol n aprare 3.Receptorii de pe suprafaa membranar: rol

n transmiterea mesajului.

4.Feritina cu rol n transportul ionilor de Fe2+

5.Fibrinogenul din snge cu rol n coagulare.

PROTEOGLICANI

Proteoglicanii (MPZ-mucopolizaharide) sunt complexe de glucide (PZ- polizaharide numite i GAG adic glicoz-amino-glicani) legate covelent de proteine. Proteoglicani = Proteine PZ (GAG) [(DZ)n- SO3H] Hexozamin Acid glucuronic

Exemple de MPZ

Heparin Acidul hialuronic Condroitin sulfai Keratan-sulfai

Roluri:

o permeabilitatea tisular i n structura substanelor fundamentale

o reinerea i eliberarea apei o reinerea i eliberarea ionilor o antiinflamator

o anticoagulant

REGLAREA GLICEMIEI

Pe lng hormoni i factorii alosterici care controleaz enzimele implicate n cile metabolice legate de glucoz mai intervine i controlul celular ( ficatul i rinichiul).

Ficatul prin cele dou enzime GK i G-6-P-aza se comport ca un consumator de glucoz cnd e prea mult sau ca un donator (G-6-P-aza) cnd atunci cnd avem nevoie.

Rinichiul n mod normal reabsoarbe total ntreaga cantitate de glucoz prin tubii renali.Dac este depit valoarea prag de eliminare a glucozei n urin (1,7-1,8) este depit capacitatea de reabsorbie, se reabsoarbe parial glucoza prin tubii renali, iar o parte se elimin prin urin(glucozurie).

REGLAREA ENZIMATICA A GLICEMIEI

- GK

- PFK

- pir K - Gg-sintetaza Glicoliz Glicogenogenez Acid piruvic G-6-P Glicogen

GNG Gg-liz -PC - Gg-fosforilaza

-PEPCK

-F1,6P2-aza

-G-6-P-aza

inducie reglare fosforilare

represie Hormonii covalent defosforilare