1
Scopul principal al biochimiei
De a determina modul cum interacţionează
variatele molecule din organismele vii pentru a
constitui,
menţine,
perpetua viaţa
Ce mâncam? PROTEINE
Proteine animale
Proteine vegetale
Soia Ciuperci Mazare Fasole Alune, nuci, migdale
Carne, peste, oua, produse lactate
Nesarul zilnic = 0,8-1 g / kilogram corp
Soia = aliment complet, conţine 40% proteine (carnea 15-20%), 12-55 lipide (carnea 2-4%), glucide şi săruri minerale
Ciupercile sunt considerate un hibrid între proteina vegetală şi cea animală deoarece se apropie ca structură de carne datori tă
conţinutului de glicogen (zahărul de rezervă specific cărnii).
2
Ce mâncam? GLUCIDE (Carbohidrati)
Dieta unui adult normal (70 Kg) trebuie sa contina cuprinde 400g de glucide digerabile
din care 60% amidon, 30% zaharoza si 10% lactoza
Mai sunt necesari si hidrati de carbon nedigerabili (fibre alimentare) care provin din legume, fructe, tarâte
cu rol foarte important în formarea bolului fecal normal si asigurarea unui tranzit intestinal normal.
GLUCIDE animale
GLUCIDE vegetale
Ce mâncam? LIPIDE (Grasimi)
Ofera de 2 ori mai multe calorii decat glucidele si proteinele!
LIPIDE animale
LIPIDE vegetale
Nuci, avocado,
ulei de masline, rapita, porumb, soia
3
De ce mâncam?
Prin metabolizarea unui gram de:
• glucoza => 3.81 kcal
• palmitat (C16) => 9.30 kcal
• alcool etilic (1.4 ml) => 7 kcal
• proteina (≈ 350Aa) => ≈ 4 kcal (net)
(depinde de nr.compozitia in aminoacizi; rinichiul consuma o
cantitate mare de energie pentru eliminarea ureei)
Necesarul energetic / zi = 2500 kcal
Pentru a produce energie !
Formele de depozitare a energiei
Ţesut / Forma de depozitare
Asigură energia necesară pentru:
Rezerva (g) Post Plimbare Maraton
Ţesut adipos / Trigliceride 9000-15000 34 zile 11 zile 3 zile
Muşchi /Glicogen 350 14 ore 5 ore 70 min.
Ficat / Glicogen 80 3.5 ore 70 min. 18 min.
Sânge / Glucoza extracelulară 20 40 min. 15 min. 4 min.
Muşchi / Proteine 6000 15 zile 5 zile 1.3 zile
Nu mâncam tot timpul!
Trebuie sa depozitam energie !
4
Domeniile principale ale biochimiei
Structura şi funcţia biologică a compuşilor chimici ce alcătuiesc organismele vii.
Relaţia structură-funcţie.
Totalitatea transformărilor chimice din organismele vii (metabolism)
Mecanismul stocării şi transmiterii informaţiei genetice
Biochimie MetabolicăPROGRAMA ANALITICǍ
• Introducere in metabolism. Sinteza ATP
• Metabolism glucidic
• Metabolism lipidic
• Metabolism aminoacizi & proteine
• Metabolism nucleotide & acizi nucleici
• Metabolism integrat
5
METABOLISM
• Definiţie
• Căi metabolice
• Căi anabolice & catabolice
• Comparaţie anabolism – catabolism
• Caracteristicile catabolismului
• Localizarea intracelulară a căilor metabolice
• Echivalenţi reducători & Compuşi macroergici
• Sinteza ATP
• Lanţul transportor de electroni & Fosforilarea oxidativă
• Transportul NADH citoplasmatic în mitocondrie
• Homeostazia metabolică
• Metabolismul glucidic – prezentare schematică
Metabolism - Definiţie
Metabolism = totalitatea transformărilor chimice & energetice
6
• Prin arderea unui mol de glucoza (180g) conform reactiei:
C6H12O6 + 6O2 --> 6CO2 + 6H2O => 686 kcal/mol, eliberată sub formă de caldură!
• In celula “arderea” glucozei este cuplată cu sinteza ATP, conform reacţiei generale:
C6H12O6 + 6O2 + 36H3PO4 + 36ADP --> 6CO2 + 6H2O + 36ATP
Numai 38% din energia eliberată va fi înmagazinată sub forma legăturilor macroergice din ATP, restul
energiei se eliberează sub formă de căldură!
“Arderile” din celule se efectuează astfel încât să fie posibilă
înmagazinarea energiei rezultate sub forma de ATP
Cale metabolică - Definiţie
Cale metabolică = succesiune liniară, ramificată sau ciclică de reacţii chimice
Glicoliza
Sinteza nucleotidelor
7
Căi catabolice & anabolice
Căile catabolice = procese oxidative, de degradare prin care din
Căile anabolice = procese reductive, de biosinteză prin care din
moleculele mari, complexe =>compuşi simpli (CO2, H2O,NH3)
energie (ATP, NADPH).
compuşi simpli +
energie (ATP, NADPH) =>compuşi cu structură complexă
(cu grad înalt de organizare).
Catabolismul si Anabolismul
sunt interdependente
Compuşi organici
bogaţi în energie
-Glucide
-Lipide
-Proteine
Energie chimică
ATP, NADPH
Macromolecule intracelulare-Proteine
-Polizaharide
-Lipide
-Acizi nucleici
Produşi finali
săraci în energie
-CO2
-H2O
-NH3
Molecule precursor
-Aminoacizi
-Monozaharide
-Acizi graşi
-Baze azotate
Catabolism Anabolism
8
NADP+
ATP
ATP
NAD+
Lanţ respirator cuplat cu
Fosforforilarea oxidativăO2
ADP + Pi
H2O
Compuşi reduşibogaţi în energie
CATABOLISM Produşi oxidaţisăraci în energie
NADPH
NADH
ADP + Pi
ANABOLISMProduşi reduşi Precursori oxidaţi
Macromolecule
(molecule complexe)
Unitati structurale
de baza
Produs unic
de degradare
Stadiul I
Stadiul II
Stadiul III
CATABOLISM - Caracteristici
9
Compartimentalizarea intracelularǎ a
cǎilor metabolice
CitosolGlicoliza
Calea pentozo-fosfat
Sinteza acizilor graşi
Sinteza & catabolismul glicogenului
MitocondrieCiclul Krebs
Fosforilarea oxidativă
β-Oxidarea acizilor graşi
Sinteza & catabolismul corpilor cetonici
Citosol & mitocondrieGluconeogeneza
Ciclului ureogenetic
Compuşi macroergici & Echivalenţi reducători
Reacţii exergonice
Compuşi
macroergici
Echivalenţi
reducători
Procese endergonice
Sinteze chimice
Contracţie musculară
Excitaţie nervoasă
Transport activ
Compuşi macroergici = compuşi care conţn legături macroergice (prin
hidroliza cărora rezultă ≥7,3kcal/mol, pentru exemple vezi tabelul următor)
Echivalenţi reducători = compuşi rezultaţi prin dehidrogenarea intermediarilor
metabolici
• NADH, FADH2 (sursă de H şi electroni ȋn lanţul respirator),
• NADPH (sursa de H ȋn căile de sinteză)
10
Compuşi macroergici - Definiţie
Denumirea compuşilor ΔG0st
(kcal/mol)
Fosfoenolpiruvat (PEP) 14,8
Carbamoilfosfat 12,3
1,3-Difosfoglicerat (1,3DPG) 11,8
Creatinfosfat 10,3
AcilCoA (SuccinilCoA) 7,5 (8)
ATP→ADP + Pi 7,3
Glucozo-1-fosfat 5,0
Fructozo-6-fosfat 3,8
Glucozo-6-fosfat 3,3
Glicerol-3-fosfat 2,2
ΔG0st > 7,3kcal/mol
Compuşi macroergici, care prin
hidroliza pot furniza energia (şi
fosfatul) necesar sintezei ATP
“Moneda de schimb”
ΔG0st < 7,3kcal/mol
Compuşi care se pot obţine utilizând
ATP ca sursă de energie şi fosfat
Compuşi macroergici- Structuri
O-
O-
O
PO
A
OHOH
O
O-
O
PO O P
O
O-
C
C
CH2
H
O
O
OH
O P O
O-
O-
O-
O-
OP
• Anhidride fosforice:
ADP, ATP
alte nucleotide di- şi trifosforilate
• Anhidride carboxifosforice:
Carbamoilfosfat 1,3bisfosfoglicerat
O-
O-
OPH2N O
O
C
11
Compuşi macroergici - Structuri
CH2
C
COOH
O P O
O-
O-
CH3 C
O
CoA
• Esteri enolici ai acidului fosforic: fosfoenolpiruvat (PEP)
• Tioesteri carboxilici: acetilCoA
• Fosfoamide: creatinfosfatHN C
NH
N
O-
O
P O-
CH3
CH2
COOH
Ciclul ATP-ADP
12
Sinteza ATP
• Reacţia catalizată de adenilat kinază (AK):
2ADP ATP + AMP
• Reacţia catalizată de creatin fosfokinază (CPK):
Fosfocreatina + ADP Creatina + ATP
• Fosforilarea oxidativă la nivel de substrat:
1,3-Difosfoglicerat + ADP 3-Fosfoglicerat + ATP
Fosfoenolpiruvat + ADP Piruvat + ATP
Succinil-CoA + GDP Succinat + GTP
• Fosforilarea oxidativă cuplată cu lanţul respirator
• Definiţie
Lanţul respirator reprezintă, pentru celulele aerobe, calea finală, comună, prin care
electronii proveniţi din diferite substrate sunt transferaţi oxigenului. Este format dintr-o
serie de componente localizate în membrana internă mitocondrială (în ordinea
crescătoare a potenţialului lor redox), majoritatea grupate sub formă de complexe, care
catalizează reacţii de tipul:
Aredus + Boxidat ↔ Aoxidat + Bredus
Sisteme redox Potenţial standard
NAD+/NADH -0,32 V
FP/FPH2 -0,10 V
CoQ/QoQH2 -0,09 V
Citb Fe3+/Citb Fe2+ +0,04 V
CitC1 Fe3+/CitC1 Fe2+ +0,22 V
CitC Fe3+/CitC Fe2+ +0,26 V
Cit(a+a3) Fe3+/Cit(a+a3) Fe2+ +0,29 V
½O2/O2- +0,82 V
Lanţul transportor de electroni
13
Sursele de electroni (şi protoni)
• NADH provenit din NAD+ asociat dehidrogenazelor:
– Izocitrat, α-cetoglutarat, şi malat dehidrogenaza din ciclul Krebs
– Piruvat dehidrogenaza
– L-3-Hidroxiacil CoA dehidrogenaza (din β-oxidarea acizilor graşi)
– Diverse alte dehidrogenaze NAD+ dependente
• FADH2 derivat din FAD asociat dehidrogenazelor:
– Succinat dehidrogenaza din ciclul Krebs
– Dehidrogenaza din şuntul α-glicerol fosfat
– AcilCoA dehidrogenaza din β-oxidarea acizilor graşi
– Diverse alte dehidrogenaze FAD dependente
Transportul NADH din citosol în mitocondrie
• Suveica glicerol 3-fosfat
NADHcitosolic
-GlicerolfosfatDH cit. NAD+ dependentă
-GlicerolfosfatDH mit. FAD dependentă
FADH2mitocondrial
14
Transportul NADH din citosol în mitocondrie
• Suveica malat - aspartat
NADH citosolic → NADH mitocondrial
NADHcitosolic → NADHmitocondrial
Lanţul respirator Componentele complexelor & Reacţiile catalizate
Complexul I = NADH-CoQ reductaza
= Flavoproteina FMN dependenta + proteine cu centrii Fe - S
NADH + CoQox → NAD+ + CoQred ; ΔGo= -69,5 Kcal/mol → sinteza 1 ATP
Complexul II = Succinat – CoQ reductaza
= Flavoproteina FAD dependenta + proteine cu centrii Fe – S + Citb560
FADH2 + CoQox → FAD + CoQred ; ΔGo= -2,9 Kcal/mol
Complexul III = CoQ-CitC reductaza
= Citb + Citc1 + proteina cu centrii Fe-S
CoQred + CitCox → CoQox + CitCred ; ΔGo= -37,7Kcal/mol → sinteza 1 ATP
Complexul IV = CitC oxidaza
= Cit(a + a3) + Cu
CitCred + 1/2O2 → CitCox + O2-; ΔGo= -112 Kcal/mol → sinteza 1 ATP
O2- + 2H+ → H2O
15
Flavoproteine
• Au ca grupare prostetică FAD sau FMN
• Transferă atât e- cât şi H+
Proteine cu Fe şi S
• Atomii de Fe şi S sunt complexaţi
de 4 cisteine din proteină.
• Transferă doar câte un e-
Fe2+ Fe3+
• Nu transferă H+.
16
Citocromi cu Fe
• Au hem ca grupare prostetică
• Transferă câte un e-
Fe2+ Fe3+
• Nu transferă H+
Citocromi cu Cu
• Un atom de Cu este legat de hem
• Transferă câte un e-
Cu+ Cu2+
17
Coenzima Q
• Micromoleculă organicăliposolubilă
• Cel mai abundenttransportor de e- din membrana internă
• Se deplasează liber prinmembrană transportând e-
către alţi transportori
• Transferă atât e- cât şi H+.
Lanţul transportor de electroni
Pe lângă cele 4 complexe, lanţul “respirator” posedă alte 2 componente:
coenzima Q (CoQ) şi citocromul c.
În mitocondria intactă transportul de electroni este cuplat cu formarea ATP din ADP
şi Pi (fosforilare oxidativă cuplată cu lanţul respirator).
În mitocondria lezată, “respiraţia” poate avea loc fără a fi cuplată cu sinteza ATP =>
energia liberă este eliberată sub formă de căldură.
18
Lanţul transportor de electroni
Forma lungă a lanţului transportor
Forma scurtă a lanţului transportor
ETF:Q oxidoreductaza = Flavoproteina care transferă electroni : CoQ oxidoreductaza = a 3-a “poartă
de intrare” ȋn lanţul transportor, importantă ȋn catabolismul (beta oxidare) acizilor graşi.
Lant respirator cuplat cu fosforilarea oxidativa
Bilant energetic
• Pornind de la NADH => 3ATP
(forma lunga a lantului respirator)
• Pornind de la FADH2 => 2 ATP
(forma scurta a lantului respirator)
19
Fosforilarea cuplată cu lanţul respirator
Complexele I, III si IV funcţionează ca pompe de protoni care determină
• acumularea H+ ȋn spaţiul intermembranar
=> realizarea unui gradient de pH (ΔpH) şi a unui gradient electrochimic (ΔΨ)
care ȋmpreuna formează forţa proton motrice care impinge H+ ȋn matrice prin
subunitatea F0 a ATP-sintetazei => activarea enzimei şi sinteza ATP
ATP- Sintetaza – Localizare & Structură
20
Decuplanţi sintetici ai fosforilării
Dinitrofenol
protonat
Dinitrofenol
deprotonat
Decuplanţi fiziologici ai fosforilării
21
Metabolismul glucidic
Glicogenosinteza
Glicogenoliza
10/3/2010
1
METABOLISM GLUCIDIC
Schema generală
Digestia şi absorbţia glucidelor
Transportul glucozei din sânge ȋn celule
Glicogenoliza – Glicogenosinteza
Glicoliza – Gluconeogeneza
Decarboxilarea oxidativă a acidului piruvic
Metabolismul fructozei şi galactozei
Calea pentozofosfaţilor
Metabolismul acidului glucuronic
Metabolism glucidic – Schema generală
Glicogenosinteza
Glicogenoliza
10/3/2010
2
Catabolism glucidic – Definiţie & Etape
Definiţie
Totalitatea reacţiilor ce au ca scop degradarea glucidelor ȋn
vederea eliberării şi stocării energiei sub formă de ATP
EtapePolizaharide(Dizaharide)
Monozaharide
CH3-CO-CoA
2CO2
3NADH + FADH2
ATP
H2O
Etapa I
Etapa II
Etapa III
Glicogenoliză & Digestie
Glicoliză & Decarboxilare oxidativă
Ciclul Krebs
Lanţ resp. & Fosf. ox.
Digestia şi absorbţia glucidelor
Raţia zilnică conţine glucide:
• digerabile (≈ 400g)
– 60% amidon (glicogen)
– 30% zaharoză
– 10% lactoză
• nedigerabile
Prin digestie glucidele digerabile sunt
transformate ȋn monozaharide absorbabile:
• glucoza (Glc),
• fructoza (Fru)
• galactoza (Gal)
10/3/2010
3
Amidon - Structură
20%
80%
Legaturi glicozidice a1-4
Legatura glicozidica a1-6
Amidonul = polizaharid de origine vegetală , format din amiloză şi amilopectină
Glicogen - Structură
Glicogen = Amilopectina animală
10/3/2010
4
Dizaharide - Structură
Zaharoza = dizaharid format din α-glucoză şi β-fructoză legate prin legatură α1,2-diglicozidică
Lactoza = dizaharid format din β-galactoză şi α-glucoză legate prin legatură β1,4-monoglicozidică
Glucide
nedigerabile
Gaze: CO2, H2O, H2, CH4,
acetat, propionat, butirat
Flora microbiana
Digestia şi absorbţia glucidelor
10/3/2010
5
(pH-ul acid inactivează amilaza salivară)
Digestia glucidelor – Prezentare schematică
Glc, Fru si Gal sunt preluate de către celulele epiteliale
absorbtive ale intestinului subtire fie prin transport activ Na+-
dependent, fie prin difuzie facilitată. Din celulele epiteliale
sunt apoi transportate, de către transportori specifici
(GLUT), ȋn sange şi apoi ȋn celulele ficatului şi ale ţesuturilor
periferice.
Acţiunea a-amilazei
10/3/2010
6
Acţiunea dizaharidazelor
Zaharaza
Fermentaţia glucidelor nedigerabile
sub acţiunea florei microbiene
Glucide nedigerabile
Piruvat
Formiat
CO2
CO2 H2Succinat
PropionatButiratAcetat Flatulenţa
Diaree osmotică, pH<5,5
CH4
Absorbţie
10/3/2010
7
Absorbţia Glc (Gal)
= Transport activ, consumator de ATP
Sistem simport
Glc Glc
Na+ Na+
Epiteliu intestinalLumen intestinal Capilare
Glc
K+
K+Na+
ATP ADP + PiATP-aza
Difuzie facilitată
Membrana
apicala
(absorbtivă)
Membrana
bazala
Izoformele transportorului glucozei
GLUT 1-5
Transportor Distribuţia ȋn ţesuturi Comentarii
GLUT 1 Eritrocite
Bariera hemato-encefalică
Bariera hemato-retiniană
Bariera hemato-placentară
Bariera hemato-testiculară
Se găseşte ȋn tipurile de celule cu funcţie de
barieră;
Are afinitate mare pentru glucoză
GLUT 2 Ficat
Rinichi
Celule β-pancreatice
Membrana bazală a celulelor
mucoasei intestinale
Are afinitate mică pentru glucoză;
Poate fi utilizat ca senzor al gucozei ȋn pancreas
GLUT 3 Neuroni Este transportorul major ȋn sistemul nervos central;
Are afinitate mare pentru glucoză
GLUT 4 Ţesut adipos
Muşchi scheletic
Muşchiul inimii
În prezenta insulinei creşte numărul transportorilor
expuşi pe membrană!
Are afinitate mare pentru glucoză.
GLUT 5 Membrana absorbtivă a
celulelor mucoasei intestinale
Spermatozoizi
Este transportor al fructozei
10/3/2010
8
Efectul insulinei asupra GLUT 4
Deficienţa de lactază
=> Intoleranţa la lactoză
10/3/2010
9
Metabolismul glicogenului - Localizare
• tisulară: ficat, muşchi
• celulară: citosol (granule)
Glicogenoliza
• Definiţie
• Localizare
• Reacţii
• Reglare
10/3/2010
10
Cale liniară de catabolism prin care:
Glicogenoliza - Definiţie
glicogen (Glc)n+m→ nGlc-1P + mGlc
cu scopul:
• menţinerii glicemiei (hepatocite)
• producerii materialului energetic (miocite)
Glicogenoliza – Prezentare schematică
Glicogen = (Glc)n+m(ficat şi muşchi)
Glicogenfosforilaza
(leg. 1-4) Enzima de deramificare
(leg. 1-6)
nGlc-1P mGlc
nGlc-6P GlcFicat
ATP
Sânge
Muschi
necesar contracţiei
necesara menţineriiglicemiei normale
10/3/2010
11
Glicogenoliza- Enzime implicate
• Glicogen fosforilaza
“fosforolizează” legăturile glicozidice a1-4 ȋncepând cu capătul
nereducător al unei ramificaţii până când rămân numai 4 glucoze
• Enzima de deramificare
- activitatea glucotransferazică
transferă un fragment format din 3 glucoze la capătul nereducător al altei ramificaţii
- activitatea glucozidazică
hidrolizează legătura glicozidică a-1-6
Actiunea
enzimelor
implicate in
glicogenoliza
10/3/2010
12
Soarta glucozo-1P
Glucozo-1P Mutaza
Glucozo-6P
Glucozo-6PGlc6P-aza (hepatică)
Glc
Glucozo-6P PiruvatGlicoliza (musculară)
ATP
Sânge
Glicogenosinteza
• Definiţie
• Localizare
• Reacţii
• Reglare
10/3/2010
13
Glicogenosinteza - Definiţie
Cale de anabolism prin care din
“Miezul de glicogen”(Glicogenina)
cu puţine ramificaţii scurteGlicogen
cu multiple ramificaţii lungi
nUDP-Glc
Scop: depozitarea excesului de glucoză
Glicogenosinteza - Etape
I. Transformarea Glc ȋn UDP-Glc
GlcGK
Glc-6PMutaza
Glc-1P UDP-GlcPirofosforilaza
UTPATP
10/3/2010
14
II. Sinteza propriuzisă– Alungirea ramificaţiilor prin formarea de noi legături glicozidice α1-4
sub acţiunea glicogen sintetazei
– Formarea de noi ramificaţii prin realizarea legăturilor α1-6 sub acţiunea enzimei de ramificare
Glicogenosinteza - Etape
Acţiunea glicogen sintetazei
10/3/2010
15
Acţiunea enzimei de ramificare
Glicogenosinteza
10/3/2010
16
Metabolismul glicogenului - Reglare
Enzime reglatoare• Glicogen fosforilaza
activare: – prin fosforilare (iniţiată de adrenalină, glucagon)
– cu efectori allosterici: AMP (numai ȋn miocite)
inhibiţie: – prin defosforilare (iniţiată de insulină)
– cu efectori allosterici: glucoza, ATP (numai ȋn hepatocite)
• Glicogen sintetaza
activare: – prin defosforilare (iniţiată de insulina)
– cu efectori allosterici: glucozo-6P
inhibiţie: – prin fosforilare (iniţiată de adrenalină, glucagon)
– cu efectori allosterici: glicogen
Reglare prin fosforilare / defosforilare
10/3/2010
17
Activarea glicogenolizei musculare Glicogenoliza musculară este iniţiată prin
• contracţie musculară,
• impuls nervos,
• legarea adrenalinei de receptorul specific
- AMP rezultat prin hidroliza ATP
ȋn timpul contracţiei activează
glicogen fosforilaza b
- Impulsul nervos care iniţiază
contracţia eliberează Ca2+ din
reticulul sarcoplasmic; Ca2+ se
leagă de calmodulină care va
activea fosforilaz kinaza
- Fosforilaz kinaza este activată şi
prin fosforilare iniţiată de
adrenalină prin activarea
protein kinazei A
Reglarea glicogen sintetazei
Glicogen
+
-
10/3/2010
18
Glicogen
Reglarea protein fosfatazei
C
GHO-Thr Ser-OH
Insulina + Protein
kinaza
C
GP-O-Thr Ser-OH
Activa
Fosforilarea Thr previne fosforilarea
Ser si asocierea cu inhibitorul specific
Glucagon+Protein
kinaza A
GHO-Thr Ser-O-P
C
Putin activa
C Inhibitor PO-
Inhibitor PO-
Inactiva
Activ
Inhibitor -OH
Inactiv
Protein kinaza A
Subunitate catalitica
Subunitate reglatoare
Glicogenoze = Acumulare de glicogen
Glucoza GlicogenEnzima de ramificare
Glicogenoza IV ANDERSON
Depozitare glicogen cu ramificatii scurte in
splina, ficat, intestin Ciroza => deces inainte
de 10 ani Valori normale ale glicemiei
Glucoza
α-1-4 Glucozidaza
lizozomala
Dextrine limita
Glucozo-1P
Glucozo-6PGlucoza Glucozo 6-fosfatazaMutaza
Enzima de deramificare
Glicogenoza II POMPE
Aparitia in ficat, muschi scheletici, miocard, SNC a
vacuolelor anormale cu glicogen normal =>
Cardiomegalie severa cu deces timpuriu
Valori normale ale glicemiei
Glicogenoza V McARDLE
Acumulare in muschi a glicogenului normal => In eforturi musculare apar crampe,
dureri. La batranete apare mioglobinuria Nu apare acid lactic in sange dupa efort! Glicogenfosforilaza
Glicogenoza VI HERS
Acumulare in ficat a glicogenului normal => hepatomegalie, hipoglicemie;
nu creste glicemia dupa administrare de glucagon!
Glicogenoza III FARBES / CORI
Acumulare in ficat, muschi striat a glicogenului anormal
=> hepatomegalie, cardiomegalie moderata
Glucogenoza I von GIERKE
Hipoglicemie severa
1
Calea pentozofosfat
• Definiţie
• Localizare
• Etape
• Reacţii
• Reglare
Calea pentozofosfat
Definiţie
Cale de transformare a glucozo-6-fosfatului cu scopul de a obţine
• NADPH necesar pentru
- sinteza acizilor graşi, colesterolului, hormonilor steroizi
- neutralizarea speciilor reactive ale oxigenului (ROS)
- sinteza NO (sub acţiunea NO sintetazei din endoteliul vascular)
- sinteza O2.- (sub acţiunea NAPH oxidazei din fagolizozomi), precursor
al ClO- şi a OH., speciile reactive implicate in distrugerea
bacteriilor fagocitate
• Ribozo-5-fosfat necesar pentru
- sinteza nucleotidelor & coenzimelor nucleotidice
Localizare
• Ficat
• Corticosuprarenale
• Glande sexuale
• Glanda mamară în timpul lactaţiei
2
Calea pentozofosfat - Etape
I. Etapa oxidativă – ireversibilă !
Glc-6P + 2 NADP+ + H2O Ribulozo-5P + 2 NADPH + CO2
II. Etapa de interconversie a monozaharidelor fosforilate
- reversibilă !
Ribulozo-5P
C5
Ribozo-5PC5
Xilulozo-5PC5
Fru-6P + GA3P
C6 C3
Intermediari glicolitici
Reacţiile fiind reversibile permite sinteza ribozo- 5P pornind de la Fru-6P şi GA3P!
Calea pentozofosfat – Etapa I
Glucozo-6-fosfat + 2NADP+ + H2O → Ribulozo-5-fosfat + 2NADH + 2H+ + CO2
3
Calea pentozofosfat – Etapa II
• Izomerizarea & epimerizarea ribulozo-5P
• Transformarea Rib5P şi Xil5P în Fru6P şi GA3P
Calea pentozofosfat – Etapa II
=> Din 3 pentoze fosforilate rezultă 2 Fru6P şi 1 GA3P
4
Reacţiile catalizate de transcetolază
Reacţia catalizată de transaldolază
5
Calea pentozofosfat - Reglare
Se realizează la nivelul glucozo 6-fosfat dehidrogenazei!
Soarta glucozo-6-fosfatului depinde de necesităţile celulei
Soarta Glc6P depinde de necesarul de NADPH, ribozo-5-fosfat şi ATP.
=> Calea pentozo fosfaţilor poate opera în 4 moduri diferite.
Exemplu:
Celulele care se divid rapid
au nevoie mai ales de precursori ai
nucleotidelor pentru sinteza ADN
Glicoliza
=> Etapa 1 a căii pentozo fosfaţilor este neutilizată!
Utilizează fructozo-6-fosfatul
şi gliceraldehid-3-fosfatul din
glicoliză care intra in etapa 2 a
caii pentozo fosfatilor
=> ribozo-5-fosfat
Modul 1: Este necesar mai mult ribozo-5-fosfat decât NADPH
6
Modul 2: Necesarul de NADPH şi ribozo 5-fosfat este echilibrat
Reacţia generală :
Glucozo 6-fosfat + 2 NADP+ + H2O = Ribozo 5-fosfat + 2 NADPH + 2 H+ + CO2
Etapa 1 a căii pentozo fosfaţilor
Pentozofosfat
izomeraza
Modul 3: Este necesar mai mult NADPH decât ribozo 5-fosfat
Glucozo 6-fosfatul este complet oxidat la CO2.
Sunt necesare 3 seturi de reacţii
Exemplu:
ţesutul adipos unde este
necesară o cantitate mare
de NADPH pentru sinteza
acizilor graşi
Suma reacţiilor:
Glucozo 6-fosfat + 12 NADP+ + 7 H2O = 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + Pi
Regenerarea glucozo 6-P
din pentoză
7
Modul 4: Este necesar atât NADPH cât şi ATP
Glucozo 6-fosfatul este convertit in piruvat
Se generează NADPH, NADH şi ATP
5 din cei 6 atomi ai glucozo 6-P
sunt transformaţi în piruvat
Reacţia generală:
3 Glucozo 6-fosfat + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP =
5 piruvat + 3 CO2 + 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H2O + 8 H+
Procentul de glucoză metabolizată prin calea pentozo
fosfaţilor depinde de ţesut
Scopul principal al căii este producerea NADPH pentru sinteză
=> este dominantă în ţesuturile care sintetizează acizi graşi si/sau
steroizi din acetil-CoA
Ficat: 5-10%
Ţesut adipos: 30 – 50%
Eritrocite: 10% (NADPH este necesar pentru reducerea glutationului)
Glanda tiroidă, rinichi, creier: 3 – 5%
Muşchi: activitate foarte scazută
8
Rolul NADPH în descompunerea ROS
Specii
reactive ale
oxigenului
(ROS)
Deficienţa de glucozo-6-fosfat dehidrogenază conduce la anemie hemolitică
dar şi la rezistenţa la infecţia cu Plasmodium falciparum (parazitul malariei)!
Metabolismul Gal, Fru si Man
9
Metabolismul Galactozei (Gal)
Gal + ATP Gal-1P + ADPGalacto kinaza
Gal-1P + UDP-Glc UDP-Gal + Glc-1PTransferaza
Glicoproteine
Glicozaminoglicani
Glicolipide
Lactoza UDP-GlcUA
Conjugare
UDP-Gal UDP-Glc Epimeraza
Glicogen
Deficienţa => Galactozemie & Galactozurie şi acumulare
de galactitol dacă galactoza este prezentă în dietă
Galactitol
Aldozo
reductazaNADPH
Deficienţa => Galactozemia clasică
Acumulare de Gal-1P & galactitol în
nervi, cristalin, ficat , rinichi => alterare
hepatică, retardare mintală, cataractă
Sinteza lactozei
Localizare: glanda mamară în timpul lactaţiei
UDP-Gal + Glc βGal1-4-GlcGal transferaza
LactozaUDP
Proteina A
(Gal transferază)
Proteina B
(α-lactalbumină)Proteina A
(Gal transferază)
Proteina B
(α-lactalbumină)
UDP-Gal + GlcNAc N-Acetillactozamină
Gal transferază cu specificitate
pentru substrat modificată!
Prolactina = activator, respectiv progesterona = inhibitor al sintezei proteinei B
10
Sinteza lactozei
Glucoza Glucoza
Glucoza UDP-Galactoza UDP-Galactoza
GT
α-La
LACTOZA
Aparat Golgi
UDP-Glucoza
Glucozo 1-fosfatUTP
PPiGlucozo 6-fosfat
Metabolismul Fructozei (Fru)
Fru + ATP Fru-1P + ADPFructo kinaza
Fru-1P Gliceraldehida + DHAP Aldolaza B
Gliceraldehida + ATP GA3PTriozokinaza
=> DHAP si GA3P = intermediari glicolitici
Deficienţa => Fructozurie esenţială
=> Eliminare Fru în urină
Benignă & Asimptomatică
Deficienţa => Intoleranţa ereditară la fructoză
=> Acumularea intracelulară a Fru-1P
=> Hipoglicemie, vomă, icter, hepatomegalie, hiperuricemie
11
Calea poliol = sursă de fructoză
GlcAldozo reductaza
NADPH NADP+
SorbitolSorbitol DH
NAD+ NADH
Fru
Cristalin & Neuroni
Ficat & Vezicule seminale
Glc (diabet) => intensificarea căii poliol
=> acumularea sorbitolului în cristalin şi neuroni
=> cataracta şi neuropatia periferică
Calea uronică - Sinteza GlcUA
UDP- Glc UDP-Glc DH
2 NAD+ 2NADH
UDP-Glucuronat
Conjugare
Glicozaminoglicani
COO-
HOOH
OH
O CO R
O
OH
OHHO
COO-
UDP
R COOH
OH
O
OH
OHHO
COO-
(ex. Bilirubina)
(ex. Steroizi inactivi)
Conjugarea bilirubinei & steroizilor inactivi
Localizare: hepatocite (reticul endoplasmic)
(GlcUA)Forma “activa”
a glucozei Forma “activa” a
acidului glucuronic
12
Calea uronică- Soarta UDP-GlcUA
=> eliminare urinară de xiluloză
Deficienţa =>Pentozuria esenţială
(clinic asimptomatică)
10/26/2010
1
Decarboxilarea oxidativă a piruvatului
• Definiţie
• Localizare
• Reglare
• DefiniţieTransformarea piruvatului în acetil CoA prin oxidare şi decarboxilare, conform reacţiei:
Decarboxilarea oxidativă a piruvatului
• Localizare
Matricea mitocondrială
E1- TPP
E2- LS2
E3- FAD
10/26/2010
2
Piruvat dehidrogenaza (PyDH)
Piruvat dehidrogenaza
= complex format din 3 enzime:
• piruvat decarboxilaza tiamin-dependentă, notată E1-TPP;
• dihidrolipoil transacetilaza α-lipoil-dependentă, notată E2-LS2;
• dihidrolipoil dehidrogenaza FAD-dependentă, notată E3-FAD.
Catalizează decarboxilarea oxidativă a piruvatului, conform reacţiei :
CH3COCOO-+ NAD
+ + CoA CH3CO CoA + NADH + H
++ CO2
Acidul lipoic (LS2), ataşat de E2 = “braţ flexibil” care pendulează între TPP-E1
şi FAD-E3 cu scopul de a prelua şi transmite electroni şi grupări acil
• Prin fosforilare/defosforilare
• Prin retroinhibiţie cu NADH şi Acetil-CoA
Reglarea piruvat dehidrogenazei
+ Acetil-CoA
NADH
ATP
CoA
NAD+
Piruvat
-
Ca2+
+
Acetil-CoA
NADH-
10/26/2010
3
Ciclul Krebs
• Definiţie
• Localizare
• Reacţii
• Bilanţ energetic
• Reglare
• Cale amfibolică
• Reacţii anaplerotice
• Definiţie
Cale ciclică de catabolism prin care:
CH3-CO-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O=>
2CO2 + 3 (NADH + H+) + FADH2 + GTP
• Scop
producerea energiei stocate sub formă de GTP, NADH, FADH2
• Localizare
- în toate ţesuturile formate din celule care conţin mitocondrii (în prezenta oxigenului)
- în matricea mitocondrială (excepţie SDH localizată în membr. internă)
Ciclul Krebs - Definiţie & Localizare
10/26/2010
4
Ciclul Krebs – Provenienţa acetil-CoA
Glucoza
Aminoacizi
Etanol
Acizi graşi
Corpi cetoniciCH3-CO-CoA
Ciclul Krebs - Provenienţa oxalacetatului
Piruvat + CO2 OxaloacetatPiruvat carboxilaza
Biotina
Acetil-CoA
+
Piruvat DH
10/26/2010
5
Ciclul Krebs - Reacţii
Ciclul Krebs - Reacţii
10/26/2010
6
• 3 NADH → 3 x 3 = 9 ATP
• 1 FADH2 → 1 x 2 = 2 ATP
• 1 GTP → 1 ATP
Ciclul Krebs – Bilanţ energetic
TOTAL = 12 ATP
În lanţul respirator cuplat
cu fosforilarea oxidativă
Enzime reglatoare: citrat sintetaza, izocitrat DH, α-cetoglutarat DH
Ciclul Krebs - Reglare
Inhibitori = produşii finali ATP, NADH
Activatori = ADP, NAD+, Ca2+
10/26/2010
7
Ciclul Krebs - Cale amfibolică
Sinteza
purine
Sinteza
pirimidine
Intermediarii ciclului Krebs sunt surse pentru sinteza unor
compuşi cu importante roluri biologice => este o cale amfibolică
Ciclul Krebs – Reacţii anaplerotice
Reacţii anaplerotice = reacţiile prin care se reaprovizionează ciclul cu intermediari
1
Glicoliza
• Definiţie
• Localizare
• Etape
• Reacţii
• Bilanţ energetic
• Reglare
• Definiţie
Cale de catabolism prin care: Glucoza → 2Piruvat (aerobioză) sau
→ 2Lactat (anaerobioză)
cu scopul producerii ATP
Este activă numai dacă nivelul energetic al celulei este scăzut
=> [ATP] inhibă enzimele reglatoare (retroinhibiţie)
• Localizare în– toate celulele (în cele fără mitocondrii produsul final = lactat)
– citosol
Glicoliza - Definiţie & Localizare
2
Glicoliza - Etape
Glucoza
2ATP
2ADP1. Etapa consumatoare de ATP
Glicerinaldehid-3-fosfat Dihidroxiacetonfosfat
2ADP
2ATP2. Etapa producatoare de ATP
Acid piruvic
În prezenţa mitocondriilor şi a O2
LDHAcid lactic
În absenţa mitocondriilor şi/sau a O2
Glucoza + 2ATP => 2Trioze fosforilate + 2ADP + 2Pi
Glicoliza – Etapa consumatoare de ATP
3
2Trioze fosforilate + 4ADP + 2NAD+ => 2Piruvat + 4ATP + 2NADH2Piruvat + 2NADH => 2Lactat + 2NAD+(anaerobioza)
Glicoliza – Etapa producătoare de ATP
Soarta piruvatului
• în absenţa mitocondriilor şi/sau a O2
• în prezenţa mitocondriilor şi a O2
CH3-CO-COOH AcetilCoA + CO2
Piruvat dehidrogenaza
(mitocondrie)
NAD+ NADH + H+
CoA
Piruvat
4
Bilanţul energetic
Bilanţul energetic al glicolizei
4 ATP sintetizaţi – 2 ATP consumaţi = 2 ATP/ Glucoză
2 Piruvat 2 AcetilCoA + 2 NADHPyDH
2 AcetilCoA 2 [2CO2 + 3NADH + 1 FADH2 + GTP]Ciclul Krebs
8 NADH + 4 FADH2 (8 x 3) + (4 x 2) = 32 ATPLanţ respirator
Fosforilare oxidativă
Total = 2 ATP + 2 GTP + 32 ATP = 36 ATP
Bilanţul oxidării complete a glucozei
Glucoza 2 Piruvat + 2NADH + 2 ATPGlicoliză
2FADH2
citosol
mitocondrie
Glicoliza - Reglare
Enzime reglatoare = allosterice
– Hexokinaza (HK)
– Fosfofructokinaza1 (PFK1)
– Piruvat kinaza (PK)
Modalităţi de reglare
• Inducţie:Insulina → creşterea concentraţiei GK şi a PK (ficat)
• Modificare covalentă:Adrenalina şi glucagonul (în ficat) iniţiază fosforilarea
PK (hepatică) şi a PFK2 => inhibiţia acestor enzime
• Modificare allosterică: ex. ATP = inhibitor (retroinhibiţie)
5
Reglarea hexokinazei
KM Hexokinazei = 10 µM => afinitate mare pt. glucoză
KM Glucokinazei = 10 mM => afinitate mică pt. glucoză
Acizi grasi
(ficat, tesut adipos)
=> La concentraţie normală a glucozei (5mM) este funcţională numai HK!
Reglarea fosfofructokinazei
În muşchi ATP modulează afinitatea PFK1 pentru fructozo-6-fosfat (F6P):
[ATP] K0,5 pt. F6P => PFK1 activă chiar şi [F6P]
[ATP] K0,5 pt. F6P => PFK1 activă numai când [F6P]
[ATP]
[ATP]
6
Reglarea concentraţiei Fructozo 2,6-bisfosfat
Fructozo 2,6-bisfosfatul este sintetizat & hidrolizat de fosfofructokinaza2
(PFK2), enzimă bifuncţională reglată prin fosforilare / defosforilare
• Insulina activează fosfoprotein fosfataza => se activează centrul kinazic al PFK2
• Glucagonul activează protein kinaza A => se activează centrul fosfatazic al PFK2
Reglarea piruvat kinazeiInhibitori allosterici: ATP, acetilCoA, alanina, acizi grasi cu catena lungă
Activatori allosterici: Fructozo-1,6-bisfosfat (activare în avans).
PK hepatică (L) este inactivată prin fosforilare indusă de glucagon
=> se previne consumarea glucozei prin glicoliză atunci când [Glc] este scazută
7
Şuntul 2,3-bisfosfoglicerat (2,3-DPG)
Localizare: exclusiv în eritrocite
Scop: producerea 2,3DPG = reglator al afinităţii Hb pentru O2
Patologie
• Deficienţa PK eritocitare => ↓ [ATP]
=> ↓activitatea ATP-azei Na+/K+ dependente
=> hemoliză => Anemia hemolitică
8
Gluconeogeneza
• Definiţie
• Localizare
• Reacţii ireversibile
• Bilanţ energetic
• Reglare
Gluconeogeneza – Definiţie & Localizare
Cale de anabolism prin care
Compuşi neglucidici
Lactat, Ala, glicerolGlucoză
folosind ca sursă de energie ATP rezultat prin catabolismul
acizilor graşi
• Definiţie
• Localizare
- Ficat (Rinichi)
- Citosol + Mitocondrii
9
Piruvat Oxalacetat PEP
Gluconeogeneza – Reacţii ireversibile
Glucozo 6-fosfat Glucoza + Pi
PEP
carboxikinaza
(citosol sau
mitocondrie)
Piruvat
carboxilaza
(biotina)
(mitocondrie)
Fructozo1,6 bisfosfat Fructozo 6-fosfat + PiFructozo 1,6 bis fosfataza
Glucozo 6 fosfataza
Restul reacţiilor sunt comune cu ale glicolizei!
Căi alternative de la piruvat la PEP
10
Reacţiile gluconeogenezei pornind de la alaninăAlanină + α-Cetoglutarat ↔ Piruvat + Glutamat
Piruvat + HCO3- + ATP → Oxaloacetat + ADP + Pi
Oxaloacetat + GTP ↔ Fosfoenolpiruvat + CO2 + GDP
Fosfoenolpiruvat + H2O ↔ 2-Fosfoglicerat
2-Fosfoglicerat ↔ 3-Fosfoglicerat
3-Fosfoglicerat + ATP ↔ 1,3-Bisfosfoglicerat + ADP
1,3-Bisfoglicerat + NADH + H+ ↔ Gliceraldehid 3-fosfat + NAD+ + Pi
Gliceraldehid 3-fosfat ↔ Dihidroxiaceton fosfat
Gliceraldehid 3-fosfat + Dihidroxiaceton fosfat ↔ Fructozo 1,6-bisfosfat
Fructozo 1,6-bisfosfat → Fructozo 6-fosfat + Pi
Fructozo 6-fosfat ↔ Glucozo 6-fosfat
Glucozo 6-fosfat + H2O → Glucoza + Pi
Transformarea glicerolului în dihidroxiaceton fosfat
Aminoacizi glucoformatori
Alanina
Cisteina
Glicina
Serina
Treonina
Triptofan
Piruvat
Arginina
Glutamat
Glutamina
Histidina
Prolina
α-Cetoglutarat
Izoleucina
Metionina
Treonina
Valina
Succinil-CoA
Fenilalanina
TirozinaFumarat
Asparagina
AspartatOxaloacetat
α-Cetoglutaratul, succinil-CoA şi fumaratul pot fi convertiti în oxaloacetat (vezi ciclul Krebs)
11
Gluconeogeneza – Bilanţ & Reglare
REGLARE
• Inducţie:
glucagonul intensifică sinteza PEPCK şi a F1,6-bisfosfatazei
• Modificare covalentă:
fosforilarea iniţiată de adrenalină, glucagon şi hormonii glucocorticoizi
determină inactivarea PFK2 şi astfel reducerea concentraţiei F2,6-BP
=> activarea F1,6-bis-fosfatazei
• Modificare allosterică:
ex. ATP = activator
BILANŢ ENERGETIC
2Piruvat + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 6H2O → Glucoză + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD+
Reglarea glicolizei & gluconeogenezei
12
Ciclul Cori
10/15/2010
1
GLICOPROTEINE
• Definiţie dpdv
- structural
- funcţional
• Heteroglicani
• Clasificare funcţie de tipul legăturii
oligozaharid-proteină
• Glicoproteine O-glicozidice
• Glicoproteine N-glicozidice
• Sinteza glicoproteinelor O-glicozidice
• Sinteza & Catabolismul glicoproteinelor N-glicozidice
• Definiţie dpdv structural
= proteide care au ca şi grupare prostetică heteroglicani (1-85%).
• Definiţie dpdv al rolului biologic
= proteide care, în funcţie de localizarea lor, îndeplinesc diferite roluri biologice
canale pentru ioni
antigene de grup sanguin (ABO)
receptori hormonali
markeri implicaţi în interacţiunea celulă-celulă, virus-celulă, bacterie celulă.
enzime (proteaze, nucleaze, glicozidaze)
Urină, lapte: antigene de grup sanguin;
Plasmă: transportori (transferina, factor intrinsec), hormoni (foliculostimulator, luteinizant), proteide implicate în apărare (imunoglobuline, complement, interferon), coagulare (trombina, fibrinogen), enzime (colinesteraza)
Secreţii mucoase din tractul respirator, genito-urinar, gastrointestinal: agenţi protectori, lubrifianţi (mucine)
rol structural (colagen, elastină, fibronectină).
GLICOPROTEINE
Membrană
Intracelular
Lichide biologice
Matrice
extracelulara
10/15/2010
2
• Definiţie dpdv structural= oligozaharide liniare sau ramificate formate din 2-15 monozaharide
de tip diferit (heteroglicani):
– Hexoze: Gal, Man
– Hexoze aminate N-acilate: GlcNAc, GalNAc
– 6-Deoxihexoze: Fuc (6-deoxiGal sau CH3-Ara)
– Pentoze: Xil, Ara
– Acizi sialici (N-Acil neuraminici): acidul N-acetil neuraminic (NANA)
legate prin legături glicozidice formate între gruparea OH glicozidic
(α sau β) cu gruparea OH din poziţia 2,3,4 sau 6.
• Definiţie dpdv al rolului biologic= grupări prostetice ale glicoproteinelor
HETEROGLICANI
10/15/2010
3
Componentele heteroglicanilor
O
CH2OH
OH
OH
OH
HO
Gala - -a
OH
OH OH
CH2OH
O
HO
Man
OH
-a
HO
OH
OH
O
CH3
Fuc
HO
OCH2OH
OHOH
NH-CO CH3-
GlcNAc
OH
HO
OH
CH2OH
O
-CH3NH-CO
GalNAc
Hexoze
Hexoze aminate N-acetilate
HO OH
OH
OHOH2C HOH2C O
OHOH
OH
Ara Xil
COOH
C
CH2
HCOH
HOCH
(HCOH)2
CH2OH
O
H3C CO NHCH
Acid N-acetil neuraminic (NANA)
forma aciclica
O
OH
OH
COOH
H
COH3C HN
H
R unde R =
CH2OH
(HCOH)2
forma ciclica
Componentele heteroglicanilor
Pentoze
Acizi sialici
10/15/2010
4
• Clasificare
funcţie de tipul legăturii oligozaharid - proteină
A. Cu legatură O-glicozidică
Legătura este formată între:
• OH-ul glicozidic al GalNAc şi OH-ul Ser sau Thr (din secvenţele
Asn-X-Ser, Asn-X-Thr)
• OH-ul glicozidic al Gal şi OH-ul HO-Lys (colagen)
B. Cu legatură N-glicozidică
Legătura este formată între:
• OH-ul glicozidic al GlcNAc şi NH2 amidic al Asn.
GLICOPROTEINE
Glicoproteine O-glicozidice
10/15/2010
5
Glicoproteine O-glicozidice
Glicoproteine O-glicozidice
Excepţia de la regulă!
Legatura Lys-O-Gal
10/15/2010
6
Glicoproteine N-glicozidice
Glicoproteine N-Glicozidice
• Clasificare dupǎ compoziţia heteroglicanului– Simple: “miez” + ramificaţii formate numai din manoze;
– Mixte: “miez” + o ramificaţie formată numai din manoze + o ramificaţie complexă
formată din diferite monozaharide;
– Complexe: “miez” + ramificaţii complexe formate din diferite monozaharide.
CH2
NH
CH
CO
CO NH GlcNAc GlcNAc Man
Man Man
Man
Man
Man
Man
Man
ManGlcNAcGlcNAcNHCO
CO
CH
NH
CH2
IgM
GlcNAc
GlcNAc Gal
IgG
Miez
Simplă
Complexă
10/15/2010
7
Glicoproteine N-GlicozidiceA se observa varietatea legăturilor dintre oze şi “miezul” comun diferitelor tipuri
de heteroglicani din glicoproteinele N-glicozidice (simple, hibride şi complexe)!
Glicoproteine O-Glicozidice
Antigenele de grup sanguin ABO
10/15/2010
8
Sinteza
GLICOPROTEINE O-glicozidice
UDP-Gal CMP-SA GDP-FucGlicoproteină
Oligozaharidul se constituie pe proteină, legându-se succesiv ozele componente
(provenite din formele active UDP-GalNAc, UDP-Gal, CMP-SA, GDP-Fuc)
Sinteza
GLICOPROTEINE N-glicozidice
Etapa I. Sinteza proteinei începând cu peptida semnal (vezi traducere)
Etapa II. Constituirea pe dolicol fosfat a heteroglicanului de tip simplu
Etapa III. Translocarea dolicol fosfat-heteroglicanului şi legarea a 4 Man şi 3 Glc
Etapa IV. Tansferul heteroglicanului pe proteină, procesarea finală şi exportul în aparatul Golgi
10/15/2010
9
Etapa IV. În lumenul reticulului
endoplasmic Transferul, pe
proteina în curs de sinteză, a
heteroglicanului şi procesarea
parţială a acestuia
=> heteroglican simplu ataşat
de proteină
Etapa V. În aparatul Golgi
Procesarea finală a
heteroglicanului =>
heteroglican de tip complex
ataşat de proteina matură.
Secreţia glicoproteinei.
Structura dolicolului
Unitate repetitivă = izopren
n=17-21
GLICOPROTEINE
10/15/2010
10
Marcarea, prin fosforilare, a Man
din glicoproteinele direcţionate
către lizozomi
Fosforilarea defectuoasă
=> Boala celulelor I
=> Afectarea embriogenezei
GLICOPROTEINE N-glicozidice
Defecte enzimatice
10/15/2010
11
Glicoproteine - Catabolism
• Localizare: lizozomi
• Enzime: hidrolaze specifice
=> desprinderea succesivă a ozelor, începând
cu extremităţile nereducătoare
• Deficienţa ereditară a unor enzime
=> Boli = Oligozaharidoze
Defecte enzimatice ale enzimelor
implicate în catabolismul heteroglicanului
Boala Enzima deficitară Simptome/Comentarii
Aspartilglicozaminuria Aspartilglicozaminidaza
Retard mental progresiv, retard al
limbajului expresiv şi al dezvoltării
motorii, modificarea trasăturilor feţei
b-Manozidoza b-ManozidazaAfectare neurologică
Retard al limbajului expresiv
a-Manozidoza a-Manozidaza
Retardare mentală,
hepatosplenomegalie, pierderea
auzului, retard al limbajului expresiv
GM1 Gangliozidoza b-GalactozidazaIdentificată cu boala de depozitare a
glicosfingolipidelor
GM2 Gangliosidoza
(boala Sandhoff-
Jatzkewitz)
b-N-acetilhexozaminidaza A şi BIdentificată cu boala de depozitare a
glicosfingolipidelor
Sialidoza
(Mucolipidoza I)Neuraminidaza
(sialidaza)
Ascita congenitală,
hepatosplenomegalie, modificare a
trasaturilor fetei, intarziere a dezvoltarii
mentale si motorii
Fucozidoza a-Fucozidaza
Deteriorare mentala şi motorie
progresivă, întarziere a dezvoltarii,
modificare a trasăturilor feţei,
Infecţii pulmonare repetate
10/15/2010
1
GLICOZAMINOGLICANI
•Definiţie dpdv structural
= heteropolizaharide liniare cu formula generală:
(Acid uronic-hexozamină N-acetilată)nexcepţie keratan sulfatul care în loc de acid uronic conţine Gal
- acidul uronic:
glucuronic (GlcUA)
iduronic (IdUA) sulfatat în poziţia 2
- hexozamina N-acetilată:
glucozamina N-acetilată (GlcNAc) sulfatată în poziţia 4 sau 6, galactozamina
N-acetilată (GalNAc) sulfatată în poziţia 4 sau 6
N-sulfono glucozamină
• Roluri biologice
anticoagulant (heparina)
limpezirea plasmei (heparina)
alături de proteoglicani formează soluţii coloidale
vîscoase / geluri = “ciment intercelular” maleabil,
flexibil cu proprietăţi lubrifiante, antişoc
GLICOZAMINOGLICANI
10/15/2010
2
• Distribuţie
Ţesut conjunctiv din piele, tendoane, cartilaje,
matrice osoasă, vase de sânge, cornee
Lichid sinovial
Umoare vitroasă
Secreţii mucoase
GLICOZAMINOGLICANI
• Caracteristici fizico-chimice
Posedă numeroase sarcini negative (-COO-, -OSO3-, -
NHSO3- ) => fixează cationi (Na+, K+, Ca+2) care se
înconjoară de numeroase molecule de H2O => gel
Se asociază (cu excepţia acidului hialuronic), prin
legături ionice şi covalente, cu “proteine miez” =>
proteoglicani
GLICOZAMINOGLICANI
10/15/2010
3
GLICOZAMINOGLICANI
(GAG = Mucopolizaharide)
Acid hialuronicUnitate repetitivă: acid glucuronic + N-acetilglucozamină
Caracteristici: nesulfatat, nelegat covalent de proteine, formează
agregate cu proteoglicani (condroitin şi keratan sulfaţi)
Distribuţie: lichid sinovial, umoare vitroasă, ţesut conjuctiv lax
Rol: lubrifiant, asigură elasticitatea, compresibilitatea cartilajelor
O
COOH
OH
H
H
OH
H
O
HH
NCOCH3H
H
CH2OH
H
HOOH
GlcUA GlcNAc1,3
H
H
Condroitin 4 sau 6 sulfatUnitate repetitivă: acid glucoronic + N-acetilgalactozamină-4 / 6-sulfat
Caracteristici: legat covalent de proteine care formează agregate
Distribuţie: cartilaje, tendoane, ligamente, aortă, schelet, etc.
Rol: asigură elasticitatea, compresibilitatea cartilajelor
CH2OH
GalNAc
O
COOH
OH
H
H
OH
H
O
HH
NCOCH3H
H
H
OH
GlcUA 1,3
H
H
OS
GLICOZAMINOGLICANI
Dermatan sulfatUnitate repetitivă: acid iduronic (glucuronic) + N-acetilgalactozamină-
4-sulfat
Caracteristici: legat covalent de proteine
Distribuţie: piele, pereţi vasculari, sclerotică, valvele inimii
Rol: asigură elasticitatea şi rezistenţa
S O
CH2OH
GalNAc
OCOOH
OH
H
H
OH
H
O
HH
NCOCH3H
H
H
OH
1,3
H
H
IdUA
HeparinăUnitate repetitivă: acid iduronic-2-sulfat + N-sulfo (acetil)-glucozamină-
6 sau 3-sulfat
Caracteristici: nelegat covalent de proteine
Distribuţie: mastocite din piele, ficat, plămâni
Rol: anticoagulant (potenţează efectul antitrombinei III), agent de
clarificare a plasmei (eliberează LPL din pereţii vasculari) H
H
IdUA
O
HH
H
H
HO
H
H
H
OH
COOHO
N S
SCH2O
O S
GlcN1,4
OH
10/15/2010
4
GLICOZAMINOGLICANI
Heparan sulfatUnitate repetitivă: acid glucuronic + N-acetil (sulfat)-glucozamină-6-sulfat
Caracteristici: legat covalent de proteine
Distribuţie: ubiquitară, atât în spaţiul extracelular cât şi în membranele
celulelor ţesutului conjunctiv
Rol: asigură elasticitatea şi rezistenţa
SCH2O
H
H
GlcUA
O
HH
HNCOCH3
HH
O
H
OH
H
H
OH
COOH
OH
OH
1,4 GlcNAc
Keratan sulfat I şi IIUnitate repetitivă: galactoză (6-sulfat) + N-acetil-glucozamină-6-sulfat
Caracteristici: conţine şi Man, Fuc, NANA, GalNAc
legat covalent de proteine
Distribuţie: cornee (I), cartilaje, schelet (II)
Rol: asigură transparenţa corneei, elasticitatea şi rezistenţa
OH
H
H
GlcNAc
H
HOH
CH2OH
H
HNCOCH3
HH
O
O
H
OH
H
H
O
Gal 1,4
CH2O S
O
PROTEOGLICANI - Structura
Sunt alcătuiţi din “proteina miez” de care se ataşează prin
legături O- sau N-glicozidice, mai multi glicozaminoglicani
(85-95%) identici / diferiţi.
Legătura O-glicozidică
10/15/2010
5
Agregan - Structura
AGREGAN
Agregat de proteoglicani
10/15/2010
6
Proteoglicani - Distribuţie
• Ţesut conjunctiv din: piele, tendoane,
ligamente, matrice osoasă, vase de sânge,
cornee
• Lichid sinovial
• Secreţii mucoase
Proteoglicani - Caracteristici fizico-chimice
• Datorită glicozaminoglicanilor posedă numeroase sarcini negative (-COO-, -OSO3
-, -NHSO3- ) => fixează cationi
(Na+, K+, Ca+2) care se înconjoară de numeroase molecule de H2O => gel
• Formează soluţii coloidale vâscoase sau geluri = “ciment intercelular” maleabil, flexibil, cu proprietăţi lubrifiante, antişoc
• Se asociază cu fibrele de colagen, elastină, fibronectină(din spaţiul extracelular) => reţele care fiuncţionează ca nişte “site moleculare”
10/15/2010
7
• Componente structurale ale matricei celulare (“ciment
intercelular” maleabil, flexibil, cu proprietăţi lubrifiante, antişoc)
• Acţionează ca “site moleculare” => împiedică deplasarea
moleculelor mari, controlează deplasarea apei & electroliţilor
• Asigură compresibilitatea cartilajelor, transparenţa corneei
• Ca şi componente ale membranelor celulare sunt receptori,
respectiv sunt implicate în interacţiunea celulă-celulă
•Ca şi componente ale membranei bazale determină ion-
selectivitatea glomelurilor renali
Proteoglicani – Rol biologic
Proteoglicanii asigură
compresibilitatea cartilajelor
Compresie
Relaxare
10/15/2010
8
Proteoglicani - Biosinteza
• Localizarereticolul endoplasmic şi aparatul Golgi din celulele ţesutului conjunctiv
(fibroblaste, condroblaste, osteoblaste), mastocite;
• Etapele sintezei heparinei
– sinteza proteinei miez;
– ataşarea secvenţei Xil-Gal-Gal;
– formarea heteropolizaharidului primar: (GlcUA-GlcNAc)n sub acţiunea glicozil transferazei şi a glucuronoziltransferazei, folosind UDP-derivaţii GlcNAc şi GlcUA;
– deacilare parţială (50%) a GlcNAc;
– N-sulfatare sub acţiunea sulfotransferazelor specifice (donor PAPS) şi deacilare (50%) a GlcNAc;
– epimerizare a 90% din GlcUA;
– O-sulfatare a IdUA (în poz. 2 );
– O-sulfatare a GlcN (în poz. 6).
– Reglarea se realizează la nivelul sintezei hexozaminelor.
Proteoglicani -Degradare
• Localizare: lizozomi
• Etape (ex. degradarea heparan sulfatului)
– desfacerea legăturii dintre proteina miez şi
glicozaminoglicani sub acţiunea proteoglicanazelor;
– degradarea proteinei miez sub acţiunea proteazelor
– degradarea glicozaminoglicanilor sub acţiunea
enzimelor lizozomale:
• exoglicozidaze
• endoglicozidaze
• arilsulfataze (vezi schema).
10/15/2010
9
Proteoglicani – Sinteza & degradare
Modificări patologiceMucopolizaharidoze = boli lizozomaleDeficienţa unor enzime implicate în degradarea glicozaminoglicanilor
determină acumularea intralizozomala a acestora
trasaturi infiltrate ale fetei, tegumente ingrosate, opacifierea
corneei, hepatosplenocardiomegalie,
retard mental, deficit somatic (nanism), displazie osoasa, hernii,
osteoartropatie cu anchiloza in flexie, tulburări cardio-pulmonare,
pierderea auzului
Metastazarea celulelor tumorale este determinată de
• lipsa heparansulfatului (implicat în adeziunea celulară) din membrana
celulelor tumorale;
• sinteza crescută de acid hialuronic care facilitează migrarea celulelor
tumorale
10/15/2010
10
Deficienţele enzimelor din degradarea GAG => Mucopolizaharidoze
Sindrom Hunter (MPS II)
Acumulare dermatan sulfat si
heparan sulfat in tesuturi si urina
Tablou clinic asemanator MPS I dar
fara opacifierea corneei
Sindrom Sly(MPS VII)
Acumulare dermatan sulfat si
heparan sulfat in tesuturi si
urina
Tablou clinic foarte variat
Sindrom Harler (MPS I)
Acumulare dermatan sulfat si
heparan sulfat in tesuturi si urina
Macrocefalie & Facies dismorf
Opacifiere cornee
Retard somatic & mental
Contractura articulatiilor in flexie
Sindrom Sanfilipo (MPS III)
Afectare severa a sistemului nervos
Retard mental
Dismorfism moderat
Mucopolizaharidoze – Tablou clinic
Hernie ombilicală
Opacifierea corneei
Macrocefalie
Facies dismorf
Mîna “în gheară”
Hepatosplenomegalie
10/15/2010
11
Modificări fiziologice
asociate îmbătrânirii
Ridarea pielii, datorită modificării raportului dintre
glicozaminoglicanii din piele;
Dezvoltarea plăcii ateromatoase (dermatan sulfatul
sintetizat de celulele musculare netede leagă lipoproteinele
plasmatice, ex. LDL);
Osteoartrita, datorită reducerii nivelului condroitin sulfatului,
respectiv creşterii nivelului keratan sulfatului şi a acidului
hialuronic din cartilaje;
Recommended
