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

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

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

3 Controlul sintezei ATP - ADP - blocarea ATP-sintazei – F 1 - fluxul de protoni prin F 0 - stim. fosfataza activarea piruvat dehidrogenazei - modulator alosteric pozitiv – izocitrat-dehidrogenaza

4 Transportul ATP-ului din mitocondrie - pH mitocondrial – ATP 4- - pH citoplasmatic – ADP 3- - ATP-translocaza ATP din mitoc. în citoplasmă [ATP] + [ADP] = cst.

5 Inhibitorii lanţului respirator şi ai fosforilării oxidative 1. Inhibitorii lanţului respirator - rotenona – inh. C I - pericidina, amobarbital, compuşi organo-mercurici complex cu Fe-S inh. reducerea CoQ - malonat, oxalacetat – inh. succinat-DH-aza - antimicina A (Streptomyces cereus) – C III – CoQH 2 cit. b T - CN -, azide – C IV - Fe 3+ (cit. a 3 ) - CO – cit. (Fe 2+ ) Lonchocarpus nicou

6 2. Inhibitorii fosforilării oxidative - oligomicina A – inh. ATP-sintaza (F 0 ) - dicilohexil-carbodiimida (DCCD) – gr. COOH din ac. glutamic (F 0 ) - aurovertina – subunit. β (F 1 ) 3. Decuplanţi LR-FO - termogenina - florile plantelor - acizi – gradient de pH - gramicidina A - gradient de pH - tiroxina (T 4 ) – decuplant - 2,4-(NO 2 ) 2 -fenol – fluxul de protoni

7 Alte procese oxidative celulare - monooxigenaze (hidroxilaze) R-H + O H e - R-OH + H 2 O - sursă de H – NADH, NADPH - oxidaze cu funcţii mixte microsomiale (OFMM) Citocrom P450 - membrana REN - structură - proteină heminică – citocrom P 450 – substrat, O 2 - flavoproteină – NADPH-CYP 450 -reductaza - fosfatidilcolina – 7700 de citocromi - CYP 450 – 36 de izoenzime

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

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

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

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

12 % aport zilnic - min 130 g carbohidraţi

13 Clasificare - monozaharide - oligozaharide - polizaharide

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

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

16 - epimeri

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

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

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

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

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

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

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

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

25 - lipsa sau reducerea digestiei la nivelul marginii în perie IG bacterii intestinale degradare acizi, CO 2, H 2, CH 4 tulburări digestive - intoleranţa la lactoză, zaharoză - celuloza nu este degradată în IS, cantităţi mici în IG

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

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

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

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

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

31 GLICOLIZA - degradarea monozaharidelor la piruvat - proces exergonic - calea Embden-Meyerhof-Parnas - 10 reacţii C 6 H 12 O NAD ADP + 2P 2 CH 3 -CO-COOH + 2 (NADH+H + ) + 2ATP +2H 2 O

32 1 - hexokinaza – K M - glucokinaza – inductibilă, K M, hepatocite, celule β-pancreatice pentozo-P glu-6-P glu-1-P glicogen, acid glucuronic fru-6-P glicoliză

33 2

34 3 - PFK1 - ATP, P-enolpiruvat, 1,3-P 2 -glicerat - inh. - citrat – inh. - glucagon stim. lipoliza AG β-ox. acetil CoA CATC citrat inh. PFK1 acumulare glu-6-P - fru-2,6-P 2 –stim. alosteric - afinit pt. substrat

35 - glucagon AMPc fru-2,6-P 2 inh. glicoliza, lipogeneza - insulina stim. PDE AMPc stim. PFK2 fru-2,6-P 2

36 4 - r. endergonică 5

37 6 a.fixarea GA3P pe E prin gr. SH ox. b.NAD + NADH eliberarea de pe E c.fosforilarea tioesterului leg. macroergică

38 7 - [ATP] r. blocată eritrocite - 2,3-P 2 -glicerat fixarea O 2 pe Hb - deficit de hexokinază fixarea O 2 pe Hb

39 8 - Mg 2+ - conformaţional, catalitic 9

40 10 - E - inactivată prin fosforilare (glucagon, ADR) - activată prin defosforilare (insulina, este şi inductor) - E 2 forme – L şi M - r. exergonică

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

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

43 Bilanţul energetic al degradării glucozei reacţia Consum ATP Sinteză ATP glu glu-6-P - 1 mol- fru-6-P fru-1,6-P mol- 1,3-P 2 -glicerat 3-P-glicerat -+ 2 moli P-enolpiruvat piruvat -+ 2 moli TOTAL -2 moli+ 4 moli2 moli / mol glu anaerobioză

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

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

46

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

48 - 2 etape - oxidativă (hexoze pentoze) - neoxidativă (conversia pentozelor) 1. Etapa oxidativă

49 - necesar NADPH > necesar pentoze pentoze sunt transf. în hexoze

50 2. Etapa neoxidativă

51 6 glu-6-P + 12 NADP H 2 O 4 fru-6-P + 2 GA-3-P + 6 CO (NADPH + H + ) GA-3-P DHAP GA-3-P + DHAP fru-1,6-P 2 fru-6-P glu-6-P muşchi 2fru-6-P + GA-3-P 2 xil-5-P + ribozo-5-P

52

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

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

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

56

57 GLUCONEOGENEZA - sinteza de glucoză din: piruvat (lactat), aminoacizi, lipide - condiţii - inaniţie - aport crescut de proteine, lipide şi scăzut de glucide - efort muscular prelungit - utilizarea lactatului din glicoliza anaerobă - localizare – ficat, rinichi, muşchi - importanţă - menţinerea echilibrului H + -HO - - reconversia lactatului - utilizarea NH 3 din aa - controlul conc. aa - intermediari pentru sint. glicolipide, glicoproteine, glucide

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

59

60

61 2 piruvat + 6 ATP + 2 (NADH + H + ) + 2 H 2 O glucoză + 6 ADP + 2 NAD P

62 2. Sinteza glucozei din aminoacizi

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

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

65

66

67 Reglarea gluconeogenezei 1. Alosterică Glicoliza ~ 1 / GNG

68 2. Hormonală glucagon, corticosteroizi, catecolamine (+) lipolizaAG acetil CoA (+) piruvat carboxilaza (-) piruvat DH-aza CATC, LR, FO ATP (+) corticosteroizi (+) proteolizaaaGNG (-) insulina (+) aminotransferaze

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

70 METABOLISMUL GLICOGENULUI - glicogenoliza - glicogenogeneza

71 GLICOGENOLIZA - hidroliza legăturilor 1-4, 1-6

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

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

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

75

76 Reglarea glicogenogenezei

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

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

79

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

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

82

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

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

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

86 Biosinteză 1.Sinteza oligozaharidului precursor 2.Transferul oligozaharidului pe proteină 3.Sinteza glicoproteinei mature

87 1.Sinteza oligozaharidului precursor - RE 2.Transferul oligozaharidului pe proteină - RE

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

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

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

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

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

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

94 Heparina

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

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

97 Ile Phe Pro His Trp SerThr LeuValAlaGly

98 Lys MetCysTyr Gln Arg Asn Asp Glu

99 Proprietăţi fizico-chimice - subst. solide - solubilitate variabilă în apă, sol. în sol. H +, HO - - izomerie optică – excepţie glicina, L - propr. H + - HO - - pK NH2, pK COOH - punct izoelectric (pI) - R influenţează proprietăţile – hidrofob nepolar, polar, încărcat electric

100 - r. gr. NH 2 - condensare comp. carbonilici - alchilare - acilare - dezaminare - NH 2 OH - r. gr. COOH - amide - esteri - anhidride - nitrili - decarboxilare - r. gr. NH 2 + r. gr. COOH - metale – Mg 2+, Ca 2+, Ni 2+, Zn 2+, Co 2+ - legătura peptidică - r. pt. R - SH -S-S- - OH esteri

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

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

103 PROTEINE - proteios (greacă) - lanţuri de aa – proteine - proteom proteomică - sinteză în ribozomi – transcriere, translaţie - specificitate de specie

104 Structură - primară - secundară - terţiară - cuaternară

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

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

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

108 Structura cuaternară - monomeri (protomeri, oligomeri) - legături necovalente

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

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

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