1

• Enzime localizate in celulele epiteliale intestinale (enterocite care prezinta microvilii=bursh border)

– α-amilaza pancreatica este secretata de pancreas si continua hidroliza initiata in cavitatea bucala hidrolizind dextrinele la

• Dizaharide (maltoza),

• Trizacharide (maltotriosa) si

• Oligozaharide (dextrine; 4-9 resturi glucozidice)

– Dizaharidaze scindeaza dizaharidele, lactoza si maltoza;

– Glucoamilaza, hidrolizeaza legaturi α-1,4 dindextrine

– Sucraza-Izomaltaza, hidrolizeaza sucroza, maltoza, isomaltoza

– Lactase-glicosilceramidaze, hidrolizeaza legatura ß-glicozidica din lactoza si glicolipide

Digestia si absorbtia glucidelorSursele de glucide din hrana:

– Amidonul (paine, cartof)

– Lactoza (lapte)

– Zaharoza (zahar, dulciuri,

fructe)

– Glucoza, galactoza, fructoza

pentoza (fructe, miere)

Monozaharidele sint absorbite

in intestin, intra in circulatie

si apoi sunt preluate de

tesuturi si metabolizate

2

Actiunea α-amilazei salivare si pancreatice

• Glucoza, fructoza, galactoza sunt absorbite prin membrana celulelor epiteliale intestinale – Glucoza si Galactoza sunt transportate de catre Na+ -Glucoza co-transport

– Glucoza si Fructoza sunt transportate si prin transport pasiv (transportori de glucoza)

• Prin intermediul sistemului port ajung la ficat diverse monozaharide

• In ficat are loc conversia

monozaharidelor in glucoza

• Sangele care pleaca de la ficat contine numai glucoza

Glucoza este singura forma circulanta a glucidelor in organism, de aceea metabolismul glucidic se refera in primul rand la metabolismul glucozei

• Glucoza reprezinta un substrat

energogen care furnizeaza

– H activ (sub forma de NADH si NADPH)

necesar reactiilor de reducere

– Precursori pentru sinteza grasimilor si a

acizilor grasi

3

• Fibrele alimentare contin polizaharide

care nu pot fi degradate de enzimele

din tractul intestinal

• Fibrele sunt transformate de bacteriile

din colon in

– gaze (hidrogen, metan, CO2)

– acizii acetic, propionic, butiric

• In urma cercetarilor din ultimii ani, s-a

emis ipoteza ca fibrele din alimentatie

au rolul de a scadea incidenta

cancerului de colon datorita faptului ca

reduc timpul de stationare a produsilor

de metabolizare in colon si scad

colesterolul

• Cel mai important proces al stadiului 2 al catabolismului este degradarea glucozei , proces numit glicoliza

• Procesul de degradare a glucozei se poate produce – 1. Anerob (Calea Embden-Meyerhof)

in care piruvatul se transforma in lactat ca rezultat final al glicolizei

– 2. Aerob (Secventa Embden-Meyerhof) in care piruvatul se transforma in CO2 si H2O; ca produsi finali ai glicolizei

– 3. Calea (suntul) pentofosfatilor (6-fosfogluconatului): Transformarea in pentoze si CO2

• Se desfasoara in toate celulele in citosol

• Procesul de degradare a glucozei se produce cu eliberare de ATP

GlicolizaForma activa a glucozei care initiaza secventele

metabolice este glucozo-fosfatul (Glc-6-P)

Resturile glicozil din Glc-6-P care urmeaza a fi

degradata provin din trei surse:

Glucoza sanguina

Gluconeogeneza (sinteza glucozei din

precursori neglucidici)

Glicogenoliza (degradarea glicogenului

tisular)

4

Etapele glicolizei

Degradarea intracelulara a glucozei se produce in doua mari etape:

I) Glucoza sufera o serie de reactii semipreparative prin care

isi mareste reactivitatea (se produce cu consum de ATP)

II) Reactiile de oxidare in urma carora se produce ATP

Etapele glicolizei

1. Conversia

glucozei in

trifosfat

2. Conversia

trifosfatului in

piruvat

Stadiile 5 si 6

sunt responsabile

pentru sinteza

neta de ATP si

NADPH

O molecula de sexoza este degradata si de obtin 2 molecule de trioze, numarul de molcule ale reactiilor din etapa a doua dublandu-se (reactiile 5-9)

5

• Stadiul 5– enzima glicerilaldehid 3-fosfat

dehidrogenaza se leaga covalent de gruparea aldehidica a glicerilaldehid 3-fosfatului si transfera un atom de H de la glicerilaldehid 3-fosfat la NAD+

– Ionii fosfat din solutie inlatura enzima si se leaga de glucid

• Gruparea fosfat este apoi transferata la ADP, rezultand ATP in stadiul 6

• Reactiile glicolizei au loc in citosol

• Se consuma 2 moli de ATP (in prima faza) si se creaza 4 moli (in a doua faza);

• Cistigul net este de 2 moli ATP care pot fi utilizati direct

• In cazul organismelor aerobe, piruvatul obtinut in ultima reactie a glicolizei trece imediat in mitocondrie unde este oxidat la CO2 si H2O

• In cazul organismelor anaerobe, piruvatul ramane in citosol si, in functie de tipul de organism, este transformat in lactat (ex muschii scheletici) sau in etanol si CO2 (ex. in drojdie)

6

Enzimele implicate in glicoliza

!!! Reactiile au loc in citosol !!!

• 1. Fosforilarea glucozei cu obtinerea de glucoza-6-fosfat

• Este o reactie ireversibila, catalizata de hexokinaze

• glucoza-6-fosfatul face legatura intre mai multe cai metabolice:

• (i) glicoliza

• (ii) sinteza glicogenului

• (iii) calea pentozelor

Reactiile procesului glicolizei

7

• 2. Izomerizarea glucozo-6-fosfat la fructozo-6-fosfat

• Este o reactie ireversibila, catalizata de

fosfoglucoizomeraza

Reactiile procesului glicolizei

3. Conversia fructozo-6-fosfat la fructozo-1,6-bisfosfat

– Este o reactie ireversibila, catalizata de

fosfofruktokinaza-1 (FFK-1)

Reactiile procesului glicolizei

8

4. Scindarea fructozo-1,6-bisfosfatului in dihihroxiacetonfosfat

(DHAP) si gliceraldehid-3-fosfat (G-3-P)

– Este o reactie reversibila, catalizata aldoza A

– DHAP este izomerizat in G-3-P, forma mai reactiva care este

utilizata in reactiile ulterioare ale glicolizei. Aceasta reactie este

catalizata de tiozofosfat izomeraza

Reactiile procesului glicolizei

5. Oxidarea fosforilanta a gliceraldehid-3-fosfat (G-3-P) la

1,3 bisfosfoglicerat

– Este o reactie reversibila, catalizata gliceraldehid-3-fosfat

dehidrogenaza, enzima cere este NAD+ dependenta

Reactiile procesului glicolizei

9

6. Transformarea 1,3 bisfosfogliceratului in 3-fosfoglicerat– Este o reactie reversibila catalizata 1,3 bisfosfoglicerat kinaza

– Este prima reactie de fosforilare la nivel de substrat din glicoliza (anaeroba)

Reactiile procesului glicolizei

7. Conversia 3-fosfogliceratului la 2-fosfoglicerat

– Este o reactie reversibila catalizata fosfoglicerat mutaza

Reactiile procesului glicolizei

10

8. Formarea fosfoenolpiruvatului din 2-fosfoglicerat

– Este o reactie reversibila catalizata enolaza

Reactiile procesului glicolizei

9. Transformarea fosfoenolpiruvatului in piruvat– Este o reactie ireversibila puternic exergonica catalizata piruvat kinaza

– Este a doua reactie de fosforilare la nivel de substrat din glicoliza (anaeroba)

Reactiile procesului glicolizei

11

Cuprinde reactiile degradarii glucozei

pana al acid piruvic

Deoarece NADH rezultat prin oxidarea

gliceraldehidei-3 fosfat nu este consumat

la hidrogenarea acidului piruvic, el apare

ca produs final

NADH produce o reactie de

inhibitie (inhibitie de substrat).

Deci pentru a continua

glicoliza NADH trebuie

indepartat aerobic prin

transport in mitocondrie

Glicoliza aeroba (secventa Embden-Meyerhof)

Glicoliza aneroba (ciclul Embden-Meyerhof)

Glicoliza anaeroba este utilizata de celula canceroasa (in tesutul canceros

lipseste oxigenul)

12

Glicoliza aneroba

Glucoza sanguina

Glicoliza musculara

Lactat muscularLactat sanguin

GNG hepatica

• Piruvatul este o molecula cheie a glicolizei si evolutia sa depinde de tipul celulei– In conditii aerobe, piruvatul este decarboxilat oxidativ la acetil-CoA iar NADPH este oxidat in lantul respirator

– NADH produce o reactie de inhibitie (inhibitie de substrat). Deci pentru a continua glicoliza NADH trebuie indepartat prin transport in mitocondrie

– In conditii anaerobe (tesuturi care nu depind de sistemul enzimatic nesesar metabolizarii aerobe a piruvatului) piruvatul este redus la lactat

– Si in conditii anaerobe NADH trebuie indepartat pentru ca glicoliza sa continue

Produsii finali ai glicolizei

• Reactia neta a glicolizei aerobe (din citosol):

• GLUCOZA + 2NAD+ +2Pi + 2ADP 2Piruvat + 2NADH + 4H+ + 2ATP + 2 H2O

13

• Calea de degradare a glucozei care ocoleste calea glicolitica, ciclul Krebs si lantul respirator

• Denumirea de ”calea fosfogluconatului” a acestei cai metabolice este data de prima reactie a in care glucozo-6-fosfatul este degradat la fosfogluconat

• Denumirea de ”calea pentozofosfatilor” este date de faptul ca in acest ciclu de reactii apar ca produsi intermediari esterii fosforici ai unor pentoze

• Proces citosolic care se deruleaza in – Tesut adipos

– Glanda mamara in lactatie

– Eritrocit

– Testicule

• Cuprinde doua etape:

• I. calea oxidativa

• II calea neoxidativa

Calea (suntul) fosfogluconatului (pentozofosfatilor)

• glucozo-6-fosfatul este degradat la ribulozo-5-fosfat

• Este o reactie ireversibila

• Se petrece atunci cand tesuturile au nevoie in egala masura de NADPH si de pentoze

• Rezultatul net este producerea de NADPH pentru reactiile reducatoare din citosol

• Producerea de ribulozo-5-fosfat, ca precursor al sintezei nucleotidelor

Etapa I calea oxidativa

14

• Conversia pentozelor la hexoze (regenerarea glucozo-6-fosfatul din ribulozo-5-fosfat)

• Are loc atunci cand nevoia de NADPH este mai mare decat cea de pentoze

• Reactie reversibila

Etapa II calea neoxidativa

• Genereaza putere reducatoare in citosol sub forma de NADPH– Are loc in tesuturi care in care se produce in mod activ sinteza reducatoare a acizilor grasi si a sterolilor din acil-CoA (Tesut adipos, glanda mamara, glandele corticosuprarenale)

• Convertirea hexoze in pentozelor, necesare sinteza nucleotidelor, acizilor nucleici, coenzimelor etc

• Transformarea pentozelor in hexoze care reintra in secventa glicolitica

Semnificatia metabolica caii pentozofosfatilor

15

• Rolul fundamental al glicolizei este acela de

• Generare de energie prin degradarea glucozei, zaharid bogat in C si H

– Organismul foloseste si alte surse de energie cum ar fi: acizii grasi,

aminoacizii

– Anumite tesuturi cum ar fi creier si hematii folosesc glucoza ca

singura sursa de energie

• Furnizeaza o serie de metaboliti necesari celulei pentru alte

transformari.

Rolul glicolizei

Rolul glicolizei

Furnizeaza o serie de

metaboliti necesari

celulei pentru alte

transformari

16

Metabolismul oxidativ si bioenergetica• Toate procesele biochimice din organismele vii necesita energie

• Generarea de ATP din glucoza prin glicoliza anaeroba este ineficienta, produsul final al glicolizei anaeroba continand o mare parte de energie chimica

• Continuarea catabolismului in conditii aerobe (prin introducerea O2 in sistem) a dat celulei posibilitatea de a extrage o cantitate mai mare de energie din elementele nutritionale

• Aparitia catabolismului oxidativ (respiratia celulara) a fost posibila numai dupa acumularea O2 in atmosfera in urma fotosintezei cianobacteriene

• Catabolismul oxidativ (stagiul III) incepe cu o serie de reactii numite Ciclul Krebs si se termina cu fosforilarea oxidativa

• In prima etapa-Ciclul Krebs, acetil-CoA este este oxidat la CO2 si NADH

• In etapa a doua- Fosforilarea oxidativa, NADH reactioneaza cu O2 pentru a produce ATP si apa

Fosforilarea oxidativa

• Fosforilarea oxidativa este ultimul stadiu al catabolismului si reprezinta momentul in care majoritatea energiei metabolice este eliberata

• In acest proces, NADH si FADH2 transfera oxigenului electronii primiti din reactiile de oxidare a produsilor de combustie, cu formare de H2O

• O mare parte din energia eliberata este utilizata pentru formarea de ATP

• Restul energiei este eliminata in mediu sub forma de caldura

• Oxidarea NADH si FADH2 si transferul H2 la O2

17

Decarboxilarea oxidativa a piruvatului

PDH contine multiple copii a:

3 enzime,

5 coenzime si

2 proteine de reglare (kinaze si fosfataze) care au rolul de a stopa reactia atunci

cand creste nivelul de ATP in sistem

PDH catalizeaza reactii care servesc ca punct de interconectare a trei cai metabolice:

1. glicoliza,

2. gluconenogeneza si

3. biosinteza acizilor grasi

PDH este activata de:

-insulina in tesutul adipos si de

-catecolamine in muschiul cardiac

Piruvatul este transportat din

citosol in mitocondrie unde

sub influenta complexului

enzimatic al piruvat

dehidrogenazei (PDH) este

rapid convertit la actil-CoA,

eliberand CO2

-Cale metabolica centrala a tuturor organismelor aerobe

-Consta in oxidarea grupului acetil la CO2 si H2O

-Are loc in mitocondrie

Ciclul Krebs, ciclul acidului citric sau ciclul acizilor tricarboxilici (TCA)

Ciclul Krebs- de la numele

cercetatorului care a

elucidat aceasta secventa

metabolica (1936)

Ciclul acidului citric sau al

acizilor tricarboxilici- Restul

CH3-CO- din acetil-CoA

patrunde in aceasta cale

metabolica condensandu-se

cu acidul oxaloacetic si

dand nastere la un acid

citric care este un acid

tricarboxilic

18

• In efortul de a defini calea metabolismului aerobic, a fost descoprit in 1937 ciclul acidului citric cunoscut si sub denumirea de Ciclul Krebs, ciclul acizilor tricarboxilici (TCA)

• Ciclul acidului citric este raspunzator pentru aproximativ 2/3 din totalitatea reactiilor de oxidare ale compusilor cu carbon in majoritatea celulelor

• Produsii finali ai ciclului acidului citric CO2 si energie

• Aportul cel mai mare adus de ciclul acidului citric este alimentarea lantului respirator cu H

• Debitul procesului depinde de acetil-CoA si de OAA

• Este o cale amfibolica (anabolica si catabolica)

Ciclul acidului citric incepe cand acetil-CoA format din piruvat sau acizi grasi reactioneaza cu oxaloacetatul (OAA) si formeaza acidul citric

Sub influenta unui sistem enzimatic de de 7 enzime, se elimina doi atomi de C sub forma de CO2 si se regenereaza OAA

Ciclul Krebs, ciclul acidului citric sau ciclul acizilor tricarboxilici (TCA)

Glucoza din singe este produsa din

Glicogenoliza (din glicogen)

Gluconeogeneza

Lactat sau piruvat

Glicerol

Aminoacizi glucogeni (in

special Alanina)

PEP = Fosfoenol piruvat

OAA = oxaloacetat

19

Metabolismul Glicogenului

• Toate celulele contin glicogen in cantitati mici

• Glicogenul are rol de stocare a energiei

• Exista doua depozite mari glicogen: – In ficat, folosit pentru asigurarea homeostazei glicemice

– In muschii scheletici, folosit pentru eliberarea energiei necesara contractiei musculare

• Metabolismul glicogenului presupune doua aspecte:– Glicogenogeneza: procesul de formare a glicogenului

– Glicogenoliza: procesul de degradare a glicogenului care implica scindarea legaturilor α -1,4 si α -1,6-glicozidice

• In conditii de functionare normale, intre cele doua procese este mentinut un echilibru cu ajutorul anumitor enzime, numite glicogenoze

Glicogenoliza

• Produsii finali sant: – Glucoza-1-fosfat in cantitate f mare

– Glucoza in cantitate mica

• Perticipa doua enzimele cu specificitate pentru cele doua tipuri de legaturi glicozidice:– Glicogenfosforilaza

– Enzima de deramificare

• Glicogenoliza nu este totala– Gradul de degradare depinde de necesitatile tisulare

– La om depozitul de glucogen scade dramatic dupa 12 ore

– Totdeauna ramane o cantitate mica de glicogen care constituie punctul de plecare pentru biosinteza

20

Glicogenogeneza

• Are loc atunci cand exista exces caloric glucidic

• Reprezinta o modalitate de a depozita glucoza

• Sursele de glucoza sant:

– Glucoza exogena

– Glucoza endogena (sintetizata de novo din

gluconeogeneza)

• Enzimele care participa:

– Glicogensintetaza

– Enzima de ramificare

Reglarea metabolismului glicogenului

• Se realizeaza pe cale hormonala de catre

hormoni glicogenolitici: adrenalina,

glucagonul

• Hormoni antiglicogenolitici: insulina

• Este in stransa legatura cu actiunea AMP

ciclic (cAMP)

21

Reglarea cantitatii de cAMP

• cAMP-ul a fost la inceput identificat ca mediator intracelular al actiunii hormonilor (molecula intracelulara semnal )

• Cantitatea de cAMP (≤10-7, normal) creste sau scade f rapid in urma actiunii hormonilor

• Sinteza si degradarea rapida a cAMP este reglata enzimatic

• Adenil ciclaza regleaza sinteza cAMP

• cAMP fosfodiesteraza regleaza degradarea cAMP

• Reglarea adenil ciclazei se face in funtie de tipul celular si se realizata de foarte multe molecule semnal extracelulare

Reglarea actiunii cAMP

• Reglarea actiunii cAMP se face de enzima A-kinaza

• A-kinaza se gaseste in toate celulele animale si este

raspunzatoare pentru toate efectele metabolice produse de

cAMP

• A-kinaza regleaza transferul grupului fosfo terminal al ATP-

ului la aminoacizii serina si treonina din proteinele target

• Fosforilarea proteinelor mediata de cAMP a fost pentru prima

data demonstrata in studiul metabolismului glicogenului in

muschi

22

Reglarea actiunii cAMP

• Hipoglicemia sau stresul duc la cresterea

glucogenului (ficat) si adrenalinei (ficat si

muschi) care la randul lor induc activarea

adenilat ciclazei si implicit la la cresterea

concentratie de cAMP

• cAMP activeaza A-kinaza

cAMP activeaza A-kinaza si fosforileaza – kinaze (care prin fosforilare

se activeaza) si

– fosfataze (care sant inactivate prin fosforilare)

Fosforilarea stimuleaza

glicogenoliza si inhiba

glicogenogeneza

23

Gluconeogeneza (GNG)

• Sinteza de novo a glucozei din precursori

neglucidici:

– Lactat (sau piruvat)

– Glicerol

– Aminoacizii glucoformatori (toti aminoacizii cu

exceptia leucinei si lizinei)

• Are loc in

– Ficat (85-95% din glucoza nou sintetizata)

– Rinichi

• Sinteza de novo a glucozei are loc in citosol

24

Produs in muschi

din alti aminoacizi

Produs prin glicoliza anaeroba

in muschi, eritrocite dar si

tesut adipos dupa mese

Produs in tesut

adipos in urma

lipolizei

Lactat

Obtinerea glucozei din lactat: Ciclul CORI

(ciclul Lactat-Glucoza)

Glicoliza musculara

Gluconeogeneza hepatica

25

• Aminoacizii glucogeni (in special alanina si acidul glutamic) sunt transformati in substarte ale ciclului acidului citric din care se obtine oxaloacetat sau piruvat

• Oxidarea glucozei produce piruvat.

• Piruvatul generat prin glicoliza musculara da nastere la alanina (prin transaminare)

• Alanina intra apoi in circulatia sangvina si este transportata la ficat unde este convertita inapoi la piruvat care este sursa de atomi de carbon pentru gluconeogeneza.

• Glucoza nou formata intra apoi in circulatia sangvina pentru a fi furnizata inapoi muschilor.

• Grupul amino trasportat de la muschi la ficat sub forma de alanina este convertit la uree in ciclul ureic si apoi excretat.

• Acest ciclu este utilizat in principat ca un mechanism prin care muschii scheletici elimina azotul refacandu-si necasarul de energie.

Obtinerea glucozei din aminoacizi: Ciclul CORI

(ciclul Alanina-Glucoza)

ALT= alanin transaminaza

Glicoliza musculara

Gluconeogeneza hepatica

Obtinerea glucozei din lipide

• Reprezinta aprox. 10% din GNG

• In urma lipolizei in tesutul adipos, muscular si hepatic, rezulta glicerol

• Glicerolul este metabilizat apoi de ficat si se transforma in glicerofosfat

• Glicerofosfatul este apoi transformat in dihidroxiacetonfosfat (DHAP)

26

Reglarea GNG

• Hormonala:– Glucagonul, hormonii glucorticoizi si adrenalina stimuleaza sinteza enzimelor din GNG (fructozo-1,6 bisfosfataza, glucozo-6-fosfataza etc)• Raportul glucagon/ insulina controleaza GNG

• Insulina inhiba sinteza enzimelor din GNG si stimuleaza enzimele care catalizeaza reactiile ireversibile din glicoliza (hexokinaza, fosfofructokinaza, piruvat kinaza)

• Stimularea si inhibarea enzimelor care catalizeaza GNG si glicoliza necesita cateva ore

– Hormonii glucorticoizi stimuleaza degradarea proteinelor tisulare avand un efect rapid in reglarea GNG• Reglarea covalenta (glucagon, adrenalina) si alosterica (acetil-CoA) sant rapide

• Nehormonala :– Efectorii pozitivi ai enzimelor cheie ale glicolizei sant efectori negativi ai enzimelor cheie ai GNG

Metabolismul fructozei

Fructoza este

metabolizata in ficat

• Fructoza exogena este convertita in glucoza sau in produsi ai glicolizei aerobe

• 1. fructoza este fosforilata

• 2. fructozo-1-fosfatul este scindat in doua trioze (gliceraldehida si dihidroxiacetona fosfat)– DHAP este un intermediar al secventei Embden Meyerhof si intra direct

in aceasta cale metabolica

– Gliceraldehida este fosforilata in prealabil

27

Semnificatia clinica a metabolismului

fructozei

• Fructozuria esentiala: deficienta de fructokinaza determina fructozemie (acumularea de fructoza in sange) si fructozurie (imposibilitatea metabolizarii fructozei)

• Prin reducerea fructozei rezulta sorbitol. Acumularea de sorbitol in diabet duce la aparitia cataractei si a disfunctiilor sistemului nervos

• Intoleranta la fructoza este cauzata de deficienta erediatara a aldozei B

• Acumularea fructozo-1-fosfatului inhiba GNG si produce crize de hipoglicemie postprandiala

Metabolismul galactozei

• Galactoza este transformata in glucoza in ficat si rinichi

• Serveste pentru sinteza lactozei, glicolipidelor, proteoglicanilor,

glicoproteinelor

28

Semnificatia clinica a metabolismului

galactozei