Biochimie metabolică

2017-2018

2

Bibliografie

3

Condiţii de acceptare în examen

• cursul este obligatoriu şi are 7 credite

• Se desfaşoară liniar, 14 săptămâni

• Acceptare la examen:

– prezenţa la lucrările practice de 100% (sunt

permise maxim 3 absenţe care se vor recupera)

– prezenţa la curs de minimum 70% (sunt permise 4

absenţe din 14)

4

Evaluarea cunoştinţelor

• Examenul teoretic = 75% din nota finală. Formată din:

– 90% examen teoretic (A) (50 întrebări grilă cu 1 → 4 răspunsuri corecte)

– 10% media seminariilor din timpul semestrului (B) (2 seminarii cu întrebări tip grilă.

• Examenul practic (C) = 25% din nota finală. Formată din:

1. scris – 10 întrebări (tip grilă / întrebări deschise)

2. practic - efectuarea unei determinări biochimice (admis/respins)

• Nota finală = [0.75 x (A x 0.9+ B x 0.1)]+ 0.25 x C

! Nota minimă de promovare pentru examene (practic şi teoretic) este 5

! Nepromovarea ex. practic nu permite intrarea la ex. teoretic.

! Nu se efectuează rotunjiri de note decât la nota finală.

5

Tematica cursurilor

• 1. METABOLISMUL ENERGETIC

• 2. METABOLISMUL GLUCIDELOR

– Aspecte generale

– Glicoliza

– Căi alternative ale acidului piruvic

– Ciclul acidului lactic (ciclul Cori)

– Gluconeogeneza

– Ciclul Krebs

– Lanţul respirator mitocondrial

– Calea pentozo-fosfat

– Calea glucuronică

– Metabolismul glicogenului

– Metabolismul fructozei, gatactozei şi manozei

– Glicoproteine, proteoglicani, glicozaminoglicani

• 3. METABOLISMUL LIPIDELOR

– Aspecte generale, clasificarea lipidelor

– Structura lipidelor simple

– Structura lipidelor complexe

– Metabolismul acizilor graşi

– Metabolismul corpilor cetonici

– Metabolismul colesterolului

– Metabolismul trigliceridelor

– Acizii biliari

– Lipoproteinele plasmatice

– Hormonii steroizi

– Eicosanoizii – Metabolismul lipidelor complexe

• 4. METABOLISMUL AMINOACIZILOR

– Aspecte generale

– Căi generale ale metabolismului AA

– Căi specifice ale metabolismului AA

• 5. METABOLISMUL NUCLEOTIDELOR

– Aspecte generale

– Biosinteza şi degradarea purinelor

– Biosinteza şi degradarea pirimidinelor

6

Programul cursului 2017-2018

Metabolismul energetic și glucidic

• 4 săptămâni: 02-27 oct. 2017; Șef lucr. Silaghi Ciprian

Metabolismul lipidic

• 4 săptămâni: 30 oct.- 24 noi. 2017; Șef lucr. Cătană Cristina

Metabolismul aminoacizilor și nucleotidelor

• 6 săptămâni: 27 noi. 2017 - 19 ian. 2018; Șef lucr. Nistor Tiberiu

Metabolism energetic = Curs 1

Metabolism glucidic = Curs 2→ Curs 5

Seria 1 Seria 2 Seria 3 Seria 4

Curs 1 03.10.2017 - Marți

14-16 amf. Manta

02.10.2017 - Luni

08-10 amf. Manta

05.10.2017 - Joi

08-10 amf. Manta

02.10.2017 - Luni

16-18 amf. Iuliu M.

Curs 2 04.10.2017 - Miercuri

08-10 amf. Manta

09.10.2017 - Luni

08-10 amf. Manta

10.10.2017 - Marți

16-18 amf. Iuliu M.

03.10.2017 – Marți

16-18 amf. Iuliu M.

Curs 3 10.10.2017 - Marți

14-16 amf. Manta

11.10.2017 - Miercuri

08-10 amf. Manta

12.10.2017 - Joi

08-10 amf. Manta

09.10.2017 - Luni

16-18 amf. Iuliu M.

Curs 4 17.10.2017 - Marți

14-16 amf. Manta

16.10.2017 - Luni

08-10 amf. Manta

17.10.2017 - Marți

16-18 amf. Iuliu M.

16.10.2017 - Luni

16-18 amf. Iuliu M.

Curs 5 24.10.2017 - Marți

14-16 amf. Manta

23.10.2017 - Luni

08-10 amf. Manta

24.10.2017 - Marți

16-18 amf. Iuliu M.

23.10.2017 - Luni

16-18 amf. Iuliu M.

7

8

Curs 1: Metabolismul energetic

1. Noţiuni introductive

2. Mecanismul reacţiilor cuplate

3. Clasificarea legăturilor macroergice

4. Importanţa ATP şi GTP

5. Ciclul ATP - ADP

9

1. Noţiuni introductive • Scopul metabolismului energetic:

– regenerarea continuă a energiei chimice consumată

în cursul activităţilor organismului

Energia = înmagazinată sub forma legăturilor macroergice,

fiind eliberată prin hidroliză

• Reacţiile biochimice –

clasificare energetică:

1. Reacţii exergonice:

energia eliberată > energia consumată

(spontane)

2. Reacţii endergonice:

energia eliberată < energia consumată

(teoretic imposibile d.p.d.v. termodinamic)

10

2. Mecanismul reacţiilor cuplate

• Permite totuşi desfăşurarea reacţiilor endergonice,

datorită intervenţiei enzimelor:

– aceeaşi enzimă catalizează ambele reacţii

– foloseşte energia eliberată de r. exergonică pentru

alimentarea r. endergonice:

A X + E1 (E1 = energia eliberată de reacţia exergonică)

B + E2 Y (E2 = energia consumată de reacţia endergonică)

– reacţia generală: A + B X + Y + (E1-E2)

11

Mecanismul reacţiilor cuplate

• Funcţionează numai dacă:

– E1 > E2

– în reacţia globală se eliberează o cantitate de energie

• Reacţiile cuplate necesită:

– hidroliza substratelor macroergice care

furnizează > 30 kJ/mol din disocierea legăturilor

de tip macroergic, relativ instabile

– invers, sinteza compuşilor macroergici necesită

un aport exogen de energie.

12

3. Clasificarea legăturilor macroergice • D.p.d.v. chimic, legăturile macroergice pot fi de tip:

4. acil-tiol (succinil-CoA) acil= R-CO- ; tiol= R-SH

1. fosfo-anhidridă (ATP) sau anhidridă mixtă (1,3-difosfo-glicerat)

2. fosfo-amidă (creatin-fosfat)

3. fosfo-enol (fosfo-enolpiruvat) enol=moleculă cu -OH vecin unei duble legături

13

– eliberează cantitate ↑ de energie

(căldură) prin hidroliza celor 2

legături fosfo-anhidridice

• ATP ADP + fosfat + 31 kJ/mol

• ATP AMP + pirofosfat + 42 kJ/mol

• fosfatul proximal atașat la adenozină oferă

o cantitate mică de energie, în comparație

cu cele 2 grupări fosfat distale

• Hidroliza pirofosfatului (Ppi) de către pirofosfatază asigură

ireversibilitatea reacţiilor cuplate cu aceste transformări

• Enzimele care utilizează ATP necesită cofactorul Mg2+

Principalul compus macroergic = ATP (adenozin-5’-trifosfat)

14

4. Importanţa ATP şi GTP

ATP

• donor de energie: – Energie mecanică pentru contracţia musculară

– Energie osmotică pentru schimburi transmembranare

– Energie chimică pentru reacţiile de sinteză

– Energie calorică pentru menţinerea temperaturii constante

– Energie electrică pentru propagarea influxului nervos

– Energie luminoasă la organisme care emit radiaţii luminoase

• rol structural (donor de grupări în diverse reacţii chimice):

– Donor de grupări fosfat, pentru kinaze

– Donor de pirofosfat, pentru activarea tiaminei (vit. B1)

– Donor de AMP, în reacţii de activare a ac. graşi sau aminoacizilor

– Donor de adenozină, pentru sinteza SAM (S-adenozil-metioninei)

15

GTP (guanozin 5`-trifosfat) =

– compus macroergic

– eliberează aceeaşi cantitate

de energie ca şi ATP

Enzimele care utilizează GTP ca

donor de energie necesită de

asemenea cofactorul Mg2+

• donor de grupări (ca şi ATP):

– Donor de fosfat, pentru sinteza de glucoză

– Donor de GMP, în reacţii ale metabolismului glucidic

– Donor de GDP, la activarea mitocondrială a acizilor graşi

16

5. Ciclul ATP - ADP • din oxidarea substratelor

(carburanţilor) rezultă

energie, care este stocată

în legăturilor macroergice,

în principal ale ATP

• Hidroliza ATP însoţeşte

fenomenele care necesită

consum de energie.

• Acest turn-over = ciclul

ATP-ADP

17

Regenerarea ATP, prin cuplarea unui rest fosfat

pe ADP = proces defavorabil termodinamic

• Reacţia (ADP + Pi) necesită aport exogen de

energie (31 kJ/mol), obţinută prin 2

mecanisme principale:

1. Fosforilarea la nivel de substrat: utilizează

energia eliberată de alt compus macroergic

2. Fosforilarea oxidativă la nivelul lanţului

respirator mitocondrial, utilizând energia unui

gradient de protoni

18

• regenerează o mică parte din ATP

• este importantă pentru ţesuturile anaerobe

– nu dispun de mitocondrii şi depind în totalitate de aceste reacţii pentru resinteza ATP/ GTP

• se bazează pe principiul reacţiilor cuplate

– Enzimele care catalizează aceste reacţii transferă pe ADP/ GTP:

• radical fosfat

• energia liberă obţinută prin disocierea unui alt compus macroergic

1. Fosforilarea la nivel de substrat

19

2. Fosforilarea oxidativă mitocondrială

• presupune stabilirea unui gradient electrochimic prin

oxidarea coenzimelor transportoare de electroni, în prezenţa

oxigenului molecular, provenit din respiraţie.

• Energia rezultată serveşte la fosforilarea ADP, de către

ATP-sintetaza mitocondrială.

20

Aplicaţie medicală: contracţia musculară

• ATP este sursa primară

de energie care sprijină

contracţia musculară.

! o fibră musculară conține

prea puțin ATP pentru

a susține contracția

pentru un timp prelungit.

• În fibre musculare bogate în mitocondrii există 3 surse de

reaprovizionare cu ATP: – creatinfosfatul

– glicogen

– respiratie celulară (lanţ respirator cuplat cu fosforilarea oxidativă).

21

Regenerarea ATP în contracţia musculară

• muşchiul în repaus conţine o rezervă de energie şi sub

formă de creatin-fosfat (CP) = compus macroergic.

• nivelul muscular de CP este de 10 ori mai mare decât ATP

• CP este mai bogat în energie decât ATP şi ADP

• graţie creatin kinazei, ATP-

ul este regenerat printr-un

transfer al grupului fosfat de

la CP la ADP (fosforilare la

nivel de substrat)

22

Regenerarea ATP în contracţia musculară

1. Când muşchiul se contractă, se

epuizează rapid rezerva de CP, iar

contracţia musculară ar trebui să

înceteze.

2. Din fericire, ATP se regenerează

continuu datorită fosforilării

oxidative = formarea ATP ca

urmare a transferului de electroni

de la NADH sau FADH2 la O2 de

către transportatori de electron).

3. Când muşchiul nu se mai

contractă, fosforilarea oxidativă şi

consumul de O2 (respiraţia

celulară) încetează.

23

Metabolism energetic: consideraţii finale

• diferă în funcţie de starea nutriţională a organismului

• un rol important în reglare îi revine stimulilor

hormonali, în special insulina şi glucagonul:

– permit ajustarea fluxului diferitelor căi metabolice, în funcţie

de disponibilitatea resurselor nutritive

• permite înţelegerea patogenezei unor afecţiuni:

– frecvente: obezitatea, diabetul zaharat, sindromul

metabolic sau intoleranţa la glucoză

– rare: boli mitocondriale, cauzate de:

• deficienţe ereditare ale enzimelor mitocondriale

• leziuni dobândite ale ADN mitocondrial