74
CURS 4 Ciclul acizilor tricarboxilici •Lanţul respirator mitocondrial, navete mitocondriale Glicozaminoglicani, proteoglicani, glicoproteine

CURS 4 - WordPress.com · metabolismul glucidic şi proteic prin intermediul ciclului Krebs . Transaminazele de interes clinic A. Alanin transaminaza (ALT, ALAT, GPT) – Catalzează

  • Upload
    others

  • View
    46

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

CURS 4

•Ciclul acizilor tricarboxilici

•Lanţul respirator mitocondrial, navete mitocondriale

•Glicozaminoglicani, proteoglicani, glicoproteine

Ciclul acizilor tricarboxilici (citric, Krebs)

– Definiţie, localizare, generalităţi

– Surse de acetil-coA

– Etape, reacţii

– Reglarea ciclului Krebs

– Importanţa ciclului Krebs

Ciclul Krebs – definiţie, localizare

• Definiţie: cale finală de catabolizare a glucidelor, aminoacizilor şi acizilor graşi în condiţii de aerobioză

• = rol foarte important în metabolismul intermediar şi în producerea de energie

• Localizare: reacţiile au loc în mitocondrie (faţă de

glicoliză = citoplasmatică)

– enzimele ciclului = prezente mai ales în matricea

mitocondrială, în proximitatea enzimelor lanţului transportor

de electroni

– celulele fără mitocondrii (hematiile) sunt lipsite de ciclul citric

Ciclul Krebs - generalităţi

• Porneşte de la acetil-CoA:

– metabolit intermediar comun

al catabolismului glucidic, al

acizilor graşi şi AA)

– Substratul bicarbonic (2C) al

ciclului Krebs

• Oxidarea acetil-CoA în

ciclul Krebs la CO2 şi H2O

produce energie, stocată

în molecula de GTP şi a

echivalenţilor reducători

(NADH, H+ şi FADH2) pe

care îi generează

CH3 CO SCoA

Aminoacizi Acizi grasiGlucozã

Colesterol Corpi

cetonici

biosintezã biosintezãAcizi grasi

biosintezã

Ciclul citric

Acizi

biliariHormoni

steroizi

NADH,H+

FADH2

CO2

ATP

lant

respirator

Surse de acetil-CoA

1. Catabolismul glucidic

• Decarboxilarea oxidativă a Py

2. Catabolismul proteic

– Decarboxilarea oxidativă a Py

provenit din AA glucogeni

– Formarea acetil-CoA din AA

cetogeni și mixști

3. Catabolismul lipidic

• Beta-oxidarea acizilor graşi

4. Catabolismul corpilor cetonici

5. Catabolismul etanolului

1. Surse de acetil-CoA – catabolism

glucidic

Decarboxilarea oxidativă a Py

1. Glicoliza

2. Glicogenoliza

3. Oxidarea lactatului

– au ca rezultat formarea Py citoplasmatic, care →

acetil-CoA în mitocondrii,

în prezenta complexului PDH

(vezi căile alternative ale Py)

2. Surse de acetil-CoA – catabolism proteic

1. Decarboxilarea oxidativă a Py provenit din AA glucogeni

• AA glucogeni → Py citoplasmatic, care → acetil-CoA în mitocondrii, în

prezenta complexului PDH (vezi căile alternative ale Py)

2. Formarea acetil-CoA din AA cetogeni şi AA mixşti

3. Surse de acetil-CoA – catabolism lipidic

• Prin beta-oxidarea acizilor graşi → acetil-CoA

4. Surse de acetil-CoA – catabolismul corpilor cetonici

• Corpii cetonici sunt produşi în ficat

• Ficatul nu poate utiliza corpii cetonici deoarece nu deţine enzima activatoare a acetoacetatului

• Ţesuturile extrahepatice deţin enzima necesară activării acetoacetatului (sunt capabile să utilizeze corpii cetonici)

Catabolismul corpilor cetonici

5. Surse de acetil-CoA – catabolismul etanolului

• Etanolul este convertit prin

2 reacţii succesive de

dehidrogenare la acetat

• Acetatul este transportat în

muşchiul scheletic şi

activat la acetil- CoA

• 2 molecule de NADH se

formează dintr-o moleculă

de etanol

Oxaloacetatul şi ciclul Krebs

• Deşi OAA este regenerat în fiecare ciclu, trebuie să fie suplimentat permanent pentru menţinerea generării de produşi intermediari. Surse de OAA:

• Transaminarea acidului aspartic (sub acţiunea ASAT = reversibil) cu formarea acidului glutamic şi OAA.

– Asparagina se dezaminează şi formează acidul aspartic

• Carboxilarea piruvatului, în prezenţa piruvat-carboxilazei (ireversibil):

– Activă între mese, în timpul GNG

– Funcţionează în prezenţa biotinei

– Necesită ATP

– NU FUNCTIONEAZĂ în absenţa acetil-CoA (indică nevoia de acetil-CoA)

Ciclul Krebs – etape, reacții Ciclul Krebs formează un ansamblu de 8 reacţii care se

desfăşoară în matricea mitocondrială, în celulele aerobe

• 2. formare IZOCITRAT (aconitaza-Fe2+)

• 3. formare α-CETOGLUTARAT (izocitrat-DH, NAD+,

Mg2+, Mn2+). Rezultă NADH+H+

• 4. formare SUCCINIL-CoA (α-Cetoglutarat–DH;

necesită coenzime, generează NADH+H+

• 5. formare SUCCINAT ( succinat-tiokinaza); se

produce GTP. GTP este convertit la ATP.

• 6. formare FUMARAT ( succinat-DH); rezultă FADH2

• 7. formare MALAT (fumaraza). Funcţionează ca

navetă pentru OAA în citoplasmă. Poate fi convertit la

Py, OAA şi fumarat.

• 8. formare OAA (malat-DH), se generează NADH+H+

• 1. condensare acetilCoA + OAA → CITRAT (citrat sintaza)

Ciclul Krebs – etape, reacții

1. Formarea citratului • Reacţie ireversibilă de condensare dintre acetil-CoA (2C)

şi OAA (4C) → citrat (6C)

• Enzima implicată: citrat-sintaza, inhibată de: citrat, ATP,

NADH, succinil-CoA

– Citratul inhibă:

• PFK (glicoliză)

– Citratul activează:

• Acetil-CoA-carboxilaza (AG)

CH3 CO SCoA

O C COOH

H2C COOH

OAA

Acetil-CoA

Acid citric

+

H2O CoASH

CS HO C COOH

H2C COOH

H2C COOH

2. Izomerizarea citratului la izocitrat

Acid citric

HO C COOH

H2C COOH

H2C COOH

Aconitazã

(Fe2+)

H2O

Acid cis-aconitic

C COOH

H2C COOH

HC COOH

HC COOH

HO CH COOH

Aconitazã

(Fe2+)

H2O

H2C COOH

Acid izocitric

• Reacţie reversibilă

• Enzima implicată: aconitaza – are un centru Fe-S

– inhibată de fluoro-acetat

3. Decarboxilarea oxidativă a izocitratului cu

formare de α-Cetoglutarat

• Reacţie ireversibilă, etapă limitantă de viteză

• Se formează prima moleculă de CO2 (din cele 2) şi prima de NADH+H+ (din cele 3) din ciclul Krebs

• Enzima implicată: izocitrat-dehidrogenaza:

– activată alosteric de ADP şi Ca2+

– inhibată de ATP şi NADH+H+

4. Decarboxilare oxidativă a α-cetoglutarat

cu formare de succinil-CoA • Reacţie ireversibilă

• Se formează a doua moleculă de CO2 (din cele 2) şi a doua de NADH+H+ (din cele 3) din ciclul Krebs

• Enzima implicată: complexul α-cetoglutarat dehidrogenază

– Asemănator Py→acetil-CoA (complexul PDH), doar că nu este influenţată de reacţii de fosforilare şi defosforilare

– Coenzime: tiamin-pirofosfat, acid lipoic, FAD, NAD+, CoA

– Activată de Ca2+

– Inhibată de ATP, GTP, NADH+H+ şi succinil-CoA

O C COOH

COOH

CH2

Acid -cetoglutaric

(-Kg)

CH2

-Cetoglutarat dehidrogenazãO C SCoA

H2C COOH

CH2

Succinil-CoA

CO2CoASHNAD+

NADH,H+

5. Clivarea succinil-CoA cu formare

de succinat

• Enzima implicată: succinat-tiokinaza

– Scindează legătura macroergică tioester, cuplată cu

fosforilare oxidativă legată de substrat

• Se formează unica moleculă de GTP din ciclul

Krebs care va regenera ATP

O C SCoA

H2C COOH

CH2

Succinil-CoA

H2O CoASH

GDP+Pi GTP

ADPATP

H2C COOH

H2C COOH

Acid succinic

STK

6. Oxidarea succinatului la fumarat

• Reacţie de dehidrogenare reversibilă

• Rezultă unica moleculă de FADH2

• Enzima implicată: succinat dehidrogenaza

– singura enzimă din ciclul Krebs situată în membrana

mitocondrială internă

– aparţine Complexului II a lanţului transportor de e-

7. Hidratarea fumaratului cu formare

de malat

• Reacţie reversibilă

• Enzima implicată: fumaraza

• Fumaratul se mai obţine în:

– ciclul ureei

– cursul sintezei purinelor

– cadrul catabolizării AA

(fenilalanină, tirozină) HO CH COOH

H2O

H2C COOH

COOHC

H HOOC

C

H

Acid fumaric

Fumarazã

Acid L-malic

8. Oxidarea malatului la OAA

• Reacţie de dehidrogenare reversibilă

• Enzima implicată: malat dehidrogenază

• A treia reacţie de formare a NADH din ciclul Krebs

HO CH COOH

H2C COOH

Acid L-malic

NAD+ NADH,H+

MDH O C COOH

H2C COOH

OAA

Bilanţ energetic al ciclului Krebs

• Pentru fiecare moleculă de acetil-CoA intrată în ciclul Krebs cuplat cu LTE şi FO se va obţine: – 3 NADH + H+ → 9 ATP

• R3: izocitrat→α-cetoglutarat

• R4: α-cetoglutarat →succinil-CoA

• R8: malat ↔oxaloacetat

– 1 FADH2 → 2 ATP

• R6: succinat ↔fumarat

– 1 GTP → 1 ATP

• R5: succinil-CoA ↔succinat

• TOTAL: 12 moli ATP

• Fiecare mol ATP→10 Kcal

Bilanţ energetic al arderii complete

a unei molecule de glucoză

• glicoliza aerobă→ 2 Py: – 2 ATP

– 2 NADH+H+ → 4 sau 6 ATP

– subtotal: 6-8 ATP

• Decarboxilare oxidativă (2 Py → 2 acetil-CoA): – 2 NADH+H+→ 6 ATP

– subtotal: 6 ATP

• Ciclul Krebs: – din 2 acetil-CoA→ 2 x 12 ATP

– subtotal: 24 ATP

TOTAL: 36-38 ATP:

• 36 ATP prin naveta glicerol-3-P

• 38 ATP prin naveta malat-aspartat

Reglarea ciclului Krebs

1. Reglare generală (în funcţie de necesităţi) via lanţul

respirator mitocondrial responsabil de generarea de ATP prin

oxidarea coenzimelor reduse (NADH+H+, FADH2)

• Nivelul ↑ ATP sau NADH+H+, va inhiba ciclul la nivelul

enzimelor:

• citrat sintetaza

• izocitrat dehidrogenaza

• α-cetoglutarat dehidrogenaza

• Invers, ↓ ATP (sau ↑ ADP) = stimul important al ciclului Krebs

Ciclul Krebs este inhibat în următoarele condiţii:

– Înfometare (lipsa glucidelor)

– Diabetul zaharat (lipsa insulinei)

– Condiţii anaerobe (lipsa mitocondriilor sau oxigenului)

Reglarea ciclului Krebs

2. Reglarea la nivelul enzimelor: CS, IC-

DH, αCG-DH. Aceste enzime sunt

inhibate de ATP şi NADH+H+.

– citrat-sintaza, inhibată de: citrat,

ATP, NADH+H+, succinil-CoA

– izocitrat-dehidrogenaza:

• Activată alosteric de ADP şi Ca2+

• Inhibată de ATP, NADH+H+

– α-cetoglutarat dehidrogenaza

• Activată de Ca2+

• Inhibată de ATP, GTP, NADH+H+

şi succinil-CoA

Importanţa ciclului Krebs

1. = cale catabolică comună a oxidării tuturor principiilor

alimentare (Glucide, AA, acizi graşi)

2. = sursă majoră de energie celulară (cuplat cu lanţul respirator

generează o mare cantitate de energie sub formă de ATP -

12 ATP), exceptând celulele fără mitocondrii

3. asigură conexiunea dintre metabolismele glucidic – lipidic –

proteic

Importanţa ciclului Krebs • Este o cale amfibolică: caracter dual, atât

catabolic cât şi anabolic:

– Catabolic –prin producere de energie

– Anabolic – oferă substraturi proceselor anabolice:

• sinteza Glu pe calea GNG [în înfometare, OAA (via malat) → PEP]

• Procese de transaminare (prin intermediul α-cetoglutaratului)

• Sinteza de aminoacizi (Asp din OAA; Glutamat din α-cetoglutarat; Ala din Py)

• Sinteza de neurotransmiţători [în creier:α-KG→Glutamat→ GABA (acid γ-aminobutiric)]

• Sinteza de acizi graşi (postprandial via citrat. Pentru a obţine acetil-CoA citosolic, celulele transportă citrat în citosol, unde este clivat la acetil-CoA şi OAA de către citrat-liază)

• Ciclul Krebs este sursa majoră de succinil-CoA folosită pentru:

– Sinteza hemoglobinei

– Activarea corpilor cetonici

– Detoxifiere prin conjugare (sulfonamide)

OAA Glutamat

NADH,H+

NAD+

CITOSOL

MITOCONDRIE

MDH(citosol)

Malat

Malat

MDH(mitocondrie)

OAA

NAD+

NADH,H+

-Kg

-Kg Aspartic

Glutamat

Aspartic

Transaminare

GOT

Transaminare

GOT

Transaminarea şi relaţia cu ciclul Krebs

• Transaminarea este reacţia dintre un AA şi un α- cetoacid în

care NH2 este transferat cu producerea unui nou α- cetoacid şi

a unui nou AA.

• Enzimele se numesc transaminaze şi fac legătura dintre

metabolismul glucidic şi proteic prin intermediul ciclului Krebs

Transaminazele de interes clinic

A. Alanin transaminaza (ALT, ALAT, GPT)

– Catalzează transferul NH2 al alaninei la acidul α-cetoglutaric, formând acid glutamic si acid piruvic.

B. Aspartat transaminaza (AST, ASAT, GOT)

– Catalizeaza transferul NH2 al acidului aspartic la acidul α-cetoglutaric, formând acid glutamic şi acid oxaloacetic.

• Coenzimele pentru transaminaze: piridoxal fosfat (forma activă a vit B6)

• Ţesuturile bogate în transaminaze: muşchiul cardiac, ficatul, muşchiul scheletal.

Aspecte esenţiale despre ciclul Krebs

1. ciclul Krebs are loc numai în celulele cu mitocondrii şi are nevoie de

enzimele lantului respirator mitocondrial pentru a produce energie (ATP)

2. Glucidele sunt sursa de Py, principalul furnizor de OAA, esenţial în iniţierea

ciclului Krebs.

3. Insulina (stimulează glicoliza, furnizând Py) stimulează enzimele ciclului

Krebs

4. Oxigenul este esenţial pentru un lanţ respirator intact şi activ

5. Ciclul Krebs este inactivat în inaniţie (lipsa glucidelor), diabet zaharat

(deficit de insulină), anaerobioză (lipsa mitocondriilor sau oxigenului).

6. Efect Pasteur = fenomen prin care ciclul Krebs este inhibat de prezenţa în

exces a oxigenului. (Mai puţine molecule de Glu sunt oxidate în aerobioză

decât in anaerobioză. Astfel, în prezenţa oxigenului nu este nevoie de

oxidarea mai multor molecule de Glu, iar rata glicolizei este mai mică decât

în ţesuturile anaerobiotice)

Lanţul respirator mitocondrial

-Lanţul transportor de electroni

-Cuplarea cu fosforilarea oxidativă

-Surse de NADH + H+ şi FADH2

-Navete mitocondriale

-Inhibitori şi decuplanţi ai lanţului respirator mitocondrial

-Boli mitocondriale

Lanţul respirator mitocondrial

– Elementele care constituie Lanţul

transportor de electroni (e-) (LTE)

– Unitatea de fosforilare oxidativă (FO)

• Intermediarii reacţiilor de oxidare din

căile metabolice (ex. glicoliza)

cedează e- către coenzime specifice:

– NAD+ (nicotinamid-adenil-dinucleotidul)

– FAD (flavin-adenin-dinucleotidul)

• Rezultând formele reduse (bogate în

energie):

– NADH + H+

– FADH2

Lanţul respirator mitocondrial = ansamblu de proteine

localizate în membrana internă mitocondrială, alcătuit din :

• e- parcurg LTE şi îşi pierd o mare

parte a energiei libere

• O parte a energiei este captată şi

depozitată prin sinteza de ATP

(←ADP + Pi) = procesul de

fosforilare oxidativă (FO)

• Restul energiei este utilizat în reacţii

auxiliare:

– transportul Ca2+ în mitocondrii

– termogeneză

• Aceste forme reduse (NADH + H+ şi FADH2 ) cedează 2e- unui grup

specializat de transportori de e- = lanţ transportori de e- (LTE)

Lanţul transportor de electroni

• LTE = cale comună finală prin care e- sunt

transferaţi pe molecula de O2

• Localizat în membrana internă a mitocondriei

• Compus din:

– 5 complexe proteice (enzimatice) fixe:

• complexele I→IV aparţin LTE

• Complexul V este unitatea de FO

– 2 elemente mobile:

• Coenzima Q (ubiquinona) de natură lipidică

• Citocromul c, de natură proteică

Lanţul transportor de electroni

• Complexul I format din: – NADH-dehidrogenaza (coenzimă FMN)

– Proteine cu Fe şi S = centre Fe-S (Fe4S4 sau

Fe2S2), cu rol de a delocaliza e-, modificând

orbitalii acestora

• Complexul III (ubiquinol-citocrom c-reductaza) format din: – Citocromii b şi c1

– Proteine cu Fe şi S

• Complexul II format din: – Succinat-dehidrogenaza (coenzimă FAD)

– Proteine cu Fe şi S

Lanţul transportor de electroni

• Complexul IV (citocrom c-oxidaza) format din: – Citocromii a şi a3

– loni de Cu şi Zn

– Singurul transportor de e- în care Fe hemului conţine un situs de

conjugare capabil să reacţioneze direct cu O2.

• La acest nivel: e- transportaţi, O2 şi protonii liberi se unesc şi formează H2O

Cele 4 complexe au rol de a separa şi transporta e- şi protonii proveniţi din

substrate cu scopul de a crea un gradient de protoni între matricea

mitocondrială şi spaţiul intermembranar

Citocromii: – conţin o grupare hem (nucleu porfirinic şi 1 atom Fe)

– Fe este transformat reversibil Fe2+(feros) ↔ Fe3+ (feric) (! ≠ hemoglobină)

Lanţul transportor de electroni • LTE = succcesiune de sisteme de oxido-reducere

• Fiecare sistem redox poate primi sau ceda 1 sau 2 e-, iar

anumite cupluri pot transfera 1 sau 2 protoni (H+):

– Sistemul NAD + / NADH + H+ transferă 1 H+ şi 2 e- (ion hidrură)

– Sistemul FAD / FADH2, FMN / FMNH2 şi CoQ / CoQH2

transferă 2 H+ şi 2 e- (2 atomi de H)

– Citocromii (b, c1, c, a şi a3) transferă câte 1 e-

– Fiecare atom de Oxigen acceptă 2 e-

Lanţul transportor de electroni

• Există:

1.Un transfer al e- şi H+ (numiţi echivalenţi

reducători) până la CoQ

2.Transfer exclusiv de e- (via citocromi) de la

CoQH2→O2

1. Transferul de e- şi H+ (echivalenţi reducători)

până la CoQ

• NADH + H+ este preluat de Complexul I şi oxidat la NAD sub acţiunea NADH-dehidrogenazei

• concomitent coenzima FMN se reduce → FMNH2 care cedează echivalenţi reducători către CoQ rezultând CoQH2 (ubiquinol)

• Succinatul este preluat de complexul II şi oxidat la fumarat sub acţiunea succinat-dehidrogenazei

• concomitent FAD se reduce → FADH2 care cedează echivalenţi reducători către CoQ rezultând CoQH2

2. Transferul exclusiv de e- (prin intermediul

citocromilor) de la CoQH2 → O2

• Complexul III (prin intermediul ubiquinol-citocrom c-reductazei) preia 1 e- de la CoQH2 şi îl transferă succesiv citocromilor b şi c1, ai căror atomi de Fe sunt oxidaţi de la Fe2+ → Fe3+

• Cit c preia 1 e- de la cit c1, concomitent cu oxidarea Fe2+→ Fe3+

• Complexul IV (citocrom-oxidaza) preia 1 e- de la cit c şi îl transferă succesiv către cit a şi a3, ai căror atomi de Fe sunt oxidaţi de la Fe2+

→ Fe3+

• În final e- este transferat pe O2 cu formarea unei molecule de H2O (necesită 4 e- şi 4 H+ : O2 + 4 e- + 4 H+ → H2O

Cuplarea LTE cu FO

• Complexul V = ATP-sintetaza – este unitatea de FO

– aici are loc disiparea energiei gradientului de H+ generat de

LTE şi utilizarea sa pentru fosforilarea ADP → ATP

• Moleculele de ATP părăsesc matricea mitocondrială prin

intermediul unui transportor specializat: ATP/ADP-translocaza.

– Această translocază asigură transportul în sens invers al ADP, în

vederea refosforilării

Cuplarea LTE cu FO - teoria chemiosmotică

• Teoria chemiosmotică (Mitchel) explică cuplarea LTE cu FO:

– Energia generată de transportul echivalenţilor reducători de-a lungul LTE este recuperată şi utilizată pentru pomparea protonilor la nivelul complexelor I, III şi IV

– Aceasta generează un gradient electrochimic între cele 2 feţe ale membranei interne mitocondriale încărcate diferit (matricea mitocondrială - , spaţiul intermembranar +)

– Protonii concentraţi în spaţiul intermembranar au tendinţa de a reveni în interiorul matricei mitocondriale, aceasta fiind imposibilă datorită impermeabilităţii membranei interne

Cuplarea LTE cu FO - teoria chemiosmotică

– Fluxul de protoni se va concentra la nivelul complexului V

(ATP-sintetazei), al cărui canal (domeniul F0) străbate

membrana internă

– Acest flux determină rotaţia domeniului F0 şi o serie de

modificări conformaţionale ale domeniului extramembranar

F1 (ATP-sintetaza propriu-zisă) care va:

• stimula activitatea catalitică şi sinteza ATP (din ADP şi Pi)

• disiparea gradientelor electrochimice şi de pH

Cuplarea LTE cu FO - aplicaţie

• Oxidarea 1 mol NADH + H+ generează un

flux de protoni, realizat prin funcţionarea a

3 pompe de protoni de la nivelul

complexelor I, III şi IV, permiţând sinteza a

3 moli de ATP

• Oxidarea a 1 mol FADH2 generează un

flux mai redus de protoni (datorită

pompării acestora la nivelul complexelor III

şi IV), permiţând sinteza a 2 moli de ATP

Surse de NADH + H+ pentru LTE

• Surse mitocondriale de NADH + H+ : – Ciclul Krebs sursă majoră (fiecare acetil-CoA→ 3 molecule NADH + H+)

– Oxidare Py → acetil-CoA, sub acţiunea complexului PDH

– Catabolism lipide (oxidarea OH-acil-CoA rezultat din β-oxidarea AG)

– Catabolism corpi cetonici (oxidarea 3-OH-butirat → acetoacetat)

– Catabolism proteine (dezaminare oxidativă glutamat sau glicină)

– Catabolism alcool (acetaldehidă →acetat sub acţiunea acetaldehid-DH)

• Surse citoplasmatice de NADH + H+ : – Oxidarea GA-3P↔1,3-DPG în cursul glicolizei

– Conversia lactat ↔piruvat sub acţiunea LDH

– Oxidarea alcoolului (etanol→acetaldehidă sub acţiunea Alcool-DH)

!! NADH + H+ citoplasmatic NU poate traversa membrana mitocondrială (nu există transportor specializat)

Pentru oxidarea acestuia intervin navetele mitocondriale care preiau e- şi H+ şi îi transportă în interiorul mitocondriilor:

1. Naveta glicerol-3-fosfat

2. Naveta malat-aspartat

Navete mitocondriale

• Membrana externă mitocondrială este permeabilă pentru

majoritatea intermediarilor metabolici

• Membrana internă mitocondrială este permeabilă doar pentru

O2, CO2, NH3, corpi cetonici şi acizi graşi < 12 atomi de C

• Transferul intermediarilor metabolici de-o parte şi de alta a

membranei interne se face prin activitatea unor transportori

specifici, dependenţi de:

– aportul energetic

– diferenţele de pH sau de potenţial electric

• Moleculele care nu dispun de transportori specifici pot fi

transferate prin conversia prealabilă în intermediari care pot

fi transportaţi în interiorul mitocondriilor

Navetele glicerol-3-fosfat şi malat-aspartat

• Membranele mitocondriale sunt impermeabile

pentru NADH citoplasmatic şi nu dispun de un

transportor pentru acesta

• Aceste navete:

– transferă e- proveniţi de la NADH + H+, sub forma ionului

hidrură (H:-), spre un acceptor care beneficiază de un

transportor mitocondrial

– cuprind reacţii de oxidoreducere care au ca scop

regenerarea NAD+ citoplasmatic, esenţial pentru

desfăşurarea neîntreruptă a glicolizei

a. Naveta glicerol-3-fosfat

• Utilizează cele 2

enzime sinergice

(citoplamatică şi

mitocondrială) a

glicerol-3-PDH

• În final, se pierde 1

ATP prin această

navetă:

C O

CH2 OH

CH2 O P

H C OH

CH2 O P

DHAP Glicerol- P

CH2 OH

NADH,H+NAD+

Glicerol- PDH

din citosol

CITOSOL

MITOCONDRIE

CH2 OH

H C OH

CH2 O P

Glicerol- P

Glicerol- PDH

mitocondrialã

C O

CH2 O P

DHAP

CH2 OHFADFADH2

• 1 NADH + H+ (citoplasmatic) → 1 FADH2 mitocondrial preluat de LTE la nivelul CoQ → 2ATP

Faţă de

• 1 NADH + H+ (mitocondrial) este preluat de LTE la nivelul Complexului I → 3ATP

b. Naveta malat-aspartat

• Utilizează reacţii de:

– dehidrogenare sub

acţiunea MDH

(malat-DH)

– transaminare sub

acţiunea GOT

(glutamat-

oxaloaacetat-

transaminazei)

OAA Glutamat

NADH,H+

NAD+

CITOSOL

MITOCONDRIE

MDH(citosol)

Malat

Malat

MDH(mitocondrie)

OAA

NAD+

NADH,H+

-Kg

-Kg Aspartic

Glutamat

Aspartic

Transaminare

GOT

Transaminare

GOT

• NADH + H+ regenerat mitocondrial este preluat ca substrat al

Complexului I al LTE și cuplat cu FO → 3ATP

Naveta citrat-malat-piruvat

• Citratul intramitocondrial poate fi exportat în citoplasmă prin intermediul unui transportor specific

• Acest mecanism permite ieşirea grupărilor acetil din mitocondrii (acetil-CoA nu are un transportor specializat)

• Regenerarea acetil-CoA citoplasmatic este punctul de plecare pentru biosinteza acidului palmitic, în perioadele alimentare

Naveta malat-oxaloacetat si ciclul

fumarat-aspartat

Naveta malat-oxaloacetat utilizează izoenzimele citoplasmatică şi mitocondrială ale MDH (malat-DH) şi transportorul malat-cetoglutarat

• Scop = exportul citoplasmatic al OAA şi NADH mitocondrial

• rol esenţial în iniţierea GNC

Ciclul fumarat-aspartat regenerează aspartatul necesar ureogenezei

• stabileşte o punte între ciclul Krebs şi ciclul ureogenezei hepatice, prin

intermediul malat şi OAA mitocondrial

Surse de FADH2 pentru LTE

• Intră în LTE la nivelul CoQ pe care o reduce →

CoQH2

• Se formează în interiorul mitocondriilor prin:

– Oxidarea Glicerol-3-P → DHAP (naveta Gli-3-P)

– Oxidarea succinat → fumarat (ciclul Krebs)

– Oxidarea acil-CoA (beta-oxidarea AG)

Inhibitori ai lanţului respirator mitocondrial

• Complexul I: barbiturice, rotenona.

• Complexul II: malonat (similar succinatului, existând o inhibiţie competitivă)

• Complexul III: antimicina A (la niv. cit b), myxothiazol (la niv. centrelor Fe-S)

• Complexul IV: CO, H2S, HCN → deces

• Complexul V: oligomicină, arsenic

• Coenzima Q: doxorubicina (chimioterapic)

• Translocaza: atractilat

Decuplanţi ai lanţului respirator mitocondrial

• Decuplează LTE de FO: – 2,4-dinitrofenol

– Fenil-hidrazone

– Anumite antibiotice

– Dicumarol (anticoagulant)

– Termogenina

• Rezultat: energia din lanțul respirator mitocondrial → energie pentru termoreglare

• Ex.: termogenina:

– proteină eliberată la nivelul terminaţiilor nervoase simpatice şi ţesutului brun (dezvoltat la nou-născuţi şi animalele care hibernează)

– Sub acţiunea frigului sau după o masă, eliberarea termogeninei duce la consumarea energiei lanţului respirator pentru producerea de căldură

Bolile mitocondriale

• cauzate de mutaţiile genelor care codifică

proteinele sau ARN mitocondrial

• Proteinele localizate în mitocondrii pot fi

codificate de gene:

– mitocondriale

– nucleare (proteinele = transferate apoi în mitocondrii

după sinteza citoplasmatică)

Bolile mitocondriale -particularităţi

• Transmiterea mendeliană

– dacă mutaţia este la nivelul unei gene nucleare

• Transmiterea matrilineară

– dacă mutaţia afectează genomul mitocondrial (ADN mitocondrial este transmis exclusiv pe linie maternă)

• Segregarea replicativă

= repartiţia aleatorie a mitocondriilor afectate şi a celor normale în urma

diviziunii celulare → mare varietate de simptome clinice

• Acumularea progresivă a mutaţiilor ADN mitocondrial (urmare a acumulării radicalilor liberi, formaţi permanent la nivelul lanţului respirator)

– manifestările clinice apar după atingerea unui prag, în organe cu necesităţi energetice ridicate (miocard, muşchii scheletici şi respiratori, sistemul nervos)

Bolile mitocondriale – manifestări:

Bolile cauzate de anomalii ale lanţului respirator pot debuta în :

• perioada neonatală, în cazul deficienţelor grave

• copilărie, dacă activitatea enzimatică reziduală permite sintetiza unui număr minim de molecule de ATP

Pacienţii prezintă:

• encefalopatie metabolică

• hipotonie severă

• cardiomiopatie

• steatoză hepatică şi insuficienţă renală

• acidoza lactică datorită:

– inhibării retroactive a ciclului Krebs şi conversiei integrale PY → lactat

• accentuarea cetogenezei → hipercetonemia şi raportul beta-hidroxibutirat / acetoacetat

Bolile mitocondriale – exemple:

• Sindromul OXPHOS

– boli cauzate de disfuncţia unuia dintre complexele lanţului respirator

• Sindromul MERRF (myoclonic epileptic ragged red fiber disease)

– afecţiune neurodegenerativă

– produsă de mutaţii ale genei mitocondriale pentru ARNt-Liz →perturbarea biosintezei mitocondriale a proteinelor

• Sindromul MELAS (mitochondrial encephalomyopathy, lactic acidosis and stroke-like episodes)

– afecţiune neurodegenerativă letală

– produsă de mutaţii ale mai multor gene mitocondriale, inclusiv cele pentru ARN de transfer

• Glicozaminoglicani, proteoglicani, glicoproteine

– Definiție, structură

– Clasificare

– Caracteristici, rol

– Importanță medicală

Glicozaminoglicani, proteoglicani,

glicoproteine

Definiții:

• Glicozaminoglicanii (sau mucopolizaharidele) =

heteropolizaharide liniare, încărcate negativ, componenţi

ai matricei extracelulare

• Asociate cu o cantitate de proteine, formează proteoglicanii

– conţin carbohidraţi în cantitate mare

• Spre deosebire, glicoproteinele conţin în structura lor

predominant proteine, carbohidraţii fiind în cantitate

redusă

Glicozaminoglicani

Structură:

• sunt compuşi din unităţi

dizaharidice repetitive de tipul

(glucid acid – glucid aminat)n

– Glucidul acid este:

• acidul D-glucuronic, sau

• acidul L-iduronic

– Glucidul aminat este:

• D-glucozamina, sau

• D-galactozamina

– Glucidul aminat este frecvent

acetilat sau poate fi sulfatat.

Proteoglicani Structură:

• lanţul polizaharidic (unitatea

dizaharidică repetitivă) se leagă de

structura proteică cel mai frecvent prin

intermediul unei regiuni de legătură

reprezentată de o unitate trizaharidică:

xiloză-galactoză-galactoză:

– aceasta face legătura între unitatea

dizaharidică repetitivă a glicozaminoglicanilor

şi gruparea -OH a unui rest de serină din

structura proteinei

• monomerii de proteoglicani astfel formaţi

se ataşează unei molecule de acid

hialuronic pentru a forma ulterior

agregate de proteoglicani

Glicoproteinele Structură:

• sunt proteine care au ataşate covalent

catene carbohidrate (de tip oligozaharidic):

– în general scurte (2-10 unităţi glucidice,

dar pot fi şi mai lungi)

– ramificate (nu liniare)

– fără unităţi dizaharidice repetitive în

structură

– ataşate de proteine prin legături de tip N-

sau O-glicozidic:

• În cazul legăturii N-glicozidice, catena

glucidică se leagă la gruparea –NH2 a

unei asparagine din structura proteinei

• În cazul legăturii O-glicozidice, catena

carbohidrată se leagă la gruparea –OH a

unei serine sau treonine din structura

proteinei

Glicoproteinele

Roluri:

• Sunt componente ale matricei extracelulare

• Rol de lubrefianţi (fiind componenţi ai mucusurilor)

• Rol în comunicarea intercelulară

• Rol de apărare (imunoglobulinele, etc)

• Rol în antigenicitatea de suprafaţă (antigenele de grup sanguin)

• Rol de hormoni (gonadotropinele, etc)

• Rol în coagularea sângelui (fibrinogenul, etc)

• Rol de transport (ceruloplasmina, feritina, haptoglobina etc)

Clasificarea glicozaminoglicanilor

Sunt 6 tipuri majore de glicozaminoglicani:

1. Condroitin sulfați

2. Keratan sulfați

3. Acid hialuronic

4. Dermatan sulfați

5. Heparină

6. Heparan sulfați

Caracteristicile și rolurile glicozaminoglicanilor

1. Condroitin sulfatul:

– Unitatea dizaharidică = N-acetil-

galactozamina, sulfatată la C4 sau C6 și

acidul glucuronic

– cel mai abundent glicozaminoglican din

organism

– întâlnit în cartilagii, tendoane, ligamente

2. Heparina:

– Unitatea dizaharidică = glucozamina și

acidul glucuronic sau iduronic. Grupările

sulfat sunt prezente la nivelul grupării -

NH2, C3 sau C6 al glucozaminei sau pe

C2 al acidului glucuronic sau iduronic

– component intracelular al mastocitelor

care căptușește arterele

– important anticoagulant

Caracteristicile și rolurile glicozaminoglicanilor

3. Heparan sulfatul:

– Unitatea dizaharidică = glucozamina și acidul glucuronic sau iduronic.

– structură asemănătoare heparinei, doar că:

• câteva resturi de glucozamină sunt acetilate

• grupările sulfat sunt mai puţine

– Se găsește în membrana bazală a celulelor

4. Keratan sulfatul:

– Unitatea dizaharidică = N-acetil-

glucozamina și galactoza (în locul

unui glucid acid). Sulfatul poate fi

prezent la C6 la oricare glucid

– Se găsește în cartilagii și cornee

Caracteristicile și rolurile glicozaminoglicanilor

5. Acidul hialuronic:

– Unitatea dizaharidică = N-acetil-

glucozamină și acid glucuronic. Nu

are grupări sulfat în structura sa

– Acționează ca amortizor de șoc

– Se găsește în lichidul sinovial de la

nivelul articulaţiilor, umoarea

vitroasă a ochiului, etc.

6. Dermatan sulfatul:

– Unitatea dizaharidică = N-acetil-

galactozamină și acid iduronic

(poate conține și un număr variabil

de molecule de acid glucuronic)

– Se găsește în piele și vasele de

sânge

Importanţa medicală

Mucopolizaharidozele

• boli ereditare, caracterizate printr-o acumulare intralizozomală de

glicozaminoglicani (GAG) la nivelul diferitelor ţesuturi

• Cauza = deficienţa unor enzime lizozomale (hidrolaze) implicate în

degradarea GAG (sinteza lor nu este afectată), → acumularea GAG

• Se transmit AR (excepţie tipul II -sindromul Hunter, transmis X-linkat

• Manifestările clinice importante:

– Deformări scheletale

– Trăsături faciale grosiere

– Retardare mentală

– Opacifiere corneeană

– Modificări de creştere

Mucopolizaharidozele

• Tipul I – Sindromul Hurler:

– Enzima deficitară este α-L-iduronidaza

– Dermatan sulfatul şi heparan sulfatul apar

în urină

– formă foarte gravă de boală, cu retardare

mentală foarte severă, asociată cu deformări

scheletale si opacifiere corneeană importante

• Tipul II – Sindromul Hunter:

– Enzima deficitară este iduronat sulfataza

– Dermatan sulfatul şi heparan sulfatul apar

în urină

– grad variabil de severitate, iar opacifierea

corneeană este absentă

Mucopolizaharidozele

• Tipul III – Sindromul Sanfilippo:

– Enzimele deficitare: heparan sulfataza, N-acetil

glucozaminidaza

– Heparan sulfatul apare în urină

– Sunt cunoscute 4 forme de boală (fiecare cu enzima

sa deficitară specifică)

• Tipul IV – Sindromul Morquio:

– Enzimele deficitare: galactozamin sulfataza, β-D-

galactozidaza

– Sunt descrise 2 forme de boală

– Keratan sulfatul şi condroitin sulfatul apar în urină

Mucopolizaharidozele

• Tipul V – Sindromul Scheie:

– considerat a fi o formă mai puţin severă a tipului I (sindromul Hurler)

– Enzima deficitară: α-L-iduronidaza

– Clinic: deformări scheletale moderate, retardare mentală absentă

– Dermatan sulfatul şi heparan sulfatul apar în urină

• Tipul VI – Sindromul Maroteaux-Lamy:

– Enzima deficitară: N-acetil-β-D-Galactozamino-4-sulfataza

– Fară retardare mentală dar cu severe deformări scheletale

– Dermatan sulfatul apare în urină

• Tipul VII – Sindromul Sly:

– Enzima deficitară: β-glucuronidaza

– Dermatan sulfatul şi heparan sulfatul apar în urină