METABOLISM GLUCIDIC

6.3 Digestia şi absorbţia glucidelor

În cadrul metabolismului intermediar, procesele biochimice din metabolismul glucidic

ocupă un loc central.

Glucoza reprezintă cel mai important „combustibil” al organismului, chiar dacă prin

oxidarea biologică a acesteia nu se eliberează cea mai mare cantitate de energie. Pentru

diferite organisme obţinerea glucozei necesare desfăşurării activităţii se realizează în mod

diferit: organismele autotrofe îşi constituie glucoza prin fotosinteză, în timp ce pentru

organismele heterotrofe glucoza are origine exogenă (luată din alimente mai ales sub formă

de dizaharide şi polizaharide) sau se sintetizează din compuşi neglucidici (aminoacizi sau

glicerol) prin procesul de gluconeogeneză.

Glucoza sintetizată endogen asigură doar parţial necesarul zilnic, de aceea trebuie

introdusă prin alimentaţie. Se apreciază că organismul uman adult necesită zilnic 200-250 g

glucoză pentru desfăşurarea unui regim de activitate normal.

Glucidele introduse prin alimentaţie (amidon, lactoză, zaharoză) nu se pot utiliza ca

atare şi, de aceea, ele trebuie să fie metabolizate până la glucoză, în principal, care este

transportată apoi de vena portă la ficat unde poate fi depozitată sub formă de glicogen,

catabolizată pentru obţinerea energiei necesare, redistribuită altor ţesuturi sau convertită

în compuşi endogeni în funcţie de necesităţile organismului.

Surse exogene de glucoză sunt: amidonul (preluat din cartofi, orez, pâine, etc ce

constituie aproximativ 50% din glucidele ingerate), zaharoza (aproximativ 25%, preluată mai

ales din zahăr), lactoza (cca.10%, preluată din lapte), glucoza şi fructoza în cantitate redusă

(5%, preluate din fructe dulci, miere), celuloza (2%, luată din legume şi fructe).

De-a lungul tractului gastrointestinal o parte din glucide (amidon, zaharoză, lactoză)

suferă o serie de transformări înainte de a fi absorbite, altele (glucoză, fructoză) se absorb

direct, în timp ce celuloza se elimină nehidrolizată, rolul acesteia în procesul de digestie fiind

de a contribui la formarea bolului alimentar şi de a stimula peristaltismul intestinal (Figura

6.4).

Hidroliza amidonului începe la nivelul cavităţii orale sub acţiunea amilazei salivare

(ptialina) şi continuă în intestin sub acţiunea amilazei pancreatice. Amilazele salivară şi

pancreatică sunt α-amilaze care scindează legăturile α-1,4-glicozidice interne acţionând ca

1

endoamilaze. Acestea hidrolizează componentele amidonului, amiloza şi amilopectina, dar şi

glicogenul, eliberând maltoza. Deoarece amilazele nu pot hidroliza legăturile 1,6-glicozidice,

produşii de hidroliză sunt dextrine (oligozaharide).

Hidroliza dizaharidelor în intestin este cataliazată de dizaharidaze specifice

sintetizate de marginea în perie a mucoasei intestinale .

Figura 6.4. Reprezentarea etapelor din digestia glucidelor în tractul gastrointestinal

Absorbţia ozelor rezultate după hidroliza enzimatică a di- şi polizaharidelor din lumenul

intestinal în enterocite se face prin două mecanisme:

a) transport activ (realizat cu consum de energie) – pentru hexoze;

b) difuzie facilitată, fără consum de energie, pentru pentozele rezultate din pentozani, produşi

de policondensare a ozelor conţinuţi în coaja unor fructe (cireşe, vişine, prune).

Transportul glucozei din lumenul intestinal în enterocite se face prin cotransport simport

cu ionii Na+ (pompa de sodium şi glucoză), dependent de gradientul de Na+ stabilit de Na+, K+-

ATP – aza din membrana plasmatică (pompa de Na+ şi K+).

Transportorul simport de Na+ şi glucoză de la polul apical al celulei intestinale preia din

intestin glucoza odată cu pătrunderea a doi ioni Na+ în celulă, glucoza putându-se acumula

până la o concentraţie de 30000 ori mai mare decât în lumenul intestinal. Pe măsură ce

glucoza este pompată în enterocite, ea este eliminată simultan la polul bazal prin difuzie

facilitată de transportorii GluT2 aflaţi în membrana enterocitelor.

2

Ionii de Na+ captaţi în enterocite sunt eliberaţi la polul bazal de Na+, K+- ATP – aza din

membrană ce scoate din enterocit 3 ioni Na+ şi introduce în celulă 2 ioni K+ (Figura 6.5).

Din enterocite, ozele sunt transportate de vena portă la ficat care le metabolizează

specific. În ţesuturi, glucoza poate fi folosită în funcţie de necesităţile celulelor: a)

catabolizată pentru obţinerea energiei atunci când organismul este în activitate; b) depozitată

sub formă de glicogen în ficat şi muşchi sau c) convertită în compuşi endogeni, în condiţiile

unui exces de glucoză.

Figura 6.5. Transportul simport al glucozei în epiteliul intestinal

(după Nelson şi Cox , 2000)

Corelaţii clinice. Digestia diglucidelor poate fi afectată în cazul unor enzimopatii

determinate de deficitul în dizaharidaze, ceea ce determină intoleranţa la dizaharide

(lactoză, zaharoză). În aceste condiţii, dizaharidele se acumulează în intestin, determină

creşterea presiunii osmotice în lumenul intestinal, ceea ce are ca rezultat pierderile digestive

de apă, diaree, dureri abdominale (deoarece flora bacteriană sintetizează acid lactic).

Simptomele se pot ameliora prin evitarea consumului de astfel de glucide (de ex., consumul

de lapte prelucrat pentru îndepărtarea lactozei).

6.4. Catabolismul oxidativ al glucozei

Glucoza din mediul extracelular este neutră şi poate pătrunde în celule prin difuzie. În

acest proces un rol important revine transportorilor GluT, permeaze specifice cu afinitate

variabilă pentru glucoză şi distribuite diferit în ţesuturi, ce realizează un transport uniport al

glucozei. Există mai mulţi transportori GluT care se diferenţiază prin afinitatea pentru

substrat, glucoza (GluT1 în eritrocit cu afinitate mare, GluT2 în ficat şi intestin cu afinitate

mai mică, GluT4 în muşchi, ţesut adipos, care este stimulat de insulină, hormonul

hipoglicemiant).

3

Pentru a fi menţinută în celule, glucoza este fosforilată şi transformată în glucozo-6-

fosfat, compus încărcat negativ care nu mai poate străbate membrana în sens invers. Reacţia

este ireversibilă, reprezentând o etapă importantă în reglarea metabolismului glucozei.

Hexokinaza (HK) este activă în toate celulele şi are afinitate mare pentru glucoză

(Km=0,01mM). Prezintă mai multe izoenzime şi poate fosforila şi alte oze: fructoză, manoză.

Nivelul crescut al glucozo-6-fosfatului (G-6-P) inhibă activitatea hexokinazei.

În ficat, reacţia este catalizată şi de glucokinază (GK), izoenzimă a HK ce are afinitate

mică pentru glucoză (Km=10mM) şi care fosforilează numai glucoza. Enzima este activă

numai când organismul are consum crescut de glucide (postprandial) şi formează G-6-P pe

care ficatul îl depozitează sub formă de glicogen. Nu este inhibată de G-6-P şi este indusă de

insulină.

Glucozo-6-fosfatul este un intermediar comun al mai multor căi metabolice şi ocupă un

rol central în metabolismul glucozei (Figura 6.6).

Figura 6.6. Poziţia glucozo-6-fosfatului în direcţionarea proceselor din metabolismul

glucidic

Glicoliza

Glicoliza este procesul prin care glucoza este degradată până la piruvat, în condiţii

aerobe, sau până la lactat, în condiţii anaerobe.

Este prima cale metabolică a cărei secvenţă a fost elucidată în prima parte a secolului

XX de către Warburg, Meyerhoff şi Embden (calea Embden – Meyerhoff).

Din punct de vedere intracelular, enzimele ce intervin în acest proces sunt localizate în

4

citoplasma tuturor celulelor.

Degradarea glucozei până la piruvat, respectiv lactat se face prin 10, respectiv 11 etape

(Figura 6.7).

În eritrocit, calea glicolitică este deviată în etapa a 7-a de reacţia:

Deşi în alte celule 2,3-DPG este în urme, în eritrocit concentraţia sa este 5 mM, fiind un

important modulator allosteric al oxigenării hemoglobinei (îi scade afinitatea pentru oxigen).

Figura 6.7. Secvenţa glicolizei

Piruvatul rezultat este folosit diferit ţesuturi în funcţie de disponibilitatea în oxigen.

În condiţii de aerobioză, aceasta este ultima etapă glicolitică, piruvatul rezultat intrând

5

în mitocondrii pentru a fi convertit în acetilCoA, intermediar activ ce va fi degradat complet

până la CO2 şi H2O prin respiraţia celulară, proces prezentat anterior.

Metabolizarea piruvatului în condiţii anaerobe se desfăşoară diferit la diverse

organisme.

La drojdii metabolizarea se continuă prin fermentaţie, iar la alte microorganisme şi la

organismele superioare prin transformare în lactat.

În celulele fără mitocondrii (hematia) sau în condiţii de deficit de oxigen (cornee,

muşchi în contracţie), piruvatul este transformat în lactat într-o etapă de glicoliză anaerobă,

sub acţiunea lactat dehidrogenazei, deoarece celulele care nu au mitocondrii nu îl pot oxida

prin lanţul respirator.

Lactatul acumulat în muşchi este responsabil de crampele şi febra musculară, fiind

preluat treptat de ficat şi utilizat pentru gluconeogeneză.

Bilanţul energetic al glicolizei. Din punct de vedere energetic, glicoliza nu este un

proces foarte eficient şi de aceea oxidarea glucozei trebuie să continue în condiţii aerobe.

Bilanţul net este de doar 2 moli de ATP. În cazul în care degradarea începe de la glicogen (în perioada

interprandială) se vor forma 3 moli de ATP, pentru că glucozo-6-fosfatul rezultă direct din glicogen prin

fosforoliză, fără consum de ATP.

Reacţia ATP consumat ATP sintetizat

1. glucoză glucozo-6-fosfat 1 -

3. fructozo-6-fosfat fructozo-1,6-difosfat 1 -

7. 1,3-difosfoglicerat 3-fosfoglicerat - 2

10. fosfoenolpiruvat piruvat - 2

Bilanţ 2 4

Bilanţul general al oxidării glucozei. Degradarea aerobă a glucozei furnizează o cantitate mai

mare de energie decât glicoliza.

Reacţii ATP

Glicoliză

2NADH,H+ din oxidarea GA-3-P

2

Decarboxilarea oxidativă a piruvatului

2 NADH, H+ din reoxidarea complexului enzimatic

Ciclul Krebs

2 GTP 2 ATP

6NADH,H+ din oxidarea a 2 moli izocitrat, α-

cetoglutarat, malat

2FADH2 din oxidarea a 2 moli succinat

2

6

Lanţul respirator şi fosforilarea oxidativă

2NADH,H+ din oxidarea GA-3-P

2NADH,H+ din decarboxilarea acidului piruvic

6NADH,H+ din ciclul Krebs

2FADH2 din ciclul Krebs

2 x 2,5 = 5

2 x 2,5 = 5

6 x 2,5 = 15

2 x 1,5 = 3

Total 32

Reacţia finală a oxidării aerobe este:

Glucoză + 6 O2 + 32ADP + 32Pi 6CO2 + 32 ATP +38 H2O

Componenta exergonică: Glucoză + 6 O2 6CO2 + 6 H2O ΔG0’ = - 2937 kJ/mol

Componenta endergonică: 32ADP + 32Pi 32 ATP +32 H2O ΔG0’ = 1600 kJ/mol

η = 100 x 1600/2937 = 54%

Deci, în condiţii aerobe eficienţa procesului este mult mai mare. Astfel se explică

efectul Pasteur, prin aerobioză rezultă cca. 32 moli ATP, iar prin anaerobioză 2 moli, deci în

condiţii de anaerobioză cantitatea de glucoză consumată este de cca.16 ori mai mare.

Reglarea glicolizei. Din cele 11 etape ale glicolizei, 3 sunt reacţii ireversibile, catalizate

de enzime ce au rol în controlul sensului pe care îl ia transformarea intermediarilor glicolitici

în funcţie de necesităţile organismului:

Glucozo-6-fosfatul, ATP, acetilCoA, citratul sunt inhibitori ai unor enzime din

glicoliză, iar AMP, fructozo-2,6-bisfosfatul şi fructozo-1,6-bisfosfatul sunt activatori.

Corelaţii clinice

b) Procese tumorale. Captarea glucozei şi glicoliza se desfăşoară mult mai rapid

în ţesutul tumoral decât în cele necanceroase, deoarece iniţial acestora le

lipseşte o reţea intensă de capilare, fiind obligate să funcţioneze în condiţii de

hipoxie. În plus, celulele tumorale au şi un număr redus de mitondrii pentru a

7

realiza o degradare completă a glucozei. Acestea produc în cantitate crescută

anumite enzime glicolitice, între care una dintre izoenzimele hexokinazei care

nu este inhibată de glucozo-6-fosfat. Sinteza excesivă a enzimelor glicolitice

este controlată de proteinele codificate de oncogene sau genele supresoare

tumorale (p53).

b. Glucokinaza este o enzimă a cărei acţiune este stimulată de insulină. În diabet

zaharat, acţiunea enzimei este deficitară datorită sintezei insuficiente.

Alimentarea glicolizei cu alte oze

Şi alte oze pot să participe la glicoliză prin transformarea în intermediari glicolitici.

Fructoza obţinută din hidroliza zaharozei poate alimenta glicoliza în mod diferit.

Manoza, componentă importantă a heteropoliglucidelor şi rezultată la degradarea

acestora, poate alimenta glicoliza în acelaşi mod ca şi fructoza.

Galactoza se transformă în mod particular în glucoză.

Galactozo-1-fosfat-uridiltransferază

Galactozo-1-fosfat + UDP-glucoză UDP-galactoză + Glucozo-1-fosfat

Glucozo-1-fosfatul izomerizează la glucozo-6-fosfat şi intră în glicoliză.

Corelaţii clinice

b) Deficitul de fructokinază este caracterizat de metabolizarea ineficientă a

fructozei cu eliminarea acesteia în urină, boală numită fructozurie esenţială.

b) Calea poliol este o cale metabolică de transformare a ozelor în care intervin două

8

enzime: aldozo reductaza, enzimă care transformă glucoza în sorbitol şi sorbitol

dehidrogenaza, enzimă ce intervine în transformarea sorbitolului în fructoză.

În condiţii normale, transformarea glucozei pe această cale este redusă (sub 5%),

metabolizarea intensificându-se în condiţii de hiperglicemie, de exemplu în diabet zaharat. În

cazul intensificării procesului, produşii căii poliol se acumulează la nivelul unor structuri

precum retină, nervi, rinichi şi determină alterări structurale şi funcţionale.

Limitarea transformării pe această cale se poate realiza prin folosirea unor medicamente

ce funcţionează ca inhibitori ai aldozo reductazei.

c) Galactozemia esenţială este o enzimopatie determinată de deficitul de galactozo-1-

fosfat-uridil transferază sau de galactokinază când se acumulează galactoza, acumulare

însoţită de cataractă şi afecţiuni neurologice.

6.5. Procese metabolice în faza de absorbţie (postprandial)

Postprandial, organismul are un exces de substraturi energogene şi trebuie să desfăşoare

reacţii prin care înmagazinează energia pe care acestea o înglobează.

Glicogenogeneza

Glicogenogeneza este procesul biochimic prin care se realizează sinteza glicogenului,

poliglucid de rezervă de origine animală. Procesul de glicogenogeneză este un proces

anabolic ce se realizează atunci când există surplus de glucoză şi contribuie alături de

glicogenoliză la menţinerea glicemiei.

În 1957, Leloir şi colaboratorii au demonstrat că biosinteza glicogenului se desfăşoară

în ficat şi mai puţin în muşchi, dar pe o cale complet diferită de cea a degradării glicogenului,

proces ce se realizează, de asemenea, în organele menţionate.

Sinteza glicogenului are loc în fibrele musculare albe numai în perioadele de repaus

când glucoza este în exces. În timpul contracţiei musculare, glicogenul este degradat pentru a

se obţine glucoză şi, apoi, ATP.

Pentru sinteza glicogenului glucoza trebuie să fie activată, sub formă de UDP-glucoză.

Reacţia de activare devine ireversibilă deoarece, in vivo, se formează fosfat prin

degradarea pirofosfatului sub acţiunea pirofosfatazei :

9

Sinteza glicogenului se realizează prin ataşarea resturilor glucozil de pe UDP-glucoză

pe o moleculă de glicogen “amorsă” (glicogen (n-1)).

În final, UTP-ul necesar activării se reface prin reacţia:

Sistemele enzimatice specifice glicogenogenezei sunt:

b) Glicogen sintaza este enzima ce catalizează transferul unor grupe glucozil

activate pe o moleculă de glicogen “amorsă” (primer) formând legături 1,4-

glicozidice putând adăuga maxim 10 resturi glucozil. Este o enzimă care se

prezintă sub două forme interconvertibile prin fosforilare–defosforilare,

glicogen sintaza D, fosforilată (inactivă) şi glicogen sintaza I, nefosforilată

(activă);

b) Enzima de ramificare, enzimă ce scindează un bloc de 6-7 resturi glucozil de pe un

lanţ în creştere şi le transferă pe un alt lanţ realizând o legătură 1,6-glicozidică. Noua

ramificaţie trebuie să se găsească la o distanţă de cel puţin 4 resturi glucozil faţă de

ramificaţia adiacentă.

Ecuaţia glicogenogenezei este:

Glicogen(n-1) + Glucoză + 2ATP Glicogen(n) + 2ADP + 2Pi

Calea pentozofosfaţilor

Calea pentozofosfaţilor este o cale particulară de metabolizare a glucozo-6-fosfatului,

care ocoleşte o serie de etape glicolitice. Se mai numeşte şuntul pentozofosfaţilor sau calea

fosfogluconatului.

Caracterizarea căii pentozofosfaţilor:

b) Este o cale metabolică prin care din glucozo-6-fosfat rezultă derivaţi ai ozelor

cu trei, patru, cinci, şase, şapte atomi de carbon. Este singura cale prin care

rezultă riboza şi deoxiriboza necesare în sinteza acizilor nucleici.

b) Procesul metabolic presupune iniţial desfăşurarea a două etape de oxidare catalizate

de enzime NADP+- dependente. Una dintre enzime este glucozo –6- fosfat dehidrogenaza

care catalizează prima reacţie a căii metabolice, aceea de oxidare a glucozo-6-fosfatului odată

cu reducerea coenzimei:

10

De aceea, este principala cale prin care se formează NADPH,H+ necesar biosintezelor

reductive (de acizi graşi, colesterol şi alţi derivaţi sterolici), hidroxilării compuşilor străini

organismului prin sistemul oxidazelor cu funcţie mixtă, refacerii glutationului redus (GSH);

c) Determină formarea de triozofosfaţi importanţi pentru metabolismul lipidic ;

d) Ocoleşte etapele consumatoare de energie din glicoliză.

Localizare intracelulară şi tisulară. Reacţiile căii pentozofosfaţilor se desfăşoară în

citoplasmă deoarece aici se desfăşoară procesele la care participă NADPH,H+.

Procesul se desfăşoară cu intensitate maximă în ţesuturile în care lipogeneza şi sinteza

hormonilor steroizi sunt accelerate : ficat, ţesut adipos, glande mamare, corticosuprarenală,

precum şi în eritrocit.

Enzimele acestei căi lipsesc în miocard, muşchi scheletici, creier, rinichi.

Calea pentozofosfaţilor se desfăşoară în două etape majore :

b) conversia hexozelor la pentoze ;

b) conversia pentozelor la hexoze (Figura 6.8).

Utilizarea glucozo-6-fosfatului fie prin glicoliză, fie pe calea pentozofosfaţilor depinde

de necesităţile celulei pentru ATP, NADPH, H+ şi ribozo-5-fosfat.

Corelaţii clinice. NADPH,H+ sintetizat în calea pentozofosfaţilor este folosit şi la

reducerea glutationului oxidat :

Aceste reacţii prezintă importanţă pentru eritrocit, deoarece asigură glutationul redus

necesar descompunerii H2O2 care în cantitate mare ar determina oxidarea hemoglobinei la

methemoglobină şi 11lycer 11lycerol11. H2O2 provine din acţiunea radiaţiilor ionizante

asupra unor compuşi endogeni, din degradarea xenobioticelor (substanţe străine

organismului), din unele procese biochimice (ex., degradarea bazelor purinice etc.)

11

Deficitul de glucozo-fosfat dehidrogenază determină anemia hemolitică. S-a observat că

unii subiecţi sunt susceptibili la a manifesta anemie hemolitică acută la administrarea unor

medicamente ca antimalarice, sulfamide, antipiretice, simptomele apărând în 48-96 ore,

datorită deficitului de activitate a acestei enzime.

Figura 6.8. Secvenţa căii pentozofosfaţilor

Calea acizilor uronici

Calea acizilor uronici reprezintă o cale de metabolizare a glucozo-6–fosfatului cu

formare de acid glucuronic şi xiluloză. Importanţa biologică a acestei căi constă în :

b) Generează glucuronatul necesar pentru : i) procese de detoxifiere hepatică ce

presupun conjugarea fenolilor, hormonilor, bilirubinei, a unor medicamente

pentru mărirea solubilităţii în apă şi reducerea toxicităţii ; ii) sinteza

proteoglicanilor.

b) La plantele superioare şi la mamifere, cu excepţia omului, primatelor, cobaiului, este

calea de sinteză a acidului ascorbic (vitamina C).

Primele reacţii din secvenţa căii acizilor uronici sunt:

12

UDP-glucuronatul poate transfera radicalul glucuronil pe diverşi acceptori în sinteza

proteoglicanilor sau formarea glucuronoconjugaţilor.

Prin hidroliza UDP-glucuronatului, rezultă glucuronatul liber care se poate transforma

pe două căi: a) transformarea glucuronatului în xiluloză;

b) transformarea glucuronatului în acid ascorbic care reprezintă o cale de

metabolizare întâlnită la plante şi mamifere cu excepţia primatelor, cobaiului şi omului ce se

desfăşoară în microzomii hepatici. O enzimă caracteristică acestei căi, L-gulonolacton

oxidaza, lipseşte la mamiferele menţionate şi, de aceea, acestea sunt dependente de aportul

exogen de vitamină C.

Corelaţii clinice. Lipsa L-xilitoldehidrogenazei, una din enzimele ce intervine în

transformarea glucuronatului în xiluloză, determină eliminarea în urină a L-xilulozei,

perturbare caracteristică pentozuriei esenţiale.

6.6. Procese metabolice în faza de repaus alimentar (interprandial)

Interprandial, organismul trebuie să consume rezervele energetice dobândite din aportul

în exces de glucoză din faza de absorbţie sau să aibă capacitatea să sintetizeze “de novo”

glucoza necesară din compuşi neglucidici.

Glicogenoliza

Alimentarea glicolizei interprandial se face folosind ca materie primă glicogenul ce se

degradează prin procul de glicogenoliză.

Localizare tisulară. Procesul se desfăşoară în ficat şi în muşchiul în contracţie.

Degradarea glicogenului presupune scindarea legăturilor 1,4- şi 1,6-glicozidice prin

acţiunea conjugată a două sisteme enzimatice distincte :

b) Sistemul fosforilazic care cuprinde enzimele ce intervin în activarea

fosforilazei, enzima ce scindează legăturile 1,4-glicozidice din glicogen prin

fosforoliză, reacţie ce implică transferul unui rest fosfat pe un rest glucozil, cu

13

formare de glucozo-1-fosfat ;

b) Enzima de deramificare – are capacitatea de a transfera o unitate triglucidică de pe un

lanţ pe altul formând legături 1,6–glicozidice şi de a scinda restul de la zona de ramificaţie.

Glucozo-1-fosfatul rezultat este izomerizat la glucozo-6-fosfat ce poate fi utilizat

specific în funcţie de ţesut (degradat prin glicoliză).

Între acţiunea fosforilazei la nivel muscular şi hepatic există diferenţe notabile care sunt

dependente de concentraţia glucozei sanguine şi de acţiunea unor hormoni :

adrenalina – ce determină activarea fosforilazei musculare;

glucagonul – care stimulează activarea fosforilazei hepatice.

În ficat, glucozo-6-fosfatul rezultat prin izomerizarea glucozo-1-fosfatului este

defosforilat sub acţiunea glucozo-6-fosfatazei rezultând glucoză care intră în circulaţia

sanguină şi restabileşte nivelul glicemiei, fiind apoi distribuită ţesuturilor.

În muşchi, glucozo-6-fosfatul intră direct în glicoliză pentru obţinerea energiei proprii

muşchiului.

Din punct de vedere energetic, glicogenoliza este un proces mai eficient decât glicoliza,

bilanţul net fiind de 3 moli de ATP.

Ecuaţia glicogenolizei este:

Glicogen(n) + 3ADP + Pi Glicogen(n-1) + 3 ATP

Catabolismul glicogenului nu este avantajos din punct de vedere energetic. Totuşi

organismul realizează acest proces, deoarece glicogenul muscular este mai rapid metabolizat,

grăsimile neconstituind sursă de energie în lipsa oxigenului şi neputând contribui la

menţinerea glicemiei necesare unor ţesuturi glucodependente (hematie, creier).

Reglarea glicogenolizei şi glicogenogenezei. Cele două procese se află sub controlul

adrenalinei, glucagonului şi insulinei, astfel încât ele să nu se producă simultan.

Fosforilaza a reprezintă punctul principal de control al glicogenolizei, iar glicogen

sintaza al glicogenogenezei.

Insulina stimulează glicogenogeneza, adrenalina şi glucagonul determină o succesiune

de reacţii ce stimulează glicogenoliza şi inhibă glicogenogeneza.

Excitarea nervoasă a activităţii musculare este mediată de modificarea concentraţiei

ionilor Ca2+. Impulsul nervos determină depolarizarea membranei, eliberarea ionilor Ca2+din

reticulul sarcoplasmic şi contracţia musculară. În plus, ionii Ca2+ pot să semnalizeze activarea

glicogen fosforilazei şi inactivarea glicogen sintazei, astfel că se va degrada mai mult

glicogen pentru a furniza ATP-ul necesar contracţiei musculare.

Corelaţii clinice. Deficienţa ereditară a unor sisteme enzimatice implicate în

metabolismul glicogenului determină apariţia unor boli ereditare denumite glicogenoze,

14

caracterizate prin tezaurizarea în diverse ţesuturi unor cantităţi mari de glicogen cu structură

normală sau anormală în unele ţesuturi (ficat, rinichi, intestin, muşchi, creier, etc), fiind

însoţite de hipoglicemie, acidoză lactică. Sunt nouă tipuri de glicogenoze (I-IX).

Gluconeogeneza

Reprezintă procesul de biosinteză a glucozei din compuşi neglucidici (sinteza de novo a

glucozei). Este o modalitate de obţinere a glucozei când aportul exogen este întrerupt, iar

rezervele de glicogen epuizate.

Procesul este intensificat în inaniţie, regim alimentar bogat în lipide şi proteine şi sărac

în glucide, efort prelungit, diabet zaharat şi parţial, în perioade interprandiale peste 7-8 ore.

Localizare tisulară şi intracelulară. Procesul se desfăşoară în ficat, rinichi, intestin

subţire pentru că numai aceste ţesuturi conţin enzima glucozo-6-fosfataza, necesară pentru

formarea glucozei. Enzimele sunt localizate şi în mitocondrie şi în citoplasmă.

Principalii compuşi glucoformatori sunt : piruvatul, lactatul, aminoacizii

glucoformatori, glicerolul.

Se poate spune că gluconeogeneza decurge oarecum prin parcurgerea în sens invers a

etapelor glicolizei, dar cu sinteză de glucoză şi consum de ATP. Se ocolesc etapele

ireversibile din glicoliză (cele catalizate de piruvatkinază, fosfofructokinază şi hexokinază).

Gluconeogeneza din piruvat presupune desfăşurarea următoarelor etape :

b) Etapa intramitocondrială în care se realizează carboxilarea piruvatului cu

formare de oxalilacetat. Este o reacţie catalizată de piruvat carboxilaza biotin

dependentă. Oxalilacetatul nu poate străbate membrana mitocondrialăi, de

aceea se transformă în L-malat, sub acţiunea malat dehidrogenazei

mitocondriale. Malatul iese din mitocondrie cu ajutorul unui transportor

membranar şi este reconvertit la oxalilacetat de către malat dehidrogenaza

citoplasmatică.

2. Etapa citoplasmatică începe cu o reacţie specifică, conversia oxalilacetatului la

fosfoenolpiruvat, în prezenţa fosfoenolpiruvat carboxikinazei:

Fosfoenolpiruvatul iniţiază reacţiile de transformare inverse celor din glicoliză până la

fructozo-1,6-difosfat (Figura 6.9). Fructozo-1,6-difosfatul este hidrolizat de fructozo-1,6-

difosfatază la fructozo-6-fosfat care izomerizează apoi la glucozo-6-fosfat.

15

Ultima etapă este hidroliza glucozo-6-fosfatului sub acţiunea glucozo-6-fosfatazei.

Etapa se desfăşoară în reticulul endoplasmatic. Se formează vezicule membranare ce

difuzează spre membrana plasmatică, fuzionează cu aceasta şi eliberează glucoza în sânge.

Gluconeogeneza din lactat (ciclul Cori) nu are reacţii specifice. Lactatul format în

muşchi, este transportat la ficat şi transformat în piruvat sub acţiunea lactat dehidrogenazei,

iar piruvatul în glucoză prin reacţiile menţionate anterior.

Gluconeogeneza din aminoacizi presupune transformarea acestora în 16lycerol16ary

glucidici diferiţi.

Alanina, serina, cisteina, treonina şi glicina se transformă în piruvat;

Acidul glutamic, acidul aspartic, glutamina, asparagina, triptofanul, prolina,

arginina, fenilalanina şi tirozina se transformă în oxalilacetat;

Izoleucina, metionina şi valina se transformă în succinat.

Gluconeogeneza din 16lycerol. Glicerolul rezultat din lipoliza din ţesutul adipos şi

ficat este fosforilat şi transformat apoi în dihidroxiacetonfosfat, 16lycerol16ary glicolitic.

Gluconeogeneza din 16lycerol reprezintă 10% din capacitatea ficatului.

Reglarea gluconeogenezei se realizează prin:

b) modularea activităţii enzimelor cheie de diferiţi efectori;

b) reglare hormonală.

Intensitatea gluconeogenezei este invers proporţională cu a glicolizei.

Efectorii pozitivi ai glicolizei sunt efectori negativi ai gluconeogenezei.

Insulina acţionează direct la nivelul ficatului inhibând sinteza unor enzime cheie ce

acţionează în gluconeogeneză, stimulând deci glicoliza;

Glucagonul stimulează lipoliza în ţesutul adipos, dar poate să şi inducă enzimele

gluconeogenetice determinând activarea unor factori de transcripţie;

Hormonii glucocorticosteroizi secretaţi de corticosuprarenală stimulează proteoliza

extrahepatică şi induc sinteza enzimelor gluconeogenetice specifice.

Gluconeogeneza este dependentă de existenţa substraturilor pentru piruvat carboxilază

şi PEP carboxikinază.

Compuşii care limitează concentraţia substraturilor respective, au efect inhibitor asupra

gluconeogenezei.

De exemplu, consumul cronic de etanol la persoanele subnutrite se asociază cu

hipoglicemie deoarece metabolizarea etanolului reduce cantitatea de piruvat, respectiv

oxalilacetat necesare gluconeogenezei.

16

Metabolizarea etanolului se face pe mai multe căi, una dintre acestea fiind oxidarea la

acetaldehidă sub acţiunea alcool dehidrogenazei.

CH3CH2OH + NAD+ = CH3CHO + NADH, H+

Piruvat + NADH, H+ = Lactat + NAD+ sau Oxaloacetat + NADH, H+ = Malat + NAD+

Reacţiile globale sunt:

Etanol + Piruvat = Acetaldehidă + Lactat, respectiv

Oxaloacetat + Etanol = Malat + Acetaldehidă

Prin aceasta se argumentează efectul inhibitor al etanolului asupra gluconeogenezei.

Figura 6.9. Secvenţa gluconeogenezei

17

18

Procesele de fermentaţie bacteriană se produc asemănător celor de mai jos:

19

20

21

22