Etapele catabolismului nutrienilor

Rolurile diferite ale NADH / FADH2 i NADPH formate n cursul catabolismului

Reglarea independent i coordonat a cilor catabolice i anabolice

Reglarea covalent a activitii enzimatice

Cile de metabolizare a glucozei

GLICOLIZA

GLICOLIZA etapa consumatoare de energie

GLICOLIZA etapa generatoare de energieGliceraldehid-3-P 1,3-Difosfoglicerat 1,3-Difosfoglicerat 3-Fosfoglicerat 3-Fosfoglicerat 2-Fosfoglicerat 2-Fosfoglicerat Fosfoenolpiruvat Fosfoenolpiruvat Piruvat

Reoxidarea NADH n condiii aerobe i anaerobe

Rezultatele glicolizei aerobe

Reglarea PFK-1 de ctre F-2,6-P2

Reglarea piruvat kinazei

Complexul piruvat dehidrogenazei

Decarboxilarea oxidativ a piruvatului

Reglarea PDH

Etapele catabolismului aerob

Ciclul Krebs

Latura catabolic a ciclului Krebs

Latura anabolic a ciclului Krebs

Degradarea total a glucozei

Reacii anaplerotice

Reglarea ciclului KrebsDisponibilitatea de substrate - acetil-CoA i oxalacetat

Disponibilitatea de NAD+ - depinde de reoxidarea NADH n lanul respirator

Activitatea enzimelor reglatorii

EnzimaModulatori pozitiviModulatori negativiCitrat sintazaADPATPNADH CitratIzocitrat dehidrogenazaADPATPNADHa-Cetoglutarat dehidrogenazaSuccinil-CoANADH

Naveta malatului Naveta glicerol-fosfatului

Ciclul Cori (lactat-glucoz) i ciclul alanin-glucoz

Reaciile piruvat carboxilazei i PEP carboxikinazei

Reglarea coordonat a glicolizei i gluconeogenezei

Faza oxidativ a cii pentoz-fosfailor

Faza neoxidativ a cii pentoz-fosfailor

Bilanul fazei a II-a a cii pentoz-fosfailor

Rolurile untului pentoz-fosfailor

Structura glicogenului

Sinteza glicogenului

Sinteza glicogenului

Degradarea glicogenului

Rolurile diferite ale glicogenului din ficat i din muchi

Reglarea glicogenogenezei

Reglarea glicogenolizei

Reglarea coordonat a sintezei i degradrii glicogenului

Sinteza acidului UDP-glucuronic

Structura glicozaminoglicanilorAcidul hialuronic

Glucoza ca surs de energieGlucoza este o surs de energie pentru toate esuturile

Unele esuturi sunt gluco-dependente: creier, eritrocit, muchi scheletic n activitate intens

Glucoza este singurul combustibil care poate genera ATP n anaerobioz (prin fosforilare la nivel de substrat): - aport insuficient de oxigen n raport cu necesitile de ATP (ex. muchiul scheletic n activitate intens)- celule fr mitocondrii (eritrocit)

Alte substrate energogene (provenite din lipide: acizi grai, corpi cetonici, precum i aminoacizii) pot genera ATP numai n aerobioz, prin fosforilare oxidativ

Reglarea glicemieiMeninerea unui nivel relativ constant al glicemiei scop: aprovizionarea continu cu glucoz a esuturilor gluco-dependente

Intervin: - 4 organe: ficatul, muchiul, esutul adipos, creierul - hormoni: insulina, glucagonul

Glicemia normal: 65-105 mg/dl

Sursele glucozei plasmatice:- exogen - aportul alimentar- endogene - glicogenul hepatic - gluconeogeneza

FicatulRol major n meninerea homeostaziei glicemice

Poate utiliza ca surse de energie:- glucoza (postprandial)- acizi grai i aminoacizi (interprandial)

Postprandial ficatul capteaz glucoza din vena port (transportori GLUT2) o metabolizeaz prin: - glicoliz la piruvat degradare n ciclul Krebs sintez de ATP- calea pentoz-fosfailor sintez de NADPH i riboz-5-P - depozitare sub form de glicogen

Interprandial ficatul produce glucoz o trimite spre alte esuturi (n special cele gluco-dependente)- degradarea glicogenului - gluconeogenez din lactat i aminoacizi (provenii din muchiul scheletic) i din glicerol (provenit din esutul adipos)- eliberarea glucozei n snge este posibil datorit prezenei glucozo-6-fosfatazei

Metabolismul glucidic n ficat

Muchiul scheleticMetabolism specializat pentru generarea de ATP (necesar contraciei musculare); este capabil s rspund la modificri substaniale ale necesarului de ATPn repaus, muchiul realizeaz 30% din consumul de oxigen al organismului crete la 90% n muchiul care efectueaz o activitate intens

Capteaz glucoza din plasm cu ajutorul transportorilor GLUT4

Poate depozita glucoza sub form de glicogen (n perioadele de repaus muscular)

Sursele de energie utilizate: - muchiul n repaus / activitate moderat: metabolism aerob utilizeaz glucoz (postprandial), acizi grai i corpi cetonici (interprandial + post)- muchiul n activitate intens: fosforilarea oxidativ nu poate asigura necesarul de ATP (deoarece aportul de oxigen devine insuficient) degradarea glicogenului muscular i metabolizarea glucozei prin glicoliz anaerob la lactat- fosfocreatina genereaz rapid ATP n reacia creatin kinazei: Creatin ~ fosfat + ADP creatin + ATP

Sursele de energie ale muchiului

esutul adiposSpecializat pentru stocarea acizilor grai sub form de trigliceride i pentru furnizarea acizilor grai, ca surs de energie, altor esuturi

Capteaz glucoza plasmatic cu ajutorul transportorilor GLUT4

Postprandial degradeaz glucoza prin glicoliz scopuri:- obinere de ATP- acetil-CoA rezultat folosit la sinteza acizilor grai- obinere de glicerol-fosfat ncorporarea acizilor grai n triglicerideesutul adipos depoziteaz excesul de glucoz din alimentaie sub form de triglicerideO parte din glucoz - degradat pe calea pentoz-fosfailor surs de NADPH (necesar pentru sinteza acizilor grai)

Interprandial i n strile de post degradarea trigliceridelor depozitate acizii grai rezultai sunt trimii altor esuturi, n vederea utilizrii ca surs de energie esutul adipos asigur satisfacerea necesitilor energetice ale esuturilor non-gluco-dependente n perioadele n care lipsete aportul exogen de glucide

CreierulConsum substanial de ATP necesarul de ATP este asigurat printr-un metabolism respirator foarte activ (creierul realizeaz 20% din consumul total de oxigen al organismului n starea de repaus)Interrelaii metabolice dintre organe se acord o prioritate special necesitilor energetice ale creierului

ATP este obinut prin degradarea aerob total a glucozei (120 g glucoz consumate pe zi = 60% din consumul de glucoz al organismului n starea de repaus)Glucoza este captat prin transportori GLUT1, independeni de insulin

Creierul nu poate folosi acizi grai ca surs de energie, deoarece acetia nu pot strbate bariera hemato-encefalic Poate utiliza corpi cetonici ca substrat energogen (dar acetia pot satisface doar o mic parte din necesarul energetic al creierului)

Creierul depinde de glucoz ca surs de energie; nu realizeaz depozite de glicogen este dependent de o aprovizionare permanent cu glucoz pe cale sanguin

Rolul hormonilor n meninerea homeostaziei glicemice

Insulina i glucagonul - roluri majore n reglarea metabolismului glucidic adaptarea la necesitile particulare ale esuturilor n diverse circumstane

Insulina - secretat de celulele b ale pancreasului endocrin, ca rspuns la creterea glicemiei dup prnzurile glucidice

Glucagonul - secretat de celulele a ale pancreasului endocrin, ca rspuns la scderea glicemiei n perioadele interprandiale i n strile de post

Mecanisme de aciune asupra enzimelor-cheie din cile metabolice:

a) Influenarea reglrii covalente a activitii enzimatice- glucagonul activarea protein kinazei A fosforilarea enzimelor- insulina activarea protein fosfatazei-1 defosforilarea enzimelor

b) Modificarea cantitii enzimelor n celule prin inducie-represie

Perioada postprandial (abunden de glucoz)

Glicemia crete (atinge un maxim < 140 mg/dl, la o or dup un prnz glucidic)

Ficatul primete glucoza absorbit (pe calea venei porte) reine aprox. 60% restul de 40% depete ficatul i ajunge la esuturile extra-hepatice

Toate esuturile utilizeaz glucoza ca surs de energie (inclusiv ficatul), prin glicoliz

n ficat i muchi are loc depozitarea glucozei sub form de glicogen

n unele esuturi are loc metabolizarea glucozei pe calea pentoz-fosfailor sintez de NADPH i riboz-5-fosfat

Rolul insulinei n perioada postprandialEfectele insulinei:activeaz procesele care consum glucoza plasmatic - glicoliza - sinteza de glicogeninhib procesele care produc glucoz - gluconeogeneza - degradarea glicogenuluiMecanismele de aciune ale insulinei: captarea glucozei n esuturi (muscular i adipos) - nr. GLUT4 n membran cantitatea de fructoz-2,6-difosfat (n ficat) (+) fosfofructokinaza-1 glicoliza() fructozo-1,6-disfosfataza gluconeogenezaInducia enzimelor-cheie ale glicolizei Represia enzimelor-cheie ale gluconeogenezei(+) protein fosfataza-1 defosforilarea: - glicogen sintetazei (+) sa glicogenogeneza- glicogen fosforilazei () sa glicogenoliza Rezultat: scderea glicemiei readucerea sa la normal (la aproximativ 2 ore dup prnzul glucidic)

Perioada interprandial (depleie de glucoz)Glicemia are tendina s scad

Glucoza este consumat, ca surs de energie, numai de ctre esuturile gluco-dependente

Ficatul i alte esuturi gluco-independente i obin energia prin degradarea substratelor provenite din lipide (acizi grai, provenii din trigliceridele din esutul adipos i corpi cetonici, sintetizai n ficat i utilizai ca surs de energie de ctre esuturile extrahepatice)

Scopul adaptrilor metabolice: asigurarea aprovizionrii continue cu glucoz a esuturilor gluco-dependente (n special creierul)

Meninerea unui nivel relativ normal al glicemiei - asigurat de ctre ficat: produce glucoz (prin degradarea glicogenului i gluconeogenez) i o elibereaz n snge captat de ctre esuturile extrahepatice gluco-dependente

Rolul glucagonului n perioada interprandialEfectele glucagonului (opuse celor ale insulinei): activeaz procesele care produc glucoz - gluconeogeneza - degradarea glicogenului inhib procesele care consum glucoza plasmatic - glicoliza - sinteza de glicogenMecanismele de aciune ale glucagonului: cantitatea de fructoz-2,6-difosfat (n ficat) (+) fructozo-1,6-disfosfataza gluconeogeneza () fosfofructokinaza-1 glicolizaInducia enzimelor-cheie ale gluconeogenezei cantitatea de AMPc n celulele hepatice activarea protein kinazei A fosforilarea: - glicogen fosforilazei (+) sa glicogenoliza- glicogen sintetazei () sa glicogenogeneza

Rezultat: creterea glicemiei meninerea sa la un nivel constant n condiiile lipsei aportului exogen de glucoz

Efectele insulinei i glucagonului asupra metabolismului glucidic

ProcesmetabolicINSULINAGLUCAGONULEfectMecanismEfectMecanismGlicoliza (+) fosfofructokinaza-1inducia enzimelor-cheie () fosfofructokinaza-1Gluconeogeneza () fructozo-1,6-disfosfatazarepresia enzimelor-cheie (+) fructozo-1,6-disfosfatazainducia enzimelor-cheieGlicogenogeneza (+) glicogen sintetaza () glicogen sintetazaGlicogenoliza () glicogen fosforilaza (+) glicogen fosforilaza

Diabetul zaharatCauzat de un deficit absolut/relativ de insulin raport insulin/glucagon Perturbri metabolice: scderea captrii glucozei plasmatice n celule activarea proceselor care produc glucoz (n ficat): - gluconeogeneza - glicogenoliza inactivarea proceselor care consum glucoza plasmatic: - glicoliza - glicogenogenezaDZ se caracterizeaz printr-un mod anormal de utilizare a glucozei n calitate de combustibil metabolic: supraproducie de glucoz de cre ficat i utilizare redus a glucozei de ctre celelalte esuturiRezultatul acestor perturbri: hiperglicemie cnd aceasta depete pragul renal (170-180 mg/dl), glucoza se elimin n urin glicozurie

esuturile trec de la utilizarea glucozei la utilizarea lipidelor ca surs de energie: este activat degradarea trigliceridelor din esutul adipos (lipoliza) acizii grai rezultai sunt transportai pe cale sanguin la alte esuturi i degradai pentru obinere de ATPn ficat: din degradarea acizilor grai rezult cantiti mari de acetil-CoA utilizat la sinteza corpilor cetonici exportai spre unele esuturi extrahepatice (inclusiv creier) i utilizai ca substrate energogene