Metabolismul Energetic Ciclul Krebs

8/12/2019 Metabolismul Energetic Ciclul Krebs

1/73

MetabolismulBioenergeticaCiclul Krebs


2/73

Noiuni generale de metabolism. Catabolismui i anabolismul.Cile metabolice centrale, ciclice i specifice.

Metabolismul intermediar. Metode de studiere. Noiuni de energie liber standard. Compuii macroergici -

structura chimic i rolul lor. Ciclul ATP-ului.

Caracteristica strii energetice a celulei. Indicii ce ocaracterizeaz. Reglarea metabolismului celular. Decarboxilarea oxidativ a acidului piruvic - enzimele, cofactorii,

reglarea. Ciclul Krebs - reaciile pariale. Esena biologic a ciclilui Krebs,

reglarea lui. Noiune de fosforilare la nivel de substrat.

Stoichiometria ciciului Krebs. Reaciile anaplerotice (reaciile care furnizeaz produse

intermediare al ciclului acizilor tricarboxilici).


3/73

Metabolismul

Metabolismulsistem coordonat de transformri asubstanelor i energiei sub aciunea sistemelormultienzimatice.

Deosebim: metabolismul extern i intermediar Metabolismul externinclude procesele necesare

pentru: asimilarea substanilor nutritive , transportulmetaboliilor intermediarintre celulele diferitor organe iesuturi i eliminarea produselor finale din organism.

Metabolismul intermediartotalitatea reaciilor chimicece decurg ntr-o singur celul vie (i asigur viabilitatea,creterea i reproducerea ei).


4/73

Funciile metabolismului:

1. aprovizionarea celulelor cu energiechimic(ce se formeaz la scindareasubstanelor nutritive);

2. transformarea substanelor nutritive n

precursori necesari pentru sintezamacromoleculelor3. asamblarea macromoleculelor n

componeni celulari;

4. biosinteza i degradarea biomoleculelorcu destinaie special(h, mediatori,cofactori);


5/73

Fazele metabolismului

Evideniem 2 faze:1. Catabolismulfaza de degradarea

macromoleculelor n micromolecule.

este nsoit de eliberarea energiei (carepoate fi acumulat sub form deATPsauNADPH+H+

2. Anabolismulfaza de sintez amacromoleculelor din micromolecule, necesit utilizareaATPsau NADPH+H+


6/73

Etapele catabolismului:

I etap - decurge n TGI (fr eliminarede E). Macromolecule alimentare sescindeaz n monomerii si.

II etap monomerii se transform ntr-un precursor comun Acetil-CoA (are locgenerare de energie).

III etap amfibolic - ciclul Krebs sifosforilarea oxidativ(FO) H2O+ CO2are loc generare de energie


7/73

Proteine Glucide Lipide

AA monozaharide AG+glicerol

Piruvat

Acetil -CoA

c. Krebs

H2O

L.R

FO

CO2

gluco Ceto-

I

II II

III

ADP + Pi ATP


8/73

Deosebirile cilor catabolicede anabolice

considerentul energetic;

succesiunea reaciilor este reglatseparat;

difer dup localizarea n celul.


9/73

CILE METABOLICE

- reprezint reaciile chimice in lant, cu o anumitfuncie. S ==>A ==> B ==> C ==> P

DEOSEBIM CIMETABOLICE:A. a) centrale (comune pentru degradarea isinteza

principalelor macromolecule)b) specifice (caracteristice doar pentru substane

individuale (cofactor).B. a) liniare (glicoliza)

b) ciclice (ciclul Krebs)C. a) anaboliceb) catabolicec) amfibolice

D. a) aerobe

b) anaerobe


10/73

Metode de studiu a cilormetabolice

Pe organismele intactaporteliminareseaplic att pe organismele sntoase ct i peorganismele bolnave (infectate) i stresate. Se

efectuiaz prin marcarea metaboliilor cu izotopi. Studiul experimental prin perfuzarea organelor

intacte.

Studiul seciunilor tisulare. La nivel celular.

La nivelul organitelor celulare.


11/73

REGLAREA METABOLISMULUI

Se realizeaz la diferite nivele:

1. la nivelul proprietilor specifice enzimelor(cantitatea de E i S,prezena Co, pH, t);

2. la nivelul E reglatoare alosterice;3. Majoritatea reaciilor sunt reglate de starea energetic a celulei.

Indicatorul ei este sarcina energetic

- SE = [ATP]+1/2[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP] SE= 0,8-0,95

PF = [ATP]/[ADP]*[Pa] = 500

Se = 0 ( AMP); Se=1 (ATP). Atkinsoncile metabolice, responsabilede sinteza ATP sunt inhibate de Se nalt; dar cile de utilizare ale ATPsunt stimulate.

Cile catabolice ca regul sunt inhibate de ATP, NADH2 i activate deAMP, ADP, NAD+. Pentru cile anabolice aciunea acestor compui esteinvers.


12/73

4. reglare prin modificarea covalent aenzimelor(fosforilare-defosforilare), modulatde hormoni (adrenalina, glucagon .a)

5. inducia i represia enzimatic-modificarea concentraiei E la nivel detranscripie a genelor corespunztoare subaciunea hormonilor steroizi.

6. Reglarea dependent de hormonii careaccelereaz activitatea E (adaptare imediat)sau de viteza sintezei enzimelor (adaptare delung durat)

Exemple: adrenalina i steroizii

7. Influiena medicamentelor dediferit origine


13/73

Bioenergetica.Bioenergetica- tiina ce studiaz

transformrile i utilizarea energiei. n lumea vie sistemul termodinamic

poate fi reprezentat de un organismntreg; un organ; o celul; o reaciechimic.

O i l ii fi id i


14/73

Organismele vii pot fi considerate sistemetermodinamice, pentru care sunt valabile legile

termodinamicei:

I. Principiul conservriienergiareaciilor chimice nu dispare i nu apare dinnimic, dar se transform dintr-o form n

alt.Ex.: E chimic se transform n E termic,electric, mecanic.

II Principiul evoluieitoate procesele

asociate cu transfer de energie sedesfoar de la sine numai ntr-o direcie inumai pn la o anumit limit - cecorespunde entropiei maximale.


15/73

Sistemele biologicesunt sistemedeschise (schimb de energie i materie

cu mediul nconjurtor) Fiecare sistem are o energie intern

(E), care este constituit din energie

liber (G) i energie dependent devariaiile TS (energie legat).E= G + TS

Fora motrice a reaciilor este tendinasistemului att de a-i spori gradul dedezordine, ct i de a-i reduce coninutulde energie liber ordonat.


16/73

Noiune de energie liber standard. Energie liberreprezint acea parte din energia (total)

intern a sistemului, capabil s efectuieze un lucruasupra mediului n condiii constante de T i presiune -G kcal/mol

Dac E= G + TS G = E - TS.

TS - energia legat - nu poate fi utilizat pentruefectuarea lucrului (T- t absolut; Svariaia entropiei

(gradul de dezordine al sistemului).

Creterea entropiei mpedic revenirea la stareainiial, de aceea reaciile nsoite de creterea entropiei

- sunt ireversibile. Energia liber standardeste partea de energie total a

sistemului, convertit n lucru n condiii standard (G0)T=298K, C% iniiala 1,0 mol, pH = 7, presiunea760 torii (1 atm).


17/73

Referitor la o singur reacie chimic - variaiaenergiei libere standard este diferena dintresuma energiilor libere ale produilor i suma

energiilor libere ale reactanilor. G pozitiv 0cnd produii conin mai

mult energie dect reactanii (substaneleiniiale) endergonice(nu pot efectua un

lucru spontan, necesit energie din exterior).AB GB GA G negativ 0produii conin mai puin

energie dect substanele iniiale exergonice(fr folosirea energiei) stnga la dreapta pot efectua un lucru.

G = 0nu evalueaz nici ntr-un sens. Reaciile catabolice exergoniceAnabolice endergonice Legtura (conexiunea) ntre ele este ATP.


18/73

Ciclul ATP ATP-transportor universal al

energiei n forma sa activ este un

complex cu ionii de Mg sauMn

ATP2 legturimacroergice(valoare negativ

ridicat a G0), Servete ca surs de energie

n:

1. Lucrul mecanic: micare,contracie

2. Biosintezamoleculelorbiologice3. Transport: transportul prin

membran4. n transmiterea

informaiei genetice


19/73

Ciclul ATP

n condiii standard hidroliza ATP are locpe 2 ci:

ATP

ADP H3PO4 AMP PP

2H3PO47,3kcal/mol

14,6 kcal/mol


20/73

Sinteza ATP din ADP i Pi este posibilpe 2 ci:

1. FO

2. fosforilare la nivel de substratreaciilen care energia necesar pentru sintezalegturii macroergice fosfat e furnizat deun substarat supermacroergic.


21/73

Particularitile structurale ale ATPca donor de energie

la pH=7 are 4 sarcininegative, care seresping mai puterniccomparativ cu cele 3 din

ADP Leg macroergice sunt de

tip anhidrid (unesc 2resturi acide)

Prezena ionilor de Mg(afinitatea ADP este de6 ori mai marehidroliza este spreformarea ADP+Pi)


22/73

Legtura macroergic. Substane macroergice

Transportul principal al energiei de la

procesele catabolice spre cele anabolice iforma major de stocare a ei n organismsunt legturile macroergice fosfat i

tioesterice din diverse substane Legtura macroergic care la hidroliza

ei se elibereaz mai mult de 5,2kcal/mol

(21 kJ/mol)


23/73

Legtura macroergic. Substane macroergice Compuii supramacroergici G0 (kJ/mol) kcal/mol

1. fosfoenolpiruvat -61,9 -14,82. 1,3difosfoglicerat -49,3 -11,83. creatinfosfat -43,1 -10,3

Compuii macroergici -G0 (kJ/mol)

1. ATP ADP +H3PO4 -30,4 -7,3 (7,6)2. ADP AMP + H3PO4 -28,4

3. H4P2O7 2Pi+H+ -28,4 - 6,9 (-7,3-8)

4. acil~CoA -31,4 -7,5

Compuii submacroergiciGlucozo-1 P -5,0

Fructozo 6 P - 3,8

Glucozo- 6- P - 3,3


24/73

Decarboxilarea oxidativ apiruvatului

DOP la eucariote e localizat n mitocondrii; la procariotecitozol. Are loc sub aciunea complexului multienzimatic PDH, alctuit din:1. E1PDH Co1-TPP2. E2dehidrolipoiltransacetilaz

S

Co 2- ALS

3. E3dehidrolipoilDH HSCoAa.pantotenicCo3FAD NAD+ Kkinaza specific

Ffosfotaza specific, dependent de Ca2+ i Mg2+ Xproteina ligand (n E3) Caracteristica: la E.Coli compus din 48 de lanuri polipeptidice.

Nucleul l ocup E2; iar E1 i E3 se leag n exterior de nucleu. Lanurilesunt legate prin fore necovalente.


25/73

1. Atacul nucleofil - hidroxietiltiaminoPP,2. gruparea hidroxiettilic se oxideaz cu gr disulfidic- trece n

sulfhidrilic se formeaz acetillipoamid

CH3-CO-COOH +E1-TPP E1- TPP-CH-CH3

OH

E1-TPP-CH-CH3 + E2 AL

OH

S

SE1-TPP + E2-AL

SH

S-C-CH3

+ CO2

O

pyruvate e y rogenase


26/73

pyruvate e y rogenasecomplex


27/73


28/73

E2-ALSH

C-CH3

OO

O

+ HS-CoA E2-ALSH

SH+ CH3COSCoA

E2-ALSH

SH

+ E3-FAD E2-ALS

S

+ E3-FADH2


29/73

E3-FADH2 +NAD E3-FAD+ NADH+H

Reacia sumar:

CH3-CO-COOH CH3-CO - S CoA + CO2+NADH+H

Complexul PDH:

E1-TPP, E2-ALS

SE3-FAD HS-CoA, NAD

Ciclul Krebs LR =3 ATP

+


30/73

H3C C C O

O O

C S

O

H3C CoA

HSCo A

NAD+ NADH

+ CO2

Pyruvate Dehydrogenase

pyruvate acetyl-CoA


31/73


32/73


33/73


34/73


35/73


36/73


37/73


38/73


39/73


40/73


41/73


42/73


43/73


44/73


45/73


46/73


47/73


48/73


49/73


50/73


51/73


52/73


53/73


54/73

Reglarea complexului PDH


55/73

Reglarea complexului PDH Inhibat prin retroinhibiie:AcetilCoAE2; NADHE3

Efectul e reversibil la aciunea NAD i HSCoA Inhibiia alostericeste amplificat de AG

macromoleculari

Reglare nucleotidic, prin sarcina energetic: inhibat

de GTP i activat de AMP Reglare covalent:complexul PDH este inhibat prin

fosforilare (kinaza PDH), activat prin defosforilare(fosfataza PDH).

Fosforilarea se amplific la raportul nalt ATP/ADP; acetilCoA/HSCoA; NADH/NAD; defosforilareala concentraiimari de piruvat i Ca


56/73


57/73

Ciclul Krebs Rolul

Const dintr-o secven de reacii ce sedesfoar n ciclu (realizeaz degradarea luiAcetil Co A pn la 2 mol de CO2 i produceenergie stocat n GTP, NADH+H, FADH2

Are loc n matricea mitocondrial Caracter aerob Rolul:1. Donor de protoni i electroni pentru LR2. Integrativ3. Amfibolic4. energetic

1 Condensarea lui Acetil CoA cu


58/73

1. Condensarea lui Acetil CoA cuOA


59/73

2. Izomerizaea citratului n izocitrat

3 DH i decarboxilarea


60/73

3. DH i decarboxilareaizocitratului

d d l l


61/73

IDH NAD dependent- localizat n MCIDH NADP dependent- att n MC ct i n citozol

4 Decarboxilarea oxidativ a alfa


62/73

4. Decarboxilarea oxidativ a alfacetoglutaratului


63/73

5. Fosforilare la nivel de substrat


64/73

6. DH succinatului


65/73

7. Hidratarea fumaratului


66/73

8. DH malatului

Ciclul acizilor tricarboxilici1 Condensarea

2. Trecerea Citratului la

Izocitrat

3. Oxidarea Izocitratului la Alfa-t l t t E I it tDH

4. Oxidarea alfa cetoglutaratuluila succinil CoA sub actiuneacomple l i polien imatic Alfa

Diacilarea SuccinilCoA cuformare de Succinat iGTP lt t l

6.Dehidrogenarea


67/73

Ciclul acizilor tricarboxilici(Krebs)

Acetyl CoA

ICit

AC

Mal

FR

a-KG

ICDHNAD+

NADH

SCoA

aKGDH NAD+NADH

SucSCoAS

GDP

GTP

CitOAACS

Fum

SDH

FAD+

FADH2

MDHNAD+

NADH

3NADH+H+=> LR

FADH2 =>LR

1 CondensareaAcetil CoA cu OAE-Citrat sintetazacu formare deCitrat.

CH3-C=OI

SCoACOOH

I

CH2

I

C=O

I

COOH

COOH

I

CH2I

OH-C-COOH

I

CH2

I

COOH

COOH

I

CH2

I

H-C-COOH

I

CH- OH

ICOOH

COOH

I

CH2

I

CH2

I

CH=OI

COOH

COOH

I

CH2

I

HC-OH

I

COOH

COOH

I

CH2

I

CH2

I

C=O

I

SCoA

COOH

I

CH2

I

CH2

I

COOH

EAconitaz- ce contine Fe iglutation redus.

Enzima exist sub 2 formeizoenzimatice: a. n MC

b. Citoplasm

cetoglutarat . E-IzocitratDH, careare ca coenzim NAD, necesitMg2+, const din 8 subunitti(380000D)- este activat de:

ADP- inhibat de: NADH+H+ATP

complexului polienzimatic AlfacetoglutaratDH asemntorcu complexul Piruvat DHcompus din 5 coenzime i 3enzime. Procesul se

desfoarn cinci etape.

GTP, ca rezultat alfosforilrii la nivel desubstrat

gSuccinatului la FumaratE- SDH FADdependent-

8. Oxidarea Malatului la OA E- MDH7. Hidratarea Fumaratului la Malat

COOH

I

CH

II

CH

I

COOH


68/73


69/73


70/73

Reglarea ciclului Krebs

Citrat sintaza:Inhibat - succinil CoA; AG; NADH; citrat

Activat: S- OA, Acetil CoA IzocitratDH:

Activat: ADP, Mg, MnInhibat: NADH2i NADPH2,ATPAlfa cetoglutaratDHInhibat: succinil CoA; NADH2; Se mare


71/73

Reaciile anaplerotice

Reaciile ce furnizeaz produii intermediari aiciclului Krebs

1. Formarea de OAPiruvat +CO2+ATP

OA+ADP+PiE- piruvatcarboxilaza (biotin dependent)Asp+cetoglutarat OA+Glun miocard i muchi:

Fosfoenolpiruvat +CO2+GDP OA +GTPE- fosfoenolpiruvatcarboxikinaza


72/73

Reaciile anaplerotice

2. Formarea alfa cetoglutaratului:

Glu+Piruvat Ala + cetoglutarat + Ala

3. Formarea lui succinil CoAdin propionilCoA (1. din oxidarea AG cu numr imparde atomi de C; 2. din catabolismul Val, Ile,Met)

4. Formarea fumaratului(din catabolismulFen i Tyr)


73/73

Documents

Metabolismul Energetic Ciclul Krebs