METABOLISMUL GLUCIDELOR

Planul temei: 1. Noiuni generale. 2. Fotosinteza. 3. Glicogenogeneza i glicogenoliza. 4. Respiraia.1

1. Noiuni generale.n centrul activitii biochimice din celulele vii se afl metabolismul glucidelor, de care depind i transformrile lipidelor i proteinelor.

Transformrile glucidelor se pot produce pe dou ci:1. 2.

n prezena oxigenului procese aerobe i n absena oxigenului procese anaerobe.2

1. Noiuni generale.n condiii aerobe, substanele sunt oxidate complet pn la bioxid de carbon i ap, eliberndu-se catitatea maxim de energie.

De exemplu, oxidarea glucozei are loc dup urmtoarea ecuaie chimic: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 688 kcal3

1. Noiuni generale.n condiii anaerobe, se produce o degradare mai redus a substanelor i energia este eliberat parial. De exemplu, n fermentaia alcoolic cantitatea de cldur rezultat este de circa 30 ori mai mic:

C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 + 22 kcal4

1. Noiuni generale.Cu scindarea i oxidarea glucidelor este strns legat eliminarea, acumularea i folosirea energiei. Substanele intermediare ale scindrii glucidelor pot fi utilizate ca material iniial pentru sinteza diverselor substane organice sau se pot acumula ca rezerve.5

2. Fotosinteza.La plante, sinteza glucidelor are loc prin fenomenul de fotosintez. Sub denumirea de fotosintez se nelege procesul fiziologic prin care plantele verzi acumuleaz n corpul lor cantiti mari de substane organice, pe care le sintetizeaz din substane minerale, cu ajutorul pigmenilor asimilatori i a energiei solare, elibernd oxigen.6

2. Fotosinteza.

7

2. Fotosinteza. Elementele carbon, hidrogen i oxigen sunt luate din ap i bioxid de carbon. Reacia de sintez este o reacie endergonic, necesitnd un aport mare de energie, conform reaciei:6CO2 + 6H2O + 686 kcal = C6H12O6 + 6O28

2. Fotosinteza.Contribuiile diferitor cercettori n anumite etape ale elucidrii procesului fotosintetitic au permis elaborarea schemei generale a fotosintezei: CO2 + H2O + h substane organice + O2 Cercetrile au permis elaborarea teoriei moderne a mecanismului fotosintezei, conform creia sa stabilit lanul de reacii succesive ce necesit n primele etape condiii de lumin (faza Robin Hill), iar n etapele ulterioare condiii de ntruneric (faza Blackman).9

2. Fotosinteza.Fotosinteza: include transformarea energiei solare n energie chimic a substanelor organice de ctre plantele verzi i microorganismele fotosintetizante; reprezint un lan de reacii redox.

10

2. Fotosinteza.Citoplasm Nucleu

Membrana plasmatic

Membrana Tilacoid extern Membrana intern

Lumen

Vacuol

Stroma

Gran11

Locul unde are loc fotosinteza

2. Fotosinteza.

12

2. Fotosinteza.Deosebirile dintre faza de lumin i cea de ntuneric:1. Se utilizeaz H2O i are loc fotoliza apei (reacia Hill). 1. Se utilizeaz CO2 i se formeaz hidrai de carbon (CH2O)n.

2. Se utilizeaz clorofila i h 2. ATP. 3. Au loc reacii enzimatice. 3. Au loc procese fotochimice i fotofizice.4. Temperatura nu influeneaz reaciile de lumin. 4. Temperatura influeneazreaciile enzimstice. La mrirea t cu 10C, viteza reaciilor crete de 2-3 ori.13

2. Fotosinteza.Deosebirile dintre faza de lumin i cea de ntuneric:5. Reaciile de lumin depind de 5. Reaciile enzimatice nu depind de intensitatea intensitatea luminii (efectul luminii. Emerson).6. Reaciile de lumin se supun 6. legilor fotochimiei. Un foton de lumin (h) excit o singur molecul de clorofil. 7. Faza de ntuneric e situat n 7. Faza de lumin e situat n strom. tilacoizii granei. 8. Faza de ntuneric este 8. Faza de lumin este aceiai diferit la diferite specii: C3, pentru toate speciile. C4, CAM-fotosinteza, fotorespiraia.14

(CH2O)n15

2. Fotosinteza.

Faza de lumin

16

H2O

CO2

Light NADP+ ADP+ Pi

Light Reactions ATP NADPH

Calvin Cycle

Chloroplast O2 [CH2O] (sugar)17

2. Fotosinteza.Faza de ntuneric (Ciclul Calvin)110Acid 3-P-gliceric Acid 1,3-P-gliceric Aldehid 3-P-gliceric

2

Ribulozo-1,5-P

9 7Ribozo-5-P

6

3

4Fructoz 1,6-difosfat

Fosfodioxiaceton

5

Ribulozo-5-P

8

11

4Fructozo 6-fosfat

Xilulozo 5-P

Sedoheptuloz 7-difosfat

Sedoheptuloz 1,7-difosfat

Eritrozo 4-fosfat

6

18

2. Fotosinteza. Enzimele ciclului Calvin:1 fosfoglicerokinaza 2 gliceroaldehid-3fosfodehidrogenaza 3 triozo-fosfoizomeraza

6 transcetolaza7 fosforiboizomeraza 8 fosfo-ceto-pentoizomeraza 9 ribulozo-5-fosfokinaza 10 ribulozo-1,5difosfocarboxilaza 11 sedoheptulozo-1,5difosfataza19

4 aldolaza5 fructozo-1,6bifosfataza

2. Fotosinteza.

Importana fotosintezei: Asigur formarea substanei organice necesare pentru existena altor organisme. Ofer energia necesar pentru activitatea organismelor vii, transformnd energia solar n energia chimic ( 840 trilioane de kilovai or). Fixeaz CO2, micornd concentraia lui n atmosfer i meninnd echilibrul lui dinamic.20

2. Fotosinteza.

Importana fotosintezei: Elibereaz n atmosfer O2 necesar pentru scindarea substanelor organice n cadrul procesului de respiraie, precum i pentru formarea stratului de ozon. Alturi de acidul fosfogliceric, prin implicarea unor sruri minerale cu azot i sulf, sunt sintetizai acizii organici i aminoacizii care stau la baza formrii proteinelor, lipidelor etc.21

3. Glicogenogeneza i glicogenoliza.Excesul de glucoz provenit prin alimentaie este reinut de ficat i transformat n glicogen, care se depune ca substan de rezerv n ficat sau muchi. Procesul poart numele de glicogenogenez i este realizat cu ajutorul unor enzime, energia necesar sintezei fiind furnizat de sistemul ATP.22

23

3. Glicogenogeneza i glicogenoliza.Etapele principale ale glicogenogenezei sunt:

fosforilarea glucozei, izomerizarea i polimerizarea glucozei.

24

3. Glicogenogeneza i glicogenoliza.Transportare Alte monozaharide

Glucoz Monoglucide

GlicolizaAcid piruvic

GlicogenogenezaAminoacizi

Glicoproteine

Glicolipide

Glicogen

25

3. Glicogenogeneza i glicogenoliza.Dac alimentaia este lipsit de glucide, rezerva de glicogen este hidrolizat pn la glucoz i trimis n organism. Procesul se numete glicogenoliz i se produce sub aciunea fosforilazelor, care desprind cte o molecul de glucoz sub form de glucozo-1-fosfat.26

4. Respiraia.Respiraia este procesul fiziologic n care substanele organice sunt descompuse pe cale enzimatic, prin reacii de oxido-reducere, cu eliberare de energie chimic.

27

4. Respiraia.Respiraia este opus fotosintezei ca sens. Ea face parte din latura catabolic a metabolismului. Respiraia este comun tuturor celulelor vii, pe toat durata vieii lor, att ziua, ct i noaptea. Ea poate avea loc cu participarea oxigenului atmosferic, ct i n lipsa acestuia.28

4. Respiraia.Esena biologic a respiraia const n obinerea de energie liber rezultat din descompunerea oxidativ a substanelor organice i acumularea ei n ATP.

n procesul respiraiei, apar o serie de produi intermediari (acizi grai, aldehide etc.) cu o mare capacitate reactiv, servind ca material de baz pentru sinteza diferitor clase de substane.29

4. Respiraia. Respiraia celular, din punct de vedere chimic, este un lan complicat de procese pariale de oxido-reducere, care sunt dirijate de diferite sisteme enzimatice.

30

4. Respiraia. Prin noiunea de oxidri celulare se neleg diferite procese de oxidare care se realizeaz prin trei grupuri de reacie i anume: 1. Oxidare prin fixare de oxigen.2.

Oxidare prin pierdere de hidrogen (dehidrogenare). Oxidare prin cretere de valen cu pierdere de electroni.31

3.

4. Respiraia.Glucoza ajuns la diferite celule ale organismului poate fi degradat pe cale aerob sau anaerob. Glicoliza reprezint catabolismul anaerob al glucozei sau al glicogenului. Ciclul Krebs reprezint respiraia aerob propriu-zis.32

Glicoliza

4. Respiraia.

Din limba grac glikis nseamn dulce i lizis degradare, descompunere. n procesul de glicoliz are loc degradarea anaerob a glucozei n dou molecule de acid piruvic.Dac n esuturi se gsete O2, atunci degradarea glucozei prin procese de glicoliz are loc pn la acid piruvic, iar acesta este oxidat mai departe pn la ap i CO2 prin parcurgerea ciclului Krebs.33

4. Respiraia. Glicoliza Etapele pariale ale glicolizei sunt catalizate de aciunea consecutiv a unui grup de 10 enzime. Ele formeaz un lan de enzime legate funcional (complex enzimatic), n care produsul reaciei enzimei precedente prezint substratul pentru enzima ulterioar.Enzimele glicolizei sunt localizate n afara mitocondriilor, n sucul celular.34

Glicoliza

4. Respiraia.

Glicoliza este un proces exoterm. Energia care se elibereaz n acest proces, se acumuleaz n legturile fosfat ale ATP. Cele 10 reacii ale glicolizei se desfoar n citoplasm. n elucidarea succesivitii acestor reacii un mare aport au adus cercetrile biochimitilor germani Embden i Meyerhof i biochimistul rus Parnas, din care cauz glicoliza se mai numete i calea Embden Meyerhof Parnas.35

Glicoliza

4. Respiraia.

Glucoz

Glucoz-6-PPrima fosforilare de substrat

Fructozo-6-P

Fructozo-1,6-P

Acid 2-fosfogliceric

Acid 3-fosfoglicericA doua fosforilare de substrat

Acid 1,3-difosfogliceric

Aldehid 3-fosfogliceric1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Fosfodioxiaceton

Acid 2-fosfoenolpiruvic

Acid piruvic

Hexokinaza Fosfoglucozizomeraza Fisfifructokinaza Aldolaza Reiozofosfatizomeraza Gliceroaldehid fosfatdehidrogenaza Fosfogliceratkinaza Fosfogliceromutaza Enolaza 36 Piruvatkinaza

Glicoliza

4. Respiraia.Energetica glicolizei:

2 ATP x 2 = 4 ATP 2 NADH x 3 ATP = 6 ATP _______________________ 10 ATP 2 ATP consumate = 8 ATP

37

Ciclul Krebs

4. Respiraia.

Ciclul Krebs sau ciclul acizilor tricarboxilici reprezint o succesiune de reacii n urma crora acetil-CoA se oxideaz la CO2. Acest ciclu ncepe cu acidul oxaloacetic i se termin cu acelai acid, care reintr n ciclu. Formarea acidului oxaloacetic are loc prin carboxilarea acidului piruvic sub aciunea piruvatcarboxilazei.38

Ciclul Krebs

4. Respiraia.

Ciclul Krebs este localizat n mitocondrii i decurge sub influena enzimelor ce se afl n membrane. Are loc numai n condiii aerobe prin care se nfptuiete respiraia tisular.

39

Acid piruvic Complexul piruvat dehidrogenazic

4. Respiraia. Ciclul KrebsAconitaza

Acetil CoA Citrat sintetaza

Acid citricMalat dehidrogenaza Acid oxaloacetic Acid cis-aconitic Aconitaza

Acid malic Fumaraza

Acid izocitric Acid -cetoglutaric

Acid fumaricAcid succinic Succinat dehidrogenaza Succinil CoA sintetaza Succinil CoA

Izocitrat dehidrogenaza

Complex -cetoglutarat dehidrogenazic40

Ciclul Krebs Energetica ciclului Krebs: 4 NADH x 3 ATP = 12 ATP 1 GTP x 1 ATP = 1 ATP 1 FADH2 x 2 ATP = 2 ATP _______________________ 15 ATP x 2 (dou cicluri) = 30 ATP

4. Respiraia.

Energetica total a respiraiei: 38 ATP

41

MULUMESC PENTRU ATENIE

42