Cuplarea lanului respirator cu fosforilarea oxidativ 1 Teoria

Cuplarea lanţului respirator cu fosforilarea oxidativă 1. Teoria chimică (a intermediarilor comuni) - 1953 - E. C. S. Slater

2. Teoria conformaţională - 1964 – P. D. Boyer - modificarea conformaţională a transportorilor de e- 3. Teoria chemiosmotică (a intermediarilor comuni) - 1961 – Peter Mitchell - gradient de protoni transmembranar stare energizată H 2 O H+ + HO- η 54%

Controlul sintezei ATP - ADP - blocarea ATP-sintazei – F 1 - fluxul de protoni prin F 0 - stim. fosfataza activarea piruvat dehidrogenazei - modulator alosteric pozitiv – izocitrat-dehidrogenaza

Transportul ATP-ului din mitocondrie - p. H mitocondrial – ATP 4 - p. H citoplasmatic – ADP 3 - ATP-translocaza ATP din mitoc. în citoplasmă [ATP] + [ADP] = cst.

Inhibitorii lanţului respirator şi ai fosforilării oxidative 1. Inhibitorii lanţului respirator - rotenona – inh. C I - pericidina, amobarbital, compuşi organo-mercurici complex cu Fe-S inh. reducerea Co. Q - malonat, oxalacetat – inh. succinat-DH-aza - antimicina A (Streptomyces cereus) – C III – Co. QH 2 cit. b. T - CN-, azide – C IV - Fe 3+ (cit. a 3) - CO – cit. (Fe 2+) Lonchocarpus nicou

2. Inhibitorii fosforilării oxidative - oligomicina A – inh. ATP-sintaza (F 0) - dicilohexil-carbodiimida (DCCD) – gr. COOH din ac. glutamic (F 0) - aurovertina – subunit. β (F 1) 3. Decuplanţi LR-FO - termogenina - florile plantelor - acizi – gradient de p. H - gramicidina A - gradient de p. H - tiroxina (T 4) – decuplant - 2, 4 -(NO 2)2 -fenol – fluxul de protoni

Alte procese oxidative celulare - monooxigenaze (hidroxilaze) R-H + O 2 + 2 H+ + 2 e- R-OH + H 2 O - sursă de H – NADH, NADPH - oxidaze cu funcţii mixte microsomiale (OFMM) Citocrom P 450 - membrana REN - structură - proteină heminică – citocrom P 450 – substrat, O 2 - flavoproteină – NADPH-CYP 450 -reductaza - fosfatidilcolina - 2007 – 7700 de citocromi - CYP 450 – 36 de izoenzime

- CYP 2 D 6, CYP 2 C 19 - au afinitate diferită faţă de substrat

- metabolizarea compuşilor endogeni, exogeni (medicamente 75%) - sinteza estrogenilor, testosteronului, colesterolului - metabolizarea vitaminei D CYP 3 A 4 - metabolizarea medicamentelor - fetus CYP 3 A 7 - intestin –pro-drug

Substrat – blocante ale canalelor de calciu, imunusupresoare, haloperoidol, sildefanil, contraceptive hormonale, codeina, paracetamol Inhibitori – macrolide, azoli antifungici, amiodarona, cimetidina, metronidazol, inhibitori de protează, fluoxetină, verapamil, - bergamotina (grape fruit), echinacea Inductori – barbiturice, carbamazepină, fenitoină, rifampicină - hiperforină (sunătoare)

METABOLISMUL GLUCIDELOR - glucide – compuşi polihidroxicarbonilici sau derivaţi ai acestora - surse – vegetale (cereale, seminţe, cartofi), animale (glicogen) - rol în organism - energetic - 1 g 4, 1 kcal - structural – glicolipide, glicoproteine - funcţional – Ac, H

- 40 -65% aport zilnic - min 130 g carbohidraţi

Clasificare - monozaharide - oligozaharide - polizaharide

MONOZAHARIDE - după natura gr. carbonil – aldoze (glu), cetoze (fru) - după nr. at de C – trioze, tetroze, pentoze, hexoze Stereochimia - izomerie optică - nr. izomerilor = 2 n - D(+), D(-) - racemic - +/- după nr. at de C asimetrici - enantiomeri - diastereoizomeri

Structura ciclică - semiacetali (semicetal intern) - hidroxil semiacetalic (glicozidic) - anomeri – α, β

- epimeri

Deoxiglucozidele - 2 -deoxiriboza – ADN - L-fucoza - glicoproteine Aminoglucozidele - glucozamina

Proprietăţi fizico-chimice - substanţe solide, cristaline - reactivitate chimică ridicată 1. Reducere D-glucoză D-sorbitol D-fructoză D-manitol 2. Oxidare D-glucoză acid gluconic D-glucoză acid glucuronic

3. Condensare cu amine glucoză + proteine glicozilate 4. Esterificare glucoză + ATP glucoză-6 -fosfat + ADP 5. Sinteza glicozidelor - ozide – glucozide, galactozide - O-glicozide, S-glicozide, N-glicozide

OLIGOZAHARIDE - 2 -10 monozaharide - nereducătoare – 2 gr. OH glicozidice - zaharoza - reducătoare – 1 gr. OH glicozidică, 1 gr. OH alcoolică – maltoza, lactoza

OLIGOZAHARIDE - 2 -10 monozaharide - nereducătoare – 2 gr. OH glicozidice - zaharoza - reducătoare – 1 gr. OH glicozidică, 1 gr. OH alcoolică – maltoza, lactoza

POLIZAHARIDE (glicani) - eliberează prin hidroliză monozaharide sau derivaţi ai acestora - după structură - homoglicani – amidon, glicogen, celuloză - heteroglicani - rol - structural – celuloză, mucopolizaharide - rezervă energetică – amidon, glicogen

Glicogen - dispoziţie – ficat, muşchi - structură - α(1 4), α(1 6) moleculă ramificată - nucleu proteic - cu apa formează soluţii coloidale

DIGESTIA ŞI ABSORBŢIA GLUCIDELOR Digestia glucidelor - alimente – monozaharide, dizaharide, polizaharide - cavitatea bucală – amilaza salivară – hidroliza amidonului prelucrat termic oligozaharide - intestinul subţire - amilaza pancreatică – dizaharide, dextrine limită, oligozaharide - leg. 1 4 interne - dizaharidazele (marginea în perie) - α-glucozidaza (maltaza) - sucraza-izomaltaza - lactaza - trehalaza

- lipsa sau reducerea digestiei la nivelul marginii în perie IG bacterii intestinale degradare acizi, CO 2, H 2, CH 4 tulburări digestive - intoleranţa la lactoză, zaharoză - celuloza nu este degradată în IS, cantităţi mici în IG

Absorbţia glucidelor - sub formă de monozaharide - viteza – 120 g glu/h - glu - mecanism activ - simport Lichid interstitial, sânge Celule epiteliale intestinale Lumenul intestinal

- gal – similar glu. sub formă de monozaharide - fru – proteine transportoare, mecanism de transport saturabil - IS vena portă ficat depozitare glicogen (150 g glu) ţesuturi utilizare - celule – susteme transportoare - GLUT 1 – eritrocite, BHEN - GLUT 2 – tb. ren, ficat, pancreas (β) - GLUT 3 – neuroni, placenta - GLUT 4 – ţ. adipos, m. scheletici

CĂILE DE UTILIZARE ALE GLUCOZEI - glucoza - sursă de energie – glicoliză CATC - sinteză de compuşi - glicogen - pentoze nucleotide, acizi nucleici - acizi uronici proteoglicani, detoxifiere - glicerol, acetil-Co. A neolipogeneză - aa neesenţiali, purine, pirimidine - NADPH reacţii de reducere

- utilizarea glu în ţesuturi depinde de: - starea metabolică - anabolică (postprandial) - glu piruvat CATC ATP - ficat TG, PL, colest ţ. adipos - catabolică (interprandial) - glu energie în ţ. glucodependente - tipul de ţesut - eritrocite – glicoliză anaerobă, pentoze - creier – insulino-dep. , glicoliză aerobă, pentoze - ţ. adipos - insulino-dep. , acetil-Co. A AG - ficat – glicoliză, depozitare, ac. glucuronic

- celule – fosforilare glu-6 -P ionizare lipofobă - enzime – hexokinaze - KM mic - glucokinaza - KM mare - inductibilă – glu, insulină - stim. – fru-1 -P - inh. – fru-6 -P

GLICOLIZA - degradarea monozaharidelor la piruvat - proces exergonic - calea Embden-Meyerhof-Parnas - 10 reacţii C 6 H 12 O 6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 P 2 CH 3 -CO-COOH + 2 (NADH+H+) + 2 ATP +2 H 2 O

1 - hexokinaza – KM - glucokinaza – inductibilă, KM , hepatocite, celule β-pancreatice pentozo-P glu-6 -P glu-1 -P glicogen, acid glucuronic fru-6 -P glicoliză

2

3 - PFK 1 - ATP, P-enolpiruvat, 1, 3 -P 2 -glicerat - inh. - citrat – inh. - glucagon stim. lipoliza AG β-ox. acetil Co. A CATC citrat inh. PFK 1 acumulare glu-6 -P - fru-2, 6 -P 2 –stim. alosteric - afinit pt. substrat

-fru-2, 6 -P 2 –stim. alosteric - afinit pt. substrat - glucagon AMPc fru-2, 6 -P 2 inh. glicoliza, lipogeneza - insulina stim. PDE AMPc stim. PFK 2 fru-2, 6 -P 2

4 - r. endergonică 5

6 a. fixarea GA 3 P pe E prin gr. SH ox. b. NAD+ NADH eliberarea de pe E c. fosforilarea tioesterului leg. macroergică

7 - [ATP] r. blocată eritrocite - 2, 3 -P 2 -glicerat fixarea O 2 pe Hb - deficit de hexokinază fixarea O 2 pe Hb

8 9 - Mg 2+ - conformaţional, catalitic

10 - E - inactivată prin fosforilare (glucagon, ADR) - activată prin defosforilare (insulina, este şi inductor) - E 2 forme – L şi M - r. exergonică

Glicoliza aerobă piruvat acetil Co. A CATC LR FO Glicoliza anaerobă - lactat sânge ficat piruvat gluconeogeneză glucoză - lactat p. H acid inh. PFK 1

- desfăşurarea r. din glicoliză depinde de: - necesarul de ATP - glicemie – hipoglicemie stim. gluconeogeneza, inh. Glicoliza - necesarul de intermediari pentru - gluconeogeneză - metabolismul lipidic - calea pentozo-fosfaţilor - CATC

Bilanţul energetic al degradării glucozei anaerobioză reacţia Consum ATP Sinteză ATP glu-6 -P - 1 mol - fru-6 -P fru-1, 6 -P 2 - 1 mol - 1, 3 -P 2 -glicerat 3 -P-glicerat - + 2 moli P-enolpiruvat - + 2 moli TOTAL -2 moli + 4 moli 2 moli / mol glu

aerobioză glicoliză Sinteză Consum FADH 2 NADH ATP glu-6 -P - 1 mol fru-6 -P fru-1, 6 -P 2 - 1 mol Sinteză ATP 1, 3 -P 2 -glicerat 3 -P-glicerat + 2 moli P-enolpiruvat + 2 moli gliceraldehid-3 -P 1, 3 -P 2 -glicerat + 2 moli. . . . + 6 moli CATC piruvat acetil Co. A + 2 moli. . . . + 6 (4) moli iso-citrat α-ceto-glutarat + 2 moli. . . . + 6 moli α-ceto-glutarat succinil Co. A + 2 moli. . . . + 6 moli succinil Co. A succinat fumarat L-malat oxal-acetat TOTAL + 2 moli. . . . . + 4 moli + 2 moli. . . . + 6 moli - 2 moli + 40 moli + 38 (36) moli

Inhibitorii glicolizei § 2 -deoxiglucoza – inh. r. catalizată de hexokinază § comp. cu Hg, ag. alchilanţi – gr. SH GA 3 P-DH-aza § fluoruri – inh. enolaza § arseniat – r. cu GA 3 P

CALEA HEXOZO-FOSFAŢILOR (şuntul pentozo-monofosfaţilor) - proces anaerob, participă şi pentoze din alimente - rezultă NADPH reacţii de reducere, biosinteze (AG, steroizi, colesterol), reacţii de hidroxilare (CYP 450) - NADPH în reacţiile de apărare antiinfecţioasă - NADPH pentru refacerea GSH - hexoze pentoze nucleotide, acizi nucleici, coenzime (NAD, FAD, Co. A)

- 2 etape - oxidativă (hexoze pentoze) - neoxidativă (conversia pentozelor) 1. Etapa oxidativă

- necesar NADPH > necesar pentoze sunt transf. în hexoze

2. Etapa neoxidativă

6 glu-6 -P + 12 NADP+ + 6 H 2 O 4 fru-6 -P + 2 GA-3 -P + 6 CO 2 + 12 (NADPH + H+) GA-3 -P DHAP GA-3 -P + DHAP fru-1, 6 -P 2 fru-6 -P glu-6 -P muşchi 2 fru-6 -P + GA-3 -P 2 xil-5 -P + ribozo-5 -P

Reglarea căii hexozo-fosfaţilor - necesar de NADPH stim. etapei oxidative - GSSG / GSH creşte stim. etapei oxidative - per. de creştere stim. căii - consum de carbohidraţi stim. glu-6 -P-DH-aza, 6 -P-gluconat-DH-aza - lactaţie - sinteza DH-azelor - post alimentar, diabet - sinteza DH-azelor în ficat

Deficienţe enzimatice - glucozo-6 -P-DH-aza – eritrocit – deficit de GSH anemie hemolitică – methemoglobinemie hemoliză - infecţii, cetoacidoză - transcetolaza – afinitate pt. TPP tulb. neurologice, comportamentale (sd. Wernicke-Korsakoff)

CALEA ACIDULUI GLUCURONIC - UDP-glucuronil - sinteza de proteoglicani - conjugare metaboliţi detoxifiere - sinteză de xiluloză

GLUCONEOGENEZA - sinteza de glucoză din: piruvat (lactat), aminoacizi, lipide - condiţii - inaniţie - aport crescut de proteine, lipide şi scăzut de glucide - efort muscular prelungit - utilizarea lactatului din glicoliza anaerobă - localizare – ficat, rinichi, muşchi - importanţă - menţinerea echilibrului H+-HO- - reconversia lactatului - utilizarea NH 3 din aa - controlul conc. aa - intermediari pentru sint. glicolipide, glicoproteine, glucide

1. Sinteza glucozei din piruvat şi lactat - consum de alcool exces de NADH reducerea piruvatului la lactat reducerea OA la malat

2 piruvat + 6 ATP + 2 (NADH + H+) + 2 H 2 O glucoză + 6 ADP + 2 NAD+ + 6 P

2. Sinteza glucozei din aminoacizi

§ glicină, cisteină serină, HO-prolină piruvat OA triptofan OA § aspartat § arginină, glutamină histidină, prolină § izoleucină, valină metionină, treonină α-cetoglutarat succinil Co. A CATC OA OA

3. Sinteza glucozei din lipide - TG glicerol GNG AG - cu nr. par de at. de C acetil Co. A - cu nr. impar de at. de C propionil Co. A GNG

Reglarea gluconeogenezei Glicoliza ~ 1 / GNG 1. Alosterică

2. Hormonală insulina (+) glucagon, corticosteroizi, catecolamine (+) aminotransferaze (-) lipoliza piruvat carboxilaza (+) piruvat DH-aza AG (+) (-) acetil Co. A CATC, LR, FO ATP corticosteroizi (+) proteoliza aa GNG

glucagon (+) [AMPc] kinaze (+) FEP carboxikinaza fru-1, 6 -bifosfataza (-) PFK 2

METABOLISMUL GLICOGENULUI - glicogenoliza - glicogeneza

GLICOGENOLIZA - hidroliza legăturilor 1 -4, 1 -6

glu-1 -P glucomutaza glu-6 -P ficat muşchi glicoliză glucoză sânge menţinerea glicemiei ţesuturi glucodependente glicoliză energie

Reglarea glicogenolizei - glicogen fosforilaza - alosteric – AMP, glu-6 -P, ATP - covalent – fosforilare-defosforilare

GLICOGENEZA glu-6 -P glu-1 -P + UTP UDP-glucopirofosforilaza glu-UDP + PP 2 P

Reglarea glicogenezei

Afectarea enzimelor implicate în metabolismul glicogenului - glicogenoza hepato-renală (boala von Gierke) – glucozo-6 -fosfataza - hipoglicemie, lipoliză, gluconeogeneză, hiperlactacidemie - tulburări digestive, convulsii, hepatomegalie, tulburări neurologice - glicogenoza generalizată (sindromul Pompe) – 1, 4 -1, 6 -glucozidaza - depunere de glicogen în miocard, muşchi, SNC - glicogenoza Mc. Ardle – fosforilaza musculară - depuneri de glicogen anormal - crampe musculare, dureri, rabdomioliză, oboseală - gliocogenoza Herbs – fosforilaza hepatică - depuneri de glicogen în ficat - glicogenoza de tip “ 0” – glicogensintaza - hipoglicemie, cetoză, întârzierea creşterii, osteopenie, tulburări neurologice

METABOLISMUL GALACTOZEI - în structura glicolipidelor, glicoproteinelor, proteoglicani - transformare în glu - gal + glu lactoză - sinteza mielinei

Tulburări ale metabolismului - deficit de galactokinază – galactozemie, galactozurie cataractă - UDP-glu-gal-1 -P-uridil-transferaza – acumulare de gal-1 -P afectare hepatică, tulburări neuro-psihice

METABOLISMUL FRUCTOZEI - fructe – struguri, pere, mere - capacitate de îndulcire

- vezicule seminale – fructoza glicoliză CATC ATP - cristalin – calea poliolilor - diabet - acumulare sorbitol, deficit de NADPH cataractă, retinopatie diabetică

GLICOPROTEINE - oligozaharide fixate covalent pe proteine - 1 -80% glucide - monozaharide – gal, manoză, fucoză, acid sialic, glucozamină, arabinoză, xiloză, N-acetil-glucozamina, N-acetil-galactozamina, acid N-acetil neuraminic - legături - O-glicozidică – serina (treonina) - N-glicozidică - asparagina - O-glicozidică – HO-lizina - partea proteică – activitate biologică - partea glucidică – modularea funcţiei, localizare, durata de activitate

Clasificare - O-glicozide - N-glicozide – simple – N-acetil-glucozamină, manoză - complexe – fucoză, acid N-acetil neuraminic, N-acetil-galactozamină

Biosinteză 1. Sinteza oligozaharidului precursor 2. Transferul oligozaharidului pe proteină 3. Sinteza glicoproteinei mature

1. Sinteza oligozaharidului precursor - RE 2. Transferul oligozaharidului pe proteină - RE

3. Sinteza glicoproteinei mature – aparatul Golgi – procesare, elongare - glicozidaze - glicozil transferaze - glicoproteina matură membrane

Rol biologic - structura membranelor – structural, funcţional (recunoaşterea celulelor), adezivitate - grupele sanguine – A, B - procesele de apărare – imunoglobuline, interferon, complement - coagularea sângelui – protrombina, fibrinogen - transportul compuşilor endo-, exogeni – transferina, ceruloplasmina, transcortina - lubrifianţi – tub digestiv, mucoasa vaginală - metabolismul hemoglobinei – haptoglobine - stabilitatea celulelor – glicoforine (hematii)

PROTEOGLICANI - conţin heteropolizaharide neramificate fixate covalent pe proteine - trizaharid de legătură – gal-xil - localizare – intracelular, cartilagii, tendoane, piele, lichid sinovial - polizaharidele – glucozamină/galactozamină - acid glucuronic (acid iduronic) - clasificare – după structura dizaharidului - acid glucuronic + N-acetil glucozamină – acid hialuronic, - acid glucuronic + N-acetil-galactozamină - condroitin-4 -sulfat, condroitin-6 -sulfat - acid glucuronic/acid iduronic + N-acetil-galactozamină - dermatan sulfat - acid glucuronic/acid iduronic + N-acetil-glucozamină - heparan sulfat, heparină - D-galactoză+N-acetil-glucozamină + glucide – keratan sulfat

- mucopolizaharidoze - acumulare de dermatan sulfat, heparan sulfat – întârziere mintală, opacifierea corneei, deformări scheletice, modificări somatice, surditate,

Acid hialuronic - structură liniară - asociere cu proteoglicani - localizare – cartilagii, lichid sinovial, corp vitros, derm, ţesut nervos, ţesut epitelial - cu apa formează soluţii vâscose lubrifiant, protecţie mecanică - hidrolizat de hialuronidază

Condroitin sulfat - cartilagii, artere, cornee, ţesut nervos - mineralizarea osoasă, matricea cartilajului - ionizarea gr. sulfat - osteoartrită - suplimente nutritive

Heparina

- localizare – ficat, piele, plămân - anticoagulant - antitrombina - clarificarea plasmei postprandial

AMINOACIZI - 20 proteinogeni – L, α - neproteinogeni - -alanina, GABA - cod genetic - codon

Gly Ala Ile Val Phe Trp Leu Pro Ser His Thr

Tyr Cys Asp Glu Lys Met Asn Gln Arg

Proprietăţi fizico-chimice - subst. solide - solubilitate variabilă în apă, sol. în sol. H+, HO- izomerie optică – excepţie glicina, L - propr. H+- HO- - p. KNH 2, p. KCOOH - punct izoelectric (p. I) - R influenţează proprietăţile – hidrofob nepolar, încărcat electric

- r. gr. NH 2 - condensare comp. carbonilici - alchilare - acilare - dezaminare - NH 2 OH - r. gr. COOH - amide - esteri - anhidride - nitrili - decarboxilare - r. gr. NH 2 + r. gr. COOH - metale – Mg 2+, Ca 2+, Ni 2+, Zn 2+, Co 2+ - legătura peptidică - r. pt. R - SH -S-S- OH esteri

Rol biologic - sinteza de proteine - structura coenzimelor – SAM - sinteza de molecule active biologic – hem, serotonină, histamină - sursă de energie intermediari CATC - sinteza de glucoză - transmiterea impulsului nervos - GABA

PEPTIDE - lanţuri de aa - N-terminal, C-terminal - rol - apărare antioxidantă – glutation - reglarea tensiunii arteriale – angiotensina II - hormoni - insulina

PROTEINE - “proteios” (greacă) - lanţuri de aa – 1010 -1012 proteine - proteomică - sinteză în ribozomi – transcriere, translaţie - specificitate de specie

Structură - primară - secundară - terţiară - cuaternară

Structura primară - lanţ de aa structură unică - capete – N-terminal, C-terminal - imprimă acţiunea biologică - înlocuirea aa modificarea proprietăţilor - evidenţierea mutaţiilor genetice - analiza proteinei - hidroliză chimică, enzimatică

Structura secundară - leg. de H - >C=O. . . –HN- legătură dublă parţial - trans β-pliată α-helix

Structura terţiară - leg. necovalente – leg. de H, ionice, hidrofobe - leg covalente -S-S- R încărcat/R hidrofob – 0, 9 -1, 4 (alungită), 0, 3 -0, 6 (globulară) - organizarea în domenii

Structura cuaternară - monomeri (protomeri, oligomeri) - legături necovalente

Proprietăţi - solubilitate - fibrilare, globulare - precipitare selectivă în soluţii saline - 0 -40 o – creşte solubilitatea în apă - proprietăţi electrochimice - amfoliţi - p. I – 7, < 7, >7 - sisteme tampon - hemoglobină/hemoglobinat - proteină/proteinat - separare electroforetică - denaturarea proteinelor – chimică, termică

Clasificare - după solubilitate - globulare – globine, albumine, histone - fibrilare – colagen, keratină, elastină - după structură - simple - conjugate (heteroproteine) - fosfoproteine – cazeină, enzime fosforilate - glicoproteine - lipoproteine - cromoproteine – Hb, mioglobina, flavoproteine - metaloproteine – feritina, ceruloplasmina - nucleoproteine - după funcţie - enzimatice - de transport - contractile - hormonale

Rol biologic - structural – membrană, matricea extracelulară, oase, ligamente - enzime - transport şi depozitare – Hb, mioglobina, albumina, transferina - apărare imunitară – Ig - hormoni - contracţia musculară - procese fiziologice – rodopsina - coagularea sângelui - transmiterea informaţiei – receptori - motilitate