Biochimie 3.docx

Originea zaharidelor

Provin din mediu si din sinteza proprie (proces de neogeneza). Digestia: elementul principal al digesrtiei este reprezentat de amilaze. Digestia incepe din cavitatea bucala, se continua la nivelul stomacului si se definitiveaza la nivelul intestinului subtire. Absortia se realizeaza la nivelul peretului intestinului subtire. Glucoza si celelalte monozaharide poseda structuri polare datorita gruparilor hidroxil prezenta in moleculele lor. Din aceasta cauza, glucoza, chiar daca poseda mase moleculare mici, nu poate depasi bariera intestinala prin difuzie simpla(nu este permeabila in raport cu membrana intestinului subtire). In mod similar, si celellalte monozaharide nu sunt permeabile si nu pot depasi bariera intestinala prin difuzie simpla. Dizaharidele, oligozaharidele si polizaharidele nu pot depasi bariera intestinala decat la nivelul nounascutului si in cantitati limitate. Chiar daca depasesc bariera intestinala, aceste specii moleculare nu pot fi utilizate in scopuri celulare deoarece nu exista echipamentul enzimatic disponibil pentur transformarea in monozaharide care ulterior sa fie componente ale reactiilor catabolice sau anabolice. Transportul glucozei prin enterocit se realizeaza in prezenta ionului de sodiu care poseda concentratie mai mare la nivelul lumenului intestinal comparativ cu citoplasma enterala. Ionii de Na constituie cu glucoza un complex si in prezenta unei proteine membranare depasesc membrana si ajung la nivelul citoplasmei unde concentratia ionului de sodiu este mai mica decat concentratia din lumenul intestinal. In acest mod, complexul constituit intre glucoza si sodiu devine instabil, este pusa in libertate glucoza care in prezenta unei proteine membranare (permeaza) este preluata si transferata facilitat (fara consum de energie) in fluxul sangvin de unde este repartizata in intregul organism. Ionii de Na eliberati in citoplasma sufera un proces de transfer in prezenta pompei ionice atepaza Na-K si astfel trec din zona citoplasmatica in sangecontragradientului de concentratie (consum de energie metabolica). In acest mod, procesul de transfer al ionilor de Na tinde sa echilibreze concentratia acestuia din lichidele biologice, iar glucoza sufera in continuu un proces de transfer pana la epuizare. La nivel sangvin, concentratia glucozei interprandial se detine in limite in jurul valorii de 5,5mmol/L si variatii ale concentratiei glucozei circulante in sens pozitiv sau negativ pot genera aparitia unor stari patologice. Zaharidele care nu pot sa fie transformate in monozaharide la nivelul lumentului intestinal (peretelui intestinal) sunt pasate in intestinul gros unde in prezenta bacteriilor saprofite sufera transformari biochimice pana la CO2 si acizi organici. Acesti produsi ai degradarii bacteriene creeaza la nivelul organismului uman discomfort. Glucoza patrunde din fluxul sangvin prin intermediul venei porta in ficat de unde se repartizeaza in intregul organism, atat in scopuri energetice, cat si in scopuri biosintetice. Catabolizarea zaharidelor se poate realiza fie direct din glucoza, fie poate incepe de la nivelul glicogenului hepatic sau muscular dependent de concentratia circulanta a glucozei. Daca procesul de degradare incepe de la glucoza, aceasta se transforma in glucozo-6-fosfat fie in prezenta glucochinazei fie in prezenta hexochinazei. Daca degradarea incepe de al glicogen, acesta poate suferi transformari hidrolitice sau fosforolitice.

Prin hidroliza enzimatica, glicogenul se transforma in glucoza incepand din zona nereducatoare a macromoleculei pana la degradarea totala cu formarea glucozei care este un compus neionic, in schimb difuzabil. Daca degradarea este fosforolitica, in urma degradarii se obtine glucozo-1-fosfatul care este un compus ionic si nedifuzabil. Daca hexokinaza este prezenta in majoritatea tesuturilor, glucokinaza este prezenta la nivelul hepatocitului unde transforma glucoza in glucozo-6-fosfat cu o afinitate de 5mmoli/L - mult mai mica decat afinitatea hexokinazei care este aprox de 0,1 mmoli/L. Glucoza poate sa fie utilizata la nivel celular, atat in faza anabolica (postprnadial) la nivelul tuturor tesuturilor unde se transforma glicolitic pana la piruvat sau lactat de unde intra in ciclul TCA sub forma de acetil activat. In faza catabolica interprandial sau in eforturi, glucoza sufera un proces de transfromare in vederea obtinerii energiei metabolice doar la nivelul tesuturilor glucodependente. Excedentul de glucoza fiind fie depozitat sub forma de glicogen fie se transforma citoplasmatic in lipide care se depun la nivelul tesuturilor adipoase. Pentru asigurarea energiei metabolice interprandial se utilizeaza preferential lipidele care chiar daca in procesele de oxidare elibereaza o cantitate mai mare de energie decat glucoza, nu sunt preferate postprandial sa fie utilizate in obtinerea energiei metabolice deoarece echipamentul enzimatic pentru degradare lipidelor este mai complex decat echipamentul enzimatic pentru degradarea zaharidelor. Din aceasta cauza postprandial este asigurata energia metabolica preferential din glucoza, iar interprandial, energia metabolica este asigurata prin degradarea lipidelor. Glucoza pentru intrarea in glicoliza trebuie sa fie de glucozo-6-fosfat, in schimb, la fosforoliza se obtine glucozo-1-fosfat. Din aceastca cauza este necesara izomerizarea glucozo-1-fosfatului in prezenta unei izomeraze. Formarea glucozo-6-fosfatului la nivel celular asigura desfasurarea preocesului glicolitic dar la nivelul unur testuturi (rinichi, intestin subtire si ficat) exista si glucozo-6-fosfataza care are capacitatea de a transforma glucozo-6-fosfatul in glucoza. Glucoza in aceste conditii la nicelul celor 3 tesutiri nu mai poate intra in ciclul glicolitic si se va utiliza in celula fie pentru mentinerea gliemiei prin intermediul hepatocitelor fie in biosinteza glicogenului atunci cand exista un excedent de glucoza circulanta. Intotdeauna, la nivelul creierului glucodependent si la nivelul muschilor striati unde este necesara o cantitate mare de energie nu exista localizata glucozo-6-fosfataza si astfel, intreaga cantitate de glucozo6-fosfat prezenta se utilizeaza pentru obtinerea energiei metabolice. Cai metabolice: Glicoliza presupune obtinerea unei cantitati mici de energie (2 moli ATP/mol de glucoza), dar rapid si eficient. Procesul este anaerob (nu necesita oxigen molecular) si majoritatea enzimelor glicolitice sunt tiolenzime foarte sentibile la actiunea oxigenului molecular din mediu. Prezenta oxigenului molecular in mediul glicolitic inactiveaza enzimele glicolitice prin transformarea gruparii tiol in grumarea disulfura. Produsul final al glicolizei este acidul piruvic, insa in anaerobioza profunda, acidul piruvic se transforma in prezenta nicotinamidelor in acid lactic cu formarea nicotinamidelor in forma oxidata strict necesare reluarii procesului glioclitic. Acidul piruvic rezultat ca produs final este permeabil in raport cu membrana mitocondriala si la nivelul mitosolului se transforma in acetilul activat care intra in TCA in vederea obtinerii energiei metabolice preferentiale. In glicoliza se deosebesc 2 etape: una rpegatitoare consumatoare de energie metabolica sub forma de ATP si alta energogena generatoare de energie materialziata prin elibarerea energiei metabolice sub forma de ATP suficienta sa anihileze ATP-ul consumat anterior si suficienta sa fie in exces.

Prima etapa a procesului glicolitic care porneste de la glucoza este obtinerea glucozo-6-fosfatului in prezenta glucokinazei. Procesul de realizeaza postprandial cand concentratiile glucozei sunt mari si foarte mari, astfel incat asigura valoarea afinitatii glucokinazei fata de glucoza in vederea transformarii acesteia. Procesul de fosforilare este activat de ionii de Mg si de insulina. Insulina participand de asemenea la cresterea permeabilittatii membranare in raport cu glucoza. Urmatoarea etapa este iozmerizarea glucozo-6-fosfatului pana la fructozo-6-fosfat in prezenta fosfoglucoizomerazei. Procesul de izomerizare se desfasoara prin mecanismul acizobazic prin intermediul resturilor lisinice si histidinice prezenta la nivelul centrului activ enzimatic. In urmatoarea etapa, fructozo-6-fosfatul se transforma in furctozo-1-6-difosfat in prezenta fosfofructokinazei. Procesul de fosforilare este endergonic si necesita prezenta ATP. Etapa aceasta este determinanta de viteza (se desfasoara cu viteza cea mai lenta) si se gaseste sub un control riguros al bogatiei sau saraciei energetice celulare. Din aceasta cauza AMP si ATP sunt efectorii alosterici ai enzimei si astfel activitatea enzimatica a fosfofructokinazei creste puternic odata cu cresterea saraciei energetice (cresterea concentratiei AMP) pana cand se atinge saturatia, iar in raport cu bogatia energetica, cersterea concentratiei de ATP scade dramatic activitatea enzimatica a fosfofructokinazei. In saracie energetica, glicoliza este activata, iar in bogatie energetica este inhibata. In etapa urmatoare, fructozo-1-6-difosfatul in prezenta aldolazei se tranforma in 2 trioze, procesul este reversibil si dezavantajos in raport cu triozele. Intre cele 2 trioze rezultate de asemenea exista un echilibru dinamic in defacoareaglicerin-aldehid-fosfatului. Deoarece in urmatoarea etapa glicolitica participa doar gliceraldehidtrifosfatul, ambele echilibre tind sa fie deplasate spre dreapta pentru refacerea concentratiei de gliceraldehid-3-fosfat de la nivelul citoplasmei. Aceasta etapa este strict necesara deoarece procese oxidative ulterioare nu se mai pot desfasura la nivelul hexozei, ci nu mai la nivelul unei trioze. Glicerin-3-fosfatul sufera un proces de oxidare in prezenta fostatului organic citoplasmatic. Cataliza se realizeaza de gliceraldehiddehidrogenaza si se obinte acidul 1-3-bisfosfogliceric. Produsul reactiei de oxidare este o molecula macroergica, bogat energetica, tensionata datorita existentei intr-o molecula mica a unui numar de 2 legaturi de anhidrida mixta. Continuarea procesului glicolitic necesita izomerizarea acidului 1-2bisfosfogliceric sau transformarea acestuia in acid 3fosfogliceric. Daca acidul 2-3-bisfosfogliceric este implicat in transportul oxigenului molecular in prezenta hemoglobinei avantajeaza eliberalea oxigenului molecular la nivelul celulor, acidul 3fosfogliceric rezultat in prezenta fosfoglucokinazei in aceasta reactie, datorita ruperii unei legaturi macroergice se constituie o molecula de ATP care inmagazineaza energia sub forma de legatura macrioergica, procesul este activat de ionii de Mg. Acidul 3-fosfogliceric sufera un proces de izomerizare in prezenta fosfogliceromutazei care se materializeaza prin tranferul gruparii fosfat din pozitia 3 in pozitia 2 in asa fel incat in urmatoarea etapa in prezenta enolazei sa se obtina fosfoenolpiruvatul in urma unui proces de oxidoreducere intramoleculara. Fosfoenolpiruvatul este un compus bogat energetic si instabil termodinamic. Gruparea fosfat este legata de un OH enolic. Enolaza este activata in prezenta ionilor de Mg si Mn si este inhibata de ionii de fluorura. In ultima etapa a procesului glicolitic, piruvatkinaza catalizeaza transformarea enolfosfatului in enol prin transferul gruparii fosfat pe ADP in vederea obtinerii ATP. Enolul rezultat este instabil termodinamic si in prezenta aceleiasi enzime sufera un proces de tautomerie cetoenolica, obtinandu-se acidul piruvic. Ca majoritatea enzimelor glicolitice, piruvatkiaza este o endima oligomera care este dependenta bogatia energetica celulara. Astfel ATP

actioneaza ca inhibitor alosteric alaturi de acetilul activat (excedentul de acetil activat mitocondrial este transferat prin intermediul oxaloacetatului prin citrat in citoplasma si astfel la nivelul citosolului, acetilula activat rezultat din citrat actioneaza inhibitor la nivelul piruvatkinazei). Chiar dca aceasta etapa nu este determinanta de viteza, aceasta s epoate implica in reglarea proceuslui glicolitic. Produsul final majoritar al glicolizei este acidul privic, dar in conditii de anaerobioza profunda cand necesarul de nicotinamide oxidate nu este asigurat, nicotinamidele reduse rezultate la nivelul citoplasmei din procesul glicolitic reduc acidul piruvic pana la acidul lactic, punand in acest mod in liberatate nicotinamidele oxidate. Reactia de oxidoreducere se produce in prezenta lactatdehidrogenazelor si are rolul de a reechilibra concentratiile celor 2 specii nicotinamideice oxidata si redusa, chiar daca o parte din nicotinamidele reduse sunt transferate la nivelul mitosolului pentur participarea la catena respiratorie in vederea obtinerii energiei metabolice. Aceasta reactie se poate produce la nivelul organimsului uman in continuu la nivelul tesuturilo glucodependente (embirionare, neoplazice, retiniene). De asemenea, reactia se produce in mod continuu la nivelul eritrocitelor mature, deoarece glicoliza este singura sursa energetica a acestora. Acidul lactic rezultat la nivelul tesuturilor poate determina discomfort, insa acidul lactic rezultat, datorita solubilitatii in lichidele biologice este circulat de la nivel periferic inspre hepatocit unde se utiliezaza preferential in gluconeogeneza. Catabolismul aerob al glucozei: in catabolismul aerob, glicoliza reprezinta preludieul transformarii deoarece cantitatea de energie eliberata prin glicoliza este insuficienta organismului fiind necesara transformarea ulterioare a produsului final (acidul piruvic) in acetil activat in prezenta piruvatdehidrogenazei. Piruvatdehidrogenaza este de asemenea o enzima oligomera care face parte dintr-un complex multienzimatic mitocondrial care faciliteaza interventia la nivelul substratului specific (acidul piruvic). Principalul efector alosteric este tiaminpirofosfatul, de asemenea formele oxidate ale flavinelor si nicotinaminelor actioneaza ca si activator. Pentru catabolizarea oxidativa a glucozei prin glicoliza urmata de cataboliscmul aerob mitocondrial se consuma in prima faza a procesului glicolitic cate 2 moli de ATP pentru fiecare mol de glucoza si in toate celelalte etape ale procesului glicolitic sau ale catabolismului aerob se obtine o cantitate de energie echivalente cu 38 de moli de ATP/Mol de glucoza. Efectul Pasteur este considerat atunci cand glicoliza este suprimata prin prezenta oxigenului molecular la nivel celular. Oxigenul molecular are rolul de a diminua activitatile enzimatice a tioenzimelor glicolitice prin oxidarea gruparilor tiol pana la disulfura si astfel glicoliza este diminuata pana la deprimare favorizand trnasformarea oxidativa puternic exergonica. La nivelul organimsului uma, se poate produce si un efect Pasteur invers cand in celulele tumorale este inhibata respiratia aeroba si este avantajata tranformarea nicolitilor. La nivelul organismelor se pot produce unele procese de fermentare care au la baza piruvatul. In organismul uman, transformarea piruvatului in lactat este o fermentatie deoarece transferul de echivalenti de reducere nu necesita prezenta unui compus din mediu de natura exogena. Se realizeaza un proces de disporportionare la nivelul atomilor de carbon in urma schimbului de achivalenti de reducere. La nivelul fungilor, procesul glicolitic se termina cu eliberarea acidului piruvic care este transformat in prezenta piruvatdecarboxilazei pana la aldehida acetica. Aldehida acetica in prezenta alcooldehidrogenazelor intr-un proces de reducere se transforma in alcoolul etilic. Rolul acestei reactii la nivelul fungilor este asemanator cu rolul transformarii acidului piruvic in acid lactic in organismul uman.

Calea pentozofosfatilor: prin aceasta cale, hexozele sunt transformate in pentoze. In intermediar, implicati in biosinteaz acizilor nucleici (riboza si deoxiriboza). Pe langa biosinteza pentozelor necesare in biosinteza, in transformarea pe calea pentozofosfatilor se obtine ca produs secundar nicotinamidfosfatul in forma redusa utilizat preferential la nivelul citosolului in biosinteze. Procesul biochimic presupune obtinerea unu excedent energetic inmagazinat sub forma de echivelent de reducere in nicotinamidele reduse. Nicotinamidele in forma redusa sunt implicate in procesele de detoxifiere in prezenta glutationului. Eritrocitele care nu poseda capcitatea de a transforma oxidativ glucoza au posibilitatea prin intermediul acestei cai de obtinere a NADPH strict necesara atat in detoxifiere cat si in biosinteza. Procesul biochimic de degradare prin calea pentozofosfatilor se aseamana energetic cu degradarea prin glicoliza urmata de degradarea oxidativa a glucozei deoarce se elaboreaza pentru feicare mol de glucoza consumata 36 de moli de ATP. Calea acizilor uronici: sunt implicati in procesele de detoxifiere a organismului in raport cu fenolii endogeni sau exogeni si fata de produsii de degradare ai petrolului cat si in biosinteza mucopolizaharidelor. Procesul de obtinere a acizilor uronici necesita activarea glucozei sub forma de uridindifosfat si doar sub aceasta forma se poate transforma in acid uronic prin oxidare eliberand cantitatea corespunzatoare de nicotinamide in forma redusa. Acizii uronici sunt intermediari in biosinteza vitaminei C si datorita faptului ca in organismul primatelor nu exista echipemtneul enzimatic integral pentru trnasformarea acizilor uronici in vitamina C, acestea nu sunt capabile sa isi asigura necesarul de vitamina C, acesta fiind aigurat doar pe cale exogena.