Transcript METABOLISMUL GLICOGENULUI

METABOLISMUL GLICOGENULUI
METABOLISMUL GLICOGENULUI
GLICOGEN
GLICOGENOLIZA
GLICOGENOGENEZA
METABOLISMUL GLICOGENULUI
 Sursa constanta de G= conditie esentiala a vietii
 G= sursa pt tesutul cerebral, eritrocite mature
 G= sursa pt m. striat
 3 surse de G:
 1. aport exogen de G si precursori glucogeni (amidon,
mono-, dizaharide) inconstant
 2. glicogenoliza
 3.GNG asigura sinteza sustinuta de G, dar V de raspuns
la hipoglicemie este redusă
METABOLISMUL GLICOGENULUI
 Glicogenoliza= potential rapid de mobilizare a G
din glicogen la nivel hepatic şi renal
 In timpul efortului fizic: glicogenoliza musculara
 In conditiile epuizarii glicogenului: GNG din AA
rezulatati din catabolizarea proteinelor
METABOLISMUL GLICOGENULUI
 Principalele rezerve de
glicogen:
 in muschiul striat (400g
glicogen= 1-2% din masa
reala M) : sinteza
ATP in contractie musculara
 ficat (100g
glicogen=10%Fi): rol in
mentinerea
glicemiei
 mici cantitati
 in toate celulele
STRUCTURA GLICOGENULUI
STRUCTURA GLICOGENULUI
 Granulaţii citoplasmatice discrete ce conţin
enzimele necesare sintezei şi degradării glicogenului
GRANULE DE GLICOGEN
GLICOGENOGENEZA
 În citosol din α-D-Glc, cu consum de ATP
(fosforilarea G) si UTP
 A. Sinteza UDP-G
UDP-G-PIROFOSFORILAZA
G-1-P
UDP-G
GLICOGENOGENEZA
UDP-G-PIROFOSFORILAZA
UDP-G
GLICOGENOGENEZA
 Reactia de activare devine ireversibila deoarece, in
vivo, se formeaza fosfat prin degradarea
pirofosfatului sub actiunea pirofosfatazei:
PIROFOSFATAZA
GLICOGENOGENEZA
FOSFOGLUCOMUTAZA
G-1-P
G-6-P
G-1-P
G-1-P
UDP-G
UDP-G
GLICOGENOGENEZA
 Sinteza glicogenului se realizeaza prin atasarea resturilor
glucozil de pe UDP-glucoza pe o molecula de glicogen
“amorsa” (glicogen (n-1)). Formarea glicogenului primer o
realizeaza glicogenina (o proteina cu M 37,2 kDa) care
functioneaza autocatalitic.
 In final, UTP-ul necesar activarii se reface prin reactia:
GLICOGENOGENEZA
 B. Glicogen-sintaza asigură formarea legăturilor α (1→4)
alungeşte catenele de G deja formate. În absenţa
fragmentului de glicogen- o proteina, glicogenina
AUTOCATALIZARE
GLICOGENOGENEZA
 Glicogen sintaza este enzima ce catalizeaza
transferul unor grupe glucozil activate pe o
molecula de glicogen “amorsa” (primer) formand
legaturi 1,4-glicozidice putand adauga maxim 10
resturi glucozil
 Este o enzima care se prezinta sub doua forme
interconvertibile prin fosforilare–defosforilare,
glicogen sintaza D, fosforilata (inactiva) si glicogen
sintaza I, nefosforilata (activa);
GLICOGENOGENEZA
LANT GLICOGENIC SCURT
(legaturi α 1→4)
GLICOGENOGENEZA
 C. Alungirea lanturilor de glicogen: transferul G din UDP-G la
capătul nereducător al lanţului în constituire, cu formarea unei
noi legături glicozidice α 1→4
E=NUCLEOZID-DIFOSFATKINAZA
UDP + ATP
UTP + ADP
E
GLICOGENOGENEZA
 D. Formarea ramificaţiilor în molecula de glicogen
la 8 resturi glicozil cu creşterea nr de capete nereducătoare la
care se ataşează resturi de glicozil noi
AMILO-α (1→4)→ (1→6)TRANSGLUCOZIDAZA
GLICOGENOGENEZA
 Enzima de ramificare, (amilo α1,4 –α1,6transglucozidaza) enzima ce scindeaza un bloc de
6-7 resturi glucozil de pe un lant in crestere si le
transfera pe un alt lant realizand o legatura 1,6glicozidica. Noua ramificatie trebuie sa se gaseasca
la o distanta de cel putin 4 resturi glucozil fata de
ramificatia adiacenta
 Ecuatia glicogenogenezei este:
 Glicogen(n-1) + Glucoza + 2ATP  Glicogen(n) +
2ADP + 2Pi
GLICOGENOGENEZA
 Sinteza ramificaţiilor adiţionale: formarea de legături α 1→4
GLICOGENOLIZA
 Catabolizarea glicogenului din rezerve hepatice şi musculare.
Procesul se desfasoara in ficat si in muschiul in contractie.
GLICOGEN
GLICOGENOLIZA
GLICOGEN
GLICOGENFOSFORILAZA
GLUCOZO-1- P
GLUCOZO-6- P
GLUCOZA
(SÂNGE)
GLICOLIZA
GLICOGENOLIZA
 Degradarea glicogenului presupune scindarea legaturilor 1,4- si
1,6-glicozidice prin actiunea conjugata a doua sisteme enzimatice
distincte:
 a) Sistemul fosforilazic care cuprinde enzimele ce intervin in
activarea fosforilazei, enzima ce scindeaza legaturile 1,4glicozidice din glicogen prin fosforoliza, reactie ce implica
transferul unui rest fosfat pe un rest glucozil, cu formare de
glucozo-1-fosfat;
 b) Enzima de deramificare - are capacitatea de a transfera o
unitate triglucidica de pe un lant pe altul formand legaturi 1,6–
glicozidice si de a scinda restul de la zona de ramificatie.
GLICOGENOLIZA
Necesită un set de enzime specifice.
GLICOGENOLIZA
GLICOGENOLIZA
 A. Scurtarea lanţurilor de glicogen
 Glicogen-fosforilaza clivează secvenţial legăturile α (1→4)
dintre resturile glicozil de la capetele nereducatoare ale
lanţurilor de glicogen până când se ajunge ca fiecare lanţ să
conţină doar 4 unităţi glicozil înainte de orice punct de
ramificaţie
 E conţine o moleculă de piridoxal-fosfat (coenzimă) legată
covalent
 Structura rezultată este denumită dextrina finală şi nu mai
poate fi scindată de fosforilază
GLICOGENOLIZA
CAPATUL NEREDUCATOR
GLICOGEN cu "n"
molecule de G
GLICOGENFOSFORILAZA
G-1-P
GLICOGEN cu "n-1"
molecule de G
GLICOGENOLIZA
GLICOGEN
GLUCOZO-1-P
GLICOGENOLIZA
 Tezaurismoze (boli de stocare). Tipul V (Sdr
McARDLE):
 Deficit de glicogen-fosforilaza sau miofosforilaza in m.
scheletic)
 afectarea m.striati; VN ale enzimei hepatice
 fatigabilitate musculara dupa efort
 absenta cresterii lactatului dupa efort sustinut
 dezvoltare psihica normala
 Mb-emie si Mb-urie
 afectiune cronica benigna
 [glicogen cu structura normala]
GLICOGENOLIZA
 Fosforilaza nu desface legaturile 1,6-glicozidice,
actiunea sa oprindu-se la 4 resturi glucozil fata de o
ramificatie 1,6
 La acest nivel actioneaza cel de-al doilea sistem
enzimatic enzima de deramificare care are proprietatea
de a transfera o unitate triglucidica de pe un lant pe
altul
 In zona de ramificatie ramane un singur rest glucozil
care va fi scindat de aceeasi enzima ce are si actiune
1,6-glucozidazica.
 Se continua apoi activitatea fosforilazei pana in
apropierea unei noi ramificatii.
GLICOGENOLIZA
 B.Clivarea ramificaţiilor: sub acţiunea enzimatică
dublă a unei proteine bifuncţionale- Enzima de
deramificare
 Oligo- α (1→4)→α (1→4)- glucan-transferaza clivează
3 resturi glicozil exterioare (din cele 4) ataşate fiecarei
ramificaţii
 Aceeaşi E transferă resturile glicozil clivate la capatul
nereducator al unui lant determinand alungirea
corespunzatoare a acestuia; o legătură α (1→4) este
scindată şi o altă legătură α (1→4) este constituită
GLICOGENOLIZA
GLICOGENFOSFORILAZA
G-1-P
TRANSFERAZA
α (1→6)GLUCOZIDAZA
G liberă
GLICOGENOLIZA
α (1→6)GLUCOZIDAZA
GLICOGENOLIZA
 Intre actiunea fosforilazei la nivel muscular si
hepatic exista diferente notabile care sunt
dependente de concentratia glucozei sanguine si de
actiunea unor hormoni:
 adrenalina – ce determina activarea fosforilazei
musculare;
 glucagonul – care stimuleaza activarea fosforilazei
hepatice.
GLICOGENOLIZA
 În acest moment, lanţul glucidic poate fi din nou clivat sub
acţiunea glicogen-fosforilazei până la detaşarea următoarelor 4
unităţi glicozil
 C. Conversia G-1-P la G-6-P. E= FOSFOGLUCOMUTAZA
G-1-P
G-1,6-BP
G-6-P
GLICOGENOLIZA
 În ficat, G-6-P este translocat în RE prin intervenţa G -6-Ptranslocazei
 În RE, G-6-P este convertit la G în prezenţa G-6-fosfatazei, ce
intervine în etapa finală a GNG
 G rezultată este transportată din RE în citosol cu GLUT-7
 Hepatocitele eliberează G din glicogenoliză direct în sg circ
 În muşchiul striat, G-6-P este supus glicolizei şi asigură energia
necesară contracţiei musculare (G-6-fosfataza absentă)
GLICOGENOLIZA
 Degradarea lizozomală a glicogenului (1-3%) în mod continuu
sub acţiunea unei enzime lizozomale: α (1→4) glucozidaza sau
maltaza acidă
 Deficitul E determină acumularea de glicogen sub formă de
vacuole lizozomale= Boala Pompe, tipul II
 glicemie normală
 cardiomegalie importantă
 tratament prin substitutie enzimatica
 forma infantila: deces prematur prin insuficienta cardiaca
 glicogen cu structura normala
GLICOGENOLIZA








Tipul Ia (Boala von Gierke):deficit de G-6-fosfatază
Tipul Ib: deficit de G-6-fosfat-translocaza
Ri, Fi afectate
steatoza hepatica, hepato-si renomegalie
retard psihosomatic si pubertate intarziate
hiperlactacidemie, hiperlipidemie, hiperuricemie
glicogen normal ca structura
Tratament: infuzii gastrice nocturne de G sau
administrarea regulata de amidon de porumb
neprelucrat termic
GLICOGENOLIZA
 Deficienta ereditara a unor sisteme enzimatice implicate in
metabolismul glicogenului determina aparitia bolilor ereditare
denumite glicogenoze, caracterizate prin tezaurizarea in diverse
tesuturi a unor cantitati mari de glicogen cu structura normala sau
anormala in unele tesuturi (ficat, rinichi, intestin, muschi, creier,
etc), fiind insotite de hipoglicemie, acidoza lactica.
Sunt noua tipuri de glicogenoze notate I-IX, de exemplu:




Maladia Von Gierke (tip I) – deficit de glucozo-6-fosfataza;
Maladia Pompe (tip II) – deficit de glicozidaza lizozomala.
Maladia Forbes (tip III) – deficit de enzima de deramificare.
Maladia Andersen (tip IV) – deficit de enzima de ramificare.
REGLAREA SINTEZEI ŞI A CATABOLIZARII
GLICOGENULUI
 Cele doua procese se afla sub controlul adrenalinei,
glucagonului si insulinei, astfel incat ele sa nu se
produca simultan
 Fosforilaza reprezinta punctul principal de control al
glicogenolizei, iar glicogen- sintaza al
glicogenogenezei.
REGLAREA SINTEZEI ŞI A CATABOLIZARII
GLICOGENULUI
 2 niveluri:
 glicogen-sintaza
 glicogen-fosforilaza
 Reglare:
 alosterica: concentratia metabolitilor, necesarul
energetic al celulei
 hormonala: pe calea mediata de AMPc
REGLAREA SINTEZEI ŞI A CATABOLIZARII
GLICOGENULUI
 Reglarea alosterica in aport alimentar adecvat
 glicogen-sintaza este activata de [G-6-P]
 glicogen-fosforilaza este inhibata de [G-6-P] ;ATP
 În contractie musculara, fosforilaz-kinaza este activata
de c Ca2+- calmodulina fara interventia protein-kinazei
AMPc- dependenta
 În relaxare musculara, fosforilaz-kinaza este inactivata
 Ca2+-revine in reticolul sarcoplasmic
REGLAREA SINTEZEI ŞI A CATABOLIZARII
GLICOGENULUI
 [AMPc]
activeaza glicogen- fosforilaza musculara
(muschi striat in anoxie extrema si depletie de ATP)
 AMP se leaga de forma inactiva a glicogen- fosforilazei
şi induce activarea acesteia
REGLAREA SINTEZEI ŞI A CATABOLIZARII
GLICOGENULUI
 Inhibitia glicogenogenezei prin calea metabolica
mediata de AMPc
 Glicogen- sintaza este activa in forma defosforilata
sau "a" si inactiva in forma fosforilata sau "b"
 Fosforilarea E este determinata de : PK C,
REGLAREA SINTEZEI ŞI A CATABOLIZARII
GLICOGENULUI
 B. Activarea glicogenolizei pe calea mediata de AMPc
 Atasarea hormonilor (epinefrina/glucagon) la R sp
membranari activeaza glicogenoliza cu cresterea glicemiei si
a energiei necesare m. striat in efort
 Activarea protein-kinazei
 Activarea fosforilaz-kinazei
 Activarea glicogen-fosforilazei
 Aceasta cascada de reactii induce sinteza unui nr mare de
molecule de glicogen-fosforilaza activa "a" capabila sa
degradeze glicogenul
REGLAREA SINTEZEI ŞI A CATABOLIZARII
GLICOGENULUI
 Inhibitia glicogenezei- Glicogen-sintaza
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
 Surse de Fr: sucroza, fructe, mierea de albine siropul de
porumb concentrat
 Patrunderea in celule nu este insulino-dependenta, iar
Fr nu stimuleaza secretia de insulina




Fosforilarea Fr este catalizata de:
HEXOKINAZA- in toate celulele (S= alte hexoze), Km
conversie min. la Fr-6-P la [G]
FRUCTOKINAZA- mecanism principal de fosforilare
in Fi, Ri si intestin (aici si aldolaza B) la Fr-1-P (ATP)
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
Fr-6-P
Fructoza
Fr-1-P
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
 Clivarea Fr-1-P:
 sub acţiunea aldolazei B in DHAP si gliceraldehida
 aldolaza A (toate tesuturile) si aldolaza B scindeaza Fr-1,6 BP ;a
DHAP si GAP
 numai aldolaza B scindeaza Fr-1-P
 DHAP intra direct in glicoliza, gliceraldehida poate fi redusa la
glicerol (TAG) sau fosforilata la GAP (Py)
 Rata de metabolizare a Fr este mult mai mare comparativ cu G:
triozele formate din Fr-1-P sunteaza PFrK, enzima limitanta de
viteza a glicolizei
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
FRUCTOZA-6-P
FRUCTOZA
DHAP
GAP
ALDOLAZA B
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
 Dereglările metabolismului Fr
 Deficitul de fructokinaza: benign




Deficitul de aldolaza B= intoleranta ereditara la Fr, IEF
semnele apar dupa sistarea alaptarii
Fr-1-P se acumuleaza, scade Pi si ATP, creste [AMP]
In absenta Pi, AMP este catabolizat la acid uric cu
hiperuricemie
 [ATP] hepatic determina: hipoglicemie ( - GNG),
scaderea sintezei proteice cu scaderea conc plasmatice
de factori de coagulare
INTOLERANTA EREDITARA LA FRUCTOZA
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI




Deficitul de aldolaza B
Diagnostic:
Fr in urina
teste genetice (RFLP ce stabileste polimorfismul
electroforetic al lungimii fragmentelor de ADN
rezultate prin digeastia enzimatica a ADN tinta)
 Tt: Fr si sucroza tb eliminate din alimentatie pt a
preveni IHep si decesul
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
[TG] crescută
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
HEXOKINAZA
FOSFO-MANOZOIZOMERAZA
 Manoza- % mic din CH alimentari, epimer C-2 al G, component al
GP
 Hexokinaza fosforileaza Man si produce Man-6-P ce va fi
izomerizat rev. la Fr-6-P in prezenta fosfo-manozo-izomeraza
 Cea mai mare parte a Man intracel. este sintetizata din Fr sau din
degradarea glucidelor structurale in prezenta hexokinazei
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
 Conversia G in Fr via sorbitol
 Glucidele fosforilate nu pot traversa mb-ele biologice decat
cu transportori specifici
 Un mecanism alternativ de metabolizare a monozaharidelor:
transformarea in polioli
 Aldoz-reductaza este prezenta in: cristalin, retina, celule
Schwann, Fi, Ri, placenta, eritocite, ovare, vezicule
 Sorbitol-dehidrogenaza: celule hepatice (mecanism prin care
sorbitolul e transformat in intermediari ai glicolizei si GNG),
ovariene, celulele liniei spermatice si ale vezicululor
seminale
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
 Efectul hiperglicemiei asupra metabolismului sorbitolului
 In celulele mentionate, [G] şi o rezerva adecvata de
NADPH stimuleaza activitatea aldoz- reductazei, cu
cresterea sorbitolului intracel.
 Sorbitolul ramane blocat in celula, fenomen accentuat cand
sorbitol-DH este redusa sau absenta (retina, cristalin, rinichi,
celule nervoase) cu balonizarea celulelor prin efect osmotic
 in DZ: cataracta, neuropatia periferica, retinopatia
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
ALDOZREDUCTAZA
SORBITOLDH
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
 Metabolismul Galactozei
 Sursa principala:
 lactoza (hidrolizata de β-galactozidaza intestinala)
din lapte si produse lactate
 degradarea lizozomala a CH complecsi (GP, GL)
 Patrunderea Gal in celule- proces insulinoindependent
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
 A. Fosforilarea Gal: in prezenta galactokinazei şi a
ATP, cu formare de Gal-1-P
GALACTOKINAZA
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
 B. Formarea UDP-Gal pt a patrunde in calea
glicolitica in prezenta galactozo-1-fosfat-uridiltransferaza
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
 UDP-Gal= sursa de atomi de C in glicoliza si GNG;
UDP-Gal este convertita la UDP-G în prezenta
UDP-hexozo-4-epimerazei
UDP-G
UDP-GAL
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
 Rolul UDP-Gal în reacţiile de biosinteza
 In sinteza lactozei, GP, GL, GAG
 Gal insuficienta (deficit de β-galactozidaza):
necesarul de UDP-Gal este acoperit prin acţiunea
UDP-hexozo-4-epimerazei asupra UDP-G,
sintetizata eficient din G-1-P
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
 Galactozo-1-fosfat-uridil-transferaza absenta in
galactozemie clasica: Gal-1-P si Gal se acumuleaza
in celule
 Devierea metabolismului spre Galactitol, reactie
catalizata de aldoz-reductaza aceeasi E ce asigura
conversia G la sorbitol
METABOLISMUL FRUCTOZEI
ŞI GALACTOZEI
 Sinteza lactozei: in ap. Golgi sub actiunea lactoz-sintazei (in
prezenta ambelor subunitati) la nivelul glandei mamare in
lactatie. Proteina B: N-acetil-lactozamina
Proteina B/α-LA= α
Lactalbumina (+ de prolactina)
Proteina A/GT= galactoziltransferaza
SINTEZA LACTOZEI
LACTOZ-SINTAZA
2 subunitati
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
 Cale complementară citoplasmatică şi parţial
reversibilă de oxidare a glucozei
 2 reacţii oxidative ireversibile şi o serie de
interconversii glucid-fosfat reversibile
 Fără rol energetic, cu importanţă funcţională
deosebită ( în ficat, 30% din G este catabolizată
astfel)
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
 Permite inter-conversiunea ozelor: hexoze-pentoze sau
pentoze, tetroze, trioze în hexoze cu degradarea ulterioară pe
calea glicolizei
 Sursă de NADPH (nicotinamid-adenin-dinucleotid fosfat)
necesar biosintezelor reductive de acizi graşi, colesterol şi de
ribozo-5-fosfat necesar în biosinteza ARN, ribonucleotidelor
 Localizare intracelulara si tisulara. Reactiile caii
pentozofosfatilor se desfasoara in citoplasma deoarece aici
se desfasoara procesele la care participa NADPH,H+.
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
 Se desfasoara in doua etape majore:
 conversia hexozelor la pentoze;
 conversia pentozelor la hexoze.
 NADPH este necesar hidroxilarii compusilor straini
organismului prin sistemul oxidazelor cu functie
mixta, refacerii glutationului redus (GSH); hidroxilarii
compusilor straini organismului prin sistemul
oxidazelor cu functie mixta, refacerii glutationului
redus (GSH);
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
 Reacţiile oxidative ireversibile
 reacţii cu formare de ribulozo-5-P, CO2, 2 NADPH pt 1
molecula de G-6-P oxidata




Importanta in:
Fi, GM in lactatie, tesut adipos (biosinteza AG)
CSR (sinteza NADPH-dependenta a steroizilor)
eritrocite (sinteza NADPH pt a mentine glutationul
redus)
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
 A. Dehidrogenarea G-6-P=cale reglatorie principala
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
 NADPH= inhibitor competitiv puternic al G-6-P-DH
(creste raportul NADPH/ NADP+)
 Cresterea necesarului de NADPH cu scaderea raportului
NADPH/ NADP+ se intensifica activitatea G-6-P-DH
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
 B. Sinteza ribulozo-5-P
 6-fosfogluconolactona este hidrolizata sub actiunea
6-fosfogluconolacton-hidrolazei
1 pentozo-fosfat (ribulozo-5-fosfat), CO2, 1 NADPH
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
 Reactiile neoxidative reversibile
 Asigura interconversia glucidelor tri-, tetra, penta,
hexa si hepta-carbonice
 Permit conversia ribulozo-5-P in ribozo-5-P
 transcetolaza (transfera 2 C), transaldolaza
(transfera 3C) permit conversia riboluzo-5-P in GAP
si Fr-6-P (intermediari glicolitici)
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
 Conversia pentozelor la hexoze include reactii de
izomerizare, transcetolizare, transaldolizare:
TRANSCETOLAZA
TRANSALDOLAZA
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
 Când necesarul de riboza depaseste necesarul de
NADPH, reactiile neoxidative asigura biosinteza ribozo5-P din GAP si Fr-6-P in absenta reactiilor oxidative
CALEA PENTOZOFOSFATILOR ŞI A NADPH
 Utilizarea G-6-P fie prin glicoliza fie pe calea pentozofosfatilor
depinde de necesitatile celulei pentru ATP, NADPH si ribozo-5-P
 Daca celula are nevoie si de NADPH,H+ si de ribozo-5-fosfat se
desfasoara predominant primele 4 reactii
 Daca celula necesita mai mult ribozo-5-fosfat decat NADPH, H+
sunt extrase din glicoliza Fr-6-P si GAP pentru a ocoli etapele din
calea pentozofosfatilor unde se sintetizeaza NADPH,H+. Se produc
doar reactiile 5, 6, 7, 8
 Daca este necesar mai mult NADPH,H+, ribozo-5-P este folosit
pentru a produce intermediari glicolitici pentru ca G-6-P sa fie
folosit in producerea de NADPH,H+.
UTILIZAREA NADPH
 NADP+ difera de NAD+ printr-o singura
grupare fosfat atasata ribozei. Rol:
 interacţiunea NADP+ cu enzimele NADP+
- specifice
 rap. NADP+ / NADPH intrahep.=0.1,
favorizând utilizarea NADPH ca agent
reducator in biosinteza
 rap. NADP+ / NADPH intrahep.=1000,
utilizarea NAD+ ca agent oxidant
OPO3-
UTILIZAREA NADPH
 1. Reacţiile de biosinteza reducatoare
 O parte din energia moleculei de G-6-P este conservata in
NADPH, utilizat in reactiile care necesita prezenta unui donor
de electroni cu potential electronic ridicat
 2. Reducerea peroxidului de hidrogen (ROS)
 A. Enzimele ce intervin in reactiile antioxidante de regenerare
a glutationului redus (glutation-reductaza), superoxiddismutaza, catalaza
 Detoxifierea chimica a peroxidului de hidrogen: glutationperoxidaza seleniu-dependenta
UTILIZAREA NADPH
 NADPH,H+ sintetizat in calea pentozofosfatilor este folosit si la
reducerea glutationului oxidat:
 Glutationul redus necesar descompunerii H 2O 2 in cantitate mare
ar determina oxidarea Hb la metHb si stres oxidativ
 H2O2 provine din degradarea xenobioticelor (substante straine
organismului), din unele procese biochimice (ex., degradarea
bazelor purinice etc.)
UTILIZAREA NADPH
 ROS au efecte deosebit de nocive la nivel celular:




● denaturarea proteinelor
● peroxidarea lipidelor nesaturate membranare
● modificarea permeabilităţii membranare
● lezarea ADN mitocondrial cu afectarea integrităţii
proteinelor din lanţul respirator mitocondrial
 ● moartea celulară.
 ROS sunt implicate în numeroase procese
patologice precum: neoplaziile, leziunile de
reperfuzie, bolile inflamatorii şi senescenţa.
UTILIZAREA NADPH
 Glutationul este un antioxidant intracelular
important. Pe lângă rolul de dezactivator al ROS,
creşte imunitatea şi protecţia faţă de cataractă,
previne cancerul, afectarea hepatică etc
 Nivelul său scade când stresul oxidativ este major
în infecţii, traume, intervenţii chirurgicale,
medicaţie. Deficienţa de glutation este deasemenea
asociată cu aportul proteic insuficient, diabetul,
infecţia HIV, sindromul de detresă respiratorie,
cancerul sau fibroza pulmonară idiopatică.
UTILIZAREA NADPH
 Sistemele neenzimatice de apărare împotriva ROS:
 ► vitaminele A, C şi E. Vitamina E (tocoferolul) este un
antioxidant ce previne formarea lipoperoxizilor toxici, reduce
colesterolemia şi previne leziunile ATS, efectul său fiind potenţat
de asocierea cu vitamina A şi C. Tocoferolul este un antioxidant
primar, iar radicalul liber rezultat în momentul contracarării
formării radicalilor peroxilipidici reacţionează cu vitamina C,
regenerând vitamina E ( ciclul redox Packer).
 Ascorbatul, β-carotenul şi vitamina E au capacitatea de a reduce
ROS în condiţii de laborator. Consumul alimentelor bogate în
antioxidanţi s-a corelat cu scăderea riscului afecţiunilor cronice
sau pentru anumite cancere. Studiile clinice asupra suplimentelor
alimentare cu antioxidanţi nu au stabilit un efect benefic clar,
consecinţele pozitive ale consumului de fructe şi legume
rezultând, mai probabil, din acţiunea cumulată a mai multor
compuşi naturali.
UTILIZAREA NADPH
 C. Sistemul citocromilor P450 (CYP)-monooxigenazei
 Reprezintă o familie importantă a cărei funcţie este de a
cataliza oxidarea unui număr mare de compuşi organici
 Numele acestei familii de enzime provine de la faptul că
absoarbe lumina la o lungime de undă de 450 nm
 Aceste enzime sunt hemoproteine care catalizează
reacţia de monooxigenare plecând de la oxigenul
molecular, O2, un atom de oxigen fiind transferat
substratului (RH) şi celălalt redus la apă.

UTILIZAREA NADPH
 Reacţia globală catalizată de o enzimă CYP este:
 RH + O2 + NADPH + H+ → ROH + H2O + NADP+
 unde R poate fi un compus steroidian, un medicament,
un drog, un metabolit intermediar sau orice moleculă
exogenă ( xenobiotică) .
UTILIZAREA NADPH
 1.Sistemul enzimatic microzomal al CYP
 Este ataşat la membranele reticulului endoplasmic neted, REN, în
special hepatic, având rol extrem de important în detoxifierea
xenobioticelor ( medicamente, poluanţi, pesticide, substanţe
carcinogene), prin hidroxilare în prezenţă de NADPH.
 Efectele hidroxilării sunt:
 activarea/ inactivarea medicamentelor
 creşterea solubilităţii cu facilitarea excreţiei prin urină sau
fecale
 obţinerea situsului de conjugare a unui compus polar
(acidul glucuronic), cu creşterea solubilităţii compusului
UTILIZAREA NADPH
 Există sute de citocromi diferiţi, iniţial grupaţi în patru familii:
CYP1, CYP2, CYP3, CYP4, cu subfamilii (CYP1A, CYP2D,
etc.) şi izoenzime distincte (CYP3A4, CYP2D6, etc.). Fiecare
tip de CYP are o funcţie specifică. Au devenit unele dintre cele
mai extinse familii de proteine, fiind clasificate după algoritme
noi. Exemple:
 ●CYP2C9 : Metabolizarea anti-inflamatoarelor non steroidiene
(AINS), a ibuprofenului, a antidiabeticelor orale, a
anticoagulantelor orale (acenocumarol, warfarine), a fenitoinei
(anticonvulsivant) şi a antihipertensivelor (losartan).
 ● CYP2D6 : Metabolismul codeinei în morfină, al anumitor
antiaritmice şi antidepresive, al beta-blocantelor şi al
neurolepticelor.
UTILIZAREA NADPH
 2.Sistemul enzimatic mitocondrial al CYP
 Participă la hidroxilarea steroizilor cu creşterea
solubilităţii lor la nivelul placentei, ovarelor,
corticosuprarenalei, CSR, sinteza acizilor biliari (în
ficat) şi la hidroxilarea vitaminei D3 în forma
biologic activă ( în rinichi).
UTILIZAREA NADPH
 D. Fagocitoza produsa de leucocite
 1. Mecanismele oxigen-independente utilizeaza
modificarile de pH din fagolizozomi si enzimele
lizozomale
 2. Sistemele oxigen-dependente
 sistemul mieloperoxidazei (MPO) cel mai puternic
dintre mecanismele bactericide
 intervine NADP-oxidaza din membrana leucocitara
UTILIZAREA NADPH
 SOD, superoxiddismutaza are localizare eritrocitară, hepatică,
cerebrală, fiind cea mai importantă enzimă a vieţii aerobe; este o
cuproproteină care catalizează o reacţie de dismutare, prin care
anionii superoxid sunt reduşi la apă oxigenată:
O2 - + O2− + 2H+  H2O2 + O2
 Microorganismele modificate genetic, fără SOD, îşi pierd
virulenţa. Inactivarea genetică ("knockout") a SOD generează
fenotipuri specifice, variind de la bacterii la şoareci, care
furnizează indicii importante cu privire la toxicitatea O2 - in vivo.
O2 - este toxic; aproape toate organismele dependente de O2
conţin izoforme ale enzimei. Alte proteine ce pot fi atât oxidate cât
şi reduse de superoxid au activitate slabă SOD-like (hemoglobina).
UTILIZAREA NADPH
 ► catalaza (CAT) descompune excesul de apă
oxigenată:

2 H2O2  2 H2O + O2
 Este prezentă în toate celulele aerobe ce conţin
citocromi ( în peroxizomi şi mitocondrii).
UTILIZAREA NADPH
 E. Sinteza oxidului nitric
 Arginina, O2, NADPH= substraturi pt NO-sintaza
citosolica
 FMN, FAD, hem si tetrahidrobiopterina= au roluri de
coenzima, iar NO si citrulina= produsi finali
 NO mentine tonusul musculaturii netede, mediaza
efectul bactericid al macrofagelor, inhibitor al
agregarii plachetare, neurotransmitator
UTILIZAREA NADPH
NADPH + H +
L-ARGININA
L-CITRULINA
NO
DEFICITUL DE G-6-P- DEHIDROGENAZA
DEFICITUL DE G-6-P- DEHIDROGENAZA
 Determina anemia hemolitica. S-a observat ca unii
subiecti sunt susceptibili la a manifesta anemie
hemolitica acuta la administrarea unor medicamente
ca antimalarice, sulfamide, antipiretice, simptomele
aparand in 48-96 ore, datorita deficitului de
activitate a acestei enzime
 Incidenta acestei deficiente este crescuta in zonele
geografice unde poate sa apara malaria.
CALEA GLUCURONICA
 Cale secundară de metabolizare
a glucozei
 Acidul Glucuronic este un acid
carboxilic. Structura sa este
similară cu a glucozei.
 al 6-lea atom de C al acidului
glucuronic este oxidat la acid
carboxilic.
CALEA GLUCURONICA
UDP-G-PIROFOSFORILAZA
UDP-G-DH-AZA
GLUCURONOZIL
TRANSFERAZE
CALEA GLUCURONICA
 Sărurile şi esterii acidului glucuronic sunt cunoscute sub
denumirea de glucuronaţi
 Acidul glucuronic nu trebuie confundat cu acidul gluconic,
un acid carboxilic linear ce rezultă din oxidarea unui alt atom
de C al glucozei
 Acidul glucuronic serveşte la sinteza PG şi proceselor de
detoxifiere din ficat, rinichi şi intestin
 Glucuronidarea- formarea de legături glicozidice cu diverşi
metaboliţi toxici, mărindu-le solubilitatea şi favorizând astfel
eliminarea lor din organism.
CALEA GLUCURONICA
 Glucuronozide= compuşi cu polaritate crescută
 Reacţia are loc sub acţiunea enzime= glucuronoziltransferaze
 Glucuronidarea este importantă în metabolismul
xenobioticelor: medicamente, bilirubină, androgeni,
estrogeni, hormoni tiroidieni, săruri biliare etc.
GLUCURONOZILTRANSFERAZE
CALEA GLUCURONICA
REACTIA DE GLUCURONIDARE
CALEA GLUCURONICA
REACTIA DE GLUCURONIDARE
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 GAG- molecule heteropolizaharidice mari ce conţin pe
suprafaţa lor sarcini electrice negative
 Se asociaza cu proteine= proteoglicani (PG) ce contin
CH (95%)
 Glicoproteinele (GP) contin predominant proteine si o
cantitate redusa de CH
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 GAG leagă o cantitate mare de apa formand o matrice
gelatinoasa ce constituie structura de baza a substantei
fundamentale (impreuna cu colagenul formeaza
matricea extracelulara)
 proprietatile lubrefiante, vascoase ale secretiilor
mucoase se datoreaza partial GAG (MPZ-initial)
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 Structura GAG
 GAG sunt polizaharide neramificate formate din unitati
repetitive dizaharidice din care una este intotdeauna o ozamina
(glucozamina sau galactozamina) iar cealalta un acid uronic
(cu exceptia unui singur GAG-keratan-sulfatul ce contine Gal),
acid glucuronic sau acid iduronic
 Moleculele pot sa contina grupe sulfat legate esteric la oxigen
sau la azot ce impreuna cu gruparile (COOH) confera caracterul
puternic electronegativ al GAG
 Acizii D-glucuronic si epimerul la C 5 -iduronic sunt izomeri.
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 Lanţurile de polizaharide se extind din cauza
sarcinilor negative si sunt inconjurate de apa
COMPRESIUNE
 Prin comprimarea unei solutii de GAG, apa
este "stoarsa" in exterior, iar GAG ocupa un
volum mai mic
 La decompresiune, GAG revin la volumul
initial (hidratat) ca urmare a fortei de
respingere dintre sarcinile negative
 Elasticitatea lichidului sinovial sau a corpului
vitros al globului ocular
DECOMPRESIUNE
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 Clasificarea GAG
 6 clase principale în funcţie de structura monomerilor,
tipul legaturilor glicozidice, gradul si localizarea
gruparilor sulfat






1. Condroitin sulfati (4-sulfat si 6-sulfat)
2. Keratan sulfati I si II
3. Acid hialuronic
4. Dermatan sulfati
5. Heparina
6. Heparan sulfatul
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 Condroitin sulfatii (4-sulfat sau 6-sulfat) se gasesc in
cartilaje, oase, cornee (in limba greaca chondros=cartilaj)
 Sunt GAG mai mici care pot sa formeze cu acidul hialuronic si
cu proteinele agregate mari in tesutul conjunctiv (de exemplu,
agrecan)
 Contin acid glucuronic (GlcUA), N-acetilgalactozamina
(GalNAc) 4-sulfatata sau 6- sulfatata legate β1,3-glicozidic.
Contribuie la rezistenta la intindere a cartilajelor, tendoanelor,
ligamentelor, peretilor aortei.
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 Condroitin -4- sulfatii şi condroitin -6- sulfatii
GlcUA
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 2. Keratan sulfatii I si II (in limba greaca
keras=corn). Keratan sulfatul I este legat de
asparagina si se gaseste in cornee iar keratan sulfatul
II formeaza legatura O-glicozidica cu treonina si este
intalnit in tesutul conjunctiv
 Se mai gasesc in structurile cornoase: coarne, par,
copite, unghii, gheare. Contin N-acetilglucozamina
(GlcNAc) si Gal legate 1,3-glicozidic. Nu au acizi
uronici.
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 2. Keratan sulfatii I si II
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 3. Acidul hialuronic (din limba greaca, hyalos = sticla) se
gaseste in lichidul sinovial, umoare vitroasa, tesutul
conjunctiv lax. Contine aproximativ 50000 resturi de acid
glucuronic si N-acetilglucozamina legate β1,3-glicozidic (cel
mai lung GAG)
 Singurul GAG care nu contine grupe sulfat si nu se leaga de
proteina. Formeaza solutii clare, vascoase ce lubrefiaza
articulatiile si dau aspectul gelatinos umorii vitroase.
Contribuie la elasticitatea si rezistenta la intindere a
tendoanelor alaturi de late componente ale matricei
extracelulare
 Formeaza arhitecturi moleculare “gigant” prin asamblare cu
proteoglicani continand cu precadere condroitin sulfati.
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 3. Acidul hialuronic
GlcUA
 Legaturile glicozidice ale acidului hialuronic pot fi
hidrolizate de catre hialuronidaza bacteriana, ceea ce duce
la alterarea capacitatii de filtru selectiv a substantei
fundamentale si la expunerea tesuturilor la invazia
bacteriana. Hialuronidaza se mai gaseste in sperma cu rolul
de a permite penetrarea ovulului.
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 4. Dermatan sulfat
IdUA
 Distribuit în tegument, vase sangvine si valvele
cardiace
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 5. Heparina (in limba greaca hepar=ficat) contine
glucozamina N-sulfatata si mai putin acetilata, acid
glucuronic si acid iduronic (predominant)
 Se gaseste in mastocite, ficat, plaman, piele. Este cel
mai electronegativ GAG
 Are proprietati anticoagulante folosindu-se in forma
pura pentru recoltarea probelor de sange.
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 6. Heparan sulfatul contine glucozamina mai putin
N-sulfatata si, mai ales, acid glucuronic
 Se gaseste in fibroblasti, peretii vaselor. Este
component al membranelor bazale, sinapselor.
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 Sinteza GAG in sistemul Golgi
 Alungirea lanturilor polizaharidice: adaugarea
secventiala si alternativa de glucide acide si aminoglucide cedate de derivatii UDP ai acestora
 Sinteza GAG- similara sintezei de glicogen cu diferenta
ca sunt excretati in celula
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 A. Sinteza amino-glucidelor sunt constituienti principali ai GAG,
GP, GL, oligozaharidelor, AB
 1. N-acetil-glucozamina (GlcNAc); GalNAc
 Fr-6-P= monozaharid precursor (pt acidul sialic-NANA sau acidul
neuraminic)
Gln
G-6-P
G
Fr-6-P
Glu Glucozamino6-P
Glucoz- UTP
amino1-P
UDPGLUCOZAMINA
GAG
Acid sialic
Gangliozide
GP
CMPNANA
GAG, GP
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 B. Sinteza glucidelor acide: acidul D-glucuronic, L-iduronic
 C. Sinteza miezului proteic
 la suprafata RER dupa care patrunde in interiorul acestuia unde va
fi glicozilat in prezenta transferazelor sist. Golgi
 D. Sinteza lantului de CH
 E. Atasarea gruparilor sulfat are loc dupa ce monozaharidul a fost
incorporat in structura lantului in formare in prezenta
sulfotransferazelor
 Sursa: 3'-fosfoadenozil-5'-fosfosulfat (PAPS)
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 Sulfatarea defectuoasa a lantului de GAG produce
condrodistrofii
 Degradarea GAG: in lizozomi (pH=5) in prezenta
hidrolazelor acide
 A. Fagocitoza GAG extracelulari
 B. Degradarea lizozomala a GAG: lanturile
polizaharidice sunt clivate sub actiunea
endoglicozidazelor, formandu-se oligozaharide
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 Mucopolizaharidozele (MPZ) - afectiuni ereditare cu
evolutie clinica progresiva
 acumulare de GAG in tesuturi cu deformari scheletale si
retard mintal, deces precoce in forma homozigota
cauzate de deficitul hidrolazelor lizozomale (se pot
masura) implicate in degradarea heparan sulfatului si
dermatan sulfatului a
 prezenta oligozaharidelor in urina
 Tt: transplant de MO si sange placentar
 macrofagele transplantate sintetizeaza sulfataza
necesara degradarii GAG
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 MPZ se pot asocia cu o lipidoza sau glico-proteinoligozaharidoza (enzimele lizozomale necesare catabolizarii
GAG pasticipa si la degradarea GL sau a GP)




MPZ I (Hurler): deficit de α-iduronidaza
MPZ II (Hunter): deficit de iduronat-sulfataza
MPZ III (Sanfilippo): subtipurile A, B, C
MPZ IV (Sly): deficit de β-glucuronidaza
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 Glicoproteinele sunt proteine conjugate ce contin
resturi de oligozaharide (2-10 resturi glucidice) nu
neaparat electronegative, legate covalent de lantul
polipeptidic
 catene liniare de CH; IgG contin <4% CH, GP gastrica
umana (mucina) > 80% CH
 GP membranare participa la:
 recunoasterea de catre hormoni, virusuri
 antigenitatea de S
 matricea extracelulara, mucinele g-int si urogenitale
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 Structura GP:
 oligozaharide atasate N- (Asn) si O-(OH din Ser sau
treonina)glicozidic de
 proteine
 In colagen: leg. O-glicozidica intre Gal/Glc si OH din
hidroxilizina
 Oligozaharidele O-linkate: pe S eritrocitelor (determinantii de
grup sangvin)
 Oligozaharidele N-linkate: complexe (GlcNAc, L-fucoza si
NANA) si cu un continut ridicat de Man
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
GLICOZAMINOGLICANI ŞI GLICOPROTEINE
 Degradarea lizozomala a GP este similara cu cea a
GAG: enzime hidrolitice lizozomale
 Deficientele enzimatice ereditare conduc la
oligozaharidoze caracterizate prin acumularea
intralizozomala de GP partial digerate