GLUCIDELE

Obiectivele:

•           Rolul biologic al glucidelor. Clasificarea glucidelor.

•           Monozaharidele. Clasificarea lor. Importanţa şi structura celor mai importante trioze, pentoze şi hexoze.

•           Structura glucozei (formula deschisă, proecţia Haworth, conformaţia scaun). D- şi L-glucoza, anomerii şi epimerii glucozei.

•           Reacţiile chimice importante ale monozaharidelor (formarea O- şi N-glicozodelor, derivaţilor fosforilaţi, aminoglucidelor, acizilor aldonici şi uronici).

•           Structura şi proprietăţile dizaharidelor (maltozei, lactozei şi zaharozei).

•           Structura şi proprietăţile polizaharidelor (amidonului, glicogenului şi celulozei).

•           Digestia şi absorbţia glucidelor în tractul gastrointestinal.

•           Metabolismul glicogenului (sinteza, mobilizarea, reglarea).

 

nMetabolismul glucidelor

 

Glucide

n - sunt compuşi polihidroxicarbonilici şi derivaţii lor.

n Rolul:

n Energetic- furnizează 50-70% din energia totală care se produce în organism

n Structural – sunt elemente constitutive ale membranelor biologice

n Intră în componenţa AN şi a Co (NAD, FAD, HSCoA)

n De sprijin - formează substanţa fundamentală a ţesutului conjuctiv (condroitinsulfaţii)

n Anticoagulant- heparina

n Funcţie hidroosmotică şi ionoreglatoare (datorită hidrofilităţii înalte şi sarcinii negative heteropolizaharidele acide reţin apa şi cationii

n Funcţie protectoare, mecanică (heteropolizaharide)

Clasificare:

I. După comportarea la hidroliză se clasifică în:

n     –oze                                             ozide.

 monozaharide     oligozaharide şi polizaharide

a. după grupele funcţionale: aldoze şi cetoze

b. după numărul atomilor de carbon se impart în trioze (3 C), tetroze (4 C), pentoze (5 C), hexoze (6 C) etc

 

MONOZAHARIDELE

n   Monozaharidele din punct de vedere chimic prezintă aldehido-sau cetoalcooli polivalenţi.

n   Cele mai răspîndite în organism o au triozele:gliceraldehida şi dihidroxiacetona; pentozele: riboza şidezoxiriboza; hexozele: glucoza (principalul monozaharid al organismului), fructoza şi galactoză.

n   Proprietăţi:

•           Substanţe incolore, solide

•           Uşor solubile în apă, greu solubile în alcool, insolubile în eter şi cloroform

•           Cristalizează sub formă de cristale albe

•           Gust dulce

•           Sunt substanţe optic active, datorită existenţei în molecula sa a atomilor de carbon asimetrici

n   Toate monozaharidele (ex. –dihidroxiacetona) conţin în moleculă atomi de carbon asimetrici – pot prezenta mai mulţi izomeri.

               n                             

n   N=2                 N-nr. izomerilor; n- nr. atomilor de C

 

n Izomerii optici care au aceeaşi formulă şi prezintă aceleaşi proprietăţi fizico-chimice, dar se deosebesc numai prin sensul în care rotesc planul luminii polare – enantiomeri

- deviază planul luminii la dreapta – dextrogeni; la stânga – levogeri.

n Stereoizomerii care diferă prin configuraţia a 1, maximum n-1 carboni asimetrici din totalul de numărului de C sunt- diastereoizomeri (care diferă prin configuraţia unui singur C asimetric – epimer)

n Diastereoizomerii se deosebesc între ei prin proprietăţile fizico-chimice, precum şi prin valoarea unghiului sau sensul de rotaţie a planului luminii polarizate

n Compuţii optici se împart în 2 serii: D şi L

n Majoritatea ozelor naturale aparţin seriei D

 

 

Structura monozaharidelor

n  

 

n În spaţiu unele grupe hidroxil interacţionează cu grupa carbonilă în limita unei şi aceeiaşi molecule, formând compuşi ciclici de tipul semiacetalilor interni -  glucopiranoze sau glucofuranoze.

n  La formele cicilice mai apare un hidroxil suplimentar numit glicozidic sau semiacetal cu care sunt legate proprietăţile de oxido-reducere. Numărul stereizomerilor a formelor ciclice a hexozelor se dublează şi constitue 32. În dependenţă de poziţia hidroxiluli semiacetal (la dreapta sau stângă) apar formele a şi b.

 

Dizaharidele

n Maltoza – 2 mol. de α glucopiranoze - leg. 1,4 glicozidică

n Zaharoza – α glucopiranoză+β fructofuranoză – leg. α 1- β2 glicozidică

n Lactoza – βgalactopiranoză + α glucopiranoză

 

POLIZAHARIDELE

n  Homopolizaharidele: amidonul, glicogenul, celuloza -conţin unităţi monozaharidice repetetive

n  Amidonul -  de origine vegetală,reprezintă rezerva glucidică principală. E constituit din 2 componente:

- amiloza (20%) – resturi de Gl, legate prin leg 1,4 glicozidice

- amilopectina  (80%) – resturile de Gl se leagă prin leg. 1,6 glicozidice

 

Amiloza: 

^-                      Mm =10⁵

-           Formează micelii hidratate care dau cu iodul o coloraţie albastră

-           Configuraţia spaţială- α helix, pasul cuprinde 4-5 resturi de glicozil

 

Amilopectina:

-     Mm –este de ordinul zecilor sau sutelor de mln

-     Formează sol. coloidale care dau cu iodul  o coloraţie roşie

-     Prezintă ramificări. Punctele de ramificări apar după 16 radicali de Gl оn lanţul exterior şi după 10 radicali de Gl – оn cel interior

 

Glicogenul

n  de origine animală

n  reprezintă forma de depozitare a Gl în organismul uman

n  localizat în ţesutul muscular şi ficat

n  după structură se asemănă cu amilopectina, dar are un grad de ramificare mai mare – ramificaţiile exterioare –apar după 6-7 resturi de Gl; iar cele interioare – după 3-5 unităţi de Gl

n  În apă formează sol. coloidale, care cu iodul dau o coloraţie brun roşcată

n  Mm – este de ordinul mln

 

 

Digestia glucidelor

n Începe în cavitatea bucală sub acţiunea α amilazei salivare, care scindează  leg. α 1,4 glicozidice din amidon (până la dextrine)

n Continuă în duoden sub acţiunea amilazei pancreatice – (leg. 1,4 glicozidice), care scindează dextrinele până la maltoză .

n Leg α 1,6 glicozidice sunt scindate sub acţiunea amilo-; oligo 1,6 glicozidaze

n Dizahaharidele se scindează sub acţiunea maltazei; lactazei, zaharazei (se sintetizează în enterocite)

n Celuloza nu se scindează în TGI al omului deoarece lipsesc enzimele β 1,4 glicozidazele

n în TGI polizaharidele sunt scindate până la monozaharide

Absorbţia

n   Monozaharidele se absorb la nivelul intestinului subţire

n   Implică 2 mecanisme:

n   Transport activ (necesită ATP şi Na)

n   Difuzie facilitată

•         transportorul leagă la locuri separate atât Gl cât şi Na (legarea Na creşte afinitatea pentru Gl)

•         pătruns în epiteliul intestinal, acesta este eliberat şi odată cu el Gl

•         Gl- iese din celulă prin difuzie facilitată, iar Na este expulzat contra gradientului de concentraţie prin intervenţia ATP-azei, Na, K dependentă

 

 

ANOMALII ENZIMATICE ÎNIGESTIA ŞI ABSORBŢIA GLUCIDELOR:

n - deficitul de lactază duce la intoleranţă la lactoză

                                poate fi: - ereditară

                                              - dobоndită

n - deficitul de zaharază

n                      la intolerantă la zaharoză

n în ambele cazuri semnele clinice sunt:dureri abdominale, diaree cronică, flatulenţă.

 

Transportul glucozei prin sînge

n Glucoza fiind solubilă în apă liber circulă cu sîngele spre toate celulele organismului

n Celulele posedă receptori proteici (unii  influenţaţi de insulină),  care facilitează trecerea glucozei prin membrană

 

TRANSPORTORUL GLUCOZEI prin membrana celulelor (GLUT 1-5)

n  – reprezintă un polipeptid constituit din circa (1-12)  domenii transmembraneri

n  GLUT 1: predomină în celulele sistemului nervos şi eritrocite (Km = 1mM)

n  GLUT 2: în hepatocite, celulele beta pancreatice (Km = 15 - 20mM)

n  GLUT 3: în toate celulele (Km = 1mM)

n  GLUT 4: în celulele muşchiului cardiac,schiletic şi adipocite (insulindependentă (Km = 5mM))

n  GLUT5: în celulele intestinale (transportă glucoza însînge)

 

Metabolismul Glicogenului

 - Glicogenul reprezintă un polimer al glucozei de origine animală.

-Monomerii sunt uniţi între ei cu legăturile

w  (1à4) glicozidice şi (1à6) glicozidice

 - reprezintă forma de rezervă a glucozei  ce se depozitează  preponderent în celulele hepatice şi musculare în perioada postpranderală.

Catabolismul Glicogenului

-sau scindare lui se declanşează în starea de foame la concentraţii joase de glucoză în sînge

Glicogen Fosforilaza catalizează clivarea fosforolitică a legăturii  a(1à4) glicozidice din glicogen, detaşînd glucoso-1-fosfatul ca produs al reacţiei.

Glicogen _{(n resturi)}   P_i    

 

glicogen _{(n-1 resturi)} glucose-1-fosfat

 

Fosforoliza poate fi comparată cu hidroliza:

- Este rezultatul scindării glicogenului

 

Fosfoglucomutaza, deţinоnd OH serinei оn centrul activ ca  acceptor de P_i. catalizează reacţia reversibilă:

 glucozo-1-fosfat  ßà  glucozo-6-fosfat

 

 

Glucozo-6-fosfatul porneşte calea  glicolitică ori (doar оn ficat) se supune defosforilării pentru a elibera glucoza оn sоnge.

Enzima hepatică Glucoso-6-fosfataza catalizează această reacţie astfel menţine glicemia:

    glucozo-6-fosfat  +  H₂O  à  glucoza + P_i

Оn alte ţesuturi această enzimă lipseşte.

Reglarea glicogenolizei

Sinteza Glicogenului

Uridin difosfat glucoza (UDP-glucoza) este  nemijlocitul precursor pentru sinteza glicogenului.

Restul de glucoză aderă la glicogen, UDP-glucoza fiind substrat iar UDP ce rezultă este produsul reacţiei.

Nucleotid difosfaţi monozaharide servesc şi ca precursori pentru sinteza altor  lanţuri de oligozaharide.

 

 

UDP-glucoza se formează din glucozo-1-fosfat şi UTP:

w   glucoso-1-fosfat + UTP à UDP-glucoza + PP_i

w   PP_i  +  H₂O  à  2 P_i

Summar:          

w  glucozo-1-fosfat + UTP à UDP-glucoza + 2 P_i

Hidroliza spontană a PP_i (P~P) face reacţia unidirecţională. Energia eliberată fiind folosită la adiţia unui rest de glucoză la amorsa de glicogen existentă.

 

Glicogen Sintaza catalizează transferul unui rest  de glucoză de pe UDP-glucoză pe hidroxilul  C₄ al restului terminal a amorsei  de glicogen cu formarea legăturii   a(1- 4) glicosidice:

glicogen_{(n rest)} + UDP-glucoza à

                                             glicogen_{(n +1 rest)} + UDP

În lipsa amorsei de glicogen

n Glcogensintaza  recurge la un primer de natură proteică – glicogenina

n Glicogenina – este o proteină catalitică glicoziltranferazică

 

 

 

 Legătura glicozidică se formează între atomul  C1 a glucozei derivată din UDP-glucoză şi hidroxilul  tirozonei din Glycogenin.

UDP  rezultă ca  produs.

Reglarea glicogenozenezei

n se efectuiază la nivelul  enzimei  glicogen-sintaza. Această enzimă  se prezintă sub două forme intereconversibile prin fosforilare-defosforlare. Forma fosforilată este inactivă în timp  ce cea defosforilată este activată:

n Insulina activează enzima glicogen-sintaza, astfel are loc activarea sintezei glicogenului; glucagonul, adrenalina are efect invers asupra acestei enzime.

 

Obiectivele:

1. Glicoliza - treptele enzimatice a glicolizei aerobe şi anaerobe. Reglarea glicolizei.

      Bilanţul energetic al degradării anaerobe şi aerobe a glucozei.

 2.Sistemele navetă pentru transferarea NAD.H din citozol în mitocondrii.

  3. Soarta piruvatului.

  4.Fermentaţia alcoolică.

  5. Gluconeogeneza ( mecanismul, reglarea ).

  6.Procesul de sinteză şi reglare a lactozei.

Glicoliza

Recţiile Parţiale

n Funcţiile glicolizei.

 

 

Bilanţul energetic al glicolizei aerobe

n În rezultatul glicolizei anaerobe şi altor procese în citozol se formează NAD·H2. Pentru ca atomii de hidrogen cu un potenţial energetic înalt să elibereze energia ei trebuie întroduşi în mitocondrie unde vor fi transportaţi prin lanţul respirator spre O2.

n  În lanţul respirator hidrogenii vor elibera energia, o parte din care va fi acumulată în legăturile macroergice ale ATP (fosforilare oxidativă).

n  Membrana internă a mitocondriilor, însă nu este permeabilă pentru NAD·H2, deaceia pentru transportul hidrogenilor în mitocondrii servesc aşa numitele sisteme naveta. Există 2 asemenea sisteme: glicerolfosfat (activă în muşchi şi creier) şi malat-aspartat (activă în miocard, ficat, rinichi.)

Sistemul naveta Glicerol-Fosfat

Sistemul naveta Malat-Aspartat

GLUKONEOGENEZA

-   Sinteza Gl din produşi neglucidici ca:

n Piruvatul

nLactatul

n AA

nGlicerolul

nOA

nSunt reacţiile inverse ale glicolizei cu excepţia a 3 reacţii ireversibile: a10, a 3 şi 1.

nDeaceea există 3 căi de ocolire

 

 I cale de ocolire:
Transformarea piruvatului în PEP

Piruvatcarboxilaza

     Piruvat + HCO₃^- + ATP  à  oxaloacetat + ADP + P_i

PEP carboxikinaza :

     oxaloacetat + GTP  à  PEP + GDP + CO₂

Sumar: Piruvat + ATP + GTP + H2O ---> PEP + ADP + GDP + Pi + 2H+

 

II cale de ocolire:
transformarea Fr 1,6 difosfat în Fr 6 fosfat

fructoza-1,6-disfosfataza:  

     fructoza-1,6-diP + H₂O  à  fructoza -6-P + P_i

III cale de ocolire:
transformarea Gl 6 fosfat în GL

glucoza-6-fosfataza:  

     glucoza-6-fosfat+ H₂O  à glucoza + P_i

Reacţia sumară

n Glicoliză:

n Glucoza +2NAD+ +2ADP +2Pi à

à2 piruvat +2NADH+H⁺ +2ATP

Gluconeogeneză:

2Piruvat+2NADH+H⁺ +4ATP+2GTP à

à Glucoza + 2NAD + 4ADP + 2GDP +6Pi

Reglarea glicolizei şi gluconeogenezei

n  Glicoliza:

n  Hexokinaza/ glucokinaza (1)

n  Fosfofructokinaza (3)

n  Piruvatkinaza (10)

n  Gluconeogeneza:

n  Piruvatcarboxilaza şi PEPcarboxikinaza

n  Fructozo -1,6- difosfataza

n  Gl 6 fosfataza

Reglarea glicolizei şi gluconeogenezei

Gluconeogeneza din lactat

n      Lactat +NADH+H         Piruvat +NAD

E - LDH

Gluconeogeneza din AA

n Ciclul Feling Mallete

Gluconeogeneza din glicerol

Fermentaţia alcoolică

Sinteza  lactozei.

n  Are loc în glandele mamare în perioada de lactaţie

ŞUNTUL PENTOZO FOSFAT

 

•              METABOLISMUL ALTOR MONOZAHARIDE:

FRUCTOZA,
GALACTOZA,
MANOZA,
GLICEROL,
GLUCURONAT
 

Metabolimul fructozei:

Metabolismul galactozei: