Tema 3 - Catabolisme dels carbohidrats II: Processos oxidatius (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Pompeu Fabra (UPF)
Grado Biología Humana - 2º curso
Asignatura Bioquímica II
Año del apunte 2014
Páginas 15
Fecha de subida 10/04/2015
Descargas 4
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 3: Catabolisme dels carbohidrats II: Processos oxidatius Entrada del piruvat al cicle de Krebs   Totes aquestes reaccions es donen en matriu mitocondrial. Per tant les cells que no en tinguin no ho podran fer i s’hauran de conformar amb el 7% d’energia que s’obté de transformar la glucosa en piruvat. Per dur a terme aquest procés també es necessari O2.
Piruvat deshidrogenasa - Transformació del Piruvat en Acetil CoA (descarboxilació oxidativa)   El complex de la Piruvat deshidrogenasa (PDH)       El primer que s’ha de fer es transportar el piruvat a la mitocòndria gracies a un procés de simport. Agafem un protó i una molècula de piruvat i els entrem al mateix temps. El piruvat es un compost que té 3àT de carboni.
El que volem fer és 1. Passar el piruvat a una   FA D + 1   molècula que tingui 2àT de carboni (grup acetil) 2. volem que es mantingui unit al coenzim CoA 3.
també volem que els electrons vagin al NAD per donar-nos NADH (reduït). Aquets passos els fan els enzims descrits més a dalt.
Tenim 5 coenzims 4 dels quals son derivats de vitamines. El pirofosfat de tiamina és un transportador de grups carbonis. Derivat de la vitamina B1.També tenim el FAD i el NAD, transportadors d’è. Tenim també el coenzim A i finalment la lipoamida (no derivat de vitamina). La seva funció és de braç d’un enzim (agafa una cosa i la transporta a un altre lloc). Té un grup –SH que pot estar oxidat o reduït. Aquests enzims dins del complex no estan en la mateixa proporció.
  El processament del piruvat a acetil-CoA   Mecanisme d’acció del complex piruvat deshidrogenasa. (TTP = tiamina pirofosfat ; L = àcid lipídic)   Fins aquí hem aconseguit eliminar un dels carbonis i alliberar una molècula de Acetilcoenzim A. L’últim pas, consisteix en tornar a oxidar l’àcid lipoic. La deshidrogenasa agafa els electrons de l’àcid lipoic reduït i els passa sobre el FAD ! FADH2. El mateix enzim agafa els electrons que tenia el FADH2 i els posa sobre el NAD.
La regulació de la piruvat deshidrogenasa Té una regulació fàcil. L’acetil CoA I el NADH que són els productes finals de la reacció, quan s’acumulen, inhibeixen la piruvat deshidrogenasa. No podem sintetitzar piruvat a partir d’acetil CoA, per tal no ens interessa acumular Acetil CoA, sinó mantenir el piruvat.
  2   Tenim una quinasa que també ens bloqueja l’activitat de la piruvat deshidrogenasa. La quinasa es activada per NADH i acetil CoA, si tenim molta concentració d’aquests, s’activa i fosforila l’enzim, d’aquesta manera el desactiva.
Defectes en la piruvat deshidrogenasa.
S’han detectat una sèrie de trastorns en el metabolisme del piruvat, especialment a nens ! Aquestes deficiències suposen la deficiència d’algun dels components catalítics o de les subunitats reguladores (menys activitat).
Mostren nivells sèrics incrementats de lactat / piruvat / alanina, el que provoca que hi hagi una acidosis làctica crònica.
Això provoca defectes neurològics ! mort en la majoria dels casos.
L’assaig per detectar-lo consisteix en fer una analítica, i després obtenir fibroblasts de pell i fer un assaig enzimàtic per la piruvat deshidrogenasa.
El tractament pot solucionar el problema, - dieta cetònica i es redueixen al màxim els glúcids / fàrmacs inhibidors de la piruvat deshidrogenasa quinasa.
Si l’activitat de l’enzim (piruvat deshidrogenada) es molt menor del que toca, s’ha de vigilar.
Solució quan hi ha un problema: evitar l’acumulació de piruvat o fer que la nostra piruvat deshidrogenasa que treballi lo màxim be possible (inhibint la quinasa).
Acetil-CoA Derivat de nucleòtid. Funció: Transportar grups acetils d’un lloc a un altre dins de la cell. El grup acetil deriva de la descarboxilació del piruvat.
Ade   nine   Rib   βMercaptoeth ylamine   ose 3   L’acetil-CoA juga un paper central en el metabolisme És clau perquè no només es pot obtenir de la degradació de glucosa sinó d’altres compostos.
Quan degradem aa (ens dona piruvat i després Acetil CoA o bé directament ens donarà Acetil CoA) i quan degradem triacilglicèrids també obtindrem acetil CoA.
El cicle de Krebs Altres noms: Cicle dels àcids tricarboxílics o de l’àcid cítric.
És la via metabòlica responsable d’agafar l’acetil CoA i convertir-lo en CO2, per tant sinó tenim Cicle de Krebs no podem processar l’Acetil CoA.
Característiques de la via metabòlica: Via de 8 passos, quan hem acabat el quart pas, ja hem eliminat dos molècules de CO2. A partir del succinil CoA fins al final, el que fem és modificar aquest compost fins a obtenir una altra molècula de oxalacetat, per regenerar la primera molècula del cicle i continuar el cicle (oxalacetat agafa una molècula d’acetil CoA, s’uneixen i obtenim citrat).
  4           5   Punts de control del cicle de Krebs La citrat sintasa fa que de Acetil CoA + Oxalacetat obtinguem citrat. És un dels punts de regulació de la via metabòlica. Guardem energia sintetitzant àcids grassos. L’ATP ens inhibeix aquest enzim no volem seguir degradant l’Acetil CoA en el cicle de Krebs, perquè no volem més energia. Si se’ns acumulen enzims reduïts en la cell I vol dir que la cell no necessita més energia per tant també actuarà com a inhibidor. El succinil CoA també es un inhibidor d’aquest enzim.
La isocitrat deshidrogenasa passa l’isocitrat a alfa-cetoglutarat. Oxidem l’isocitrat i reduïm el NAD al NADH. Aquest es un altre punt de control. Entre aquests dos compostos passem per productes intermedis poc estables: oxalsuccinat. Un excés d’ATP o de NAD ens inactiva aquest enzim. (Esquema de l’esquerra).
De l’alfa-Cetoglutarat mitjançant una descarboxilació oxidativa passem a succinil CoA això ho du a terme un complex de 3 enzims i 5 coenzims: alfa-cetoglutarat deshidrogenasa. Tercer punt de control d’aquesta via metabòlica. Des de el succinil CoA regenerem la molècula inicial per tornar a fer el cicle. (Esquema de la dreta).
Inhibidor de la PFK1 (precursor de la síntesis d’àc. grassos)     Malat Deshidrogenasa Reacció d’oxidació (reacció final abans de tornar a començar el cicle)     6   Visió global del cicle de Krebs Balanç energètic del cicle de Krebs Per cada volta de cicle: Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD+ + GDP +Pi + 2H2O! 2CO2 + 3(NADH + H+) + 1FADH2 + 1GTP Per una banda: 1 GTP pot ser transformat a 1 ATP per la nucleòsid difosfoquinasa: GTP + ADP+Pi ⇔GDP + ATP Reacció que es dóna en equilibri.
Per altra banda: la gràcia del cicle de Krebs són tots els coenzims reduïts que s’obtenen, perquè ens donaran energia en cadena de transport electrònic: 3NADH + H+ = 3 x 3ATP 1FADH2 = 2ATP El total és 12 ATP/ Acetil-CoA (Tot i que l’oxigen no intervé en aquesta via és essencial per tal de poder regenerar els coenzims en les seves formes oxidades)   7   Regulació del flux en el TCA – Punts de control del cicle, els tres enzims esmentats anteriorment.
Exemples de com es pot pertorbar el cicle: -Piruvat deshidrogenasa -α-cetoglutarat deshidrogenasa -transcetolasa Tota mutació que ens porti a l’eliminació d’aquests enzims fa que sigui letal i el fetus no sigui viable, ja què no podem viure sense el cicle de Krebs. L’única excepció es quan es produeixen mutacions en la Fumarasa.
Dèficit de vitamina B1 malaltia beriberi (PPT). Dietes basades sobretot en l’arròs. Si no hi ha B1, no tenim pirofosfat de tiamina, tenim menys capacitat d’obtenir energia, problemes neurològics i cardiovasculars. Això se soluciona donant vitamina.
L’Arsènic / mercuri (tòxics) s’uneixen a la dihidrolipoil deshidrogensas (reactius sulfidrílics.), mata tot el que troba. Inhibeixen el cicle de Krebs i el nostre SNC es queda sense energia.
Aquesta és una gràfica en la que es mostra la velocitat d'un corredor respecte la distància (log) en diferents tipus de carreres atlètiques. Sembla ser que pot ser dividida en tres regions lineals. Per cada regió, es descriu el tipus d'energia utilitzada pel múscul. No es el mateix córrer 100 metres que 42km.
En el primer tram consumim aquella energia que és immediata: ATP ; P-creatina (ens regenera l’ATP)! 5-10s ; La p.c passa de 9,1mM ! 2,5mM en 10s / Després mobilitzem el nostre glicogen a lactat (met. anaeròbic) 1,6 ! 8,6mM (hem incrementat la [de lactat] en sang ! PH baixa / Hem de canviar de metabolisme: metabolisme aeròbic, agafem la glucosa i la portem a CO2 (menys velocitat, però més ATP) ; 1000-2000m glicogen esgotat.
Comencem un metabolisme molt més lent. Metabolisme lipídic. Degradem àcids grassos a acetil CoA; C.Krebs; Obtenció d’energia.
El cicle de Krebs com a font de productes biosintètics Intermediari Metabolisme (elements sintetitzats a partir d’intermediaris del cicle de Krebs   Succinil-CoA Porfirines α-cetoglutarat Aminoàcids, purines (bases nitrogenades) Oxalacetat Aminoàcids, glucosa Fumarat Aminoàcids, pirimidines (bases nitrogenades) 8   Citrat Àcids grassos *El C de Krebs es coneix com una via amfibòlica perquè pot degradar i sintetitzar compostos Per exemple, reaccions de transaminació: obtenim un nou aa, transferint un grup –NH2 a: α-cetoglutarat + Ala (grup –NH2) "! glutamat + piruvat (reacció de transaminació) Oxalacetat + Ala "! aspartat + piruvat Citrat + ATP + CoA ! Acetil-CoA + ADP + Pi + oxalacetat (en citosol, i per tant acetil-CoA ! àcids grassos) Problema: Si deplacionem durant el cicle algun dels intermediaris no podrem obtenir oxalacetat, per regenerar el cicle.
Vies anapleuròtiques En fetge i ronyó nosaltres agafem el piruvat i el carboxilem, lo qual ens dona oxalacetat i aquest ja pot ser fixat en el Cicle de Krebs per quan el necessitem. Ho fem mitjançant la Piruvat carboxilasa. El múscul i el cor són dos teixits que depenen molt del cicle per obtenir energia, en condicions anaeròbiques se’ns atura el cor. A partir de fosfoenol piruvat, carboxilat-lo, obtenim oxalacetat: ho fa la fosfoenol piruvat carboxiquinasa.
Cicle del glioxilat Es idèntic al cicle de Krebs però ens saltem els dos passos de descarboxilació. Es dona en: Plantes i bactèries (acetat) i dintre d’uns orgànuls determinats que s’anomenen: glioxisomes. Podem agafar Acetil CoA i transformar-lo en una molècula més gran (succinat). Això vol dir que estem fixant carbonis a partir de l’Acetil CoA.
  9   Les plantes i els bacteris poden sintetitzar glucosa a partir d’Acetil CoA ; nosaltres no ho podem fer!!!! De isocitrat no passem a cetoglutarat, sinó que el trenquem i obtenim glioxilat + succinat. Qui trenca l’isocitrat és: Isocitrat liasa. Seguidament tenim una condensació d’una molècula d’Acetil CoA sobre aquest glioxilat, el que ens dona una molècula de malat. L’enzim que porta a terme aquesta reacció és el malat sintasa. Finalment aquest malat, el transformem en oxalacetat, per obtenir una molècula de glucosa.
2 Acetil-CoA +NAD +H2O ! succinat+2CoA+NADH.
Nosaltres realment si que podríem obtenir glucosa a partir de l’oxalacetat. El problema és que els carbonis que entren de l’acetil CoA no ens serveixen per fer un nou oxalacetat. En el cas de les plantes i bacteris comencen amb un oxalacetat però n’acaben tenint. Nosaltres comencem amb un i al final, només n’obtenim tenim un. L’altre al contrari que les plantes, el perdem pel camí en forma de CO2.
El bacteri del còlera s’acumula en els pulmons i s’amaga en els granulomes (estructures molt riques en lípids on pràcticament no té accés l’O2. El bacteri acaba fent una infecció sistèmica.
El problema és l’eficàcia dels antibiòtics, ja que les estructures on s’amaguen aquests bacteris tenen molt poca irrigació i els nostres antibiòtics els costa molt arribar-hi.
  Aquestes dues gràfiques ens diuen un seguit de coses...
Experiment: agafen una soca de bacteris que els falta la isocitrat liasa i una altra soca normal (salvatge).
La infecció inicial és idèntica tan pels que tinguin o no cicle del glioxilat, ens es indiferent. Però al cap d’un temps, quan ja s’estableixen, els bacteris salvatges sobreviuen i els altres acaben morint-se amb el temps.
El que veiem es que els ratolins salvatges que tenen la infecció acaben morint, en canvi els que han estat infectat amb els bacteris amb el gen deleccionat no es moren. Com no tenim isocitrat liasa, si fem un inhibidor d’aquest enzim no ens afectarà i podrem atacar d’una manera molt més eficient aquests bacteris.
      10     Via de les pentoses fosfat Funcions: - Obtenció de poder reductor (NADPH). NADPH ! Vies de síntesi, especialment d’àcids grassos (sobretot en el fetge).
- Obtenció de sucres de 5C: ribosa-5-fosfat. Es la base de nucleòtids importants per nosaltres (Important per sintetitzar DNA RNA) i d’ATP,...
- Interconversió de monosacàrids: degradació de les riboses, per obtenir intermediaris de la glucòlisi (gliceraldehid-3P i fructosa-6P).
        11   Reaccions oxidatives   Cúmul de reaccions: Interconvertir carbohidrats amb un nº determinat de carbonis amb un altre amb diferent número de C.
  Agafa la glucosa-6-fosfat i la oxida i obtenim NADPH. Si tenim un excés de NADPH s’inhibeix la glucosa-6-fosfat deshidrogenasa. La segona reacció es una altre reacció d’oxidació. El que ha passat es que la oxidació d’aquest compost ens comporta la seva descarboxilació. Finalment la Ribulosa-5-fosfat es converteix en ribosa-5-fosfat ! Isomerització, mitjançant la isomerasa-5fosfat. Això ja no es una oxidació.
    12   Reaccions NO oxidatives   Si dins de la cell tenim un excés de ribosa-5-fosfat (estem degradant nucleòtids o estem obtenint molt poder reductor), fem tot un seguit de reaccións. Primer necessitem un equilibri de tres pentotes: ribulosa-5-fosfat, Xilulosa-5-fosfat (fosfopentosa epimerasa) i ribosa-5-fosfat (fosfopentosa isomerasa).
C5 + C5 ⇔ C3 + C7 (ho farà la trancetulasa) C3 + C7 ⇔ C6 + C4 (transadulasa) C5 + C4 ⇔ C6 + C3 (trancetulasa) 3 x C5 ⇔ 2C6 + C3 La primera molècula que agafem ens la xilululosa-5-fosfat i la ribosa-5-fosfat. La trancetolasa transfereix dos at de carboni i obtenim gliceraldehid-3-fosfat i sedoheptulosa-7-fosfat. La aldulasa agafa 3 carbonis del la sedoheptulosa-7-fosfat, els transfereix sobre el gliceraldehid 3-fosfat.
Finalment la transetulosa torna a transferir.
  13     Glucosa-6-fosfat deshidrogenasa: com a font de poder reductor - Distribució: fetge / teixit adipós / glàndula mamària ; no: múscul estriat - Com s’utilitza aquest poder reductor en els eritrocits? La font de poder reductor pàcticament només pot venir del NADPH. En els eritrocits s’allibera el seu contingut per estres oxidatiu, anemia hemolítica. Tenim un dèficit energètic en el SNC. Ho podem evitar gracies a que tenim un sistema de proetecció daquestes membranes: glucatió (utilitzem el NADPH per mantenir-lo en la seva forma reuduida). El glucatió evitarà que compostos oxidans ens afectin, ja que els transforma en aigua i es tornen inocus per nosaltres.
- Administració d’antipirètics / antibiòtics sufamídics ! anèmia hemolítica en pacients - Susceptibles (mutacions en G-6P desh.) Tenen poca glucosa-6-fosfat deshidrogenasa. Perquè hem fixat aquestes mutacions que són perjudicials. Hi ha un mosquit que transmet la malaria. Un dels passos del cicle viologic del paràcit es madurar dins del nostres eritrocits pero no pot madurar dins d’eritrcits que no tinguin un gran poder reductor. Els que tenen aquesta mutació no tenen gaire poder reductor I per tant son menys sensibles a la malaria.
  14     15   ...