-
Metabolismul
GLUCIDELOR
Curs 12
S.L. Dr. Ioana Lacatusu
SCOP:
Descrierea si intelegerea modului in care
moleculele alimentare sunt descompuse in
timpul procesului de digestie si ulterior
absorbite pentru a putea fi transportate
catre celulele diferitelor organe si tesuturi.
-
Cuprins
I. Glucide. Surse furnizoare de energie
II. CATABOLISMUL Carbohidratilor
II.1. Digestia Glucidelor
Etape ale digestiei Enzime implicate in digestia
carbohidratilor din alimentatie
II.2. Absorbtia Glucidelor
III. Metabolismul Glucozei
-
Cea mai important sursa de energie pentru organism. Furniza n
general ~45% din necesarul de energie al organismului.
I. Glucide. Surse
furnizoare de energie Glucidele
DIGESTIA pe parcursul sistemului digestiv
ABSORBIA la nivelul intestinului subtire i gros
Transportul ctre celulele corpului
1. Glucide introduse prin alimentatie:
Organismul obine energie chimic:
1. din ALIMENTE Carbohidrati, Grasimi si Proteine, prin reacii
definite colectiv Catabolism.
2. din reactiile de oxidare ale Glucozei (vezi III. Metabolism
Glucoza)
-
Se realizeaza prin 2 mecanisme:
A. Oxidare aerob (n prezena Oxigenului) moleculele de Glucide se
descompun n:
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
B. Oxidare anaerob* (n absena Oxigenului) moleculele de Glucide
sunt descompuse n:
Acid lactic (Fermentatia homolactica). Acidul lactic este
ulterior transportat de
snge pn n ficat unde este transformat din nou n Glucide.
Etanol (Fermentatia alcoolica).
2. Transformarea GLUCIDELOR in energie necesara organismului
I. Glucide. Surse
furnizoare de energie
*Vezi III. Metabolism Glucoza (Final curs)
-
I. Glucide. Surse
furnizoare de energie
-
ETAPA I = descompunerea moleculelor
alimentare prin reacii de hidroliz n uniti de monomer
individuale care apar n gur, stomac si intestinul subire = DIGESTIE
pe parcursul tubului digestiv: Carbohidratii in zaharuri simple,
Grsimile n acizi grai i glicerol, Proteinele n aminoacizi.
ETAPA II = unitile monomere sunt descompuse n continuare prin
diferite ci, dintre care una produce ATP, pentru a forma un
produs final comun, ce este ulterior utilizat n ETAPA III pentru
a produce mai mult ATP.
Adenozin trifosfatul (ATP):
trifosfat nucleozidic utilizat de celule sub forma de co-enzima;
transporta energia chimica prin celule (pentru realizarea
metabolismului celular).
Conversia alimentelor in energie celulara
(ATP) are loc in 3 etape.
-
Procesul de DIGESTIE
include 6 activitati:
1. Ingerare,
2. Propulsie,
3. Digestie mecanica sau
fizica,
4. Digestie chimica,
5. Absorbtie,
6. Defecare.
Procesele implicate in DIGESTIE
(circulatia alimentelor prin sistemul
digestiv)
Digestia Glucidelor
II.1. DIGESTIA GLUCIDELOR
-
Etapele procesului de DIGESTIE
Principalele etape si zone ale digestiei GLUCIDELOR
Carbohidratii (cu exceptia Celulozei) sunt descompusi sub
actiunea
Enzimelor din sucurile digestive in
componentele lor mai simple.
Ruperea leg. glicozidice produce un
amestec de Polizaharide (cu M mai mica),
Dextrine*, Zaharoza, Lactoza si Maltoza.
Amidonul principalul carbohidrat din dieta zilnica a unui
individ.
ETAPE:
1. Digestia GLUCIDELOR ncepe n cavitatea bucal (sub aciunea
Amilazei salivare) i se continu n stomac.
2. Amilaza salivar (Ptialina) acioneaz asupra leg. a-glicozidice
din Amidon.
II.1. DIGESTIA GLUCIDELOR
-
Maltoza (2 unitati Glucoza) Zaharoza (Glucoza + Fructoza)
Lactoza (Glucoza + Galactoza)
Etapele procesului de DIGESTIE
*Dextrine:
Carbohidrai cu M mic obtinuti prin hidroliza Amidonului sau
Glicogenului.
Sunt amestecuri de D-Glucoz legate prin leg. glicozidice (1, 4)
sau (1, 6).
II.1. DIGESTIA GLUCIDELOR
-
Amidonul:
Format din Amiloza i Amilopectina (> 1300 unitati de
Glucoza).
Greu digerabil in stare cruda (sucurile digestive desfac
greu
molecula de amidon).
Pe parcursul digestiei, molecula de Amidon este desfacuta
progresiv pana
la Glucoza.
Amidonul difer n funcie de provenien (cartof, gru, porumb, orez,
fructe) prin gradul de organizare celular.
Exist 2 categorii de amidon: solubil insolubil
(cristalizat).
Amidonul cristalizat (intalnit in fructele si legumele crude):
NU se hidrateaz; NU este descompus de Amilaza; Este greu
digerabil.
Amiloza (resturile glicozil se leag prin leg. a-1,4
terminale).
Amilopectina (resturile glicozil se leag prin leg. a-1,4 i
a-1,6).
1 4
1
6
1 4
Etapele procesului de DIGESTIE
II.1. DIGESTIA GLUCIDELOR
-
Se gaseste in saliva i in sucul pancreatic (activitatea n saliva
NU este semnificativ n comparaie cu cea din sucul pancreatic).
Eliberarea Amilazei din pancreas este controlat printr-un
mecanism similar cu cel care stimuleaza eliberarea de Tripsinogen
(influenata de hormonul CCK).
1. a-AMILAZA
*Hidroliza amidonului la nivelul punctelor de ramificare poate
avea loc doar n cazul n care amidonul se afl n stare de hidratare
sau modificat termic.
II.1. DIGESTIA GLUCIDELOR
Amilaza catalizeaz preferential hidroliza
Amidonului n poziiile interioare (dect la capetele
polimerului).
Se formeaza produsi cum ar fi Maltoza i
Oligomeri ai Glucozei cu catene mai lungi.
Amilaza NU catalizeaz hidroliza Amidonului la punctele de
ramificare*.
Pot fi formate mici structuri ramificate = Dextrine care NU sunt
hidrolizate de enzima.
Enzime implicate in digestia GLUCIDELOR
-
Etapele procesului de DIGESTIE
*Portiunea initiala (fixa) a intestinului subtire.
3. a-Amilaza impreuna cu alimentele ingerate
rmne activa in timp ce bolul alimentar trece prin Esofag, dar
este rapid inactivata n mediul acid al stomacului.
Aciunea Amilazei salivare n stomac are loc pn la pH = 4 (prin
amestecul bolului alimentar cu sucul gastric).
4. Ajuns n duoden*, bolul alimentar cu coninut de Glucide sufer
aciunea masiv a Amilazei pancratice (secretat la nivelul
pancreasului).
Amilaza pancreatic este foarte activ.
Amidonul e transformat n a-Dextrine (ce conin de la 5 la 9
monomeri de Glucoz) Maltrioz si Maltoz (la ~10 min. dup ce ajunge n
duoden).
Amilaza
pancreatic
Zaharoza, Lactoza si Maltoza
Amilaza
salivar
II.1. DIGESTIA GLUCIDELOR
-
Intestinul subtire:
Principala zona a digestiei Carbohidratilor; Se finalizeaza
ruperea completa a lanturilor
de Amidon.
Principalii produi de hidroliz din intestinul subire:
a-Dextrine (fragmente oligozaharidice de dimensiuni
variabile)
Dizaharide (Zaharoz, Lactoz, Maltoza, Izomaltoza*) Amidon
nemodificat.
Asupra Dextrinelor si Dizaharidelor din intestinul
subire acioneaz enzime specifice care: sunt localizate la
nivelul enterocitelor; sunt activatori catalitici (contin 2 enzime
cuplate
ntr-un singur lant polipeptidic).
Maltoza (Maltobioza sau zahr mal) = dizaharid format din 2 uniti
de Glucoz unite printr-o leg. (1, 4). Izomaltoza = formata din 2
molecule de Gucoz legate printr-o leg. (1 6).
Etapele procesului de DIGESTIE
II.1. DIGESTIA GLUCIDELOR
-
Toate Oligozaharidele
locuiasc la grania perie a intestinului subtire
Celula mucoasa din Intestin
Digestia intestinala a Carbohidratilor
-
Sunt enzime ce hidrolizeaza Dextrinele, cu formarea unor
Dizaharide diferite (ex: Maltoza, Izomaltoza).
Exemple: Isomaltaza cuplata cu Zaharaza (enzim mixta legat
membranar)
ntreaga protein este numita Zaharaz-izomaltaza si prezinta 2
situsuri active (catalitice) n acelai lan polipeptidic.
Orientarea Zaharaz-izomaltazei n celulele intestinului (sau
enterocite)
Interior al celulei
intestinale
Membrana
plasmatica
Lumen al
intestinului subtire
Zaharaza
Izomaltaza
2. DEXTRINAZE
Enzime implicate in digestia GLUCIDELOR
Enzimele care conin > 1 centru activ pe un lan polipeptidic =
Enzime multifuncionale.
II.1. DIGESTIA GLUCIDELOR
-
Catalizeaz hidroliza Lactozei,
Este tot o enzim bifuncionala: se afl pe acelai lan polipeptidic
cu Florizin hidrolaza.
ntreaga protein este numit Lactaz-florizin hidrolaza.
HOOC
in interiorulenterocitului
membrana plasmatica
situs care se refera lahidroliza unorglucide
dinglicoproteine
NH2
lactoza(galactozidaza)
Reprezentarea moleculei care conine activitatea catalitic a
LACTOZEI
Florizin hidrolaza catalizeaz hidroliza Glucidelor legate de
Lipide.
Exemplu: Glicolipidele numite Ceramide ce
apar n lapte i alte alimente.
3. LACTAZA
Enzime implicate in digestia GLUCIDELOR
II.1. DIGESTIA GLUCIDELOR
-
Oligozaharidele sufer modificri sub aciunea Oligozaharidazelor
sau Dizaharidazelor:
Lactaza scindeaz Lactoza n Glucoz i Galactoz;
Zaharaza (Sucraza) scindeaz Zaharoza (Sucroza) n Glucoz i
Fructoz;
Maltaza descompune Maltoza in 2 unitati de Glucoza; scindeaza
leg. 1,6 din a-Dextrine;
Glucoamilaza scindeaz Malto-oligozaharidele n Glucoz.
Activitatea acestor 4 Oligozaharidaze:
este mai intens n duoden i jejunul superior; scade gradat n
restul intestinului subire.
Actiunea enzimelor din intestinul subtire
asupra unor Glucide variate
II.1. DIGESTIA GLUCIDELOR
-
5. Produsii majori ai hidrolizei
complete ai Dizaharidelor i Polizaharidelor sunt:
Glucoza Fructoza Galactoza
6. Glucidele nedegradate ajungnd n intestinul gros unde sufer
aciunea florei microbiene.
Sunt absorbite prin mecanisme
specifice de absorbie.
Etapele procesului de DIGESTIE
Hidroliza completa a Glucidelor
alimentare conduce la:
80% Glucoza 15% Fructoza 5% Galactoza
Dupa absorbtia lor, aceste Glucide
intra rapid in fluxul sanguin unde
sunt transportati catre ficat.
!!! Ficatul extrage cantitati mari de
Glucid si il depoziteaza sub forma
de Glicogen.
II.1. DIGESTIA GLUCIDELOR
-
ABSORBIA GLUCIDELOR
Duodenul i jejunul superior = cea mai mare capacite de
absorbie.
Absorbia Glucidelor se realizeaz prin:
II.2. ABSORBTIA
GLUCIDELOR
Glucoza, Fructoza, Galactoza sunt ajutate sa strabata
peretele
intestinal si sa patrunda in fluxul sanguin de catre
transportorii celulari = Proteine transportoare.
Mecanism activ (contragradient )
Dependent de transportul ionilor
Na+
Mecanism pasiv (facilitat)
Se realizeaz cu ajutorul unor Proteine de transport,
specifice pentru fiecare Glucid.
-
Intestinul subtire
DIGESTIE
ABSORBTIE
Enzimele de la
suprafata luminala a
celulelor epiteliale ale
intestinului subtire
digera Dizaharidele in
Monozaharide
Monozaharidele sunt
absorbite de celule
prin difuzie facilitata
sau prin transport
activ secundar cu Na+ Monozaharidele
absorbite parasesc
celulele epiteliale prin
difuzie facilitata si intra
in sange.
Sistemul sanguin
distribuie nutrienti in
organism.
II.2. ABSORBTIA
GLUCIDELOR
-
Structura celular ce delimiteaz i compartimenteaz coninutul
celular
1. Constituie o barier selectiv pentru trecerea biomoleculelor i
ionilor; 2. Structur bidimensional continu (grosime de 6-9 nm), cu
proprieti
caracteristice de permeabilitate selectiv, ce confer
individualitate celulei.
II.2. ABSORBTIA
GLUCIDELOR
-
Glucoza i Galactoza sunt transportate activ prin celula
epitelial cu ajutorul proteinei transportoare numite SGLT1.
SGLT1 folosete energia gradientului de Na+ la transportul activ
al Gucozei i Galactozei.
SGLT1 transport Na+ i Glucoz sau Galactoz (cele 2 se afla in
competitie pentru traversarea marginii n perie).
Diferena de potenial a ionilor de Na+ este reglat de pompa de
Na+/K+/ATP (prezent n membrana bazolateral a celulelor epiteliale
intestinale).
Glucoza i Galactoza prsesc enterocitele la nivelul membranei
bazolaterale prin transport facilitat (mecanism pasiv).
*OPTIONAL; **Eflux = micare, scurgere a unei mase de fluid ctre
exterior.
GLUT2 = proteina transportoare responsabil pentru efluxul**
Glucozei i Galactozei.
GLUT2 apare de asemenea n ficat, rinichi i celulele
pancreatice.
Proteine transportoare pentru
Glucoza i Galactoza *
II.2. ABSORBTIA
GLUCIDELOR
-
II.2. ABSORBTIA
GLUCIDELOR
-
Absorbtia CARBOHIDRATILOR
Enterocite
II.2. ABSORBTIA GLUCIDELOR
Lumen intestinal
Sange
-
Glucoza
Transportatorii la nivel celular ai Glucozei*:
GLUT-1 (transportori ce se gsesc la nivelul muchilor si
creierului); GLUT-2 (prezeni n ficat); GLUT-3 (se gsesc la nivelul
membranelor neuronale unde particip activ
la transportul din exterior ctre interiorul neuronului); GLUT-5
(se gsesc la nivelul muchilor scheletici si adipocitelor).
Fructoza
Transportul ei este facilitat de o protein transportoare numit
GLUT-5;
GLUT-5 este specific pentru Fructoz.
Fructoza traverseaz membrana bazolateral a celulelor epiteliale
intestinale cu ajutorul aceluiai transportor folosit de Glucoz i
Galactoz GLUT2.
II.2. ABSORBTIA
GLUCIDELOR
*OPTIONAL
-
Lumen intestinal Sange
Transportori intestinali de GLUCIDE
-
Dup traversarea barierei intestinale, Monozaharidele sunt
preluate de sngele venei porte i transportate n FICAT, unde sunt
depozitate sub form de Glicogen.
~150 g Glucoz constituie o mas metabolic relativ constant a
ficatului.
In intestinul gros Glucidele neabsorbite sufer transformri prin
intermediul florei microbiene (aerobe i anaerobe).
Glucidele constituie substane nutritive pentru flora
microbiana.
Monozaharidele i Dizaharidele din alimente (ramase neabsorbite
la nivelul intestinului subtire) sunt complet absorbite n
intestinul gros.
Ce se intampla la nivelul INTESTINULUI GROS???
II.2. ABSORBTIA
GLUCIDELOR
-
1. DIGESTIA ALIMENTELOR n tubul digestiv sub actiunea sucurilor
digestive bogate n acizi i Enzime (Reactii catabolice).
Dupa transformarea macromoleculeor alimentare n precursori
simpli Absorbtie Transport prin snge spre celulele esuturilor.
2. Reacii anabolice (de biosinteza) i catabolice (de degradare)
ce au loc n interiorul celulelor.
Prin aceste reactii elementele nutritive asimilate sunt
transformate n alte biomolecule cu functii specializate.
3. Reacii catabolice ce au loc n mitocondrii (organite celulare
care joac rolul de central energetic).
REACTIILE METABOLICE implic trei etape:
In CONCLUZIE ........
-
III. Metabolismul
GLUCOZEI
Glucoza serveste in mare masura la sinteza moleculelor de
ATP.
Daca rezervele de Glucoza sunt foarte mari:
Glucoza este transformata in
Glicogen si este stocata pentru
utilizare ulterioara (Vezi
Glicogenogeneza).
Toate reaciile metabolice ale GLUCIDELOR implic Glucoza.
Glucoza este degradata prin intermediul a 3 procese
distincte:
1. Glicoliza,
2. Ciclul lui Krebs (Ciclul citratului)
3. Lanuri de oxido-reducere
-
A. Prin GLICOLIZA (conditii aerobe), Glucoza este convertita in
Acid piruvic i ATP. Glicoliza are loc in 10 etape distincte (vezi
Slide-uri 29 si 30).
B. Prin GLICOLIZA (conditii anaerobe), Piruvatul este
transformat in Lactat (in muschii
scheletici) sau in Etanol (in drojdii):
1. GLICOLIZA
III. Metabolismul
GLUCOZEI
-
1. Transferul unei gr.
fosforil de la ATP la
Glucoza
Hexokinaza,
Glucokinaza
2. Izomerizare Glucozo-6-fosfat izomeraza
3. Transferul unei gr.
fosforil de la ATP la
Fructozo-6-fosfat
Fosfofructokinaza-1
4. Scindarea leg. C3-C4,
cu obt. a 2 molecule
de Fosfat de Trioza
III. Metabolismul
GLUCOZEI 1. GLICOLIZA*
* De stiut primele 4 etape si etapa 10; cele
intermediare = FACULTATIVE.
-
5. Interconversia rapida a
Trioz-fosfatilor
6. Oxidare si fosforilare
7. Transferul unei gr. fosforil la
ADP, cu obt. ATP
8. Transfer intramolecular al
gr. fosforil
9. Deshidratare, cu obt.
unui ester enolic
10. Transferul unei gr. fosforil la
ADP, cu obtinere ATP
III. Metabolismul
GLUCOZEI 1. GLICOLIZA
-
Piruvatul urmeaza in general una din
cele 5 cai:
1. Convertire in Acetil CoenzimaA.
Acetil CoA este utilizata in diferite cai metabolice (Ex:
oxidarea completa a
AcetilCoA la CO2 in ciclul acidului
citric).
2. Transformare in Oxaloacetat (prin
carboxilare)
Oxaloacetatul este intermediar in ciclul acidului citric, dar si
in
sinteza Glucozei.
3. In conditii anaerobe, Piruvatul este
redus la Etanol (care este ulterior
eliminat din celule).
4. In anumite specii, Piruvatul este
redus la Lactat.
Lactatul poate fi transportat catre celule care il converteste
Piruvat
(pentru a intra din nou intr-unul
din caile metabolice).
Metabolismul ulterior al Piruvatului
(format prin Glicoliza)
III. Metabolismul
GLUCOZEI
5. In toate speciile, Piruvatul poate fi
convertit la Alanina.
-
GLICOLIZA. Conversia anaeroba a
Piruvatului in Etanol (in drojdie)
Anumite microorganisme fermenteaza Glucoza
in Etanol (prin intermediul Piruvatului)
!!!! De cunoscut cele 2 etape (baza
fermentatiei alcoolice):
1. Decarboxilarea Piruvatului, cu obt.
Acetaldehidei;
2. Reducerea Acetaldehidei, cu obt.
Etanolului.
Informatii OPTIONALE
III. Metabolismul
GLUCOZEI
-
Cuprinde o serie de reacii biochimice care au ca finalitate tot
degradarea Glucozei.
Reactiile se desfasoara in mitocondrii.
Anumiti produsi de degradare (obtinuti in reactiile anterioare)
sufera ulterior reactii de oxido-reducere.
Reacii-cascad care au loc n membrana interna a mitocondriilor
Furnizeaz o mare cantitate de energie sub forma de ATP.
III. Metabolismul
GLUCOZEI
2. Ciclul lui Krebs (Ciclul citratului)
3. Lanuri de oxido-reducere
-
Calea principala prin care organismele mamiferelor pot SINTETIZA
Hexoze pornind de la diferiti precursori cu 3 atomi de carbon
(Ex:
Piruvat, Lactat, Glicerol, Aminoacizi glucogenici).
Gluconeogeneza = cale metabolica prin care in citosulul
celulelor hepatice are loc BIOSINTEZA Glucozei pornind de la
Piruvat.
Gluconeogeneza se desfasoara majoritar in FICAT (90%), dar si in
RINICHI.
FICATUL este singurul organ care (chiar si in cazul unui
aport
insuficient de Glucide), poate furniza organismului necesarul
de
componente Glucidice.
Metabolitii comuni rezultati din CATABOLISMUL Glucidelor,
Proteinelor
si Lipidelor formeaza in FICAT fond metabolic ce serveste la
sinteza Glucozei si a Glicogenului.
GLUCONEOGENEZA
III. Metabolismul
GLUCOZEI