Metabolismul lipidic – Curs I
Definiţie Lipidele sunt: - biomolecule organice - insolubile în apă - se pot extrage din celule şi ţesuturi cu solvenţi organici nepolari. Funcţii biologice -
componente structurale ale membranelor oferă rezerve de energie înveliş protector al multor organe componente ale suprafeţei celulare implicate în recunoaşterea celulară, în specificitatea de specie şi imunitatea tisulară. unele sunt vitamine şi hormoni
Clasificarea lipidelor Structural lipidele se împart în:
I.
Lipide simple :
a) esteri ai acizilor graşi cu glicerina (triacilgliceroli)
b) esteri ai acizilor graşi cu alcooli superiori monocarboxilici (ceruri)
II.
Lipide complexe:
a) glicerofosfolipide - esteri ai glicerinei cu acizi graşi - compuşi azotaţi - un rest de acid fosforic b) sfingolipide: conţin- un alcool complex(sfingozina) - acizi graşi -compuşi azotaţi -un rest de acid fosforic Exemple: 1. Fosfolipide(lecitină,cefalină) 2. Glicolipide 3. Sulfatide 4. Aminolipide 5. lipoproteine 1
III. Derivaţi ai lipidelor - compuşi rezultaţi prin hidroliza lipidelor simple şi complexe. Exemple: - acizii graşi: - saturaţi - nesaturaţi - glicerina - steroizi - aldehide grase - corpi cetonici Structura şi proprietăţile acizilor graşi saturaţi
Acizii graşi sunt elemente constitutive ale diferitelor clase de lipide. În stare liberă acizii graşi se întâlnesc în cantităţi mici în celule şi ţesuturi. Acizii graşi conţin -un lanţ de hidrocarbură saturată sau nesaturată -grupare carboxilică terminală. Acid gras saturat
Acid gras nesaturat
Acizii graşi din lipidele plantelor şi animalelor superioare cuprind un număr par de atomi de C, în majoritate lanţuri formate din 14-22 atomi de carbon.Acizii graşi saturaţi pot exista într-un număr infinit de conformaţii datorită faptului că legătura simplă permite rotaţia liberă a atomilor de carbon.Forma cea mai probabilă este cea extinsă, cu un conţinut minim de energie. Acizii graşi nesaturaţi prezintă conformaţia cis. În cazul acizilor polinesaturaţi dublele legături nu sunt niciodată conjugate.
Acizii graşi sunt: - insolubili în apă - solubili în solvenţi nepolari, de asemenea ei se solubilizează în NaOH şi KOH cu formare de săruri numite săpunuri. - nu absorb lumina nici în vizibil nici în UV - prin încalzire cu KOH acizii graşi polinesaturaţi pot fi izomerizaţi în acizi graşi cu duble legături conjugate, formă sub care absorb lumina UV între 230-260 nm.
2
Acizii graşi nesaturaţi dau reacţii de adiţie la legătura dublă. Reacția de hidrogenare
Adiţia de halogeni (iod) are utilitate practică în determinarea numărului de duble legături din acizii graşi liberi sau din acizii graşi care alcătuiesc lipidele.
Acizi monoenoici
Acizi polienoici
Acizii linoleic, linolenic și arahidonic sun acizi grași esenţiali.
3
Digestia lipidelor:
În cavitatea bucală – Trigliceridele nu se supun modificărilor deoarece saliva nu conţine enzime digestiei lor. Celulele situate în apropierea papilelor circumvalate din mucoasa linguală( glandele Ebner) formează lipaza,ce hidrolizează trigliceridele (în absenţa sărurilor biliare şi la un pH=4). Poate avea importanţă la bolnavii cu insuficienţă pancreatică. Un rol deosebit îndeplineşte la nou născutul prematur,la care lipaza pancreatică lipseşte. sugari, lipaza linguală –hidrolizează trigliceridele în poziţia 3 – 1,2 diglicerid În stomac – digestia are loc doar la copiii sugari (pH sucului gastric = 5) – sub acţiunea lipazei gastrice se hidrolizează trigliceridele din lapte. La adulţi are loc în intestinul subţire. 1. Prezenţa enzimelor lipolitice 2. Condiţii pentru emulsionarea lipidelor 3. pH optim pentru acţiunea enzimelor (neutru sau slab alcalin) În intestin - chimul gastric este neutralizat de bicarbonaţii sucului pancreatic şi intestinal. Grăsimile se supun emulsionării sub acţiunea sărurilor acizilor biliari şi enzimelor lipolitice. sărurilor acizilor biliari se amplasează la suprafaţa grăsime-apă împedică separarea acestor 2 faze. Peristaltismul intestinului ajută la fărîmiţarea picăturilor mici de grăsime, iar sărurile acizilor biliari le menţin în stare suspendată, împedicând contopirea picăturilor mici de grăsime. Grăsimile ingerate constau într-o varietate de lipide din care majoritare sunt fosfolipidele şi triacilglicerolii. Circa 15% din triacilgliceroli sunt hidrolizaţi în stomac de către o lipază secretată de către celulele secretoare gastrice. Ceea ce rămâne din triacilgliceroli şi fosfolipide, este hidrolizat în intestinul subţire de către enzime secretate de celulele acinare ale pancreasului. Acestea includ o fosfolipază şi o triacilglicerol lipază.Lipaza pancreatică acţionează asupra micelelor de triacilgliceroli .Sărurile biliare acţionează asupra picăturilor mari de lipide pentru a le transforma în micele de mici dimensiuni. Lipaza este o proteină de 4
46kDa care se inserează ea însăşi în interfaţa de pe suprafaţa micelelor, împreună cu colipaza, un cofactor proteic de 10 kDa care este esenţial pentru activitatea enzimatică. În imaginea A, în absenţa lipidelor, regiunea „capac” a lipazei („lied”) acoperă centrul activ dar, în prezenţa lipidelor (imaginea B), capacul este retras spre procolipaza. Lipaza îndepărtează cei doi acizi graşi dinspre exterior, dând naştere la monoacilglicerol. Acizii graşi şi monoacilglicerolul sunt transportaţi în celulele ce căptuşesc peretele intestinal. După absorbţie, acizii graşi sunt convertiţi în acid gras CoA prin reacţie. Acid gras CoA poate apoi reacţiona cu monoacilglicerolul pentru a reforma triacilglicerol care este apoi încorporat în chilomicroni. Triacilglicerolul se formează şi în celulele intestinale, din glicerol-3-fosfat şi acid gras CoA.
La nivelul microvililor - enterocitelor, lipidele se desfac din structura micelelor şi trec în enterocit. Sãrurile biliare se desfac din structura micelelor şi rãmân în lumenul intestinal pentru a forma noi micele. În prezenţa lor se absorb 97% din lipide, pe când în absenţa lor, se atinge un procent de numai 50 - 60%. În enterocit: -acizii graşi şi monogliceridele refac rapid trigliceridele, menţinând un gradient de concentraţie, între lumenul intestinal şi celulã,favorabil absorbţiei; - colesterolul liber absorbit în enterocit este convertit la colesterol esterificat. O parte din trigliceride sunt formate din glicerofosfatul rezultat din catabolismul glucozei. Trigliceridele şi cea mai mare parte a colesterolului esterificat formeazã împreunã cu fosfolipidele şi protein hidrosolubile specifice (apo-proteine), complexe denumite chilomicroni (chilocromi). Chilomicronii sunt eliberaţi pe la polul bazal enterocitelor prin exocitozã şi trec în limfã. Datoritã marii cantitãţi de chilomicroni din limfaticele intestinale,acestea se mai numesc şi vase chilifere, iar limfa - chil. Chilomicronii trec din limfã în sânge, unde persista cca 6 ore.
5
Acizii graşi cu lanţ scurt (ca cei din lipidele untului) sunt direct absorbiţi de capilarele sanguine din vilozitãţi, de unde trec în sângele portal. Acizii graşi cu lanţ lung sunt convertiţi în trigliceride în enterocit. În lipsa enzimelor pancreatice, ca şi în cazul lipsei sãrurilor biliare,digestia şi absorbţia lipidelor este alteratã şi deficitarã (lipidele se eliminã în scaun,determinând aspectul steatoreic al acestuia)
Activarea acizilor graşi se face cu consum de ATP şi participarea CoA cu formare de tioesteri, ce nu penetrează membrana internă. Pentru traversarea barierei are loc o transesterificare de pe CoA pe o moleculă carrier numită carnitină.
Pentru activarea şi transportul acizilor graşi saturaţi sunt necesare anumite enzime: - tiokinaze (acil CoA -sintetaze) - acil CoA-transferaze. Aceste enzime se găsesc în membrana mitocondrială externă, intramitocondrial precum şi în microzomi. Activarea acizilor graşi se realizează în membrana mitocondrială externă, după care are loc transferul acidului gras activat cu ajutorul canitinei în mitocondrie, unde pune în libertate carnitina şi acidul gras intră în procesul de β-oxidare propriu-zis
6
Oxidarea propriu-zisă (β- oxidarea)
Procesul de β-oxidare sau ciclul lui Lynen se desfăşoară în mitocondrie. Etapele procesului de β-oxidare sunt următoarele: - dehidrogenarea de tip α- β - aditia stereospecifică a moleculei de apă - dehidrogenare - clivare α- β (tioliză)
Degradarea acizilor graş prin β-oxidare are loc pe o cale alcătuită din 2 reacţii de dehidrogenare, întrerupte de o hidratare şi o scindare prin tioliză, când se pierd 2 atomi de C sub formă de acetil- CoA. Restul obţinut, mai scurt cu e atomi de C repetă calea până este integral degradat la acetil- CoA. Acidul gras se oxidează total până la CO2, apă şi energie. Pentru oxidarea acidului palmitic care este format din 16 atomi de C, acesta trece de 7 ori prin procesul de β-oxidare propriu-zisă, rezultând la final 7 molecule de acetil-CoA. Bilanţul energetic pentru oxidarea aciduli palmitic este următorul: - Din cele 8 Ac-CoA ----- 8 x 12 ATP = 96 ATP - În fiecare tur de β-oxidare se formează 5 ATP---- 7 x 5ATP = 35 ATP - În procesul de activare se consumă 1 ATP - Total: 130 ATP / moleculă de acid palmitic oxidat. - Pe lângă procesul de β-oxidare se mai cunosc şi alte procese de oxidare a acizilor graşi cum ar fi: α-oxidarea şi Ω- oxidarea.
7
Catabolismul acizilor graşi cu număr impar de atomi de carbon Oxidarea acizilor graşi cu număr impar de atomi de carbon se realizează după acelaşi model ca şi β-oxidarea Presupune aceleaşi etape: - activarea, - transportul în mitocondrie, - integrarea în β-oxidare. În final se ajunge la un rest cu 5 atomi de carbon. Acesta se scindează la acetil –CoA şi propionil-CoA.
Propionil-CoA se transformă în succinil-CoA, care intră în TCA
Biosinteza acizilor graşi:
Biosinteza acizilor graşi saturaţi se realizează din acetil-CoA (precursorul principal) Procesul are loc predominant în: ficat ţesutul adipos glandele mamare ale animalelor superioare. Procesul de biosinteză diferă de cel al oxidării acizilor graşi: - Biosinteza acizilor graşi -în citosol - oxidarea acizilor graşi -în mitocondrii. Prezenţa citratului este necesară pentru obţinerea unor viteze maxime de sinteză, dar nu este cerută pentru oxidarea lor. CO2 este esenţial pentru sinteza acizilor graşi în extractele celulare, deşi nu este încoporat în acizii nou sintetizaţi. Aceste observaţii au dus la concluzia că sinteza acizilor graşi se realizează cu un grup de enzime total diferit de cel folosit la oxidarea acizilor graşi. Reacţia de sinteză a acizilor graşi este catalizată de un sistem multienzimatic complex din citosol, numit complexul sintetazei acizilor graşi.
Biosinteza acidului palmitic Precursorul esenţial al acizilor graşi este acetil-CoA. din cele 8 unităţi acetil necesare pentru biosinteza acidului palmitic - numai una este furnizată de acetil-CoA - restul sunt furnizate sub formă de malonil-CoA, formată din acetilCoA şi HCO3- într-o reacţie de carboxilare. restul acetil şi cele 7 resturi malonil sunt supuse unor trepte succesive de condensare care eliberează 7 CO2 formând acidul palmitic. 8
Singura moleculă de Ac-CoA necesară procesului serveşte ca iniţiator, cei doi atomi de C ai acestei grupări acetil devenind atomii de C terminali ai acidului format. Creşterea lanţului acidului gras începe la gruparea carboxil a acetil-CoA şi continuă prin adiţia succesivă a resturilor acetil la capătul carboxil al lanţului care creşte. Fiecare rest acetil este obţinut dintr-un rest de acid malonic, care pătrunde în sistem sub formă de malonil-CoA. Al 3-lea atom de C al acidului malonic este eliminat sub formă de CO2. Intermediarii acil al procesului de alungire a lanţului sunt tioesteri, dar nu ai CoA, ca în cazul oxidării acizilor graşi, ci ai unui conjugat proteic, numit proteină acil-transportoare (PTA). Această proteină poate forma un complex cu cele 6 enzime implicate pentru sinteza completă a acidului palmitic. În majoritatea celulelor eucariotelor, toate proteinele complexului sintetazei acizilor graşi sunt asociate într-un grup multienzimatic.
Sursa de atomi de carbon
Principala sursă de carbon = acetil-CoA formată în mitocondrii prin - decarboxilarea oxidativă a piruvatului -degradarea oxidativă a unor aminoacizi - oxidarea acizilor graşi cu lanţuri lungi Acetil-CoA nu poate trece ca atare din mitocondrie în citosol. Citratul format în mitocondrii din acetil-CoA şi oxalil-acetat, poate să treacă prin membrana mitocondrială în citoplasmă pe calea sistemului de transport tricarboxilat.
În citosol acetil-CoA este regenerată din citrat sub acţiunea ATP-citrat liazei, care catalizează reacţia: Citrat + ATP + CoA = acetil-CoA + ADP + Pa + oxalil-acetat
Formarea de malonil-CoA Malonil-CoA se formează din acetil-CoA şi bicarbonat în citosol, prin acţiunea acetil-CoA carboxilazei.
Atomul de C al bicarbonatului devine carbonul carboxilic distal sau liber al malonil-CoA. Acetil-CoA carboxilaza este o enzimă ce conţine biotină ca grupare prostetică Biotina legată covalent este transportor intermediar al unei molecule de CO2, într-un ciclu de reacţii în două trepte.
9
Reacţia catalizată de acetil-CoA carboxilaza (enzimă allosterică) este etapa reglatoare care limitează viteza în cadrul biosintezei acizilor graşi. Citratul este modulatorul pozitiv al acestei reacţii deplasând echilibrul între monomerul inactiv şi polimerul activ, în favoarea celui din urmă. Reacţia acetil-CoA carboxilazei este de fapt mai complexă . Unitatea monomerică a enzimei conţine 4 subunităţi diferite. Una dintre aceste subunităţi, biotin-carboxilaza (BC), catalizează prima treaptă a reacţiei totale şi anume carboxilarea resturilor de biotină legată de a doua subunitate, care se numeşte proteina transportoare biotin-carboxil (PTBC).
Resturile de biotină ale proteinei transportoare de carboxil servesc ca pârghii în transportul ionului bicarbonat de pe subunitatea biotin-carboxilzei la acetil-CoA, care este legată la situsul activ al subunităţii carboxil-transferazei. Trecerea de la forma monomerică inactivă a acetil-CoA carboxilazei la forma polimerică activă a enzimei are loc când citratul este legat de cea de-a patra subunitate a fiecărui monomer.
Reacţiile sistemului sintetazei:
După formarea malonil-CoA, urmează sinteza acizilor graşi într-o secvenţă de 6 trepte succesive, catalizate de 6 enzime ale complexului sintetazei acizilor graşi. Cea de-a şaptea proteină din sistem, nu are activitate enzimatică, ea este proteină transportoare de acil, de care este ataşat covalent lanţul de formare a acidului gras. Complexul acid gras-sintetazei este un dimer: Fiecare monomer conţine 2 grupări – SH una aparţine 4-fosfopantoteinei din ACP (Acyl-Carrier-Protein) alta unei cisteine din β-cetoacilsintetazei Cei 2 monomeri sunt astfel aranjaţi încât în apropierea ACP-SH dintr-un monomer se găseşte o grupare Cis-SH din cetoacilsintetaza. Biosinteza acidului gras începe prin legarea unei molecule de acetil-CoA de gruparea Cis-SH, catalizată de acetil-transacilaza. Malonil-CoA se combină cu gruparea –SH a 4-fosfopantoteinei legată de ACP din celălalt monomer în prezenţa malonil-transacilazei. În continuare acetilul atacă gruparea metilen din malonil, reacţie catalizată de βcetoacil-sintetaza cu eliberarea de Co2 şi formarea de β-cetoacil enzima. Gruparea SH a cisteinei rămâne liberă. Prin reacţia de decarboxilare se eliberează energie necesară condensării şi desfăşurării secvenţei de reacţii. Gruparea cetoacil legată de enzimă este redusă, deshidratată, redusă din nou pentru a forma acil enzima saturată. 10
Reacţiile sunt analoage celor din β-oxidare, cu deosebirea că β-hidroxiacidul este izomerul D(-), iar donorul este NADPH. În continuarea a nouă grupare malonil atacă gruparea SH a fosfopantoteinei deplasând restul acil saturat la gruparea SH liberă a cisteine. Secvenţa de reacţii se repetă de 7 ori, de fiecare dată fiind încorporat un rest malonil, până la formarea acidului palmitic. Reacţiile procesului de biosinteză sunt următoarele:
Ecuaţia globală de obţinere a acidului palmitic este: Acidul palmitic format pentru a putea fi încorporat într-o cale metabolică este activat în prezenţa de tiokinază şi ATP la palmitil-CoA. Moleculele de NADPH necesare reacţiilor de reducere se formează prin oxidarea glucozo-6-fosfatului pe calea fosfogluconatului. Etapele ce conduc la biosinteza acizilor graşi diferă de cele implicate în oxidarea acizilor graşi astfel: 1. localizarea intracelulară 2. tipul de transportor de grupări acil 3. forma sub care sunt adăugate sau îndepărtate unităţile cu 2 atomi de carbon 4. specificitatea faţă de NADP+ a reacţiei β-cetoacil β-hidroxiacilului 5. configuraţia stereoizomerică a intermediarului β-hidroxiacil 6. sistemul acceptor-donor de e- ai etapei crotonil-butiril 7. răspunsul la citrat şi HCO3-
11
Metabolismul fosfo- si lipidic – Curs II
În organism acizii graşi sunt: - neesterificaţi(AGL) - esterificaţi cu glicerolul în trigliceride şi fosfolipide sau cu colesterol formând esteri de colesterol. Triacilgliceroli (trigliceride ) sunt grăsimi neutre, esteri ai glicerolul cu trei diverşi acizi graşi. Rolul în organism: -stocare de energie -de a elibera la nevoie acizi graşi pentru procesele de oxidaţie din ţesuturi
Metabolismul lipidelor simple Biosinteza acilglicerolilor Acilglicerolii sunt sintetizaţi de : -organismul animalelor -plantele superioare Sinteza are loc în majoritatea ţesuturilor, dar importanţă practică prezintă ficatul şi ţesutul adipos. Precursorii pentru sinteză sunt: - glicerol-3-fosfatul - acizii graşi activaţi sub formă de acil-CoA. Glicerina este activată prin fosforilare la glicerol-3-fosfat în prezenţă de glicerolkinază şi ATP. Enzima este prezentă în : - ficat - rinichi - mucoasa intestinală - glanda mamară în lactaţie Enzima este absentă în : -muşchi -ţesutul adipos. În ţesuturile în care enzima este absentă sursa de glicerină o formează dihidroxiacetonfosfatul, intermediar din glicoliză. Transformarea dihidroxiacetonfosfatului în glicerin-3-fosfat se face în prezenţă de NADH şi glicerin-3-fosfat dehidrogenaza.
12
Acizii graşi : -sunt activaţi prin transformarea lor în derivaţi de CoA în prezenţă de ATP şi CoASH -reacţie catalizată de tiokinază. Astfel în prezenţă de acil-CoA, glicerin-3-fosfat şi transferaze specifice se formează ca intermediar 1,2-diacilglicerolfosfatul (acidul fosfatidic). Reacţia are loc în 2 trepte (acidul fosfatidic este intermediar atât în sinteza acilglicerolilor cât şi a fosfolipidelor). Pentru a fi convertit în triacilglicerină acidul fosfatidic este hidrolizat în prezenţa unei fosfataze. În mucoasa intestinală există a cale alternativă care pleacă de la 2-monoacilglicerină. Aceasta în prezenţa unui acil-CoA şi a monoacilglicerinaciltransferazei este convertit la 1,2diacilglicerină. Triacilglicerina se formează cu participarea diacilglicerintransferazei şi a unei molecule de acil-CoA.
În ţesuturile în care este absentă glicerina se porneşte de la dihidroxiacetonfosfatul rezultat din glicoliză.
13
Catabolismul triacilglicerolilor
Primul pas în degradarea triacilglicerolilor îl constituie hidroliza legăturii ester (lipoliza) în prezenţa unor enzime numite lipaze. Se cunosc triglicerolipaze deosebite prin localizare şi funcţie. lipaza pancreatică este localizată în sucul pancreatic şi ajută la digestia triacilglicerolilor din alimentaţie lipaza hormon sensibilă este localizată în adipocite şi serveşte la mobilizarea lipidelor lipoproteinlipaza este localizată în capilare şi ajută la utilizarea triacilglicerolilor în lipoproteine lipaza hepatică este localizată în ficat şi are rol în catabolismul lipoproteinelor. În ţesutul adipos hidroliza triacilglicerolilor are semnificaţie cantitativă şi reprezintă procesul de mobilizare a lipidelor cu eliberarea acizilor graşi liberi în plasmă. Aceştia sunt captaţi de ţesuturi şi utilizaţi în scop --energetic - sinteza lipidelor proprii. - Ţesutrul adipos conţine mai multe lipaze. Hormonii au rol lipolitic (catecolaminele), acţionează prin intermediul c-AMP printr-un mecanism analog cu cel responsabil de stimularea glicogenolizei - Lipoliza este un proces hidrolitic care se desfăşoară în trepte
Etapa limitantă de viteză este reacţia de îndepărtare a primului rest de acid gras dinTAG, catalizată de lipaza adipolitică sau lipaza hormon-dependentă
Metabolismul lipidelor complexe Glicerofosfolipide ( conţin glicerol ) Structură -glicerol esterificat cu 1 sau 2 acizi graşi -grupare fosfat esterificată cu un compus de azot sau inozitol Rol - Sunt o componentă a membranelor biologice - Participă la solubilizarea colesterolului în bilă - Menţinerea suspensiilor de lipide din plasmă(chilomicroni şi lipoproteine) A. Biosinteza glicerofosfolipidelor Acidul fosfatidic -precursor comun pentru două căi separate în biosinteza glicerofosfolipidelor: 1.acidul fosfatidic se activează cu CTP şi formează CDP-diacilglicerina, care apoi reacţionează cu componenta polară (inozitol, serina, fosfatidilglicerina) formând glicerofosfolipidele respective. 2.acidul fosfatidic sub acţiunea fosfohidrolazei pierde fosfatul şi trece în 1,2-diacilglicerol, care reacţionează apoi cu formele activate ale bazelor cu formare de cefaline şi lecitină. În ambele căi citidin-trifosfatul are rol de activator.
14
B. Biosinteza glicerofosfolipidelor plecând de la acid fosfatidic Această cale este specifică bacteriilor, dar este utilizată şi de ţesuturile animal în special pentru biosinteza cardiolipinei şi a fosfatidilinozitolului. Activarea acidului fosfatidic cu citintrifosfat (CTP) are loc sub acţiunea fosfatidil-citidil-transferazei.
În bacterii CDP-diacilglicerina reacţionează cu gruparea OH a serinei şi formează fosfatidilserina.
Fosfatidilserina printr-o reacţie de decarboxilare trece în fosfatidiletanolaminei (cefalina), care mai departe în urma unui proces de metilare formează fosfatidilcolina (lecitina).
15
CDP-diacilglicerolul reacţionează cu inozitolul în prezenţa CDP-diacilglicerol-inozitoltransferazei formând fosfatidilinozitolul. Prin fosforilarea grupărilor OH din inozitol în prezenţă de ATP şi o unei kinaze rezultă formele fosforilate: -fosfatidilinozitol-4-fosfat -fosfatidilinozitol-4,5-bifosfat. Ultimul este considerat mesager de ordinul II care sub acţiunea unor efectori (hormoni neurotransmiţători) determină răspunsuri specifice la nivel celular. Fosfatidilcolina cu 2 resturi de palmitil este componentul principal al surfactantului pulmonar ( compus tensioactiv) ce acoperă alveolele pulmonare care contribuie la efectuarea în bune condiţii a schimburilor gazoase. Sindromul de detresă respiratorie (boala membranelor hialine la nou născut) este asociată cu producţie insuficientă de surfactant. Reprezintă 15% din decesele la nou născut. Fosfatidiletanolamina – abundent în ţesutul nervos.
Cardiolipina :
Se găseşte în o Mitocondrii o cloroplaste o bacterii. Se sintetizează de la CDP-diacilglicerol care reacţionează cu glicerin-3-fosfat şi formează fosfatidilglicerolfosfat. Acesta sub acţiunea unei fosfataze pierde fosfatul formând fosfatidilglicerina care este precursorul cardiolipinei. Fosfatidilglicerolul reacţionează cu o nouă moleculă de CDP-diacilglicerol şi formează difosfatidilglicerolul.
16
C. Biosinteza glicerolfosfolipidelor plecând de la 1,2-diacilglicerol • Pe această cale se sintetizează lecitina şi cefalina în ţesuturile animale. • În acest caz acidul fosfatidic pierde radicalul fosfat şi se transformă în 1,2diacilglicerină care este acceptorul de fosforil-bază. Rolul CTP este de a activa bazele azotate. D. Biosinteza fosfatidilcolinei (lecitina)şi fosfatidiletanolaminei(cefalina) 1. În prima etapă, bazele (etanolamina şi colina) se fosforilează în prezenţă de ATP şi a unei kinaze specifice, apoi reacţionează cu CTP formând CDP-colina, respectiv CDPetanolamina. 2. În ultima etapă baza fosforilată este transferată pe diacilglicerol cu formarea fosfolipidei şi eliberarea CMP.
Această cale de sinteză a lecitinei se mai numeşte şi cale de recuperare, deoarece lecitina provenită din alimente în urma catabolismului eliberează colina, care poate fi reciclată în acest sens.
17
În ţesuturile animale lecitina se formează şi prin metilarea succesivă a fosfatidiletanolaminei sub acţiunea unui donor de metil (SAM), care trece în SAH. Metilarea are loc în ficat având ca substrat unic fosfatidiletanolamina (cefalin) şi depinde de disponibilitatea faţă de SAM.
E. Biosinteza fosfatidilserinei În ţesuturile animale sinteza fosfatidilserinei constă în înlocuirea enzimatică a etanolaminei din cefalină cu serina. Reacţia este reversibilă întrucât fosfatidilserina se poate decarboxila şi reface fosfatidiletanolamina. Fosfatidiletanolamina în continuare se metilează şi formează lecitina. Toate aceste transformări au drept scop formarea de lecitină pentru sistemul nervos şi creier, care necesită cantităţi sporite de lecitină.
Catabolismul glicerofosfolipidelor
Degradarea glicerofosfolipidelor este un proces complex catalizat de enzime numite fosfolipaze. Locul de acţiune a fosfolipazelor asupra diferitelor legături din molecula substratului. o Fosfolipaza A1 scindează legătura ester din poziţia 1 a fosfolipidei eliberând acidul gras. o Fosfolipaza A2 acţionează asupra legăturii ester din poziţia 2 eliberând acidul gras nesaturat(prezent în sucul pancreatic)
Prin îndepărtarea unui acid gras din glicerofosfolipide rezultă lizoglicerofosfolipide, care sunt intermediari în metabolismul glicerofosfolipidelor. se găsesc în concentraţii mici în celule şi ţesuturi în concentraţii mari sunt toxice au acţiune distructivă asupra membranelor datorită proprietăţii lor tensioactive. Asupra lizofosfolipidelor acţionează lizofosfolipaza care îndepărtează acidul gras rămas şi formează glicerol-fosforil-baza. Fosfolipaza C atacă legătura ester din poziţia 3 eliberând 1,2-diacilglicerolul şi baza fosforilată. 18
Fosfolipza D hidrolizează baza şi eliberează acid fosfatidic. În urma acestei reacţii este posibil schimbul de baze prin transfer între fosfolipide. • Scindarea diferitelor părţi componente ale fosfolipidelor se face cu viteze diferite, astfel că degradarea parţială poate fi urmată de resinteză. De exemplu, catabolismul lecitinei poate avea loc pe mai multe căi. • o cale importantă constă în hidroliza de către fosfolipaza A2 a acidului gras din poziţia 2 - se formează de lizolecitină, care fie că este reciclată, fie că suferă catabolism în continuare până la glicerolfosfat şi colină. Lizolecitina se poate forma şi pe o cale alternativă care implică lecitincolesterol-aciltransferaza (LCAT). Enzima -se găseşte în plasmă şi probabil în ficat -transferă acidul gras din poziţia 2 a lecitinei pe colesterol, formând colesterol esterificat la nivelul lipoproteinelor plasmatice.
Fosfolipaza A2 care scindează acidul gras nesaturat din poziţia 2 furnizează astfel acizi graşi nesaturaţi pentru sinteza prostaglandinelor, tromboxanilor şi leucotrienelor. În pancreatita acută fosfolipaza A2 trece în sânge unde transformă lecitinele în lizolecitine a căror proprietăţi hemolizante stau la baza anemiilor din pancreatite. Fosfolipaza B care scindează acizii graşi din poziţia 1 sau 2 a lizofosfolipidelor are rol şi în resinteza fosfatidilcolinei, conform următoarei reacţii: Toxinele bacteriene conţin fosfolipaza C care degradează lecitinele la digliceride şi fosfocolină.
Sfingolipidele sunt:
- lipide complexe -se găsesc în cantităţi mari în -creier -ţesut nervos Toate au ca unitate structurală - ceramida (formată dintr-un aminoalcool, sfingozina, şi un acid gras) -componentă polară.
19
Exemplu: • Prin acilarea grupării amino din sfingozină cu un acid gras cu catena lungă rezultă Nacilsfingozina sau ceramida.
Rolul - sursă de energie (datorită acizilor graşi) -componente ale membranei celulare (nervoasă) -participă la coagularea sângelui -sunt transportori de electroni şi componente ale mitocondriilor, unde au loc procesele de oxido- reducere -rol în fiziologia SNC În funcţie de componenta polară se clasifică în: A. Sfingomieline: care conţin ca grupare polară fosforilcolina sau fosforiletanolamina -componente ale membranei mielince
B. Glicosfingolipide: care au ca grupare polară una sau mai multe oze. -nu conţin grupare fosfat 1. Cerebrozidele –cele mai simple glicosfingolipide neutre ce conţin o glucoză sau o galactoză – se găseşte abudent în substanţa albă a creierului; în ţesutul nervos periferic 2. Gangliozidele - cele mai complexe glicosfingolipide - sunt prezente în celulele ganglionare ale SNC şi în ţesutul nervos periferic - componenţi ai membranelor celulare Degradarea sfingolipidelor 20
Sfingolipidele sunt degradate de către sfingomielinază, o enzimă care îndepărtează restul de fosforilcolină. Cerebrozidele şi gangliozidele sunt hidrolizate de către hidroxilaze, care îndepărtează câte un rest de oză de la capetele nereducătoare ale lanţului glucidic. Arilsulfatazele îndepărtează resturile sulfat din molecule. Toate acestea sunt enzime lizozomale a căror deficit determină boli lizozomale. Aceste boli se caracterizează prin acumularea în ţesuturi a substratului de lipide a căror enzime de degradare sunt deficitare şi se numesc sfingolipidoze. sfingomieline - boala lui Niemann-Pick cerebrozide - boala lui Gaucher gangliozide - boala Tay-Sachs
Metabolismul lipidic, colesterol–Curs III Metabolismul colesterolului
Colesterolul este un sterol major în organism se găseşte în cantitate mare în ficat, piele, creier, sistem nervos, corticosuprarenală, aortă. intră în structura membranelor celulare lipoproteinelor plasmatice punct de plecare - biosinteza acizilor biliari - hormonilor steroizi - vitaminei D3. -este de origine -exogen provine din alimentaţie (0,3g/zi), (gălbenuş de ou, carne, ficat, creier, unt -endogen provine prin biosinteză
21
Biosinteza colesterolului Colesterolul sintetizat 50% se transformă în acizi biliari, care sunt excretaţi în bilă. parte se transformă la nivelul pielii în vitamina D3 la nivelul corticosuprarenalei în hormoni steroizi structura membranelor. Excesul se excretă o ca atare, mai întâi în bilă o în intestin unde sub acţiunea florei bacteriene se tranformă în coprostanol şi colestanol, care se elimină prin fecale. Toate ţesuturile ce conţin celule nucleate au capacitatea de a sintetiza colesterol, dar cele mai active sunt –ficatul, pielea , aorta Biosinteza colesterolului : -este un proces complex -constă dintr-un număr mare de reacţii -în faza solubilă a citoplasmei şi în microzomi. Procesul de biosinteză a colesterolului se desfăşoară în etape: • transformarea acetil-CoA în acid mevalonic • transformarea acidului mevalonic în scualen • transformarea scualenului în colesterol. În biosinteza colesterolului singura sursă de atomi de carbon este acetil-CoA. Reacţiile : se desfăşoară în faza solubilă a citoplasmei sunt catalizate de enzime, care în marea lor majoritate sunt ataşate de RE necesită prezenţa unor cofactori şi coenzime: NADH, ATP, CoA.
Etapele biosintezei colesterolului: 1. Formarea acidului mevalonic din acetil-CoA
Acidul mevalonic se formează prin condensarea a 3 molecule de acetil-CoA. În prima etapă se condensează numai 2 molecule de acetil-CoA în prezenţa β– cetotiolazei, formând acetoacetil-CoA. În continuare are loc condensarea acetoacetil-CoA cu a treia moleculă de acetil-CoA în prezenţa β–hidroxi,β-metil-glutaril-CoA-sintetazei (HMG-CoA-sintetaza) şi formează HMG-CoA. Mai departe gruparea carboxilică legată de CoA este redusă la grupare hidroxilică, cu eliminare de CoA. Reacţia are loc în prezenţa unui sistem multienzimatic catalizat de HMG-CoA-reductaza, care necesită NADPH + H+, ca donor de hidrogen. Reacţia catalizată de HMG-CoA-reductaza este etapă limitantă de viteză sau etapă reglatoare în procesul de biosinteză a colesterolului. Când colesterolul se acumulează în cantitate prea mare în celulă înhibă sinteza de HMG-CoA-reductaza.
22
2. Transformarea acidului mevalonic în scualen
Acidul mevalonic se fosforilează în 3 etape. în prezenţă de ATP şi mevalonatkinază are loc formarea de acid 5-fosfomevalonic. a 2-a etapă sub acţiunea fosfomevalonatkinazei, acidul mevalonic trece în acid 5pirofosfomevalonic. fosforilare are loc în poziţia 3 şi rezultă acid 3-fosfo-5-pirofosfomevalonic. Acesta este un compus instabil care se decarboxilează şi pierde o grupare fosfat şi rezultă izopentenilpirofosfat.
3-izopentenilpirofosfatul se izomerizează la 3,3-dimetilalilpirofosfat sub acţiunea izopentenilpirofosfatizomerazei. Dimetilalilpirofosfatul se condensează cu izopentenilpirofosfatul sub acţiunea geranilpirofosfatsintetazei şi formează geranilpirofosfatul(10atomi de C). o În continuare geranilpirofosfatul se condensează cu o nouă moleculă de izopentenilpirofosfat şi rezultă farnezilpirofosfat (15 atomi de C). o Prin condensarea reductivă a 2 molecule de farnezilpirofosfat la capetele pirofosfatice rezultă scualen (30 atomi de C).
23
3. Transformarea scualenului în colesterol
Scualenul în urma ciclizării formează primul sterol, lanosterolul. Înainte de închiderea ciclului, scualenul se hidroxilează în poziţia 3 sub acţiunea unei monooxigenaza formând 2,3-epoxidul scualenului.
Lanosterolul conţine 3 grupări metil în plus faţă de colesterol. Grupările metil sunt oxidate de către un sistem hidroxilazic microzomal ce necesită O2 şi NADPH şi sunt îndepărtate sub formă de CO2. Compusul rezultat este zimosterolul (C27 ), care diferă de colesterol prin poziţia legăturii duble din nucleul B şi printr-o legătură dublă la catena laterală. • Prin dehidrogenare şi deplasarea dublei legături, zimosterolul trece în 7dehidrodesmosterol, care este precursorul desmosterolului şi a 7dehidrocolesterolului, care sunt precursorii colesterolului.
24
Reacţiile de transformare ale scualenului în colesterol: - sunt catalizate de enzime microzomale - prezenţa a două proteine din faza solubilă a citoplasmei, numite proteine transportoare de scualen, respectiv de steroli. Rolul lor: - este de a forma complecşi solubili cu sterolii facilitând astfel reacţiile din mediul apos din celulă. Bilanţul biosintezei colesterolului : - este un proces consumator de energie - echivalenţi reducători - pentru sinteza unui mol de colesterol se consumă 18 moli de acetil-CoA, 16 moli NADPH şi 36 legături macroergice de ATP. Colesterolul eliberat este utilizat : sinteze de membrane sinteza de -acizi biliari în ficat hormoni steroizi în corticosuprarenală hormoni sexuali în gonade.
LIPOPROTEINELE Sunt complexe • •
alcătuite din componente lipidice şi proteice. Componentele lipidice: trigliceride, fosfolipide, colesterol Componentele proteice: sunt denumite apolipoproteine (Apo).
ROLUL:
Participă la păstrarea compoziţiei lipidice a membranelor Reglează procese metabolice celulare componente amfipatice a lipoproteinelor oferă situsuri de recunoaştere pentru receptorii de pe suprafaţa celulelor sunt activatori sau inhibitori ai enzimelor ce participă la metabolismul lor
25
Lipoproteinele au o structură comună miez hidrofob -lipidele nepolare (trigliceride şi esterii ai colesterolului) învelişul hidrofil - lipidele amfipatice (fosfolipide, colesterol) - apoproteinele Lipoproteinele cuprind şi cantităţi mici de glucide (sub formă de glicoproteine).
Lipoproteinele plasmatice pot fi separate prin ultracentrifugare electroforeză. Prin centrifugare au fost obţinute 4 fracţiuni 1. chilomicronii 2. Lipoproteine cu densitate foarte mică (VLDL, very low density lipoproteins) 3. Lipoproteine cu densitate mică (LDL, low density lipoproteins) 4. Lipoproteine cu densitate mare (HDL, high density lipoproteins)
26
Cantitatea de colesterol eliberată de LDL determină viteza metabolismului colesterolului, reglarea la nivel celular, astfel, excesul de colesterol acumulat în celulă acţionează prin 3 mecanisme importante: a. Înhibă sinteza de novo, adică reduce capacitatea celulei de a sintetiza colesterol, prin înhibarea sintezei enzimei HMG-CoA reductaza, în lipsa căruia celula va utiliza numai colesterol extracelular introdus prin receptori. b. Colesterolul extras din LDL facilitează stocarea lui în celulă prin activarea enzimei acil-colesterol-aciltransferazei(ACAT), care esterifică colesterolul în exces în vederea depunerii lui sub formă de picături în citoplasmă. c. Acumularea colesterolului înhibă prin mecanism feed-back sinteza de noi receptori pentru LDL. Înhibarea are loc la nivelul biosintezei proteinelor în etapa transcrierii. Absorbţia şi transportul colesterolului: Colesterolul exogen provine din alimente de natură animală în care se găseşte liber şi esterificat. Raţia zilnică a unui adult conţine 0,6-1,2g colesterol, din care se absoarb 0,3-0,4g/zi. Când concentraţia lui din hrană este mai mică, absorbţia este mai eficientă şi invers. Spre deosebire de colesterol, sterolii vegetali nu se absorb, ei sunt total excretaţi de lumenul intestinal. In lumenul intestinal colesterolul din hrană este încorporat în agragate micelare mixte formate din acizi biliari, fosfolipid şi colesterol. Colesterolul esterificat la nivelul micelelor este hidrolizat de către colesterol-esteraza pancreatică, deoarece numai colesterolul liber este absorbit de către celulele mucoasei intestinale. O parte din colesterolul este reexcretat în intestinul subţire şi eliminat prin fecale. Cea mai mare parte din colesterolul absorbit împreună cu cel sintetizat în intestin, se esterifică în celulele mucoasei intestinale sub acţiunea ACAT (acil-colesterol-aciltransferazei), enzimă ce transferă un acid gras activat pe colesterol. Colesterolul liber şi esterificat este integrat în chilomicroni, lipoproteine mari, încărcate cu trigliceride.
27
Chilomicronii ajung în sânge şi la nivel extrahepatic (ţesut adipos şi muscular) descarcă trigliceridele cu ajutorul lipoprotein-lipazei din endoteliul capilar. Chilomicronii reziduali ce conţin esteri ai colesterolului şi colesterol sunt captaţi de către ficat unde esterii sunt hidrolizaţi. Transportul şi absorţia lipidelor:
Ficatul sintetizează probeta-lipoproteinele (VLDL), care conţin trigliceride şi colesterol esterificat. Când VLDL traversează vasele capilare ale ţesutului adipos şi muscular cedează trigliceridele, iar particulele rămase, de talie mică, ce conţin esteri ai colesterolului sunt aşa-numitele lipoproteine cu densitate intermediară (IDL). IDL dispar rapid din circulaţie, în aproximativ 2-6 ore de la formarea VLDL, în urma interacţiunii lor cu ficatul. Acesta extrage colesterolul din IDL şi-l utilizează pentru sinteza de VLDL şi acizi biliari. Lipoproteinele IDL care nu sunt utilizate de către ficat rămân în circulaţie şi după un timp apoi se disociază şi devin beta-lipoproteine. o IDL reprezintă fracţiunea care conţine cea mai mare proporţie de colesterol. Transportul colesterolului de la ţesuturile extrahepatice la ficat se face de către α– lipoproteine (HDL), care se sintetizează în ficat şi intestin. La nivelul HDL are loc esterificarea colesterolului din plasmă printr-o reacţie de transesterificare între acidul gras din poziţia 2 a lecitinei şi colesterol. Reacţia este catalizată de LCAT (lecitin-colesterol-aciltransferaza). Esterii colesterolului de pe HDL sunt transferaţi pe LDL, apo pe IDL pentru a fi reciclaţi. • HDL sunt apoi catabolizate de către ficat şi intestin. • HDL şi LCAT au rolul de a purifica ţesuturile extrahepatice de colesterol. În final, tot colesterolul este apoi excretat în bilă, fie ca atare, fie ca acizi biliari.
28
Transportul şi absorţia lipidelor:
Transportul lipoproteinelor:
Concentraţia normală de colesterol plasmatic la adult este în medie de 200mg%. Există variaţii în funcţie de vârstă, sex (mai crescută la bărbaţi decât la femei până la menopauză), în funcţie de alimentaţie şi variază de la un individ la altul. Aproximativ 65% din colesterolul plasmatic se găseşte sub formă esterificată. Determinările de colesterol se fac a jeun, adică la 12-14 ore de la ultima masă, când în mod normal în plasmă nu există chilomicroni şi există puţine probeta-lipoproteine (VLDL). În aceste condiţii colesterolul este conţinut în cea mai mare parte în fracţiunea LDL şi HDL. Creşterea colesterolului plasmatic sau hipercolesterolemia apare în diferite boli cum sunt: hipercolesterolemia familială şi ateroscleroza. • Hipercolesterolemia familială este o boală genetică ce se caracterizează prin creşterea beta-lipoproteinelor şi a colesterolului în plasmă. • Ateroscleroza este o boală ce se caracterizează prin depunerea de colesterol esterificat pe pereţii arterelor sub formă de plăci numite ateroame. Acest fapt duce la îngustarea lumenului capilarelor şi în cele din urmă la apariţia infarctului.
29
Metabolismul lipidic, colesterol–Curs IV
Degradarea nucleului steranic în compuşi simpli nu are loc în organism, el se elimină sub formă de derivaţi ai steranului, inactivi biologic. Astfel, în funcţie de ţesut, colesterolul suferă următoarele transformări:
Sterolii neutri parte din colesterolul exogen se excretă ca atare prin intestin, fără să fie absorbit. O altă parte se transformă în intestinul gros sub acţiunea florei bacteriene în steroli neutri: coprostanol şi colestanol, care se elimină prin fecale. Acizii biliari Formarea acizilor biliari primari are loc în ficat, prin introducerea grupelor hidroxil în molecula colesterolului şi scindarea catenei laterale. În urma acestei transformări (hidroxilare şi scindarea catenei laterale) rezultă acizii biliari sub formă activată cu CoA şi anume: a. colil-CoA b. chenodezoxicolil-CoA Urmează apoi conjugarea cu glicocolul şi taurina cu formarea de acizi biliari primari: glicocolic, glicochenodezoxicolic taurocolic, taurochenodezoxicolic
Acizii biliari sunt excretaţi în bilă unde datorită mediului alcalin vor forma săruri biliare de Na şi K.
Din bilă acizii biliari sunt deversaţi în intestin. La nivelul intestinului o parte din acizii biliari primari sunt transformaţi sub acţiunea florei bacteriene în acizi biliari secundari. Aceste transformări constau din conjugarea prin hidroliza glicocolului şi a taurinei şi îndepărtarea grupării OH din poziţia 7. Astfel acidul colic trece în acid dezoxicolic, iar acidul chenodezoxicolic trece în acid litocolic. 30
În condiţii normale un om sintetizează 200-500mg acizi acizi biliari pe zi. Rata sintezei este reglată de cantitatea de acizi biliari care se reîntorc din intestin în ficat, pentru a se înlocui pierderile de acizi biliari eliminaţi prin intestin. În acest fel, rezervorul de acizi biliari rămâne constant. Acizii biliari primari şi secundari din intestin sunt reabsorbiţi în proprţie de 99% şi se reîntorc prin circulaţia portală la ficat. De la ficat sunt reexcretaţi în bilă, apoi în intestin, efectuând aşa-numitul ciclu enterohepatic. În condiţii normale zilnic parcurg acest ciclu 3-5g acizi biliari din care numai 1% sunt excretaţi prin fecale. Funcţiile acizilor biliari : 1. Datorită proprietăţilor tensioactive, acizii biliari au rol în emulsionarea grăsimilor la nivelul intestinului, favorizând digestia şi absorbţia lor, precum şi a vitaminelor liposolubile: A, D, E şi K. 2. Acizii biliari activează lipaza pancreatică şi colesterolesteraza pancreatică. 3. De asemenea împreună cu lecitinele contribuie la solubilizarea colesterolului sub formă de micele din bilă. 4. Acizii biliari au acţiune coleretică, de stimulare a secreţiei biliare şi acţiune colagogă, de contracţie a vezicii biliare. 5. Trecerea colesterolul de la ficat în vezica biliară este acompaniată de secreţia simultană de fosfolipide şi acizi biliari. 6. Dacă acest proces este perturbat şi prin urmare nu are loc solubilizarea colesterolului care trece în vezica biliară, precipită formând calculi. Biotransformarea colesterolului în vitamina D3 Colesterolul la nivelul pielii se transformă în 7-dehidrocolesterol sau provitamina D3, care sub acţiunea radiaţiilor UV formează vitamina D3. Vitamina D3 sau colecalciferolul face parte din grupul vitaminelor D, substanţe liposolubile care au acţiune antirahitică la copil şi previn osteomalacia la adult. Vitamina D se formează prin iradiere cu lumina UV a sterolilor nesaturaţi din plante şi animale. Astfel, din ergosterol rezultă ergocalciferolul sau vitamina D2, iar din 7-dehidrocolesterol rezultă colecalciferol sau vitamina D3.
31
Omul are 2 surse de vitamine: exogenă din alimente endogenă din fotoliza 7-dehidrocolesterolului din piele Vitaminele D2 sau D3 din alimente se absorb la nivelul intestinului sub formă de micele, apoi este transformată în sânge de o globulină specifică şi ajunge la ficat. În ficat vitamina D3 este hidroxilată în poziţia 25 de către o hidroxilază specifică, rezultând calciferol, care este metabolitul principal din circulaţie.
Importanţa acizilor graşi esenţiali în alimentaţie a fost subliniată de la începutul secolului prin experienţe pe animale. Carenţa determină: - tulburări de: -creştere - reproducere -dermatite -rezistenţa scăzută la stres -deficienţe în transportul lipidelor Sunt substanţe biologic active şi îndeplinesc în organism roluri multiple. 1. se găsesc în lipidele structurilor celulare 2. implicaţi în menţinerea integrităţii membranei mitocondriale 3. găsesc în cantitate mare în organele de reproducere 4. intră în structura fosfolipidelor Eicosanoidele- grup de compuşi ce derivă din acizii graşi eicosanoidici. Cuprind: 1. prostanoidele - prostagladinele (PG) - tromboxanii (TX) - prostaciclinele (PC). 2. leucotrienele (LT). Prostaglandinele au fost descoperite prima dată în plasma seminală, de unde şi numele, iar ulterior au fost găsite în toate ţesuturile. Prostaglandinele sunt : compuşi foarte activi biologic în concentraţie de numai 1 μg/l produc contracţia musculaturii netede. structural derivă din acizi graşi cu 20 de atomi de carbon, care pot avea în moleculă 3,4 sau 5 duble legături. Din aceşti precursori derivă A. prostaglandinele primare seria E, PGE, care prezintă la carbonul C9 o grupare cetonică, iar la carbonul C11 o grupare hidroxilică seria F, când au în ambele poziţii C9 şi C11grupări hidroxilice. B. prostaglandinele secundare derivă prin modificări enzimatice din prostaglandinele din seria E.
32
Exemple de prostaglandine naturale:
Cel mai frecvent precursor al prostaglandinelor este acidul arahidonic, care este foarte răspândit în ţesuturi. Acesta sub sub acţiunea unei ciclooxigenaze se transformă într-un endoperoxid ciclic (PGG2) care este precursorul imediat al prostaglandinelor, tromboxanilor şi al prostaciclinelor.
Obţinerea prostaglandinelor din acidul arahidonic se face pe calea ciclooxigenazei. Sub influenţa acestei enzime acidul arahidonic se transformă într-un endoperoxid ciclic (PGG2).
Sinteza acidului arahidonic Derivat al acidului linoleic Este prezent la nivelul membranelor celulare Se eliberează prin activarea fosfolipazei A2
33
Ciclooxigenaza este o hemoproteină, cu o activitate dublă: dioxigenazică (încorporează O2 în substrat) peroxidazică (descompune peroxidul).
TX conţin în structura lor ciclul piranic (TXA2 şi TXB2) TXA2 este sintetizat de PGH2 de către sintaza tromboxanică microzomală. Structura chimică: o LT (LTA-LTE) – cuprind în structura lor mai multe legături duble, trei fiind conjugate.
Cele mai active la om sunt LTA4. Cicloxigenaza poate să fie înhibată de aspirină şi indometacin, care sunt antiinflamatori nesteroidieni. Blocând ciclooxigenaza, antiinflamatoarele nesteroidiene opresc biosinteza prostaglandinelor, dobândind astfel eficienţa terapeutică în tratamentul proceselor inflamatorii. Acidul arahidonic necesar sintezei prostaglandinelor este rezultat din fosfolipidele membranare sub acţiunea fosfolipazei A2, care poate să fie înhibată de corticosteroizi cu efect antiinflamator. Tot din acid arahidonic se pot sintetiza şi alte eicosanoide cum ar fi: prostaciclinele, tromboxanii şi leucotrienele.
34
Schema biosintezei eicosanoizilor:
Acţiunea biologică a prostaglandinelor este extrem de complexă. o Uneori diferitele prostaglandine au efecte opuse şi din interacţiunea lor rezultă echilibrele biologice ale anumitor funcţiuni ale organismului. Prostaglandinele acţionează atât asupra adenilatciclazei cât şi asupra guanilatciclazei, influenţând biosinteza AMPc şi GMPc.Prin intermediul acestor mesageri secunzi influenţează secreţia unor glande endocrine cum sunt: tiroida, suprarenalele, ovarul, paratiroidele. o Alţi hormoni cum sunt: bradikinina, acetilcolina, histamina stimulează şi ei sinteza de prostaglandine. Deasemenea o excitare sau o lezare a membranelor celulare declanşează biosinteza de prostaglandine prin eliberarea de acizi graşi nesaturaţi din fosfolipide. Principzlele efecte ale prostaglandinelor sunt: lipolitic efectul asupra apei şi electroliţilor, de unde decurge intervenţia prostaglandinelor şi asupra metabolismului Ca, stimulând activitatea osteoclastelor şi producând hipercalcemie influenţează contracţia musculaturii netede, îndeosebi a uterului gravid, precum şi a aparatului respirator şi a tractului gastrointestinal. Efectele metabolice multiple ale prostaglandinelor deschid căi variate de utilizare a lor în terapeutică. în tratamentul astmului bronşic, a ulcerelor, a bolilor cardiovasculare sunt utilizate pentru declanşarea travaliului în sarcinile ajunse la termen sunt implicate în procesele inflamatorii Unele medicamente antiinflamatoare nesteroidiene, cum este de exemplu aspirina care îşi datoreză acţiunea farmacodinamică capacităţii lor de a inhiba sinteza prostaglandinelor Procesul de degradare a prostaglandinelor se realizează rapid prin : 1. oxidare la carbonul 15 2. β–oxidarea acidului gras, începând de la capătul ce conţine gruparea carboxilică, COOH. Viaţă biologică scurtă: 1. TXA2 are T1/2= 30 secunde, şi suferă o hidroliză rapidă, nonenzimatică la inactivul TXB2. 2. Prostaciclina (PGI2) - T ½ - 3 minute la 37 °C şi pH 7,5 şi este convertită printr-o hidroliză nonenzimatică la forma inactivă. 35
Prostaglandinele clasice sunt eliminate la nivelul plămînului Principalii derivaţi sunt 15-ceto- iar ai prostaciclinelor 6 ceto-, care se elimină cu urina.
Corpii cetonici sunt produşi în cantităţi mari în ficat, de unde trec prin difuziune în sânge. În anumite condiţii metabolice ficatul produce cantităţi mari de acid acetilacetic şi acid β– hidroxibutiric. Acidul acetilacetic suferă o decarboxilare spontană şi trece în acetonă. Aceşti 3 compuşi sunt cunoscuţi sub denumirea de corpi cetonici.
Acidul acetilacetic şi hidroxibutiric sunt în echilibru, acesta fiind controlat de raportul NAD+/NADH din mitocondrie. În sânge raportul acid betahidroxibutiric/acid acetilacetic este cuprins între 1:1 şi 1:10. Concentraţia normală de corpi cetonici din sânge este de sub 1mg%, iar eliminarea lor prin urină este de sub 1mg/24 de ore. Cantităţi peste valorile normale în sânge (cetonemia) şi eliminarea lor în urină (cetonuria) reprezintă o stare cunoscută sub numele de cetoză. Condiţia de cetoză este asociată cu deplasarea hidraţilor de carbon utilizabili, cuplată cu mobilizarea acizilor graşi liberi. Deoarece acidul acetilacetic are caracter acid pronunţat, excreţia prin urină poate duce la la cetoacidoză, care poate să fie fatală într-un diabet netratat. În vivo, ficatul pare să fie singurul organ care produce cantităţi semnificative de corpi cetonici, iar ţesuturile extrahepatice le utilizează ca substrate respiratorii. Fluxul de corpi cetonici de la ficat spre ţesuturile extrahepatice se datoreşte unui mecanism enzimatic de producere în ficat, cuplat cu o activitate scăzută a enzimelor responsabile în utilizarea lor; în schimb în ţesuturile extrahepatice situaţia se inversează. Enzimele responsabile de formarea corpilor cetonici sunt localizate în mitocondrie. Substratul cetogenezei este acidul acetilacetic, care rezultă din fragmentul C4 terminal rezultat prin oxidarea acizilor graşi în ficat, fie prin reversarea reacţiei catalizată de tiolază.
Dezactivarea acetoacetil-CoA la acetoacetat se poate realiza pe două căi.
Prima cale este deacilarea acetoacetil-CoA în prezenţa acetoacetil-CoA deacilazei, conform reacţiei:
36
A doua cale este aceea prin care are loc condensarea unei molecule de acetoacetil-CoA cu o moleculă de acetil-CoA cu formare de β–hidroxi-β-metilglutarilCoA, catalizată de HMG-CoA sintetaza. Acesta este scindat în prezenţa β–hidroxi-β-metilglutaril-CoA liazei mitocondriale cu formare de acetoacetat.
Ambele enzime sunt localizate în mitocondriile hepatice, locul de formarea a corpilor cetonici. Acetoacetatul format poate fi transformat în beta-hidroxibutirat în prezenţa betahidroxibutirat-dehidrogenazei. Ficatul dispune de echipamentul enzimatic necesar sintezei corpilor cetonici, dar nu dispune de cel necesar în reactivarea lor pentru a putea fi metabolizaţi. Acest proces are loc în ţesuturile extrahepatice şi se poate realiza pe două căi. o Una din căi presupune reacţia acetoacetatului cu succinil-CoA în prezenţa succinilCoA-acetoacetat-CoA transferazei.
o Cea de-a doua cale activează acetoacetatul în prezenţă de ATP şi CoA şi acetoacetatkinază.
În mod normal corpii cetonici sintetizaţi în ficat reprezintă substrate uşor metabolizabile pentru ţesuturile extrahepatice unde sunt scindaţi în acetil-CoA în prezenţa tiolazei şi oxidaţi prin ciclul citric. o Oxidarea corpilor cetonici în ţesuturile extrahepatice se face proprţional cu concentraţia lor în sânge. Până la o concentraţie de 70mg% ei sunt oxidaţi, peste această valoare, capacitatea oxidativă a sistemului de degradare este depăşită, concentraţia va creşte şi vor fi eliminaţi prin urină.
37
Hormonii steroizi – Curs V
38
Sistemul nervos şi sistemul hormonal
Prin mijloacele proprii dar interdependente au rolul de a coordona răspunsurile celulelor,ţesuturilor la semnalele venite din mediul extern sau intern. În sistemul hormonal comunicarea moleculară se face între - o celulă (endocrină) care produce şi secretă o moleculă semnal (hormon) - ce celulă situată la distanţă (celula ţintă) Hormonul fiind transportat între celula secretorie şi celula ţintă prin sistemul circulator. Sistemul hormonal e alcătuit din -glande endocrine -hormoni circulanţi -ţesuturile ţintă. De regula hormoni sunt produşi de - celule - grupuri de celule specializate unuia sau a mai multor hormoni (glande endocrine). Toate celelalte ţesuturi (ficat, rinichi, inimă etc.) au capacitatea de a elibera molecule semnal pentru alte celule. O celulă aptă să răspundă la un semnal hormonal e denumit celula ţinta pentru acel hormon. Unii hormoni acţionează - în mod specific numai asupra unui tip de celule alţii constituie semnale externe pentru o varietate mai mare de celule.
Transportul hormonilor
-pe cale sanguină -circulă în plasmă în stare liberă( hormoni peptidici şi catecolaminele) - transportaţi de proteine specifice (hormoni steroidici, hormoni tiroidieni, vitamina D şi formele sale active ). Proteinele de transport au specificitate înaltă pentru un hormoni sau un grup de hormoni. -
Reglarea secreţiilor hormonale
Secreţia unui hormon suferă fluctuaţii în raport cu diverşi factori. Eliberarea hormonului dintr-o celulă secretoare este controlată prin funcţionarea unor mecanisme de feed-back. Majoritatea glandelor endocrine ( tiroida, gonadele, cortexul andrenalelor ) sunt controlate prin intermediul hipofizei anterioare care produce hormoni tropi, cu funcţie de reglare a activităţii glandei periferice. Nivelurile plasmatice ale hormonilor periferici variază în mod invers cu cele ale tropinelor hipofizare. Relaţiile feed-back între adenohipofiza şi glandele endocrine aflate sub controlul acesteia se stabilesc atât direct cât şi prin intermediul hormonilor hipotalamici care stimulează eliberarea de tropine sau inhibă eliberarea acestora. Secreţia hormonilor hipotalamici este controlat prin feed-back negativ atât de hormonul glandei periferice, cât şi de tropina hipofizară. Hipotalamusul primeşte impulsuri pentru secreţia hormonilor proprii din regiunile învecinate ale sistemului nervos central, realizându-se o interconectare neuroendocrină. Activitatea secretorie a paratiroidei, a pancreasului endocrin este reglată de parametrul biologic pe care îl controlează, glicemia, calcemia. Creşterea glicemiei declanşează eliberare de insulină cu acţiune hipogilcemiantă. Parathormonul este eliberat cu răspuns la hipocalcemie, că prin acţiunea sa hipercalcemiantă să redreseze calcemia.
39
Hormoni steroizi
• sunt toți derivați din colesterol. Cu excepţia de vitamina D, conţin toți acelaşi inel ciclopentanopenantren şi sistemul de numerotare ca la colesterol. Etapa reglatoare a transformării colesterolului cu C27 la C 18 -, 19 -, şi 21 la hormoni steroizi (nomenclatura desemnată de C cu un număr care indică numărul de atomi de carbon, de exemplu, C19 pentru androstan) este clivajul ireversibil al C6 din colesterol, care produce pregnenolona (C21) și izocaproaldehida .
40
Mecanismul de acţiune a hormonilor steroizi:
Caracteristici: • substanţe apolare • traverseaza uşor membrana celulară • în citoplasmă se fixează de structuri proteice receptoare specifice peptide monocatenare . Capătul - polar -hormoni -bazic N-terminal (lizină,arginină,histidină) - ADN-ul nuclear. Pentru manifestarea efectelor, complexele formate sunt: • activate-fosforilarea peptidului receptor (proteinkinaza). • inactivate-defosforilare (fosfoproteinfosfataza). Ionii molibdenici inhibă activitatea enzimei,ca urmare prelungesc activitatea hormonilor steroizi. În urma fosforilării lor complexele receptor-hormon se transportă prin intermediul canalelor reticulului endoplasmatic în nucleu,unde se fixează de ADN. • Cuplarea este inhibată competitiv de vitamina B6. • Prin această translocaţie hormoni steroizi îşi exercită efectele asupra materialului genetic. Aceste acţiuni se manifestă prin: depresare a unor gene temporar modificarea funcţiilor unor gene în acţiune. Moleculele hormonilor se eliberează din complexul fixat pe ADN,peptidele vehiculate se descompun.
41
Hormoni care reglează metabolismul calciului Concentraţia Ca în lichidul extracelular este mentinut la valori constante în ciuda fluctuaţiilor în aport, excreţia şi depozitarea Ca în oase. Homeostaza Ca extracelular este asigurat de hormonul paratiroidian, calcitonina şi 1,25dihidroxi-colecalciferolul, care acţionează asupra osului, rinichiului şi intestinului. • 1,25-dihidroxi-colecalciferol: » -derivat al vitaminei D3. » -un hormon liposolubil cu o structură înrudită cu a steroizilor şi mecanismul de acţiune la nivel celular este similar. » -ţesutul ţintă este intestinul unde promovează absorbţia Ca şi a fosfatului, translocarea din lumen în spaţiul extracelular.
Hormonii steroizi sunt secretaţi de: • Corticosuprarenală (mineralocorticoizi, glucocorticoizi, hormonii sexuali) • testicul (hormonii androgeni) • ovar (hormonii estrogeni) • placentă (hormonii luteali)
42
Glandele suprarenale sunt alcătuite din două regiuni distincte cu origini embriologice, având structuri şi funcţii diferite. Porţiunea o corticală ( 90% din glandă) se dezvoltă din mesoderm şi produce hormoni de natură steroidică. o medulara este de origine nervoasă elaborează substanţe numite catecolamine: dopamine noradrenalina (norepinefrina) adrenalina (epinefrina)
Hormonii steroizi au la bază, ca şi colesterolul scheletul ciclopentanoperhidrofenantrenic. • Catena laterală este mai scurtă decât la colesterol sau lipseşte complet,molecula formată din 21,19,18 atomi de C. Hidrocarbura policiclică cu 1. 21 atomi de C de la care derivă hormonii CSR şi luteali se numeşte pregnan. 2. 19 atomi de C de la care derivă hormonii androgeni se numeşte androstan.Au în poziţia 17 o grupare ceto (17 cetosteroizi ). 3. 18 atomi de C de la care derivă hormonii estrogeni se numeşte estran.
43
Sursa de colesterol pentru sinteza hormonilor steroizi
Sinteza porneşte de la colesterol. Sub acţiunea unei hidrolaze din colesterol esterificat se desprinde colesterolul liber. Un cărăuş proteic îl transporta în mitocondrii. Sub acţiunea unei colesterol-desmolaze se transformă în pregnenolon. Pregnenolonul în REN trece în progesteron printr-un proces de dehidrogenare. Progesteronul în: - zona glomerulară formează aldosteron. - zona fasciculată şi reticulară formează cortizoli şi androgeni
44
Sinteza hormonilor steroizi: • Pregnenolona se transforma prin 3 căi diferite în funcție de tipul de hormoni ( mineralcorticoizi, glucocorticoizi sau androgeni) care urmează sa fie sintetizați:
În cortexul suprarenal se află un număr mare de steroizi, dar aceia care sunt secretaţi în cantităţi suficiente pentru a exercita acţiuni hormonale sunt: glucocorticoizi - cortizolul efecte asupra metabolismului glucidic lipidic, proteic mineralocorticoizi - aldosteronul metabolismului mineral hormonii sexuali -dehidroepiadrenosterona - androstendiona -estrogeni cu influenţă redusă asupra procesului de reproducere Insuficienţa corticosuprarenaliană este cunoscut sub numele de boala Addison şi este o afecţiune în care se sintetizează o cantitate insuficientă de hormoni steroizi. Boala se caracterizează prin scădere în greutate,oboseală,hipotensiune, modificări ale pielii cu zone de hiperpigmentare. Lipsa unei terapii de substituţie hormonală cu steroizi poate provoca moartea (în 1-2 săptămâni).
Hormonii glucocorticoizi
Cortexul suprarenalei, la adult este alcătuit din trei zone distincte histologic: 1. un strat exterior (zona glomerulară)secretă mineralocorticoizi. 2. unul median (zona fasciculată) 3. zona reticulară Zona fasciculata şi zona reticulară produc glucocorticoizi şi hormonii sexuali. Zona externă şi cele două zone interne se comportă ca două unităţi separate prin produsele secretate şi prin mecanisme reglatori.
Cortizolul:
- exercită asupra metabolismului intermediar multiple acţiuni, anabolice şi catabolice după: o natura ţesutului o a stării organismului o în funcţie de concentraţiile altor hormoni
45
Acţiunea cea mai clară este: – stimularea gluconeogenezei hepatice – asupra proteinelor hepatice are acţiune anabolică. – inhibă trecerea glucozei sanguine în ţesutul adipos, în muschi, ceea ce duce la hiperglicemie. – la nivelul ţesutului adipos, cortizolul exercită actiune lipolitică, cu eliberare de glicerol şi acizi graşi în sânge. – creşterea ratei metabolismului proteic determină sporirea excreţiei azotului rezultat şi inducţia enzimelor din ciclul ureogenetic Cortizolul în sângele circulant este aproape în totalitate legat proteic. – mică parte este fixat de albumină – 90% vehiculat de transcortina(CBP cortisol binding protein) – produs în principal în celulele zonei fasciculate şi modic la nivelul zonei reticulate. – poate fi transformat reversibil în cortizon, produs cu activitate biologică mică În afara efectelor metabolice, la concentraţii mai mari decât cele fiziologice, cortizolul (hidrocortizona) exercită acţiuni antiinflamatoare şi imunosupresive care stau la baza utilizării terapeutice a corticosteroizilor sau a compuşilor înrudite obţinuţi prin sinteză.
• Structura
Hidrocortizon
☺ Aldosteronul
Participă la menţinerea homeostazei hidrice şi electrolitice. Ţesutul principal, ţintă, pentru aldosteron, este rinichiul, la nivelul tubilor renali (distali şi colectori). Se produce în zona glomerulară ,dar intermediarii sintezei acestui hormon ,corticosteron,18 hidrocortizon este posibil să fie produşi şi în zonele fasciculată şi reticulată. Creşte: - absorbţia activă de sodiu - reabsorbţia pasivă a clorului - eliminarea potasiului Retenţia de sodiu antrenează şi retenţia osmotică de apă. Controlul secreţiei de aldosteron are loc prin mecanisme distincte de acelea care operează în cazul glucocorticoizilor. Acest control se realizează prin sistemul renină-angiotensină care are un rol deosebit în reglarea fluidului extracelular şi al presiuni sanguine. Aldosteronul creşte reabsorbţia Na+ în tubii renali, cu eliminarea ionilor K+ şi H+.
46
El stimulează în condiţii normale retenţia de Na + în glandele sudoripare şi în celulele mucoase ale colonului. Secreţia de aldosteron este stimulată de volumul lichidului extracelular. Hiposodemia, hipovolemia, şi reducerea consecutivă a presiunii de distensie la nivelul unor receptori renali aparatul juxtaglomerular localizat în pereţi arteriolelor aferente determină secreţia de renină. Renina acţionează asupra angiotensinogenului, o globulină produsă în ficat şi eliberează angiotensina I. Sub acţiunea enzimei de conversie se transformă în angiotensină II. Aceasta acţionează direct asupra zonei glomerulare a cortexului suprarenal şi determină secreţia de aldosteron. Efectul este cel de creştere a retroresorbţiei de sodiu pe tot traiectul tubilor renali şi de favorizare a eliminării ionilor de potasiu şi de hidrogen.
Aldosterona:
Sunt hormoni steroizi reprezentaţi de :
- testiculari - androgeni - ovarieni - estrogeni - progesterona.
Sunt transportaţi în plasmă sub formă legată de proteine transportoare specifice proteine fixatoare a hormonilor sexuali(sex hormon binding protein ).
☺ Hormoni androgeni
Principalul hormon androgen testicular este testosteronul, dar testiculul mai secretă cantitate mică de dihidrotestosteronă Sunt hormoni sexuali masculini sintetizaţi de celulele interstiţiale (Leydig) din testicul.
47
Alţi steroizi produşi de cortexul suprarenalei intermediari în sinteza testosteronei din testicul sunt : 1. Dehidroepiandrosterona 2. Androstendiol 3. androstendiona
Testosteronul controlează: procesele fundamentale necesare dezvoltării şi funcţionării organelor sexuale apariţiei şi intreţinerii caracterelor sexuale secundare spermatogenezei. Androgenii stimulează sinteza proteică, acţiune deosebit de puternică la pubertate, care duce la dezvoltarea oaselor şi musculaturii scheletice.
☺ Hormonii ovarieni
Aceşti hormoni sunt de două grupe: Estrogeni progesteron • Pe lângă sinteza ovariană, estrogenii se mai formează în cantităţi mici, testicul, corp galben, placentă. • În timpul gestaţiei unitatea feto-placentară sintetizează cantităţi mari de progesteronă. • Estrogenii sunt steroli cu 18 atomi de carbon (lipseşte gruparea metil din poziţia 10 ). 48
Hormoni ovarieni controlează:
-dezvoltarea aparatului reproducător feminin -apariţia şi menţinerea caracterelor sexuale secundare -reglează, ciclul ovarian, fecundaţia, gestaţia, naşterea şi lactaţia.
Estrogenii şi progesteronul acţionează fie sinergic fie antagonist.
49
This image cannot currently be display ed.
Sinteza hormoni steroizi adrenali din colesterol. This image cannot currently be display ed.
50
Sinteza hormonilor sexuali masculini de la nivelul celulelor Leydig din testicule.
P450SSC, 3β-DH3β-hidroxisteroid dehidrogenază tip 1 , şi P450c17 sunt aceleaşi enzime necesare sintezei de hormoni steroizi corticoizi 17,20-liaza are aceeaşi acţiune cu a CYP17A1 Aromataza (denumită şi estrogen sintetaza) este CYP19A1. 17-ketoreductaza denumită şi 17β-hidroxisteroid dehidrogenaza tip 3 (gene symbol HSD17B3). Numele 5α-reductazei este 5α-reductaza tip 2 (gene simbol SRD5A2).
Sinteza hormonilor sexuali feminini din ovar: Producerea testosteronului şi a androstendionei din colesterol urmează acceaşi cale de sinteză cu a hormonilor sexuali masculini. Aromataza (estrogen sintetaza) este CYP19A1.
51
METABOLISMUL PROTEINELOR Hrana zilnică trebuie să conţină un minim de proteine necesare pt sinteza de hormoni şi enzime,pentru înlocuirea proteinelor tisulare din muşchi,epiteliile cutanate,intestinale etc.şi proteinele plasmatice distruse. Produşii de catabolism ai proteinelor îl constituie amoniacul,ureea şi alte substanţe ce rezultă din metabolismul aa şi care sunt eliminaţi îndeosebi pe cale renală şi în mică măsură prin tractul digestiv. Bilanţul azotat al organismului = raportul dintre cantitatea de azot ingerată şi cantitatea de azot excretată din organism prin urină, fecale. se exprimă în g/24 ore. sunt de 3 tipuri: echilibrat - Ningerat = Nexcretat; pozitiv – cantitatea de N ingerat > N eliminat (specific pentru organisme în creştere, femeile însărcinate, lactaţie,convalescenţă); negativ – cantitatea de N ingerat< N eliminat. Bilanţul azotat al organismului negativ se întîlneşte la persoanele de vârsta a treia, inaniţie, imobilizare,exces de glicocorticoizi. Aportul alimentar de proteine la adult trebuie să menţină echilibrul azotat. Cantitate de proteine care poate să menţină echilibrul azotat este influenţat de : 1.Prezenţa glucidelor şi lipidelor în raţia alimentară -Înlocuiesc proteinele ca material energetic 2. Valoarea biologică a proteinelor Valoarea biologică mare o posedă proteinele ce au o componenţă structurală mai apropiată de cea a proteinelor umane şi care pot fi hidrolizate complet în tractul gastrointestinal. Valoarea biologică a proteinelor alimentare este determinată de 2 factori: 1.Aa ce întră în componenţa lor - de cantitatea aa esenţiali- aa care nu se sintetizează în celulele organismului ( 8 aa: valină, leucină, izoleucină, lizină, metionină, treonină, triptofan, fenilalanina). 2.capacitatea organismului de a asimila aa proteinei date. Când un aa esenţial lipseşte din hrană,organismul catabolizează proteinele proprii până când se eliberează o cantitate suficientă din aa respectiv.
52
Necesarul zilnic de proteine este de 56g proteine/zi la un adult de 70kg. Dacă nu este asigurată o cantitate adecvată de proteine apare o deficienţă de aa esenţiali. Organismul va degrada proteinele din ficat,splină, muschi determinând apariţia unor semne clinice de deficienţă proteică ca în boala Kwashiorkor. Semnele clinice caracteristice bolii sunt încetarea creşterii, edeme hipoproteice, retardare mintală,anemie,degenerescenţă grăsoasă a ficatului. Spre deosebire de glucide, ce se acumulează în muşchi şi ficat, sau lipide, ce se depun în ţesutul adipos, proteinele şi aminoacizi nu depozitează. Aminoacizi proveniţi din alimente se adaugă şi se amestecă cu ceilalţi aminoacizi liberi existenţi în organism şi pot fi utilizaţi atnci când este necesar constituind capitalul (pool-ul) metabolic al aminoacizilor. Majoritatea proteinelor în organism sunt sintetizate şi apoi degradate constant . În condiţii normale cantitatea de proteine din organism rămâne constantă deoarece rata sintezei asigură pierderile suferite . Acest proces este denumit turn-over proteinelor şi conduce la hidroliza şi resinteza a 300-400g de proteine/zi. Rata de degradare a proteinelor se exprimă prin timpul de înjumătăţire (T1/2), ce diferă de la un organ la altul(reprezintă durata după care jumătate din cantitatea proteinei date se reînoieşte). De exemplu enzimele digestive,proteinele plasmatice sunt rapid degradate având un timp de înjumătăţire măsurat în ore sau zile. Proteinele structurale precum colagenul sunt mai metabolic mai stabile cu un timp de înjumătăţire de luni sau ani.
53
Digestia şi absorbţia proteinelor Majoritatea compuşilor cu azot ingeraţi de om sunt proteine. Atunci când discutăm digestia proteinelor, implicit discutăm şi digestia compuşilor cu azot. Moleculele proteice intacte nu pot fi absorbite ca atare prin tractul gastro-intestinal la animalele adulte, decât în cazuri excepţionale şi foarte rare. Pentru a putea fi absorbite proteinele sunt hidrolizate la structuri cu molecule mai mici de aminoacizi sau peptide mici. Cu toate că proteinele au structuri complexe, ele sunt formate de un număr redus de aminoacizi (cca. 20) diferiţi, legaţi între ei prin legături peptidice. Legătura peptidică se rupe uşor conducând la un amestec de aminoacizi liberi. Teoretic, o singură enzimă specifică poate asigura scindarea legăturilor peptidice şi deci digestia proteinelor. În realitate situaţia este mai complexă, deoarece enzimele digestive prezintă a mare specificitate pentru localizarea respectivei polipeptide, localizarea punctului de hidroliză şi natura aminoacizilor, care intervin în legătura peptidică respectivă. Cu toate că în alimentaţie există în mod obişnuit milioane de proteine, ele pot fi digerate de un număr redus de enzime proteolitice, ce pot fi clasificate în 2 mari grupe: exopeptidaze şi endopeptidaze. Exopeptidazele -au rolul de a îndepărta un aminoacid de la capătul lanţului prin hidroliza unei legături peptidice -se obţine un aminoacid şi o polipeptidă cu un aminoacid mai puţin în moleculă. - exemplu: carboxipeptidaza aminopeptidaza dipeptidaza tripeptidaza Endopeptidazele -au rolul de a hidroliza în general legături peptidice din interiorul lanţului -rezultă lanţuri polipeptidice mai mici. exemplu: pepsina, (pH 1.5 – 2.5) – legătura peptidică derivată de la Tyr, Phe,legătura peptidică intre Leu and Glu tripsina, (pH 7.5 – 8.5) – legătura peptidică Lys și Arg chimotripsina, (pH 7.5 – 8.5) – legătura peptidică Phe a Tyr elastina.
54
Digestia în stomac Sucul gastric-acid clorhidric şi pepsinogen Pepsina- este sintetizată şi secretată de către celulele principale ale mucoasei gastrice în forma sa inactivă – pepsinogenul. În mediul acid al sucului gastric, pepsinogenul este activat atât prin proteoliza limitată, cât şi autocatalitic, de către pepsină. În calitate de substrat pentru pepsină servesc proteinele native alimentare sau denaturate la fierbere. - endopeptidază- atacă specific legăturile peptidice la care participă, prin grupele aminice, aminoacizii aromatici şi în măsură mai mică metionina, leucina. - produce un efect pronunţat asupra proteinelor denaturate, ce conţin grupe SH libere. Digestia în intestin Polipeptidele de dimensiuni mari sunt clivate până la oligopeptide. Proteoliza în intestin este asigurată de sucul pancreatic ce conţine endo- şi exopeptidaze în forme active. Tripsinogenul este convertit în tripsină prin detaşarea de la capătul N-terminal al unui hexapeptid. Procesul are loc sub acţiunea enterokinazei intestinale, cât şi autocatalitic (efectul enterokinazei de 2000 de ori mai pronunţat). Tripsina hidrolizeză legăturile peptidice la care participă , până la o grupare carbonil care se învecinează cu aminoacizii – arginină şi lizină. Chimotripsina se secretează în forma inactivă – chimotripsinogenul, activatori servind tripsina , ce detaşează două peptide de la lanţul compus din 245 aminoacizi, cu instituirea unei conformaţii active ce posedă legături disulfidice încrucişate. Enzima are o specificitate mai amplă, hidrolizeză legăturile peptidice formate de grupa carboxilică, a Phe, Tyr, Trp. Tripsina coagulează sângele. Elastaza se obţine din proelastază, catalizează desfacerea legăturilor formate de aminoacizi hidrofobi relativ mici – glicina, alanina, serina, e activată de tripsină.
55
Carboxipeptidaza – A este o enzimă ce conţine Zn, scindează aminoacizii aromatici mai intensiv, începând de la capătul C-terminal, decât cei alifatici. Este sintetizată în pancreas sub formă de procarboxipeptidază, activată sub influenţa tripsinei. Carboxipeptidaza – B acţionează asupra peptidelor, având la capătul C-terminal resturi de Arg şi Lys. Definitivarea hidrolizei se soldeză prin implicarea enzimelor din intestinul subţire. Aminopeptidazele – leucin aminopeptidaza – posedă o specificitate N-terminală a peptidelor. O enzimă deosebit de importantă pentru laboratorul clinic =LAP (leucinaminopeptidaza).
Nivelul acestei enzime creşte mult şi specific în afecţiunile căilor biliare, dar rămâne nemodificat în leziunile parenchimului hepatic. Deasemenea are valoare în diagnosticul diferenţial al icterului mecanic faţă de cel hepatocelular şi cel hemolitic. În ultimele 2 forme de icter, nivelul rămâne cel normal. Alanin aminopeptidaza e specifică la capătul N-terminal al alaninei. Dipeptidazele – glicil-glicin dipeptidază. Prolinaza scindează legăturile peptidice, cu participarea grupei COOH a prolinei. Prolidaza – cu participarea grupei NH a prolinei.
56
Aspecte patologice ale digestiei proteinelor Defecte ale secreţiei pancreatice = o digestie şi absorbţie a lipidelor şi proteinelor incomplete. Apar grăsimi în scaun=steatoree în-pancreatita cronică -fibroza chistică -excizia chirurgicala a pancreasului Boala celiacă=sindrom de malabsorbţie datorat unor leziuni imunologice ale intestinului. Absorbţia aminoacizilor Are loc la nivelul intestinului subţire, fiind un proces activ cu solicitări de energie, analog cu transportul glucozei şi dependent de Na+. Sângele portal îi transportă la ficat, unde iau parte la sinteza proteinelor proprii şi serice. Restul aminoacizilor din fond este distribuit prin circulaţia sistemică celorlalte ţesuturi. Absorbţia aminoacizilor prin difuzie este limitată. Transportul este mediat de proteine specializate – translocaze. Există câteva translocaze de grup ce transportă aminoacizii cu o structură analoagă: pentru -aminoacizi neutri cu molecule mici; -aminoacizi neutri cu molecule mari; -aminoacizi bazici şi cisteină -aminoacizi cu caracter acid - prolina,hidroxiprolină şi glicină
57
Translocazele în multe privinţe seamănă cu enzimele: posedă fenomenul de saturare cu substrat sunt sensibile la acţiunea unor inhibitori Sunt transportaţi numai aa cu configuraţie L Schema degradării proteinelor Proteine alimentare endopeptidaze: pepsina, tripsina, chimotripsina oligopetide exopeptidaze: N-aminoacidpeptidaza, C-aminoacidpeptidaza aminoacizi si oligopeptide catabolizati Ficat
intestin subtireunde sunt
utilizati in biosinteza proteinelor
catabolizati tesut enterohepatic -aminoacizii
utilizati in biosinteza proteinelor
Participă la formarea fondului metabolic comun al aa care vor fi utilizaţi pentru: - Sinteza proteinelor
-glucidelor -lipidelor -hormonilor -de baze azotate purinice, pirimidinice -hemului -neurotranslatorilor -porfirinelor -carnozinei -Formarea aminelor biogene
58
Metabolismul intermediar al aminoacizilor Aminoacizii sunt: substanţele cele mai importante ale metabolismului azotului în organismele heterotrofe. servesc ca sursă de energie în special prin intermediul oxidării scheletului hidrocarbonat. Metabolismul aminoacizilor se găseşte într-o stare dinamică, la fel ca şi cel al hidraţilor de carbon şi al lipidelor. Aminoacizi esențiali Aminoacizi neesențiali
Metabolismul aminoacizilor include câteva aspecte de interes medical: sinteza şi degradarea proteinelor conversia scheletului hidrocarbonat al aminoacizilor în intermediari amfibolici sinteza ureei formarea unor compuşi fiziologici activi adrenalina, noradrenalina, DOPA, dopamina, serotonina, acidul-γ-aminobutiric sau GABA, tirozina, creatina, creatinina, nucleul heminic, bazele purinice.
Catabolismul N-aminoacidic Cei cca 20 de aminoacizi care intră în structura proteinelor prezintă mecanisme: specifice comune de metabolizare Căile comune de degradare se referă -grupărilor funcţionale, aminice şi carboxilice -catenelor ternare, care în aceste etape trec prin transformări comune. Principalele mecanisme generale de transformare ale aminoacizilor sunt: transaminarea decarboxilarea dezaminarea
59
Reacțiile generale ale aminoacizilor
60
Enzimele care catalizează acest tip de reacţii se numesc aminotransferaze sau transaminaze. Cele mai multe transaminaze folosesc ca acceptor de grupare aminică, αcetoglutaratul, fiind astfel specifice pentru substratul α-cetoglutarat-L-glutamat. Specificitatea pentru donorul de grupări aminice este mai puţin strictă, decât cea pentru acceptorul de grupări aminice. Totuşi, enzimele manifestă anumite preferinţe şi astfel anumiţi aminoacizi sunt transaminaţi mai rapid decât alţii. De exemplu: aspartat transaminaza catalizează reacţia dintre acid aspartic şi acid α-cetoglutaric cu formare de acid oxalilacetic şi acid L-glutamic. Această enzimă are activitate mai mare atunci când donorul de grupări aminice este acidul L-aspartic, dar poate fi folosită şi pentru alţi aminoacizi ca şi donori. Ţesuturile animale mai conţin pe lângă aspartat-transaminază şi alte transaminze, ce folosesc tot α-cetoglutaratul ca acceptor de grupări aminice ca : alanin-transaminaza leucin-transaminaza, tirozin-transaminaza ce catalizează următoarele reacţii:
61
Reacţiile de transaminare sunt uşor reversibile, ele se pot desfăşura în ambele direcţii. Glutamatul, produsul final al majorităţii transaminărilor, cedează apoi gruparea aminică într-o serie de reacţii final, ce duc la formarea compuşilor azotaţi de excreţie. Transaminazele se găsesc în: - mitocondrii - citosolul celulelor eucariote La mamifere, aspartat transaminaza din citosol catalizează reacţiile de transaminare a diferiţilor aminoacizi cu formarea glutamatului. Glutamatul format intră apoi în matricea mitocondrială, printr-un sistem specific de transport prin membrană. Aici, glutamatul este fie dezaminat direct, fie cedează gruparea aminică oxalilacetatului, într-o reacţie catalizată de aspartat transaminaza mitocondrială, cu formarea aspartatului, donorul imediat de grupări aminice în sinteza ureei. Mecanismul de acţiune al aminotransferazelor Transaminazele au drept coenzimă piridoxalfosfatul, care poate fixa aminoacidul formând o cetimină sau baza Schiff, cu următoarea structură:
Formele active metabolic ale vitaminei B6 :
62
Hidrogenul de la C-α este eliberat ca proton, ceea ce conduce la restructurarea moleculei, cu deplasarea dublei legături şi a centrului nucleofil la C unde se fixează protonul. Acest produs este tot o bază Schiff, care prin hidroliză eliberează un cetoacid şi piridoxalfosfatul, care reintră într-un nou ciclu de reacţii. Procesul are loc în felul următor:
În enzima liberă, piridoxal-fosfatul (coenzima) se leagă de proteina enzimatică nu numai prin azotul din ciclu, ci şi prin formarea unei baze Schiff cu gruparea ε-amino a unei lizine din proteină. Piridoxal-fosfatul, legat foarte strâns, dar nu covalent de proteina enzimatică este transportorul de grupări aminice. În cursul ciclului său catalitic el suferă tranziţii reversibile între forma sa liberă de aldehidă (piridoxal-fosfatul) şi forma sa aminată (piridoxamin-fosfatul). Piridoxamin-fosfatul interacţionează cu α-cetoacid şi formează un aminoacid şi cu regenerarea simultană a piridoxal-fosfatul. Piridoxal-fosfatul format poate să reintre într-un nou ciclu de transformări. Aminoacidul substrat dislocă gruparea lizil-ε-amino din legătura cu piridoxalfosfatul, formând o aldimină substrat-piridoxal fosfat.
63
Acidul glutamic, drept colector universal de grupări aminice joacă un rol central în metabolismul aminoacizilor din două puncte de vedere. Acesta- poate prelua direct sau indirect grupările aminice de la majoritatea aminoacizilor -poate regenera, prin dezaminarea oxidativă acidul α-cetoglutaric, care devine apt să accepte grupările aminice. Exemplu:
Importanța clinică a transaminazelor Alaninaminotransferaza (ALAT sau GPT- glutamic piruvat transaminază) Aspartataminotransferaza (ASAT sau GOT – glutamic-oxaloacetic transaminază)
Creşterea nivelului seric al lor este din cauza leziunilor celulare la nivelul ţesutului afectat (sindrom de citoliză a ţesuturilor în care se află aceste enzimă) ALAT – se află în faza solubilă a celulei şi în concentraţie mult mai mari în hepatocite (raportul nivelul hepatic/nivelul extrahepatic: 10/1) ASAT – ficat, inimă,muşchii sceletici (raportul nivelul hepatic/nivelul extrahepatic: 1/1)
64
ALAT: hepatita infecţioasă hepatite antiicterice - perioada de incubare; hepatopatie toxică hepatita cronică în ciroza ficatului şi icterul mecanic cresc puţin ASAT: ↑ infarct miocardic în 95%; ↑raportului DE RITTIS (GOT/GPT, normă 1,33) ↑ activ. sale apare peste 4-6 ore, manifestându-se celor 24-36 ore; după 3-7 zile => activitate atinge valori normale. Dezaminarea oxidativă Glutamatul format sub acţiunea transaminazelor poate fi rapid dezaminat oxidativ sub acţiunea glutamat dehidrogenazei, o piridin-enzimă prezentă atât în citosol, cât şi în mitocondriile hepatocitului.
Grupările aminice colectate de la diferiţi aminoacizi de către glutamat sunt descărcate sub formă de ioni de NH4+ . În această reacţie are loc şi o dehidrogenare. Se presupune că dehidrogenarea glutamatului are loc în două etape: în prima etapă se formează α-iminoglutaratul, care în a 2-etapă este hidrolizat la cetoacid.
Enzima care catalizează această reacţie se numeşte L-glutamat dehidrogenaza. -poate folosi ca acceptor de electroni atât NAD+ cât şi NADP+, preferat fiind NAD+
65
NADH –ul format este oxidat în lanţul transportor de electroni. - are un rol cheie în dezaminarea aminoacizilor -enzimă allosterică- înhibată -ATP -GTP -NADH -stimulată - ADP -GDP. Multe organisme conţin aminoacid oxidaze flavin-dependente, care şi ele catalizează dezaminarea oxidativă a aminoacizilor. L-aminoacid oxidaza este specifică pentru dezaminarea L-aminoacizilor şi catalizează reacţia:
L-aminoacidoxidaza are ca grupare prostetică FMN strâns legată de proteina enzimatică. Se găseşte în reticulul endoplasmatic - ficat -rinichi. D-aminoacidoxidaza, prezentă în ficat şi rinichi, care oxideaza D-aminoacizii la αcetoacizii corespunzători.
Rolul D-aminoacidoxidazei este de a iniţia degradarea D-aminoacizii proveniţi din degradarea enzimatică a peptidoglicanilor din pereţii celulari ai bacteriilor intestinale, care conţin acid D-glutamic şi alţi D-aminoacizi. Formele reduse al L- şi D-aminoacidoxidazelor pot reacţiona direct cu O2 formând H2O2 şi regenerând enzimele sub forma lor oxidată.
Apa oxigenată formată este descompusă de catalază la apă şi oxigen molecular. În celulele eucariote, L-şi D-aminoacidoxidazele precum şi uratoxidaza sunt localizate în microcorpi. Tot în aceste organite se găseşte şi catalza. Din acest motiv organitele repective se mai numesc şi peroxizomi.
66
Decarboxilarea aminoacizilor Un alt mecanism de degradare a aminoacizilor îl constituie decarboxilarea sub acţiunea aminoacid-decarboxilazelor, a căror coenzimă este piridoxal-fosfatul. În urma procesului de decarboxilare se formează aminele primare corespunzătoare, numite şi amine biogene.
Pentru ca reacţia să aibă loc, şi în acest se formează o bază Schiff între aminoacid şi piridoxal-fosfat. Deplasările electronilor spre N piridinic labilizează legătura dintre Cα şi gruparea carboxilică. Are loc eliberarea unei molecule de CO2 urmată de hidroliza bazei Schiff astfel rezultate. Din hidroliză rezultă piridoxalfosfatul şi se pune în libertate amina respectivă. Mecanismul reacţiei este următorul:
67
Din decarboxilarea histidinei →histamina(vasodilatator, ↑ secreţia HCl participă în reacţiile de sensibilizare şi desensibilizare a organismului). triptofanului →5-hidroxitriptofanului→ serotonina mediator chimic,vasoconstrictor (reglarea TA,t corpului este mediator al SNC, tirozinei →tiramina (cu rol de hormoni tisulari) Din decarboxilarea treoninei →propanolamina cisteinei→ cisteamina acidului aspartic→ β-alanina, care intră în structura cobalaminei şi CoA.
Din decarboxilarea acidului glutamic se formează acidul γ-aminobutiric, important neurotrasmiţător de tip inhibitor. Fixarea lor pe membrana postsinaptică creşte permeabilitatea pt.ionul de Cl determinând hiperpolarizarea acesteia. Din decarboxilarea aminoacizilor bazici ca: lizina, ornitina, arginina rezultă cadaverina, putresceina, care sunt produşi de putrefacţie. Exemple de reacţii de decarboxilare:
68
METABOLISMUL PROTEINELOR Metabolismul amoniacului Amoniacul =produs catabolic al diverşilor compuşi. Eliminat prin sinteza hepatică de uree. Concentraţie în sânge foarte scăzută este toxic pentru SNC. Formarea şi eliminarea amoniacului Sursă de amoniac -apare în ţesuturi ca rezultat al metabolismului aminoacizilor (dezaminarea oxidativă,transaminare) - din proteinele alimentare sub acţiunea bacteriilor intestinale -sub actiunea ureazei bacteriene în lumenul intestinal. Amoniacul este absorbit din intestin pe calea venei porte și îndepărtat în întregime în ficat prin transformare în uree. -din glutamină în rinichi prin acțiunea glutaminazei renale și a glutamat dehidrogenazei . -din purine și pirimidine –grupările amino sunt indepărtate sb formă de amoniac Acest amoniac este absorbit din intestin în sângele portal venos, care conţine cantităţi mai mari de amoniac decât sângele sistemic. În condiţii normale, ficatul îndepărtează prompt amoniacul din sângele portal, astfel încât sângele ce părăseşte ficatul, este în mod virtual liber de amoniac. Este esenţial deoarece cantităţi mici de amoniac sunt toxice pentru sistemul nervos (normal în sânge se găsesc 10-20μg NH3 /100ml). Hiperazotemia Simptomele intoxicaţiei cu amoniac sunt rezultatul unei scăderi ale funcţiilor creierului manifestări greaţă vărsături letargie ataxie convulsii în cazuri mai grave comă prin hiperamoniemie (cc 100μg NH3 /100 ml) şi chiar moartea. 69
Aceste simptome sunt asemănătoare comei hepatice, când nivelul amoniacului din ficat şi probabil din creier este foarte crescut. Intoxicaţia cu amoniac pare să fie un factor etiologic în coma hepatică. Simptome asemănătoare apar şi în hepatomegalie şi în general, când funcţiile hepatice sunt puternic alterate, deoarece ficatul este sediul transformării amoniacului în uree. Mecanismul prin care amoniacul îşi exercită efectul asupra creierului nu se cunoaşte încă. Se presupune că se datoreşte descreşterii formării de ATP pe calea ciclului citric din cauza transformării unei cantităţi excesive de α-cetoglutarat în glutamat şi glutamină. Nivelul acestor metaboliţi, la fel ca şi a amoniacului este crescut în creier în decursul intoxicaţiei cu amoniac. Alterări ale proceselor de transmisie neurală datorită unor formări excesive de acid γ-aminobutiric (GABA) din glutamat pot fi, deasemenea implicate. Conţinutul de amoniac din sângele din venele renale, mai mare decât în arterele renale, indică faptul că amoniacul este produs în rinichi şi apoi trece în sânge. Excreţia în urină a amoniacului produs în celulele tubilor renali constituie un aspect semnificativ al metabolismului amoniacului renal. Producerea de amoniac este un mecanism important al tubilor renali, de reglare a balanţei acido-bazice şi conservare de cationi, fiind foarte crescut în acidoza metabolică şi scăzut în alcaloză. Amoniacul produs la nivelul rinichilor rezultă din aminoacizii intracelulari şi în special din glutamină. Eliberarea de amoniac este catalizată de glutaminaza renală, conform reacţiei:
Amoniacul poate fi excretat sub formă de săruri de amoniu. Marea majoritate este excretată sub formă de uree, care se formează în ciclul ureogenetic. 70
Amoniacul format în ţesuturi și prezent în sângele periferic în urme, este îndepărtat rapid din circulaţie sub formă de glutamină şi uree. Formarea glutaminei este catalizată de glutamin-sintetază, enzimă prezentă în cantităţi mari în ţesutul renal.
La animale, plante şi microbi există o reacţie catalizată de L-asparaginază, analoagă celei catalizate de glutaminază la om. Asparaginaza şi glutaminaza sunt utilizate în scop terapeutic ca agenţi antitumorali, deoarece tumorile necesită cantităţi mari de acid aspartic şi acid glutamic. calea majoră de îndepărtare a amoniacului la nivelul creierului este formarea glutaminei în ficat calea majoră o constituie transformarea în uree. Un adult cu o activitate normală, moderată excretă zilnic 16,5g azot. - 95% se elimină prin rinichi - 5% este stocat şi apoi eliminat prin fecale. Ureea constituie 80-90% din azotul excretat. Interconversia amoniacului şi a glutaminei, catalizată de glutaminsintetază şi glutaminază, poate fi prezentată schematic astfel:
71
Ciclul ureogenetic În cursul reacţiilor ce alcătuiesc un ciclu complet dintr-un mol de amoniac rezultă un mol de uree şi se consumă 3 moli de ATP. Reacţiile succesive sunt catalizate de 5 enzime. Carbamoil sintetaza prezentă în mitocondriile hepatice ale organismelor ureotelice, inclusiv organismul uman, catalizează sinteza carbamoilfosfatului cu consum de 2 moli de ATP.
Ornitincarbamoilaza se găseşte în mitocondriile hepatice şi catalizează reacţia de sinteză a citrulinei, pentru care are o mare specificitate.Citrulina este transportată în citosol.
72
Citrulina condensează cu aspartatul în prezenţă de argininosuccinatsintetaza formează argininosuccinatul.
Argininosuccinaza, prezentă în ţesutul hepatic şi renal al mamiferelor catalizează reacţia de scindare a argininosuccinatului în arginină şi acid fumaric, care intră în ciclul citric.
În continuare acidul fumaric intră în ciclul citric şi va suferi o reacție de hidratare în prezenţă de fumarază trece în acid malic, care la rândul său sub acţiunea malatdehidrogenazei trece în oxalilacetat. 73
Oxalilacetatul intră într-o reacţie de transaminare la care participă acidul glutamic şi transaminaza glutamico-oxalacetică(GOT), formând acidul aspartic. Deasemenea arginina formată este scindată de arginază (enzimă prezentă în ficatul tuturor organismelor ureotelice) la ornitină şi uree. Arginaza se găseşte în cantităţi mici rinichi creier glanda mamară, ţesut testicular piele. Enzima poate fi înhibată competitiv de ornitină şi lizină.
74
Ornitina rezultată poate să reia un nou ciclu, iar ureea formată este excretată urinar. Ciclul ureogenetic este o cale metabolică foarte costisitoare pentru organism, deoarece pentru fiecare moleculă de uree ce se formează se consumă 3 legături macroergice. Cantitatea de uree excretată de un adult normal prin urină este de 25-30g în 24 de ore. Această cantitate reprezintă 90% din substanţele azotate şi variază proporţional cu cantitatea de proteină ingerată. În condiţii normale excreţia de amoniac reprezintă numai de 2,5-4,5% din totalul azotului urinar. Excreţia amoniacului reprezintă o funcţie importantă în menţinerea balanţei acido-bazice. Amoniacul se formează la nivelul rinichilor unde se combină cu ionii de hidrogen formând ioni de amoniu. Conţinutul său creşte în acidoză şi scade în alcaloză. Ureogeneza este un proces semiciclic deoarece ornitina consumată în reacţia 2 este regăsită în ultima reacţie. Destinația ureei Ureea din ficat difuzează și este transportată pe cale sanguină la rinichi unde este filtrată și excretată prin urină. O parte din uree difuzează din sânge în intestin unde ureaza bacteriana o scindează în CO2 și NH3.Acest amoniac o parte este eliminat în scaun și parțial reabsorbit în sânge. In insuficiența renală nivelurile plasmatice de uree sunt crescute ceea ce favorizează transferul accentuat al ureei în intestin. Acțiunea ureeazei intestinale asupra cantității excesive de uree devine o sursă importantă de amoniac. Administrarea neomicinei reduce numărul bacteriilor intestinale. Boli metabolice legate de dereglări apărute în ciclul ureogenetic Lipsa uneia dintre enzimele care intervin în ciclul ureogenetic determină apariţia unor afecţiuni, care toate sunt cauzate de intoxicaţia cu amoniac. Acesta nu se mai poate transforma în uree, produs netoxic care se elimină. Deficitul de carbamoilfosfatsintetază este probabil ereditar şi cauzează hiperamoniemia de tip I. Deficitul de transcarbamoilază duce la apariţia enzimopatiilor congenitale. 75
Boala se numeşte hiperamonemie de tip II. În aceste cazuri în sânge, lichid cerebrospinal şi urină s-au găsit cantităţi mari de glutamină, iar în ţesuturi cantităţi mari de amoniac. Lipsa activităţii argininosuccinat-sintetazei duce la citrulinemie, o boală foarte rară. În sângele şi în lichidul cerebrospinal al pacienţilor se găsesc cantităţi mari de citrulină, iar în urină eliminarea este masivă (1-2g citrulină/24 de ore). Absenţa argininosuccinazei duce la argininosuccinurie. Enzima este absentă în creier, ficat, rinichi, eritrocite şi fibroblastele din piele. Simptomatologia se caracterizează prin hiperamonemie, vărsături letargie Comă Tratamentul constă în administrarea de arginină şi benzoat de sodiu. Absenţa arginazei conduce la hiperargininemie. Aceasta se caracterizează prin creşterea nivelului de arginină în sânge şi în lichid cerebrospinal,eliminare urinară crescută de arginină,lizină şi ornitină. Tetraplegie spastică progresivă şi retardare mentală. Arginaza cerebrospinală nu este întotdeauna absentă, uneori este mai scăzută. Tratamentul constă în dieta cu aa.esenţiali (exclusiv arginină) şi regim hipoproteic.
76
Catabolismul scheletului de atomi de carbon ai aminoacizilor Aminoacizii sunt utilizaţi alături de glucide şi lipide la acoperirea necesităţilor energetice ale organismelor animale. În condiţiile unei alimentaţii echilibrate şi în stare normală, organismul uman îşi procură cel mult 10% din necesarul de energie prin degradarea aminoacizilor. Pentru producerea de energie, scheletul de atomi de carbon al aminoacizilor este degradat oxidativ la CO2 şi H2O. S-a constatat că atomii de carbon din scheletul aminoacizilor se regăsesc nu numai în CO2 ci şi în structura glucozei şi lipidelor sintetizate endogen. Aminoacizii din care se sintetizează glucoză se numesc glucogeni, iar cei din care se sintetizează lipide se numesc cetogeni. Unii aminoacizi sunt atât glucogenici cât şi cetogenici. Caracteristici producerea de energie sinteza de lipide şi glucoză sunt transformaţi pe căi mai simple sau mai complexe în intermediari ai ciclului Krebs sau în compuşi aflaţi în strânsă legătură cu acest ciclu: oxalilacetat, α-cetoglutarat, succinil-CoA, fumarat, piruvat, acetil-CoA. Aminoacizi glucogenici Se formează: a-cetoglutarat, piruvat, oxaloacetat, fumarat sau succinilCoA
Aminoacizi cetogenici formează acetil CoA sau acetoacetat: Lizină, Leucină Aminoacizi glucogenici și cetogenici formează: a-cetoglutarat, piruvat, oxaloacetat, fumarat sau succinil-CoA și acetil CoA sau acetoacetat Izoleucină Treonină Triptofan Fenilalanină Tirozină 77
alanina, serina, cisteina și treonina sunt convertite la piruvat
aspartatul și asparagina sunt convertite la oxalacetat
unii aminoacizi sunt convertiți la a-cetoglutarat prin glutamat
78
În cazul unora dintre aminoacizi există căi specifice de trecerea spre doi dintre compuşii menţionaţi: -triptofanul la- acetil-CoA - acetoacetil-CoA -tirozina la- fumarat - acetoacetil-CoA. Schema generală de metabolizare a scheletului de atomi de C ai aminoacizilor:
Defecte în metabolizarea aminoacizilor În legătură cu metabolismul aminoacizilor sunt descrise mai multe afecţiuni cauzate în principal de defecte la sinteza unor enzime cheie. Fenilcetonuria apare atunci când lipseşte fenilalanin-hidroxilaza. Fenilalanina -nu se mai poate transforma în tirozină - se transformă în- acid fenilpiruvic, - acid fenillactic -acid fenilacetic -toxici pentru creier care se elimină parţial prin urină -produce idioţenie fenilpiruvică -depistarea precoce a bolii face posibil tratamentul.
79
-dietă cu conţinut redus de fenilalanină şi administrare de tetrahidrobiopterină (pt forma atipică)L-DOPA,5-hidroxitriptofan ameliorează evoluţia clinică,deşi răspunsul la tratament este imprevizibil. Fenilalanina este prezentă în concentraţii crescute în plasmă,ţesuturi şi urină. Retard mintal şi hipodezvoltare staturo-ponderală. Hipopigmentare –hidroxilarea tirozinei de tirozinază reprezintă prima etapă în formarea pigmentului melanină care este inhibată de nivelurile crescute de fenilalanină la aceşti pacienţi. Screening-ul neonatal determinarea cantitativă a concentraţiei plasmatice de fenilalanină .
Fenilcetonurie
80
Alcaptonurie Alcaptonuriaapare datorită absenţei homogentizatoxidazei acumularea ac.homogentizinic ,trece în urină(se colorează în negru sau albastru) Aceasta duce la pigmentarea anormală a ţesutului conjunctiv, datorită unui pigment negru ce se formează la nivelul ţesutului conjunctiv.
Albinism Albinismul- apare prin lipsa tirozinazei, enzimă ce iniţiază oxidarea tirozinei pentru formarea pigmenţilor melaninici. - pielea,părul şi irisul sunt decolorate. -prezintă o accentuată fotosensibilitate.
81
Histidinemia- apare datorită lipsei enzimei histidinamonio-liazei. -histidina se elimină parţial prin urină, parţial se transformă în acid imidazol-piruvic. -acestea duc la întârzierea dezvoltării generale şi a vorbirii. Cistinuria- apare datorită unei reabsorbţii tubulare defectuoase a cistinei - ceea ce determină eliminarea ei în cantităţi mari prin urină. -fiind puţin solubilă, cistina formează calculi
82
BIOSINTEZA AMINOACIZILOR Dintre aminoacizii cunoscuţi numai un număr de 20 prezintă importanţă pentru biosinteza proteinelor. Unele forme de viată (plante, bacterii) sunt capabile să sintetizeze toţi cei 20 de aminoacizi din intermediari amfibolici. Altele, inclusiv mamiferele şi în special omul, pot sintetiza numai o parte din ei, care au fost numiţi aminoacizi neesenţiali. Cei ce nu pot fi sintetizaţi şi care trebuie suplimentaţi prin dietă sunt numiţi aminoacizi esenţiali. Exemplu: Aminoacizi esenţiali: arginina, histidina, izoleucina, leucina, lizina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofan, valina. Aminoacizi neesenţiali: alanina, asparagina, acid aspartic, cisteina, acid glutamic, glutamina, glicina, hidroxiprolina, prolina, serina, tirozina. Sinteza de aminoacizi neesenţiali din intermediari amfibolici Alanina se sintetizează din acid piruvic printr-o reacţie de transaminare. Are rol în sinteza proteică şi de transport a grupării azot de la ţesuturi spre ficat.
Acidul glutamic se formează din acid α-cetoglutaric printr-o reacţie catalizată de L-glutamat dehidrogenază. Este o reacţie de fixare de azot.
Acidul aspartic se sintetizează din acid oxalilacetic prin reacţia de transaminare.
83
Glutamina se sintetizează printr-o reacţie glutaminsintetază, plecând de la acid L-glutamic. Reacţia necesită ATP ca şi donor de energie.
catalizată
de
către
Asparagina se sintetizează printr-o reacţie similară plecând de la acid Laspartic sub acţiunea aparaginsintetazei ATP trece, în acest caz la AMP şi PP.
În cazul serinei, în ţesutul mamiferelor coexistă două căi de biosinteză. În ambele cazuri punctul de plecare în sinteză este acidul 3-fosfogliceric, intermediar din glicoliză. Calea prin intermediul derivaţilor fosforilaţi necesită în prima etapă o dehidrogenază, apoi o transaminază şi o fosforilază. Calea prin intermediari nefosforilaţi, necesită o fosfatază şi o transaminază
84
Sinteza glicinei în ţesutul mamiferelor poate să se facă pe mai multe căi. În citosolul hepatic se găseşte glicintransaminaza care transformă acidul glioxilic şi acizii glutamic şi aspartic în glicină. La mamifere există două căi importante de sinteză a glicinei -de la -colină -serină. În cea de a doua cale- serina suferă o reacţie de hidroximetilare în prezenţa tetrahidrofolatului. Betaina şi metiltetrafolatul funcţionează ca donori alternativi de metil în conversia homocisteinei la metionină.
Glicina este implicată în multe reacţii anabolice( altele decât sinteza proteică) sinteza bazelor purinice glutationului hemului creatinei serinei Sinteza de aminoacizi neesenţiali care iau naştere din aminoacizi neesenţiali La mamifere prolina se sintetizează pornind de la acid glutamic printr-o serie de reacţii reversibile care sunt utilizate şi în catabolismul prolinei
85
Hidroxiprolina se sintetizează din prolină prin acţiunea prolin hidroxilazei. Reacţia necesită oxigen molecular, Fe+2 şi vitamina C.
Sinteza de aminoacizi neesenţiali care iau naştere din aminoacizi esenţiali Cisteina se sintetizează din L-serină şi homocisteină, care provin ca intermediari în metabolizarea metioninei. În deficientul de folat, homocisteina tinde să se acumuleze. Acest fapt a fost sugerat ca factor de risc în bolile cardiovasculare.
86
Tirozina se sintetizează din fenilalanină sub acţiunea fenilalaninhidroxilazei. Mutaţii ale genei enzimei are drept consecinţă imposibilitatea catabolizării fenilalaninei care astfel se acumulează în ficat, ceea ce are ca rezultat procese metabolice minore cum ar fi transaminarea ei la fenilpiruvat. Reacţia este ireversibilă şi necesită prezenţa de NADPH, oxigen molecular şi tetrahidrobiopterina.
Complexul fenilalanin hidroxilazei prezintă două activitaţi distincte: 1 – reducerea oxigenului molecular la apă şi a fenilalaninei la tirozină 2 – reducerea dihidrobiopterinei la tetrahidrobiopterină pe seama NADPH. La fel ca şi prolina, hidroxilizina este prezentă în fibra de colagen. Hidroxilizina este, însă, absentă din aproape toate proteinele mamiferelor, provine din lizina alimentară prin hidroxilare, dar numai după încorporarea lizinei în legătura peptidică, analog formării hidroxiprolinei din prolină. Enzima care catalizează această reacţie este lizinhidroxilaza.
87
88
METABOLISMUL HEMOGLOBINEI Deoarece există o pierdere permanentă de hemoglobină prin catabolism şi prin îmbătrânirea hematiilor este nevoie de înlocuirea acesteia în mod permanent. Durata medie de viaţă a eritrocitelor umane este în jur de 120 de zile. Ele sunt apoi lizate şi hemoglobina conţinută în ele, este convertită în produşi de excreţie. Biosinteza globinei se realizează din aportul corporal de aminoacizi într-o cantitate de 8 g pe zi. Aproximativ 14% din aminoacizii aparţinând proteinelor ingerate sunt utilizaţi pentru obţinerea globinei. Procesul de sinteză a globinei are loc în eritrocitele nucleate din măduva osoasă şi în reticulocite. Sinteza globinei are loc la nivelul ribozomilor într-un mod asemănător cu a altor proteine. Studii de electronomicroscopie arată că sinteza hemoglobinei în reticulocite are loc pe structura multiribozomală care conţine cinci ribozomi. Aceşti ribozomi sunt înşiraţi pe un lanţ de ARNm. Nucleul eritrocitelor nucleate din măduva osoasă umană nu sintetizează cantităţi semnificative de hemoglobină. Formarea globinei nu pare să implice factori genetici sau mecanism speciale. Necesită o serie de factori nutriţionali ca vit.B12,acid folic,vitamine B1,2,6, Fe,Cu. Cele două tipuri de lanţuri se formează independent sub controlul diferitelor gene şi de asemenea, cu viteze egale. Biosinteza porfirinelor şi hemului constă din trei etape succesive:
Sinteza hemului (1)
Locul sintezei: Mitocondrie și citoplasmă Precursori: Glicină, succinil CoA, Fe2+ Calea sintezei hemului: Formarea acidului -aminolevulinic (ALA)
89
(2)
Formarea porfobilinogenului (PBG)
(3) Formarea uroporfirinogenului Ⅲ (UPGⅢ) și coproporfirinogenului Ⅲ (CPGⅢ)
(4) Formarea hemului
90
2. Reglarea biosintezei hemului (1) ALA sintază • enzimă reglatoare • Inhibată de hem • Indusă de unele medicamente( griseofulvina,un agent antifungic ,hidantoină și fenobarbital ,un anticonvulsivant).Aceste medicamente sunt metabolizate de sistemul microzomal al monooxidazelor citocromului P450.Sinteza proteinelor citoP450 este crescută=consum accentuat de hem=crește sinteza de ALA sintază • hormoni (ex. testosteron) (2) ALA dehidrază și ferrochelatază Inhibată de hem și metale grele. (4) Erithropoietina (EPO) poate crește sinteza de hem și hemoglobină. Aproximativ -85% din hemul sintetizat este pentru formarea hemoglobinei -10% este utilizat pentru formarea mioglobinei 5% pentru formarea citocromilor sau alte proteine hemice. Porfirinele care iau naştere în cantităţi mici sunt compuşi colaterali care ies din calea biosintezei hemului. Aceştia nu pot fi utilizaţi şi se elimină ca atare prin urină. Formarea în cantitate mare a acestor porfirine reprezintă o perturbare în biosinteza hemului. Această perturbare reprezintă boli genetice, prin deficit enzimatic, cu sau fără manifestări clinice cunoscute sub numele de porfirii şi caracterizateprintr-o eliminare crescută de porfirine prin urină -fotosensibilitate -simptome neurologice -dureri abdominale Clasificarea porfiriilor 1. primare – cauzate de defecte enzimatice ereditare 2. Secundare – sunt consecutive altor afecţiuni ( diabet, intoxicaţie) Porfiriile primare după localizare pot fi: - eritropoietice-Porfiria eritropoietică congenitală (Gunther) -Protoporfiria - hepatice -Porfiria acută intermitentă - Porfiria variegata -Coproporfiria ereditară -Porfiria cutanea tard - mixte 91
Porfiria eritropoietică congenitală - afecţiune rară - autosomal recesivă Cauza: sinteza defectuoasă a uroporfirinogen III cosintetazei Supraproducerea de uroporfirinogen I şi coproporfirinogen I (elimină prin urină şi materiile fecale) – urina e de culoare roşie Eritrocitele se distrug prematur Clinic: Hepatomegalie Fotosensibilitate mare cu producerea de eriteme şi vezicule ce lasă cicatrice Dinţii roşii Anemie hemolitică Protoporfiria Cauză - deficienţa sintezei ferochelatazei Eritrocitele, plasma şi materiile fecale conţin în cantităţi mari protoporfirina IX Reticulocitele şi pielea prezintă fluorescenţă roşie Clinic ciroză urticarie Porfiria acută intermitentă Cauză- activitatea scăzută a uroporfirinogensintetazei Creşterea concentraţiei de aminolevulinat şi porfobilinogen (se elimină cu urina, ei sunt incolori, dar în contact cu aerul şi lumina se polimerizează – închid culoarea urinei) Clinic: o Dureri abdominale o Paralizii periferice o Tulburări ale SNC Porfiria cutanea tarda Cea mai frecventă Cauza - deficitul uroporfirinogen decarboxilaza se măreşte concentraţia uroporfirinogen I şi III Clinic o Fotosensibilitatea cutanată (eriteme, vezicule, cicatrice o Tulburări abdominale o Tulburări neurologice 92
Coproporfiria ereditară enzimatic în sinteza coproporfirinogenoxidaza
Cauză- Defect (mitocondrială) eliminarea renală şi prin materiile fecale a unor cantităţi excesive de coproporfirinogen III (în contact cu aerul se oxidează la coproporfirină III, care este colorată în roşu) Clinic: simptomele porfiriei acute intermitente + fotosensibilitatea cutanată
Porfiria variegata Cauză-Micşorarea sintezei protoporfirinogen oxidazei + ferochelatazei Mărirea c% de protoporfirină, coproporfirină, uroporfirină La debutul bolii – se măreşte aminolevulinatul şi porfobilinogenul în urină Apare o porfirină atipică- X – hidrofilă, ce are ataşat un rest peptidilic Simptomele clinice – ca la coproporfiria ereditară Porfiria toxică (intoxicaţiimedicamentoase,hexaclorbenzen,etilism) Porfiria dobândită boli hepatice cronice,tumori,boli sanguine Porfirii variate.
93
CATABOLISMUL HEMOGLOBINEI În condiţii fiziologice la un om adult se distrug 1-2 x 108 eritrocite pe zi. Astfel, un adult de 70 de kg prezintă un turnover de 6 g Hb/zi. Din eritrocitele îmbătrânite hemoglobina este eliberată prin fagocitoză în celulele reticuloendoteliale, în special în splină. Hemoglobina eliberată în sânge este captată de către o glicoproteină specifică,incoloră numită haptoglobulină (Hp), care prezintă proprietăţi peroxidice. Hemoglobinuria apar doar în cazul în care Hb eliberată depăşeşte capacitatea de captare a haptoglobulinei. Degradarea hemului are loc la nivelul microzomilor hepatici şi implică o oxidare unică a atomului de carbon α din puntea metilenică cu formare de monoxid de carbon. Reacţia este catalizată de către hemoxigenază, o enzimă microzomală, în prezenţă de oxigen molecular, citocrom c reductază şi NADH. Descompunerea hemoglobinei constă în desprinderea fierului şi a globinei care sunt reutilizate şi transformarea porfirinei în pigmenţi biliari. Inelul tetrapirolic al hemului se deschide şi atomul de fier este eliberat. Se formează, probabil ca şi intermediar, verdohemină. Se ajunge apoi la biliverdină care sub acţiunea biliverdin oxidazei şi NADPH,(oxidarea punţilor interpirolice) este transformată în bilirubină. O parte din bilirubină se formează şi la nivelul altor ţesuturi din diferite hemoproteine şi este transportată la ficat şi legată de o albumină plasmatică. pigmentul biliar este principalul produs catabolic al compusului porfirinicfier din organism conține – bilirubină - biliverdină - bilinogen - bilină. 1. Formarea şi transportul bilirubinei
94
*Formarea bilirubinei
•
procesul
• Proprietate hidrofobică
95
＊ Transportul bilirubinei • Forma de transport complexul Bilirubină-albumină 2. Conversia Bilirubinei în ficat a. Prelucrarea b. Transport
＊ Conjugarea
structura bilirubin -diglucuronid
96
În ficat bilirubina este conjugată cu acid glucuronic formând acid bilirubindiglucuronic care este solubil în apă şi este rapid excretat prin intermediul bilei în intestin. Glucuroniltransferaza este mai puţin activă la nou născuţi,mai ales la prematuri. După 10-15 zile de viaţă enzima atinge nivelul de activitate întâlnit la adult. În icterul fiziologic(2-7 zi de viaţă) ar juca un anumit rol deficienţa glicuroniltransferaza. Bilirubin diglucuronidul este hidrolizat la nivelul intestinelor de către βglucuronidază. Bilirubina este redusă de flora bacteriană trecând în D- sau L-urobilinogen incolor. O parte din el este reabsorbit şi excretat în urină sub forma unui compus de oxidare colorat în galben oraj, L-urobilină. Partea rămasă de urobilinogen este redus în intestin la L-stercobilinogen, care este excretat în fecale sub forma unui produs de oxidare de culoare brună L-stercobilină. ＊ Excreția - bilirubina conjugată este secretată în bilă și apoi în intestin 3. Metabolismul bilirubinei în intestin ＊proces
Circuitul enterohepatic In ileumul terminal și intestinul subțire, o mică parte din urobilinogen se resoarbe şi reexcretata prin ficat constituind ciclul enterohepatic.
97
4. Bilirubina serică ＊ bilirubina serică 1～16mol/l (0.1 ～1mg/dl) • bilirubina conjugată sau bilirubina directă (hepatobilirubina). • bilirubina neconjugată sau bilirubina indirectă( hemobilirubina).
Semnificație clinică Icterele Icterul reprezintă coloraţia galbenă anormală a pielii sau scleroticelor. Este dată de prezenţa bilirubinei în plasmă şi care de obicei nu este detectabilă până ce concentraţia nu este mai mare de 34 -42,5mol/l(22,5mg/dl). În mod normal concentraţia bilirubinei în plasmă este sub de 5,1-17 mol/l(0,3-1mg/dl). 98
Bilirubina conjugată (directa) =0,1-0,2mg/100ml-este solubilă în apă. Bilirubina necojugată(indirecta)= 0,1-0,6mg/100ml -nu este solubilă în apă şi se leagă de albumină de la care se poate transfera la alte proteine ca de exemplu la cele din membranele celulare. Tipuri de icter Hemolitic Intensificarea procesului de degradare a hemoglobinei cu producerea de bilirubină, cu supraîncărcarea mecanismul de conjugare. Hepatocelular. Lezarea celulelor hepatice.Crește bilirubina neconjugată. Scaune decolorate și urină închisă la culoare .GOT (AST)și GPT(ALT) au valori serice crescute. Obstructiv. Obstrucţia căilor biliare. Scaune decolorate și urină care se închide la culoare după expunerea la aerul atmosferic. În plasmă sunt prezente bilirubina conjugată şi cea neconjugată.
99
METABOLISMUL NUCLEOTIDELOR Generalități Nucleotidele sunt esențiali pentru toate celulele. - participă la sinteza ADN și ARN la sinteza proteinelor -transportori ai intermediarilor activați în sinteza unor carbohidrați,lipide și proteine -componente structurale a unor coenzime (FAD, CoA , NAD+, etc. -au rol de mesageri secunzi la nivelul căilor de transducere a semnalului. - au rol în schimbul energetic celular. ATP este un transportor de grupări fosfat şi pirofosfat în câteva recţii enzimatice implicate în transferal energiei chimice. ADP – ul rezultat prin defosforilarea ATP –ului este refosforilat la ATP în procesul respiraţiei. Sistemul ATP – ADP este sistemul principal pentru transferul grupărilor fosfat în celulă, dar şi ceilalţi nucleozidtrifosfaţi, şi anume: GTP, UTP şi CTP au rolul de a canaliza energia chimică pe anumite biosinteze specifice. • A doua funcţie majoră a NTP şi NDP este cea de transportori de energie, energie pe care o înmagazinează sub formă de legături macroergice. • NTP şi d – NTP sunt precursori bogaţi în energie în procesul de biosinteză enzimatică a ADN şi ARN. • În acest proces NTP şi d- NTP îşi pierd grupările pirofosfat terminale, transformându –se în resturi de nucleozid monofosfaţi, care sunt elemente constitutive ale acizilor nucleici. • O altă funcţie majoră a NTP şi NDP este cea de transportori energizanţi de tip coenzimă ai anumitor elemente constitutive. • De exemplu: UDP este un transportor pentru glucide în procesul de biosinteză a polizaharidelor. Nucleotide foarte importante au un rol cheie în acţiunea biochimică a unor hormoni
100
Structura generală a nucleotidelor Nucleotidele sunt formate din 3 componente caracteristice o bază azotată pentoză moleculă de acid fosforic. Bazele azotate Bazele azotate care intră în structura nucleotidelor sunt de două tipuri: baze purinice baze pirimidinice Baze purinice
Bazele pirimidinice
101
Baze rare sau minore
Pentoze
glucidul este o riboză rezultă un ribonucleozid -2-dezoxiriboză-dezoxiribonucleozid Nucleozide Structura unui nucleotid
102
Nucleotide
Implicaţiile terapeutice ale nucleotidice Unele nucleotide naturale, precum şi derivaţii lor obţinuţi prin sinteză pot fi utilizate în terapie, fiind utilizate în: chimioterapia bolii maligne tratamentul hiperuricemiei şi gutei în afecţiuni virale în hipertiroidism agenţi imunosupresori, hipogliceminaţi, antifungici şi antiparazitari. Mecanismul lor de acţiune este variat: inhibă enzimele implicate în biosinteza acizilor nucleici, blocând procesul. înhibă enzimele care catalizează conversia xantinei în acid uric.
103
METABOLISMUL NUCLEOTIDELOR Generalităţi Nucleotidele ocupă un loc central în procesele biochimice, deoarece ele sunt: precursori în biosinteza acizilor nucleici principalele rezervoare de legături macroergice componenţi ai mai multor coenzime efectori allosterici. ARN din diferite celule este continuu hidrolizat la nucleotide şi resintetizat după necesităţi în toate celulele. Procesul este mai rapid în acele celule sau organe în care -eliminarea de secreţii bogate în proteine -restructurarea diferitelor căi metabolice necesită o biosinteză proteică activă Exemplu: glandele digestive exocrine şi ficat. Unele tipuri de celule au o viaţă relativ scurtă (celulele epidermei, mucoasei intestinale, celulele sanguine), în cazul lor fiind supus unui proces asemănător şi ADN( evident la nivelul întregului organism)(reinoire). Transformările metabolice ale nucleotidelor libere formează o schemă unitară în care biosinteza este corelată cu biodegradarea la diferite nivele prin circuite de recuperare. 1. Nucleotidele sunt constant degradate până la nucleozide şi apoi la bazele azotate corespunzătoare şi ribozo-1-fosfat sau dezoxiribozo-5-fosfat. 2.Nucleozidele, bazele azotate şi ribozofosfatul pot fi reutilizate în căi de recuperare pentru resinteză de nucleotide. 3.O parte din bazele purinice sunt catabolizate până la acid uric care se elimină, iar cele pirimidinice până la intermediari metabolici din alte căi. 4.Ribozofosfatul poate fi utilizat în calea pentozofosfatului. 5.Nucleotidele pot fi sintetizate de novo pornind de la intermediari simpli anumiţi aminoacizi (glicocol, acid aspartic, glutamina) dioxid de carbon grupări C1 activate (legate de acizi tetrahidrofolici). 6.Reutilizarea bazelor şi biosinteza lor de novo sunt controlate prin disponibilitatea formei activate a ribozo-5-fosfatului cum ar fi 5-ribozo-α -Dribozil pirofosfat (PRPP) enzima care-l formează- PRPP-sintetaza (sau ATP fosforil transferaza) este activată de fosfatul anorganic înhibată allosteric de nucleotide, asigurând concentraţia lor constantă Digestia şi absorbţia nucleotidelor 104
Acizii nucleici, RNA şi DNA din alimente sunt supuşi modificărilor în tractul gastrointestinal. Ribonucleazele şi dezoxiribonucleazele secretate de pancreas vor scinda polinucleotidele până la oligonucleotide. Fosfodiesterazele pancreatice vor conduce la formarea 3’- şi 5’- mononucleotide. În continuare, nucleotidazele vor hidroliza fosfatul, generând nucleozide. Ultimele pot fi absorbite în enterocite sau scindate de nucleozidaze la bazele respective. Purinele şi pirimidinele alimentare nu sunt utilizate în sinteza acizilor nucleici tisulari. Purinele în celulele mucoasei intestinale sunt transformate în acid uric.Cea mai mare parte din acidul uric pătrunde în sânge şi este excretat apoi prin urină. În metabolizarea bazelor purinice e implicată şi flora intestinală. Pirimidinele, riboza (dezoxiriboza) şi o parte din purine pătrund în circulaţia sanguină.
Digestia şi absorbţia nucleotidelor
105
Hidroliza acizilor nucleici Lanţurile lungi a acizilor nucleici sunt hidrolizate de către nucleaze în fragmente scurte. Ele sunt, în general, de două tipuri: I. Exonucleazele care desfac succesiv nucleotidele de la una din capete, fiind 5’ sau 3’specifice şi necesită un anumit mod de terminare (cu sau fără fosfat) a capătului atacant. II.Endonucleazele care desfac legăturile situate în interiorul lanţului formând astfel lanţuri oligonucleotidice. Sunt cunoscute numeroase enzime de acest tip cu localizări şi roluri diferite. Acţiunea lor poate specifică pentru un anumit de acid nucleic (ADN sau ARN) sau nespecifică hidrolizându-le pe amândouă. Specificitatea poate privi şi alte aspecte cum ar -fi existenţa ADN ca moleculă dublu sau monolanţ (mai ales pentru unele exonucleaze) -recunoaşterea -unui anumit nucleotid dintre cele două sunt unite prin legătura atacată (unele endonucleaze) -a unei secvenţe întregi de nucleotide din vecinătate (enzime de restricţie). Nucleazele intervin în digestia acizilor nucleici din alimente sau în prelucrarea şi distrugerea acizilor nucleici endogeni (cu numeroase aspecte). Digestia acizilor nucleici are loc în duoden. -sub acţiunea endonucleazelor pancreatice (ribonucleaza şi dezoxiribonucleaza) se eliberează oligonucleotide -diesterazele intestinului subţire eliberează 5’ şi 3’ nucleotide.
106
Catabolismul general al nucleotidelor la baze purinice şi pirimidinice Nucleotidele sunt hidrolizate specific de către 5’-nucleotidază îndepărtează grupările fosfat. Există o mare varietate de asemenea enzime -unele secretate de mucoasa intestinală cu rol în digestie -altele în general răspâdite în organism cu localizare pe membrana periplasmatică, în lizozomi, microzomi sau citoplasmă, care intervin în metabolismul nucleotidelor endogene. Membrana periplasmatică este impermeabilă pentru nucleotide, dar permite pătrunderea nucleozidelor. Ecto-5’-nucleotidaza fixată pe faţa externă a membranei dă posibilitatea utilizării nucleotidelor, extracelulare (mai ales a AMP) hidrolizându-le vectorial la nucleozide (adenozină). În hematii există o 5’-nucleotidază specifică pentru nucleotidele pirimidinice. 107
Cea mai mare parte din adenozin-5’- monofosfat este catabolizat printr-o dezaminare la inozin-5’ - monofosfat. Adenilat deaminaza are mai multe izoenzime, una din ele fiind abundentă în muşchi. IMP(inozinmonofosfat) este primul nucleotid purinic format prin sinteza de novo şi prezintă un punct de încrucişare între căile catabolice şi cele anabolice. Adenozina care rezultă din restul AMP-ului este, la rândul ei, dezaminată de către adenozin deaminază la inozină. O mare parte de adenozină provine în urma hidrolizei Sadenozilhomocisteinei (SAH), formată din S-adenozilmetionină în urma procesului de metilare. Un caz particular îl prezintă celulele musculare ale miocardului. Ele sunt lipsite de adenilatdeaminază ,iar AMP produs, în urma contracţiei, este fie hidrolizat la adenozină, care se eliberează în sânge, fie este refosforilat până la ATP. Ajungând până la arterele coronare, adenozina cauzează vasodilataţia şi consecutiv creşterea debitului circulator. Deoarece producerea adenozinei creşte proprţional cu hipoxia, efectul ei primeşte semnificaţia unei autoreglări a fluxului sanguin în funcţie de necesităţile miocardului. Desfacerea nucleozidelor poate decurge pe două tipuri de acţiuni enzimatice şi anume hidrolitică şi fosforolitică. Nucleotidazele, într-o reacţie ireversibilă, hidrolizează nucleozidele la baze purinice şi pirimidinice şi riboză (sau dezoxiriboză).
Astfel de enzime sunt răspândite în diferite ţesuturi fără a se cunoaşte numărul şi specificitatea lor exactă. Nucleozid fosforilazele scindează cu ajutorul fosfatului anorganic şi eliberează din nucleozide bazele azotate şi ribozo-1-fosfat (sau dezoxiribozo-1fosfat). Există nucleozid fosforilaze specifice pentru purine şi pentru pirimidine. Purinucleozid fosforilazele nu pot folosi ca substrat adenozina. Din acest motiv este necesar ca AMP şi adenozina să fie în prealabil dezaminate. 108
Acţiunea acestor fosforilaze este reversibilă, ele putând servi şi în biosinteză, deşi sensul fiziologic este catabolic.
În digestie se absorb nucleozide, catabolizate în interiorul celulelor intestinale ca produşi finali. Din acest motiv majoritatea bazelor azotate din nucleotidele alimentare nu pot fi utilizate de către organismul uman. Catabolismul bazelor purinice Din catabolismul nucleotidelor purinice rezultă două baze azotate principale: hipoxantina (din inozină) guanina (din guanizină). Ele sunt oxidate mai departe până la acid uric, produs final de catabolism la om primate păsări unele reptile
109
Guanina este dezaminată, în prealabil, până la xantină de către o xantioxidază sau o xantindehidrogenază. În mod normal, în celule, se formează foarte puţină adenină liberă, provenind din fosforilarea 5’-metioninadenozinei Adenina nu poate fi catabolizată direct organismul uman fiind lipsit de adenindeaminază, prezentă doar la bacterii şi nevertebrate, care s-o transforme în hipoxantină. Cea mai mare parte din adenină este utilizată în căile de recuperare. În cazul unor deficite enzimatice ereditare sau în aportul alimentar crescut, excesul de adenină este oxidat de către xantinoxidază la 8-hidroxixantină şi apoi la 2,8-dihidroxiadenină, substanţă puţin solubilă, care formează calculi renali.
110
111
În organismul uman xantinoxidaza se găseşte mai ales în mucoasa intestinală şi în ficat, restul organelor prezentând doar urme de activitate. În consecinţă purinele din alimente formează direct acid uric, iar sursa majoră de acid uric endogen este ficatul. O parte din acidul uric este excretat în intestin prin bilă. În general acidul uric din organismul uman (în jur de 1,2g) provine din trei surse principale: 1. nucleotidele alimentare 2.catabolismul purinelor endogene 3.transformarea directă a IMP sintetizat de novo Concentraţia normală de acid uric în ser bărbaţi (6,9-7,5mg/dl) femei (5,7-6,6 mg/dl). Hiperurinemii apar în –guta- primară -secundară Hipouricemii deficienţele xantinoxidază ereditară în cadrul unei insuficienţe hepatice. Eliminarea urinară este între 400 şi 800 mg/24 ore variind şi în funcţie de alimentaţie. Rinichiul uman elimină acidul uric într-un proces destul de complicat. La nivelul glomerulilor este filtrat, apoi reabsorbit în tubii contorţi distali. Normal: 98 - 100% a acidului uric se resoarbe în regiunea proximală a tubului contort 50% din cantitatea inițială este secretat în porțiunea distale a tubului contort proximal, dar ulterior se resoarbe 40 44% și 6 - 12% din filtratul glomerular în cele din urmă excretat O serie de medicamente interferează cu aceste procese renale.
112
În afara semnificaţiei sale de produs final al catabolismului purinic, acidul uric serveşte pentru eliberarea amoniacului la păsări şi unele reptile, fiind puţin solubile acestea se elimină sub formă de pastă economisindu-se apă. Astfel de animale se numesc uricotelice şi nu posedă enzimele necesare formării de uree. Mamiferele, cu excepţia primatelor, descompun în continuare acidul uric în prezenţă de uricază la alantoină pe care o elimină prin urină. La alte specii degradarea merge mai departe prin acţiunea alantoinazei la acid alantoic, sau continuă datorită alantoicazei până la uree şi acid glioxilic. Deci, flora intestinală descompune ureea cu ureează la dioxid de carbon şi amoniac, la unele nevertebrate.
La om se elimină prin urină în mod normal şi cantităţi mici de hipoxantină, xantină şi adenină.
113
Bazele purinice minore, de exemplu, 7-metilguanina, nu pot fi catabolizate şi se elimină ca atare. Biosinteza de novo a nucleotidelor purinice Nucleotidele purinice pot fi sintetizate în citoplasmă printr-o succesiune de 10 reacţii enzimatice, heterociclul bazei fiind construit direct din ribozo-5-fosfat. Primul compus purinic format este un nucleotid, acidul inozinic (IMP), nu o purină liberă. Precursorii nucleului purinic
114
1. Prima etapă este catalizată de o aminotransferază care trece gruparea aminică a glutaminei pe PRPP (fosforibozopirofosfat) pentru a forma fosforibozil amina.
Enzima are proprietăţi allosterice şi este etapa principală de reglare a biosintezei de novo. 2. În a doua etapă prin hidroliza ATP se asigură energia necesară condensării glicocolului cu fosforibozilamina pentru a da fosforibozil-glicinamida, sub acţiunea unei sintetaze. Reacţia este reversibilă, dar produsul reacţiei este îndepărtat în mod continuu deplasând echilibrul.
3.De pe N5, N10 –metenil-tetrahidrofolat, o transferază, trece, folosind o moleculă de apă, o grupă formil pe atomul de azot provenit din glicocol. În acest fel se completează atomii din ciclul pentatomic al purinei.
115
4.Fosforibozil - N – formilglicina din etapa precedentă se transformă prin acţiunea unei sintetaze care schimbă CO a amidei cu NH provenit de la glutamină. Reacţia necesită hidroliza ATP. Produsul format este fosforibozil-Nformil glicinamidină.
5.Utilizând energia liberă eliberată prin hidroliza unui rest fosfat din ATP, o altă sintetază închide ciclul de cinci atomi şi formează 5’-fosforibozil-5aminoimidazol. Grupa =NH adăugată, în reacţia anterioară, apare acum ca un substituient amino al ciclului.
6.În etapa următoare se adaugă un grup carboxil din dioxid de carbon. Carboxilaza este enzima care formează, astfel, 5’-fosforibozil-5aminoimidazol-4-carboxilat nu are ca grupare prostetică biotina şi diferă ca mecanism de alte enzime care adaugă grupări carboxil.
116
7.O sintetază condensează acidul aspartic cu produsul anterior de reacţie consumând o legătură macroergică din ATP. Condensarea are loc între grupa amino a acidului aspartic şi carboxilul imidazolului. Intermediarul 5-fosforibozil-4-(N-succincarboxamid)-5-aminoimidazol, care rezultă, serveşte pentru introducerea atomului N1 din inelul purinic.
8. Produsul reacţiei anterioare este scindat de către o liază la 5 –fosforibozil-4carboxamid-aminoimidazol şi acid fumaric. Reacţiile 7 şi 8 se aseamănă sintezei argininei din citrulină din ciclul ureogenetic
9.În etapa următoare este transferată o grupă formil de pe N10 formil tetrahidrofolat ducând la 5-fosforibozil-4-carboxamid-5-formamidoimidazol, care conţine toţi atomii ciclului purinic.
117
10. În ultima etapă prin eliminare de apă de către ciclohidrolază se închide şi inelul de şase atomi ducând la apariţia primului nucleotid purinic, acidul inozinic (IMP).
Se poate observa că pentru sinteza IMP se consumă şase legături macroergice, considerând şi formarea PRPP. Calea de recuperare purinelor Importanţă - în conservarea energiei -unele țesuturi și organe, cum ar fi creierul și măduva osoasă sunt capabile de sintetiza nucleotidelor doar prin calea de recuperare. Purinele preluate din alimente sau care rezultă din turnover-ul normal al acizilor nucleici( şi care nu sunt degradate) pot fi convertite în nucleozid trifosfaţi şi utilizate de organism. Sunt implicate două enzime adenin fosforibozil transferază) pentru adenină şi hipoxantin guanin fosforibozil transferază pentru guanină sau hipoxantină
118
Calea recuperare purinelor
de a
Deficit enzimatic de HGPRT = sindromul Lesch-Nyhan
Aspecte patologice ale metabolismulul ui nucleotidelor Guta este una din cele mai răspândite boli de metabolism cu o frecvenţă de 0,3% din populaţia Europei. Sub acestă denumire sunt incluse un grup heterogen de boli caracterizate toate prin hiperuricemie, care duce la depunerea uratului de sodiu în sinoviala articulaţiilor, atacuri acute de artrite, formarea de depozite masive de urat şi apariţia urolitiazei. Hiperuricemia poate apărea din numeroase cauze, unele determinate genetic, altele dobândite. Nu orice uricemie duce la apriţia gutei. În unele cazuri aceasta poate persista toată viaţa fără a provoca modificări patologice. Guta - primară, ca boală ereditară de metabolism în sine - secundară -dezvoltându-se ca o consecinţă a altor boli ereditare sau dobândite. Guta poate să apară în deficienţă de glucozo-6-fosfatază sau în deficienţa totală a hipoxantin-guanin fosforibozil transferazei, precum şi în boli de distrugeri celulare masive: anemii hemolitice, leucemii, policitemii, etc. Tratamentul cu medicamente citotoxice în neoplazii poate declanşa apariţia secundară a gutei, ceea ce impune asocierea acestora cu inhibitori ai xantinoxidazei. O altă posibilitate a gutei secundare este în urma unei afecţiuni renale cu scăderea capacităţii de excreţie. 119
În majoritatea cazurilor de gută primară se cunoaşte defectul enzimatic cauzal, putându-se evidenţia doar diferite situaţii generale. Astfel poate să fie vorba de: 1. o hiperproducţie endogenă crescută a acidului uric 2. o scădere a eliminării renale 3. o scădere a proteinei serice de vehiculare: α1 - α2 –globulina de legare a uratului. Xantinuria ereditară este o boală relativ blîndă, adesea asimptomatică ce se datorează deficitului de xantinoxidază. Bolnavii pot prezenta hiperuricemie şi hiperuricozurie cu eliminări renale de xantină şi hipoxantină. Xantina fiind mai puţin solubilă decât acidul uric poate forma calculi renali.
Gută Dureri articulare Simptomatologie Localizarea predilectă - haluce ( >90% ) Alte localizări articulațiile gleznă,genunchi ,degete . Prezintă semnele unui proces inflamator . Cauza Cristale de urat monosodic care se depune la nivelul sinovialei articulare. Ca urmare apare un răspuns inflamator imun. Litiaza renală O acumulare de acid uric Simptomatologie La început -asimptomatic Durere, hematurie, polakiurie și febră Cauză Atunci când acidul uric este în concentraţie mare în sânge, acesta poate precipita în parenchimul renal.Sărurile formează calculi renali. Sindromul Lesch-Nyhan Acest sindrom este caracterizat de o absenţă virtuala de HGPRT( hipoxantin-guanin fosforibozil transferazei ), producţie excesiva de acid uric şi anormalitaţi a SNC. 120
Aceste anormalitati includ retard mintal, spasme (tensiunea musculară crescută ce rezulta în continua creştere a rezistenţei la întindere) Tulburările asociate cu deficienţa parţială de HPRT de asemenea duce la hiperuricemie, însă lipsesc trăsăturile devastării neurologice caracteristice sindromului Lesch-Nyhan. Ambele tulburări sunt X-linkate. Hiperuricemia la pacienţii cu Lesch-Nyhan este explicată parţial prin faptul acumulării intracelulare a PRPP care duce la creşterea biosintezei de novo a nucleotidelor purinice şi astfel creşte producţia de acid uric. Astfel de pacienţi nu dezvoltă guta artritică prematur, dar manifestă cristaluria acidului uric şi formarea de calculi. La pacienţii Lesch-Nyhan, toate ţesuturile sunt lipsite de HPRT. Aceste tulburări pot fi detectate prin orice test de HPRT în eritrocite şi fibroblaşti.
Metabolismul nucleotidelor pirimidinice Biosinteza de novo 1.Sinteza carbamil-fosfatul Carbamoil-fosfatul – este comun şi pentru ureogeneza ce se sintetizează în mitocondrii, în cazul pirimidinelor – în citozol. Enzimele utilizează surse diferite de azot – NH3 – ureogeneza şi glutamina – în pirimidinogeneză. Enzimele sunt distincte (carbamil-fosfat sintetaza II şi CPS I).
121
Sinteza pirimidinelor şi unele defecte metabolice 2.Sinteza acidului orotic Reacţia este catalizată de aspartat transcarbamilază cu formarea carbamilaspartat, apoi are loc ciclizarea lui, cu eliminarea H2O. Enzima dihidroorotaza catalizează reacţia cu formarea dihidro-orotatul, după care dehidrogenaza formează acidul orotic.Enzima actionează la nivelul membranei mitocondriale interne. 3.Formarea unui nucleotid pirimidinic Enzima orotat-fosforibozil-transferază produce OMP. Transferul restului P-ribozil este de la PRPP. Sub acţiunea orotidilat – decarboxilazei se formează UMP(uridin monofosfat). Ambele enzime(domenii catalitice ale unui singur lanţ) reprezintă UMPsintetaza. În deficienţă enzimatică, mai rar, apare aciduria orotică. Boala debutează timpuriu şi se caracterizează prin creşterea anormală, anemie megaloblastică şi excreţie excesivă de acid orotic în urină. 4.Sinteza UTP şi CTP De la UMP, prin fosforilare se obţin celelalte nucleotide pirimidinice graţie enzimelor E1-nucleozidmonofosfo kinaza şi E2-nucleoziddifosfo kinaza: CTP se obţine din UTP conform reacţiei: 122
UTP + Glutamina + ATP + H2O → → CTP + Glutamat + ADP + Pi + 2H+ Enzima ce catalizează această reacţie este
CTP-sintetază.
5.Sinteza TMP din dUMP Se metilează dezoxiribonucleozid monofosfatul (dUMP) la dTMP. Enzima e timidilat sintază. Donator de CH3 serveşte tetrahidrofolatul. N5,N10 – metilen-FH4, cedând grupa CH3, se oxidează la dihidrofolat – FH2, pierzând H2 necesari pentru formarea grupei CH3. Regenerarea FH4 are loc sub acţiunea enzimei dihidrofolat reductazei, utilizând NADPH. Ţesuturile în diviziune, unde are loc o sinteză rapidă de TMP, sunt foarte sensibile la inhibiţia dihidrofolat reductazei. Unele medicamente pot fi folosite în terapia cancerului pt a diminua rata de creştere acelulelor tumorale. Fluoruracilul (analog al uracilului) ireversibil inhibă timidilat sintaza, formând legături covalente între componenţii reactivi şi enzimă. Sinteza TMP Metotrexatul inhibă acţiunea dihidrofolat reductazei. Împiedică diviziunea celulară şi 6mercaptopurina, 6tioguanina. Un analog structural al nucleotidelor pirimidinice este azidotimidina (AZT), utilizată în tratamentul 123
infecţiilor cu virusul imunodeficienţei umane Recuperarea şi catabolismul nucleotidelor pirimidinice Puţine sunt conservate în organism. În metabolismul pirimidinelor au loc reacţii similare cu cele descrise la purine. Nucleozidele pirimidinice sunt reciclate după fosforilare.
Bazele pirimidinice sunt degradate în compuşi cu moleculă mică,solubili β-alanina şi acidul β-amino-izobutirat care sunt excretaţi(NH3 şi CO2) sau catabolizaţi în căile respective.
124
