Metabolizarea glucidelor

Metabolizarea glucidelor

1. Digestia carbohidratilor din alimente

Carbohidratii alimentari, din care corpul uman isi dobandeste energia, intra in organismul sub forme foarte diverse si complexe, precum dizaharide, amidon, sau glicogen. Cu toate ca este si ea consumata, celuloza nu este digerata de corpul uman, fiind insa digerata, intr-o anumita masura de unele animale. Prima etapa a metabolizarii carbohidratilor consta in distrugerea macromoleculei la molecule mai simple si solubile care pot fi astfel transportate prin peretii intestinali. Scindarea polizaharidelor incepe chiar din gura, cu ajutorul salivei, prin pH-ul putin acid (pH=6,8) si prin continutul de amilaza linguala. Actiunea amilazei linguale este inhibata de pH-ul mult mai acid al stomacului. In stomac hidroliza acida este responsabila pentru degradarea in continuare a polizaharurilor. Amestecul de secretii gastrice, saliva si alimente, cunoscut sub denumirea generica de bol alimentar ("chyme") se duce spre intestinul subtire.

Principala enzima care degradeaza polizaharurile din intestinul subtire este a amylaza, fiind o enzima secretata de pancreas si avand aceiasi actiune de scindare ca amilaza linguala, adica scindarea la dizaharuri si trizaharuri. Trizaharurile sunt transformate la monozaharuri prin interventia enzimelor intestinale, printre care maltazele care hidrolizeaza di- si trizaharurile, sucraza, lactaza si trehalaza cu actiune specifica asupra dizaharurilor. Rezultatul global al actiunii lor este transformarea aproape totala la monozaharurile constitutive.

Glucoza si celelalte zaharuri simple sunt transferate prin peretii intestinali si transportati prin vena porta hepatica la ficat si alte tesuturi. In acestea mohozaharurile sunt transformate in acizi grasi, aminoacizi sau glicogen, sau oxidate de diferite mecanisme catabolice ale celulelor.

Oxidarea glucozei este cunoscuta sub numele de glicoliza. Glucoza este oxidata fie la lactat, fie la piruvat. In conditii aerobice, majoritatea glucozei se transforma in piruvat, calea fiind cunoscuta sub numele de glicoliza aerobica. Daca oxigenul lipseste, calea este denumita glicoliza anaerobica produsul final fiind lactatul.

2. Biosinteza glucidelor

Gluconogeneza reprezinta anabolismul a noi glucoze, adica alta decat cea care se poate obtine din glicogen. Acesta sinteza este indispensabila pentru utilizarea acesteia drept combustibil pentru creier, eritrocite, etc., glucoza fiind singura sursa de energie pentru aceste organe. Biosinteza glucozei din precursori continand trei sau patru atomi de carbon reprezinta in fapt reversul gligolizei.

Gluconogeneza este activa atunci aportul de carbohidrati este mic ca in cazurile de infometare dar si a celor care sufera de diabet. Materiile prime pe care le utilizeaza sunt glicerina (din degradarea lipidelor), lactatul (din oxidarea anaeroba a zaharurilor) aminoacizii (din degradarea proteinelor). Gluconogeneza transforma practic piruvatul din nou in glucoza, prin diferite etape.

Este oare gluconogeneza reversul perfect al glicolizei? Daca se tine cont ca in procesul glicolizei exista trei etape ireversibile, controlate de enzime si anume, transformarea glucozei in glucoza 6-fosfat, a fructozei 6-fosfat in fructoza 1,6-difosfat si respectiv a fosfoenol piruvatului (PEP) in piruvat, inseamna ca acestea trebuiesc ocolite (bypass) in timpul gluconogenezei. In cazul primelor doua reactii schimbarea enzimei duce la efectul dorit: hexokinaza este inlocuita de glucoza-6-fosfataza, iar fosfofructokinaza cu fructozo-1,6-bisfosfataza.

Ultima etapa este ocolita cu ajutorul a doua reactii si anume:

3. Glicoliza

Faza catabolica a metabolismului glucidic sau glicoliza, reprezinta secventa de reactii enzimatice care transforma glucoza din alimente in piruvat.

Istoricul studiului acestei glicolize incepe la 1897, cand, accidental, Buchner descopera ca extrasul de drojdii pot converti sucroza la etanol. Abia in 1940, toate etapele glicolizei au fost elucidate prin cercetarile lui Embden, Meyerhof, Parnas si Warburg. Din aceasta cauza metabolismul glicozidic mai este cunoscut drept calea Embden- Meyerhof-Parnas, mai ales in cartile de biochimie mai vechi.

Glicoliza implica doua faze, una premergatoare, care necesita energie, prin interventia ATP, si o doua faza care da inapoi energia castigata, producand ATP.

Global aceste transformari pot fi generalizate ca:

Practic sunt cuprinse urmatorul sir de transformari (Schema 6.2.)

4. Catabolismul complet al glucozei

Oxidarea completa a glucozei poate fi generic reprezentata prin urmatoarea reactie:

Schema 6.2. Etapele glicolizei

Aceasta reprezenta o cale metabolica importanta prin care se elibereaza multa energie si o cantitate de ATP de circa 20 de ori mai mare decat cea obtinuta prin glicoliza. Oxidarea completa a glucozei cuprinde trei etape:

degradare glicolitica anaeroba pana la acid piruvic (etapele 1- 9 din schema 6.2.);

decarboxilarea oxidativa a acidului piruvic, produsi finali fiind acidul acetic si dioxidul de carbon, conform ecuatiei globale:

Practic are loc o decarboxilare, urmata de o oxidare, acidul acetic fiind in final legat de CoA. Biocatalizatorul acestor reactii este unul multienzimatic complex, cunoscut sub numele de piruvat dehidrogenaza. Produsii finali sunt de fapt acetil coenzima A si NADH.

ciclul acizilor carboxilici sau ciclul Krebs (Schema 6.3).

Schema 6.3.

Acetil-CoA formata in ciclul anterior intra in ceea ce se cunoaste sub denumirea de ciclul Krebs sau ciclul acizilor tricarboxilici si, dupa cum se observa in schema 6.3., este refacuta la un ciclu complet. Furnizoare de energie este scindarea hidrolitica a legaturii tioesterice, reactie reversibila.

Bilantul acestui ciclu poate fi reprezentat schematic ca:

scotand in evidenta oxidarea totala a acetilului la dioxid de carbon si hidrogen. Atomii de hidrogen reprezinta in fapt energia potentiala care va fi eliberata in urma reactiei cu oxigenul in cadrul procesului respirator.

Daca se calculeaza acum bilantul energetic al oxidarii totale a glucozei, tinandu-se cont ca principala forma de stocare a energiei este sub forma legaturilor de ATP, se va vedea ca din cele 40 de molecule ATP eliberate la oxidarea unei molecule de glucoza se consuma 2 pentru degradari hidrolitice, deci castigul este de 38 molecule ATP. Aceasta reprezinta de fapt izvorul energetic al manifestarilor biochimice.