Processi biochimici della gluconeogenesi e regolazione energetica

Produzione di PEP dal piruvato

Da Piruvato a Fosfoenolpiruvato (PEP) (Piruvato chinasi). La cellula può produrre sia PEP a partire da Piruvato (può anche essere prodotto dall’Alanina), sia produrlo a partire da Lattato. Per trasformare il piruvato in PEP a partire dal Piruvato, la cellula utilizza un processo in due fasi che avviene tra il mitocondrio e il citosol. A. Piruvato Carbossilasi (nel Mitocondrio) Il piruvato entra nel mitocondrio, dove incontra la Piruvato Carbossilasi. Questo enzima usa la biotina che carbossilato il Piruvato rendendolo ossalacetato usando ATP B. Il Trasporto dell'Ossalacetato. Infatti nel citosol c’è poco NADH, per cui lo prendiamo dal mitocondrio e ce lo portiamo fuori. C. Decarbossilazione dell’ossalacetato a PEP (nel Citosol). L'ossalacetato citosolico viene convertito in PEP dalla PEP Carbossichinasi citosolica. L’enzima usa 1 GTP per catalizzare questa reazione, rilasciando CO2 precedentemente aggiunta e otteniamo il PEP. Quindi l’energia per produrre il PEP (ricco di energia) proviene dal GTP.

Conversione del lattato in PEP

Ora vediamo quando produciamo PEP non dal Piruvato, ma dal Lattato.

Il lattato viene convertito in piruvato già nel citosol dalla Lattato Deidrogenasi, producendo NADH. Quindi non serve più che usiamo il malato per portare NADH nel citosol. A questo punto allora, l'ossalacetato nel mitocondrio può essere convertito direttamente in PEP dalla PEP carbossichinasi mitocondriale. Dopodiché il PEP può uscire e andare nel citosol per proseguire normalmente la Gluconeogenesi.

Bilancio energetico e regolazione

Se vogliamo fare un bilancio energetico di questa prima deviazione, dobbiamo tener conto che per 1 glucosio servono 2 piruvati, per cui il costo totale per aggirare questo blocco energetico è di 2 ATP e 2 GTP. Da Fruttosio 1,6-bisfosfato a Fruttosio 6-fosfato (PFK-1)Mentre nella glicolisi l'enzima PFK-1 aggiunge un fosfato utilizzando ATP, nella gluconeogenesi dobbiamo rimuoverlo.

L'enzima Fruttosio 1,6-bisfosfatasi-1 (FBPasi-1) fa una defosforilazione mediata da H2O, rilasciando fosfato inorganico (Pi), senza produrre ATP.

Il ∆ G° =-16,3 kJ/mol indica che è fortemente favorita, per cui è un sito di regolazione.

Produzione di glucosio libero

Da Glucosio 6-fosfato a Glucosio Libero (esochinasi). L'enzima Glucosio 6-fosfatasi (dipendente da Mg2+), nel RE, rimuove anche il fosfato del Glucosio-6-fosfato, producendo Glucosio. Tale enzima forma un sistema fatto dell’enzima stesso e 3 proteine trasportatrici. Questa reazione avviene all’interno del reticolo endoplasmatico, in modo tale che il glucosio libero appena prodotto non venga nuovamente fosforilato e destinato alla glicolisi. Il trasporto diretto da RE a sangue avviene grazie a contact sites RE-membrana plasmatica, per evitare che si disperda nel citosol e. Quindi per ogni glucosio si spendono 6 legami fosfoanidridici ad alta energia (4 ATP e 2 GTP). La gluconeogenesi è fortemente irreversibile a causa del ∆ G° = -37,7 kJ/mol.

Regolazione della gluconeogenesi

Il piruvato può sia proseguire verso il ciclo di Krebs, sia essere utilizzato nella gluconeogenesi. Poiché questi processi hanno funzioni opposte, devono essere strettamente regolati. Le regolazioni possono essere allosteriche oppure covalenti. Questo porta alla diminuzione del F2,6BP, riducendo la glicolisi e favorendo la gluconeogenesi. Dopo un pasto, aumenta l’insulina, che defosforila l’enzima bifunzionale e attiva la PFK-2.