Biochimica completo

Biochimica

• Glicolisi pagina 245
• Destini del piruvato pagina 256
• Gluconeogenesi pagina 257
• Via del pentoso fosfato pagina 261
• Metabolismo del glicogeno (glicogenolisi e glicogenosintesi) pagina 277
• Ciclo di Krebs pagina 285
• Ossalacetato pagina 296
• Corpi chetonici pagina 306
• Ciclo dell’urea pagina 314
• Destino degli amminoacidi pagina 317
• Fosforilazione ossidativa pagina 327
• Controllo della glicemia pagina 424
• Metabolismo aerobico e anaerobico
• Acetil Co-A e i suoi destini
• Eritrocita ed emoglobina/mioglobina pagina 74
• Enzimi e classificazione
• Ciclo di Cori
• Metabolismo dei lipidi pagina
• Biosegnalazione
• Le vie metaboliche del fegato

Le vie metaboliche del fegato

Funzioni metaboliche del fegato. Metabolismo dei carboidrati: il suo ruolo è quello di mantenere sotto controllo la concentrazione ematica di glucosio: glicogenesi dopo un pasto, glicogenolisi dopo un periodo di digiuno; gluconeogenesi dopo un lungo periodo di digiuno. La funzione delle proteine comporta spesso l’interazione con altre molecole. Una molecola che si lega a una proteina viene chiamata ligando, e il sito a cui si lega viene detto sito di legame.

Emoglobina e mioglobina

La mioglobina contiene un gruppo prostetico eme, in grado di legare l’ossigeno. Il gruppo prostetico eme è costituito da uno ione Fe²⁺ (ione ferroso) coordinato con la porfirina. Il legame dell’ossigeno alla mioglobina è reversibile. Il legame del ligando in funzione della concentrazione del ligando stesso ha un andamento iperbolico.

L’emoglobina normale nell’adulto è costituita da quattro subunità, ciascuna con un gruppo eme. Le due subunità alfa e le due subunità beta hanno una struttura simile tra di loro. L’emoglobina è presente in due strati strutturali diversi, T (teso) ed R (rilassato). In assenza di O2 lo stato T è più stabile, al contrario lo stato R presenta una maggiore affinità per legare ossigeno. Il legame dell’ossigeno favorisce la transizione dallo stato T allo stato R.

Il legame dell’ossigeno all’emoglobina è allosterico e cooperativo. Il legame di ioni H⁺ e CO2 all’emoglobina ha come risultato la stabilizzazione dello stato T e la riduzione dell’affinità per l’ossigeno.

I fattori che influenzano la transizione da uno stato all’altro sono la pressione parziale di ossigeno, la pressione parziale di anidride carbonica, il pH ecc.

In molti organismi un processo centrale di conservazione dell’energia è la tappa di ossidazione del glucosio a CO2 in cui parte dell’energia dell’ossidazione viene conservata nell’ATP mentre gli elettroni vengono trasferiti all’O2.

Le reazioni di ossidoriduzioni possono essere descritte come due semi reazioni; gli elettroni tendono a spostarsi verso la semi-reazione con il potenziale di riduzione più alto.

Glicolisi

La glicolisi è un processo metabolico in cui viene catabolizzata una molecola di glucosio, essa non richiede ossigeno e può perciò avvenire sia in condizioni aerobiche che anaerobiche.

Durante la glicolisi, la molecola di glucosio, che è costituita da 6 atomi di carbonio, viene convertita in due molecole di piruvato, un composto a tre atomi di carbonio. Durante questo processo, parte dell'energia del glucosio viene catturata con una produzione netta di due molecole di ATP e due molecole di NADH.

Le reazioni della glicolisi avvengono nel citosol, dove si trovano libere le molecole dei reagenti come l'ADP, il NAD+ e il fosfato inorganico.

La via della glicolisi consiste in una serie di 10 reazioni ciascuna delle quali è catalizzata da un enzima specifico. Di queste 10 reazioni chimiche 7 sono reversibili, al contrario 3 saranno irreversibili. Nello specifico le reazioni irreversibili della glicolisi sono: la reazione 1 (Fosforilazione del glucosio grazie all’enzima esochinasi da glucosio a glucosio 6-fosfato), la reazione 3 (Fosforilazione del fruttosio grazie all’enzima fosfofruttochinasi PFK 1 da fruttosio a fruttosio 6-fosfato) e la reazione 10 (Fosforilazione a livello del substrato con passaggio del gruppo fosfato dal fosfoenolpiruvato all’ADP con la conseguente formazione di ATP).

Le altre reazioni reversibili della glicolisi sono: la reazione 2 (Isomerizzazione del glucosio 6-fosfato a fruttosio 6-fosfato), reazione 4 (Scissione del fruttosio 6-fosfato a gliceraldeide 3-fosfato e diidrossiacetone fosfato), reazione 5 (Isomerizzazione del diidrossiacetone fosfato in gliceraldeide 3-fosfato), reazione 6 (Ossidazione del gliceraldeide 3-fosfato (2) in 1,3-bisfosfoglicerato (2)), reazione 7 (Fosforilazione a livello del substrato con trasferimento di due gruppi fosfato dal 1,3-bisfosfoglicerato all’ADP a formare ATP), reazione 8 (Isomerizzazione da 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato), reazione 9 (Deidratazione del 2-fosfoglicerato a formare il fosfoenolpiruvato attraverso la rimozione di una molecola d’acqua).

La glicolisi è divisa in due fasi principali: la prima fase è di investimento, infatti le prime 5 reazioni sono endoergoniche, in quanto necessitano di ATP consumando 2 ATP, mentre la seconda fase è di rendimento in quanto le ultime 5 reazioni sono esoergoniche, generano nello specifico 4 ATP e 2 NADH. La produzione netta della glicolisi sarà quindi 2 piruvato, 2 ATP e 2 NADH.

Oltre al glucosio, anche altri carboidrati alimentano la glicolisi entrando appunto in essa dopo essere stati trasformati in uno degli intermediari della via glicolitica. I più importanti sono il glicogeno e l’amido, i vari polisaccaridi e disaccaridi assunti nella dieta, diversi esosi come il fruttosio, il galattosio ecc.

Destino del piruvato

Il destino del piruvato in condizioni aerobiche, il piruvato formato nella fase finale della glicolisi può essere decarbossilato grazie all’enzima piruvato deidrogenasi in Acetil CoA per poi entrare nel mitocondrio per essere ossidato a CO2 e H2O nel corso del ciclo di Krebs oppure può essere convertito dalla piruvato carbossilasi in Ossalacetato ed entrare nella gluconeogenesi.

Il destino del piruvato in condizioni anaerobiche, molti organismi rigenerano il NAD+ trasferendo gli elettroni dal NADH al piruvato, formando il lattato (fermentazione lattica); oppure riducendo il piruvato a etanolo e CO2 (fermentazione alcolica).

Gluconeogenesi

La gluconeogenesi è un processo metabolico mediante il quale, in caso di necessità dovuta a carenza di glucosio nel sangue, un composto non glucidico viene convertito in glucosio, seguendo sostanzialmente le tappe inverse della glicolisi.

La gluconeogenesi avviene principalmente nel fegato e in piccola parte nei reni e consiste quindi nella sintesi di glucosio da precursori non glucidici quali piruvato, lattato, Ossalacetato, glicerolo e amminoacidi.

La gluconeogenesi si basa su 3 deviazioni che corrispondono alle 3 tappe irreversibili della glicolisi, tali reazioni vengono catalizzate da enzimi specifici: (10) piruvato carbossilasi e fosfoenolpiruvato carbossichinasi, la PEP carbossichinasi (3) e la glucosio 6-fosfatasi (1).

L’ultima reazione della glicolisi racchiude due reazioni nella gluconeogenesi, infatti il piruvato prima viene convertito in Ossalacetato dall’enzima piruvato carbossilasi e poi l’Ossalacetato viene convertito in fosfoenolpiruvato dall’enzima fosfoenolpiruvato carbossichinasi.

La gluconeogenesi è energeticamente dispendiosa, la cellula infatti usa 6 legami altamente energetici forniti da ATP per formare una molecola di glucosio a partire da lattato o piruvato.

La formazione di una molecola di glucosio dal piruvato richiede: 2 Piruvato, 4 ATP, 2 GTP e 2 NADH. La fase di digiuno tale processo è svolto unicamente dal fegato.

La glicolisi e la gluconeogenesi hanno 7 enzimi in comune che catalizzano le 3 reazioni reversibili delle due vie. Queste due vie sono sottoposte a controllo allosterico incrociato, il principale enzima di controllo della glicolisi è la fosfofruttochinasi.

Pentosio fosfato

La via del pentoso fosfato è un processo metabolico citoplasmatico che, oltre a produrre NADPH utilizzato come trasportatore di energia chimica, dà luogo alla produzione di ribosio 5-fosfato utilizzato come precursore di molecole più complesse come gli acidi nucleici. Essa è una via alternativa rispetto alla glicolisi adottata da quei batteri che non posseggono l’enzima aldolasi fondamentale nella glicolisi.

La via ossidativa del pentosio fosfato parte dall’ossidazione e decarbossilazione dell’atomo C1 del glucosio 6-fosfato e produce NADPH e pentosio fosfato. Il NADPH fornisce la forza riducente alle reazioni biosintetiche e il ribosio 5-fosfato è un precursore per la sintesi dei nucleotidi e degli acidi nucleici.

La prima fase della via del pentoso fosfato è caratterizzata da 2 ossidazioni, esse convertono il glucosio 6-fosfato in ribulosio 5-fosfato e riducono il NADP+ a NADPH. La seconda fase comprende tappe non ossidative che convertono il pentosio fosfato in glucosio 6-fosfato permettendo così alla via di ricominciare il ciclo. L’ingresso del glucosio 6-fosfato nella via del pentosio fosfato o nella glicolisi è fortemente determinato dalle concentrazioni relative di NADP+ e di NADPH.

Glicogeno

Il glicogeno è la principale riserva di carboidrati degli organismi animali. È un polisaccaride del glucosio ramificato ed è presente soprattutto nel tessuto epatico e in quello muscolare scheletrico.

La differenza tra il glicogeno muscolare e quello epatico è che il glicogeno muscolare rappresenta una fonte di energia rapidamente utilizzabile dalla cellula che la consuma per se stessa, mentre il glicogeno epatico serve come riserva di glucosio per gli altri tessuti quando non è disponibile glucosio alimentare, come ad esempio in una fase di digiuno, per mantenere costante la glicemia.

La sintesi del glicogeno avviene tramite un processo denominato glicogenosintesi. La glicogenosintesi è un processo che avviene nel citoplasma delle cellule del fegato e dei muscoli scheletrici e consiste nella conversione del glucosio a glicogeno.

Il punto di partenza della sintesi del glicogeno è il glucosio-6-fosfato, che deriva dal glucosio libero mediante fosforilazione da parte delle esochinasi 1 e 2 nel muscolo, e dell’esochinasi 4 nel fegato.

Il glucosio 6-fosfato è convertito prima in glucosio 1-fosfato e poi dall’enzima UDP-glucosio pirofosforilasi in UDP glucosio.

L’UDP glucosio è il donatore delle unità di glucosio nella reazione enzimatica di formazione del glicogeno catalizzata dalla glicogenosintetasi, che catalizza il trasferimento del residuo glucosidico dall’UDP glucosio a un’estremità non riducente di una molecola ramificata di glicogeno.

Successivamente la molecola viene ramificata dall’enzima ramificante amilo-transglucosilasi.

Il glucosio in eccesso viene convertito in glicogeno per poi essere conservato nel muscolo e nel fegato sotto forma di grandi particelle insolubili. Il glicogeno costituisce quindi una sostanza di deposito prontamente utilizzabile dalla cellula.

In base alle richieste energetiche, attraverso il processo di glicogenolisi, il glicogeno viene scisso in glucosio. La glicogenolisi è quindi una via di degradazione metabolica del glicogeno a glucosio, essa avviene per mezzo di tre enzimi: la glicogeno fosforilasi, l’enzima deramificante e la fosfoglucomutasi.

L’enzima glicogeno fosforilasi catalizza la scissione fosforolitica all’estremità non riducente delle catene di glicogeno, demolendolo, liberando glucosio 1-fosfato.

L’enzima deramificante catalizza due reazioni di trasferimento delle ramificazioni. Nella prima trasferirà la ramificazione ad un’estremità non riducente, per poi nella seconda reazione rilascerà l’ultimo residuo come glucosio libero.

Il glucosio 1-fosfato ottenuto viene infine convertito in glucosio 6-fosfato dall’enzima fosfoglucomutasi.

I due enzimi principali, la glicogenosintetasi per la glicogenosintesi e la glicogeno fosforilasi per la glicogenolisi, sono sempre attivi, essi sono regolati grazie all’azione ormonale ma di base entrambi sono resi più o meno attivi dal processo di modificazione covalente nel quale l’aggiunta di un gruppo fosfato rende più attivo l’enzima stesso.

Il glucosio prodotto al termine della glicogenolisi ha però funzioni differenti a seconda se esso sia utilizzato dal fegato o dal muscolo scheletrico. Nel fegato verrà utilizzato per mantenere costante il livello di glicemia venendo rilasciato nel circolo sanguigno, mentre nel muscolo scheletrico subisce il processo di glicogenolisi e viene utilizzato nel processo di contrazione muscolare.

Glicemia

La concentrazione di glucosio nel sangue (glicemia) è regolata e controbilanciata da variazioni indotte dagli ormoni nel metabolismo di alcuni organi. Concentrazioni elevate di glucosio nel sangue determinano la secrezione di insulina da parte delle cellule beta del pancreas, un ormone ipoglicemizzante che incrementa la velocità di assunzione di glucosio da parte dei tessuti e favorisce la formazione di glicogeno attraverso il processo di glicogeno sintesi. L’insulina ha e