Biochimica e biologia molecolare

La via del pentosio fosfato

• Si parte sempre dal G6P perché la reazione preliminare di ogni metabolismo glucidico è quella che riguarda la fosforilazione del glucosio, e da qui, a seconda delle varie condizioni in cui si trova la cellula, il G6P seguirà destini diversi.

Perché è preliminare?

Perché così il G6P, indipendentemente da quale via prenderà, non può più uscire dalla cellula perché non viene riconosciuto dai trasportatori del glucosio.

Che destini ha il G6P?

• Glicolisi = formazione del piruvato.
• Gluconeogenesi.
• Pentosio fosfato, non è una via energetica, non è finalizzata né a ripristinare le concentrazioni di glucosio né a produrre energia (ATP).

È l’unica via di tutti i vari metabolismi che produce un coenzima ridotto, il NADPH.

• Produce intermedi che possono essere utilizzati in altre vie metaboliche -> sintesi di nucleotidi e precursori di vie glucidiche.

Localizzazione: avviene esclusivamente nel citoplasma del fegato, ma può avvenire anche nel tessuto adiposo.

Quello che regola l’indirizzamento del G6P verso la via del pentosio fosfato è la richiesta energetica della cellula:

• Se la cellula ha bisogno di produrre ATP, il G6P andrà incontro a glicolisi -> ciclo di Krebs -> fosforilazione ossidativa.
• Se la cellula ha bisogno di produrre glucosio, il G6P viene defosforilato dalla glucosio 6 fosfatasi.
• Se la cellula soddisfa sia le condizioni di glicemia che le condizioni energetiche, l’eccesso viene indirizzato nella via del pentosio fosfato.

N.B.: il muscolo ha una situazione a sé stante, il cui fabbisogno energetico regola il suo stesso funzionamento.

Nel muscolo la via favorita sarà la glicolisi, o sintesi di glicogeno per avere come riserva. Rivedo.

Cos’è il NADPH?

NAD è un nucleotide -> due nucleotidi in cui uno, la base azotata, è formata da adenina, l’altra invece da nicotinammide; entrambi sono tenuti insieme dal gruppo fosfato.

FAD e NAD sono trasportatori di elettroni sulla catena mitocondriale.

NAD+ è un coenzima che può passare ad una forma ossidata = NADP, o una forma ridotta = NADPH.

NAD+ però non trasporta elettroni sulla catena mitocondriale, bensì li trasporta per effettuare reazioni di ossidoriduzione in quelli che sono processi di biosintesi riduttivi (sintesi di acidi grassi e del colesterolo).

• La via del pentosio fosfato non è energetica perché non produce ATP; produce NADPH che non trasporta elettroni sulla catena mitocondriale = non favorisce la formazione di ATP.

Dunque la via del pentosio fosfato consiste in due fasi:

• Fase ossidativa: irreversibile, caratterizzata dalla formazione di molecole di NADPH.
• Fase non ossidativa: reversibile, caratterizzata dalla formazione di precursori di altre vie metaboliche.

La fase ossidativa

Prima fase: parte dal G6P e arriva al ribulosio 5-fosfato (precursore del R5P).

Seconda fase: rimaneggiamento degli atomi del R5P per dare intermedi di altre vie glucidiche.

La glucosio 6 fosfato deidrogenasi è l’enzima la cui carenza comporta il favismo -> degradazione di eritrociti.

Stress ossidativo in equilibrio, ma quando l’enzima viene meno il rapporto NADP+ e NADPH non è più in equilibrio nella cellula.

Fase ossidativa finalizzata a produrre NADPH: -> reazioni redox, ossidazione del G6P in 6 fosfogluconolattone.

Prima fase: il G6P viene ossidato tramite l’enzima “glucosio 6 fosfato deidrogenasi”.

Dopo enzima GGP, 3 reazioni simada con ribulosio fosfato il 5 NADP+, NADPH due formazione di prenderà elettroni dal gruppo ossidrilico in C1 a 62 formare in C1 doppio legame e contemporaneamente V5C a trasferire elettroni sul NADP+ che si riduce così a NADPH.

Questa reazione è importante perché va a regolare il rapporto tra NADP+ e NADPH.

Se il G6P è spostato verso la via del pentosio fosfato, significa che avremo bisogno di NADPH = vuol dire che stiamo portando il glucosio verso la formazione di NADPH che verrà utilizzata per la sintesi degli acidi grassi.

Enzima vie 2: -> la condizione energetica della cellula è epimerizzazione soddisfatta, perché è in eccesso e viene utilizzato per produrre NADPH utilizzato per la sintesi degli acidi.

Isomerizzazione > grassi -> sintesi anaboliche.

Per sintesi di nucleotidi -> se la via del pentosio fosfato non avviene, il rapporto è in favore per il NADP+ e il NADPH non c’è.

NADP+ in eccesso è sintomo di una cosa fondamentale: il G6P non è indirizzato verso la via del pentosio fosfato, ma verrà indirizzato verso le altre due vie metaboliche.

La dopo isomerizzazione quindi: se il G6P non è indirizzato verso la via del pentosio fosfato, significa che non è in eccesso e il glucosio dovrà essere indirizzato verso i meccanismi che vanno a soddisfare il fabbisogno energetico della cellula.

Se il G6P è in eccesso invece seguirà la via del pentosio fosfato, portando ad un altro meccanismo anabolico di sintesi collegato al metabolismo degli acidi grassi e dei trigliceridi.

Seconda reazione: idrolisi (non è una fase in cui si forma NADPH), ma si otterrà l’enzima “gluconolattasi” che produrrà “6-fosfogluconato”.

In questa reazione, il C1 e C5 sono i più corti.

In C1 cambia il legame: avviene una liberazione del gruppo H dall’acqua che va a legarsi col C1 della molecola (sempre in forma lineare!).

Un gruppo OH si lega al C1 della struttura del 6-fosfogluconato, e l’H si lega al C5.

Terza reazione: decarbossilazione ossidativa = coinvolge due reazioni:

• Decarbossilazione -> eliminazione della CO2.
• Supporto di un cofattore redox che cambia dallo stato ossidato allo stato ridotto.

In questo caso, il trasferimento di elettroni dovuto al distacco della CO2 si ha sul NADP+ che diventa NADPH.

Se abbiamo rimozione di CO2, struttura e gli elementi del carbonio cambieranno: si passa da una struttura 6C a 5C = ribulosio 5 fosfato.

Il ribulosio-5-fosfato può andare incontro a due reazioni:

• Isomerizzazione, che produrrà glucosio-5-fosfato che sarà precursore per la sintesi dei nucleotidi.
• Epimerizzazione, in cui il ribulosio-5 fosfato entra nella “fase non ossidativa”.

Domanda: differenze tra i due

Sbobine di biochimica: dodicesima lezione Greco.

Giovedì 14 novembre.

La fase non ossidativa

Il ribosio 5 fosfato, isomero del ribulosio 5 fosfato, è precursore necessario per la sintesi di nucleotidi e la sintesi degli acidi nucleici.

L’epimero del ribulosio-5-fosfato, che si chiama “Xilulosio 5-fosfato”, entra nella seconda parte della via del pentosio fosfato, ovvero nella “fase non ossidativa”. La fase non ossidativa consiste nel riarrangiamento 1 asimmetrico di atomi di carbonio.

Centro cambiano di esteroisomeri sono si chiama così proprio perché non si formerà, C chirale il per di centro il. NADPH, né molecole ridotte e né enzimi, ma 5 c’è stesso lo >~ riguarderà il cambio di atomi di C nelle stesse strutture per avere intermedi di altre vie metaboliche glucidiche -> “riarrangiamento” significa che si lavora sempre su stessi numeri ma con combinazioni diverse.

Prima fase: epimerizzazione dell’R5P in xilulosio 5 fosfato.

Lo xilulosio 5 fosfato è il primo metabolita che entra nella fase non ossidativa, caratterizzata da:

• Due transchetolazioni intervallate da una transaldolazione.

Queste fasi consistono nel trasferimento di atomi di C da una molecola all’altra, lavorando sempre sulle stesse strutture ma con gruppi di C che vengono trasferiti.

Transchetolazione: quando viene trasferito un gruppo a due unità di carbonio.

Transaldolazione: quando viene trasferito un gruppo a tre unità di carbonio.

In questa reazione ci sarà sempre una molecola il cui gruppo chetoso è il donatore, e un’altra molecola il cui gruppo aldoso risulta come l’accettore.

Prima transchetolazione: trasferimento di un gruppo a 2C da un chetoso ad un aldoso, a dare una struttura a 4C che vengono sempre rimaneggiati -> 3C + 1C = 4C.

Gli enzimi che catalizzano delle reazioni di transchetolazione si chiamano “transchetolasi”, e sono tiaminapirofosfato dipendenti (TPP).

Il tiaminapirofosfato deriva dalla tiamina = vitamina B1.

La è un coenzima vitaminico che l’aldosio accettore ha una struttura a 1C, il chetosio donatore invece una struttura a 3C.

3C + 1C per avere sempre 4C che vengono rimaneggiati.

Nella prima transchetolazione, lo zucchero che cede il gruppo chetonico è quindi lo xilulosio-5-fosfato.

Lo xilulosio reagisce con l’isomero del ribulosio-5-fosfato, che è il ribosio-5-fosfato.

Quindi: il ribulosio-5-fosfato ha 5C, viene isomerizzato in ribosio-5-fosfato (sempre a 5C), epimerizzato a xilulosio-5-fosfato (a 5C) -> xilulosio-5-fosfato e ribosio-5-fosfato reagiscono tra di loro, ma transchetolazione e transaldolazione sono reazioni di riarrangiamento atomico: se partiamo da 10+ sempre a 10C si arriva, anche se le strutture e le combinazioni sono diverse.

In particolare, col trasferimento del gruppo chetonico su un aldoso (da xilulosio-5-fosfato a ribosio-5-fosfato = da 5C a 5C col gruppo aldeidico) abbiamo la formazione di:

Dallo xilulosio-5-fosfato togliamo l’estremità del gruppo chetonico, arrivando ad avere una struttura a 3C (5-2 = 3C = gliceraldeide 3-fosfato).

Il ribosio che ha 5C, accettando un gruppo chetonico dal chetoso, diventa una struttura a 7C che si chiama “sedoeptulosio-7-fosfato” (5+2 = 7C = sedoeptulosio 7 fosfato) -> principio di conservazione: nulla si crea, nulla si distrugge; avviene solo un riarrangiamento.

32 C struttura a 12 accettore gruppo a >5C P7 sedoeptulosio 5 lo -1 invece le continuare azioni MV V intermedio primo che crea! Si > isomerizzato epimerizzato.

La funzione della via del pentosio fosfato è di formare coenzimi ridotti e strutture/derivati/intermedi di vie metaboliche glucidiche.

La gliceraldeide 3-fosfato che si forma con la prima reazione contribuisce così, a seconda delle condizioni energetiche della cellula:

• Via glicolitica.
• Via della gluconeogenesi.

Il sedoeptulosio 7-fosfato invece continuerà le reazioni successive con la transaldolazione, quindi = trasferimento di un gruppo a 3C chetonico ad un altro aldoso che diventa accettore.

L’enzima si chiama “trans-aldolasi” e vedrà il rimaneggiamento di una struttura a 7C con una a 3C.

313 +3C gliceraldeide sulla unta di trasferimento C dis /c7C-3c a formare =: 6c M spostamento gruppo 3 del 3 dallo creasi + = sulla 7C a chetonico della struttura - ~ ,, così a formare 3C il FGP gliceraldeide a ,, :ed secondo intermedio e’ ila 7a4C rimanente~ =.

Mentre il F6P va a contribuire locas strutture il è 2 totale sempre daranno intermedi 4C: 51 2 => +&C direttamente o con la glicolisi o con = chetonico gruppo trasferimento del - dalla la gluconeogenesi, l’eritrosio 4P ↑ sottrazione può reagire con lo xilulosio 5-P nella seconda transchetolazione.

Lo xilulosio 5-P (epimero del ribulosio 5-P) cede il suo gruppo chetonico (struttura a 2C quindi 62 perché è una transchetolasi) che si 2c& + =25 ~>> - legano alla struttura a 4C epimero v> aggiunta dalla dell’eritrosio 4-P. Alla incontro i due vanno transchetolazione prima 1 intermedio! Secondo (CTPP-dependent formazione di: ~3 72C a 3C a forma solo per si transaldolazione! 7J 325C avv isomerizzazione deriva da intermedio primo fosfato ribulosio 5 del - ;ine epimerizzazione va in 5-fosfato xilulosio 2C av.

L’intento è di formare intermedi triosi o esosi per la via della glicolisi o della gluconeogenesi.

Le [ ] di G6P (derivanti dalla isomerizzazione della F6P) vanno a regolare l’intera via del pentosio fosfato, per il discorso energetico relativo alla cellula!

Se la cellula ha bisogno di produrre energia, significa che il G6P che si forma sarà mosso nel completare la glicolisi -> andare nel ciclo di Krebs -> fare la fosforilazione ossidativa -> formare ATP.

Se la produzione di ATP è sufficiente a soddisfare il contenuto energetico di tutto l’organismo (= la quantità di ATP prodotta dall’organismo risponde a quello che è il fabbisogno energetico dell’intero organismo), il G6P in eccesso sarà indirizzato in altre vie metaboliche, fra cui quella del pentosio fosfato (che serve per l’inizio della prima fase).

In condizioni di iperglicemia, il G6P in eccesso può essere il substrato per la sintesi del glicogeno -> G6P riarrangiamento in G1P -> riconosciuto dall’UDP -> si forma glucosio.

Il G6P contribuisce a smaltire in iperglicemia il glucosio.

Se non ci fosse la via del pentosio fosfato non si potrebbe avere la sintesi di trigliceridi e di colesterolo.

Bilancio energetico del pentosio 5-fosfato

A partire da una struttura a sei atomi di carbonio (G6P) si ha la formazione di più intermedi della via glicolitica e della via della gluconeogenesi, tra cui:

• Gliceraldeide 3-fosfato.
• Fruttosio 6-fosfato.

Ciò che determina il passaggio del G6P nella via del pentosio fosfato è la condizione energetica della cellula e la quantità di NADPH nella cellula stessa.

Se il NADPH è disponibile la via del pentosio fosfato non si attiva.

Per quale motivo?

Perché le deidrogenasi hanno bisogno di NADP+.

Se il rapporto di NADP+/NADPH è a favore del NADP+ la via del pentosio fosfato è favorita, perché l’enzima presente sulla G6P deidrogenasi ha bisogno di NADP+ per effettuare l’ossidazione (per il processo quindi c’è bisogno dell’enzima nel suo stato ossidato).

Pentosio fosfato: dove può essere localizzato nello schema?

• Non c’è produzione di ATP = non contribuisce a rifornire la cellula del suo contenuto energetico.
• Sfugge ad un controllo ormonale siccome non contribuisce al livello energetico della cellula (quindi non verrà influenzato da ipoglicemia o iperglicemia).
• La via si ha quando c’è la disponibilità del G6P e NADP+.

-> Il G6P si ha in condizioni, nell’epatocita, di iperglicemia.

Nel fegato, il glucosio entrante viene fosforilato in G6P (reazione preliminare!).

La via del pentosio fosfato avviene in iperglicemia ma non in ipoglicemia perché non si può avere un aumento di G6P, le finalità del G6P sono due:

• Deriva dalla gluconeogenesi e perde il gruppo P sotto stimolo dell’insulina.
• Deriva dalla glicogenolisi sotto stimolo del glucagone.

La gluconeogenesi inoltre è una via anabolica e richiede quindi NADH e ATP = dispendio energetico notevole.

Il G6P non verrà mai dalla gluconeogenesi altrimenti si avrebbe un ciclo futile -> entrerebbe poi nella glicolisi, e non avrebbe senso in condizioni di ipoglicemia.

L’ipoglicemia viene soddisfatta solo quando il G6P defosforilato esce dal fegato.

Il G6P in eccesso è quello determinato soltanto da un aumento sempre più costante di glucosio all’interno dell’epatocita = solo in iperglicemia quindi.

La via preliminare nella glicolisi avverrà sempre: la reazione di esochinasi che da glucosio per fosforilazione darà G6P.

Il G6P poi verrà indirizzato a metabolismi diversi a seconda delle condizioni della cellula e dell’organismo.

Se nel fegato la finalità è di abbassare le concentrazioni di glucosio del sangue, significa che prenderà glucosio, verrà fosforilato in G6P e questo andrà ad essere degradato in glicolisi; qualora le concentrazioni fossero maggiori viene indirizzato verso la sintesi del glicogeno.

Sbobine di biochimica: tredicesima lezione Greco.

Lunedì 18 novembre. Fino a min. 9.

Dalla glicolisi al ciclo di Krebs

Ripasso glicolisi.

• La prima reazione riguarda come accoppiare glicolisi e ciclo di Krebs. Affinché avvenga questo congiungimento, il piruvato deve essere trasformato in Acetil Co-A.
• Questa trasformazione è cardine dell’intero ciclo di Krebs, ed è una reazione irreversibile che vede il coinvolgimento di 3 enzimi, 5 coenzimi e 5 vitamine che coordineranno il ciclo.

-> È irreversibile perché dal piruvato si forma Acetil Co-A, ma da questo non si può mai ottenere il composto originario.

L’Acetil Co-A non è un precursore del piruvato, ed è per questo che è una reazione irreversibile.

Domanda da esame: quali sono i precursori della gluconeogenesi?

• È una reazione che da una parte richiede un dispendio energetico e un supporto intero da parte dell’organismo per far sì che le reazioni avvengano.