Esame biochimica parte 5

Fase non ossidativa

Nella fase non ossidativa si ha: Ribosio 5-P, Sedoeptulosio 7-P, Fruttosio 6-P, Glucosio 6-P, Xilulosio 5-P, Transchetolasi transaldolasi, Gliceraldeide 3-P, Transchetolasi transaldolasi, Eritrosio 4-P, Fruttosio 6-P, Fosfoesoso isomerasi, Xilulosa 5-P, Gliceraldeide 3-P.

Principi di regolazione metabolica

Ci sono 3 parametri fondamentali: costituiscono l'essenza dell'analisi di controllo metabolico.

1. Coefficiente di controllo del flusso: si indica con C ed indica il contributo relativo di ciascun enzima nella determinazione del flusso di metaboliti attraverso il flusso J. Esso varia da 0, in cui l'enzima non ha effetto, a 1,0, dove l'enzima ha un effetto massimo. Quando un enzima di una direzione sottrae metaboliti ad un'altra il coeff. è negativo. Ogni via metabolica ben definita la somma dei C deve essere uguale a 1,0.
2. Coefficiente di elasticità: si indica con ε ed indica quantitativamente la risposta di un enzima alle variazioni di [ ] di un metabolita o di un regolatore. È una funzione delle proprietà cinetiche intrinseche di un enzima.

Fase non ossidativa

Nella fase non ossidativa si ha: Ribosio 5-P, Sedoeptulosio 7-P, Fruttosio 6-P, Glucosio 6-P, Xilulosio 5-P, Transchetolasi transaldolasi, Gliceraldeide 3-P, Eritrosio 4-P, Fruttosio 6-P, Xilulosa 5-P, Gliceraldeide 3-P.

Principi di regolazione metabolica

Ci sono 3 parametri fondamentali: costituiscono l'essenza dell'analisi di controllo metabolico.

1. Coefficiente di controllo del flusso: si indica con C ed indica il contributo relativo di ciascun enzima nella determinazione del flusso di metaboliti attraverso il flusso J. Esso varia da 0, in cui l'enzima non ha effetto, a 1.0, dove l'enzima ha un effetto massimo. Quando un enzima di una direzione sottrae metaboliti ad un'altra il coeff. è negativo.
2. In ogni via metabolica ben definita la somma dei C deve essere uguale a 1.0.
3. Coefficiente di elasticità: si indica con ε ed indica quantitativamente la risposta di un enzima alle variazioni di [ ] di un metabolita o di un regolatore. È una funzione delle proprietà cinetiche intrinseche di un enzima.

3) Coefficiente della risposta: si indica con R ed esprime la variazione della via metabolica al variare di P, che è un fattore esterno come un ormone o un fattore di crescita.

R = C. ε

Regolazione coordinata della glicolisi e gluconeogenesi

Se le 2 vie procedessero contemporaneamente nelle 3 reazioni in cui le 2 vie procedono con enzimi diversi ci sarebbe consumo di ATP senza avere lavoro metabolicamente utile.

ATP + H₂O → ADP + Pi + calore

Tale processo sarebbe un ciclo futile.

Controllo dell'esochinasi

La II è la più abbondante nei miociti, ha un'elevata affinità per il glucosio ed è metà saturata a [glucosio] = 0.1 mM. Normalmente, data la quantità di glucosio, essa agisce alla velocità Max.

La I assieme alla II sono inibite in modo allosterico dal loro prodotto: il glucosio 6-P.

La IV è la forma prevalente nel fegato, è per metà saturata a 10 mM e perciò tale alta Km fa sì che l'enzima possa essere regolato dai livelli di glucosio nel sangue. Essa non è inibita dal suo prodotto. Viene invece inibita da una proteina regolatrice del fegato il cui legame è molto più forte in presenza di fruttosio 6-P. In pratica l'induzione prevede che l'enzima venga segregato nel nucleo in modo che rimanga fisicamente separato dagli enzimi glicolitici citosolici.

Essa è inoltre regolata trascrizionalmente: bassa [ATP], alta [cAMP], intensa contrazione muscolare o elevato consumo di glucosio ne causano un'elevata trascrizione.

Controllo della glucosio 6-fosfatasi

Essa catalizza la tappa inversa ed è regolata anch'essa trascrizionalmente da fattori che inducono una maggiore produzione di glucosio.

Controllo della fosfofruttochinasi-1

Essa ha molti siti di regolazione allosterica. Quando la [ATP] è elevata, ovvero ne viene usata meno di quanta ne viene prodotta, essa si lega in un sito specifico e inibisce l'enzima. Quando invece aumenta la [ ] dei prodotti della demolizione dell'ATP, essi rimuovono l'ATP legato e favoriscono l'attività dell'enzima. Anche il citrato è un effettore: elevata la [ ] aumentano l'effetto inibitorio dell'ATP, riducendo il flusso di glucosio nella glicolisi.

Controllo della fruttosio 1,6-bisfosfatasi

Catalizza la reazione inversa nella gluconeogenesi. È inibita in modo allosterico dall'AMP: la [AMP] è alta quando la [ATP] è bassa e quindi c'è poca energia per sintetizzare glucosio.

Un controllo sulla PFK-1 e l'FBPasi-1 lo dà anche il fruttosio 2,6-bisfosfato.

PFK-1 aumenta la sua affinità per il S e diminuisce quella degli inibitori ATP e citrato. Senza, l'enzima è praticamente inattivo.

FBPasi-1 diminuisce la sua affinità per il S.

Regolazione del fruttosio 2,6-bisfosfato

Le [Fruttosio 2,6 bisfosfato] sono regolate in questo modo:

Glucagone stimola l'adenilato ciclasi epatica, che produce AMP_c dall'ATP. Esso attiva le proteine chinasi cAMP dipendenti che trasferiscono un gruppo fosforico dall'ATP alla proteina bifunzionale fosfofruttochinasi-2/fruttosio 2,6-bisfosfatasi. La fosforilazione aumenta l'attività fosfatasica ed inibisce quella chinasica. Si ha un abbassamento delle [fruttosio 2,6B], inibendo la glicolisi e stimolando la gluconeogenesi.

Insulina stimola l'attività di una fosfoproteina fosfatasi che rimuove un gruppo fosforico dalla proteina bifunzionale, attivando l'attività chinasica. I livelli di fruttosio 2,6B aumentano, la glicolisi è favorita e la gluconeogenesi è inibita.

Controllo da parte dello xilulosio 5-P

Esso media l'aumento della glicolisi che segue a un pasto ricco di carboidrati. La sua concentrazione aumenta quando il glucosio entra nel fegato e diviene glucosio 6-P. Esso attiva la fosfoproteina fosfatasi 2A che defosforila la proteina bifunzionale. In tal modo viene inibita la FBPasi-2 ed è attivata la PFK-2. Il fruttosio 2,6B favorisce la glicolisi. Lo xilulosio attiva anche tutti gli enzimi necessari per la sintesi degli acidi grassi.

Controllo della piruvato chinasi

Tutti i suoi isozimi sono inibiti da alti [ATP], [acetil-CoA] e acidi grassi a catena lunga.

L'isozima del fegato, ma non quello del muscolo, è anche controllato per fosforilazione: le basse [glucosio] provocano il rilascio di glucagone e la proteina chinasi cAMP dipendente lo fosforila inattivandolo.

Glucosio ↔ Gluconeogenesi ↑ Ossalacetato _{piruvato carbossilasi↖} Piruvato _{LCO2 complesso della piruvato deidrogenasi} → Acetil-CoA ↓ Ciclo dell'acido citrico ↓ Energia.

Regolazione a livello trascrizionale

Insulina = attiva due chinasi che a loro volta attivano i fattori di trascrizione degli enzimi implicati nella crescita cellulare.

Inoltre attiva il fattore di trascrizione dei geni degli enzimi che metabolizzano gli acidi grassi e i carboidrati.

Attiva anche un fattore della sua stessa sintesi; stimola la trascrizione dei geni delle esochinasi I, II e IV, la PFK-1, la piruvato chinasi e la proteina bifunzionale.

Stimola anche i processi di formazione della glucosio 6P deidrogenasi e la sintesi della G fosfoprenocato deidrogenasi.

Rallenta invece la sintesi della PEP-carbossilasi, carbossilasi, deidrogenasi, chinasi e della glucosio 6 fosfatasi, enzima della gluconeogenesi.

ChREBP: serve per coordinare la trascrizione degli enzimi necessari per la sintesi dei carboidrati e dei grassi. È inattiva quando fosforilata.

SREBP-1c: attiva la sintesi della piruvato chinasi, dell'esochinasi IV, dell'acetil-CoA carbossilasi. La sua sintesi è favorita dall'insulina e inibita dal glucagone. Inibisce la formazione di glucosio 6 fosfatasi, la PEP carbossichinasi e la FBPasi.

CREB: attiva la sintesi della glucosio 6 fosfatasi, della PEP carbossichinasi in risposta all'aumento dell'cAMP determinato dal glucagone.

Metabolismo del glicogeno

Si trova soprattutto nel fegato e nei muscoli.

La particella elementare di glicogeno si chiama particella β; 20 a 40 si uniscono a formare clastele α.

Demolizione del glicogeno

La glicogeno fosforilasi usando il Pi scinde il legame (α1→4) glicosidico tra i residui di glucosio all'estremità non riducente. L'energia viene conservata nella formazione dell'estere fosfato del glucosio 1-P. Il cofattore essenziale è il piridossal fosfato, agisce grazie al suo gruppo fosfato come un acido acetoacetico generale, rimuovendo gli alcoli del Pi sul legame glicosidico.

Tale enzima si ferma a 4 residui da una ramificazione (α1→6).

Interviene a questo punto l'enzima glucano transferasi. Il glucosio 1-P ottenuto viene convertito in glucosio 6-P dalla fosfoglucomutasi.

Sintesi del glicogeno

A partire dal glucosio 6-P, questo deve essere cambiato in glucosio 1-P dall'enzima fosfoglucomutasi. Poi l'enzima UDP-glucosio pirofosforilasi lo converte in UDP-glucosio. La formazione del glicogeno è catalizzata dall'enzima glicogeno sintasi, che si occupa di trasferire UDP-glucosio a un'estremità non riducente di una molecola embrione di glicogeno. I legami sono invece formati dall'amilo (1→6) transglicosilasi.

La sintesi del glicogeno però necessita di un primer che è rappresentato da una catena. Esiste una proteina, la glicogenina, che svolge il ruolo funzionale di enzima che catalizza l'assemblaggio di nuove catene. L'UDP-glucosio viene trasferito su un residuo di Tyr della glicogenina per azione di essa stessa. Raggiunte le 8 subunità, entra in gioco la glicogeno sintasi.

Regolazione del metabolismo del glucosio

Il glicogeno fosforilasi esiste in 2 forme interconvertibili, la α e la β.

• Forma α: attiva. Muscolo in contrazione. Adrenalina. L'AMP mantiene la α. La PP1 rimuove i fosfati.
• Forma β: meno attiva. Muscolo a riposo. Vi si regola che la attiva tramite le catecolamine. L'ATP mantiene la β. Si passa alla forma meno attiva.
• Fegato: attiva dal glucagone.

Si ferma quando la “a” lega a un sito allosterico inibitore negli epatociti.

Muscolo

Adrenalina. Gsα. ATP → AMP ciclico. Ca²⁺. PKA inattiva. Fosforilasi b chinasi inattiva. Glicogeno fosforilasi b inattiva.

Fegato

Glucagone. Gsα. ATP → AMP ciclico. PKA attiva. Fosforilasi a chinasi attiva. Glicogeno fosforilasi a attiva.

Glicogeno → Glucosio 1-P.

Glicolisi → Contrazione muscolare.

Glucosio → Nel sangue.

Cascata enzimatica