Concetti Chiave
- L'esochinasi e la glucochinasi sono enzimi chiave nella fosforilazione del glucosio, con l'esochinasi che lavora a basse concentrazioni di glucosio nei muscoli e la glucochinasi attivata solo ad alti livelli nel fegato.
- La formazione dell'UDP-glucosio avviene tramite la reazione del glucosio-6-fosfato con l'UTP, grazie all'enzima UDP-Glucosio Pirofosforilasi, che fornisce energia per la sintesi del glicogeno.
- La glicogeno sintasi è responsabile dell'aggiunta di UDP-glucosio a catene di glicogeno esistenti, formando legami alfa-1,4 glicosidici, ma non può iniziare una nuova catena da zero.
- La glicogenina agisce come primer nella sintesi del glicogeno, catalizzando le prime reazioni e formando i primi 8 residui di glucosio, rimanendo al centro della molecola di glicogeno.
- Un enzima ramificante interviene quando una catena di glicogeno raggiunge almeno 11 residui, creando ramificazioni tramite legami alfa-1,6 glicosidici per aumentare la complessità della struttura del glicogeno.
Ruolo dell'esochinasi e della glucochinasi
Ora, invece, passiamo alla sintesi del glicogeno, che si serve principalmente di 3 enzimi (i primi due sono preparatori): Innanzitutto, il glucosio deve essere fosforilato appena entra nella cellula, e questo processo viene fatto dall’Esochinasi nei muscoli e Glucochinasi nel fegato che producono glucosio-6-fosfato. - Esochinasi (muscolo): ha affinità altissima (K_m bassa), quindi lavora a pieno ritmo anche quando c'è pochissimo glucosio in giro, perché al muscolo serve energia anche con poco glucosio in circolo. Infatti il muscolo ha bisogno di energia (o di fare riserve) costantemente. Viene inibita dal suo stesso prodotto (G6P), perché se la cellula è già piena di riserve, l'enzima si ferma.- Glucochinasi (fegato): ha affinità bassa (K_m alta) perché deve agire solo quando i livelli di glucosio nel sangue sono molto alti, quindi lascia prima che gli altri organi si riempiano di glucosio. Non è inibita dal prodotto perché deve lavorare finché c'è glucosio in eccesso, permettendo al fegato di accumulare enormi quantità di riserve.
Formazione dell'UDP-glucosio
Trasforma il glucosio-6-fosfato in glucosio-1-fosfato, rendendolo idoneo alle fasi successive. UDP-Glucosio Pirofosforilasi:
In questa reazione il G1P reagisce con l'UTP, si forma UDP-Glucosio e viene rilasciato Pirofosfato (PPi) grazie all’azione pirofosforilasi dell’enzima. Il legame UDP-Glucosio è fosfodiesterico. Il pirofosfato viene immediatamente idrolizzato in 2 Pi, fornendo l’energia necessaria per fare la sintesi di questo UDP-glucosio. In particolare, partecipano 4 fosfati (3 dall’UTP + 1 del glucosio), ma solo 2 fosfati restano (1 dell’UTP + 1 del glucosio) mentre gli altri due escono. Glicogeno Sintasi:
Funzione della glicogeno sintasi
una volta ottenuto l'UDP-Glucosio, bisogna legarlo a una catena di glicogeno già esistente. L'enzima trasferisce l’UDP-Glucosio all'estremità non riducente di una catena di glicogeno preesistente (formata da almeno 4 residui). Si forma un legame alfa-1,4 glicosidico.
L'UDP è un ottimo gruppo uscente e viene rilasciato.
Attenzione: questa glicogeno sintasi non può sintetizzare glicogeno parte da o da zero, ma può solo aggiungere glucosio ad un polipeptide fatto dal almeno 8 residui. Qui interviene la Glicogenina, che funge da Primer e fornisce la base di partenza. Inoltre, ha anche funzione catalitica, catalizzando lei stessa le prime reazioni per polimerizzare i primi 8 residui. In pratica, la Glicogenina ha una tirosina in posizione 194 che col suo gruppo ossidrile (OH) attacca il carbonio 1 di un UDP-glucosio. In questo modo la proteina forma un legame col glucosio e l’UDP sarà il gruppo uscente. Questa reazione è assistita da ioni Mn2+ presente nella Glicogenina, per stabilizzare l'uscita dell’UDP.
La glicogenina continua fino al raggiungimento di una catena lunga 8 residui, perché la glicogeno sintasi allunga la catena solo se ci sono almeno 8 residui. La glicogenina rimane per sempre al centro della molecola di glicogeno. Glicosil-1,6-transferasi (Enzima Ramificante):
Quando una catena lineare diventa abbastanza lunga (almeno 11 residui), l'enzima ramificante "taglia" un pezzo terminale (di circa 7 residui) e lo sposta sul C-6 di un glucosio che si trova 4 residui prima. Si crea così un punto di ramificazione con legame alfa-1,6 glicosidico
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo dell'esochinasi e della glucochinasi nella sintesi del glicogeno?
- Come si forma l'UDP-glucosio e qual è il suo significato?
- Qual è la funzione della glicogeno sintasi nella sintesi del glicogeno?
- Che ruolo ha la glicogenina nella sintesi del glicogeno?
- Come avviene la ramificazione del glicogeno?
L'esochinasi, presente nei muscoli, ha un'alta affinità per il glucosio e produce glucosio-6-fosfato anche a basse concentrazioni di glucosio, mentre la glucochinasi, nel fegato, ha una bassa affinità e agisce solo quando i livelli di glucosio sono elevati, permettendo al fegato di accumulare riserve (come descritto nel testo).
L'UDP-glucosio si forma dalla reazione tra glucosio-6-fosfato e UTP, grazie all'enzima UDP-Glucosio Pirofosforilasi, rilasciando pirofosfato. Questo passaggio è cruciale per rendere il glucosio idoneo alle fasi successive della sintesi del glicogeno (come indicato nel testo).
La glicogeno sintasi trasferisce l'UDP-glucosio a una catena di glicogeno preesistente, formando legami alfa-1,4 glicosidici. Tuttavia, non può iniziare una nuova catena di glicogeno, ma solo allungare catene già esistenti (come spiegato nel testo).
La glicogenina funge da primer, catalizzando le prime reazioni per polimerizzare i primi 8 residui di glucosio, creando una base per la glicogeno sintasi. Rimane al centro della molecola di glicogeno (come descritto nel testo).
Quando una catena di glicogeno raggiunge almeno 11 residui, l'enzima ramificante "taglia" un pezzo terminale e lo sposta su un glucosio situato 4 residui prima, creando un punto di ramificazione con legame alfa-1,6 glicosidico (come indicato nel testo).
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