Approfondimenti Biochimica

Piruvato chinasi Che viene inibito da ATP, acetil-CoA e alanina, attivato invece

dal fruttosio 1,6 bisfosfato

La gluconeogenesi ha anch’essa 3 enzimi che ne regolano l’andamento:

Piruvato carbossilasi: catalizza la conversione di piruvato in ossalacetato, e’

attivato dal Acetil-CoA

Posfoenolpiruvato casbossichinasi (PEPCK) che catalizza la reazione di

conversione del’ ossalacetato in fosfoenolpiruvato viene regolata

principalmente dai fattori di trascrizioni sottoposti a regolazione ormonale di

insulina e glucagone.

Fruttosio 1,6 bisfosfatasi -1 (FPBasi -1): converte il fruttosio 1,6 bisfosfato in

fruttosio 6 fosfato e’ regolato principalmente dall’AMP che lo inattiva assieme

al fruttosio 2,6 bisfosfato, mentre viene attivato dall’ATP.

Queste regolazioni avvengono in tutte le cellule, tranne per quanto riguarda il

futtosio2,6 bisfosfato, in quanto la molecola e’ presente solo nelle cellule del

fegato.

Dando un’occhiata quindi alla regolazione coordinata, i principali enzimi sono

PFK-1 nel glucosio e FBPasi-1 i quali vengono attivati e inibiti reciprocamente

dall’AMP, che attiva PFK-1, e inibisce FBPasi-1.

Come accennato precedentemente, nel fegato risulta esserci un’ulteriore

regolatore, il fruttosio 2,6 bisfosfato. La sua sintesi/degradazione e’ dettata dai

livelli di glucagone e insulina nel sangue. Questa molecola e’, nel fegato, un

potente attivatore allosterico dell’enzima PFK-1 e in contemporanea e’ anche

inibitore del FBPasi-1. Questa molecola viene prodotta nel fegato, in quanto

solo li e’ presente l’enzima bifunzionale PFK-2/FBPasi-2. Questo enzima



possiede sia attività chinasi a (PFK-2: fruttosio 6 fosfato fruttosio 2,6



bisfosfato) che attività fosfatasi a (FBPasi-2: fruttosio 2,6 bisfosfato fruttosio

6 fosfato). Le due attività si trovano sullo stesso polipeptide e sono attive

reciprocamente: se funziona PFK-1, FBPasi-2 e’ inattiva e viceversa. La

regolazione dei due, avviene per merito degli ormoni insulina e glucagone.

L’insulina attiva la fosfoproteina fosfatasi, che defosforilando l’enzima attiva

l’attivita chinasica, stimolando la produzione di fruttosio 2,6 bisfosfato che

quindi attiverà PFK-1 promuovendo la glicolisi e inibendo la gluconeogenesi. Il

glucagone invece, attraverso la stimolazione di PKA, promuove la

fosforilazione dell’enzima bifunzionale che quindi porterà ad un abbassamento

della concentrazione del fruttosio 2,6 bisfostato il che promuovera la

gliconeogenesi e inibirra’ la glicolisi.

Un altro regolatore presente nel fegato e’ il xilulosio 5 fosfato, derivato dalla

via del pentosio fosfato, che e’ un attivatore allosterico della proteina fosfatasi

2a (PP2A), la quale defosforila l’enzima bifunzionale, dstimolando dunque la

glicolisi. Il xilulosio 5 fosfato agisce inoltre anche tramite ChREBP (fattore di

trascrizione), che sempre grazie a PP2A viene defosforilato prima di entrambi i

gruppi fosfato e questo permette l’ingresso dello stesso nel nucleo dove poi

attiverà i fattori di trascrizione per glicolisi e sintesi acidi grassi.

A livello ormonale dunque, insulina stimola glicolisi, inibendo gluconeogenesi,

invece glucagone promuove gluconeogenesi e inibisce glicolisi.

ATP sintasi

L’ATP sintesi si e’ un enzima mitocondriale, localizzato nella membrana

interna. Dotato di due subunità F0 e F1. La prima F0 forma il canale protonico

formato da 10 su unità C, legate ad una subunità A e con due 2 subunità B

che legano la subunita F0 alla F1 come fosse uno stelo. La subunità F1 invece

e formata da 5 polipeptidi diversi: a3b3 sito catalitico dell’ATP sintasi,

gamma/delta/epsilon, proteine accessorie con y che forma una specie di

perno che si inserisce all’interno dell’esamero a3b3 e ruota insieme alle cu

unità C10. La sintesi di ATP avviene all’interno delle subunità b, le quali, in

base alla rotazione del perno y, cambiano conformazione: ADP + Pi, ATP,

vuoto. La rotazione e la sintesi avviene in seguito alla forza motrice protonica

che si genera per il passaggio di H+ dallo spazio intermembrana alla matrice

interna. Ogni subunita A presenta due semicanali, uno lato P intermembrana e

uno lato N matrice. Grazie all’interazione con Asp e Arg nella subunità C, H+

che entra dal lato P, riesce a spostarsi tra le varie subunità C, e nel momento

in cui compie il giro completo, fuoriesce dal semicanale N presente nella

subunità A. Il primo H+ entrato dal lato P, esce dal lato N ogni 10 H+ entrati.

Per sintetizzare ATP da ADP+Pi, e’ necessario il passaggio di 4H+ attraverso il

canale protonico.

Il cianuro, legandosi al citocromo C ossidasi, blocca il trasferimento di e- a O2

causando il blocco di produzione di ATP.

Citrato

Il citrato fa parte della ciclo di Krebs/ ciclo dell’acido citrico e viene sintetizzato

a partire dall’ossalacetato a cui si unisce l’Acetil-Coa grazie all’enzima citrato

sintasi. Necessità di H2O e viene rilasciato CoA-SH. Reazione denominata

Condensazione di Claisen in cui gruppo metilico di un acetil-CoA viene

convertito in gruppo metilenico nel citrato. Continuando il ciclo di Krebs, il

citrato viene convertito in Isocitrato (passando per l’intermedio Cis-Aconitato)

dall’enzima ACONITASI.

L’enzima citrato liasi invece, utilizzato per riconvertire il citrato utilizzato per

trasportare l’Acetil-CoA dal mitocondrio al citoplasma, converte il citrato in

ossalacetato e Acetil-CoA, reazione opposta della citrato sintasi. In generale, il

citrato indica che il ciclo dell’acido citrico funziona regolarmente ossia ci sia

disponibilita energetica, e influisce sulla glicolisi (e di conseguenza

gluconeogenere) andando ad inibire l’enzima fosfofruttochinasi-1 che converte

il fruttosio 6 fostato in fruttosio 1,6 bisfosfato nella glicolisi, inoltre inibisce

allosterica mente la citrato sintasi nel ciclo di Krebs e attiva l’ Acetic-CoA

carbossilasi (ACC) enzima deputato alla sintesi degli acidi grassi.

Regolazione della beta-ossidazione e della sintesi degli acidi grassi

La beta-ossidazione e la sintesi degli acidi grassi sono due processi metabolici

cruciali per il metabolismo dei lipidi, ma è essenziale che non siano attivi

simultaneamente per evitare uno spreco di energia. Questo equilibrio è

mantenuto tramite diversi meccanismi di regolazione: allosterica, ormonale e

di localizzazione cellulare.Regolazione AllostericaBeta-ossidazioneCarnitina

aciltransferasi I (CPT I): Questo enzima è regolato allostericamente dal

malonil-CoA. Il malonil-CoA è un intermedio della sintesi degli acidi grassi che

inibisce CPT I, prevenendo l'entrata degli acidi grassi nei mitocondri per la

beta-ossidazione. In questo modo, quando la sintesi degli acidi grassi è attiva,

la beta-ossidazione viene inibita.Sintesi degli Acidi GrassiAcetil-CoA

Carbossilasi (ACC): Questo enzima, che catalizza la formazione di malonil-

CoA, è regolato allostericamente da citrato (attivatore) e acil-CoA a lunga

catena (inibitore). Il citrato, proveniente dal ciclo di Krebs, segnala una

abbondanza di energia e promuove la sintesi degli acidi grassi. Gli acil-CoA a

lunga catena, prodotti durante la beta-ossidazione, inibiscono ACC, bloccando

la sintesi degli acidi grassi.Regolazione OrmonaleBeta-

ossidazioneGlucagone: Questo ormone è rilasciato in condizioni di digiuno e

attiva la beta-ossidazione attraverso la fosforilazione e l'attivazione di enzimi

chiave come la lipasi sensibile agli ormoni (HSL), che libera acidi grassi dai

trigliceridi nel tessuto adiposo.Sintesi degli Acidi GrassiInsulina: In condizioni

di abbondanza di glucosio, l'insulina stimola la sintesi degli acidi grassi.

L'insulina attiva la protein fosfatasi, che defosforila e attiva l'ACC. Inoltre,

l'insulina aumenta l'espressione degli enzimi della via di sintesi degli acidi

grassi.Regolazione tramite Localizzazione CellulareBeta-

ossidazioneLocalizzazione Mitocondriale: La beta-ossidazione avviene nei

mitocondri. L'importazione di acidi grassi nei mitocondri è strettamente

regolata dalla carnitina aciltransferasi I (CPT I), che, come detto, è inibita dal

malonil-CoA.Sintesi degli Acidi GrassiLocalizzazione Citoplasmatica: La

sintesi degli acidi grassi avviene nel citoplasma. L'enzima chiave, l'acido

grasso sintasi (FAS), si trova esclusivamente nel citoplasma, dove i substrati

per la sintesi (acetil-CoA e malonil-CoA) sono disponibili.Coordinazione tra i

ProcessiLa regolazione coordinata di questi meccanismi assicura che la beta-

ossidazione e la sintesi degli acidi grassi non siano attive

contemporaneamente. Quando la cellula è in uno stato di energia abbondante,

il glucosio è convertito in acetil-CoA, che entra nella via della sintesi degli acidi

grassi. In questo contesto, il malonil-CoA inibisce la beta-ossidazione. Al

contrario, durante il digiuno, il glucagone promuove la beta-ossidazione e

inibisce la sintesi degli acidi grassi, assicurando che la cellula utilizzi le riserve

di grasso come fonte di energia.

Sintesi del colesterolo

La sintesi del colesterolo è un processo complesso che avviene

principalmente nel fegato e coinvolge diverse tappe enzimatiche. Ecco una

panoramica del percorso:Condensazione: Due molecole di acetil-CoA si

condensano per formare acetoacetil-CoA, catalizzata dall'enzima

tiolasi.Formazione di HMG-CoA: L'acetoacetil-CoA si combina con un'altra

molecola di acetil-CoA per formare HMG-CoA (3-idrossi-3-metilglutaril-CoA),

catalizzata dall'HMG-CoA sintasi.Sintesi di Mevalonato: L'HMG-CoA viene

ridotto a mevalonato dall'HMG-CoA reduttasi, che è l'enzima chiave e

regolatore della via.Formazione di Isoprenoidi: Il mevalonato viene convertito

in isopentenil-pirofosfato (IPP) attraverso una serie di fosforilazioni e

decarbossilazioni.Formazione di Farnesil Pirofosfato: Tre molecole di IPP si

condensano per formare geranilgeranil-pirofosfato e successivamente farnesil-

pirofosfato.Sintesi di Squalene: Due molecole di farnesil-pirofosfato si

uniscono per formare squalene, catalizzato dalla squalene sintasi.Formazione

di Lanosterolo: Lo squalene viene convertito in lanosterolo attraverso una

ciclizzazione catalizzata dalla squalene epoxidasi e lanosterolo

sintasi.Formazione di Colesterolo: Infine, il lanosterolo subisce una serie di

reazioni di demetilazione, riduzione e isomerizzazione per diventare

colesterolo.Meccanismi di RegolazioneRegolazione Endogena del

ColesteroloHMG-CoA Reduttasi: Questo è l'enzima chiave della sintesi del

colesterolo e viene regolato a diversi livelli:Inibizione Allosterica: Il colesterolo

stesso può inibire allostericamente l'HMG-CoA reduttasi.Regolazione Genica:

La presenza di colesterolo riduce l'espress