Appunti completi di elementi di biochimica (STC)

Metabolismo dei carboidrati

H OHOH glucosioPO OHOH -OH OHGlucosio-1-fosfatoI disaccaridi invece non presentano questo vantaggio, anzi, cadono in svantaggio. Ad esempio, il saccarosioviene idrolizzato dalla saccarasi a glucosio e fruttosio. Il glucosio entra direttamente in glicolisi, mentre ilfruttosio può seguire percorsi differenti a seconda di dove si trova.Nel muscolo e nel rene, il fruttosio viene fosforilato dall’esochinasi producendo fruttosio-6-fofato e ADP.Quindi, entra in glicolisi a livello del fruttosio-6-fosfato. Nel fegato e negli spermatozoi, invece, l’enzimache catalizza la reazione è la fruttochinasi e porta alla formazione di fruttosio-1-fosfato e ADP. Il fruttosio-1-fosfato a questo punto non diventa fruttosio-6-bisfosfato, non viene riconosciuto e quindi viene scisso indiidrossiacetone fosfato e gliceraldeide. Questa è un’aldolasi specifica per il fruttosio-1-fosfato. Lagliceraldeide non fosforilata viene riconosciuta da un enzima che si chiama trioso chinasi.

Con questo percorso si salta la tappa della fosfofruttochinasi, il fruttosio va tutto in catabolismo senza essere regolato. Questo comporta che nella reazione successiva, che usa fosfato, ne abbia di meno.

Il lattosio, invece, catalizzato dalla beta-galattosidasi, viene trasformato in galattosio. Il galattosio viene poi catalizzato dalla galattochinasi e porta alla produzione di galattosio-1-fosfato che poi viene convertito in glucosio mediante l'UDP. Il catabolismo del galattosio può avere degli inconvenienti che causano malattie genetiche come la cataratta, dovuta ad un accumulo di galattiolo.

La via del pentosio fosfato

Le cellule hanno una seconda moneta energetica: il potere riducente. Molte reazioni endoergoniche, tipo le vie riduttive degli acidi grassi, necessitano oltre che di ATP anche di NADPH che utilizza l'energia liberata dell'ossidazione metabolica per le biosintesi riduttive. NADPH è generato dall'ossidazione del glucosio 6-fosfato mediante la

via del pentosio fosfato. Essa avviene nel citosol e può avere due diramazioni:

• percorso ossidativo;
• percorso non ossidativo.

Nella via del pentosio fosfato il glucosio-6-fosfato (G6P) è ossidato e decarbossilato per produrre due molecole di NADPH, CO e ribulosio-5-fosfato (Ru5P). A seconda delle necessità della cellula, il ribulosio-5-fosfato può essere isomerizzato a ribosio-5-fosfato (R5P) per la sintesi dei nucleotidi o trasformato, mediante transchetolasi tra il ribosio-5-fosfato e lo xilulosio-5-fosfato (Xu5P), in fruttosio-6-fosfato e gliceraldeide-3-fosfato, che possono entrare di nuovo nella glicolisi.

Il percorso ossidativo prevede i seguenti passaggi:

32-CH OPO -O O2 CH OO 2H H H C OHOHOH HO C HOH H C OHH OH Lattonasi H C OH

6-fosfoglucono- -lattone 32-CH OPO26-fosfogluconato

La glucosio-6-fosfato deidrogenasi (G6PD) catalizza il trasferimento netto di uno ione idruro dal C1 del G6Pal NADP+, formando 6-fosfoglucono-δ-lattone.

6-fosfogluconolattonasi aumenta la velocità di idrolisi del 6-fosfoglucono-δ-lattone a 6-fosfogluconato.

La 6-fosfogluconato deidrogenasi catalizza la decarbossilazione ossidativa del 6-fosfogluconato, a Ru5P e CO2. In questa fase vengono sintetizzate due molecole di NADPH per ogni molecola di G6P che entra nella via.

Quando il NADPH è in quantità sufficiente possiamo produrre ribosio-5-fosfato attraverso una via non ossidativa che ha il seguente meccanismo:

La reazione catalizzata dalla glucosio-6-fosfato isomerasi che porta alla formazione di fruttosio-6-fosfato a partire dal glucosio-6-fosfato, è la reazione che questo processo non ossidativo ha in comune con la glicolisi.

A differenza della glicolisi però, il fruttosio-6-fosfato viene poi scisso in due molecole con aggiunta di un trasferimento di due atomi di carbonio dal fruttosio-6-fosfato alla gliceraldeide-3-fosfato. L'enzima che catalizza questa reazione è la transchetolasi.

gluconeogenesi

Quando le fonti di glucosio non sono disponibili e quando il fegato ha finito le riserve di glicogeno, il glucosio è sintetizzato da precursori non saccaridici mediante la gluconeogenesi.

La gluconeogenesi avviene in parte nei mitocondri e in parte nel citosol, principalmente nel fegato. Essa consiste in 11 reazioni, la maggior parte delle quali sono reazioni glicolisi invertite. Tuttavia, alcuni enzimi cambiano.

Negli animali la gluconeogenesi è accoppiata alla glicolisi nel ciclo di Cori:

Avremo 2 o 4 reazioni a seconda se si parte, rispettivamente, da lattato o da alanina:

Il lattato che proviene dal ciclo sanguigno viene catturato del fegato, viene ossidato dal NAD+ a piruvato e si forma NADH. Il piruvato entra nel mitocondrio, viene carbossilato ad ossalacetato (che ha quattro atomi di carbonio). L'ossalacetato diventa fosfoenolpiruvato grazie all'enzima PECK (=fosfoenolpiruvatocarbossichinasi). Successivamente il fosfoenolpiruvato esce dal mitocondrio e

può risalirea glucosio, fino a fruttosio-1,6-bisfosfato. L'analina invece contiene l'azoto, che bisogna eliminare; si avrà un processo di transaminazione di un gruppo amminico da un amminoacido all'altro. Dopodiché si ha la corbossilazione del piruvato adossalacetato; quest'ultimo viene ridotto a malato dal NADH perché, altrimenti, non può uscire dal mitocondrio. Uscito dal mitocondrio, il malato viene riconvertito in ossalacetato. Come ultima cosa l'ossalacetato viene convertito dalla PECK in fosfoenolpiruvato.

Il piruvato carbossilasi è l'enzima che trasforma il piruvato in ossalacetato: Abbiamo visto che l'ossalacetato prodotto nei mitocondri viene ridotto a malato grazie al NADH, di cui il mitocondrio è molto ricco. Dopodiché il malato esce nel citosol e restituisce l'ossalacetato al fine di diventare fosfoenolpiruvato. La reazione della PEPCK prevede l'utilizzo del GTP.

è presente solo nel fegato perché ilmuscolo può arrivare fino al glucosio-6-fosfato.

La glicogenosintesiLa biosintesi del glicogeno nel fegato coinvolge una serie di reazioniche da glucosio porta a glucosio-6-fosfato, a l’UDP-glucosio(intermedio) e infine a glicogeno. Il glucosio-6-fosfato deve essereconvertito in glucosio-1-fosfato e poi gli si deve agganciare l’UDP.

Il meccanismo generale della sintesi del glicogeno è:

1. Partendo dal basso, il glucosio-6-fosfato viene convertito in glucosio-1-fosfato mediante fosfoglucomutasi.
2. La posizione 1 va attivata con l’UTP con formazione dell’UDP-glucosio attraverso UDP-glucosiopirofosforilasi. Il pirofosfato viene poi idrolizzato a due gruppi fosforici: spinge la reazione verso destra.
3. Laglicogeno sintasi aggancia il glucosio attivato sul glicogeno nascente liberando ATP.
4. L’UDP che poi si liberadalla sintasi viene riconvertito in UTP utilizzando ATP.

L’eccesso va in acidi grassi che

Danno poi itrigliceridi. È importante controllare la concentrazione di glucosio perché:

• se è troppo bassa si avrà vertigine, coma, morte cerebrale;
• se è troppo alta il glucosio reagisce spontaneamente con i gruppi aminici delle proteine alterandone le proprietà (stress ossidativo, aterosclerosi, ipertensione, infarto, difetti nella coagulazione, infezioni,..).

I principali attori che controllano il nostro metabolismo glicolitico o glicogenolitico sono l'adrenalina, che viene rilasciata quando bisogna lottare o fuggire, l'insulina e il glucagone, che permettono di controllare l'omeostasi (=stato stazionario).

Quello che bisogna evitare è il ciclo futile che parte dal glucosio o dal substrato fosforilato a dare un substrato fosforilato o un substrato bisfosforilato. Bisogna, quindi, impedire che la chinasi lavori in contemporanea con la fosfatasi. Questo potrebbe portare alla dispersione dell'energia in calore.

Questienzimi devono quindi funzionare in alternativa.

La fosfofruttochinasi 1 è inibita da ATP e citrato, mentre è attivata da ADP, AMP e fruttosio-2,6-bisfosfato.

Il fruttosio 2,6-bisfosfato è molto simile al fruttosio 1,6-bisfosfato; differisce solo per la posizione di un gruppo fosfato. Questo prodotto viene sintetizzato solo per il controllo dell'enzima precedente dalla fosfofruttochinasi 2 e la fruttosio-2,6-bisfosfatasi ripristina il fruttosio-6-sosfato.

Mentre la biosintesi del fruttosio-2,6-bisfosfato è promossa dall'insulina (l'ormone ipoglicemizzante e attivatore della glicolisi), la sua degradazione è innescata dal glucagone (l'ormone iperglicemizzante e inibitore della glicolisi).

Il fruttosio-2,6-bisfosfato attiva la glicolisi ma inibisce la gluconeogenesi bloccando la 1,6-bisfosfatasi e impedendo il ciclo futile.

L'effetto del fruttosio-2,6-bi