Biochimica

L’IMPORTANZA DELLA

La niacina è sintetizzata dal

triptofano

Carenza di niacina: pellagra

(«pelle rugosa») nell’uomo,

caratterizzata dalle 3 D:

dermatite, diarrea e demenza

La lingua nera = simile malattia

nei cani

NUCLEOTIDI FLAVINICI

• Flavoproteine: enzimi che catalizzano reazioni di ossidoriduzione utilizzando flavin

mononucleotide (FMN) o flavin adenin dinucleotide (FAD)

– derivano dalla vitamina riboflavina

– la struttura ad anelli fusi subisce reazioni reversibili accettando da un substrato riducente uno o due

atomi di idrogeno (ciascun atomo corrisponde a 1 elettrone + 1 protone) FMN diventa FAD

quando si lega

all’adenoma in

monofosfato

REGOLAZIONE DELLE VIE METABOLICHE

I processi metabolici, sebbene vengano studiati separatamente, sono tutti interconnessi.

Le reazioni enzimatiche sono sottoposte a regolazione. I regolatori che attivano una via

inibiscono quella opposta.

Una reazione può essere modulata in diversi modi:

• Modulando il numero delle molecole dell’enzima

• Modulando l’attività catalitica

- Quanto tempo?

Variabile, qualche millisecondo o giorni

- Da cosa dipende?

Variazioni nella concentrazione di una piccola molecola, come ad esempio il substrato di una via

metabolica oppure un secondo messaggero

Segnali extracellulari

➢ Ormoni

➢ Neuronali

➢ Fattori di crescita

➢ Citochine

Fattori di trascrizione

• fattori di trascrizione = proteine nucleari che, quando attivate si legano a specifiche regioni di

DNA al fine di attivare o reprimere l’espressione di un gene

Degradazione e traduzione di mRNAs

• la stabilità di mRNA dipende da diversi fattori

– la resistenza alla degradazione ribonucleasica

• rate della traduzione di mRNA è sottoposta a regolazione

L’enzima viene sequestrato in un comparto cellulare

La sua attività dipende dal substrato il quale a sua volta dipende da come esso sia trasportato dentro

l’organello, l’enzima sarà presente quasi esclusivamente in quel determinato compartimento

La cellula cambia il suo corredo enzimatico

In risposta a variazioni delle loro necessità metaboliche (es. passaggio da una dieta ricca di

carboidrati ad una dieta ricca di lipidi).

Studio del trascrittoma, proteoma, metaboloma.

…dalla concentrazione all’attività di un enzima

Può essere regolata: dal substrato

½

Km: la [S] a cui la velocità è della velocità max. L’attività diminuisca a [S] più basse

da fattori allosterici

da modificazioni covalenti (es. fosforilazione)

da altre proteine regolatrici (es. PKA)

Una regolazione non esclude l’altra!

GLICOLISI

PRINCIPI FONDAMENTALI

✓ I metaboliti come il glucosio sono spesso attivati con un gruppo ad alta energia prima del loro

catabolismo

✓ La via glicolitica è alimentata da glucosio, altri esosi, e da esosi fosfato ottenuti dai

polisaccaridi di riserva o dai carboidrati ingeriti con la dieta

✓ Il piruvato viene ridotto a lattato grazie al NADH che si forma

✓ La gluconeogenesi è il processo che porta alla sintesi di glucosio a partire da precursori più

semplici (piruvato e lattato)(NON è la via opposta alla glicolisi)

✓ La via del pentosio fosfato è una via alternativa per l’ossidazione del glucosio

GLICOLISI (citosolica) γλυκύς

Il termine deriva dal greco antico, (glykýs), che significa

λύσις

"dolce", e (lýsis), che significa "scissione"

Via centrale-quasi universale-per il catabolismo del glucosio, attraverso la quale passa la quantità

più consistente di atomi di C nella maggior parte delle cellule

La degradazione del glucosio rappresenta l’unica fonte di energia in alcuni tessuti di mammifero

(e.g., RBC(eritrociti non hanno mitocondri,unica fonte di energia grazie alla via glicolitica),

midollare del rene,cervello e gli spermatozoi)

•La glicolisi consiste nella degradazione del glucosio in 2 molecole di piruvato.

•Durante le reazioni in sequenza, parte dell’energia rilasciata dal glucosio viene recuperata sotto

forma di ATP e NADH.

•Comprende 10 reazioni.

•Può essere suddivisa in due fasi:(5 reazioni iniziali e 5 finali)

- investimento iniziale di energia;

- recupero di energia.

La Glicolisi

comprende 2 fasi:

la fase preparatoria e

la fase di recupero

energetico

✓ Nella fase preparatoria:

– viene consumato ATP (2

molecole di ATP)

∆G

– degli intermedi aumenta

– per ogni molecola di glucosio

si formano due molecole di

gliceraldeide 3-P

Nella fase di recupero energetico:

– l’energia viene conservata

sottoforma di ATP (resa netta 2

molecole) e NADH (2 molecole)

– per ogni molecola di glucosio

si formano due molecole di

piruvato

Nella prima fase vengono

usate 2 molecole di

ATP,mentre nella seconda

fase vengon sintetizzate 4

molecole di ATP ma facendo

un bilancio netto le molecole

di ATP prodotte sono solo 2.

Nelle

• reazioni della

glicolisi 3 tipi di

trasformazioni chimiche

sono importanti:

1. Degradazione dello

scheletro carbonioso del

glucosio in piruvato;

2. fosforilazione di ADP ad

ATP da parte di composti ad

alta energia che si formano

durante la glicolisi;

3. trasferimento di ione

idruro a NAD+ per formare

NADH NADH

FORMAZIONE DI ATP E ACCOPPIATA ALLA GLICOLISI

L’energia viene conservata sottoforma di ATP ma la maggior parte nel prodotto finale, il piruvato

L’equazione globale della glicolisi è:

glucosio + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2 piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O (da

⟶

sapere)

• La riduzione di NAD+ procede attraverso il trasferimento enzimatico di uno ione idruro dal

gruppo aldeidico della gliceraldeide 3-P all’anello nicotinammidico NAD+, fornendo NADH.

L’altro atomo di idrogeno viene rilasciato come H+

Le 2 molecole di piruvato contengono ancora la maggior

parte di energia che può essere impiegata in:

– processi aerobici:

• reazioni ossidative del ciclo dell’acido citrico

• fosforilazione ossidativa

– processi anaerobici:

• riduzione a lattato

• riduzione ad etanolo

– processi anabolici:

• sintesi di alanina

• sintesi di acidi grassi

Importanza degli intermedi fosforilati

• i nove intermedi sono tutti fosforilati

• funzioni dei gruppi fosforilici:

– prevenire l’uscita degli intermedi glicolitici(impedire l’uscita dalla cellula)

– conservazione dell’energia metabolica (1,3-bisfosfoglicerato e

fosfoenolpiruvato donano i loro gruppi fosforilici all’ADP per formare ATP)

– il legame dei gruppi fosfato al sito attivo di un enzima produce

un’energia di legame che abbassa l’energia di attivazione e aumenta la specificità della reazione

(importante il ruolo di Mg2+, gli enzimi glicolitici richiedono Mg2+ per svolgere la propria

attività catalitica)

La fase preparatoria della glicolisi richiede ATP

– 2 molecole di ATP servono per attivare il glucosio a fruttosio 1,6- bisfosfato

– il legame fra il C-3 e il C-4 del fruttosio 1,6- bisfosfato viene rotto per dare due molecole di

trioso fosfato

Differenza tra bisfosfato e difosfato: nel bisfosfato i due gruppi fosforilici sono in posizioni

diverse della molecola (es. fruttosio 1,6-bisfosfato); nel difosfato i due gruppi sono uniti uno

all’altro a formare un gruppo pirofosforile (es. ADP)

Reazione 1: fosforilazione del glucosio

(investimento di energia)

Fase che serve per attivare gli enzimi della via glicolitica

L’esochinasi trasferisce il gruppo fosforilico terminale dell’ATP al gruppo ossidrilico OH

(nucleofilo) legato al C-6 del glucosio per dare glucosio 6-P

– in alcuni tessuti l’esochinasi utilizza altri esosi come fruttosio e mannosio(permette

l’entrata di altri esosi nella via glicolitica)

– l’esochinasi richiede Mg2+

– reazione irreversibile

L’esochinasi è presente in quasi tutti gli organismi

• nell’uomo: 4 forme di esochinasi (da I a IV), catalizzano la stessa reazione ma differiscono per

cinetica, regolazione e localizzazione

• isozimi = enzimi che catalizzano la stessa reazione codificati da geni diversi.

- Negli epatociti (esochinasi IV, chiamata anche glucochinasi) differisce dalle altre forme(nel

fegato).

Lezione 22/04

L’esochinasi è presente in quasi tutti gli organismi

• nell’uomo: 4 forme di esochinasi (da I a IV), catalizzano la stessa reazione ma differiscono per

cinetica, regolazione e localizzazione

• isozimi = enzimi che catalizzano la stessa reazione codificati da geni diversi.

- Negli epatociti (esochinasi IV, chiamata anche glucochinasi) differisce dalle altre forme

L’enzima PFK-1 è sottoposta a regolazione allosterica

• L’attività aumenta quando:

– la quantità di ATP diminuisce

– ADP e AMP si accumulano

• il fruttosio 2,6 bisfosfato (la sua formazione è catalizzata da PFK-2) è un potente attivatore allosterico

• ribulosio 5-fosfato è un attivatore

È una condensazione aldolica catalizzata da un enzima detto aldolasi

Nella prima fase della glicolisi

✓ in 5 reazioni un esoso è fosforilato,

isomerizzato, fosforilato e poi scisso in

due triosi fosfato interconvertibili

✓Il processo consuma 2 molecole di ATP

per produrre gli intermedi fosforilati

Nella seconda fase della glicolisi(recupero energetico)

✓ ciascuna molecola di gliceraldeide 3- fosfato va incontro a ossidazione in C-1

✓ l’energia viene conservata sottoforma di ATP (resa netta 2 molecole) e NADH (2 molecole)

✓ per ogni molecola di glucosio si formano due molecole di piruvato (DEIDROGENASI

catalizzano il

trasferimento di

elettroni)

Quando abbiamo parlato dei composti ad alto contenuto energetico abbiamo focalizzato l’attenzione

sll’1,3 bisfosfoglicerato e il fosfoenolpiruvato. Viene usato in una reazione in cui l’energia viene

recuperata sintetizzando ATP.

Il primo step della fase di recupero energetico è una reazione in cui viene conservata energia

In questa reazione:

• il gruppo aldeidico della GAP è

ossidato ad acido carbossilico con

riduzione di NAD+ a NADH

• l’acido carbossilico è unito al Pi

mediante legame anidridico

formando l’acil-fosfato.

L’1,3-BPG (un’anidride mista tra

l’acido carbossilico e l’acido

fosforico) possied