Biochimica

CONTROLLO ORMONALE DEL METABOLISMO DEL GLICOGENO

Si ha a sinistra una cellula muscolare e a destra (della foto) una cellula epatocitica

Cellula epatocitica:

il GLUT 2 funziona in entrambi i sensi a seconda della concentrazione di glucosio: se c’è più glucosio nella

cellula tenderà ad uscire dalla cellula, ossia nella condizione di digiuno, nella nutrizione avverrà l’opposto,

dato che ci sarà più glucosio nel plasma e questo entra dentro la cellula (la maggior parte sarà messo via

→

come glicogeno e la cellula inizia a captarlo cellula adipocitica). Il pancreas secerne il glucagone (digiuno)

si lega al recettore, aumenta il Camp, aumenta la degradazione del glicogeno mediante i meccanismi

descritti. Il glicogeno produce glucosio:

- Sotto forma o di glucosio direttamente grazie agli enzimi deramificanti;

- Produce glucosio 1 fosfato che viene isomerizzato a glucosio 6 fosfato e poi viene converti si

mantiene la cosi-detta euglicemia, ossia la glicemia costante a livello del plasma. In nutrizione, se

nel plasma c’è più glucosio questo tende ad entrare e fare glicogenolisi, glicolisi ecc. Adrenalina nel

fegato lega il recettore B adrenergico o alfa adrenergico, il beta aumenta il cAMP con le attività che

ne derivano, l’alfa invece aumenta i livelli di calcio e fa degradare il glicogeno e produrre glucosio.

In nutrizione il pancreas rilascia insulina che attiva la cascata di fosforilazione che favorisce la sintesi del

glicogeno, il glucosio nel plasma alto (si è in nutrizione), entra graie al GLUT 2 e fa sintesi del glicogeno

oppure glicolisi per mantenere la fisiologia della cellula. Il fegato aumenta la sintesi di glicogeno, risponde

così all’incremento di glicemia

Cellula muscolare o miocita:

L’insulina va ad attivare il trasporto di alcuni trasportatori che sono normalmente presenti in vescicole, che

vengono esposti sulla membrana ed il glucosio viene captato di più (trasportatore del glucosio GLUT 4

insulino dipendente). Il muscolo allora capita più glucosio possibile per le situazioni di emergenza. Il

glucosio è mandato a fare glicogeno. Abbassando la glicemia, il glicogeno viene degradato dal muscolo per

fare glicolisi. In digiuno, il glucagone ha tutte le regolazioni viste, ma in realtà il ruolo principale della

degradazione del glicogeno, nel muscolo, è mediato dall’adrenalina che lega solo il recettore beta

adrenergico sul muscolo, produce Camp e fa degradare il glicogeno ed il glicogeno è usato dalla cellula

stessa per fare glicolisi, mentre il fegato è risparmiatore, lo butta fuori. Invece anche il muscolo nel digiuno

è regolato dal glucagone che impedisce la glicogeno sintesi e favorisce a glicogeno lisi (regolazioni viste in

precedenza)

Adrenalina e glucagone hanno una regolazione analoga sebbene possano passare per intermedi

differenti, in alcuni casi

Alto glucosio: la glicolisi va al 100%, mentre con basso glucosio la glicolisi va al 5%, perché una serie di

enzimi sono inibiti, va poco. All’opposto con glucagone la glicolisi va al 5%, mentre va tantissimo la rottura

di glicogeno nel fegato per dare glucosio alle cellule del cervello o a quelle del muscolo, che ne hanno

bisogno.

Perché nel muscolo o nel cervello, la glicolisi va sempre? Perché c’è l’escochinasi 1 e 3 (a seconda di quello

che si considera), c’è quella che ha una affinità molto alta per il glucosio, ha 100 micromolare la Km, la

glicemia non scende mai sotto 4 millimolare, se scendesse al di sotto di queste concentrazioni, si è in coma,

→

mai sotto di 70 mg/dL, è circa 3 o 4 millimolare ma la Km è 0,1 millimolare, è completamente saturata

quindi nel muscolo e nel cervello la glicolisi va sempre. In nutrizione, la glicolisi rallenta un po’, perché nel

muscolo scheletrico il glucosio viene messo via come glicogeno

Riassunto: Bassi livelli di glucosio, indotti da stress energetico o digiuno, favoriscono la secrezione di

glucagone, che si lega ai recettori delle cellule bersaglio e aumenta i livelli di cAMP, che stimola la

produzione di protein chinasi A. La PKA ha diversi effetti, in quanto fosforila la fosforilasi chinasi che attiva a

sua volta la glicogeno sintasi e favorisce la demolizione di glicogeno, ma ha anche il compito di inibire la

glicogeno sintasi, che vedendo fosforilata, in modo tale che venga ridotta la glicogenosintesi. La PKA va

anche a inibire l’attività della PFK2, in quanto fosforila e attiva la porzione della fruttosio bifosfatasi 2;

diminuiscono i livelli di fruttosio-1,6-bifosfato, che viene convertito in fruttosio-6-fosfato, della fruttosio

bifosfatasi 1 e della piruvato chinasi, che permettono la diminuizione della glicolisi.

La degradazione di glicogeno e il rilascio del glucosio a livello dell’epatocita vengono favorite anche

dall’adrenalina, che si va a legare ai recettori beta-adrenergici presenti sugli epatociti , in modo tale che

possa essere concesso all’organismo di reagire alla situazione di emergenza o pericolo. Anche a livello del

muscolo l’adrenalina permette il rilascio di glucosio, che entra in glicolisi, non la sua formazione che viene

regolata solamente a livello del fegato, che cede glucosio ad altri organi. Slide 5.17: la

glicogeno

fosforilasi è

l’enzima limitante

della glicogeno lisi,

dato che quando è

fosforilato

(isoforma A più

attiva) va a

demolire le riserve

di glicogeno.

Questa è una

modificazione

covalente, dato

che c’è una

fosforilazione

mediata dall’ATP

(dato che è un

enzima che

quando c’è una

modificazione

covalente, si ha

una aggiunta del

legame fosforico mediata dall’ATP).

Parlando di glicogeno fosforilasi, ossia dello stesso enzima, c’è anche un effetto allosterico, vuol dire che ci

sono diverse forme della glicogeno fosforilasi, che dipendono dallo stato energetico dove in cui troviamo.

Quindi oltre ad essere regolata dal glucagone in questo senso, c’è anche una regolazione allosterica ad

opera di altri metaboliti. Il glucosio da una forma super attiva della glicogeno fosforilasi ad una forma che

esponeva molto di più i gruppi Pi, in modo che fossero pronti per essere tagliati dalla proteina fosfatasi.

La fosforilasi chinasi è in

forma attiva, si attiva

(fosforilasi A), ma mano a

amano che si libera

glucosio, il glucosio è un

effettore allosterico che fa

passare i fosfati ad una

forma più esposta (sta

avvenendo la glicogeno lisi

→ la fosforilasi a è molto attiva). Quando i livelli di glucosio sono molto alti nella cellula, il glucosio si lega a

due siti allosterici (Gk) facendo esporre i fosfati nel miglior modo possibile, che vengono tagliati dalla PP1

per renderla inattiva

La regolazione allosterica fa sì che il glucosio da una forma super attiva della fosforilasi A (rossa), il glucosio

viene riportato ad esporre meglio a renderla già predisposta all’inattività, vengono di più esposti fosfati per

essere tagliati dalla fosfoproteina fosfatasi. Siamo allo stato di transizione tra digiuno e nutrizione. Il

glucosio è un effettore allosterico, arriva nella cellula epatica e quindi la fosforilasi deve essere inattivata,

dato che bisogna mettere via il glucosio sotto forma di glicogeno, allora la fosforilasi in presenza di glucosio

che è un effettore allosterico negativo fa cambiare conformazione, si espongono meglio i fosfati, che

siccome aumentano i livelli di insulina, aumenta l’attività della proteina fosfatasi che toglie i fosfati e dà la

forma inattiva. 39 min

In carenza energetica, si ha un aumento dei livelli di cAMP che mi danno una forma di fosforilasi b che sta

per diventare attiva. Se i livelli di AMP crollano significa che sta arrivando glucagone e si è in uno stato di

transizione opposto, ossia da stato di nutrizione si passa allo stato di digiuno, quindi i livelli di AMP

aumentano anche quelli di Camp, fin tanto che dalla fosforilasi poco attiva si ha quella molto più attiva. Un

ruolo importante lo giocano questi metaboliti, glucosio e AMP.

Da digiuno a nutrizione, l’ATP e il glucosio 6P riaumentano (sono prodotti dalla glicolisi), non si ha più

bisogno di demolire glucosio, quindi si ritorna ad una forma inattiva. C’è una regolazione covalente dovuta

alla fosforilazione appunto giocano un ruolo importante anche tutta una serie di metaboliti che possano

favorire o meno l’attività della fosforilasi chinasi

Quale è l’effetto dell’AMP? L’AMP si produce quando si è in uno stato di digiuno generalmente, perché le

reazioni consumano ATP, allora il metabolismo si riarrangia ed aumentano i livelli di AMP. Aumentando i

livelli di AMP si va da una forma inattiva (T) a una poca attiva. AMP si lega in un sito allosterico favorendo

un po’ l’attività della fosforilasi B. In casi di anossia (in casi estremi di mancanza di ossigeno), AMP fa

attivare-favorisce l’attivazione della fosforilasi b, anche senza fosforilazione, ma AMP normalmente come

effettore allosterico si lega alla forma inattiva e inizia a farla rendere un pochino più attiva, poi deve

arrivare il glucagone ed indurla ad avere la forma massima di attività (fosforilasi a, arancione). (parte

sinistra dello schema controllo dell’attività della glicogeno fosforilasi)

Da blu con ondina a rosso (cambiamento conformazionale), la fosforilasi che è nell’isoforma b non

completamente attiva dato che non è fosforilata inizia a funzionare e dato che c’è una deplezione

energetica, non c’è più tanto ATP ma inizia ad esserci tanto AMP quindi bisogna produrre un po’ di glucosio.

Quando l’ATP è elevato o glucosio 6 P è elevato o glucosio è elevato (nutrizione), si va verso una forma

inattiva favorendo la defosoforilazione (ramo destro schema soprastante glicogeno fosforilasi) o

mantenendo quelle attive inattive (ramo sinistro schema glicogeno fosforilasi).

RUOLO DEL CALCIO NEI MUSCOLI

Si vede nello schema il glucagone (prevalentemente ad attività nel fegato) e l’adrenalina (ruolo nel fegato e

nei muscoli).

Il glucagone lega il suo recettore attiva fosforilazione fa aumentare adenilato ciclasi ed aumenta Camp

quindi la protein chinasi A diviene attiva da inattiva (proteina Camp dipendente), questo fa la modificazione

covalente, prima si attiva la fosforilasi chinasi attivata a fosforilasi chinasi fosforilata, che poi attiva la

glicogeno fosforilasi, si è in uno stato di digiuno, dato che c’è glucagone e questo succede dato che la

→

glicogeno fosforilasi chinasi B DA INATTIVA AD ATTIVA A. La glicogeno fosforilasi chinasi fosforila la

glicogeno fosforilasi ed il glicogeno viene demolito.