Biochimica (prima parte)

GLICOLISI

• Primo processo delle vie metaboliche che andremo ad analizzare

• Glicemia = livelli di glucosio nel sangue

• Organi che utilizzano principalmente glicolisi:

• Cervello —> i neuroni: possono utilizzare solo la glicemia
• Fegato —> oltre alla glicolisi ha altre vie, fa glicolisi quando i livelli di glicemia sono molto elevati

• Da 1 una molecola di glucosio (6C) produco 2 molecole di piruvato (3C)

• Suddivisa in 3 fasi:

1. Fase preparatoria e di attivazione dell’esordiente
2. Fase di rottura in due triosi
3. Fase di estrazione dell’energia (ossidazione a piruvato) —> nelle prime due fasi c’è il consumo di ATP, solo nell’ultima fase c’è la produzione di energia

Trasporto di glucosio:

• Il glucosio avendo 6C é una molecola molto grande, e non essendo idrofobica, non può oltrepassare i trasportatori GLUT.

• La doppia membrana ha bisogno dei trasportatori GLUT.

• Il cibo che arriva nel lume intestinale, si...

Il glucosio viene assorbito dalle enterociti attraverso i trasportatori GLUT e successivamente entra nel sangue tramite un altro GLUT. Dopo aver attraversato i capillari, entra nella circolazione.

I trasportatori GLUT sono proteine integrali di membrana costituite da una catena polipeptidica formata da alfa eliche idrofobiche. Queste proteine attraversano la membrana 12 volte, formando una proteina globulare compatta che crea un "poro" al suo interno. Solo il glucosio (e non altre sostanze) può passare attraverso questo poro nel citosol.

La glicolisi avviene nella fase 1, con la prima reazione catalizzata dall'esochinasi. Questa reazione trasforma il glucosio in glucosio-6-fosfato in modo irreversibile. Per catalizzare questa reazione, viene utilizzata una molecola di ATP che diventa ADP (il fosfato presente nell'ATP viene trasferito al glucosio). L'obiettivo di questa reazione è formare il glucosio fosforilato, che non può entrare nei trasportatori GLUT e non può uscire dalla cellula.

Questa reazione avviene in tutte le cellule tranne in quelle del FEGATO, nel quale la prima reazione è glucochinasi, catalizzata dalla ha la stessa funzione, ma ha una Km differente (misura l'affinità per il substrato, è una costante; è l'affinità dell'enzima per il substrato, in questo caso della glucochinasi per il glucosio, o l'esochinasi per il glucosio), tra esochinasi e glucochinasi, la glucochinasi ha una MAGGIORE affinità per il glucosio, la costante quando ha un valore basso è perché all'enzima serve poco substrato per agire più velocemente, in questo caso l'esochinasi agirà più velocemente della glucochinasi, e sarà più efficiente, perché potrà agire più rapidamente. Il fegato dovrà agire più lentamente perché è un organo generoso, preferisce che lo utilizzano prima le altre cellule, ha altre vite per produrre glucosio.

Quando la glicemia è bassa, il glucosio verrà usato dalle cellule che hanno l'esochinasi. Un'altra differenza è che l'esochinasi ha l'inibizione da prodotto, può essere attivata o inibita dal prodotto, perché se l'esochinasi agisce tanto, produce tanto glucosio-6-fosfato, se io ho tanto glucosio-6-fosfato, si andrà a legare all'esochinasi, bloccandola; l'esochinasi può legare sia glucosio che glucosio-6-fosfato, dipende dalla concentrazione. L'adattamento indotto, vale per la seconda reazione, entrambi gli enzimi, è un meccanismo del substrato, quando c'è tanto glucosio si attivano. È fosfogluco isomerasi, catalizzata dalla in cui si passa da glucosio-6-fosfato a fruttosio-6-fosfato (ISOMERASI=non aggiunge, non toglie niente, i componenti sono gli stessi ma cambia la disposizione, entrambi sono isomeri, hanno gli stessi componenti ma in ordine differente).

Il glucosio è un aldoso, mentre il fruttosio è un chetoso. La prima reazione, catalizzata dalla fosfofruttochinasi, converte il fruttosio-6-fosfato in fruttosio-1,6-bisfosfato (è sempre una chinasi, quindi è un'aggiunta irreversibile di un gruppo fosfato). Il fosfato viene fornito da un'altra molecola di ATP. Anche questa reazione richiede due fosfati perché quando si arriva a produrre i due piruvati, ognuno dei due dovrà avere un gruppo fosfato.

La quarta reazione è catalizzata dall'aldolasi (LIASI = rompo i legami, senza utilizzo di una molecola d'acqua). Si passa da fruttosio-1,6-bisfosfato (6C) a due prodotti, il gliceraldeide-3-fosfato (3C) e il diidrossiacetone fosfato (3C). La quinta reazione, catalizzata dalla trioso fosfato isomerasi, trasforma il diidrossiacetone fosfato in un'altra molecola di gliceraldeide-3-fosfato. Alla fine della seconda fase avrò 2 molecole di gliceraldeide-3-fosfato.

glicerldeide-3-fosfato.

FASE 3:

• In questa fase c'è un'ossidoriduzione, con l'estrazione di due elettroni e poi l'estrazione di due molecole di ATP. La sesta reazione vale per ognuna delle due molecole di gliceraldeide-3-fosfato. È un'ossidoriduzione, catalizzata dalla gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi, in cui si passa da gliceraldeide-3-fosfato a 1,3-bifosfoglicerato (viene ossidata la gliceraldeide-3-fosfato e ridotto il NAD+ a NADH).
• La settima reazione è catalizzata dalla fosfoglicerato chinasi, in cui si passa da 1,3-bifosfoglicerato a 3-fosfoglicerato, qua ottengo una molecola di ATP.

Nella sesta reazione ho come reagenti il gliceraldeide-3-fosfato (1 fosfato), il NAD+ e un fosfato; come prodotti ho 1,3-bifosfoglicerato (2 fosfati), il NADH e ADP.

Nella settima reazione ho come reagenti, i prodotti della sesta reazione, quindi il 1,3-bifosfoglicerato, il NADH e l'ADP, mentre come prodotti avrò il...

1. 3-fosfoglicerato (1 fosfato) e l'ATP (grazie all'aggiunta di un fosfato dai due delbifosfogliecerato all'ADP)l'ottava reazione fosfoglieromutasi, laè catalizzata dalla è un'isomerasi, noi passiamo da 3-fosfoglicerato a 2-fosfogligerato,
2. nona reazione è catalizzata dall'enolasi, che rompe il legame C-O, rilasciando una molecola d'acqua, si passa da 2-la decima reazione piruvato chinasi,fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato,
3. infine che è catalizzata dalla che è una reazioneirreversibile, passiamo da fosfoenolpiruvato a piruvato, il fosfato è stato aggiunto all'ADP, trasformandolo in ATP.

• Le due molecole di ATP che otteniamo per ciascuna molecola di piruvato derivano, una dalla fosfoglicerato chinasi, l'altradalla piruvato chinasi. In totale si ottengono 4 molecole di ATP (ma due erano state utilizzate nelle prime fasi) e 2 molecole diNADH (1 per ogni gliceraldeide-3-fosfato

deidrogenasi).

• Il vantaggio della glicolisi è che è molto veloce.
• Oltre ad assumere glucosio, assumiamo anche galattosio e fruttosio. La glicolisi incomincia con il glucosio, però attraverso lattasi qualsiasi cibo tu assumi puoi arrivare a fare glicolisi. Il lattosio, viene trasformato dalla lattasi in glucosio e galattosio; mentre il saccarosio viene trasformato dalla saccarasi in glucosio e fruttosio. I due glucosio andranno nella glicolisi; galattosio e fruttosio grazie a diversi enzimi vengono modificati ed entrano come intermedi della glicolisi (se aggiungiamo un fosfato al fruttosio, possiamo ottenere fruttosio-6-fosfato).

Le tre reazioni irreversibili sono:

• L'esochinasi o glucochinasi
• Fosfofruttochinasi
• Piruvatochinasi

Il punto chiave di regolazione di questa via, la tappa di comando, in questo caso la seconda reazione irreversibile, quella catalizzata dalla fosfofruttochinasi, non possiamo utilizzare la prima reazione irreversibile.

Come tappa di comando, perché se no bloccheremo non solo la glicolisi ma anche altre vie che hanno in comune gli intermedi della glicolisi.

Regolazione della fosfofruttochinasi:

• È costituito da quattro subunità identiche tra loro, un enzima allosterico (possiede un sito allosterico, quando arriva il substrato, che in questo caso è il fruttosio-6-fosfato, si lega al sito allosterico che cambia la sua conformazione).
• Vi sono due inibitori che sono l'ATP e il citrato e un attivatore che è il fruttosio-2,6-bifosfato.

La via può essere regolata sia dal punto di vista energetico sia da quello degli ormoni, non solo da quanta ATP c'è ma anche dagli ormoni, sia dalle condizioni della cellula che dell'organismo.

Quando abbiamo alta glicemia, produciamo insulina, che la produce le cellule del pancreas endocrino. Se la glicemia è bassa, produciamo glucagone e adrenalina, che vengono prodotti dalle cellule del pancreas endocrino nel caso del glucagone.

e un certo livello di fruttosio-2,6-bisfosfato, la velocità di reazione aumenta rapidamente. Inoltre, è importante notare che la fosfofruttochinasi è anche regolata dall'insulina. Quando i livelli di insulina sono alti, la fosfofruttochinasi viene attivata, aumentando così la velocità della glicolisi. Al contrario, quando i livelli di insulina sono bassi, la fosfofruttochinasi viene inibita, riducendo la velocità della glicolisi. In conclusione, la regolazione della fosfofruttochinasi è fondamentale per il controllo della glicolisi. Diversi fattori, come la concentrazione di ATP, citrato e fruttosio-2,6-bisfosfato, insieme all'azione dell'insulina, influenzano l'attività di questa enzima e quindi la velocità di reazione della glicolisi.

Una concentrazione molto alta la velocità rimarrà quella; basta una concentrazione piccolissima di fruttosio-2,6-bisfosfato per aumentare tantissimo la velocità della reazione.

Enzima bifunzionale: fosfofruttochinasi 2. L'enzima è l'enzima bifunzionale ed è attivato dall'ormone insulina o glucagone a seconda dei livelli di glicemia. Quando c'è l'insulina (quindi ho livelli di glicemia alta, le cellule endocrine del pancreas secernono insulina che viene rilasciata nel sangue, arriva alle cellule bersaglio, legandosi ai recettori sulla membrana di queste cellule, attraverso una cascata di reazioni, manda un segnale chimico che attiva l'enzima più funzionale) la fosfofruttochinasi 2 attiva il dominio chinasico, attivato dall'ormone insulina, aggiunge al fruttosio-6-fosfato un fosfato, per produrre fruttosio-2,6-bisfosfato. Se c'è glucagone (quindi ho livelli di glicemia bassa, le cellule...

Le cellule endocrine del pancreas secernono il glucagone, che viene rilasciato nel sangue. Il glucagone arriva alle cellule bersaglio, legandosi ai recettori sulla membrana di queste cellule. Attraverso una cascata di reazioni, il glucagone manda un segnale chiave.