Lezione 9 di Biochimica - Digestione carboidrati

ASSORBIMENTO E DESTINO DEL GLUCOSIO NELLE CELLULE

1. Ingresso del glucosio nella cellula

Avviene tramite trasporto passivo facilitato (proteine GLUT).

 Non richiede ATP.

 Il glucosio è una molecola polare e non può attraversare liberamente la membrana.



2. Cosa accade appena entra nella cellula

Il glucosio viene immediatamente fosforilato:

 Glucosio + ATP → Glucosio-6-fosfato + ADP

(enzima: esochinasi)

3. Perché questa reazione è fondamentale

Il glucosio-6-fosfato ha carica negativa → non può uscire dalla cellula.

 Non esiste alcun trasportatore che lo riporti fuori.

 Reazione irreversibile nelle cellule periferiche.

 Mantiene la concentrazione intracellulare di glucosio molto bassa →

 il glucosio continua sempre a entrare dalla circolazione.

4. Eccezione: il fegato

Nel fegato esiste la glucochinasi, che può permettere il flusso inverso in condizioni

 particolari.

Dopo un pasto il glucosio entra in fegato, muscoli e tessuto adiposo.



5. Destino metabolico

La principale via di degradazione del glucosio è la glicolisi.

 Presente in tutte le cellule e in tutti gli esseri viventi.



GLICOLISI

La glicolisi è una via metabolica attiva in tutte le cellule.

È una via di degradazione del glucosio: a partire da una molecola di glucosio si ottengono,

dopo 10 reazioni enzimatiche consecutive:

2 molecole di piruvato

 2 molecole di ATP nette (energia immagazzinata)

 2 molecole di NADH



La via è:

interamente citoplasmatica, cioè tutti gli enzimi si trovano nel citoplasma

 irreversibile nel suo insieme, quindi procede solo da glucosio a piruvato

 anaerobica, cioè non richiede ossigeno per avvenire



1ª fase – Fase preparatoria (molecole a 6 atomi di carbonio)

In questa fase si consuma ATP.

1. Glucosio → Glucosio-6-fosfato

Enzima: esochinasi (nel fegato: glucochinasi)

o Reazione irreversibile

o Il glucosio, una volta fosforilato, non può uscire dalla cellula.

o

2. Glucosio-6-fosfato → Fruttosio-6-fosfato

Enzima: isomerasi

o

3. Fruttosio-6-fosfato → Fruttosio-1,6-difosfato

Enzima: fosfofruttochinasi (PFK-1)

o Usa ATP

o Reazione irreversibile e principale punto di regolazione della via.

o

4. Fruttosio-1,6-difosfato → Gliceraldeide-3-fosfato + Diidrossiacetone fosfato

Enzima: aldolasi

o

5. Diidrossiacetone fosfato → Gliceraldeide-3-fosfato

Enzima: isomerasi

o A questo punto si hanno due molecole di gliceraldeide-3-fosfato.

o

2ª fase – Fase di recupero energetico (molecole a 3 atomi di carbonio)

In questa fase si produce ATP e NADH.

6. Gliceraldeide-3-fosfato → 1,3-bisfosfoglicerato

Enzima: gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi

o Reazione di ossidoriduzione

o Produzione di NADH.

o

7. 1,3-bisfosfoglicerato → 3-fosfoglicerato

Enzima: fosfoglicerato chinasi

o Produzione di ATP (fosforilazione a livello del substrato)

o

8. 3-fosfoglicerato → 2-fosfoglicerato

Enzima: mutasi

o

9. 2-fosfoglicerato → Fosfoenolpiruvato (PEP)

Enzima: enolasi

o Reazione di disidratazione (perdita di acqua)

o

10. Fosfoenolpiruvato → Piruvato

Enzima: piruvato chinasi

 Produzione di ATP

 Reazione irreversibile

 Il piruvato è il prodotto finale.



Bilancio energetico finale

Da 1 molecola di glucosio si ottengono:

2 piruvati

 2 ATP netti (4 prodotti – 2 consumati)

 2 NADH



Poiché il glucosio è prezioso, la cellula non può permettersi di sprecarlo.

Per questo motivo la glicolisi è regolata in vari punti chiave.

I tre enzimi principali che la controllano sono:

1. Esocchinasi / Glucochinasi

2. Fosfofruttochinasi-1 (PFK-1)

3. Piruvato chinasi

Sono le tappe irreversibili della via e quindi sono quelle che hanno senso regolare.

1) Esocchinasi e Glucochinasi: controllo dell’ingresso del glucosio nella glicolisi

Nei tessuti (muscoli, cervello, ecc.): Esocchinasi

Appena il glucosio entra nella cellula, l’esocchinasi lo trasforma in glucosio-6-fosfato.

 Questa reazione impedisce al glucosio di uscire dalla cellula.

 L’esocchinasi è inibita dal glucosio-6-fosfato.



Significato biologico:

Se la cellula ha già abbastanza glucosio-6-fosfato, non ha senso continuare a far entrare

glucosio nella via.

Nel fegato: Glucochinasi (isoforma speciale dell’esocchinasi)

La glucochinasi funziona solo quando la glicemia è alta (dopo un pasto).

Caratteristiche importanti:

Ha una bassa affinità per il glucosio: funziona solo quando c’è tanto glucosio nel

 sangue.

NON viene inibita dal glucosio-6-fosfato.

 Permette al fegato di eliminare l’eccesso di glucosio nel sangue trasformandolo in

 glicogeno o in grassi.

Idea chiave:

Gli altri tessuti usano SEMPRE glucosio, perché ne hanno bisogno.

Il fegato invece lo usa solo quando c’è abbondanza.

2) Fosfofruttochinasi-1 (PFK-1): il vero “interruttore” della glicolisi

È l’enzima più importante della regolazione.

Decide se la glicolisi deve:

accelerare

 rallentare

 fermarsi



La PFK-1 sente lo “stato energetico” della cellula.

Quando la cellula ha tanta energia

Inibitori:

ATP

 Citrato



Se la cellula è ricca di energia, non ha motivo di bruciare altro glucosio.

Quando la cellula ha poca energia

Attivatori:

AMP

 ADP

 P (fosfato inorganico)



Significato:

AMP e ADP aumentano quando l’ATP sta finendo.

Quindi dicono all’enzima: “Accendi la glicolisi, serve energia”.

Regolatore potentissimo:

Fruttosio-2,6-bisfosfato → fortissimo attivatore della PFK-1

Viene controllato dagli ormoni (insulina e glucagone).

Idea chiave:

La PFK-1 è il “termostato energetico” della cellula.

Regola la velocità della glicolisi in base ai bisogni energetici.

3) Piruvato chinasi: controllo dell’uscita finale della via

La piruvato chinasi catalizza l’ultima reazione della glicolisi, producendo ATP e piruvato.

Inibitori (situazioni di energia abbondante)

ATP

 Acetil-CoA

 Acidi grassi a lunga catena

 Alanina



Quando la cellula ha molta energia disponibile (ATP, acetil-CoA, grassi), non serve produrre

altro piruvato.

Attivatore

Fruttosio-1,6-bisfosfato



È una forma di “accelerazione coordinata”:

se la prima parte della glicolisi sta lavorando molto, l’ultima parte deve tenere il ritmo.

ISOENZIMI DELLA LATTATO

DEIDROGENASI (LDH)

La lattato deidrogenasi (LDH) catalizza la reazione:

Piruvato + NADH + H⁺ ⇄ Lattato + NAD⁺

Esistono 5 isoenzimi della LDH, ciascuno formato da combinazioni diverse di

due tipi di subunità:

H (tipica del cuore)

 M (tipica del muscolo)



Gli isoenzimi sono:

1. LDH1 = H4

2. LDH2 = H3M1

3. LDH3 = H2M2

4. LDH4 = H1M3

5. LDH5 = M4

Distribuzione nei tessuti:

Cuore: prevalentemente LDH1

 Muscolo scheletrico: prevalentemente LDH5

 Fegato: LDH5

 Eritrociti: LDH1 e LDH2

 Encefalo, rene, leucociti: forme intermedie



Il cuore tende a convertire lattato in piruvato.

Il muscolo tende a convertire piruvato in lattato.

GLICOLISI ANAEROBICA

In assenza di ossigeno la cellula continua a produrre ATP tramite la glicolisi,

ma questa può procedere solo se c’è sufficiente NAD⁺ disponibile.

La reazione catalizzata dalla LDH:

Piruvato + NADH + H⁺ → Lattato + NAD⁺

ha un ruolo essenziale perché rigenera NAD⁺ a partire da NADH.

PERCHÉ IL NAD⁺ È IMPORTANTE

Il NAD⁺ è indispensabile per una delle reazioni centrali della glicolisi:

Gliceraldeide-3-fosfato → 1,3-bisfosfoglicerato

Questa reazione, catalizzata dalla gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi,

richiede NAD⁺.

Se il NAD⁺ manca:

la glicolisi si blocca completamente

 la cellula non può più produrre ATP

 in condizioni anaerobiche l’unica fonte di ATP sarebbe persa



Durante la glicolisi il NAD⁺ viene ridotto a NADH.

Se la cellula non rigenera NAD⁺, la glicolisi si arresta dopo pochi secondi.

La LDH rigenera NAD⁺ convertendo il piruvato in lattato.

Questo permette alla glicolisi di continuare anche senza ossigeno.

LA VIA DEL PENTOSO FOSFATO

La via del pentoso fosfato (PPP), chiamata anche via dell’esozo monofosfato o shunt dei

pentosi, è una via metabolica parallela alla glicolisi.

Si svolge interamente nel citoplasma.

Non ha come scopo la produzione di ATP, ma fornisce componenti essenziali per altri processi

cellulari.

FINALITÀ DELLA VIA

1) Produzione di NADPH

Il NADPH è fondamentale per:

sintesi degli acidi grassi

 sintesi del colesterolo

 sintesi degli ormoni steroidei

 difesa dallo stress ossidativo (glutatione ridotto)



Il NADPH è quindi indispensabile nei tessuti con intensa attività biosintetica o esposti a stress

ossidativo.

2) Produzione di ribosio-5-fosfato

Serve per la sintesi di:

RNA

 DNA

 nucleotidi

 coenzimi (NAD⁺, FAD, CoA)



Quindi è una via fondamentale per cellule che si dividono rapidamente.

3) Interconversione tra zuccheri a 3–7 atomi di carbonio

La via permette di trasformare zuccheri a catena variabile tramite reazioni di:

transchetolasi

 transaldolasi

