3 Glicolisi e destini metabolici del piruvato, reazioni chimiche, regolazione e funzioni

X X

2 Piruvato

2 Acetil-CoA Lattato

deidrogenasi

Piruvato Lattato

Red il gruppo cheto del Pir a gruppo OH del Lattato e contemporaneamente

FADH G‛°= -25,1 kJ/mole

2 riox il NADH a NAD => rende disponibile nel citoplasma NAD ox; inoltre il

Pir che rimane nel citoplasma mantiene una quota di E: il lattato prodotto

ma in realtà è reversibile a seconda della

viene immeso in circolo, arriva al fegato qui viene trasformato in Glu => l'E

+

[piruvato], [lattato], [NADH] e [NAD ]

che potenzialmente potebbe produrre con il ciclo del TCA non viene persa!

reazione reversibile,

Questa è nonstante il ΔG sia negativo (= -25,1 kJ/

mol); la dirzione dipende dalle conc di NADH, NAD, Pir e Lattato.

Isoenzimi

sono enzimi esistenti in “forme molecolari diverse” (o “isoforme”)

che catalizzano tutti la stessa reazione, ma o hanno localizzazione subcellulare diversa

o sono espressi in modo cellula/tessuto/differenziamento/sviluppo-specifico

Esempio: COO COO

CH OH C O

Lattato deidrogenasi

(LDH) CH CH

3 3

(EC 1.1.1.27) )

+

+ NADH(H

NAD

lattato piruvato

Tetramero costituito da due diverse catene polipeptidiche, denominate H ('heart') e M ('muscle'), che si possono combinate in 5 modi

tetramero costituito da due diverse catene polipeptidiche, denominate

diversi generando 5 diverse isoforme tessuto-specifiche, differentemente distribiute nei vari tessuti e cellule.

Differenze:

H (‘heart‛) e M (‘muscle‛), che si possono combinare in 5 modi diversi generando

1. Diverse catene 5 diverse isoforme tessuto-specifiche:

2. Proprietà cinetiche differenti

3. Maggiore affinità per lattato / piruvato => possono dirigere preferenzialmente la reazione in un senso o nell'altro

Destino del lattato

Eritrocita: isoforma sposta

preferenzialmente l'quilibrio verso

la formazione di lattato, che si libera

dall'eriteocita e arriva all'epatocita,

dove l'isoforma presente sposta la

reazione preferenzialmente in Pir,

utilizzato per produrre Glu e

alimentare la glicolisi Lattato

Piruvato deidrogenasi LDH

Lattato deidrogenasi 4

(isoforma HM )

LDH e LDH 3

4 5

(isoforme HM e M )

3 4 muscolo,

L'isoforma presente nel in cond

ipossiche, trasforma Pir in Lat, che viene

fegato

liberato in circolo => arriva al e viene

convertito in Glu –> CICLO DI CORI.

Lattato deidrogenasi

LDH 5

(isoforma M )

4

Muscolo

(in contrazione)

Destino del lattato [ acidosi lattica]

NB: un'over-produzione di lattato provoca un'acidosi

metabolica in quanto abbassa il pH nell'organismo. Se il latt

dovesse aumentare in circolo e non fosse smaltito dal fetato che

lo converte in glu, può essere usato an da altri tessuti:

Piruvato

Lattato deidrogenasi LDH e LDH

4 5

(isoforme HM e M )

3 4

Lattato deidrogenasi

LDH e LDH

3 4

(isoforme H M e HM ) Muscolo

2 2 3

Lattato (a riposo, dopo

Cellule gliali esercizio fisico)

e astrociti

Glucosio Piruvato Lattato

Lattato deidrogenasi

Cuore Piruvato

LDH

Lattato

Neuroni 5

Lattato deidrogenasi LDH (isoforma M )

1 4

Piruvato (isoforma H )

4

Cellule neuronali hanno un met che

prevalentemente utilizza Glu, ma qualora ci

fosse un eccesso di Latt, sono in grado di

smaltirlo in piccola parte. Il Latt a livello Muscolo: dopo un esercizio fisico il Latt iperprodotto ha

neuronale può essere prodotto dalla glicolisi un'isoforma che riconverte il Latt in Pir => lo usa nel ciclo del

anaerobica di cellule gliali e astrociti; in quest TCA) durante l'esercizio fisico invece si ha la reazione inversa.

caso non viene messo in circolo, ma va ad Dipende dalle conc di Latt e

alimentare il ciclo de TCA Altri destini metabolici del piruvato

Glucosio-6-fosfato

Glicolisi

Ossalacetato Sintesi di Alanina

(9 reazioni)

Piruvato carbossilasi Per transaminazione diretta

2 piruvato Lattato deidrogenasi

Piruvato decarbossilasi in condizioni

+ alcol deidrogenasi 2 lattato

aerobiche Fermentazione lattica

2 etanolo + 2 CO in condizioni anaerobiche e in alcuni

2

Fermentazione alcolica tipi cellulari privi o con pochi

2 acetil-CoA mitocondri

in condizioni aerobiche nel

lievito e in alcuni batteri

(anche flora intestinale) Ciclo TCA Sintesi di acidi grassi

e colesterolo

2 CO + 4 H O

2 2

Cellule animali,

cellule vegetali

e batteri aerobi

La fermentazione alcolica

Regolazione della glicolisi AMP, fruttosio 2,6-bisfosfato

Fosfofruttochinasi 1

Scopo: (PFK-1) ATP, citrato

mantenere l‛omeostasi dell‛ATP DUE REAZ IRREVERSIBILI

in tutte le cellule 1. Tappa limitante della via

Processo glicolitico ha cm scopo diretto quello di produrre E sia in cond metabolica, catalizzata dalla

anaerobiche che aerobiche. fosfofruttochinasi 1 =>

Il flusso metabolico del Glc nella glicolisi è determina la vel del flusso di

regolato dalle seguenti condizioni: Glu

piruvato chinasi

2.

La vel con cui procede questa via metabolica dipende da:

- disponibilità di substrati Entrambi gli enzimi hanno una

regolazione di tipo allosterico e di

+

Glc e NAD tipo covalente (fosforilazione-

defosforilazione da parte di

ormoni)

- concentrazione del Glc-6-P

Si forma a partire dal Glu ad opera dell'EK, di cui è inibitore competitivo: se si

accumula la blocca e non permette un'ulteriore entrata di Glu

- livelli dei metaboliti indicatori Fruttosio 1,6-bisfosfato,

Piruvato chinasi citrato

dello stato energetico (PK) ATP, acetil-CoA,

ADP e soprattutto AMP acidi grassi a lunga catena

2 ADP ATP + AMP

Adenilato

chinasi chinasi (miochinasi).

AMP si forma per azione dell'adenilato In presenza di

questo enzima ubiquitario, 2 molecole di ADP possono essere utilizzate per

formare ATP e AMP: trasferisce un P da una molecola di ADP ad un'altra

molecola di ADP => formazione di ATP e AMP. Se nella cellula manca E,

questo enzima forma un po' di ATP, innalzando però anche i livelli di AMP.

Regolazione della fosfofruttochinasi 1 (PFK-1)

Enzima allosterico formato da 4 protomeri a loro

volta costituiti da più subunità con 6 siti di legame:

- 2 siti, per legare i substrati (ATP e Fru-6-P)

- 4 siti, per legare i modulatori (ATP, AMP, citrato e

Fru-2,6-BP) Diverse isoforme sono sottoposte ad una regolazione diversa =>

regolzaione diversa della stessa via metabolica nei diversi tessuti Insulina

Esistono tre isoforme tessuto-specifiche con Glucagone

proprietà cinetiche e regolatorie specifiche:

M, nel muscolo; L, nel fegato; C, più ubiquitaria

ATP = regolatore allosterico negativo ad alti livelli: a bassi livelli l'ATP funge da substrato

per l'enzima, mentre ad alti livelli va a rallentare la velocità dell'enzima.

Se fossro però presenti AMP e fruttosio 2,6 bifosfato = regolatori allosterici positivi, l'attività

dell'enzima rimarrebbe invariata / la vel diminuirebbe molto meno (=> diminuiscono l'attività

allosterica negativa di ATP perchè sono indicatori di richiesta E). Fruttosio 1,6-bisfosfato

AMP fruttosio 2,6 bifosfato

e –> In loro presenza è richiesto meno fruttosio-1-

modultori allosterici positivi

fosfato per aumentare la vel di reazione =>

Insulina determina un aumento dei livelli di fruttosio 2,6 bifosfato => attivazione della PFK1.

Gluagone invece determina una red dei livelli di fruttosio 2,6 bifosfato => non è più presente l'effettore allsterico positivo => inibizione

Metabolismo del Fru-2,6-BP

dell'enzima.

=> questi ormoni rilasciati dal pancreas non agiscono direttamente sull'enzima, ma su un suo effetore allosterico positivo.

6 2

5

Fosfofruttochinasi 2

(PFK-2) 1

3

4

Fruttosio 6-fosfato Fruttosio 2,6-bisfosfato

Fruttosio 2,6-bisfosfatasi 2

(FBPasi-2)

Pi

Livelli dipendono da quanto sono attivi gli enzimi che lo formano (PFK2) e lo defosforilano (FBPasi2). Questi sono però enzimi che

formano un complesso enzimatico bifunzionale: subunità con sito catalitico ad attività chinasica e una con attività fosfatasica.

Se enzima è fosforilato: inattiva l'attività chinasica e attiva quella fosfatasica

Viceversa se defosforilato: fruttosio6P viene utilizzato per formate fruttosio 2,6bifosfato

fruttosio 2,6 bifosfato

Il (F26BP) è un modulatore allosterico della fosfofruttochinasi-1 (PFK-1) e della fruttosio 1,6-bifosfatasi-1

(FBPasi-1):

• Il legame di F26BP al suo sito allosterico su PFK-1 aumenta l’affinità dell’enzima per il substrato fruttosio 6-fosfato e diminuisce

l’affinità per gli inibitori allosterici ATP e citrato

• Alle concentrazioni fisiologiche del substrato e dei diversi modulatori positivi e negativi, PFK-1 è praticamente inattiva se è assente

F26BP Regolazione dei livelli di Fru-2,6-BP ed effetti sull‛attività della PFK-1

La sua attività è regolata anche a livello ormonale: fosfoprotein

fosfatasi (PPA )

2

Insulina agisce attivando la gosfatasi e defosforila l'enzima bifunzionale => defosforila l'enzima bifunzionale attivando la sua porzione

chinasica, aumentando i livelli di fruttosio 2,6bifosfato => attivazione della PFK1

Glucagone, attraverso una trasduz del segnale, attiva una chinasi che fosforila l'enzima inattivando la funzione chinasica e attivando

quellacfosfatasica => fruttosio 2,6 bifosfato vinee defosforilato, i suoi livelli calano e non si ha più la sua modulazione allosterica

positivac=> via glicolitica rallentata. (Effetto analogo lo ha l'adrenalina). fruttosio 2,6-

Glicolisi e gluconeogenesi subiscono anche una REGOLAZIONE di tipo ORMONALE mediata dalla molecola

bisfosfato, fosfofruttocihnasi fruttosio 1,6-bisfosfatasi.

il più potente effettore allosterico positivo della e negativo della

Questa molecola è prodotta nella reazione catalizzata dalla fosfofruttochinasi di tipo 2 (da non confondere con l’enzima

glicolitico, detto anche fosfofruttochinasi di tipo 1) ed è demolita nella reazione catalizzata dalla fruttosio 2,6- bisfosfatasi

(un’attività enzimatica diversa da quella riconducibile all’enzima che partecipa alla gluconeogenesi).

Queste due attività enzimatiche sono contenute nella stessa molecola. Si tratta quindi di un enzima bifunzionale che, in

enzima

quanto dotato di due siti attivi, catalizza due reazioni opposte; per tale motivo questa molecola è nota anche come

tandem.

Le due attività enzimatiche si escludono mutuamente: infatti la regolazione dell’enzima è tale che quando un sito attivo

funziona l&rsqu