6 Glicogenosintesi e glicogenolisi reazioni chimiche regolazione e funzioni

ATP

UDP-Glucosio Glucosio

Glicogenosintesi

2. Incorporazione del Glucosio

1-P nell‛UDP-Glucosio UTP

reazione 1

irreversibile PPi 2 fosfogluco

mutasi esochinasi

UDP-glucosio reazione reversibile

pirofosforilasi (nel fegato,

glucochinasi)

Glucosio 1-fosfato Glucosio 6-fosfato ADP

ATP

UDP-Glucosio Glucosio

Glicogenosintesi

UTP

reazione 1

irreversibile PPi 2 fosfogluco

mutasi esochinasi

UDP-glucosio reazione reversibile

pirofosforilasi (nel fegato,

glucochinasi)

Glucosio 1-fosfato Glucosio 6-fosfato ADP

ATP

estremità non riducente di una

catena con “n” residui di Glucosio

UDP-Glucosio Glucosio

3. Incorporazione del residuo

di Glucosio dell‛UDP-Glucosio Glicogeno

nel glicogeno sintasi

reazione irreversibile 3

nuova estremità

non riducente catena di glicogeno allungata di

un residuo di Glucosio (n+1) Glicogenosintesi

UTP

reazione 1

irreversibile PPi 2 fosfogluco

mutasi esochinasi

UDP-glucosio reazione reversibile

pirofosforilasi (nel fegato,

glucochinasi)

Glucosio 1-fosfato Glucosio 6-fosfato ADP

ATP

estremità non riducente di una

catena con “n” residui di Glucosio

UDP-Glucosio Glucosio

4. Rigenerazione, ATP-dipendente,

Glicogeno dell‛UTP

sintasi

reazione irreversibile 3 4 ATP

nuova estremità

non riducente nucleoside

difosfato chinasi

ADP

catena di glicogeno allungata di UTP

un residuo di Glucosio (n+1)

SINTESI DI GLICOGENO de NOVO:

estremità Ogni catena ha

non riducenti NB: Questa sintesi (deposizione di glucosio) avviene a livello di piccoli nuclei di glicogeno già

12-16 residui di glicogenina

presenti, che vengono quindi ingrandite. La (core proteico), essendo una proteina,

Glucosio ha un suo turnover => alcune molecole di glicogeno vengono degradate e devono poi essere

ri-sintetizzate da capo, a partire proprio dalla glicogenina = proteina che ha un residuo di

tirosina, che dona il suo gruppo OH nella catena laterale come punto di innesco per il legame

con una molecola di Glu donata dall'UDP-Glu. Il 1º legame che si forma non è un leg α1,4, ma

un leg tra l'OH in 1 del Glu con l'OH della glicogenina (tirosina). Questa reazione è catalizzata

glicogenina

dalla stessa (=> ha attività catalitica). Si libera UDP, che verrà poi ri-fosforilato in

glicogeno sintasi,

UTP per formare altro UDP-Glu. Interviene a questo pto la che allunga la

catena saccaridica formando legami α1,4. Quando questa catena è abb lunga, interviene

l'enzima ramificante che idrolizza uno di questi legami interni formando la prima

NB:

ramificazione. Si formano cosí le prime 2 estremità non riducenti. L'enzima ramificante

sposta catene saccaridiche gia formate dalla glicogeno sintasi, enzima che poi allunga le

ramificazioni aggiungendovi singole molecole di UDP-Glu.

Di questi 3 enzimi, quello che subisce

glicogeno sintasi

regolazione è la (tappa

catena lunga 12-14 residui di Glc limitante), regolata differentemente in base

al fatto che ci si trovi in fegato/muscolo.

8-10 residui di Glc vengono trasferiti amilo ( 1 4) ( 1 6)

Enzima

estremità non transglicosidasi

riducente ramificante (o glucan transferasi)

estremità non

riducente estremità non

riducente de novo”

Sintesi del glicogeno “

* ATP

ADP * *

NB: Deposizione sequenziale avviene sia per la sintesi de novo, sia per l'ingrandimento di nuclei di glicogeno già formati

REGOLAZIONE

Avviene a livello della glicogeno sintasi, enzima che catalizza la tappa limitante

FEGATO glicogeno sintasi

Nel si ha una regolazione allosterica e covalente dipendente dagli ormoni: l'enzima

può esistere in forma fosforilata / defosforilata: ATTIVA = defosforilata (glicogeno sintasi A) INATTIVA = fosforilata

(glicogeno sintasi B)

Questo enzima possiede più siti di fosforilazione, regolati quindi da chinasi diverse: alcuni siti vengono

◦ PKA, glicogeno sintasi chinasi 3

fosforilati dalla altri dalla (GSK3) —> portano all'inzattivazione

dell'enzima. fosfoprotein fosfatasi 1

L'attivazione è invece catalizzata dalla (PP1), che defosforila.

◦

Questi enzimi sono a loro volta regolati ormonalmente:

• L'insulina (alta disponibilità di Glu) attiva la sintesi di glicogeno, perchè attiva la glicogeno sintasi, attivazione

dovuta a fosfatasi

A. Attivazione della che defosforila l'enzima, attivandolo

GSK3,

B. Inibizione della enzima che ne causerebbe la fosforilazione => inattivazione

Glucagone adrenalina, PKA

• e che inibiscono la deposizione di glicogeno, attivano la che inattiva la glicogeno

sintasi, fosforilandola.

Questa regolazione covalente ormone-dipendente è una regolazione a lungo termine che avviene lentamente e

dura per più tempo in quanto serve la produzione e la secrezione degli ormoni e, successivamente la loro azione.

Per una regolazione più veloce e immediata proprio sulla sintesi di glicogeno, si ha una regolazione allosterica da

G6P

parte del –> il Glu, ad es dopo un pasto, entra nell'epatocita, dove viene fosforilato dalla gluco chinasi =>

aumentano i livelli di G6P che vanno ad attivare la forma inattiva dell'enzima, fosforilata, in modo che si possa

iniziare a sintetizzare glicogeno; successivamente arriva anche il segnale ormonale dell'insulina che defosforila

D,

l'enzima, aumentando notevolmente la sua attvità. La forma inattiva fosforilata è detta infatti anche forma

dipendente I, indipendente

perchè dal G6P, mentre quella attiva è detta anche forma perchè dai livelli di G6P (non

risente del suo effetto allosterico positivo).

Questa regolazione allosterica da parte del G6P è presente solo nel fegato: solo il fegato infatti deposita Glu allo

scopo di regolare la glicemia –> elevati livelli glicemici, grazie all'attivazione del processo glicolitico, deteminano

una contnua acquisizione di Glu dal sangue e quindi un continuo accumulo sottoforma di Glu.

MUSCOLO

Anche nel vi è regolazione allosterica e ormonale, ma nn è il G6P a far sentire il suo effetto allosterico

glicogeno

sull'enzima, ma è il che, una volta prodotto in quantità massime in relazione a quelle che il muscolo può

glicogeno sintasi,

ospitare, agisce sulla inibendola (meccanismo a feedback negativo). Il G6P nel muscolo è infatti

immediatamente utilizzato e non si accumula. insulina adrenalina

Anche qui c'è una regolazione mediante fosforilazione e defosforilazione mediate da e nello

stesso modo di come avviene nel fegato (non risente del glucagone perchè non ha i recettori!).

In aggiunta, nel muscolo, lo stato di fosforilazione e defosforilazione avviene anche mediante altre 2 proteine

GSK3 GSK1

chinasiche: oltre alla (che risponde all'insulina), sono presenti anche una (la cui attività è regolata da

GSK2

AMP), e una (la cui attività è regolata dal Ca). Questi 2 enzimi, una volta attivati, vanno a fosforilare =>

inattivare l'enzima.

Elevate conc di Ca e AMP attivano due diverse forme di chinasi che fosforilano la glicogeno sintasi e queste

condizioni si verificano durante la contrazione muscolare => quando il muscolo non ha bisogno di depositare

glicogeno, ma di utilizzarlo e demolirlo perchè necessita Glu.

Regolazione della glicogeno sintasi

nel fegato

Insulina

Insulina Glucagone

Adrenalina

Proteinchinasi A (PKA)

(glicogeno sintasi

chinasi-3)

Glucosio

6-fosfato Glicogeno Glicogeno

sintasi b sintasi a

forma “D”

(dipendente da

Glucosio-6-P) (Fosfoprotein forma “I”

fosfatasi 1) (indipendente da

Glucosio-6-P)

Insulina Glucagone

Insulina Glucosio

Adrenalina Regolazione della glicogeno sintasi

nel muscolo

Insulina

Glucagone 1. Controllo allosterico

Adrenalina 2. Controllo ormonale

Insulina

Adrenalina Ca ++ GSK2 (Ca -regolata)

++

AMP GSK1 (AMP-regolata)

Glicogenolisi

Il gruppo fosfato Legame

fosforila (1,4)

l'idrossile del

gluppo

idrossimetilico Legame (1,4) Legame Legame (1,4)

(1,4) Pi

Glicogeno fosforilasi

PALP (glicogeno ( 1,4) glican fosforilasi)

Glucosio 1-fosfato

Piridossalfosfato

(derivato della

vitamina B )

6 Meccanismo di reazione della glicogeno fosforilasi

Estremità non riducente catena di glicogeno con

‘n‛ molecole di glucosio

Glicogeno

fosforilasi (glicogeno ( 1,4) glican fosforilasi)

(PALP)

Estremità non riducente Glucosio 1-fosfato

Glucosio 1-fosfato catena di glicogeno accorciata

di un residuo di glucosio

Legame

(1,4) enzima deramificante (attività

oligo ( 1,4) glucan transferasica)

Legame

(1,6) enzima deramificante (attività

amilo ( 1 6) glicosidasica)

glicogeno fosforilasi

GLICOGENOLISI

Quando la glicemia tenderebbe ad abbassarsi (in caso di digiuno), la demolazione del glicogeno epatico risponde

ai livelli di glucosio nel sangue (glicemia). Il glicogeno contenuto nel muscolo e negli altri tipi cellulari non ha invece

la funzione di regolare la glicemia, ma serve solo a liberare Glu da usare nella cellula stessa in cui avviene il

processo glicolitico (scopo energetico della cellula stessa) => anche la glicogenolisi è regolata in modo diverso a

seconda che ci si trovi in fegato/muscolo.

1) glicogeno fosforilasi transferasi

A livello delle estremità non riducenti agisce il 1º enzima = = che trasferisce un

G1P

singolo residuo di Glu dall'estremità non riducente sul P inorganico libero, formando => si ha fosforilazione di

coenzima vitaminico PALP

un metabolita senza consumo di ATP. Questo enzima richiede un = (piridossal fosfato),

derivato della vitamina B6 —> tutti gli altri enzimi che lo necessitano come coenzima, il centro reattivo è il C

aldeidico; mentre in questo caso è il gruppo P, non tanto perchè è lui che si lega al Glu (che infatti si lega al P

inorganico libero), ma probabilmente perchè le cariche - del P stabilizzano l'enzima e il suo sito attivo, che

altrimenti non potrebbe svolgere la sua azione. L'enzima procede fino a che sull'estremità della catena ramificata

su cui sta agendo, rimangono 4 residui di Glu;

2) deramificante

a questo punto interviene l'enzima che

A. dapprima promuove il trasferimento di 3 unità di Glu dei 4 residui rimasti (in blocco) sull'estremità non

riducente di un'altra catena, lasciando un solo residuo di Glu legato con legame α1,6 alla catena lineare

principale

B. poi, grazie ad un'a