Appunti di Biochimica metabolica e funzionale

ECONDA FASElegata ad altri fattori.

Vie metaboliche responsabili del rilascio di insulina:

• C G → Trasportatore GLUT-2 (alta capacità ma bassa affinità) → Per funzionare necessita di alteAPTAZIONE LC[ ] Glc, quindi in euglicemia funziona poco. → Distingue euglicemia da iperglicemia.
• F G → Ha una Km elevata, infatti riesce a distinguere euglicemiaOSFORILAZIONE DI LC DA PARTE DI GLUCOCHINASIda iperglicemia.

Ci sono 3 isoforme: 2 principali, di cui una è controllata ed espressa principalmente nel fegato, mentrel’altra è un enzima costitutivo espresso prevalentemente nel pancreas.

Nel pancreas non è regolata, ma costituisce un sistema di sensing accoppiato a GLUT-2.

Si genera un flusso di Glc attraverso le diverse vie metaboliche a cui può andare incontro (glicolisi, PPP,glicogeno sintesi che però non può avvenire nelle cellule β).

• O G ATP → Può avvenireSSIDAZIONE DI LC PER

OTTENERE attraverso 2 vie:

1. Glicolisi → La maggior parte. Viene prodotto◊ piruvato che entra nel mitocondrio attraverso il trasportatore degli acidi monocarbossilici sulla membrana mitocondriale.
2. Inoltre è necessario O2 come accettore finale della catena di trasporto degli e- della fosforilazione ossidativa. Se non c’è O2, il piruvato viene convertito in lattato ad opera della lattato deidrogenasi. A seconda dell’isoforma di lattato deidrogenasi presente essa ha una diversa affinità per il lattato o per il piruvato. → Nel pancreas è + affine al lattato e quindi converte il lattato in piruvato.

Se questo meccanismo non funziona c’è meno piruvato disponibile e quindi meno ATP.

L’ATP prodotto dalla fosforilazione ossidativa viene portato nel citoplasma e, insieme a quello prodotto dalla glicolisi, va ad inibire canali K+ → K+ non esce dalla cellula → Depolarizzazione → Ingresso Ca2+ tramite canale voltaggio dipendente.

→ Rilascio insulina dalle vescicole.

Ca2+ però, può entrare nella cellula anche attraverso l’attivazione di R nicotinico e quindi porta ad un rilascio di insulina indipendente da Glc.

Tutti i substrati che rilasciano ATP possono indurre il rilascio di insulina. Es: Leucina (AA a catena ramificata) e chetoisocaproato.

PPP → In condizioni di iperglicemia non è molto attivo.

◊Anaplerosi → Le reazioni anaplerotiche servono a rifornire il ciclo di Krebs degli intermedi che gli sono stati sottratti per la sintesi dei vari composti.

Leucina → La leucina si inserisce nel ciclo.

Glutammina → La glutammina è la forma amidata del glutammato. Viene convertita in glutammato che viene trasportato all’interno del mitocondrio e viene convertito in α-chetoglutarato dalla glutammato deidrogenasi (GDH).

Acidi grassi → Gli acidi grassi sotto forma di triacilgliceroli sono associati a lipoproteine. Le lipoproteine (chilomicroni che si

assemblano nell'intestino e LDL che si assemblano nel fegato) possono contenere acidi grassi di sintesi o derivati dalla dieta. I trigliceridi per essere captati devono liberare l'acido grasso tramite una lipoprotein lipasi. Ci possono essere anche ag non esterificati che viaggiano associati all'albumina. Gli ag vengono captati dai trasportatori (CPT1), portati nel mitocondrio e convertiti in acetil-CoA che entra in Krebs. CPT1 è inibito in modo allosterico dall'acetil-CoA carbossilasi (enzima del ciclo di Krebs). L'ATP prodotto dal ciclo di Krebs va ad attivare i canali K+ portando a depolarizzazione, entrata Ca2+ e quindi alla secrezione di insulina. Inoltre, può succedere che degli intermedi del ciclo di Krebs escano dal ciclo e vengano trasformati in lattato e poi in malonil-CoA. → Attivano PKA determinando il rilascio di insulina. Ci sono diverse substrati segretagodi (che secernono insulina) che competono e che possono portare a

effetticollaterali che possono interferire con la funzionalità delle cellule β.

PEPCK-M → Isoforma mitocondriale, espressa costitutivamente soprattutto a livello del pancreas. È importante nella regolazione del GTP nel mitocondrio. Converte l'ossalacetato in fosfoenolpiruvato consumando un GTP. Il GDP prodotto si associa al ciclo di Krebs nella reazione della succinil CoA sintetasi che converte il succinil CoA, GDP e Pi in succinato, CoA e GTP. PEP può essere riciclato nell'ultima reazione della glicolisi a dare ATP e piruvato che entra in Krebs.

Fattore di trascrizione con un ruolo nel differenziamento dei precursori dell'endoderma che originano le PDX-1 cellule endocrine del pancreas, le cellule dei dotti e gli acini. Lo sviluppo del pancreas dipende da PDX1. Regola 3 aspetti delle cellule β mature:

• Gene dell'insulina → PDX1 ha un effetto positivo sul gene.
• Attiva l'espressione di GLUT-2 e

flessibilità metabolica delle β cellule, sostenendol'espressione dei MODY genes. Questi geni se mutati generano una forma lieve di diabete. Questi geni sono:

• HNF-4 → Insieme a HNF-1α fa parte dei patocyte nuclear factor → Una famiglia di fattori di trascrizione molto espressi nel fegato, intestino e pancreas.
• HNF-1α.
• PDX1.

Sostenendo l'espressione di MODY, si sostiene il metabolismo di Glc e si inibisce la β-ossidazione degli acidi grassi attraverso PPARα (R nucleare).

Condizioni patologiche → Disfunzione delle cellule β → FoxO è sovraccarico e i geni MODY sono soppressi.

Aumenta l'attività di PPARα e quindi aumenta la β-ossidazione degli acidi grassi → Viene prodotto ATP ma vengono prodotti anche ROS.

Disfunzione delle β cellule associata ad una ridotta sintesi di ATP:

Tutti questi meccanismi portano ad una diminuzione della sintesi di ATP che porta ad una <

della secrezione diinsulina e ad un > dell’apoptosi.

• Iperlipidemia → Si ha un aumento di UCP2, una proteina disaccoppiante che disaccoppia la generazione delpotenziale elettrochimico dalla fosforilazione ossidativa → Si dissipa l’energia del gradiente protonico sottoforma di energia termica. → < sintesi ATP ma > la sintesi dei ROS.
• Iperglicemia → Aumenta lo stress ossidativo diminuendo la sintesi di ATP.
• Citochine infiammatorie → L’infiammazione cronica perturba la catena di trasporto degli e- portando a <sintesi ATP.

Leptina → Ormone prodotto dal tessuto adiposo, che regola la fame e quindi l’assunzione di cibo.La leptina entra in circolo e agisce sul cervello e sui tessuti con il R compreso il pancreas, inibendo la secrezionedell’insulina.La mutazione del suo gene (Ob) porta ad obesità.

β cellule hub → Le isole di Langerhans sono eterogenee.Per dimostrarlo è stato

Utilizzato un approccio di optogenetica, una tecnica basata sull'uso della luce in cellule e tessuti viventi, realizzata grazie all'ingegneria genetica in modo che i tessuti esprimano canali ionici sensibili alla luce. Viene usata la Cre ricombinasi - Enzima che taglia il DNA sotto il controllo di un promotore cellula/tessuto-specifico, in questo caso insulino-specifico. La Cre ricombinasi riconosce i siti che abbiamo messo vicino al gene di interesse e taglia. Nelle β cellule viene introdotta una pompa sensibile a Cl-. Si va poi ad osservare la depolarizzazione della membrana e quindi il rilascio di insulina. Con questo metodo si è scoperto che esistono due tipi di cellule:

• HUB - Fanno da pace maker. Bersaglio sensibile in condizione di diabete.
• Follower - Caratterizzate dal punto di vista metabolico e funzionale.

METABOLISMO LIPIDICO 25.10.18

Composto da:

• V - β ossidazione degli acidi grassi e chetogenesi.