Biochimica - Appunti

GLUCUNEOGENESI:

Gli organismi animali possono sintetizzare da sa il glicogeno in particolari

condizioni e solo in particolari tessuti. Non tutti i tessuti riescono a sintetizzare

glucosio. Il processo con cui viene sintetizzato glucosio a partire da precursori è

chiamato gluconeogenesi. I precursori possono essere vari come il piruvato

proveniente dalla glicolisi; anche il lattato proveniente dal ciclo di Cori; il

glicerolo; alcuni amminoacidi. Gli organi deputati alla sintesi di glucosio sono il

fegato ed in condizioni estreme anche i reni. La gluconeogenesi avviene

quando i livelli di glucosio ematici sono molto bassi. Questo si verifica quando

l’organismo è sottoposto a digiuno estremo ( dopo 24h). dopo aver consumato

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le scorte di glicogeno e di lipidi il fegato e anche i reni iniziano a sintetizzare

glucosio. Questa biosintesi prevede lo sfruttamento delle reazioni reversibili

della glicolisi. In gran parte la gluconeogenesi è il processo glicolico visto a

ritroso. Avviene dunque nel citosol. È un processo metabolico citosolico. Tutti i

processi di biosintesi avvengono nel citosol. Delle 10 reazioni della glicolisi 7

sono reversibili. Le altre reazioni sono invece irreversibili e sono catalizzate

dalle chinasi. La gluconeogenesi usa quindi 7 enzimi della glicolisi e 3 enzimi

diversi per catalizzare quelle reazioni irreversibili della glicolisi che devono

procedere ora in senso inverso. Tutte queste reazioni sono reversibili tranne

l’ultima. Questo processo di sintesi di glucosio è

il processo inverso della glicolisi. Questo

significa che se nella glicolisi produco ATP

durante la gluconeogenesi consumo ATP; se

durante la glicolisi si produce NADH nella

gluconeogenesi si consuma NADH e si produce

NAD+. Questo meccanismo è molto utile in

condizioni di digiuno estremo. L’ultima tappa

della glicolisi, quella catalizzata dalla piruvato

chinasi, è una reazione irrversibile. Bisogna

quindi ora usare un altro enzima per oteneere

dal piruvato il fosfoenolpiruvato, nella

gluconeogenesi agiscono addirittura due

enzimi: piruvato carbossilasi che consumando

ATP si riduce ad ossalacetato ; e una volta

ottenuto questo si può ottenere il

fosfoenolpiruvato per mezzo dell’azione

fosfoenolpiruvato carbossi chinasi ed anche in questo caso si consuma un

nucleotide trifosfato, in questo caso GTP. Le reazioni reversibili presenti nella

glicolisi procedono alla stessa maniera, solo in senso contrario. Se si usa il

piruvato come precursore si avrà bisogno di 2 molecole di piruvato per ottenere

una molecola di glucosio. Si ha un consumo di 2 molecole di piruvato, 2 ATP,

2GTP, 2NADH, 6 molecole di acqua e due ioni H+ per produrre una molecola di

glucosio, 2 NAD+, 4 ADP, 2 GDP e 6 molecole di fosfato inorganico Pi.

Supponiamo di partire dal piruvato. Una volta che il piruvato viene prodotto

dalla glicolisi entra nel mitocondrio dove subisce altre reazioni. Per essere

usato dalla gluconeogenesi presente dentro il mitocondrio viene convertito in

ossalacetato. Questa reazione è catalizzata dalla piruvato carbossilasi, un

enzima biotina dipendente, che usa una molecola di ATP e bicarbonato. Tutte le

reazioni biotina dipendenti sono anche ATP dipendenti. Viene attaccato un

gruppo carbossilico COO- sul piruvato in modo da ottenere ossalacetato. L’

ossalacetato prodotto dentro il mitocondrio deve arrivare nel citosol per entrare

nella gluconeogenesi. Non esiste nessun trasportatore che riconosca

l’ossalacetato che sia in grado di portarlo da una parte all’altra della membrana

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mitocondriale. Per consentire all’ osselacetato di uscire dal mitocondrio bisogna

trasformarlo in un altro metabolita che possiede dei trasportatori. Precisamente

si trasforma l’ossalacetato attraverso una reazione di ossido riduzione che è

catalizzata da un enzima chiamato malato deidrogenasi mitocondriale che ha

come prodotto il malato. È una deidrogenasi NADH dipendente. Questa

deidrogenasi usa il NAD ridotto e fa in modo che uno ione idruro venga

trasferito dal NADH al carbonio carbonilico dell’ossalacetato che diventa un

gruppo alcolico. L’ossigeno carbonilico diventa ossidrile. Il metabolita che si

ottiene, il malato, è la forma deprotonata dell’acido malico. Nella membrana

mitocondriale interna è presente un traportatore che riconosce il malato e lo

porta fuori da mitocondrio e arriva così nel citosol. Nel

citosol deve essere riconvertito il malato in ossalacetato.

Questa conversione avviene per mezzo di una

deidrogenasi analoga a quella mitocondriale ma in questo

caso citosolica, che catalizza la reazione inversa. Usa il

NAD+ citosolico per ossidare il malato in ossalacetato. Il

gruppo ossidrilico in posizione 2 del malato viene

riconvertito in gruppo carbonilico. Questo meccanismo

non porta fuori dal mitocondrio solo il malato ma anche il

NAD+ prodotto dall’ossidazione del NADH all’interno del

mitocondrio. L’ossalacetato ora presente nel citosol deve

essere convertito in piruvato. L’enzima che catalizza

questa reazione è la fosfoenolpiruvato carbossichinasi.

L’ossalacetato reagisce con una molecola di GTP, attacca

il gruppo fosfato in γ del GTP che si trasferisce sul

carbonio 2 dell’ossalacetato e contemporaneamente il

gruppo carbossilico in posizione 4 fuoriesce come CO2.

Ciò che si ottiene è il fosfoenolpiruvato. Il

fosfoenolpiruvato continuerà le sue reazioni per diventare

piruvato. Sono stati per ora consumati 2 nucletotidi trifosfato: un ATP per

carbossilare il piruvato ed un GTP per ottenere il fosfoenolpiruvato. Da questo

momento in poi avvengono tutte le reazioni della glicolisi in modo inverso sino

ad arrivare alla reazione che è catalizzata dalla PFK-1. Anche in questo caso

bisogna cercare il modo di aggirare l’ostacolo. Una volta che si ottiene il

fruttosio 1,6-bisfosfato per ottenere fruttosio 6 fosfato non si può usare la PFK-1

ma viene usato un altro enzima : fruttosio bis fosfatasi. Questa fosfatasi elimina

il gruppo fosfato dalla posizione 1 del fruttosio1,6-bisfosfato. Ciò che rimane è il

fruttosio 6 fosfato. il fruttosio 6 fosfato deve essere idrogenizato a glucosio 6

fosfato. il glucosio 6 fosfato deve poi diventare il glucosio. Non può agire

l’esochinasi della glicolisi ma agisce un altro enzima: glucosio 6 fosfatasi.

Questo enzima rimuove il gruppo fosfato in posizione 6 del glucosio

convertendolo in glucosio libero. 121

Il piruvato non è l’unico precursore

gluconeogenico. Esistono altri

precursori come per esempio il

lattato che partecipa il ciclo di Cri,

ma anche gli amminoacidi è

possono essere precursori del

glucosio. Esiste un altro ciclo, simile

al ciclo di cori, che permette di

usare gli amminoacidi per

sintetizzare il glucosio. Durante il

digiuno prolungato i muscoli per

continuare a contrarsi vanno ad

utilizzare le loro proteine, liberano

amminoacidi. Questi amminoacidi

possono essere usati per produrre

energia ma anche come precursori

della gluconeogenesi. Vengono attivate delle reazioni di transamminazione in

cui partecipano il piruvato proveniente dalla glicolisi, il glutammato che viene

convertito in α-chetoglutarato ed il piruvato che viene convertito in alanina.

Questo è utile per due motivi. L’ α-chetoglutarato è un metabolita del ciclo di

Krebs, si usano amminoacidi per produrre energia. L’alanina è un amminoacido

che può lasciare la cellula muscolare, entrare nel torrente circolatorio,

raggiungere il fegato e una volta entrati negli epatociti l’alanina può subire

una transamminazione che esattamente inversa a quella precedente. L’alanina

ritorna ad essere piruvato e l’ α-chetoglutarato ridiventa glutammato. Questo

piruvato verrà usato dagli epatociti per sintetizzare glucosio.

METABOLISMO DEL GLICOGENO :

Il glicogeno è un polisaccaride di riserva conservato in grandi quantità nel

fegato e nel tessuto muscolare. Dalla degradazione del glicogeno viene liberato

glucosio in forma fosforilata. Viene liberato in forma di glucosio 1 fosfato per

mezzo di un enzima chiamato glicogeno fosforilato. Il glucosio 1 fosfato

attraverso una mutasi viene convertito in glucosio 6-fosfato. questo ciclo

avviene quando le cellule hanno bisogno di glucosio per mandare avanti la

glicolisi e che normalmente avviene quando i livelli plasmatici di glucosio sono

minori a 5 millimolare. Questo glucosio 6 fosfato che si ottiene può avere

diversi destini. Nel fegato il glucosio 6 fosfato viene idrolizzato a glucosio per

mezzo della fosfatasi, la stessa che agisce nella gluconeogenesi, ed il glucosio

nella forma libra può uscire nel torrente circolatorio. Il glucosio 6 fosfato che

invece viene liberato nel muscolo dalla degradazione del glucosio muscolare,

rimane invece nel muscolo. Non viene defosforilato ma viene usato

direttamente nel processo glicolitico della cellula muscolare. I muscoli

degradano glicogeno quando stanno lavorando e hanno bisogno di energia. 122

Altra via metabolica che può subire il glucosio 6 fosfato è la via pentosio

fosfato. Un'altra via ossidativa del glucosio.

DEGRADAZIONE DEL GLICOGENO: il glicogeno è un polisaccaride di riserva

pluri-ramificato. È una grossa molecola costituita da centinaia di residui di

glucosio legati tra loro tramite legami α-14 e tramite legami α 16 nei punti di

ramificazione. La degradazione del glicogeno è controllata dall’azione di un

enzima noto come glicogeno fosforilasi. Quest’enzima riconosce le estremità

non riducenti del glicogeno ( una per ogni ramo) ed è in grado di scindere i

legami glicosidi α 14 tra l’ultimo residuo di glicogeno e il resto della catena.

Stacca uno ad uno le molecole di glucosio. Questa reazione è una reazione di

fosforo lisi dove partecipa un Pi. Il Pi viene usato per scindere il legame e viene

legato in posizione 1 sul residuo di glucosio che viene liberato. In condizioni

eccezionali a questa reazione partecipa anche il piridossalfosfato (PLP) che

interviene principalmente nelle reazioni che interessano gli amminoacidi.

Anche la glicogeno fosforilasi ha bisogno di AA per far avvenire la reazione. ciò

che si ottiene è un residui di glucosio 1-fosfato. Non viene consumato ATP per

fosforilare il glicogeno perché sarebbe controproducente. La glicogeno

fosforilasi può agire in più estremità della catena del glicogeno, liberando

contemporaneamente più molecole di glucosio 1 fosfato. la glicogeno fosforilasi

non è in grado di scindere i legami glicosidici α 16. Alla degradazione del

glicogeno partecipa anche un altro enzima, un enzima bi funzionale, chiamato

anche enzima de ramificante. Il glic