Biochimica completo

BIOCHIMICA

GLICOLISI pagina 245

DESTINI DEL PIRUVATO pagina 256

GLUCONEOGENESI pagina 257

VIA DEL PENTOSO FOSFATO pagina 261

METABOLISMO DEL GLICOGENO (GLICOGENOLISI e GLICOGENOSINTESI) pagina

277

CICLO DI KREBS pagina 285

OSSALACETATO pagina 296

CORPI CHETONICI pagina 306

CICLO DELL’UREA pagina 314

DESTINO DEGLI AMMINOACIDI pagina 317

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA pagina 327

CONTROLLO DELLA GLICEMIA pagina 424

METABOLISMO AEROBICO E ANAEROBICO

ACETIL CO-A E I SUOI DESTINI

ERITROCITA ED EMOGLOBINA/MIOGLOBINA pagina 74

ENZIMI E CLASSIFICAZIONE

CICLO DI CORI

METABOLISMO DEI LIPIDI pagina

BIOSEGNALAZIONE

LE VIE METABOLICHE DEL FEGATO

Funzioni metaboliche del fegato. Metabolismo dei carboidrati: il suo ruolo è quello di

mantenere sotto controllo la concentrazione ematica di glucosio: glicogenesi dopo un

pasto, glicogenolisi dopo un periodo di digiuno; gluconeogenesi dopo un lungo periodo

di digiuno. La funzione delle proteine comporta spesso l’interazione con altre

molecole. Una molecola che si lega a una proteina viene chiamata ligando, e il sito a

cui si lega viene detto sito di legame.

EMOGLOBINA E MIOGLOBINA

La mioglobina contiene un gruppo prostetico eme, in grado di legare l’ossigeno.

Il gruppo prostetico eme è costituito da uno ione Fe2+ (ione ferroso) coordinato con la

porfirina. Il legame dell’ossigeno alla mioglobina è reversibile. Il legame del ligando in

funzione della concentrazione del ligando stesso ha un andamento iperbolico.

L’emoglobina normale nell’adulto è costituita da quattro subunità, ciascuna con un

gruppo eme. Le due subunità alfa e le due subunità beta hanno una struttura simile

tra di loro. L’emoglobina è presente in due strati strutturali diversi, T (teso) ed R

(rilassato). In assenza di O2 lo stato T è più stabile, al contrario lo stato R presenta

una maggiore affinità per legare ossigeno. Il legame dell’ossigeno favorisce la

transizione dallo stato T allo stato R.

Il legame dell’ossigeno all’emoglobina è allosterico e cooperativo. Il legame di ioni H+

e CO2 all’emoglobina ha come risultato la stabilizzazione dello stato T e la riduzione

dell’affinità per l’ossigeno.

I fattori che influenzano la transizione da uno stato all’altro sono la pressione parziale

di ossigeno, la pressione parziale di anidride carbonica, il pH ecc

In molti organismi un processo centrale di conservazione dell’energia è la tappa di

ossidazione del glucosio a CO2 in cui parte dell’energia dell’ossidazione viene

conservata nell’ATP mentre gli elettroni vengono trasferiti all’O2.

Le reazioni di ossidoriduzioni possono essere descritte come due semi reazioni; gli

elettroni tendono a spostarsi verso la semi-reazione con il potenziale di riduzione più

alto.

GLICOLISI

La glicolisi è un processo metabolico in cui viene catabolizzata una molecola di

glucosio, essa non richiede ossigeno e può perciò avvenire sia in condizioni aerobiche

che anaerobiche.

Durante la glicolisi, la molecola di glucosio, che è costituita da 6 atomi di carbonio,

viene convertita in due molecole di piruvato, un composto a tre atomi di carbonio.

Durante questo processo, parte dell'energia del glucosio viene catturata con una

produzione netta di due molecole di ATP e due molecole di NADH.

Le reazioni della glicolisi avvengono nel citosol, dove si trovano libere le molecole dei

reagenti come l'ADP, il NAD+ e il fosfato inorganico.

La via della glicolisi consiste in una serie di 10 reazioni ciascuna delle quali è

catalizzata da un enzima specifico. Di queste 10 reazioni chimiche 7 sono reversibili,

al contrario 3 saranno irreversibili. Nello specifico le reazioni irreversibili della glicolisi

sono: la reazione 1 (Fosforilazione del glucosio grazie all’enzima esochinasi da

glucosio a glucosio 6-fosfato), la reazione 3 (Fosforilazione del fruttosio grazie

all’enzima fosfofruttochinasi PFK 1 da fruttosio a fruttosio 6-fosfato) e la reazione 10

(Fosforilazione a livello del substrato con passaggio del gruppo fosfato dal

fosfoenolpiruvato all’ADP con la conseguente formazione di ATP).

Le altre reazioni reversibili della glicolisi sono: La reazione 2 (Isomerizzazione del

glucosio 6-fosfato a fruttosio 6-fosfato), reazione 4 (Scissione del fruttosio 6-fosfato a

gliceraldeide 3-fosfato e diidrossiacetone fosfato), reazione 5 (Isomerizzazione del

diidrossiacetone fosfato in gliceraldeide 3-fosfato), reazione 6 (Ossidazione del

gliceraldeide 3-fosfato (2) in 1,3-bisfosfoglicerato (2)), reazione 7 (Fosforilazione a

livello del substrato con trasferimento di due gruppi fosfato dal 1,3-bisfosfoglicerato

all’ADP a formare ATP), reazione 8 (Isomerizzazione da 3-fosfoglicerato a 2-

fosfoglicerato), reazione 9 (deidratazione del 2-fosfoglicerato a formare il

fosfoenolpiruvato attraverso la rimozione di una molecola d’acqua).

La glicolisi è divisa in due fasi principali: La prima fase è di investimento, infatti le

prime 5 reazioni sono endoergoniche, in quanto necessitano di ATP consumando 2

ATP, mentre la seconda fase è di rendimento in quanto le ultime 5 reazioni sono

esoergoniche, generano nello specifico 4 ATP e 2 NADH. La produzione netta della

glicolisi sarà quindi 2 piruvato, 2 ATP e 2 NADH.

Oltre al glucosio, anche altri carboidrati alimentano la glicolisi entrando appunto in

essa dopo essere strati trasformati in uno degli intermediari della via glicolitica. I più

importanti sono il glicogeno e l’amido, i vari polisaccaridi e disaccaridi assunti nella

dieta, diversi esosi come il fruttosio, il galattosio ecc.

DESTINO DEL PIRUVATO

Il destino del piruvato in condizioni aerobiche, il piruvato formato nella fase finale

della glicolisi può essere decarbossilato grazie all’enzima piruvato deidrogenasi in

Acetil CoA per poi entrare nel mitocondrio per essere ossidato a CO2 e H2O nel corso

del ciclo di Krebs oppure può essere convertito dalla piruvato carbossilasi in

Ossalacetato ed entrare nella gluconeogenesi.

Il destino del piruvato in condizioni anaerobiche, molti organismi rigenerano il NAD+

trasferendo gli elettroni dal NADH al piruvato, formando il lattato (fermentazione

lattica); oppure riducendo il piruvato a etanolo e CO2 (fermentazione alcolica).

GLUCONEOGENESI

La gluconeogenesi è un processo metabolico mediante il quale, in caso di necessità

dovuta a carenza di glucosio nel sangue, un composto non glucidico viene convertito

in glucosio, seguendo sostanzialmente le tappe inverse della glicolisi.

La gluconeogenesi avviene principalmente nel fegato e in piccola parte nei reni e

consiste quindi bella sintesi di glucosio da precursori non glucidici quali piruvato,

lattato, Ossalacetato, glicerolo e amminoacidi.

La gluconeogenesi si basa su 3 deviazioni che corrispondono alle 3 tappe irreversibili

della glicolisi, tali reazioni vengono catalizzate da enzimi specifici: (10) piruvato

carbossilasi e fosfoenolpiruvato carbossichinasi, la PEP carbossichinasi (3) e la

glucosio 6-fosfatasi (1).

L’ultima reazione della glicolisi racchiude due reazioni nella gluconeogenesi, infatti il

piruvato prima viene convertito in Ossalacetato dall’enzima piruvato carbossilasi e poi

l’Ossalacetato viene convertito in fosfoenolpiruvato dall’enzima fosfoenolpiruvato

carbossichinasi.

La gluconeogenesi è energeticamente dispendiosa, la cellula infatti usa 6 legami

altamente energetici forniti da ATP per formare una molecola di glucosio a partire da

lattato o piruvato.

La formazione di una molecola di glucosio dal piruvato richiede: 2 Piruvato, 4 ATP, 2

GTP e 2 NADH. La fase di digiuno tale processo è svolto unicamente dal fegato.

La glicolisi e la gluconeogenesi hanno 7 enzimi in comune che catalizzano le 3 reazioni

reversibili delle due vie. Queste due vie sono sottoposte a controllo allosterico

incrociato, il principale enzima di controllo della glicolisi è la fosfofruttochinasi.

PENTOSIO FOSFATO

La via del pentoso fosfato è un processo metabolico citoplasmatico che, oltre a

produrre NADPH utilizzato come trasportatore di energia chimica, dà luogo alla

produzione di ribosio 5-fosfato utilizzato come precursore di molecole più complesse

come gli acidi nucleici. Essa è una via alternativa rispetto alla glicolisi adottata da quei

batteri che non posseggono l’enzima aldolasi fondamentale nella glicolisi.

La via ossidativa del pentosio fosfato parte dall’ossidazione e decarbossilazione

dell’atomo C1 del glucosio 6-fosfato e produce NADPH e pentosio fosfato. Il NADPH

fornisce la forza riducente alle reazioni biosintetiche e il ribosio 5-fosfato è un

precursore per la sintesi dei nucleotidi e degli acidi nucleici.

La prima fase della via del pentoso fosfato è caratterizzata da 2 ossidazioni, esse

convertono il glucosio 6-fosfato in ribulosio 5-fosfato e riducono il NADP+ a MADPH. La

seconda fase comprende tappe non ossidative che convertono il pentosio fosfato in

glucosio 6-fosfato permettendo così alla via di ricominciale il ciclo. L’ingresso del

glucosio 6-fosfato nella via del pentosio fosfato o nella glicolisi è fortemente

determinato dalle concentrazioni relative di NADP+ e di NADPH.

GLICOGENO

Il glicogeno è la principale riserva di carboidrati degli organismi animali. È un

polisaccaride del glucosio ramificato ed è presente soprattutto nel tessuto epatico e in

quello muscolare scheletrico.

La differenza tra il glicogeno muscolare e quello epatico è che il glicogeno muscolare

rappresenta un fonte di energia rapidamente utilizzabile dalla cellula che la consuma

per se stessa, mentre il glicogeno epatico serve come riserva di glucosio per gli altri

tessuti quando non è disponibile glucosio alimentare, come ad esempio in una fase di

digiuno, per mantenere costante la glicemia.

La sintesi del glicogeno avviene tramite un processo denominato glicogenosintesi. La

glicogenosintesi è un processo che avviene nel citoplasma delle cellule del fegato e

dei muscoli scheletrici e consiste nella conversione del glucosio a glicogeno.

Il punto di partenza della sintesi del glicogeno è il glucosio-6-fosfato, che deriva dal

glucosio libero mediante fosforilazione da parte delle esochinasi 1 e 2 nel muscolo, e

dell’esochinasi 4 nel fegato.

Il glucosio 6-fosfato è convertito prima in glucosio 1-fosfato e poi dall’enzima UDP-

glucosio pirofosforilasi in UDP glucosio.

L’UDP glucosio è il donatore delle unità di glucosio nella reazione enzimatica di

formazione del glicogeno catalizzata dalla glicogenosintetasi, che catalizza il

trasferimento del residuo glucosidico dall’UDP glucosio a un’estremità non riducente

di una molecola ramificata di glicogeno.

Successivamente la molecola viene ramificata dall’enzima ramificante amilo-

transglucosilasi.

Il glucosio in eccesso viene convertito in glicogeno per poi essere conservato nel

muscolo e nel fegato sotto forma di grandi particelle insolubili. Il glicogeno costituisce

quindi una sostanza di deposito prontamente utilizzabile dalla cellula.

In base alle richieste energetiche, attraverso il processo di glicogenolisi, il glicogeno

viene scisso in glucosio. La glicogenolisi è quindi una via di degradazione metabolica

del glicogeno a glucosio, essa avviene per mezzo di tre enzimi: la glicogeno fosforilasi,

l’enzima deramificante e la fosfoglucomutasi.

L’enzima glicogeno fosforilasi catalizza la scissione fosforo litica all’estremità non

riducente delle catene di glicogeno, demolendolo, liberando glucosio 1-fosfato.

L’enzima deramificante catalizza due reazioni di trasferimento delle ramificazioni.

Nella prima trasferirà la ramificazione ad un’estremità non riducente, per poi nella

seconda reazione rilascerà l’ultimo residuo come glucosio libero.

Il glucosio 1-fosfato ottenuto viene infine convertito in glucosio 6-fosfato dall’enzima

fosfoglucomutasi.

I due enzimi principali, la glicogenosintetasi per la glicogenosintesi e la glicogeno

fosforilasi per la glicogeno lisi, sono sempre attivi, essi sono regolati grazie all’azione

ormonale ma di base entrambi sono resi più o meno attivi dal processo di

modificazione covalente nel quale l’aggiunta di un gruppo fosfato rende più attivo

l’enzima stesso.

Il glucosio prodotto al termine della glicogenolisi ha però funzioni differenti a seconda

se esso sia utilizzato dal fegato o dal muscolo scheletrico. Nel fegato verrà utilizzato

per mantenere costante il livello di glicemia venendo rilasciato nel circolo sanguigno,

mentre nel muscolo scheletrico subisce il processo di glicogenolisi e viene utilizzato

nel processo di contrazione muscolare.

GLICEMIA

La concentrazione di glucosio nel sangue (glicemia) è regolata e controbilanciata

da variazioni indotte dagli ormoni nel metabolismo di alcuni organi. Concentrazioni

elevate di glucosio nel sangue determinano la secrezione di insulina da parte delle

cellule beta del pancreas, un ormone ipoglicemizzante che incrementa la velocita di

assunzione di glucosio da parte dei tessuti e favorisce la formazione di glicogeno

attraverso il processo di glicogeno sintesi. L’insulina ha e