Metabolismo Glucidico

METABOLISMO DEL GLICOGENO

L’eccesso di glucosio viene convertito in una forma polimerica per la sua conservazione, il

Il Glicogeno è un polimero di D-Gluosio con legami alpha-1,4-glicosidici e con

glicogeno.

ramificazioni dovute a legami alpha-1,6-glicosidici.

E’ presente nei muscoli scheletrici, dove rappresenta una forma di riserva solo per il muscolo

stesso, e nel fegato, dove rappresenta una riserva per tutti gli altri organi quando non sia

disponibile il glucosio assunto con la dieta. Ciò è di particolre importanza per il cervello che non

può utilizzare gli acidi grassi come fonte energetica.

La quantità di E totale accumulata sotto forma di glicogeno è di molto inferiore rispetto a quella

immagazzinato sotto forma grassi (trigliceridi).

Il glicogeno è presente nelle cellule sotto forma di granuli contenenti anche gli enzimi che lo

sintetizzano e che lo degradano. Il catabolismo del Glicogeno a Glc prende il nome di

Glicogenolisi. A questa segue la Glicolisi cioè la conversione del Glc in piruvato; i processi

anabolici inversi sono la trasformazione del piruvato in glucosio Gluconeogenesi e la formazione

del glicogeno a partire dal glucosio glicogenesi.

CATABOLISMO DEL GLICOGENO - Glicogenolisi

Sul Glicogeno agisce una glicogeno-fosforilasi che catalizza la reazione di fosforilisi in cui il Pi

rompe il legame alpha-1,4 :

(Glicog.)n. + HPO4⎺⎺ (Glicog.)n-1. + Glu-1-P

—>

Il prodotto di questa reazione è il Glc-1-P. Vantaggio: è già fosforilato, per cui si risparmia una

molecola di ATP, inoltre essendo fosforilato è carico negativamente e non diffonde attraverso la

membrana.

Tuttavia la glicogeno fosforila non è in grado di fosforilare in presenza dei legami 1,6 e si blocca a

4 residui dal punto di ramificazione.

A questo punto interviene l’enzima Deramificante che ha due distinte attività enzimatiche: (a)

attività transferasica e (b) attività glicosidasica.

(a)attività transferasica: l’enzima libera le 3 unità di glucosio vicine al punto di ramificazione,

lasciando libero il glucosio con legame alpha-1,6. 8

(b)attività glicosidasica: l’enzima deramificante rompe e stacca il glucosio unito con legame 1,6.

Rimane quindi una catena lineare e la glicogeno-fosforilasi può continuare il suo lavoro.

Problema: nella glicolisi non entra il G1P ma il G6P. La fosfoglucomutasi attua questa

conversione spostando il gruppo fosforico dalla posizione 1 alla posizione 6. Nel muscolo, il G6P

può adare incontro alla seconda reazione del processo di Glicolisi. Gli epatociti invece devono

espellere il glucosio, occurre quindi un’altra reazione per rimuovere il gruppo fosforico, catalizzata

dalla glucosio-6-fosfatasi: G6P + H2O —> Glc + Pi

Il glucosio libero viene quindi riversato nel sangue. La glucosio-6-fosfatasi un enzima

caratteristico del fegato localizzato nella membrana del REL con il sito attivo rivolto verso il lume

del REL. Questo è un esempio di COMPARTIMENTAZIONE DEL METABOLISMO le cellule infatti

hanno sequestrato la glucosio-6-fosfatasi nel lume del REL per evitare che il G6P citosolico possa

essere degradato.

ANABOLISMO DEL GLICOGENO - Glicogenesi

Avviene nel fegato e nel muscolo. Il punto di partenza è il Glucosio-6-P. Il G6P per iniziare la

sintesi del glicogeno viene convertito in glucosio-1-P dall’enzima fosfomutasi.

Successivamente il G1P è convertito in UDP-Glucosio dall’azione di una UDP-glucosio-

pirofosforilasi. G6P —> G1P

G1P + UTP —> UDP-glucosio + PPi

L’UDP-glocosio funge come donatore di unità di glucosio nella reazione di formazione del

glicogeno, catalizzata dalla glicogeno sintasi, enzima che catalizza il trasferimento del residuo

glicosidico di UDP-glucosio ad un’estremità di una molecola ramificata di glicogeno.

La glicogeno sintasi non può produrre legami alpha1-6; questi legami sono formati dall’enzima

ramificante chiamato amilo(alpha 1-4) (alpha 1-6) transglicosidasi.

Le ramificazioni servono ad amentare l’interazione con il solvente acquoso e ad accrescere il

numero di estremità non riducenti che rappresentano un punto di attacco sia per la glicogeno

sintasi che per la glicogenofosforilasi (agiscono solo in questa estremità).

La glicogeno sintasi richiede un primer, che è di solito una catena preformata di poliglucosio (alpha

1-4) o una ramificazione che abbia almeno 8 residui di Glc. La sintesi di una nuova molecola di

Glicogeno dipende da una proteina chiamata Glicogenina che può comportarsi dia da primer per

iniziare nuove catene, sia da catalizzatore per l’unione dei primi residui di glucosio. La prima tappa

di sintesi di una nuova molecola, di glicogeno prevede il trasferimento di un residuo di glucosio da

un UDP-glucosio al gruppo ossidrilico di un residuo di Tyr della glicogenina, questa reazione è

possibile grazie all’attività glicosiltransferasica della proteina stessa. La catena nascente si allunga

sempre x aggiunta di Glc donati dall’UDP-glucosio. Il lavoro prosegue quindi con la

glicogenosintasi che provvede ad allungare ulteriormente la catena.

REGOLAZIONE COORDINATA DELLA SINTESI-DEGRADAZIONE DEL GLICOGENO

Regolazione della glicogeno fosforilasi

l’enzima esiste in due forme interconvertibil: a, cataliticamente attiva |VS| b, meno attiva.

• a prevale nel muscolo a riposo e nel fegato in condizioni di omeostasi glicemica.

• Durante un’intensa attività o bassa glicemia viene stimolata la fosforilazione in un residuo di Ser

• della fosforilasi b, convertendola nella sua forma attiva, a.

L’enzima che catalizza la fosforilazione della glicogeno fosforilasi b è la fosforilasi b chinasi ed

• è attivata da adrenalina (nel muscolo) e glucagone (nel fegato).

Il cAMP è un secondo messaggero la cui [ ] aumenta in seguito allo stimolo di adrenalina e

• glucagone. Il suo aumento stimola una protein chinasi (PKA) che a sua volta fosforila attivandola,

la fosforilasi-b-chinasi.

Inoltre nei muscoli: [Ca2+] è un segnale di contrazione muscolare che si lega attivando, la

• fosforilasi-b-chinasi. L’AMP che si accumola quando il muscolo è in intensa attività a causa del

consumo di ATP, si lega ed attiva la glicogenofosforilasi, accelerando il rilasico di glucosio1P dal

glicogeno. Al contrario l’ATP blocca il sito allosterico a cui si lega AMP inattivando così la

fosforilasi. 9

Una volta ristabilite le condizioni di riposo, una fosforilasi-a-fosfatasi rimuove i gruppi fosforici

• dalla fosforilasi a, inattivandola.

Nel Fegato, quando la [Glc] ematica torna nella norma: lo zucchero rientra negli epatociti funge

• da modulatore negativo della fosforilasi a, legandosi ad un suo sito allosterico.Il legame espone i

residui di Ser fosforilati che possono quindi

essere defosforilati da una fosfatasi PP1. La

glicogeno-fosfatasi, grazie alla presenza di

questo sito allosterico per il Glc, agisce da

sensore della concentrazione di Glc,

consentendo una risposta adeguata.

Regolazione della glicogeno sintasi

•Analogamente alle glicogeno fosfatasi è

presente in forma fosforilata o defosforilata.

a = forma attiva NON fosforilata

•

b = forma inativa fosforilata

•

•La fosforilazione avviene ad opera di diverse

chinasi, la più importante è la Glicogeno sintasi

chinasi 3 (GSK3).

•Nel fegato la conversione da forma inattiva ad

attiva è promossa dalla PP1 (la stessa che

defosforila, inattivandola la glicogeno-fosfatasi).

•Il modulatore allosterico in questo caso è il G6P

che si lega ad un sito allosterico sulla glicogeno

sintetasi-b migliorandone l’affinità per la PP1 e

quindi favorendone la defosforilazione

•La glicogeno-sintasi è quindi un sensore per la

[G6P]

REGOLAZIONE DELLE VIE METABOLICHE

Le vie metaboliche sono sempre finemente regolate ed hanno normalmente diversi punti di

controllo che le cellule utilizzano in maniera efficiente. Come avviene la regolazione?

Prendiamoad esempio la regolazione nel processo glicolitico: le reazioni sono 10 ed avvengono a

diverse velocità, per cui ci saranno step più lenti ed altri più veloci. Quando alcune tappe hanno

velocità limitante, a monte si accumula substrato. Ricordiamo che nella via glicolitica, diversi

intermedi vengono impiegati in altre vie metaboliche, ad esempio il G6P può entrare nella via dei

pentosi-6-P per la biosintesi dei nucleotidi mentre il F6P può entrare a far parte di glicoproteine, il

di-idrossi-acetone-difosfato andrà a formare i trigliceridi, l’1,3-bisfosfoglicerato negli Eritrociti forma

l’1,2-bisfosfoglicerato. Per cui non dobbiamo limitarci a pensare che la glicolisi produca solo ATP.

I punti di controllo più importanti sono rappresentati dalle reazioni più lente, che avvengono quindi

con DeltaG più elevati. Le tre rezioni più lente sono le fosforilazioni catalizzate dalle chinasi. Questi

3 enzimi rappresentano le tappe chiave per la regolazione della velocità dell’intero processo.

Glc —> G6P, Enzima esochinasi: questa reazione è regolata dal prodotto stesso, se [G6P] è

• elevata, il prodotto diventa inibitore dell’enzima.

F6P —> F-1,6-P , Enzima fosfo-fruttochinasi: l’enzima ha modulatori sia positivi che negativi.

• Se la [ATP] intracellulare è bassa e di conseguenza la [ADP] è elevata, questa diventa un

attivatore dell’enzima e viceversa (all’interno della cell la sommatoria di ATP + ADP + AMP è

] è elevata, vuol dire che il ciclo di Krebs funziona e la cellula si

costante!!). Se [Acido citrico

trova in un buono stato energetico, questa funge quindi da inibitore.

Fosfoenolpiruvato —> Piruvato, Enzima piruvato chinasi: non ha modulatori positivi. I

• suoi modulatori negativi sono: [ATP] elevata, intermedi a valle che dicono che la cellula

ha livello energetico sta bene. 10

REAZIONE ENZIMA MODUATORI + MODULATORI —

esochinasi alta [G6P]

Glc —> G6P

• F6P —> F-1,6-P fosfo- bassa [ATP] e quindi alta [ATP]

• fruttochinasi alta [ADP] alta [Ac. Citrico]

Fruttosio-2,6-bisfosfato

Fosfoenolpiruvato —> piruvatochinasi alta [ATP]

• Piruvato

ESOCHINASI - prima tappa regolatoria

Catalizza la reazione di ingresso del Glc nella via glicolitica.

Ha come substrato gli esosi, con diversa affinità.

Il gruppo fosforico è sempre trasferito sul C6.

Ione Mg2+ come coenzima.

Nell’uomo 4 diversi geni codificano 4 isozimi (I - IV) (enzima importante se ben 4 geni lo

codificano!). Isozimi = enzimi diversi ma che catalizzano una stessa reazione.

3 Prodotti genici di dimensioni maggiori: I, II, III. —> 10