Riassunto Biochimica in vivo sistematica ed elementi di biologia computazionale

Biologia della Salute, unibo FM

BIOCHIMICA

FEGATO

È una ghiandola esocrina a secrezione interna, produce la bile: è immagazzinata all’interno della cistifellea (dove viene

solubilizzato il colesterolo con gli acidi biliari) e viene poi riversata a livello del duodeno. Nella bile troviamo gli acidi

biliari, colesterolo in soluzione di micelle, lecitina, ecc. Quando il microbiota entra in contatto con la bile deconiugano

l’acido glicocolico e taurocolico nelle loro componente (glicina + acido colico derivante dal colesterolo, taurina + acido

colico).

Il fegato svolge ruoli fondamentali per il nostro organismo:

• È deputato alla sintesi delle proteine plasmatiche e regola le concentrazioni delle componenti che circolano nel

sangue

• dall’intestino o prodotti dal catabolismo dei tessuti → il fegato

Vi confluiscono tutti i substrati assorbiti

trasforma poi le scorie metaboliche di altri tessuti in nuovi combustibili oppure li destina alla secrezione

• Ha un ruolo nell’assorbimento degli acidi grassi a lunga catena (acidi biliari nella bile) e nella loro sintesi

(anche in quella dei corpi chetonici)

• Importantissimo nella regolazione della glicemia: controlla l’assorbimento del glucosio, contiene depositi di

glicogeno che possono essere montati e smontati a seconda dei livelli ematici di glucosio e delle necessità dei

diversi tessuti → in caso di ipoglicemia, su stimolazione del glucagone, il fegato demolisce glicogeno e attua la

gluconeogenesi

• Detossifica le sostanze tossiche; filtra fisicamente i batteri; deposito e metabolismo di vitamine

METABOLISMO GLUCIDICO

I monosaccaridi attraversano la membrana degli epatociti passivamente e, una volta all’interno, vengono fosforilati. I

monosaccaridi diversi dal glucosio vengono anche modificati in modo tale da convertirli in substrati che rappresentano

intermedi della glicolisi. Il fegato controlla i livelli ematici di glucosio, se in eccesso lo depositerà sotto forma di

glicogeno.

Se ad arrivare all’epatocita è del fruttosio invece che del glucosio, questo viene fosforilato in posizione 1 dalla

minore rispetto all’esochinasi che invece lo fosforilerebbe in posizione 6 → F6P intermedio

fruttochinasi (ha una K M

glicolitico). Da F1P con l’intervento di un’aldolasi ottengo gliceraldeide e DHAP. La gliceraldeide può essere ridotta

glicerolo dall’alcol DH; il glicerolo a questo punto viene fosforilato (consumando ATP) a glicerolo-

(usando NADH) a

da una chinasi; quest’ultimo potrà essere ossidato a DHAP (usando NAD +

3-fosfato ). Il glicerolo-3-fosfato rappresenta

un link con il metabolismo degli acidi grassi. Dal DHAP (con isomerasi) ottengo G3P. A seconda delle condizioni

fisiologiche, questa via verrà spinta o verso il metabolismo glucidico (in condizione di ipoglicemia: degradazione degli

acidi grassi → rilascio glucosio nel sangue) o verso la sintesi degli acidi grassi (in condizioni di iperglicemia: verso la

sintesi di depositi di acidi grassi che verranno smantellati in caso di necessità). L’aldolasi è più lenta della fruttochinasi

F1P e questo è indice di alto consumo di ATP →

e questo punto rappresenta una strozzatura: avremo un accumulo di

recependo questo aumento, il fegato inizia a produrre acido lattico (normalmente ha il compito di smaltirlo).

Se ad arrivare è il galattosio, questo viene fosforilato dalla galattochinasi. Ottenuto Ga1P, una transferasi sposta il

gruppo UDP dall’UDP-glucosio al galattosio-1-P. Quello che ottengo è UDP-galattosio (rigenerato a UDP-glucosio da

una isomerasi) e glucosio-1-P. Questo verrà, grazie alla fosfoglucomutasi, trasformato in G6P.

Il glicogeno è un polimero del glucosio, rappresenta la forma osmoticamente neutra con cui il monosaccaride viene

depositato all’interno della cellula (se così non fosse, la cellula avrebbe stress osmotico e andrebbe in apoptosi). È

presente quasi esclusivamente in fegato (1/3 del totale) e muscolo (2/3 del totale) (anche negli astrociti dove ha un ruolo

β

nella memoria a lugno termine). Le forme con cui viene immagazzinato sono: particelle nel muscolo, sono delle

α, β

piccole sfere circondate dagli enzimi che lo lavorano, e particelle rosette di particelle presenti invece nel fegato. Il

α-1,6 α-1,4

glicogeno è formato da D-glucosi che sono legati tra loro da legami (ramificazioni) e (lineare). Il C1 si nota

essere sempre occupato e questo è dovuto al fatto che è l’estremità riducente, quindi quella più soggetta allo stress

Δ+

ossidativo (ha un maggiore). Il C1 è legato dalla glicogenina, proteina responsabile, durante lo sviluppo fetale, della

in direzione 1 → 4 su cui gli enzimi

sintesi di un primer di glicogeno ex-novo poi iniziarono a lavorare. Per la sintesi

del glicogeno, il glucosio è fosforilato a G6P dall’esochinasi. In situazioni di iperglicemia, il G6P è trasofrmato in G1P

dalla fosfoglucomutasi (G1P → anabolismo, glicogenosintesi; G6P → catabolismo, glicolisi). Il G1P reagisce con UTP

(catalizzato da UDP-glucosio pirofosforilasi) ottenendo UDP-glucosio e PPi (viene idrolizzato a 2Pi dalla pirofosfatasi,

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è una reazione fortemente esoergonica e pertanto è lei a tirare avanti il trasferimento dell’UDP, termodinamicamente

sfavorevole). L’UDP-glucosio viene preso dalla glicogeno sintetasi e viene attaccato al glicogeno con rilascio di UDP.

Per lavorare la glicogeno sintetasi ha bisogno di uno stampo di glicogeno già formato (per questo dalla glicogenina

durante lo sviluppo embrionale viene sintetizzato un primer). In questo modo si formano i legami 1,4 lineari, per la

formazione dei legami 1,6 (ramificazioni) interviene l’enzima ramificante, che stacca pezzi di circa 6-10 glucosi (legati

La glicogeno fosforilasi è l’enzima deputato allo staccare residui di G1P dal

in 1,4) e li riattacca in posizione 1,6. In questo caso la fosfoglucomutasi lavorerà in senso opposto (G1P →

glicogeno (stacca G e gli attacca Pi citosolico).

G6P). G6P sarà processato dalla glucosio-6-fosfato fosfatasi (enzima della gluconeogenesi, questa via e quella del

metabolismo del glicogeno sono strettamente collegate appunto perché è il fegato il responsabile del controllo dei livelli

ematici di glucosio). Per un 15%, il glucosio staccato sarà già in forma defosforilata e lo si ottiene dalla lavorazione del

polimero da parte dell’enzima deramificante. La glicogeno sintetasi è sotto il controllo ormonale: quando è fosforilata è

inattiva e quando è defosforilata è attiva. Abbiamo pertanto una glicogeno sintetasi chinasi e una glicogeno sintetasi

fosfatasi che modificando l’enzima con la fosforilazione, ne modificano la K rendendolo più o meno attivo (se si

M

abbassa la K questo funzionerà di più e viceversa). La glicogeno fosforilasi, deputata allo staccamento di residui di

M

glucosio dal glicogeno, è anch’essa sotto controllo ormonale ma è regolata da un controllo complementare rispetto alla

sintetasi: se fosforilata è attiva e viceversa. La fosforilasi esiste in due forme: a attivata e fosforilata e b inattivata e

→ cAMP → PKA → sintetasi fosforilata e inattiva; PKA → fosforilasi chinasi →

defosforilata. Glucagone (AC

→ glicogenolisi) → PKA → fosforilasi chinasi)

2+

fosforilasi a e catecolamine (aumento Ca sono ormoni

iperglicemizzanti mentre l’insulina (recettore TK → attiva fosfatasi che defosforila la sintetasi per attivarla →

TK → attiva fosfodiesterasi → deciclizza cAMP → spegne la chinasi che fosforila la sintasi; TK →

glicogeno sintesi;

attiva fosforilasi fosfatasi → fosforilasi b inattiva → glicogenosintesi). La stessa molecola del G6P ha un’azione

allosterica positiva sulla sintetasi: la stimola nella sua attività anche prima dell’arrivo degli ormoni.

Il fegato è anche responsabile della realizzazione del ciclo di Cori: a seguito di sforzo fisico in anaerobiosi si verifica

una grossa produzione di acido lattico che viene messo in circolo dai muscoli (non in grado di metabolizzarlo). Il fegato

lattato + alanina → piruvato.

recupera il lattato: Tramite gluconeogenesi (in condizioni di ipoglicemia) dal piruvato

ottengo G-6-P che sarà defosforilato e messo in circolo per tornare al muscolo che ne ha bisogno oppure che verrà

incorporato nel glicogeno epatico. Se mi trovo in condizioni di iperglicemia, il piruvato viene indirizzato verso la sintesi

degli acidi grassi.

Glicogenosi: nel muscolo riguardano la glicolisi e danno sintomatologia sempre uguale (problemi muscoli), varia la

gravità; nel fegato, invece, interessano gli enzimi del metabolismo del glicogeno.

• fosfatasi → grave ipoglicemia perché G-6-P

G-6-P non defosforilato a G

• Traslocasi → la fosfatasi c’è ma lavorando del RE ha bisogno della traslocasi, se manca il risultato è lo stesso

di sopra → unico G disponibile è quel 15% prodotto dall’enzima deramificante

• Enzima deramificante e ramificante → cirrosi, glicogeno immagazzinato male e la cellula epatica ha problemi

osmotici e muore per necrosi

• Glicogeno fosforilasi e fosforilasi chinasi → lieve ipoglicemia, il glicogeno non viene demolito

Il G6P può seguire una via alternativa a quella glicolitica e glicogenosintetica: può seguire lo shunt degli

esosimonofosfati che determinano produzione di potere riducente, utile per la sintesi degli acidi grassi. Questa via

metabolica c’è in diverse popolazioni cellulari, tutte accumunate dal fatto che fanno sintesi riduttive (tessuto adiposo,

surrenali, eritrociti, ecc.). Questa via prevede una prima fase ossidativa in cui viene prodotto NADPH (per ogni glucosio

G6P → Ru5P.

che entra ho la produzione di 2 NADPH) e CO : Prendiamo in considerazione il caso in cui entrano 3

2

G6P → 3 RuBP + 6 NADPH + 3 CO :

2

• 1 RuBP → isomerasi → R5P; 2 RuBP → epimerasi → Xu5P

• Xu5P + R5P → transchetolasi → S7P + G3P → transaldolasi → E4P + F6P

• E4P + Xu5P → transchetolasi → F6P + G3P

Questa via rappresenta un link anche con la sintesi degli acidi nucleici, infatti un intermedio è proprio il ribosio-5-

fosfato. Con la via dei pentosi fosfati si ha anche liberazione di fosfato inorganico che verrà utilizzato dalla glicogeno

fosforilasi (taglia il glucosio e vi attacca Pi citosolico).

La gluconeogenesi è una via metabolica deputata alla sintesi di glucosio a partire da precursori non glucidici (lattato,

piruvato, intermedi di Krebs, scheletri carboniosi degli aa, acidi grassi a catena dispati); in pratica, sintetizza glucosio a

partire da qualsiasi molecola che nel suo pathway metabolico abbia l’OAA. Il compito di questa via è quello di

mantenere i livelli ematici di glucosio costanti e di rimuovere prodotti metabolici riversati nel sangue. Gli enzimi

coinvolti in questa via sono quasi tutti gli stessi che sono coinvolti anche nella glicolisi, fatta eccezione per quelli 2

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catalizzanti le reazioni irreversibili. Questi enzimi saranno diversi tra le vie (ognuna avrà il suo enzima) e saranno loro

ad essere regolati ormonalmente (gli altri seguiranno l’una o l’altra direzione a seconda delle concentrazioni dei loro

→ G6P (glicolisi) catalizzata dall’esochinasi (è l’idrolisi di ATP a

substrati). La prima reazione irreversibile è glucosio

ΔG della reazione, perché è fortemente esoergonica) e G6P →

rendere molto negativo il glucosio (gluconeogenesi)

ΔG

catalizzata dalla glucosio-6-fosfato fosfatasi. Avendo entrambe le reazioni un negativo, per evitare che

interferiscano tra loro è stata realizzata compartimentalizzazione: glicolisi nel citosol e gluconeogenesi si sposta nel RE

(c’è infatti una traslocasi del G-6-P). →

La seconda reazione irreversibile è F6P F1,6BP (glicolisi) catalizzata da PFK e

F1,6BP → F6P (gluconeogenesi) catalizzata da FBPPasi. Queste due reazioni avvengono entrambe nel citosol, vi è un

sistema diverso per far si che non interferiscano e che se l’una è attiva l’altra no: vi è un’altra molecola, F2,6BP, che

non è un intermedio glicolitico ed è molto simile a F1,6BP e viene prodotta in caso di accumulo di F6P. Questo

intermedio va ad inibire per inibizione antabonista FBPPasi (lo riconosce ma poi è bloccato perché non è F1,6BP) e

stimola allostericamente PFK nella sua attività (abbassa la sua K ) in modo da far procedere glicolisi più rapidamente.

M

Il glucagone, attivando PKA, va a stimolare la fosfatasi che defosforila il F2,6BP riottenendo F6P → si stimola la

gluconeogenesi e va a fosforilasi la chinasi (responsabile di F6P → F2,6BP) inattivandola. L’enzima PFK2-FBPasi2 è

sia fosfatasica di F2,6BP che chinasica di F6P. C’è un suo analogo anche nel cuore, nonostante

uno solo, e ha attività

non sia un organo fosfogenetico e questo è dovuto al fatto che è indispensabile per il cuore non annullare

completamente le sue riserve energetiche: l’enzima è usato solo per attività chinasica ma l’attività fosfatasica non è

completamente annullata. Con l’adrenalina si attiva la funzione chinasica.

METABOLISMO LIPIDICO → fruttochinasi → F1P → DHAP +

I C degli acidi grassi nel fegato provengono principalmente dal fruttosio (fruttosio

gliceraldeide → glicerolo → glicerolo-3-Pi → sintesi degli acidi grassi quando ci troviamo in iperglicemia) e dal

→ DH → piruvato → piruvato DH → acetilCoA).

lattato (lattato lattico Il lattato è metabolizzato dal cuore per

glicolisi. In pratica, il seguire una via (lipolisi) piuttosto che un’altra (liposintesi) dipenderà dai livelli

alimentare la

gl