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Le proteine che contengono il ferro sono importanti poiché la presenza del ferro, che assume

2+ 3+

due stati di ossidazione (Fe e Fe ), permettono il trasferimento degli elettroni, passando da

una condizione da ossidato a ridotto.

Si rileva uno specifico trasportatore di elettroni, l'ubichinone (coenzima Q), molecola di piccole

dimensioni con una struttura idrofobica, la quale permette, all'interno del doppio strato

fosfolipidico della membrana mitocondriale interna, di essere utilizzato come ponte tra

trasportatori di elettroni.

L'Ubichinone riesce a far muovere cariche negative in un ambiente idrofobico trasportandole ad

altri complessi ed è in grado di accettare un elettrone trasformandosi in radicale semichinonico

o accettare due elettroni trasformandosi nella sua forma ridotta, l'ubichinolo (QH ).

2

La catena di trasporto degli elettroni è possibile suddividerla in 4 diverse tappe, ognuna delle

quali viene gestita da una pompa protonica localizzata nella membrana interna del mitocondrio.

TAPPA 1 → Da NADH a Coenzima QH2

H2 (Ubichinolo) – Complesso1: NADH deidrogenasi

Q

Durante la tappa 1, il NADH viene ossidato, liberando due elettroni, i quali verranno accettati

dalla FMN, la quale si ridurrà a FMNH . Quest'ultima riossidandosi trasferisce due elettroni al

2

gruppo prostetico (Fe-S) dell'enzima NADH deidrogenasi. Infine, i due elettroni, accettati

precedentemente dai centri Fe-S, vengono trasferiti all'ubichinone, trasformandolo in ubichinolo.

-

Passaggio 2e : NADH → FMN → Proteina Fe-S → Ubichinone

+

Il passaggio comporta: NADH → NAD ; Ubichinone → Ubichinolo

Il NADH deidrogenasi (o complesso I) è una pompa protonica. Una pompa protonica riesce ad

utilizzare l'energia rilasciata dalla reazione per pompare protoni fuori dalla matrice del

mitocondrio, nello spazio intermembrana. L'energia che viene liberata dalla tappa 1 permette il

pompaggio di 4 protoni dalla matrice allo spazio intermembrana

4 Protoni: Matrice → Spazio Intermembrana

TAPPA 2 → Da Succinato a Coenzima QH (Ubichinolo) – Complesso2: Succinato deidrogenasi

2

La differenza tra la tappa 1 e la tappa 2 consiste nella differente fonte dei due elettroni,

attraverso i quali l'ubichinone può ridursi ad ubichinolo. Nella tappa 1, gli elettroni venivano

ricavati dall'ossidazione del NADH. Nella tappa 2, gli elettroni vengono ricavati dall'ossidazione

del succinato in fumarato.

Durante la tappa 2, il Succinato, tramite l'enzima Succinato Deidrogenasi (o complesso II),

viene ossidato, formando Fumarato, procedimento identico alla reazione 6 del ciclo di Krebs.

I due elettroni, ricavati dall'ossidazione del Succinato, vengono accettati dal FAD, il quale viene

ridotto a FADH . Il FADH , attraverso i centri Fe-S, permette all'ubichinone di accettare i due

2 2

elettoni, facendolo ridurre a ubichinolo.

-

Passaggio 2e : Succinato → FAD → Proteina Fe-S → Ubichinone

Il passaggio comporta: Succinato → Fumarato; Ubichinone → Ubichinolo

Il Succinato deidrogenasi non è una pompa protonica, cioè non è in grado di trasferire protoni

dalla matrice allo spazio intermembrana a causa della troppo piccola variazione di energia

libera generata dal trasferimento di elettroni dal FADH al CoQ (ubichinone).

2

Per questo gli elettroni immessi dal FADH nella catena respiratoria portano alla

2

formazione di 2 sole molecole di ATP contro le 3 generate quando gli elettroni

provengono dall'ossidazione del NADH che arrivano al CoQ attraverso il complesso 1.

T

APPA 3 → Da Coenzima QH (Ubichinolo) a CitocromoC

C – Complesso3

3 : CitocromoBC

BC

Citocromo Complesso Citocromo

2 1

+ 3+

Durante la tappa 3, l'ubichinolo si ossida a ubichinone, liberando due H e riducendo il Fe del

2+ 3+ 2+

CitocromoB a Fe che riossidandosi a sua volta riduce i centri Fe-S da Fe a Fe .

3+ 2+

La successiva ossidazione di questi centri riduce il CitocromoC1 da Fe a Fe .

2+ 3+ 2+

Il Fe del CitocromoC , riossidandosi, riduce il Fe del CitocromoC a Fe .

1

-

Pass 2e : Ubichinolo → CitocromoB → Proteina Fe-S → CitocromoC1 → CitocromoC

3+ 2+

Il passaggio comporta: Ubichinolo → Ubichinone; CitocromoC Fe → CitocromoC Fe

Il CitocromoBC è una pompa protonica, e come tale ricava energia dalla tappa 3.

1

L'energia che ricava dalla tappa 3 permette il prelievo di due protoni dalla matrice e il passaggio

di 4 protoni dalla matrice allo spazio intermembrana.

4 Protoni: Matrice → Spazio Intermembrana, 2 Protoni: Prelievo dalla matrice

TAPPA 4 → Da C itocromoC

C a O – Complesso4: Citocromo Ossidasi

itocromo 2

2+ 3+ 3+

Durante la tappa 4, il Fe del CitocromoC viene ossidato ad Fe , riducendo il Fe del

2+ 3+ 2+

CitocromoA ad Fe ; quest'ultimo riossidandosi riduce il Fe del CitocromoA a Fe .

3

2+ 2+ 1+

Il Fe del CitocromoA riduce il Cu della Citocromo Ossidasi a Cu il quale, riossidandosi,

3 +

riduce l'O a H O consumando due H ogni O.

2 2

-

Pass 2e : CitocromoC → CitocromoA → CitocromoA → Citocromo Ossidasi → Ossigeno

3

2+ 3+ +

Il passaggio comporta: CitocromoC Fe → CitocromoC Fe ; Ossigeno + H → H O

2

La Citocromo Ossidasi è una pompa protonica, la quale utilizza l'energia liberata dalla tappa per

il trasporto di protoni dalla matrice allo spazio intermembrana. Essendo gia stati prelevati due

protoni nela tappa 3, la Citocromo ossidasi utilizza l'energia ricavata dalla tappa 4 per trasferire i

due protoni dalla matrice allo spazio intermembrana.

2 Protoni precedentemente prelevati: Matrice → Spazio Intermembrana

Come gia accennato alla fine di ogni tappa, i complessi I, III e IV sono "pompe protoniche" ed il

gradiente formatosi a cavallo della membrana mitocondriale interna viene utilizzato dall'enzima

ATP sintasi per formare ATP a partire dai suoi substrati (ADP + PI).

FORMAZIONE DEL GRADIENTE PROTONICO

La formazione del gradiente protonico avviene, come gia visto precedentemente, attraverso un

processo di cessione di elettroni dal NADH all'ossigeno, con formazione di H O.

2

Esso è un processo fortemente esoergonico, con una variazione di energia molto elevata.

Gran parte di questa energia, che viene generata dal passaggio di elettroni, viene utilizzata per

pompare i protoni dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana.

Per ogni coppia di elettroni trasferiti all'ossigeno, si trasferiscono in totale nello spazio

+

intermembrana 10 protoni (H ):

+

Complesso 1: 4 H +

Complesso 3: 4 H +

Complesso 4: 2 H

Tale trasferimento comporta una differenza di potenziale (separazione delle cariche che si

ottiene quando un protone si sposta attraverso la membrana senza che vi sia un flusso

contrario di pari carica) e la formazione di un gradiente chimico (dovuto alla differenza di

concentrazione tra spazio intermembrana e matrice mitocondriale, rendendo lo spazio

intermembrana un ambiente più acido).

Tutto ciò comporta l'accumulo di un energia elettrochimica, la Forza Motrice Protonica, la

quale rappresenta una temporanea conservazione di gran parte dell'energia liberata dal

trasferimento di elettroni.

Essa è costituita da due componenti:

- Energia Potenziale Elettrica, in seguito alla differenza di potenziale

- Energia Potenziale Chimica, originatasi dal gradiente di concentrazione protonico.

La catena di trasporto degli elettroni ha il compito di creare il gradiente protonico necessario alla

sintesi di ATP. Ciò spiega come la funzione esclusiva della catena respiratoria sia quella di

creare il gradiente protonico.

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

Il processo di trasporto degli elettroni è accoppiato a quello di fosforilazione ossidativa, nessuna

delle due reazione può procedere in assenza dell'altra. Tale modello spiega come l'energia

elettrochimica, contenuta nel gradiente protonico, porti alla sintesi di ATP.

Ciò avviene quando il flusso protonico inverte la sua direzione e i protoni ritornano nella matrice

attraverso un canale protonico associato chiamato ATP sintasi.

ATP Sintasi: proteina transmembrana (rappresenta l'unica strada che i protoni utilizzano per

tornare alla matrice, in quanto la membrana mitocondriaie interna è impermeabile) costituita da

due unità funzionali F e F :

0 1

F : proteina integrale della membrana che costituisce il canale protonico. È composta da 3

o

subunità:

- Subunità "a";

- Subunità "2b", la quale lega il complesso F0 con F1, mantenendo fisso F1 durante la rotazione

della subunità c della proteina F0

- Subunità "10/12c", la quale è un polipeptide di piccole dimensioni e ciascuna subunità è

costituita da due eliche transmembrana, perpendicolari al piano della membrana e disposte in

due cerchi concentrici.

F : proteina periferica della membrana. In questa si rilevano 9 subunità:

1

3α e 3β, disposte in maniera alternata come gli spicchi di un'arancia.

Le 3 subunità β assumono conformazioni diverse, ciò dovuto in parte all'associazione di una

delle tre con la subunità γ. Esse assumono la conformazione:

β-ATP (t) / β-ADP (l) / β-VUOTO (o)

γ (gamma): costituisce una specie di asse centrale che attraversa tutto il complesso F 1

legandosi ad una delle tre subunità 3 (costituendo β-vuoto).

δ (delta): riceve il collegamento con la subunità 2b della proteina F e contribuisce a mantenere

0

fermo il complesso F durante la rotazione della subunità c (di F );

1 0

ε (epsilon): si proietta in fondo al complesso F , saldandosi con la subunità c della proteina F .

1 0

L'ATP sintasi basa la sua azione di sintesi sul meccanismo di catalisi rotazionale: consiste

nella capacità dei tre siti attivi dell' F (siti β) di catalizzare a turno la sintesi di ATP.

1

Il cambio di conformazione delle subunità β è dato dalla rotazione della subunità γ.

Questo processo rotatorio è messo in atto dal passaggio di protoni attraverso la porzione F 0

che determina la rotazione della subunità c che a sua volta farà ruotare la subunità γ.

La subunità γ attraversa il centro della struttura costituita da 3α e 3β e, ad ogni rotazione, entra

in contatto con una diversa subunità β costringendola a subire la conformazione β-vuoto,

conformazione nella quale vi è poca affinità con l'ATP.

Le restanti subunità β (ricordiamo che sono tre totali e una entra in contatto con γ costituendo

β-vuoto) assumeranno due diverse conformazioni: una β-ADP (legame tra subunità β e ADP +

protoni recuperati nell'ambiente circostante), l'altra β-ATP (legame tra subunità β e ATP).

In questa maniera verrà a crearsi uno stato di equilibrio tra ATP e ADP.

A turno ogni subunità passerà da una conformazione ad un altra in questo modo:

β-ATP verrà trasformato in β-vuoto, liberando il nucleotide appena sintetizzato, ovvero ATP

β-ATP → β-vuoto

β-vuoto, avendo perso il nucleotide, recupera dall'ambiente ADP + P

β-vuoto → β-ADP

β-ADP rafforza il proprio legame e stabilizza l'ATP, generando uno stato di equilibrio

β-ADP → β-ATP

Le tre subunità β interagiscono tra loro in modo tale che, ad ogni rotazione completa della

subunità γ, ogni subunità β assumerà tutte e tre le conformazioni possibili, rilasciando dalla

superficie dell'enzima 3 ATP totali

Il rilascio di ATP dalla superficie dell'enzima è permesso dal gradiente protonico, in quanto il

flusso protonico passante per F provoca la rotazione della subunità c e della

0

subunità γ che, entrando in contatto con la subunità β-ATP, inducono il cambiamento

conformazionale in β-vuoto (conformazione che permette il rilascio di ATP).

È stata osservata la capacità dei complessi F e F di poter idrolizzare ATP quando le subunità c

0 1

e γ ruotano in direzione opposta al senso di sintesi di ATP.

Questo meccanismo trasforma l'energia chimica (ATP) in energia meccanica (ADP + P).

SISTEMI DI TRASPORTO NECESSARI PER LA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

Antiporto: l'ATP che viene a formarsi con l'ATP sintasi, trovandosi nella matrice mitocondriale,

ambiente fortemente negativo rispetto allo spazio intermembrana, tramite un canale (antiporta)

viene trasportata verso l'esterno (spazio intermembrana).

Contemporaneamente l'ADP presente nello spazio intermembrana, entra nella matrice.

Simporto: tramite un altro canale (simporto), il fosfato (P) entra all'interno della matrice

mitocondriale che, legandosi con l'ADP, (entrata nella matrice attraverso l'antiporto), forma ATP.

SISTEMA NAVETTA SHUTTLE

Questo sistema spiega come giungono all'interno del mitocondrio gli elettroni trasportati dal

NADH prodotto dalla glicolisi (che avviene nel citosol).

La membrana mitocondriale interna non è permeabile al NADH, per cui quest'ultimo viene

portato all'interno tramite un sistema che trasporta gli equivalenti riducenti dal NADH all'interno

del mitocondrio.

A seconda del tipo di cellula all'interno della quale avviene il processo di respirazione cellulare,

abbiamo due tipi di sistema shuttle:

1) Sistema Navetta Malato-Aspartato (riguardante le cellule del fegato e dei reni)

2) Sistema Navetta Glicerolo-3-Fosfato (riguardante le cellule cerebrali e muscolari).

RESA ENERGETICA RESPIRAZIONE CELLULARE

Dall'ossidazione completa di una molecola di glucosio, attraverso i processi di:

- Glicolisi,

- Piruvato deidrogenasi,

- Ciclo di Krebs,

- Catena di Trasporto degli Elettroni

- Fosforilazione Ossidativa

Si ottengono 38 ATP totali. FERMENTAZIONE ALCOLICA

Nel lievito si ha la conversione dei piruvato in etanolo e CO (è ciò che fa lievitare il pane),

2

La produzione di questi due si ha mediante due reazioni consecutive:

Decarbossilazione del piruvato da parte della piruvato decarbossilasi a formare un

intermedio, l'acetaldeide, liberando CO ;

2

Piruvato → Piruvato Decarbossilasi → Acetaldeide + CO

2

Riduzione dell'acetaldeide in etanolo, catalizzata dall'alcol deidrogenasi, durante la quale il

+

NADH viene ossidato, formando NAD .

Acetaldeide → Alcol Deidrogenasi (riduzione) → Etanolo

+

NADH → Ossidazione → NAD

La TPP è un cofattore essenziale della piruvato decarbossilasi che stabilizza l'accumulo di

carica negativa e si comporta da trappola per gli elettroni.

FERMENTAZIONE LATTICA

In esercizi intensi, ma di breve durata, il sistema circolatorio dell'uomo non è in grado di

sostenere il metabolismo aerobico, cioè non viene portato nelle cellule muscolari ossigeno

sufficiente per ossidare il piruvato e ottenere il quantítativo di energia richiesto.

Le cellule del nostro corpo affrontano questa situazione producendo energia in assenza di

ossigeno, attraverso la Fermentazione (meccanismo che produce una potenza 5 volte

superiore rispetto a quella prodotta con il meccanismo aerobico).

Questo processo può funzionare per un periodo di tempo molto limitato.

Il piruvato prodotto dalla glicolisi, attraverso l'enzima lattato deidrogenasi, viene ridotto in

lattato (il piruvato accetta elettroni) ed il NADH, di conseguenza, si ossida tornando alla forma

+

NAD (cede elettroni). +

2 Piruvato + 2 NADH → Lattato deidrogenasi → 2 Lattato + 2 NAD

Il lattato, che viene prodotto dal processo di fermentazione conseguente ad un'attività

muscolare intensa, può essere ricicIato: esso viene trasportato dal torrente circolatorio fino al

fegato nel quale viene convertito, durante la fase di recupero, in glucosio, tramite un processo

denominato Gluconeogenesi epatica.

Quando il lattato viene prodotto in grandi quantità, si ha la diminuzione del pH ematico,

diminuzione che limita la capacità funzionale del muscolo (eventuali crampi).

In condizioni normali, la quantità di acido lattico nel sangue è costante in qualsiasi persona e

corrisponde per tutti a 1 mMol, in quanto il piruvato viene metabolizzato mediante la via

aerobica. GLICOGENO

È un composto che viene utilizzato per esercizi anaerobici di breve durata.

L'eccesso di glucosio assunto attraverso la dieta, viene convertito nel giro di due o tre ore in un

polisaccaride, il glicogeno.

Esso può essere immagazzinato:

- Nel fegato (glicogeno epatico): riserva di glucosio per gli altri tessuti. Possiede particolare

importanza per le cellule nervose, dato che esse non possono ricavare energia dalla

demolizione degli acidi grassi). Può essere consumato in 12-24 ore;

- Nel muscolo scheletrico (glicogeno muscolare): costituisce la riserva di energia subito

disponibile per il metabolismo aerobico o anaerobico. Esso viene consumato in meno di un

ora di esercizio fisico intenso, senza essere mai completamente consumato.

Quando scende al di sotto di una certa soglia, si ha l'insorgere della fatica.

Inoltre, ogni molecola di glicogeno non viene mai completamente degradata, infatti restano

alcuni residui di glucosio legati insieme formando il glicogeno preformato*.

Immagazzinando il glucosio sotto forma di glicogeno è possibile accumulare un quantitativo di

glucosio che altrimenti andrebbe ad alterare le capacità osmotiche della cellula (troppo soluto

all'interno della cellula).

II glicogeno può essere immagazzinato nel citosol della cellula sotto forma di grossi granuli,

senza alterare le capacità osmotiche generali e senza accumulare un grosso quantitativo di H O

2

La dose massima di glicogeno accumulabile nell'uomo è pari a 200 grammi, 150 nella donna e,

con il passare degli anni, l'essere umano, perdendo tono muscolare, riduce la potenzialità di

accumulo di glicogeno sempre di più.

Il glicogeno ha una struttura ramificata in cui si possano classificare delle particelle base di

glicogeno (particelle β) formate da tante unità di monosaccaridi. A sua volta 26-30 di queste

particelle base di glicogeno, si legano insieme a formare un unica particella, la rosetta α.

GLICOGENO SINTESI

La sintesi del glicogeno si ha partendo da glicogeno preformato* (almeno 8 residui di

glucosio) ottenuto dall' interazione con una proteina chiamata glicogenina, la quale svolge

la funzione di catalizzareil legame tra otto residui di glucosio, costituendo l'innesco per la sintesi

di glicogeno.

Questo aggregato non verrà mai degradato, ecco perchè non viene mai esaurito del tutto.

Al glicogeno preformato si aggiungeranno altre unità di glucosio che allungheranno la catena.

Per ottenere la polimerizzazione è necessario che intervengano molecole di zuccheri legati ai

nucleotidi (zuccheri-nucleotidi). In questo caso la molecola di zucchero-nucleotide che

interviene è l'UDP-Glucosio (uridil-di-fosfato)

La sintesi di tale molecola avviene attraverso una reazione di condensazione (reazioni tra

molecole diverse, in cui le parti reagenti si uniscono eliminando molecole a basso peso

molecolare producendo una ciclizzazione) mediata dall'enzima UDP-Glucosio pirofosforilasi,

attraverso il quale è permesso il legame tra il nucleotide UTP (uridil tri-fosfato) e lo zucchero

glucosio-1-fosfato [derivato dalla fosforilazione del glucosio libero da parte dell'esochinasi

(prima reazione glicolitica), o da molecole di lattato prodotte al termine del processo di

fermentazione lattica].

Entrambi i processi producono glucosio-6-fosfato che tramite l'enzima fosfoglucomutasi, viene

convertito in glucosio-1-fosfato.

Glucosio-1-Fosfato + UTP → UDP-glucosio + PPi (pirofosfato inorganico)

Questa reazione è irreversibile, in quanto il rilascio di pirofosfato libera un notevole quantitativo

di energia al quale si aggiunge quella dell'idrolisi del pirofosfato ad opera della pirofosfatasi

inogranica.

L' UDP-glucosio ottenuto donerà il suo glucosio alla catena di glicogeno preformato

determinando l'allungamento della catena stessa.

La reazione di trasferimento di glucosio dall'UDP-glucosio all'estremità non riducente (non

ramificata) della catena di glicogeno è catalizzata dall'enzima glicogeno sintasi, il quale forma

un legame glicosidico α1-4 tra il carbonio terminale presente all'estremità non riducente e il

nuovo residuo di glucosio.

Avendo però il glicogeno una struttura ramificata, nei punti di ramificazione si formano legami

α1-6 e ciò avviene grazie all'intervento di un enzima ramificante. Questo enzima agisce su una

catena composta da almeno 11 residui di glucosio, andando a trasferire un segmento terminale

di 6 o 7 residui glucosidici al gruppo ossidrilico presente sul carbonio 6 di un glucosio

appartenente alla stessa catena o ad un altra.

Dalle nuove ramificazioni la glicogeno sintasi può aggiungere altri residui di glucosio. In ogni

ramo sono presenti dai 12 ai 14 residui di glucosio, dopo di che si ha un punto di ramificazione

con la nascita di un nuovo ramo costituito sempre da 12-14 residui di glucosio.

GLICOGENO LISI

Processo mediante il quale il glicogeno viene scisso per ricavare glucosio da utilizzare come

fonte di energia. Affinché questo processo avvenga sono necessari tre enzimi:

- Glicogeno Fosforilasi A (forma attiva): addetto all'operazione di lisi.

Esso scinde le unità monosaccaridi partendo dall'estremità non riducente e andando a

catalizzare il legame glicosidico α1-4. La rottura di tale legame avviene utilizzando fosfato

inorganico (presente nell'ambiente acquoso del citosol) che contribuisce a mantenere

costante il PH all'interno della cellula, svolgendo una azione tampone e producendo così

glucosio-1-fosfato. Glicogeno + Pi → Glicogeno + Glucosio-1-Fosfato

II glicogeno fosforilasi svolge questa funzione agendo sull'estremità non riducenti delle

ramificazioni di glicogeno, fino a che non raggiunge un punto che dista quattro residui di

glucosio dal punto di ramificazione a livello del quale blocca la sua azione.

- Enzima Deramificante (oligo glucan-transferasi): con il Glicogeno Fosforilasi A bloccato, si

attiva l'enzima deramificante che svolge due funzioni:

- Attività Transferasica, che sposta un blocco di tre residui (sui quattro rimanenti) dalla

ramificazione ad una estremità non riducente vicina legandolo attraverso un legame

glicosidico;

- Attività Glicosidasica, attraverso la quale il singolo residuo rimasto sul punto di

ramificazione viene idrolizzato e rilasciato sotto forma di glucosio libero.

- Fosfoglucomutasi: a questo punto viene nuovamente attivato l'enzima glicogeno fosforilasi

che ricomincia la sua attività di lisi. La fosfoglucomutasi trasforma il glucosio-1-fosfato

(formatosi attraverso la glicogeno fosforilasi A) in glucosio-6-fosfato.

Questa reazione è reversibile ed avviene in senso inverso nella glicogeno sintesi.

Glucosio-1-Fosfato ↔ Glucosio-6-Fosfato

Il glucosio-6-fosfato, ottenuto dal glicogeno, entrerà nella glicolisi evitando la prima reazione

della stessa (nella quale ii glucosio viene trasformato in glucosio-6-fosfato) e cosi facendo, alla

fine del processo glicolitico, si risparmierà una ATP (quella che dovrebbe essere utilizzata nella

prima reazione glicolitica) ottenendo in totale, 3 ATP anziché 2, come avviene nella glicolisi che

utilizza glucosio libero.

Il glucosio-6-fosfato viene utilizzato:

- Nel fegato: puo essere utilizzato per due scopi, entrare direttamente nella glicolisi o rilasciato

nel sangue quando il livello di glucosio ematico è basso (intervallo tra i due pasti).

Per entrare nel torrente circolatorio, il glucosio-6-fosfato dovrà essere convertito in glucosio:

ciò richiede una reazione catalizzata dall'enzima glucosio-6-fosfatasi (presente solo nel

fegato e nei reni).

Il glicogeno immagazzinato è in grado di sopperire alla mancanza di glucosio introdotto

attraverso la dieta, per 14-16 ore, intervallo di tempo dopo il quale risulta difficile ristabilire i

livelli di glucosio ematico, portando l'essere umano alla ipoglicemia.

L'enzima glucosio-6-fosfatasi è una proteina integrale di membrana del reticolo

endoplasmatico, la quale permette il passaggio del glucosio-6-fosfato (formatosi nel citosol)

attraverso la membrana cellulare.

- Nel muscolo scheletrico: poiché il muscolo e tessuto adiposo non contengono l'enzima

glucosio-6-fosfatasi, non è possibile convertire il glucosio-6-fosfato in glucosio.

II glucosio-6-fosfato nel muscolo scheletrico entra direttamente nel processo di glicolisi e

servirà come fonte energetica per la contrazione muscolare.

Tutto il glicogeno muscolare si esaurisce in 45-50 secondi di attività intensa.

È possibile modificare, attraverso training aerobico, la struttura e la funzione della cellula del

muscolo scheletrico, utilizzando nella parte iniziale acidi grassi anziché zuccheri.

L'attività aerobica se svolta ad intensità costante permette di utilizzare prevalentemente acidi

grassi (60%).

Dopo un pasto, il livello di glucosio ematico aumenta, determinando l'incremento di secrezione

dell'insulina (ormone proteico che controlla il metabolismo del glucosio) dal pancreas nel

torrente circolatorio. Nel sangue permette al glucosio di entrare nelle cellule dei vari tessuti.

Il glucosio, nella cellula del muscolo scheletrico e del fegato, viene immagazzinato sotto forma

di glicogeno, mentre in tutte le altre cellule dei vari tessuti, viene subito utilizzato per produrre

energia. Con la presenza di questo ormone, il glucosio può entrare all'interno della cellula

muscolare attraverso uno specifico trasportatore chiamato Glut4 per la cellula muscolare e

Glut2 per la cellula epatica. Questo è presente sulla membrana delle cellule.

I trasportatori si trovano all'interno delle cellule e, in seguito all'azione dell'insulina e dell'attività

fisica, si spostano sulla membrana.

REGOLAZIONE GLICOGENO LISI E GLICOGENO SINTESI

Questi due processi non avvengono simultaneamente, in condizioni normali si ha un'alternanza

di alcuni secondi tra glicogeno lisi e glicogeno sintesi; dopo un pasto funziona, per lo più, la

glicogeno sintesi. GLICOGENO LISI

La glicogeno lisi viene stimolata da due ormoni differenti:

- Nel fegato, invece, viene dal glucagone che è messo in circolazione quando i livelli di

glucosio nel sangue sono bassi.

- Nella cellula muscolare dall'adrenalina prodotta dalla midollare del surrene e messa

immediatamente in circolazione;

Sulla superficie delle cellule muscolari e delle cellule epatiche, sono presenti specifici recettori

per i due ormoni. I legami tra gli ormoni e lo specifico recettore determina una modificazione di

struttura e l'attivazione di un enzima, l'adenidico cinasi, il quale trasforma l'ATP in AMP-

ciclico più Ppi. L'AMP-ciclico è un potente messaggero intracellulare, la quale concentrazione

aumenta a seconda dell'intensità dello stimolo: ad alte concentrazioni determina l'attivazione di

una sequenza di reazioni enzimatiche a cascata.

La cascata enzimatica è un susseguirsi di enzimi che si attivano l'uno dopo l'altro.

L'aumento di concentrazione di AMP-ciclico determina l'attivazione della proteina chinasi A

(PKA) che a sua volta fosforila l'enzima Fosforilasi B chinasi (inattivo) che si trasformerà in

Fosforilasi A chinasi (attivo) che a sua volta fosforilerà la Fosforilasi B diventando

Fosforilasi A, con l'obiettivo di attivare così la glicogeno lisi.

- Nel fegato, quando la concentrazione di glucosio torna alla normalità, il glucosio rientra negli

epatociti legandosi ad un sito allosterico inibitore della fosforilasi A, convertendola nella forma

inattiva fosforilasi B.

- Nel muscolo, quando i livelli di ATP sono adeguati, non serve più demolire glicogeno e si attua

un processo di inibizione della glicogeno lisi.

L'ATP blocca la fosforilasi a cui era legato l'AMP nel momento della lisi; quando il muscolo è

a riposo, un altro enzima, Fosforilasi A fosfatasi, rimuove i gruppi fosforici della fosforilasi A,

convertendola nella sua forma inattiva fosforilasi B.

GLICOGENO SINTESI

Nella glicogeno sintesi, quando l'enzima Fosforilasi A Fosfatasi defosforila, esso coinvolge sia

gli enzimi della lisi che quelli della sintesi. L'ormone che stimola la sintesi del glicogeno è

l'insulina. Dunque con un unico meccanismo di fosforilazione/defosforilazione, si attiva una via

metabolica bloccando l'altra.

Glicogeno lisi e glicogeno sintesi non possono funzionare assieme poichè entrambi i processi

sono sotto il controllo di due ormoni diversi: il passaggio da una molecola attiva ad una inattiva,

è legato al fatto che quella attiva viene fosforilata.

Questa fosforilazione coinvolge sia gli enzimi della lisi che quelli della sintesi, ma determina

l'attivazione solo degli enzimi della lisi, rendendo inattivi quelli della sintesi.

Enzimi Glicogeno Lisi Fosforilati → ATTIVI

Enzimi Glicogeno Sintesi Fosforilati → INATTIVI

Gli enzimi della glicogeno sintesi, per essere attivati, verranno defosforilati quindi:

Enzimi Glicogeno Lisi Defosforilati → INATTIVI

Enzimi Glicogeno Sintensi Defosforilati → ATTIVI

GLUCONEOGENESI

In alcuni casi (condizione di digiuno tra i pasti o durante un esercizio intenso) la quantità di

glucosio immagazzinata sotto forma di glicogeno, non è sufficiente al fabbisogno

dell'organismo. Per affrontare il problema, il nostro organismo attua un meccanismo di

emergenza che consente di produrre glucosio a partire da precursori non saccaridici.

Essi sono: lattato, piruvato, glicerolo, intermedi del ciclo di krebs e alcuni amminoacidi.

La gluconeogensi si attiva per la necessità di produrre glucosio.

Essa avviene all'interno del citosol delle cellule epatiche e in piccola parte nella corteccia renale

e nelle cellule epiteliali che circondano l'intestino tenue.

Il glucosio prodotto passa poi nel sangue per rifornire gli altri tessuti.

La gluconeogenesi ripercorre la glicolisi al contrario: sette delle dieci reazioni della

gluconeogenesi sono reazioni identiche a quelle della glicolisi, con la variante di avvenire in

direzione opposta. Le restanti tre reazioni, invece, non posso essere ripercorse in senso

opposto in quanto irreversibili (reazioni 1, 3 e 10 della glicolisi).

Le tre reazioni irreversibili vengono catalizzate da un gruppo di enzimi diversi.

Entrambi i processi, gluconeogenesi e glicolisi, sono regolate in maniera indipendente l'una

dall'altra. Descriviamo di seguito le varianti attuate dalla gluconeogenesi per superare le tre

tappe irreversibili della glicolisi:

REAZIONE 10 Glicolisi – PIRUVATO → FOSFOENOLPIRUVATO

Per superare questa tappa occorrono quattro reazioni alternative: 2 mitocondriali e 2

citoplasmatiche.

1°Reazione Mitocondriale

Il piruvato, presente nel citosol, necessita di essere trasportato all'interno del mitocondrio,

grazie alla presenza sulla membrana interna di una specifica proteina. Esso reagisce con

l'enzima mitocondriale, il quale richiede il coenzima biotina (legati covalentemente).

La reazione avviene in due fasi distinte in due siti diversi dell'enzima:

Sito1: Ione Bicarbonato (HCO ) viene convertito in CO a spese dell' ATP.

3- 2

HCO + ATP → CO + ADP + Pi

3- 2

Sito2: la CO liberata reagisce con la biotina (che ha funzione di trasportatore) e viene trasferita

2

sulla superficie dell'enzima dove reagisce con il piruvato. Esso acquisisce quattro carboni

formando l'ossalacetato (che sarà intermedio del ciclo di Krebs).

Piruvato + CO → Biotina → Ossalacetato

2

Alla fine di questa prima reazione mitocondriale avremo:

Piruvato + HCO + ATP → Biotina → Ossalacetato + ADP + Pi

3-

2°Reazione Mitocondriale

Poiché la membrana mitocondriale interna non ha trasportatori in grado di trasferire

l'ossalacetato al citosol, esso viene ridotto a malato attraverso la malato deidrogenasi

mitocondriale a spese del NADH (prodotto da ciclo di Krebs). +

Ossalacetato + NADH → Malato Deidrogenasi Mitocondriale → Malato + NAD

1°Reazione Citoplasmatica

Il malato esce dal mitocondrio mediante un trasportatore specifico, localizzato sulla membrana

mitocondriale interna, e nel citosol va incontro a una riossidazione, ad opera del NAD e

catalizzata dalla Malato Deidrogenasi Citoplasmatica.

+

Malato + NAD → Malato Deidrogenasi Citoplasmatica → Ossalacetato + NADH

2°Reazione Citoplasmatica

L'ossalacetato prodotto sarà convertito fosfoenolpiruvato dalla fosfoenolpiruvato

carbossichinasi che eliminerà la molecola di CO dell'ossalacetato.

2

Questo enzima richiede GTP (guanosin-tri-fosfato), poiché più funzionale dell'ATP come

donatore del gruppo fosforico.

Ossalacetato + GTP → Fosfoenolpiruvato Carbossichinasi → Fosfoenolpiruvato + CO + GDP

2


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DETTAGLI
Esame: Biochimica
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze motorie, sportive e della salute
SSD:
Università: Carlo Bo - Uniurb
A.A.: 2016-2017

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher R.Frigerio1995 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biochimica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Carlo Bo - Uniurb o del prof Stocchi Vilberto.

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