Metabolismo dei glucidi

OSSALACETATO:

- Amminoacidi: aspartato

- Può essere collettore del proprionato

- Acidi grassi a numero dispari di C

TRIOSO FOSFATI:

- Glicerolo convertibile in glucosio, il suo trioso fosfato; glicerolo deriva da

degradazione trigliceridi

La gluconeogenesi sfrutta tutte le reazioni reversibili della glicolisi in senso inverso:

- Fosfoenolpiruvato G3P



- G3P fruttosio-1,6-bifosfato



- Fruttosio-6P glucosio-6P



Le altre reazioni non sono reversibili, quindi gluconeogenesi sfrutta altre reazioni

irreversibili con intermedi comuni

PRIMA TAPPA

Conversione del piruvato in fosfoenolpiruvato

Somma di 2 reazioni:

1. Conversione mitocondriale di piruvato in ossalacetato (biotina-ATP-

dipendente)

2. Ossalacetato perde un gruppo COOH come CO2, formando doppio legame e

quindi enolo (fosfoenolpiruvato)

REGOLAZIONE:

1. Piruvato Ossalacetato



Processo mitocondriale, quindi elevati livelli di Acetil-CoA promuovono reazione

2. Ossalacetato Fosfoenolpiruvato



Processo sia mitocondriale che citoplasmatica

Regolazione ormonale inversa rispetto a glicolisi:

Insulina: inibisce

Cortisolo: attiva

Glucagone/adrenalina: attiva

NADH/H+

Servono equivalenti riducenti per proseguire, perché devo trasformare

fosfoenolpiruvato in G3P, ma il primo ha uno stato di ossidazione maggiore rispetto a

G3P

Ho 2 vie alternative per svolgere la prima tappa, che mi permettono di recuperare

equivalenti riducenti: posso partire da lattato oppure da piruvato

1. Parto da LATTATO

Lattato è forma ridotta del piruvato, quindi lo ossido per convertirlo a piruvato con

enzima lattico deidrogenasi, riducendo NAD NADH



Il piruvato nel mitocondrio viene convertito ad ossalacetato, che viene convertito a

fosfoenolpiruvato, che viene poi trasferito a livello citoplasmatico con un trasportatore

2. Parto da PIRUVATO

Direttamente trasferito nel mitocondrio e viene convertito ad ossalacetato, che non

può uscire dal mitocondrio.

Viene quindi ridotto a malato, ossidando NADH NAD



Malato ha trasportatore che lo porta in citoplasma, dove viene riossidato ad

ossalacetato, riducendo NAD NADH



UTILIZZO DI GLICEROLO

Enzima glicerolo chinasi converte glicerolo in glicerolo-3P nel fegato

Il glicerolo-3P viene poi ossidato a diidrossiacetonfosfato, in equilibrio con G3P

G3P condensa in fruttosio-1,6-bifosfato

A questo punto l’enzima fruttosio-1,6-bifosfato fosfatasi converte il fruttosio-1,6-

bifosfato in fruttosio-6P

REGOLAZIONE:

L’enzima è inibito dal fruttosio-2,6-bifosfato, il principale attivatore della

fosfofruttochinasi 1 nella glicolisi

Anche in questo caso c’è una proteina bifunzionale, che può agire da chinasi o

fosfatasi a seconda della fosforilazione

Se fosforilata fa diminuire i livelli di fruttosio-2,6-bifosfato, quindi:

- Glucagone/adrenalina favorita la gluconeogenesi



- Insulina sfavorita gluconeogenesi, viene favorita glicolisi



ULTIMA TAPPA

Enzima glucosio-6P fosfatasi è associato al RE, con sito catalitico rivolto nel lume

del RE

Servono trasportatori per:

- Glucosio-6P interno



- Glucosio esterno



- Fosfato esterno



REGOLAZIONE:

- Concentrazione di glucosio-6P

- Cortisolo attiva



- Insulina inibisce



PROCESSO:

Glucosio-6P entra nel reticolo, convertito in glucosio, esportato dal reticolo come

glucosio + Pi e glucosio può andare in circolo

Perché gluconeogenesi è solo epatica?

Enzima glucosio-6P-fosfatasi è espresso solo nel fegato

Questo perché se una cellula è in grado di produrre glucosio deve avere la possibilità

di contrastare l’eccesso, esportandolo in circolo: per questo epatociti esprimono

GLUT2, un trasportatore a bassa affinità ed alta capacità, che rende l’epatocita l’unica

cellula da cui il glucosio può sia entrare che uscire.

GLUCONEOGENESI COSTITUTIVA O LEGATA ALLE ATTIVITÀ

Negli eritrociti non ci sono mitocondri, quindi solo glicolisi anaerobia, si forma lattato,

che può essere immesso in circolo, arrivare al fegato, dove viene riconvertito a

glucosio, recuperando fonte energetica.

La gluconeogenesi consuma più di quanto recuperi la glicolisi, però permette di non

sprecare il potenziale energetico del lattato prodotto anaerobicamente (ciclo di Kori)

GLICOGENO

Glicogeno è fonte di riserva energetica, da cui posso ricavare glucosio

RISERVE ENERGETICHE:

- Glucosio circolante = 12g

- Glicogeno = 450g, garantisce approvvigionamento glucosio ai tessuti

dipendenti

- Trigliceridi = 15kg; stato di ossidazione minore rispetto a glucosio, molto

performanti

- Proteine, usate per generare energia attraverso gluconeogenesi solo in

condizioni di necessità

Glicogeno accumulato in 2 tessuti, epatico e muscolare

- Muscolo usa glicogeno come riserva di glucosio per se stesso

- Glicogeno accumulato nel fegato contribuisce al controllo della glicemia

sistemica

STRUTTURA GLICOGENO

Struttura ramificata: catene lineari di glucosio alpha 1-4 + punti di ramificazione alpha

1-6, da cui partono altre catene lineari alpha 1-4

Glicogeno ha solo 1 estremità riducente, perché solo un C1 è libero e non impegnato

in legami, mentre tutti i C esposti sulla superficie sono C4

Enzimi per degradazione: alpha amilasi, lavora solo su legami alpha 1-4

Il granulo di glicogeno comprende:

- Polimero di glucosio

- Enzimi che agiscono sul granulo, in senso di sintesi e degradazione

- Elementi di regolazione del metabolismo

SINTESI GLICOGENO

Enzima fosfoglucomutasi converte glucosio-6P in glucosio-1P: enzima ha una

serina fosforilata, permette trasferimento gruppo fosfato in posizione C1, formando

intermedio glucosio-1,6-bifosfato; ora fosfato in 6 viene trasferito sulla serina

dell’enzima e si forma glucosio-1P

Per la sintesi di glicogeno serve glucosio-1P, mentre per entrare in glicolisi è

necessario glucosio-6P, quindi a seconda delle esigenze interconvertono

Serve glucosio-1P perché ha estremità non riducente libera, ma bisogna attivarlo,

perciò enzima

UDP-glucosio pirofosforilasi lo converte nel gliconucleotide UDP-glucosio,

trasferendo un UMP dall’UTP sul glucosio, liberando Pi

La formazione di Pirofosfato fa da driver di reazione, in quanto Pi va incontro a

idrolisi spontanea formando due molecole di P inorganico, sottraendo Pi all’equilibrio

Enzima glicogeno sintasi permette allungamento delle catene lineari, trasferendo

UDP-glucosio sull’estremità 4, formando legame alpha 1-4 glicosidico

ENZIMA RAMIFICANTE

Glicogeno sintasi lavora solo su catene lineari, quindi enzima 1-4/1-6 trans-

glicosilasi trasferisce una catena 1-4 su una posizione 1-6

L’enzima ramificante può trasferire solo una catena di almento 7 residui di glucosio, su

un C6 che disti almeno 4 residui di glucosio dal più vicino punto di ramificazione

GLICOGENINA

Proteina associata al granulo di glicogeno, sfrutta il suo residuo di tirosina che può

accettare un residuo di glucosio proveniente dall’UDP-glucosio

A questo punto agisce come un glicogeno sintasi like, permettendo condensazione di 7

unità di glucosio con legami alpha 1-4

Questa catena è riconosciuta dalla glicogeno sintasi come catena di glicogeno lineare,

su cui lavora generando altro pezzo di catena a 7 residui

Interviene l’enzima ramificante che sposta sulla catena crescente un pezzo di catena

oligosaccaridica, generando un granulo minimale di glicogeno

L’enzima ramificante deve sempre lasciare una catena di 7 residui attaccata alla

glicogenina, altrimenti questa non sarà più riconosciuta dalla glicogeno sintasi, quindi

in realtà nel glicogeno non c’è un’estremità riducente libera, è sempre legata alla

glicogenina

GLICOGENO FOSFORILASI

2 enzimi coinvolti:

- Glicogeno fosforilasi

Rompe i legami alpha 1-4, partendo dalle estremità non riducenti. Ha come coenzima

il piridossalfosfato ed utilizza Pi come accettore.

Piridossalfosfato garantisce che il gruppo fosfato si leghi al C1 con lo stesso

orientamento che avrebbe il legame glicosidico: piridossalfosfato permette richiamo di

elettroni sul gruppo fosfato, mentre nell’anello glucidico abbiamo lo ione ossonio

carico positivamente, perciò il legame avviene dalla stessa parte del piano dell’anello,

ovvero da sotto, con lo stesso orientamento di un legame alpha 1-4, attivando il

glucosio nel modo corretto

- Enzima deramificante

Glicogeno fosforilasi lavora solo sulle catene lineari, perciò serve enzima che elimini le

ramificazioni

Glicogeno fosforilasi accorcia le catene, ma quando arriva vicino al punto di

ramificazione (4 residui) c’è troppo ingombro sterico, perciò interviene l’enzima

deramificante, una alpha-1,4-transferasi, trasferisce un residuo di 3 unita di C,

lasciando solo il residuo di glucosio del punto di ramificazione.

Lo stesso enzima ha un’attività glicosilasica, perché idrolizza il legame alpha 1-6

usando acqua, producendo l’unica quota di glucosio libero non fosforilato

MUSCOLO VS FEGATO

Nel muscolo, il glucosio-6P entra direttamente in glicolisi

Nell’epatocita c’è l’enzima glucosio-6P fosfatasi, che riconosce glucosio-6P e lo

converte in glucosio, che, se presente ad elevate concentrazioni intracellulari, può

essere immesso nel torrente sanguigno tramite GLUT2

REGOLAZIONE METABOLISMO DEL GLICOGENO

REGOLAZIONE ALLOSTERICA

Glicogeno fosforilasi:

- Stimolata da AMP

- Inibita da ATP

Glicogeno sintasi:

- Glucosio-6P: si lega a sito di regolazione, attivando l’enzima

A livello muscolare, la fosforilasi ha un sito di legame per i nucleotidi:

- Se si lega ATP forma chiusa dell’enzima, stato T



- Se si lega AMP forma attiva dell’enzima, stato R



A livello epatico, la fosforilasi ha un sito di legame per glucosio:

- In eccesso di glucosio stabilizza la forma chiusa, lo stato T

- In carenza di glucosio, stabilizzata la forma attiva, lo stato R

REGOLAZIONE COVALENTE

Glicogeno fosforilasi attiva se fosforilata, inattiva se defosforilata



Glicogeno sintasi attiva se defosforilata, inattiva se fosforilata



Una cascata di segnalazioni attiva una chinasi che fosforila entrambi gli enzimi,

attivandone uno ed inibendo l'altro

In generale:

- Fosforilazione degradazione glicogeno



- Defosforilazione sintesi glicogeno



Insulina: promuove defosforilazione, quindi sintesi di glicogeno

Glucagone e adrenalina: inducono fosforilazione, quindi degradazione di glicogeno,

attivando adenilato ciclasi, che produ