1

GLICOLISI e

CATABOLISMO degli ESOSI

2

pH= 7.0

3

Digestione dei polisaccaridi

Amilasi salivare e pancreatica = endoglucosidasi

4

Saccarasi, lattasi, maltasi, isomaltasi dell’intestino

Digestione degli oligosaccaridi maltosio, maltotriosio, destrine,Saccarosio, lattosio.

5

Deficienza congenita o acquisita delle disaccaridasi intestinali:

1. DEFICIENZA ASPECIFICA

2. DEFICIENZA DI LATTASI

nell’adulto

nel lattante (intolleranza al lattosio)

6

Carrier per il glucosio.

Le cellule dell’epitelio intestinale assumono il glucosio proveniente dalla dieta mediante un simporto dipendente dal sodio.

7

8

Modello di un trasportatore del glucosio nei mammiferi

Ciascun membro di questa famiglia è costituito da una singola catena polipeptidica lunga circa 500 residui

9

Km= 1mM (alta affinità per il glucosio)[glucosio]siero = 4-8mM

10

Km= 1mM (alta affinità per il glucosio)[glucosio]siero = 4-8mM

(insulino-indipendente)

11

Km= 15-20mMIl glucosio entra solo quando la [glucosio]ematico è alta.Quando il glucosio entra nelle cellule β del pancreas lo induce a sintetizzare insulina.

, pancreas

Nel fegato il glucosio viene assunto con un sistema insulino-indipendente realizzato dal trasportatore Glut-2.

12

13

Km= 5mM

14

GLUT4

nel muscolo e nelle cellule adipose

L’assunzione di glucosio da parte del muscolo e delle cellule adipose viene regolata dall’esocitosiinsulino-dipendente di vescicole membranose contenenti GLUT4.Con la rimozione dell’insulina, il processo si inverte in un processo diendocitosi

15

La glicolisi è la sequenza di reazioni che metabolizza una molecola di glucosio a due di piruvato con la produzione netta di due molecole di ATP. Questo processo è anaerobico

16condizioni aerobiche condizioni anaerobiche nel lievito

17

La molecola del glucosio induce un cambiamento conformazionalenell’esochinasi.

EsochinasiReazione irreversibile

18

Esochinasi:inibita dal glucosio 6-P

Isoenzima tipo I: nel cervello(attivato dal Pi)

Isoenzima tipo II: nel muscolo

Deficienza ereditaria di esochinasi(anemia emolitica)

Glucochinasi1. Presente nel fegato2. Specificità per il glucosio3. Bassa affinità4. Inducibile (dieta, insulina)

Nel fegato sono presentientrambi gli enzimi.

19

Il metabolismo glucidico è importante per gli eritrociti• nel deficit di esochinasile concentrazioni di tutti gli intermedi glicoliticisono basse e di conseguenza la concentrazione di 2,3-bifosfoglicerato èanch’essa diminuita mentre l’affinitàdell’emoglobina per l’ossigeno risulta aumentata (curva verde)

• nel deficit di piruvato chinasi si ha un aumento nella concentrazione di 2,3-bifosfoglicerato con diminuzione dell’affinitàdell’emoglobina per l’ossigeno (curva blu)

20SEGUE

21

22

Fosfoglucosio isomerasi

Isomerizzazione di un esosio in un chetosio

23

FosfofruttochinasiSvolge un ruolo centrale nel controllo della glicolisi

II tappa di utilizzo dell’ATP (reazione irreversibile)

24

Demolizione dell’esoso in triosi

Aldolasi

25

Gliceraldeide 3-P e diidrossiacetone fosfato sono interconvertibili

Trioso fosfato isomerasi (enzima perfetto, mantiene le concentrazioni in equilibrio).

26

Gliceraldeide 3-P deidrogenasi

Reazione accoppiata: l’energia derivata dall’ossidazione dell’aldeide èutilizzata per la formazione del legame fosfo-anidridico.

(Primo intermedio ad alta energia)

27

1 molecola di glucosio è stata trasformata in 2 molecole di GAP.

Sono stati consumati 2 ATP (investimento di energia).

28

Fosfoglicerato chinasi

Ia fosforilazione dell’ADP

29

Trasferimento intramolecolare del radicale fosforico

Fosfoglicerato mutasi

30

Enolasi

Formazione del PEP

31

II fosforilazione dell’ADP

Piruvato chinasi

Reazione irreversibile

32

Glucosio + 2 NAD+ + 2 ATP + 2 Pi

2 piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4 H+

1. ATP. Per ogni molecola di glucosio: investimento di 2 ATP (fase I)sintesi di 4 ATP (fase II)

Resa netta 2 ATP

2. NADH. Fonte di energia libera che può essere recuperata mediante successiva ossidazione. In condizioni di aerobiosi:

NADH (e-) O2

trasportatori di e-

Sintesi di ATP (fosforilazione ossidativa

Rigenerazione di NAD+

3. PIRUVATO

33

34

Fermentazione: il destino anaerobico del del piruvato

In condizioni aerobiche:

piruvato CO2 + H2O

In condizioni anaerobiche:

piruvato Via della fermentazione

35

Fermentazione Fermentazione omolatticaomolattica ((muscolo)muscolo)

COO-

O

CH3

COO-

OH H

CH3

NADH + H+ NAD+

lattico deidrogenasi

Acido piruvico Acido lattico

Il Il lattatolattato ottenuto può essere riconvertito in glucosio ottenuto può essere riconvertito in glucosio

dal fegato nella fase di recupero dopo lo sforzo dal fegato nella fase di recupero dopo lo sforzo

36

I lieviti (I lieviti (saccharomycessaccharomyces cerevisiaecerevisiae) e altri ) e altri

microorganismimicroorganismi fermentano fermentano il glucosio ad etanolo e il glucosio ad etanolo e

COCO22 invece che a invece che a lattatolattato, grazie alla presenza della , grazie alla presenza della

piruvatopiruvato decarbossilasidecarbossilasi e delle dell’’alcol alcol deidrogenasideidrogenasi

COO-

O

CH3

CH3

H

O

CH3CH

2OH

CO2 NADH + H+ NAD+

piruvatodecarbossilasi, TPP

alcol deidrogenasi

Fermentazione alcolica

37

cellule di saccharomycescerevisiae in gemmazione

38

Le due reazioni della fermentazione alcolica

Tiamina pirofosfato

39

Meccanismo di reazione della piruvato decarbossilasi

Deficienza di tiamina (vit. B1):

beriberi

1. Attacco nucleofilodella TPP al carbonio carbonilico del piruvato.

2. Rilascio di CO2

(TPP=trappola per gli elettroni)

3. Protonazione del carbanione

4. Eliminazione della TPP e rilascio del prodotto.

40

Bilancio energetico della Bilancio energetico della glicolisiglicolisi::

1) Glucosio G-6-P

2) F-6-P F-1,6-dP

3) 1,3 BPG 3-PG

4) PEP Piruvato

TAPPA

- 1

+ 2

+ 2

- 1

ATP

______

netto + 2

41

1) Glucosio 2 Piruvato

2) 2 Piruvato 6 CO2

3) 2 NADH (H+) 2 NAD+

TAPPA

+ 2

+ 6

+ 30

ATP

______

netto + 38

Glicolisi citoplasmatica

Processi mitocondriali

Efficienza della glicolisi aerobica

42

La velocitLa velocitàà del processo del processo èè

regolata da 2 enzimiregolata da 2 enzimi::

�� fosfofruttofosfofrutto chinasichinasi (PFK(PFK--1)1)

�� piruvatopiruvato chinasichinasi

Entrambi gli enzimi sono regolati Entrambi gli enzimi sono regolati

allostericamenteallostericamente

43

La 6La 6--fosfofruttofosfofrutto--1cinasi 1cinasi èè il principale sito di regolazione della il principale sito di regolazione della glicolisiglicolisi

E’ un enzima tetramericocaratterizzato da due stati conformazionali, R e T.

L’ATP si comporta sia da substrato sia da inibitore allosterico

Ogni subunità della PFK ha due siti di legame per l’ATP:

Uno è il sito per il substrato (con eguale efficienza in entrambe le conformazioni)

Il sito dell’inibitore lega l’ATP esclusivamente nello stato T .

L’ altro substrato della PFK, il F6P, si lega allo stato R.Un’alta concentrazione di ATP agisce da inibitore allosterico,spostando l’equilibrio T R verso T con diminuizione dell’affinità della PFK per il F6P.

44

PFK

Attivatori:AMP, F2,6P

Inibitore: ATP,pH acido, citrato

La glicolisi è stimolata quando la carica energetica diminuisce (ATP/AMP)

ADP + ADP ATP + AMP adenilato chinasi

AMP: segnale per lo stato a bassa energia

45

Regolazione particolarmente sensibile da parte dell’AMP

[ATP] + [ADP] + [AMP] = K

[ATP] [ADP]

[ADP] [AMP]

Amplificazione:Piccole variazioni nella [ATP] generano grandi variazioni nella [AMP]

46Regolazione allosterica della fosfofruttochinasi da parte dell’ATP

47

pH

La sensibilità della 6PFK agli ioni H+ è un meccanismo di difesa contro l’acidosi lattica (diminuizione del pH ematico) insieme al simporto acido lattico-H+

Citrato

Un’elevata concentrazione di citrato indica che i precursori biosintetici sono abbondanti e non deve essere degradato altro glucosio (indispensabile per il cervello).

48

49

PFK2

FBP2

50Sequenza amminoacidica dell’enzima

Struttura dei domini dell’enzima bifunzionale fosfofruttochinasi 2

PFK2 e FBPasi sono presenti in una singola catena polipeptidica

1

2 3

51

Fegato e cuore contengono differenti isoenzimi dell’enzima bifunzionale PFK/FBPasi che danno differente risposta allo stesso ormone (adrenalina).

adrenalinaglucagone

Fegato:(inibizione della glicolisi)

Cuore:(attivazione glicolisi)

52

Regolazione della sintesi e della degradazione del fruttosio 2,6-bisfosfato

(isoforma L, epatica)

1

[glucosio]

2

Una diminuzione del glucosio ematico segnalato dal glucagone, determina la fosforilazione dell’enzima bifunzionalecon coseguente diminuzione del fruttosio 2,6-bifosfato.

o

Un aumento della concentrazione di fruttosio 6-fosfato accelera la formazione di fruttosio 2,6.bifosfato facilitando la defosfrilazionedell’enzima bifunzionale

53

54

Anche la Anche la piruvatopiruvato cinasicinasi èè un enzima un enzima glicoliticoglicolitico soggetto a regolazionesoggetto a regolazione

Piruvato chinasi

--+

ATP Alanina e precursori biosinteticiF1,6BP

2 isoenzimi: L (nel fegato) ed M (nel muscolo).

55

PiruvatoPiruvato cinasicinasi (tipo L) (tipo L) èè soggetto a regolazione mediante soggetto a regolazione mediante

fosforilazionefosforilazione (per impedire al fegato di consumare glucosio quando (per impedire al fegato di consumare glucosio quando

ll’’encefalo e i muscoli hanno maggiore necessitencefalo e i muscoli hanno maggiore necessitàà di questo composto).di questo composto).

1

56Le principali caratteristiche della regolazione della glicolisi

57

Le cellule cancerose crescono più rapidamente dei vasi sanguigni che le nutrono

• in assenza di ossigeno l’ HIF-1 ( fattore di trascrizione inducibile dall’ipossia ) aumenta l’espressione della maggior parte degli enzimi glicolitici e dei trasportatori del glucosio GLUT-1 e GLUT-3

• la captazione del glucosio è collegata alla aggressivitàdel tumore

• l’HIF-1 stimola la crescita di nuovi tumori aumentando l’espressione delle molecole segnale, come il fattore di crescita vascolare endoteliale ( VEGF ), che facilita la crescita dei vasi sanguigni

58

Alterazione dell’espressione genica nei tumori causata dall’ipossia

59

Oltre al glucosio molti altri carboidrati possono Oltre al glucosio molti altri carboidrati possono

entrare nella via entrare nella via glicoliticaglicolitica e subire degradazioni e subire degradazioni

che liberano energia; i piche liberano energia; i piùù importanti sono:importanti sono:

•• polisaccaridi (amido, glicogeno)polisaccaridi (amido, glicogeno)

•• disaccaridi (maltosio, lattosio, saccarosio)disaccaridi (maltosio, lattosio, saccarosio)

•• altri monosaccaridi altri monosaccaridi (fruttosio, (fruttosio, mannosiomannosio, galattosio), galattosio)

60

Entrata nella glicolisi di altri esosi

(nel muscolo)

61

�Nel muscolo il metabolismo del fruttosio è molto simile a quello del glucosio.

�L’esochinasi che trasforma il glucosio in G6P, fosforila il fruttosio un F6P.

�Poiché il fegato e il tessuto muscolare fosforilano più il glucosio anzicchè il fruttosio, il tessuto adiposo è esposto più al fruttosio che al glucosio.

62

�Il fegato contiene una esochinasi e una glucochinasi caratterizzata da una bassa affinità per gli esosi, compreso il fruttosio.

�Il metabolismo del fruttosio nel fegato è diverso da quello del muscolo infatti il fegato trasforma il fruttosio in intermedi glicolitici tramite una via metabolica in cui sono presenti sette enzimi.

63

Reazione 1:La fruttochinasi fosforila il fruttosio in C1 formandofruttosio-1-fosfato.Nè l’esochinasi né la PFK sono in grado di fosforilare il fruttosio-1-fosfato in C6 per formare il FBP.

Reazione 2:Il muscolo possiede un’aldolasi di tipo A, specifica per il FBP.Il fegato possiede un’aldolasi di tipo B, che utilizza il fruttosio-1.fosfato.Per scissione aldolica si ha:

Fruttosio-1-fosfato diidrossiacetonefosfato + gliceraldeide

64

1

2

3Alcol deidrogenasi