Gluconeogenesi -...
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Gluconeogenesi Il glucosio può essere sintetizzato a partire da precursori più semplici, i precursori possono essere vari a seconda della specie vivente, nei mammiferi sono: piruvato, lattato, amminoacidi, glicerolo. Fegato e reni La gluconeogenesi condivide con la glicolisi tutte le reazioni reversibili le quali procedono in direzione opposta quando utilizzate nella sintesi Le reazioni irreversibili della glicolisi sono aggirate attraverso l’azione di enzimi differenti È operativa in condizioni di digiuno estremo (dopo le 24 h) → forte ipoglicemia e dopo deplezione delle riserve di glicogeno endogeno.
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Gluconeogenesi
Il glucosio può essere sintetizzato a partire da precursori più semplici, i precursori possono essere vari a seconda della specie vivente, nei
mammiferi sono: piruvato, lattato, amminoacidi, glicerolo.
Fegato e reni
La gluconeogenesi condivide con la glicolisi tutte le reazioni reversibili le quali procedono in direzione opposta quando utilizzate nella sintesi
Le reazioni irreversibili della glicolisi sono aggirate attraverso l’azione di enzimi differenti
È operativa in condizioni di digiuno estremo (dopo le 24 h) → forte ipoglicemia e dopo deplezione delle riserve di glicogeno endogeno.
PIRUVATO COME PRECURSORE GLUCONEOGENICO
Bicarbonato + piruvato
Piruvato carbossilasi
a
Ossalacetato Dentro il mitocondrio può alimentare il ciclo di Krebs
o essere utilizzato per sintetizzare glucosio
2 piruvato + 2 NADH + 4 ATP + 2 GTP + 6 H2O + 2 H+ →Glucosio + 2 NAD+ + 4 ADP + 2 GDP + 6Pi
Il piruvato prodotto dalla glicolisi è immediatamente trasportato nel
mitocondrio dove può subire diversi destini metabolici.
Se è necessario utilizzarlo per la isntesi di glucosio deve essere carbossilato a
ossalacetato
Ossalacetato
Malato deidrogenasi mitocondriale
H
lOH
Malato
NADH + H+
NAD+
NAD+
NADH + H+
Ossalacetato
citosolMalato
deidrogenasi citosolica
Si genera una scorta di NADH citosolici che sono necessari per il proseguimento della gluconeogenesi
glicolisi
gluconeogenesi
Reazioni inverse della glicolisi
(stessi enzimi e stessi intermedi metabolici)
Il piruvato è riconvertito a PEP (fosfoenolpiruvato)
attraverso una via alternativa (un bypass alla piruvato
chinasi)
L’ossalacetato nel citosol è convertito in fosfoenolpiruvatodalla FOSFOENOLPIRUVATO CARBOSSICHINASI
Ossalacetato
Fosfoenolpiruvato
2-fosfoglicerato
Enolasi
gluconeogenesi
glicolisi
Reazione alternativa
Reazione alternativa
Glucosio 6-fosfato
Il glucosio neosintetizzato è liberato dagli epatociti nel torrente circolatorio per raggiungere i tessuti extraepatici che sono in carenza di glucosio (in particolare il cervello)
Piruvato
Glutammato
ALANINA
α-chetoglutarato
Transamminazione extra-epatica
Alanina trasportata al fegato attraverso il circolo sanguigno
Transamminazione epatica, il piruvato può essere utilizzato per sintetizzare glucosio
Piruvato
Glutammato
ALANINA
α-chetoglutarato
Il lattato prodotto nei muscoli in esercizio può essere un precursore gluconeogenico nel fegato (Ciclo di Cori).
Vari amminoacidi sono precursori del glucosio durante il digiuno, per es. l’alanina, che partecipa al Ciclo Glucosio/Alanina con cui il piruvato
prodotto nei tessuti extraepatici raggiunge il fegato per essere indirizzato verso la gluconeogenesi
DEGRADAZIONE DEL GLICOGENO
Glicogeno fosforilasi Scinde i legami glicosidici α(1→4) attraverso una fosforolisi a partire dalle estremità non riducenti e liberando glucosio 1-fosfato
Glicogeno n unità
cofattore: piridossal-fosfato (PLP), che aiuta l’enzima a scindere il legame C-O)
Glicogeno n-1 unitàGlucosio 1-fosfato
si ferma a 4 residui dal punto di ramificazione lasciando una destrina limite
Interviene l’enzima bifunzionale deramificante
Gli ultimi 3 residui del ramo sono trasferiti sull’estremità libera della catena principale
Scinde il legame α(1→6) liberando glucosio non fosforilato
La fosfoglucomutasi converte il glucosio 1-fosfato in glucosio 6-fosfato
Glucosio 6-fosfato
Glicolisi
Via dei pentoso-fosfatiGlucosio 6-fosfatasi
Nel fegato viene defosforilato a glucosio e liberato nel circolo sanguigno per essere trasportato ai tessuti che lo richiedono
Glucosio
UDP-glucosio pirofosforilasi
Sintesi del glicogeno
Fegato e muscoli nei vertebrati
Fosfoglucomutasi
Il glucosio 1-fosfato deve essere attivato per essere incorporato nella molecola di
glicogeno. Viene convertito in UDP-glucosio
Glucosio 6-fosfato
Glucosio 1-fosfato
Donatore di glucosio all’estremità non-riducente delle catene di glicogeno
Glicogeno sintasiAggiunge, una alla volta, unità di α-D-glucosio alla catena polisaccaridica crescente
Richiede un innesco (catena di 7 residui di glucosio legati da legami α(1→4)
Glicogeno (n + 1 unità)
Estremità non riducente del Glicogeno (n unità)
L’innesco con la sua estremità riducente è attaccato ad un residuo di Tyr della proteina
GLICOGENINA
La glicogenina è sia l’impalcatura su cui sicostruisce la molecola di glicogeno, sia l’enzima checatalizza la sintesi dell’innesco.
la glicogenina ha attività glucosil-trasferasica
la glicogenina estende la catena ripetendo 6 volte la reazione
GLICOGENINA
GLICOGENINA
Ramificazioni Interviene l’enzima ramificante [amilo-(1,4→1,6) transglicosilasi]
Rimuove un frammento di almeno 6 residui dall’estremità non riducente della catena principale e lo riattacca a questa con legame α(1→6) nel punto di ramificazione.
I rami devono essere distanziati almeno 4 residui, si creano numerose estremità non riducenti che contribuiscono ad aumentare la velocità di degradazione o di
allungamento del glicogeno
La via dei pentoso fosfati
Sintesi di RNA, DNA, ATP…, NAD+, NADP+, FAD, FMN, Coenzima A,
Sfrutta il glucosio per produrre ribosio 5-fosfatoe equivalenti riducenti in forma di NADPHè la via con cui i pentosi introdotti con la dieta entrano nel metabolismo
Biosintesi di: ac. grassi, colesterolo, neurotrasmettitori, nucleotidi.
Detossificazione: riduzione del glutatione ossidato; citocromo p450 monoossigenasi
si realizza in due fasi: OSSIDATIVA (genera NADPH)NON-OSSIDATIVA (interconversione degli zuccheri)
Ribosio 5-fosfato
NADPH
Fase ossidativa: produce NADPH
Glucosio-6-fosfato + 2 NADP+ + H2O → ribulosio 5-fosfato + 2 NADPH + CO2 + 2H+
glucosio-6-fosfato deidrogenasiossidazione del C-1 del G6P: formazione di un legame estere intramolecolare
6-fosfo-glucono-lattonasiidrolisi del legame estere
6-fosfo-gluconato deidrogenasiossidazione del C-3 e decarbossilazione
se nella cellula la [NADPH] è molto
maggiore della [NADP+]:
La [NADP+] ha un ruolo fondamentale nel determinare il destino del glucosio 6-fosfato
NADPH compete con NADP+ per il sito attivo della Glucosio 6-fosfato
deidrogenasi inibendo l’enzima.
La produzione di NADPH è strettamente associata al suo utilizzo nelle reazioni di biosintesi (es.: sintesi degli acidi grassi)
bassa attività degli enzimi della fase ossidativa della Via dei Pentoso-fosfati
(manca l’accettore di e-) il Glucosio 6-fosfato è indirizzato verso la
glicolisi o la sintesi di glicogeno
Fosfopentoso isomerasi
Se sono necessarie grandi quantità non solo di NADPH ma anche di ribosio 5-fosfato per la sintesi di nucleotidi il
ribulosio 5-fosfato è isomerizzato a ribosio 5-fosfato nella fase non-
ossidativaRibosio 5-fosfato
Fase non ossidativa: rappresenta un raccordo con la glicolisi, smaltisce i pentoso-fosfati formati nella prima fase
produce intermedi della glicolisi, dai quali si può riottenere il glucosio 6-P
(ogni 6 molecole di glucosio 6-fosfato che vengono ossidate, nella via dei pentoso-fosfati, se ne riproducono 5)
Ribulosio 5-fosfato
Ribosio 5-fosfato
xilulosio 5-fosfato
Gliceraldeide 3-P
Sedoeptulosio 7-P(zucchero a 7 atomi di carbonio)
Fruttosio 6-P
Eritrosio 4-P
Gliceraldeide 3-P Fruttosio 6-P
Sono utilizzati come intermedi della glicolisi o della gluconeogenesi: il Glucosio 6-fosfato rigenerato con la gluconeogenesi può essere utilizzato per alimentare di nuovo la via dei pentoso-P
isomerasi
epimerasi
transchetolasi transaldolasi
transchetolasi
sono tutte reazioni REVERSIBILI che collegano la via dei pentoso-fosfati alla glicolisi/gluconeogenesi e vicerversa
Tymoczko et al. Principi di Biochimca. Zanichelli editore S.p.A 2010
La via dei pentoso-fosfati è versatile e può avere diverse finalità
glucosio 6-P
fruttosio 6-P
glucosio 6-P
Ribulosio 5-Pfruttosio
1,6-bis-P
Diidrossiacetonefosfato
Gliceraldeide 3-P
2NADP+ 2NADPH
Fabbisogno di Ribosio 5-P maggiore rispetto a quello di NADPH:
- la glicolisi è dominante rispetto alla via dei pentoso-P,
- una buona parte della gliceraldeide3-P e del Fruttosio 6-P sono utilizzati
per produrre ribosio 5-P con le reazioni inverse della fase non-
ossidativa
Fabbisogno equivalente di Ribosio 5-P e di NADPH:
- è preferita la fase ossidativa della via dei pentoso fosfati che termina con la conversione del
ribulosio 5-P in ribosio 5-P
Tymoczko et al. Principi di Biochimca. Zanichelli editore S.p.A 2010
glucosio 6-P
glucosio 6-P
Fabbisogno di NADPH maggiore rispetto a quello di Ribosio 5-P: - la via dei pentoso-fosfati avviene completamente - il ribosio 5-P è riciclato come glucosio 6-P attraverso la via non-ossidativa e parte della via gluconeogenica (fegato).
fruttosio 6-P
fruttosio 1,6-bis-P
Diidrossiacetonefosfato
Gliceraldeide 3-P
ribulosio 5-P
ribosio 5-P
2NADP+ 2NADPH
fruttosio 6-P
fruttosio 1,6-bis-P
Diidrossiacetonefosfato
Gliceraldeide 3-P
ribulosio 5-P
ribosio 5-P
2NADP+ 2NADPH
PIRUVATO
2 ATP
Fabbisogno equivalente di NADPH e di ATP: - il ribosio 5-P ottenuto dalla via dei pentoso-fosfati è trasformato in piruvato attraverso la via non-ossidativae parte della via glicolitica.
Non tutte le cellule hanno le stesse esigenze di NADPH e ribosio 5-fosfato,es.: fegato, tessuto adiposo, ghiandole mammarie che mantengonoattiva un’intensa biosintesi di acidi grassi hanno necessità di grandiquantitativi di NADPH; cellule che si riproducono molto velocementehanno necessità di grandi quantità di ribosio 5-fosfato.
TESSUTI IN CUI E’ ATTIVA LA VIA DEI PENTOSO-FOSFATI
Ghiandola surrenale sintesi steroidiFegato sintesi ac. grassi e colesteroloOvaio/Testicoli sintesi steroidiTessuto adiposo sintesi ac. grassiGhiandola Mammaria sintesi ac. grassiEritrociti mantenimento del glutatione
ridotto
H2O2
Glutatione perossidasiGlutatione reduttasi
il NADPH prodotto dalla via dei pentoso-fosfati ha un ruolo fondamentale nel sistema di omeostasi redox che serve a proteggere le cellule dagli attacchi di
agenti ossidanti (ROS) prodotti in condizioni di stress ossidativo
All’interno degli eritrociti il sistema glutatione-perossidasi/glutatione-reduttasiè l’unico sistema di difesa dai ROS mantenendo l’ambiente intracellulare in unostato riducente.
il sistema GSH/GSSG controlla il livello di meta-Hb (la formazione di meta-emoglobina può avvenire a causa della presenza di idroperossidi, che si originanospontaneamente in presenza di alte concentrazioni di O2). il sistema GSH/GSSG mantiene nello stato ridotto i gruppi sulfidrilici (-SH) dellaemoglobina,
>>> in condizioni ossidanti si possono formare derivati ossidati delle cisteine eponti disolfuro fra molecole di Hb, che causano la formazione di grossi aggregati(Corpi di Heinz) i quali vanno a depositarsi sulla membrana eritrocitariadeformandola e danneggiandola insieme all’azione dei ROS > ANEMIAEMOLITICA.
La carenza di glucosio 6-fosfato deidrogenasi (G6PDH) può causare anemia emolitica in condizioni di stress ossidativo (per es.: con
assunzione di farmaci che producono ROS, favismo), perché gli eritrociti non producono abbastanza NADPH per mantenere il glutatione nel suo
stato ridotto
