Il glucosio può provenire dalla dieta, in quanto tale, o

derivare dalla demolizione di carboidrati complessi.

Viene metabolizzato per via aerobica o anaerobica, fornendo energia

all’organismo.

E’ l’unica fonte energetica per i globuli rossi (metabolismo anaerobico) e

la principale per il cervello (metabolismo aerobico).

E’ indispensabile per un efficiente catabolismo dei grassi.

La principale fonte di glucosio nella dieta è l’amido.

IL GLUCOSIO

il fegato è l’organopreposto almantenimento di unaglicemia stabile

GLICEMIA glucosio dalla dieta glicogenolisi nel fegato gluconeogenesi (sintesi di glucosio da precursori non glucidici)

insulina - dal pancreas - ipoglicemizzante

glucagone - dal pancreas - iperglicemizzante

cortisolo - dal surrene - iperglicemizzante

3

GLICOLISI È una via metabolica rapida, che può fornireenergia sia in presenza che in assenza di O2.

6 CO2 + 6 H2O

O2

acido lattico

acido piruvico

4

Richiede un investimento energetico

In una prima fase si hanno duefosforilazioni che attivano la molecola;questa poi si spezza in due parti.Questa fase richiede una spesa di 2 ATP

Nella seconda fase le due parti in cui si èspezzato il glucosio vengono progressivamenteossidate fino a piruvato, portando allaformazione di 4 ATP e 2 NADH + H+.

GLICOLISI

Complessivamente:

2+ 2 ATP + 2 NADH + H+

5

legame estere

1 – fosforilazione del glucosio

- 1 ATP

2 – isomerizzazione delglucosio-6-fosfato a fruttosio

è una reazione di equilibrio regolatadalla legge di azione di massa

6

3 – fosforilazione del fruttosio-6-fosfato

- 1 ATP

La trasformazione è catalizzata dall’enzimafosfofruttochinasi; è stata consumata un’altramolecola di ATP e ora il fruttosio dispone di duegruppi attivati.

fruttosio-6-fosfato fruttosio-1,6-bifosfato

7

4 – scissione del fruttosio-1,6-bifosfato

- 1 ATP

fruttosio-1,6-bifosfato

O-PO32-

CH2

CH2O-PO32-

C O

CHOH

CH OH

CH OH

ora sono disponibili due triosi in forma attivata

i due triosi possono trasformarsi l’uno nell’altro;l’unico che entra nel ciclo metabolico è la gliceraldeide

.

la trasformazione è catalizzata dall’enzima trioso fosfato isomerasi

diidrossiacetonefosfato

gliceraldeide-3-fosfato

da qui in poi, quindi, ogni reazione andrà contata due volte, perchéavverrà su due molecole di gliceraldeide-3-fosfato.

5 – interconversione dei triosi

6 – ossidazione della gliceraldeide

+ 1 NADH / H+ + 1 legame O-P

l’enzima gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi catalizza due reazioni:l’ossidazione del gruppo aldeide ad acido carbossilico a spese di NAD+, chefornisce l’energia, e la fosforilazione del gruppo acido così formato tramitefosfato inorganico, con formazione di un legame anidride ad alta energia.

legame anidride(tra un acido carbossilico e un acido fosforico)

legame estere(tra un alcool e un acido fosforico)

7 – produzione di 3-fosfoglicerato

+ 1 ATP

il gruppo fosforico viene trasferito dal legame anidride delbifosfoglicerato all’ATP; il legame estere dell’altro gruppo fosforico nonha sufficiente energia per fosforilare l’ADP.

8 – trasferimento di fosfato

enolasi

9 – produzione di fosfoenolpiruvato (PEP)

+ 1 legame ad alta energia

è una disidratazione: si perde OH- dal C3 e H+ dal C2,con formazione di un doppio legame (eliminazione).

0+1

-1 -2

in seguito alla disidratazione vi è un notevole cambiamento nelladistribuzione dell’energia all’interno della molecola, a seguito delquale il G° di idrolisi del gruppo fosforico passa da -4,2 kcal/molnel fosfoglicerato a – 14,8 kcal/mol nel PEP

10 – produzione di piruvato

+ 1 ATP

Quello che ora è un legame fosforico a maggiorenergia può essere usato per fosforilare l’ADP.

C

CH3

O

CO–

O

Si ottiene acido piruvico, che può poi esseretrasformato in AcetilCoA ed entrare nel ciclo di Krebs,oppure essere utilizzato come precursoredell’amminoacido alanina

BILANCIO DELLA GLICOLISI

Glucosio

Glucosio-6-P

Fruttosio-6-P

Fruttosio-1,6-bis-P

Gliceraldeide-3-P Diidrossiacetone-P

ATP

ATP

fase di investimento energetico

Gliceraldeide-3-P

1,3-bis-P-glicerato

3-P-glicerato

2-P-glicerato

Fosfoenolpiruvato

Piruvato

fase di produzione di energia

ATP

X 2

ATPNADH

Glucosio 2 CH3CO-COOH + 2 ATP + 2 NADH + H+

le tappe indicate da una singolafreccia sono irreversibili (G << 0)

da 1 molecola di glucosio che viene ossidata a 6 CO2

e 6 H2O si ottengono 38 molecole di ATP

RESA ENERGETICA DEL GLUCOSIO

il piruvato prodotto nel citosol al termine della glicolisi può avere vari destini

trasporto nel mitocondrio

+ CO2

decarbossilazione ossidativa(irreversibile)

~SCoA

NADHCoASH

al ciclo di Krebs

in condizioni anaerobichenel citoplasma

OH

C

H

C

O–

OCH3

lattato

il piruvato si riduce alattato perché funge daaccettore di elettroni,riossidando il NADH aNAD+ al posto di O2

viene poi riossidato a NAD+ a spese di O2

con produzione di ATP

alanina

alla sintesi di amminoacidi

la trasformazione di piruvato inlattato, ad opera dell’enzimalattato deidrogenasi, è reversibile.

la formazione di lattato avvienenel muscolo durante uno sforzointenso, quando l’apporto diossigeno è insufficiente.

il lattato viene trasportato al fegatodove subisce la reazione inversa,ritrasformandosi in piruvato che puòpoi essere riconvertito in glucosio.

nel catabolismo anaerobico, molto menoefficiente, si formano solo 2 molecole diATP per molecola di glucosio, contro le 32ottenibili dalla glicolisi aerobica.

METABOLISMO DEL GLICOGENO

Il glicogeno è il carboidrato di deposito degli organismi animali, presentenel fegato (per il controllo della glicemia) e nel muscolo (dove fornisceenergia per la contrazione).Il fegato contiene circa il 10% in peso di glicogeno, mentre i muscoli solol’1-2% del loro peso totale, ma il glicogeno depositato nei muscoli èmolto di più, dato che la massa del tessuto muscolare è molto maggioredi quella del fegato.

SINTESI DEL GLICOGENOE’ un processo fortemente endoergonico, stimolato dall’ insulina;il glicogeno viene prodotto dai carboidrati in eccesso derivantidalla dieta, ma non può essere accumulato oltre un certo limite.

P

O–O

–

OO

OH

OH

OH

H

H

H

H

O

H

OH

glucosio-6-fosfato glucosio-1-fosfato

fosfoglucomutasi

Il glucosio ematico viene trasportato nelle cellule e vieneimmediatamente fosforilato da parte dell’enzima esochinasi,con il consumo di 1 ATP, formando glucosio-6-fosfato (G6P).

A questo punto, G6P può prendere tre strade: andare verso laglicolisi, per produrre energia, prendere la via dei pentosofosfati, perla produzione di ribosio-5-fosfato, oppure indirizzarsi allaglicogenosintesi. In quest’ultimo caso G6P viene isomerizzato a G1P.

G1P

uridina trifosfato(UTP)

uridin difosfoglucosio(UDPG)

+ PPi

glucosio—fosfato uridil transferasi

SINTESI DEL GLICOGENO

L’UDP-glucosio ora trasferisce il glucosio su una catena costituita daalmeno 4 unità di glucosio, formando un legame 1,4 glicosidico, adopera dell’enzima glicogeno sintasi, liberando UDP. Questa poi vieneritrasformata in UTP a spese di una molecola di ATP.

SINTESI DEL GLICOGENO

22

L’enzima ramificante poi staccadalla catena un frammento dialmeno 6 unità per legarlo, sullastessa catena o su un’altra, conun legame 1,6 glicosidico, anon meno di 4 unità di distanzada un’altra ramificazione.

Le ramificazioni rendono il glicogeno più solubile, e soprattuttodotato di un maggior numero di residui terminali, sui qualipossono agire gli enzimi glicogeno sintasi e glicogeno fosforilasi,aumentando la velocità sia di sintesi che di degradazione.

SINTESI DEL GLICOGENO

23

Il glicogeno è immagazzinato nel citosol. Grazie alla suastruttura molto ramificata è in grado di mobilizzare piùunità di glucosio idrolizzandosi rapidamente al bisogno, inseguito al segnale degli ormoni glucagone e adrenalina, adopera della glicogeno fosforilasi e dell’enzimaderamificante. In genere non viene demolito del tutto masolo ridotto di dimensioni.

GLICOGENOLISI

24

La glicogeno fosforilasi attacca l’unità di glucosio terminalestaccandole dalla catena sotto forma di glucosio-1-fosfato.

GLICOGENOLISI

25

La glicogeno fosforilasi stacca le unità di glucosio partendodall’estremità di tutte le ramificazioni. Quando arriva a 4 residui dallaramificazione, l’enzima deramificante trasferisce un frammento di 3unità di glucosio all’estremità di un’altra catena, e infine idrolizzal’ultimo legame 16 glicosidico, rilasciando glucosio non fosforilato.

GLICOGENOLISI

26

Gli enzimi glicogeno sintasi e glicogeno fosforilasi sono modulatida ormoni: l’insulina stimola la sintasi e inibisce la fosforilasi,quindi induce l’accumulo di glicogeno, mentre il glucagone operanel senso contrario. L’adrenalina, o epinefrina, agisce come ilglucagone ma con maggior potenza e solo nelle cellule deimuscoli o negli adipociti, ma non nel fegato.

Il glucosio-1-fosfato viene poi riconvertito in glucosio-6-fosfatodall’enzima fosfoglucomutasi.

P

O–O

–

OO

OH

OH

OH

H

H

H

H

O

H

OH

glucosio-6-fosfatoglucosio-1-fosfato

fosfoglucomutasi

GLICOGENOLISI

27

P

O–O

–

OO

OH

OH

OH

H

H

H

H

O

H

OH

glucosio-6-fosfatonel muscolo

GLICOLISIproduzione dipiruvato e ATP

nel fegato

OHO

OH

H H

OH

OH

H

H

OH H

la glucosio-6-fosfatasi stacca Pie libera glucosio che in questaforma può uscire dalle cellule epassare nel sangue

questo è il meccanismomediante il quale il fegatoregola la glicemia

28

VIA DEI PENTOSOFOSFATI

È una via metabolica del glucosio che avviene al di fuori dei mitocondri e il cuiscopo non è la produzione di ATP (quindi di energia) ma la produzione diNADPH (riducente che, diversamente dal NADH prodotto nel catabolismo,serve soprattutto nelle riduzioni coinvolte in processi anabolici) e laproduzione di zuccheri diversi dal glucosio, in particolare ribosio.

29

NADPH

COOH

P

O–

O

O–

O

OHH

H

H

OH

OH

OHHH2O

gluconolattone(un estere ciclico) acido 6-fosfogluconico

ribulosio-5-fosfato

NADPH

CH2OH

H OH

P

O–

O

O–

O

OHH

O

CO2

CHO

OHH

HOH

H OH

P

O–

O

O–

O

OHH

G6P

CHO

H

H OH

P

O–

O

O–

O

OHH

OH

ribosio-5-fosfato

VIA DEI PENTOSOFOSFATI

30

GLUCONEOGENESI

Il glucosio è indispensabile al funzionamento di alcuni organi, come i globuli rossio il cervello, e quindi quando la sua disponibilità è scarsa è necessario che vengasintetizzato a partire da precursori non glucidici, come gli acidi grassi o le proteine.

La sintesi di glucosio si ottiene da 2 molecole di piruvato con l’uso di 6 ATP.Richiede più energia di quella ricavabile dalla glicolisi e utilizza una diversacatena enzimatica. E’ regolata in modo opposto alla glicolisi.

piruvato

OH

OH

OH

glicerolo

C

HN+

HH

H

C

O–

OCH3

alanina

dal catabolismodelle proteine

dal catabolismodei trigliceridi

C

HOH

C

O–

OCH3

lattato

dai globuli rossidal muscolo scheletricoin condizioni di scarsitàdi ossigeno

glucosio

piruvato

alanina

2 ATP

NH2

MUSCOLO

glucosio

lattato

urea

2 ATP

GLOBULI ROSSI

glicolisi

glicolisi

glucosio

piruvato

alanina

6 ATP

NH2

FEGATOgl

uco

neo

gen

esi

lattato

ciclo dell’urea 4 ATP

i prodotti non completamente ossidati del catabolismo,presenti nei muscoli e nei globuli rossi, tornano al fegato peressere riciclati, ma il bilancio energetico è negativo.

32

il GLUTATIONE è un tripeptide conproprietà antiossidanti

GLUTATIONE in forma ridotta

GLUTATIONE in forma ossidata

33

METABOLISMO DELL’ETANOLO

NADH NADH

Questa via metabolica procede mediante gli enzimi alcool deidrogenasi ealdeide deidrogenasi; il NADH che ne deriva è poi convertito in ATP, per unaresa energetica di circa 7 kcal/mol di alcool. E’ una via metabolica veloce, chepuò fornire molte calorie al giorno, ma l’acetaldeide è tossica perché è ingrado di formare complessi con proteine e acidi nucleici. Inoltre l’eccessivaproduzione di NADH stimola la produzione di lattato, con conseguenteacidosi, e inibisce la gluconeogenesi, con conseguente ipoglicemia.

34

IN CONCLUSIONE:

VIA DEI PENTOSOFOSFATI:• sintesi di ribosio-5-fosfato• NADPH + H+ da usare in processi anabolici• sintesi di altri zuccheri

GLICOLISI:• aerobica – da 1 mol di glucosio 2 mol piruvato + 2 ATP + 2 NADH + H+

• anaerobica - il piruvato viene ridotto a lattato a spese di NADH (ciclo di Cori)

GLICOGENO:• glicogenosintesi• glicogenolisi

GLUCONEOGENESI:produzione di piruvato da avviare alla glicolisi a partire da

• alanina (dal catabolismo delle proteine)• lattato (dalla glicolisi anaerobica)• glicerolo (dal catabolismo dei trigliceridi)

G6P