XI° lezione [modalità compatibilità]
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C OO
O
HH
saccarosio
fruttosio
C6H12O6 + 6 O2
Monosaccaridi
Disaccaridi
Oligosaccaridi
glucosio
Carboidrati (glucidi, zuccheri)Carboidrati (glucidi, zuccheri)
Funzione
• Strutturale• Energetica :
combustibili e
riserva
Polisaccaridi
PM = 100-106 u.m.a.
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CARBOIDRATI
complessi (pane, pasta, polenta, riso, ecc.)
semplici (zucchero, frutta, dolci,ecc.)
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• La sostanza organica presente sulla Terra è costituita per la maggiorparte da carboidrati, i quali in tutti gli esseri viventi svolgono un grannumero di funzioni:
• Possono servire sia come RISERVA sia come FONTE IMMEDIATADI ENERGIA e come intermediari in diversi processi metabolici
• I carboidrati RIBOSIO e DESSOSSIRIBOSIO hanno un ruolofondamentale per la conservazione e l’espressioneDELL’I FOR AZIO E GE ETICA
• Alcuni polisaccaridi hanno importanti FUNZIONI STRUTTURALI(parete cellulare piante, batteri esoscheletro artropodi)
• I carboidrati si trovano spesso legati a proteine e a lipidi, formando
complessi che sporgono dalla superficie delle cellule e che hannogrande importanza nei MECCANISMI DI RICONOSCIMENTOCELLULARE
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i monosaccaridi hanno un numero diatomi di C variabile tra 3 e 7
Gli zuccheri più importanti sono :I PENTOSI ( ES. RIBOSIO , DESSOSSIRIBOSIO)
GLI ESOSI ( GLUCOSIO, FRUTTOSIO E GALATTOSIO)
questi in soluzione tendono ad assumere
una forma ciclica
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C
C
C
C
H
H
HHO
H
H
H
C
O
HO
OH C O
OH
Glucosio Fruttosio
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H H
H
H
HOH
OH
OH OH
OH
OH
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I monosaccaridi possono anche presentarsi sottoforma di strutture ad anello:
H
HH H
HH
OC O
CH2OH
CH2OH
O
6
5
H
H
H
H
C
C C
OHOH HO OH
OH
OH
OH
OH
Formula distruttura
Formulasemplificata
Strutturasemplificata
4
3 2
1
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Condensazione: due monosaccaridi possonounirsi mediante un legame covalente formandoun disaccaride
I disaccaridi più importanti sono: SACCAROSIO ( GLUCOSIO+ FRUTTOSIO) MALTOSIO (GLUCOSIO+ GLUCOSIO) LATTOSIO ( GLUCOSIO+ GALATTOSIO)
I disaccaridi svolgono la funzione di trasporto dienergia
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H
HH H
HH
H
H
H
H
OH
OH
OH
CH2OH CH2OH
OH
HO
O
OH O
H
Glucosio Glucosio
O
OH
.
LEGAME GLUCOSIDICO
HH
H
H HH
H
H
OH
OHOH
HO
O O
O
CH2OH CH2OH
H2O
Maltosio
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i polisaccaridi si ottengono dall’unione di piùmolecole ( in generale qualche centinaio omigliaia)di monosaccaridi
I polisaccaridi più importanti sono: AMIDO ( GLUCOSIO) GLICOGENO(GLUCOSIO)
Granuli di amido in
cellule di tubero di
patata
Granuli di glicogeno
nel tessuto muscolare
Fibre di cellulosa nella parete di
una cellula vegetale
Monomeri
di glucosio
Molecole
di cellulosa
Amido
Glicogeno
Cellulosa
O O
OOOOOO
O O O
OOO
OOOO
OOOO
OO
OOO
OO
OOOO O
OOOOOO
OOOOOO
O
OH
OH
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La principale fonte di energia nella maggioranzadelle cellule è la ossidazione del glucosio.
’
Il catabolismo del glucosio
distinti:• Glicolisi• Respirazione cellulare.
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Il glucosio
Glucosio: è un monosaccaride a sei atomi di carbonio (6C, esoso).
Il glucosio si ottiene per idrolisi di molti carboidrati (es. saccarosio,maltosio, cellulosa, amido e glicogeno). Il fegato è in grado ditrasformare in glucosio altri zuccheri semplici (es. fruttosio).
A partire dal glucosio è possibile sintetizzare tutti i carboidratinecessari alla sopravvivenza dell'organismo.
Il livello di glucosio nel sangue e nei tessuti è regolato conprecisione dagli ormoni antagonisti insulina e glucagone.
Il glucosio in eccesso viene conservato in alcuni tessuti (es. fegato,muscolo) sotto forma di glicogeno.
Glucosio
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Il glucosio è una fonte di energia onnipresente in biologia.
Il motivo per il quale il glucosio e non un altro monosaccaride (es.fruttosio) sia la fonte energetica principale nella maggior parte
di organismi è ancora oggetto di speculazione.
Ipotesi:1 il lucosio uò formarsi chimicamente dalla formaldeide e forse
Perchè il glucosio?
era già presente/abbondante quando nacquero i primi sistemibiochimici primitivi
2) ridotta tendenza del glucosio, rispetto ad altri esosi, a reagirecon i gruppi amminici delle proteine (glicosilazione) che riducel'attività di molti enzimi (effetti a lungo termine del diabete).
NB: la bassa reattività del glucosio verso la glicosilazione è dovutaal suo prevalente permanere nella forma ciclica, meno reattiva.
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Fasi della degradazione del glucosio
1° fase Glicolisi Citoplasma
2° fase
in presenza di O2
(via aerobia)
Respirazione cellulare
• decarbossilazione ac. piruvico• ciclo di Krebs
• catena di trasporto degli e-
Mitocondrio
matricematrice
creste
°
in assenza di O2
(via anaerobia)
1. Alcune cellule (es. neuroni) utilizzano solo la via aerobia.2. Le cellule muscolari utilizzano entrambe le vie.3. Alcuni batteri (anaerobi) utilizzano solo la via anaerobia.4. Altri batteri (anaerobi facoltativi) utilizzano entrambe le vie.
Quali organismi utilizzano la fermentazione in alternativa alla
respirazione?
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In assenza di ossigeno, quindi negli anaerobi, negli aerobi
facoltativi e anche in alcuni tessuti umani quando arriva
poco ossigeno (ad esempio nei muscoli), l’acido piruvico
non può essere ulteriormente ossidato.Allora nel citoplasma avviene la FERMENTAZIONE.
NAD+, necessario per poter continuare la GLICOLISI.
Abbiamo diverse fermentazioni ciascuna delle quali
produce sostanze diverse.
Prendiamo in considerazione le più importanti:
• LATTICA
• ALCOLICA
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Una serie di reazioni che
avve go o ra ca e e u e ecellule, da quelle procariote aquelle eucariote del corpo umano.
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GLICOLISI
Glicolisi: catena di 9 reazioni, cheavvengono nel citoplasma, catalizzate
ciascuna da un enzima specifico.
•Avviene nel citoplasma;
• non ha bisogno di ossigeno
• partendo dal GLU (6C), attraverso una
,
enzimi specifici, arriva all’ ACIDOPIRUVICO (3C), che è un composto più
ossidato;
• contemporaneamente si riducono 2NAD+ in NADH2
• si consumano 2 ATP nella prima parte;
• se ne formano 4 di ATP nella secondaparte;
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Le sfere grigie
rappresentano gli atomi
di carbonio di ogni
molecola
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In ogni fase sonoindispensabili glienzimi specifici
per catalizzare lereazioni chimiche.
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Fase diproduzione
di energia
Il prodotto di una
tappa è il reagentedella tappasuccessiva
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glucosioglucosio
Glucosio 6-fosfatoGlucosio 6-fosfato
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H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
H H O
OH
H
OHH
OH
CH2OPO32−
H
OH
H
23
4
5
6
1 1
6
5
4
3 2
ATP ADP
Mg2+
glucose glucose-6-phosphate
Hexokinase
Il legame del
glucosioall’esochinasi
stabilizza una
conformazione
in cui:
Il C6-OH del glucosio èchiuso al fosfato terminaledell’ATP promuovendo lacatalisi
L’acqua è esclusa dal sitoattivo.
glucose
Hexokinase
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Nella maggior parte delle cellule di mammifero,Nella maggior parte delle cellule di mammifero,
la concentrazione di glucosio è controllata dala concentrazione di glucosio è controllata da
TRASPORTATORITRASPORTATORI DIDI MEMBRANAMEMBRANA
soggetti a regolazione (Insulina persoggetti a regolazione (Insulina per MiocitiMiociti,, AdipocitiAdipociti ee
Neuroni)Neuroni)
ed è inferiore alla sua concentrazione ematicaed è inferiore alla sua concentrazione ematica ∼∼ 5mM (805mM (80--
130 mg/100ml)130 mg/100ml)
Al contrario Al contrario
il glucosio entra liberamente nelle cellule delil glucosio entra liberamente nelle cellule del
Fegato e PancreasFegato e Pancreas
ed in esse la sua concentrazione è simile a quellaed in esse la sua concentrazione è simile a quella
ematica.ematica.
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Modello di un trasportatore diModello di un trasportatore di
glucosio nei mammiferiglucosio nei mammiferi
I trasportatori di glucosio sono membri di una superfamiglia diI trasportatori di glucosio sono membri di una superfamiglia di
trasportatoritrasportatori
detta superfamiglia deidetta superfamiglia dei facilitatori maggiori facilitatori maggiori (MF),(MF),
che trasportano zuccheri in organismi molto diversi, comeche trasportano zuccheri in organismi molto diversi, come Escherichia Escherichia
coli,coli,
TrypanosomaTrypanosoma bruceibrucei (che causa la Tripanosomiasi africana o malattia del(che causa la Tripanosomiasi africana o malattia del
sonno africana)sonno africana)
e la speciee la specie umananaumanana..
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La famiglia dei trasportatori di glucosioLa famiglia dei trasportatori di glucosio
NomeNome Localizzazione cellulareLocalizzazione cellulare KmKm CommentiCommenti
GLUT1GLUT1 Tutti i tessuti dei mammiferiTutti i tessuti dei mammiferi 1mM1mM Captazione basale del glucosioCaptazione basale del glucosio
GLUT2GLUT2 Fegato e celluleFegato e cellule ββ del pancreasdel pancreas 1515--2020 mMmM Nel Pancreas svolge un ruolo di regolazioneNel Pancreas svolge un ruolo di regolazione
dell’indell’insulinasulina
nel Fegnel Fegato rimuove dal sangue il glucosio inato rimuove dal sangue il glucosio in
eccesseccessoo
GLUT3GLUT3 Tutti i tessuti dei mammiferiTutti i tessuti dei mammiferi 55 mMmM La quantità presente nelle membraneLa quantità presente nelle membrane
plasmaplasmatiche delle cellule muscolari aumentatiche delle cellule muscolari aumenta
in risin risposta all’esercizio fisico protrattoposta all’esercizio fisico protratto
GLUT5GLUT5 Intestino tenueIntestino tenue 1mM1mM Captazione basale del glucosioCaptazione basale del glucosio
GLUT4GLUT4 Tessuto muscolare e cellule adiposeTessuto muscolare e cellule adipose -- Principalmente un trasportatore di FruttosioPrincipalmente un trasportatore di Fruttosio
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Assunzione di glucosio regolataAssunzione di glucosio regolata
da un processo di esocitosi/endocitosi, sensibileda un processo di esocitosi/endocitosi, sensibileall’insulina, dei trasportatori di glucosio.all’insulina, dei trasportatori di glucosio.
Dopo stimolazione conDopo stimolazione con
insulina,insulina,
-- queste vescicole fondono con laqueste vescicole fondono con la
membrana plasmatica,membrana plasmatica,
mediante esocitosi,mediante esocitosi,
CelluleCellule
del tessuto adiposodel tessuto adiposo
ee
del tessuto muscolaredel tessuto muscolare
-- pro uconopro ucono
un aumento del numero di trasportatoriun aumento del numero di trasportatorisulla membrana plasmatica,sulla membrana plasmatica,
cheche
-- determinadetermina
un incremento proporzionale dellaun incremento proporzionale della
velocità di assunzione divelocità di assunzione di GlcGlc nellanella
cellula.cellula.
Allo stato basaleAllo stato basale
Le cellule conservano la maggiorLe cellule conservano la maggior
parte della loro proteinaparte della loro proteina
trasportatrice di glucosio intrasportatrice di glucosio invescicole membranose interne.vescicole membranose interne.
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L’esochinasi è inibita dal prodotto glucosio-6-
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
H H O
OH
H
OHH
OH
CH2OPO32−
H
OH
H
23
4
5
6
1 1
6
5
4
3 2
ATP ADP
Mg2+
glucose glucose-6-phosphate
Hexokinase
Attraverso competizione con il sito attivo Attraverso interazioni allosteriche in un sito diverso dal
sito attivo.
L’inibizione dell’esochinasi da parte delprodotto garantisce che le cellule noncontinueranno ad accumulare glucosio dal
sangue, se [glucosio-6-fosfato] all’interno dellacellula è elevata
2
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Glucochinasi ha un’alta K M per il glucosio.
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
H H O
OH
H
OHH
OH
CH2OPO32−
H
OH
H
23
4
5
6
1 1
6
5
4
3 2
ATP ADP
Mg2+
glucose glucose-6-phosphate
Hexokinase
Glucochinasi
è una variante
dell’esochinasi
che si trova nel
fegato
.
Un effetto dell’insulina, ormone prodotto quandoil glucosio nel sangue è alto, nel fegato, èl’attivazione della trascrizione del gene checodifica per la glucochinasi.
La glucochinasi non è soggetta a inibizione daparte del prodotto glucosio-6-fosfato. Il fegatoimporterà glucosio all’interno anche quando laconcentrazione di glucosio-6-fosfato èalta(glicogeno).