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BIOCHIMICAIIProf.AlessandraBertoniMail:abertoni@med.uniupo.it

ILMETABOLISMO

- Faseossidativa:ilcatabolismo.Ciòchesiintroduceconl’alimentazione,grassicarboidratieproteine.Vengono ossidati a CO2 H20 e NH3. Prodotti che l’organismo elimina e sono privi di contenutoenergetico.L’energiaestrapolataècontenutaneilegami.ATP,NADH,NADPH,FADH2.Sonocoenzimiridottiesonoconsideratienergiachimicachel’organismousaperlesuefunzioni(es.metabolismoriduttivo,anabolismo)

- Faseriduttiva:l’anabolismo.Sipartedapiccolemolecole,qualiaminoacidi,zuccheri,acidigrassiebasiazotateesicostruisconolemacromolecoledellacellula.L’ATPserveperfarprocederetuttiiprocessicheavvengonodentrodinoicomeildifferenziamento,larespirazionecellulareecc.L’organismo produce ATP ossidando gli alimenti. Si produce in diversi modi: attraverso lafosforilazioneossidativa(maggiorcontributodisintesidiATP)efosforilazionealivellodelsubstrato,alivellodisingolereazionimetaboliche.

Le vie metaboliche sono convergenti edivergenti: le cataboliche sono convergentiperchétutti inutrientisonoossidaticonviemetabolicheaununicoprodotto,l’acetatooacetilcoenzimaAcondueatomidicarboniocon legame ad alto livello energetico(prodottointermediodelmetabolismo).Laviametabolicaèuninsiemedireazionichetrasformanounprodottoinunaltro.L’acetilcoenzimaApoièilpuntodipartenzaper molte vie anaboliche, sarà usato persintetizzare molte molecole, come acidigrassi, fosfolipididimembrana, colesterolo.Da qui poi sintesi ormoni steroidei, acidi

biliare,vitaminecomelaK.Questeviemetabolichesonodivergentiinquantoarrivanoaprodottidifferenti.Sirisparmiaunabuonapartedienergia.Conilciclodell’acidocitricol’acetil-Co-ApuòesserecompletamenteossidatoottenendodueCO2.

Laviametabolicaèuninsiemedireazionichetrasformanouncomposto,ilprecursore,inunprodottofinaleattraversolatrasformazionedicompostichimiciintermedi.Moltienzimiimpiegatiesistonoincomplessi,nonliberinelcitoplasma.Glienzimiaspettanol’intermedio,sileganoadessoelotrasformanorapidamente.Es:complessoIIIeIVdellacatenarespiratoriasonoassociatiincomplessi,irespirosomi.Leviemetabolichenonsonosempreattive,hannovelocitàdiversechesonoregolatedall’attivitàdeglienzimiedalladisponibilitàdelprecursore. Seperesempioregolounprimoenzimadellaviametabolica,essavaavanti.Seèmoltolungacisonopiùenzimiregolatori.L’enzimavieneregolatocon:

- Feedbacknegativo:prodottofinaleagiscedamodulatoreallostericonegativosulprimoenzima.- Modificazionecovalente:comelafosforilazione.Conlafosforilazionenonsipuòdireapriorisec’è

attivazioneoinattivazione,èadiscrezionedell’enzima.

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ILCICLODELL’ACIDOCITRICOodiKREBSKrebs(1900-1981).Chiamatoancheciclodegliaciditricarbossilici.Ilmetabolismoossidativoèchiamatorespirazionecellulare:consumaossigeno.Costituitodatrafasi:

1. Ossidazioneadacetil-CoAdellevariemolecole2. Ciclodell’Acidocitrico3. SintesiATP:l’insiemedelleduefasiestraeenergiadainutrienticheescesottoformadielettroniche

sonoraccoltidaNAD+eFADchesiossidanoaNADHeFADH2.QuestielettroniraccoltisonousatipersintesidiATP.Questoprocessoconsumaossigeno.Selacellularimanesenzaossigeno,sibloccalacatenaditrasportodeglielettroni,siaccumulanoquestiintermediesirallentatuttoilprocesso.

Ilciclodell’acidocitricoèrealizzatoneimitocondri.Isuoienzimisononellamatriceeunoèdellamembranainternamitocondriale.(quellaesternanonhagrossicomplessiperilmetabolismo,regolasolociòcheentraeciòcheesce.)Èneimitocondriinquantoinessiavvienel’ossidazionediquasituttiinutrienti,aaeacidigrassi.Lamaggiorpartedell’acetil-CoAègenerataneimitocondri.L’unicometabolismoossidativocheavvienenelcitoplasmaèquellodeicarboidrati,quellodelglucosio.Nelcitoplasmaavvienelafaseanabolica,lasintesidellemacromolecole.ItrasportatoridielettronisonoNAD,NADPHeFAD:ilNADPHèusatonelcitoplasmaeriduceicomponentipiùsempliciperottenerecompostipiùcomplessi.NADHeFADH2sonousatiinentrambiiprocessicatabolici.Processoreversibile:ΔG=0.Èspontaneo,nonhabisognodienergiaperavvenire.Processoirreversibile:ΔG>0.Nonèspontaneo.La prima metà del ciclo è caratterizzata da reazioni irreversibili, la seconda sono reazioni reversibiliall’equilibrio.Ipuntichepermettonodiregolarequestaviametabolicasonolereazioniirreversibili.Sicompletal’ossidazionedell’acetilCoA:sesiossidacompletamente,cisonoreazionicheproduconoCO2.Le duemolecole di CO2 liberate non sono gli stessi atomi che entrano nel ciclo di Krebs come atomi dicarboniodell’acetilCoA.Nellasecondafase,reazionicherecuperanogliatomidicarbonioperripetereilciclo,siottieneuncompostoachiarale,ilsuccinato(5atomi).Iduelatinonsonopiùdistinguibiliperlacellula;daquestopuntoidueatomidicarboniodell’acetilCoAentratisiconfondonoconglialtriatomidicarbonio.

1. CondensazionediacetilCoAeossalacetatoL’acetilCoAentraereagisceconl’ossalacetatotramitel’enzimacitratosintasi.ReazionedicondensazionediClaisencheportaallaformazionedicitrato(formanonprotonataèl’acidocitrico),unacidotricarbossilico.L’ossalacetatoèunbiacidocarbossilicoconunchetoneinposizioneα:èdunqueunα-chetoacido.Ilcarbonioalfaèilcarboniochesegueilcarboniocarbossilico.L’ossalacetatohal’acidoinposizione1e4.

Ilgruppoinalfaformalegameconilgruppodell’acetil-CoA.L’energiavienedall’idrolisidellegametioesteredelCoaedell’acetil.

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Questaèlaprimaviametabolica:questareazionedipendedalladisponibilitàdiprodotto.L’acitrato sintasi è un enzima dimerico che funziona con adattamento indotto dal substrato, (i substrati si legano nel sito catalitico e promuovono un cambio di forma nell’enzima, che lo attiva).EsisteinconformazioniReT(legaiduesubstratiedèpiùattiva-inversonell’emoglobina).

2. Deidratazione-idratazionedelcitrato

Trasformazione di citrato in isocitrato, catalizzata da aconitasi. Si elimina una CO2. La reazioneprepara il carbonio che poi deve uscire come CO2. L’enzima scambia la posizione del gruppoossidrilicoedell’idrogenoinposizione3-4.Disidratazione e reidratazione: il gruppo -OH del citrato viene riposizionato nell’isocitrato perpreparareladecarbossilazionesuccessiva.QuestareazionehaΔGparzialmentepositivoperfarsìchesiaspontanea.L’isocitratopoièusatoperlareazionesuccessivaeconsumato,sottratto.Sirigenerailprodotto.Ilcis-Aconitatoèunintermediononrilasciato,rimanenelsitoattivodell’enzima.L’aconitasièunenzimaparticolareconuncentroferro-zolfo,gruppoprostetico.IIcarboniocheesceèquellocentrale.

3. Decarbossilazioneossidativadell’isocitratoCatalizzata dall’isocitrato-deidrogenasi. Deidrogenasi: è una redazione redox. Trasferimento dielettroniattraverso.Sitrasformaisocitratoinalfachetoglutarato.Esistonodueisoformedell’enzima:gli isoenzimi.Essisonodueproteinediversecodificatedagenidiversi ma che catalizzano la stessa reazione. Ve ne è uno citosolico e mitocondriale. La formacitosolicausailNADP+,quellamitocondrialiusaNAD+.Siformanodueintermediattraversoduereazionisuccessive:

o Ossidazione dell’ossidrilico che porta alla formazione dell’ossalosuccinato (chetone),stabiliazzato da un catione di manganese nel sito attivo dell’enzima. È un βchetoacido,decarbossilamoltofacilmente.

o Decarbossilazione (o deidrogenazione) che genera un enolo (con un gruppo chetonico e uno alcolico), che si riarrangia a formare il chetone α-chetoglutarato.

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4. Decarbossilazioneossidativadell’alpha-chetoglutarato

L’alfachetoglutarato subisce una seconda decarbossilazione ossidazione: una decarbossilazione eun’ossidazionediunatomodicarbonioperarrivarealsuccinil-CoA.UnapartedienergiadienergialiberatavieneusataperlegareilcoenzimaA.La riduzione diNAD+ aNADH +H+ genera l’energia necessaria per introdurre nellamolecola unlegameadaltaenergia(tioestere).IlcomplessocheagiscenelpassaggiodaalfachetogluturatoasuccinilCoAfunzionaconmeccanismoidenticoaquellodelcomplessodellapiruvatodeidrogenasi.

5. FosforilazionealivellodelsubstratodelSuccinil-CoA

IlsuccinilCoAètrasformatoinsuccinatoconilsuccinilCoAsintetasi.IlΔGènegativo.Questoenzimarompeillegametioestere,liberailcoenzimaAegenerailsuccinato.IllegameC-Sèadaltaenergia,l’enzimautilizza l’energiachesi liberadal legametioesterepercatalizzare lareazioneGDP+PiàGTP.Questotipodisintesisichiamafosforilazionealivellodelsubstrato.NonvieneusatoilGTP,magrazieallenucleosidedifosfochinasiilGTPsitrasformainGDP.GDP+ADPàGDP+ATP.(Sintetasi:idrolisidiunamolecoladiATP).Lasuccinil-coAsintetasièunenzimaconunasubunitàαeunasubunitàβchelegailnucleotide,GDPeADP,necessariaallareazione(preferibilmenteGDP).Ilresiduochiavedell’enzimaèun’istidinapresentenelsitoattivodell’enzima: i substraticheentranonelsitoattivosono il succinil-CoAe ilfosfato—>CoAefosfatovengonoinvertiticreandounmeccanismopercuiilCoAesceesiformaunlegameadenergiapressochèequivalentealprecedente.Ilfosfatolegatoasuccinil-CoAètrasferitoall’istidinadelsitoattivo.Ilsuccinatoescedalsitoattivolasciandoilfosfatolegatoall’enzima.VieneprodottaunamolecoladiH20,utilizzataperidrolizzareun’anidridenellareazionesuccessiva.Ilfosfatoall’inizioavevaun’energiaquasinullamavieneutilizzatopoiperdareGTP.Ilfosfatoècariconegativamenteevienestabilizzatodalledueαelichedellesubunitàdell’enzima.

6. DeidrogenazionedelSuccinatoIlsuccinatodeveessereossidatoafumaratoperazionedienzimasuccinatodeidrogenasiconl’aiutodelFADcheaccettaelettroniediventaFADH2perossidareillegameC-C.Lasuccinatodeidrogenasiè l’unicoenzimadelciclodiKrebsaessereunenzimadellamembranainternadeimitocondri.Lasuccinatodeidrogenasiènotacomecomplesso2dellacatenaditrasportodeglielettroni.Questielettroni,sottrattialsuccinato,vannodirettamentealcomplesso3.IlFADècovalentementelegatoall’enzima.

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7. IdratazionedelfumaratoIlfumaratovieneidratatodalfumarasiattraversodueprocessi:primaavvienel’addizionediioneossidrilico,poil’addizionediunprotone.Lapresenzadell’enzimafumarasirendel’idratazionestereospecifica.Sesenzal’enzimaèpossibileottenereidueisomeriDeL,nellacellulasiottienesolol’isomeroL-malato.ÈreversibileperisuoΔG.L’isomerodelfumarato(trans)èilmaleato(cis).

8. DeidrogenazionedelL-Malato

Conversione di L-malato in ossalacetato, attraverso la malato deidrogenasi. Il malato, alcolsecondario,vieneossidatoachetone.Èunaredox.GlielettronisottrattialmalatosonotrasferitisulNAD+chediventaNADH+H+.Riprendecosìilciclo.Lareazionenonèspontanea,inquantoΔG=29,7.L’equilibrioècomunquespostatoadestraversol’ossalacetatoperchéessovieneimmediatamenteutilizzatoperilproseguimentodelcicloequindisottratto.

Ingenerale:Sesiossidacarboniocheportaossigeno,ilcoenzimaèNAD.Sesiossidacarbonio-carbonio,ilcoenzimaèFAD.

IngeneraleduranteilciclodiKrebs:

- Vieneinseritoundoppiolegame,avvieneun’idratazioneeun’ossidazione:meccanismoperottenere un carbonile in β rispetto al carbonile. Meccanismo cellulare altamente sviluppato eapprezzabilealivellodelciclo.

- Siricavano2molecolediATP.

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- DalNADHpossiamoottenere2,5molecolediATP,dalFADH1,5.IlciclodiKrebsèunaviaanfibolica(siaanabolicachecatabolica)poichégliintermedipossonoessereusatinellasintesididiversicompostiorganici.Se lasoluzionefisiologicarichiedequesti intermedi,essidevonocomunque essere riformati. Possono essere reinseriti solo nelle reazioni di formazione di Malato edOssalacetato.Delle8reazionidescritte,solo3subisconoregolazionemediantemodulazioneallosterica:le3reversibili,laprimaeleduedecarbossilazioni.Cisonoquindimolecolechesileganoall’enzimaenemodificanol’attività.

ILMETABOLISMODEICARBOIDRATILadigestionedeicarboidraticominciainboccagrazieallaα-amilasi,chedegradasoloilegamiglicosidiciditipoα.Quelliditipoβnonlipossiamodegradare,infattilacellulosapassaintegraintuttoiltrattodigerente.Imonosaccaridiottenutisonoilfruttosioeilglucosiochehannoassorbimentodiretto.L’amidoècostituitodaamilosioeamilopectina.Ilglicogenohamoltepiùramificazionemoltopiùvicinedell’amilopectina.Inseguitoadigestionesipossonootteneredeidisaccaridi.L’amilasi:utileperladigestionedeipolisaccaridi(amilopectinaeglicogeno).Degradaimmediatamentequestiomopolisaccaridi, attacca i legami alfa 1-4 (i legami 1-6 passano inalterati alla fase successiva delladigestione),manontutti:siformanoprimaoligosaccaridi,poidisaccaridiepoimonosaccaridi.Lasecondafasedidigestionepassaallostomacoinalteratoecontinuanell’intestinodoveintervienel’amilasipancreatica,checontinuaadegradareilegamialfa1-4.Intervengonoanchealtresaccaridasipiùspecificheche degradano anche altri disaccaridi come il lattosio e il saccarosio. Nel tratto intestinale si ottengonomonosaccaridi,comeilglucosio,galattosioefruttosio.Aquestopuntoavvienel’assorbimentodeimonosaccaridi.Essisonopolarienecessitanoditrasportatori,piùomenospecifici,perentrare-uscirenellecellule.Perpassaredallumedell’intestinoall’internodell’enterocitailglucosioeilgalattosiousanoilSGLT1.Èunsimporto:trasportaglucosioegalattosiocontemporaneamenteadueionisodio.IlfruttosioinveceentraconilGLUT5.Entratinell’enterocita imonosaccarididevonopassarenel torrentecircolatorioa livellodei capillaridellapareteintestinaleattraversoilGLUT2.IGLUTsonouniporto,mentreSGLT1èunsimporto.Perportarefuoriilsodiosiusalapompasodio-potassioATPasicheconsumaunamolecoladiATP.Sel’ATPasinonfunziona,nonavvienel’assorbimento.L’endocitosidiglucosionellacellulanonrichiedeenergia,èpassivo,tuttoilprocessoèsecondogradiente.Ilglucosioèilmonosaccaridepiùimportanteditutti:cellulediverseloutilizzanoinmanieradiversa.Ipossibilidestinidelglucosiosono:

- Ossidazioneattraversolaviametabolicadettaglicolisi:ilcuiscopoèottenereenergiaeilprodottoèilpiruvatooillattato.

- Glicogenosintesi: processo con cui viene immagazzinato all’interno della cellula sotto forma diglicogeno.

- Glicogenolisi:partediglucosioliberatodallecellule,dopol’immagazzinamento.Nontuttoilglucosioderivadall’alimentazione.

- Glucogenesi.- Ossidazioneattraversolaviadelpentosofosfato.- Alcune cellule possono sintetizzare il glucosio da precursori non saccaridici come il piruvato o il

lattato.

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Dopoessereentratoilglucosiopuòessereusatoconaltrimonosaccaridipersintesidiproteineeglicolipidi,ovverolasintesidipolimeristrutturali.

LAGLICOLISIAlcunecelluleusanolaglicolisifinoapiruvatoealcunefinoalattato.Avvienenelcitoplasmadellecellule.Haloscopodiossidare ilglucosioparzialmenteperottenereenergia.Siricavano2molecolediATPperognimolecoladiglucosiochepassanellaglicolisi.Questa ossidazione non richiede consumo di ossigeno, può avvenire in condizioni di aerobiosi e dianaerobiosi.SesivuoleossidarecompletamenteilglucosioaCO2eH2O,ilpiruvatodeveesseretrasformatoinacetilCoA,cheverràpoiossidatocompletamentenelciclodiKrebs.Seilglucosioseguequestavia,siproduceancheNADH,chepoiarriveràallacatenaditrasportodeglielettroniequestaenergiaserviràperlafosforilazioneossidativa.Siproducono32molecolediATPperglucosioossidato.Nelcomplessol’ossidazionerichiedeossigenoperfarfunzionarelacatenaditrasporto.Semancailglucosiosipuòossidare,masiproduconosolo2molecolediATP.Lecellulechenecessitanoperforzadiglucosioperfunzionaresonolecellulenervose.Nel cervello avviene ossidazione completa; i globuli rossi non hanno ossigeno e quindi fanno solamenteglicolisianaerobia,sifermanoallattato.Ci sono cellule che sono poche irrorate o hanno pochimitocondri e utilizzano la via anaerobia: cornea,cristallino,retina,leucocitiefibremuscolaribianche.Ilmuscoloscheletricopuòritrovarsisenzaossigenodurantei100m.InalcunisecondilacellulamuscolarepuòrifornireimuscolidiATPusandolaglicolisianaerobia.Illattato(oacidolattico)Lecellulemuscolarimiocardichehannoentrambelepossibilità:svolgonoglicolisiaerobiaeanaerobia.Laglicolisipartedaglucosioearrivaapiruvatoa3C.IlsuoΔGè-85kJ/molLaglicolisièsuddivisainduefasi,alorovoltasuddiviseinpiùreazioni:-Fasepreparatoriaodiinvestimentoenergetico:siconsumano2ATP.

1. Formazionedelglucosio6-fosfatoIl glucosio quando entra in una cellula viene fosforilato dall’enzima esochinasi consumando unamolecoladiATP:siformailglucosio6-fosfato.NellacellulavieneinseritotramitelegamefosfoestereilgruppoOPO3

2-.IlGLUTtrasportanoglucosiosecondogradiente.

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L’esochinasiagisceattraversoadattamentoindottodasubstrato,inquestoprocessoavvieneanchelaliberazionedelmagnesio.L’ATPèpresentenellacellulasottoformadisalidimagnesio.

2. ReazionediisomerazioneIl fosfoesosoisomerasi trasforma il glucosio 6-fosfato nel suo isomero fruttosio 6-fosfato. È unareazioneall’equilibrio.

3. Fosforilazionedelfruttosio6-fosfato Ilfruttosio6-fosfatovienefosforilatoafruttosio1,6-bifosfatoconconsumodi1molecoladiATP.Èreversibileedècatalizzatadall’enzimafosfofruttohinasi-1chefosforilailfruttosioinposizione1.

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4. Trasformazionedelfruttosio1,6-bifosfatoIlfruttosio1,6-bifosfatoètrasformatoindiidrossiacetonefosfatoegliceraladeide3-fosfatoattraversol’aldolasi.Conlascissioneaduetriosifiniscelafasediinvestimento.

5. Conversioneenergeticadidiidrossiacetonefosfato Essovienetrasformatoingliceraladeide3-fosfatoconiltriosofosfatoisomerasi.

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-Fasedirecuperoenergetico:produzionediATPediNADH.

6. Formazionedel1,3-bisfosfogliceratoLagliceraldeideèsubstratodell’enzimagliceraldeide3-fosfatodeidrogenasi.Questoenzimaportaavanti due reazioni: incorporazione di fosfato inorganico e ossidazione C1 della gliceraldeideproducendounacidocarbossilico.Quandovieneossidatosudiessovieneinseritoilgruppofosfato.Siproduce 1,3-bisfosfoglicerato. È una molecola a 3C con due fosfati. Questo enzima è inibitoirreversibilmentedapartedelmercurioHg2+.(bis-perchélafosforilazioneavvienesuduecarbonidiversi).

7. Formazionedel3-fosfogliceratoL’1,3-bisfosfogliceratoèutilizzatopersintetizzareATP.UnodeifosfatiècedutoaunamolecoladiADPperformareATP,attraversolafosfoglicerochinasichetrasferisceilfosfatoinposizione1all’ADP.EsempiodisintesidiATPtramitefosforilazionealivellodelsubstrato.Ciòcherestadelcompostoèil3-fosfoglicerato.

8. Formazionedel2-fosfogliceratoIl fosfato del 3-fosfoglicerato viene spostato dalla posizione 3 alla posizione 2 attraverso lafosfogliceratomutasi.Siottienedunque2-fosfoglicerato.Èunareazionereversibile.Meccanismodellafosfogliceratomutasi:nelsitoattivodell’enzimamutasicisonodueistidine,unadiquesteènormalmente fosforilata.Quando il substratoentra,essoviene fosforilatoe si formal’intermedio 2,3-bisfosfoglicerato. Successivamente viene defosforilato e rimosso il fosfato inposizione3chevienetrasferitosull’istidinadelsitoattivo.Sièformatodunqueil2-fosfogliceratochelasciailsitoattivoeprocedelungolaglicolisi.

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Sel’enzimaèdefosforilatononfunzionapiù.Tuttelecellulehannoriservedi2,3-bisfosfogliceratochemantienequestoenzimafosforilatoinmodotalechepossacatalizzarequestareazione.Negli eritrociti questo è presente inmaggior quantità perché è anche unmodulatore allostericodell’emoglobina. Iglobuli rossidefosforilano il2,3-bisfosfogliceratonelcaso incui siapresente ineccesso,attraversoenzimicomela2,3-BGPfosfatasi(mancalafasediproduzionedell’ATP).

9. FormazionedelfosfoenolpiruvatoÈunareazioneall’equilibrioportataavantidall’enolasi:èunareazionedidisidratazionenellaqualevengonorimossigruppoossidrilicoinposizione3edell’idrogenoin2.Sicreailfosfoenolpiruvato.

10. ProduzioneATPepiruvatoProduceATPconfosforilazionealivellodelsubstrato.Ilfosfoenolpiruvatocedeilsuofosfatoall’ADPtramitelapiruvatochinasi:siproduceATPePIRUVATO.

Unodeidestinidelpiruvatoèesseretrasformatoalattato,durantelaglicolisianaerobia.Ilpiruvatoèunα-chetoacido. Per trasformarlo in lattato il chetone deve diventare un OH. È una riduzione. L’enzima cheintervieneè il lattatodeidrogenasi.SiconsumaunamolecoladiNADH,prodottonellasecondafasedellaglicolisi(nellatrasformazionedellagliceraldeide-3-fosfatoe1,3-bisfosfoglicerato).

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Cisonodiverseisoformedilattatodeidrogenasichecatalizzanolareazioneinversa.Sesipassadapiruvatoalattatolareazioneèspontanea,seèilcontrariosiconsumaATP.Questareazione(dapiruvatoalattato)èspinta,inglicolisianaerobia,dalconsumodiNAD+.

ComesiossidailpiruvatoadacetilCoA.TRASPORTATORIMITOCONDRIALIDIMETABOLITI

- Delfosfato;- Traslocasideinucleotidiadenilici;- Didicarbossilati;- Ditricarbossilati;- Diaspartato-glutammato;- Malato-α-chetoglutarato;- Deimonocarbossilati:trasportatoreantiportoinquantoentranelmitocondriounpiruvatoedesce

unossidrile.IlpiruvatovieneossidatoadacetilCoAperentrarenelciclodiKrebs.AquestopuntoilpiruvatoèossidatoaAcetil-CoA:ilcomplessodell’enzimapiruvatodeidrogenasi(E1,E2,E3)ossidauncarbonioepromuoveladecarbossilazionedelpiruvato.Si rimuove l’anidride carbonicae l’ossidazioneèoperato sul carbonio chetonicodelpiruvato chediventacarboniocarbossilico.Siottiene,suquestocarboniocarbonilico,untioestereconilCoA.Il complesso richiede i coenzimiTPP (tiaminapirofosfato), il lipoatoe il FAD. Perchéavvenga lareazioneavvienel’ingressodiCo-AeunamolecolaNAD+siriduceinNADH+H+.

IlcoenzimaAfungedatrasportatoredimolecole,nonèunverocoenzima.Inseritoinunamolecolacomeiltioestereserveaconservareunlegameadaltaenergia.

Latiaminapirofosfatoèunveroepropriocoenzima:èutilizzatadaglienzimineiprocessididecarbossilazione,comel’α-chetoglutaratodeidrogenasiedallapiruvatodeidrogenasi(entrambicomplessi

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GLICOLISI ANAEROBIA

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costituitidaenzimidiversi).Ilcarboniochepromuovelacatalisièilcarboniorossodell’anellotiazolicolegatoallaH(èpresenteunozolfoel’azotoadestraeasinistradelcarboniodicatalisi).

Acidolipoico:presentaunpontedisolfuronellaformaossidataoppureformaridotta.C’èanchelaformaacetilata.

Icoenzimisipossonotrovarelegatialsitoattivodeglienzimi,oinmanieracovalenteoattraversointerazionipiùdeboli(reversibili).L’acidolipoicoèlegatocovalentementeaunresiduodilisina(presentaungruppoamminicoinεchepermetteunlegameammidicotrailgruppocarbossilicodell’acidolipoicoequestogruppoamminico)delsitoattivo.Fungedabracciochepermettediportaregliintermedidireazione(isubstrati)daunsitoattivodiunenzimaaquellodiunaltro.Questocomplessodienzimi(E1,E2,E3)ècostituitodadiversienzimiorganizzatiinstrutturemultimeriche:unvantaggioècheglienzimisonovicinienonènecessarioricercareglialtrinellamatricemitocondriale,inoltre,piùmolecoledipiruvatopossonoessereossidatecontemporaneamente.L’E1èunapiruvatodeidrogenasi:laprimareazionecheavvieneèladecarbossilazionedelpiruvato,modulatadallatiamina,legataalcarboniochetonicodelpiruvato,laqualescindeilCOeloliberacomeCO2.Ilcarboniochetonicodelpiruvatodiventaalcolicoequestogruppoa2C(idrossietilTPP,piruvatodeidrogenato)vienetrasferitoall’acidolipoicolegatoallalisinaearrivaallasubunitàE2.

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L’E2èunadiidrolipiltransacetilasi:trasferiscel’unitàadueatomidicarbonio,passandoattraversol’acidolipoicolegatoallalisina(presentesottoformadiacillipolisinanellaformaossidata),sulCo-A.Ilgruppoalcolicotornaaessereungruppocarbossilicochetonico(èossidato),siottienequindil’AcetilCoA.L’acillipolisina,dopoillegameconl’unitàadueatomidicarbonio,vieneconvertitanellaformaacetilata,l’acetilevienetrasferitosulCo-Aesiformal’AcetilCoAel’acillipolisinaassumelaformaridotta.L’E3halafunzionediricreareilpontedisolfurodell’acidolipoicoinmodochepossaportareavantiunnuovociclodireazioni.Gliequivalentiriducentiricavatidaiduetioli(SHeSHchedevonoformareillegameS-S,perdonodueioniidrogeno)sonoraccoltiinunFADpresentenelsitoattivodiE3,chesiriduceaFADH2.IlNAD,chesilegainmodoreversibileall’enzima,entraenelsitoattivoricevegliequivalentiriducentidalFADH2,cheritornaFAD;ilNAD+diventaNADH+H+.AquestopuntoilNADHsistaccadall’enzimaetrasferiscegliequivalentiriducentiallacatenaditrasportodeglielettroni(ilFADH2nonpoteva,perchésiaossidatocheridottoèlegatocovalentementealsitoattivo,quindigliequivalentiriducentisarebberobloccatinell’enzima),tornaNAD+epuòessereutilizzatodaaltrienzimi.

Nonesisteuntrasportatorecheportiall’internodelmitocondrioNADHeNADall’esterno,quindiquestisonoconfinationelcitoplasmaonellamatricemitocondriale.Ciòchesipuòportaredentrosonogliequivalentiriducenti,ovveroglielettronichedovrannoesserelegateadalcunemolecole.ISISTEMISHUTTLECi sonodue sistemi shuttle, condisposizioni tissutali diverse, che traportanogli equivalenti riducenti dalcitoplasmaallamatricedeimitocondri.

1. Questo sistema shuttle sfrutta due trasportatori (le strutture rosa): il trasportatore malato-alfachetoglutaratoeiltrasportatoreglutammato-aspartato.Essisonodegliantiporti.Malatoeglutammatoentrano;α-chetoglutaratoeaspartatoescono.IlNADHottenutoinglicolisipuòentrarenellamatricemitocondrialetramitetuttoquestocomplesso.Perportaredentrogliequivalentiriducenti,usatidalNADH,siriducel’ossalacetatoamalatotramitel’enzimamalatodeidrogenasi. IlNADHsiriossidaaNAD+,cedendounHall’ossalacetato.Ilmalatodunqueentranellamatricemitocondrialeportandofuoriunamolecoladiα-chetoglutarato.

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Il malato, entrato nella matrice, viene riossidato ad ossalacetato dalla malato deidrogenasimitocondriale.Si impiegaunamolecoladiNAD+nellamatricecheaccettagliequivalentiriducentiformandodelNADH+H+.L’ossalacetatonelmitocondriovieneusatonelciclodiKrebseunapartedeveessereritrasportatofuoriperilnuovoingressodiequivalentiriducenti,quindideveessereconvertitoinuncompostocheabbiauntrasportatore.L’ossalacetatoreagisceconunamolecoladiglutammatoegrazieall’enzimaaspartato-amminotransferasi(trasferisceilgruppoamminicoinposizioneαdiunamminoacidosulcarbonileinαdell’aspartato)siottieneaspartatoeα-chetoglutarato.L’aspartatohatrasportatoreantiportoinquantoperogniaspartatocheescesihaunglutammatocheentra.Insintesi,l’ossalacetatodiventaaspartatoeilglutammatodiventaα-chetoglutarato.L’aspartato ha un trasportatore, in antiporto con il glutammato (che entra nella cellula): ilglutammato che entra è quello appena utilizzato per sintetizzare aspartato. Nel citoplasmal’aspartatoreagisceconlamolecoladiα-chetoglutaratoesiriformanoossalacetatoeglutammato.

2. Nelmuscolo scheletrico e nel cervello c’è un sistema shuttle: due isoforme diverse dello stessoenzima,ilglicerolo-3-fosfato-deidrogenasi.Èpresenteinunaformacitosolica(glicerolo-3-fosfato)eunaformamitocondriale (diidrossiacetonfosfato),proteinaperifericapresentenellamembranainternadeimitocondri.Questoenzimaconverteildiidrossiacetonefosfatoaglicerolo-3-fosfatoalivellocitoplasmatico.Gliequivalentiriducentiservonoperridurrediidrossiacetoneaglicerolo(daNADH+H+sipassaaNAD).Il Glicerolo-3-fosfato ottenuto può raggiungere l’esterno della membrana mitocondriale, doveincontra la forma mitocondriale dell’enzima, che catalizza la reazione inversa, recuperando gliequivalentiriducentiattraversol’ossidazionedelglicerolo,utilizzataperridurreilFADaFADH2.DaNADcitosolicosipassaaFADH2citosolico:gliequivalenti riducentisonopassatidirettamenteallacatenaditrasportodeglielettroni.C’è uno svantaggio: da unNADH si ottiene un FADH2, quindi si perde la possibilità del NADH digenerareduemolecolee1/2diATP,ilFADH2puògenerarnesolo1e1/2.

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Molticarboidratisonoossidatiattraversolaglicolisi:inquestomodosonoossidatiilglucosioeilfruttosio.Fruttosio:Cisonodueviediverse,astessoinvestimentoenergetico,cheilfruttosiopuòusareperentrareinglicolisi:

- fosforilazionedapartedell’esochinasicheloconverteinfruttosio-6-fosfato;- fosforilazionedapartedellafruttochinasi,checonsumal’ATP,delfruttosioinposizione1ottenendo

il fruttosio-1-fosfato, che successivamente deve essere idrolizzato da una aldolasi specifica chegeneradueintermedia3C,ovveroildiidrossacetonefosfatoelagliceraldeide.Il diidrossacetone fosfato verrà convertito in gliceraldeide-3-fosfato e procede in glicolisi. Lagliceraldeide deve invece essere fosforilata dalla chinasi, con il consumo di ATP, per arrivare agliceraldeide-3-fosfatoeentrareinglicolisi.

Mannosio:Deveesserefosforilatoconesochinasi.Ilmannoso-6-fosfatovienetrasformatoinfruttosio-6-fosfatograzieallafosfomannosioisomerasi.GlucosioIl glucosio che si ottiene pronto per entrare in glicolisi deriva dal saccarosio o dal glicogeno, dalladegradazionedell’amidodelladietagrazieallaamilasioppuredalglicogenoendogeno.Dalladegradazionedelglucosioendogenosiottieneilglucosio-1-fosfatochedeveesseretrasformatoinglucosio6-fosfatodallafosfoglucomutasi.

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GalattosioLaprimasorgenteèillatteeivarilatticini.Lalattasiprimalodigerisceepoisiformailgalattosio.Peresseremetabolizzato inglicolisi, ilgalattosiousaunaviametabolicadiversache fa ricorsoallaconiugazioneconl’uridinaperattivarsi.Trereazioni:

1. Viadi Leloir: fosforilazionedelgalattosioa spesediATP inposizione1.Siottiene ilgalattosio-1-fosfatoconl’enzimagalattochinasi.

2. Coniugazionedelgalattosioconuridile,ècatalizzatadall’enzimaUDP-glucosio:galattosio-1-fosfatouridililtransferasi.Questoenzimainverteilfosfatodelgalattosioel’UDPdelglucosio.SiottieneUDP-galattosioeglucosio-1-fosfato.

3. L’UDPgalattosioèsubstratodiunenzimachesichiamaUDP-glucosio4-epimerasi.EssovieneconvertitoinUDP-glucosio.Questaconversioneavvieneattraversoun’ossidazione,checonsumaNAD+,cheportaallaformazionediunchetone,formaditransizioneplanare,eunasuccessivariduzione,checonsumailNADHformato,incuivengonoinvertiteleposizionidi-OHe-H.

4. L’UDPglucosioètrasformatoinglucosio-1-fosfato,chepuòentrareinglicolisi.UnenzimastaccaUDPe lo trasferisce, ad esempio, a un altro galattosio-1-fosfato, formando glucosio-1-fosfato (lo puòtrasferireaaltremolecole).

L’UDP galattosio, oltre a mandare il galattosio in glicolisi, è un intermedio importante per sintesi deiglicoconiugati(glicoproteine,glicolipidi;recettori,lipididimembrana,proteineplasmatiche)insiemeall’UDPglucosioealtrizuccheri.

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Carenzadiunodiquesti enzimi coinvolti nelmetabolismoportaallagalattosemia cheportaa cataratta,ritardodicrescita,ritardomentaleemortedadanniepatici.Tretipidigalattosemia:tipo1Gal-1-fosfatoUridiltransferasi;tipo2galattochinasi(mutazionemenograve);tipo3UDP-Gal-4-epimerasi(formamoderata-gravemoltorara).Èunamalattiagenetica.Simanifestasoprattuttoneibambini,perchésimanifestainseguitoall’allattamento.Seinunaviametabolicamancaononfunzionaunenzimasiaccumulanogliintermedinonsoloquelliamontedellacarenza,maanchetuttiiprecedentiincircoloeaccumulatoneitessutisipuòtrovareilgalattosioeilgalattosio-1-fosfato.L’organismodopounpo’cercadieliminarli:limetabolizzaadaltrosecisonoenzimichepossono usare tale enzima come substrato; filtrato dal rene o metabolizzato dal fegato che lo eliminadirettamenteolotrasformainaltro.Perquantoriguardal’accumulodigalattosiosonopresentidueenzimi:

• L’aldosoreduttasiriduceilgalattosioagalactitolo(nelfegatooinaltrecellule)chesiaccumulaneitessuti(ilsuoaccumulonellaretinageneralacataratta);

• Lagalattoso-deidrogenasi:ilgalattosiovieneossidatoin posizione 1 portando all’acido aldonicocorrispondente, ovvero l’acido galattonico,galattonato.Essopuòessereeliminatotramiteleurine.

I danni correlati (ritardomentale, epatico,ecc.) sonodovuti ancheal fatto che i glicoconiugatinon sonoprodottiinmanieracorretta(lafunzionecellulareèdunquealterata).L’altro metabolita che si può accumulare nelle cellule è il galattosio-1-fosfato, quando mancal’uridiltransferasi(tipo1,formapiùgrave).Unaconcentrazioneelevatadigalattosio-1-fosfatopuòcompetereconilglucosio-6-fosfatoediconseguenzaun’alterazionedelleviemetabolicheincuiilglucosio-6-fosfatoèimportante.Comenellagalattosemiaclassica,lecataratteassociateadeficitdigalattosioepimerasisicredesianocausatedall’accumulodigalactitolonella lenteoculare;èpossibile,manonèdimostrato,chealtri risultatiacutipossanoesserecausatidaunaccumulodigalattosio-fosfato(Gal-1P)odialtrimetabolitineltessuto.GALE,ilgenechecodificaperlaUDP-galattosio-4-epimerasiinterconverteancheUDP-N-acetilgalattosaminaeUDP-N-acetilglucosamina.TuttiequattroquestiUDP-zuccherisonosubstratiessenzialiperlabiosintesidiglicoproteineeglicolipidinegliesseriumani.Gitzelmann(1995)hasuggeritocheun’elevataconcentrazioneintracellularediGal-1Ppotrebbeinibireunaseriedienzimiimportanti,tracuiilglucosio-6-fosfatasi,fosfoglucomutasi,laglicogenofosforilasidelfegato,UDP-glucosiopirofosforilasi, glucosio-6-fosfato deidrogenasi, e ad alte concentrazioni, UDP-Galgalattosiltransferasi.Ancheseidatirimangonocontroversi,altristudisuggerisconocheunelevatoGal-1Ppuòancheinibirelamio-inositolomonofosfatasi,l'enzimaprincipaleresponsabileperlaproduzionediMyo-inositoloinmoltitessuti.Ilmio-inositoloèunatestapolarediunfosfolipidedimembrana(il fosfatidilinositolo).Senonc’è ilmio-inositolo,nonc’èlasegnalazionesuccessiva.

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Specific metabolites known to reach abnormal include galactose, galactose-1-phosphate (gal-1-P), galactitol, and inositol. Abnormal galactonate also forms, but is excreted in the urine and does not accumulate in tissues

Aldoso reduttasi

Galattoso deidrogenasi

D-Galattonato

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Specific metabolites known to reach abnormal include galactose, galactose-1-phosphate (gal-1-P), galactitol, and inositol. Abnormal galactonate also forms, but is excreted in the urine and does not accumulate in tissues

Aldoso reduttasi

Galattoso deidrogenasi

D-Galattonato

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Riassuntodelleossidazionidiglucosio,fruttosio,mannosio,galattosio.

LAGLUCONEOGENESILagluconeogenesirappresentalasintesiexnovodiglucosiopartendodasubstratinonglucidici.Èunaviametabolicaprettamenteepaticaconminorpercentualenelrene.Imetabolitiimpiegatisono:

- Illattato;- Il propionato: una molecola ottenuta

dall’ossidazionedegliacidigrassianumerodicarbonidispari.

- Ilglicerolo:convertitiintriosofosfati;- Ilfruttosio:convertitiintriosofosfati.- Amminoacidi: che per poter essere usati

devono essere convertiti in piruvato oossalacetato. Gli amminoacidi che siconvertono in glucosio vengono dettiaminoacidiglucogenici:oltreaossalcetatoeapiruvatopossonoessereconvertitiinaltrimetaboliticomeα-chetoglutarato,fumaratoeSuccinil-CoA.

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LA GLUCONEOGENESI

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AlcunidiquestiaminoacidiglucidicidevonoentrarenelciclodiKrebs,avarilivelli,oconvertitiinpiruvato,che il nostro fegato è in gradodi utilizzare. Solo la leucina e la lisina forniscono lo scheletro carboniosofunzionaleataleviametabolica;

Ilfegatoèingradodipercorrerealcontrariolaglicolisiaerobiamediantel'utilizzodellereazioniinversedellaglicolisistessa:essoperòripercorresolamentelereazionireversibili, impiegandoaltrechealternativeperquelleirreversibili.Pertornareindietrovengonosfruttate6molecolediATPe2diNADH+.L’organismonecessitafortecostantediglucosio.La glicolisi è citoplasmatica, mentre la gluconeogenesi avviene in parte nel citoplasma e in parte neimitocondri.Perpassaredapiruvatoafosfoenolpiruvato(PEP)sihabisognodidueenzimi,lapiruvatocarbossilasielafosfoenolpiruvatocarbossichinasi.

Lapiruvatocarbossilasicarbossilailpiruvato,consumandounaCO2,inossalacetato che poi successivamente viene ossidato e fosforilato infosfoenolpiruvatotramitelaPEP-carbossichinasi.NonvieneusatalaCO2,malasuaformaidratata,ilbicarbonato,vistoche la CO2non è solubile. Insiemealla carbossilasi si usa il coenzimabiotina:ognivoltachebisognaaggiungereunamolecoladiCO2(nellasuaformaidrata,ionebicarbonato),vieneimpiegatalabiotina.

Gli enzimi carbossilasi hannodue siti catalitici tra i quali vi è un dominio contenente lisina, a cui si legacovalentementelabiotina.Ilvantaggiodiaveretalelisinaneldominioinframezzatotraiduesiticataliticiconsentedispostarelabiotinadalprimoalsecondositocatalitico.LabiotinadevelegareloioneHCO3

-,chetuttaviapossiedebassaenergia.Peraumentarel’energiasiformaunintermedio,ilcarbossifosfato.Questareazioneavvienenelsitocatalitico1.Successivamente il carbossifosfato si lega alla biotina nella forma di CO2 ( le frecce nella formula -daaggiungere quandometterà le nuove slides sul dir- indicano lo spostamento di elettroni, funzionale allaformazionedellaCO2chesilegacovalentementeallabiotina)eilfosfatovieneliberato.Siformal’intermediobiotina-CO2,lacarbossibiotina,chesitrasferiscenelsecondositocataliticomedianterotazionedellegamesingolocherecaglianellieterociclicidellabiotina.

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Acetil-CoA +

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Inquestosecondositocataliticoilgruppocarbossilicovieneliberato(decarbossilazionedellabiotinaconlaliberazionediCO2).Contemporaneamenteatalereazione,unavoltaentratoilpiruvatochereagisceconlabiotina,l’enolpiruvatoreagisceconlaCO2evieneconvertitoinossalacetato.L’ossalacetato+ilGTPvengonoconvertitiinGDPePEP.

L’ossalacetato è il substrato della PEP-carbossichinasi e consumando GTP libera CO2 formandofosfoenolpiruvato.LaPEP-carbossochinasicompiedueazioni:fosforilailcarbonioedecarbossilal’ossalacetato.SenoncifosselaCO2noncisarebbeenergiasufficiente.Ilfosfoenolpiruvatopuòproseguirenellereazionireversibilidellaglicolisi.Ilpiruvatopuòderivaredatantemolecolediversequaliillattatoogliaminoacidi.Lalatticodeidrogenasicatalizzal’ossidazionedellattatoapiruvatoconriduzionedelNAD+NADH.IlNADHottenutoèfondamentaleperlareazionedellagluconeogenesicheconverteil1,3-bisfosfogliceratoagliceraldeide-3-fosfato. Ilpiruvato,prodottodal lattato,entranelmitocondrioevienecarbossilatoadossalacetatodallapiruvatocarbossilasi.L’ossalacetatonelmitocondrio,asecondadellostatometabolicodelfegato,puòseguireduediversidestini:

- Puòessereconvertitoafosfoenolpiruvato,cheescenelcitosolecontinualagluconeogenesi;- Puòusciredalmitocondriodiventandoaspartatoetornandopoiossalacetatonelcitoplasma,che

diventaasuavoltaPEPperoperadiunacarbossilasi,conconsumodienergiaecontinuandocosìlaviametabolicadellagluconeogenesi.

Se il piruvato non proviene dal lattato, ma da altri amminoacidi, entra nel mitocondrio dove vienecarbossilatodallapiruvatocarbossilasi, l’ossalacetatocosìottenutoescedalmitocondrio.PrimaperòdeveesseretrasformatoinmalatodallamalatodeidrogenasimitocondrialeconsumandounamolecoladiNADH.Ilmalatovienescambiatoconα-chetoglutaratonelsuoprocessodiuscita;sempreilmalatovieneconvertitoinossalacetatodallaisoformacitosolicadellamalatodeidrogenasicheconsumaunNAD+eformaunNADH+H+.Attraversoquestaviavengonoportatifuoridalmitocondriol’ossalacetatoeilNADHcheènecessarioallaprosecuzionedellagluconeogenesicitosolica.Iduepassaggidifferentinonpresentinellaglicolisi,mapresentinellagluconeogenesisonola:

- Conversione del fruttosio 1,6-bisfosfato a fruttosio-6-fosfato attraverso l’enzima fruttosio1,6-bisfosfatasi-1.

- Conversione glucosio-6-fosfato a glucosio tramite la glucosio-6-fosfatasi (enzima presente nelreticoloendoplasmatico).

Inentrambeleconversionivieneidrolizzatoilfosfatoeliberatocomefosfatoinorganico.

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Laglucosio-6-fosfatasideveentrare,attraversoiltrasportatoreT1,nelreticoloendoplasmaticodoverimuoveilfosfatoottenendoglucosioefosfatoinorganicocherientranonelcitosolattraversoitrasportatoriT2eT3.Ilglucosioottenutodalfegatoconlagluconeogenesivienerilasciatoneltorrentecircolatorio,uscendodallacellulaattraversoilGLUT2.

VIADELPENTOSIOFOSFATO(shuntdell’esosomonofosfato)Èunaviametabolicacheprevedel’ossidazionedelglucosioconlaproduzionediNADPHeCO2.Si parte con 6 molecole di glucosio per eliminare completamente 6 molecole di CO2: l’esito netto èl’ossidazionedicompletadi1molecoladiglucosio,mentrele6ossidazioniprecedentieranoparziali.Questaossidazionenonprevedeproduzioneenergetica(ATP),masiproduceuncoenzimaridotto,ilNADPH(daNADP+),eunamolecoladiribosio-5-fosfato.IlNADPHvieneutilizzatoperlebiosintesiriduttive,comequelledegliacidigrassi,epermantenerelostatoredoxdellacellula.Ilribosio-5-fosfatoservepersintetizzareinucleotidieicoenzimi.Nontuttelecellulehannolastessanecessitàdeidueprodotti:unacellulapuòaverepiùbisognodiNADPHodiribosio-5-fosfato.I globuli rossi, per esempio, richiedono poco ribosio 5-fosfato,ma alte concentrazioni di NADPH poichétendonoasfruttarlopermantenerelostatoridottodellacellula.NADPH+GS-SGàNADP++2GSH(glutatione).Inquestareazioneintervienelaglutationereduttasi.Ilribosiononservepertantoallacelluladelglobulorosso.ItessutichefannofermentazionelatticausanomoltoilNADPHpermantenerelostatoredoxedeliminareiradicaliliberi.Quando una cellula usa prevalentemente il NADPH, ricicla il ribulosio-5-fosfato (intermedio amonte delribosio-5-fosfato)etramiteglienzimitranschetolasietransaldolasirigeneraunanuovamolecoladiglucosio-6-fosfato. Nella fase non ossidativa (da ribulosio 5-fosfato a glucosio-6-fosfato) vengono prodottimonosaccaridia3,4,5,7atomidicarbonio.

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Faseossidativa

1. Sipartedalglucosio6-fosfatocheèilsubstratodienzimaglucosio-6-fosfatodeidrogenasi.Questoenzima ossida il carbonio 1 del glucosio, che diventa, da emiacetale ciclico, un estere ciclicochiamato6-fosfoglucono-δ-lattone.

2. L’esteresiidrolizza,siaprel’anellotramitelalattonasiel’H2O.Siottieneil6-fosfogluconato.IlglucosioèstatoossidatoirreversibilmenteegliequivalentiriducentisonotrasformatiaNADPH.

3. Il 6-fosfogluconato subisce una decarbossilazione ossidativa trasformandosi in D-ribulosio-5-fosfato: l’enzima 6-fosfogluconato deidrogenasi ossida il carbonio 3 (trasformando il gruppoalcolicosecondarioinchetonico)esuccessivamentepromuoveladecarbossilazioneinposizione1,perdendoilgruppocarbossilicoeeliminandolaCO2.

4. IlD-ribulosio-5-fosfatopuòessereconvertitoinribosio-5-fosfatodaunafosfopentosioisomerasi,chetrasformailchetopenstosioinaldopentosio,ilribosio-5-fosfato.

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FASE OSSIDATIVA

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FASE OSSIDATIVA

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FasenonossidativaInquestafasevienericiclatoloscheletrocarboniosodelribosio-5-fosfato.

1. Partedelribulosioèsubstratodiunaepimerasi,laribulosio-5-fosfatoepimerasi.Il ribulosiovienetrasformato inparte inribosioe inpartenelsuoepimero, ilxilulosio5-fosfato.Vieneepimerizzatoinposizione3.

2. Ilribosioeilxilulosiosonosubstratodell’enzimatranschetolasi:questoenzimaprendeilcarbonio1e2diqualsiasichetosiodonatoreelotrasferiscesuunaldosioaccettore.L’aldosiochehaaccettatodiventaunaldosiopiùlungodidueatomidicarbonio;mentreilchetosiodipartenzahapersodueatomidicarbonioediventaaldosio.Latranschetolasiprendedueatomidicarboniodalloxilulosioelitrasferiscesulribosioottenendol’aldosiogliceraldeide3-fosfatoeunchetosioa7atomidicarbonio,ilsedoeptulosio7-fosfato.

3. La gliceraldeide e il sedoeptulosio reagiscono tra di loro tramite la transaldolasi: questo enzimaprendel’unitàa3atomidicarboniodalchetosioelatrasferiscesull’aldosio.Ilsedoeptulosiodivental’aldosio eritrosio 4-fosfato. La gliceraldeide che ha acquista l’unità a 3C diventa il chetoesosofruttosio-6-fosfatotramiteglienzimitriosofosfatoisomerasi,aldolasi,fruttosio1-6-bisfosfatasi.

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FASE NON OSSIDATIVA

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4. Lacellulaorapuòtrasformareconun’isomerasi ilfruttosio6-fosfato inglucosio6-fosfato.Invece

l’eritrosio4-fosfatoreagisceconun’altramolecoladixilulosio-5-fosfatoinunareazionecatalizzatadallatranschetolasi.

Questaviametabolicaèregolatainmanieraallosterica:ilmodulatoreallostericoèilNADPH.Quandonellacellula ci sono adeguate concentrazioni di NADPH viene inibito il primo enzima, la glucosio-6-fosfatodeidrogenasi,eilglucosiocherimanenellacellulavienedirottatonellaglicolisi.QuandoilNADPHdiminuisceilglucosio6-fosfatotornaadessereossidatoinquestavia.Questaviametabolicaèmoltoattivaneiglobuli rossi,nel fegato. Ilmuscolo invece lasfruttamoltopocoperchélesuenecessitàbiosintetichesonoridotte.

ILMETABOLISMODELGLICOGENO

Aparteiglobulirossi,piùomenotuttiitessutipossonocontenereesintetizzareilglicogeno.Essoèperòpresentesoprattuttoneimuscolienelfegato.LAGLICOGENOLISIQuestoprocessometabolicodegradailglicogenotramiteglienzimiglicogenofosforilasiederamificante.Laglicogenofosforilasipartedalleestremitànonriducentidelglicogenoe,utilizzandounfosfatoinorganico,scinde il legameglicosidicoα-1-4 liberandounamolecoladiglucosio1-fosfato. Il glicogenoèdunquepiùcortodiunresiduo.Questoenzimausailcoenzimapiridossalfosfato(PLP),sintetizzatodallapiridossina.La glicogenofosforilasi degrada una catena lineare di glicogeno scindendo fino a 4 residui da unaramificazione.Dopo il quarto residuo interviene un secondo enzima, l’enzima deramificante che possiede due attivitàcatalitiche:

- Attività di transferasi: prende tre residui di glucosio da una delle due catene e li trasferisceall’estremitànonriducentedellacatenalineare.Ilglucosiolegatoconlegameα1-6rimanelungolaramificazione.

- Attivitàα1-6glucosidasica:idrolizzaillegameα1-6liberandoilglucosio,l’ultimodellaramificazione.Laglicogenofosforilasitornaadagirefinoa4residui,poiintervieneilderamificanteecosìvia.

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Ilglucosio1-fosfatoottenutovienetrasformatoinglucosio-6-fosfatotramitelafosfoglucomutasi.Ilgruppofosfatovienespostatodallaposizione1allaposizione6.L’enzimahagiànelsitoattivoungruppofosfatoesiformaunintermedioglucosio1,6-bisfosfato.Ilglucosio6-fosfatohadestinidiversinelfegato,nelmuscoloeneglialtritessutiperiferici:ilmuscololousaperlaglicolisiepertuttelesueproprienecessità;inveceilfegatononlousa,malodefosforila,attraversolaglucosio6-fosfatasipresentenelreticolo,eloimmettenelcircolosanguignopermantenereilivellinormalidiglicemia.

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LA GLICOGENOLISI

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LAGLICOGENOSINTESIQuestaviametabolicaavvieneadalteconcentrazionediglucosio-6-fosfato,peresempiodopoipasti.Ilglucosio6-fosfato viene trasformato inglucosio1-fosfato tramite la fosfoglucomutasi. Si trattadiunareazionereversibile,ilcuisensodipendedalleconcentrazionidisubstrato.Ilglucosio1-fosfatodeveesseretrasformatoinUDP-glucosiotramitel’enzimauridiltransferasi.

Meccanismo generale dell’uridiltransferasi: zucchero 1-fosfato +nucleotide trifosfato (NTP) à pirofosfato (PPi) + zucchero- NDP(nucleotide difosfato). La reazione è catalizzata dall’enzima NDP-zuccheropirofosforilasi. Il pirofosfatopuòesseredegradato a 2 fosfatiinorganicidallapirofosfatasi.

LaglicogenosintesiincominciaunavoltacheilglucosiovienetrasformatoinUDP.La glicogeno sintasi prende il glucosio dall’UDP-glucosio, rimuove l’UDP traferendolo su una catena diglicogenoperformareunlegameglicosidicoα1-4tramolecoladiglucosioedestremitànonriducentediunamolecoladiglicogeno,chesiallungadiunresiduo.

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LA GLICOGENOSINTESI

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Bisognainserireleramificazioniogni8residuigrazieall’enzimaramificante,l’amilo(1-4)(1-6)transglicosidasi.Perfarsìchel’enzimafunzionilacatenadeveaverealmeno11residuidiglucosio:l’enzimaprende7residui,scindeillegameα1-4eformaunnuovolegameα1-6sulquartoresiduoamonte.Moltecopieditalienzimilavoranocontemporaneamentealfinediformarelamacromolecoladiglicogeno.Successivamenteintervienelaglicongenosintasicheallungalacatena.

EnzimaramificanteLaglicogeninaL’enzimachepermettediformareilprecursoredelglicogenodacuiiniziatuttoilprocessoèlaglicogenina.Durantelafasedidigiunonotturnoilfegatoconsumatuttoilsuoglicogenoedunquedeveripartireaformarlodazero.Bisognausarel’enzimaglicogenina,undimerocontirosinainposizione194.Questoenzimasiautoglicosila:siattaccamolecolediUDP-glucosiosullatirosina.Laglicogeninasuccessivamentepuòaggiungerealprimoglucosioaltriglucositramitelegameglicosidicoα1-4formandounacatenadi7residuidiglucosio.Suquestacatenadi7glucosiintervieneilsistemaglicogenosintasi-ramificanteesicostruisconolemolecolediglicogeno.

Lamolecoladiglucosioèosmoticamenteattiva:seceneètroppolacellulasigonfia.Laglicemiaadigiunovale5,5mM;nellacellulaepaticailglucosiohaunaconcentrazionedi400mM,maselocompressiamoaglicogenolaconcentrazionedelglucosioscendefinoa0,1mM.

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Enzima ramificante: amilo(1 4)(1 6) transglicosidasi → →

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LA GLICOGENINA

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REGOLAZIONEDELLAGLICOLISIEDELLAGLUCONEOGENESINelfegatoenelreneèimportantecheleduevienonfunzioninocontemporaneamente.Intuttiitessutilaglicolisièregolatainmodotaledaaverevelocitàadeguataperrifornireitessutidienergia.Sitrattadiregolazionedeglienzimiimportantiperlaviametabolicairreversibile.Glienzimisonoregolatidamodulatoriallostericiodallefosforilazioni.Moltospessolafosforilazioneèl’esitodiattivazionediunacascatadisegnalazionechepartedaunrecettoredimembranagrazieallapresenzadideterminatiormonineltorrentecircolatoriochesonoingradodimodificareilmetabolismodiunacellula.Laregolazioneallostericaavvieneintempimoltorapidi,mentrelarispostaadunormoneavvieneintempimoltolunghi(daunminutoaqualchesecondo).Unaltromodoperregolarelaviametabolicaèl’influenzarelaquantitàdiproteinainunacellula,regolandol’espressionegenica(seilgenediventaeccessivol’organismointervieneinibendolasintesidinuovaproteinaemandandoattivamenteproteineasistemadidegradazioneconilproteasomaattivatodapoliubiquitina).Affinché una cellula possa usare il glucosio esso deve essere portato all’interno della cellula tramite deitrasportatori,iGLUT.IlGLUT1importabasalmenteilglucosio;ilGLUT2sitrovanelfegato,nell’intestinoenelleisolepancreaticheerimuovel’eccessodiglucosionelsangueeregolalasecrezionediinsulinadalpancreas;ilGLUT3sitrovanelcervelloeintuttelecelluleneuronali;ilGLUT4sitrovanelmuscolo,neltessutoadiposoenelfegatoedèregolatodainsulina;ilGLUT5èuntrasportatoredifruttosiopresentenell’intestino,neitesticolienelrene.QuandopresentiinmembranatrasportanoilglucosiosecondogradienteperchéT1èapertoversol’esternodellacellula;mentreilT2versol’internodellacellula.TuttiiGLUT,tranneil4,sonopresentinellamembranaefunzionanosecondogradiente.L’insulina regola la funzionalità del GLUT4: l’insulina è un ormone peptidico ipoglicerizzante (promuovel’ingresso del glucosio dal torrente circolatorio nelle cellule), sintetizzato dalle cellule beta delle isolepancreatiche,èrilasciataquandosihaglicemiaelevata.IlGLUT4sitrovanellamembranadialcunevescicoledellecellule.Quandosiattivailsignalingdell’insulina,levescicolesifondonoconlamembranaplasmaticaeilGLUT4vienesudiessaespostoelavoracomeglialtriGLUT,portandoilglucosiosecondogradientenellecellule.Quandoinvecel’insulinadiminuisce,mancalasegnalazioneavalledelrecettorechevieneendocitatoeconservatoall’internodellevescicole.Laprima reazione della glicolisi è la fosforilazione del glucosio a glucosio-6-fosfato tramite l’esochinasi:questo enzima ha 4 diversi isoenzimi presenti rispettivamente nel cervello e fegato,muscolo e tessutoadiposo, inmoltitessuti,nelfegatoepancreas.1,2,3sonopresentineitessutiperiferici.QuesteisoformedifferisconoancheperlaKmperilglucosio:1,2,3possiedonounaKmbassa,mentrela4nepossiedeunapiùelevata.L’attivitàdelleprimetreèinibitadallaproduzionedelglucosio-6-fosfato.

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L’esochinasi4èchiamataspessoglucochinasi.Lacolonnanel grafico in rosso rappresenta il valore di glicemia adigiuno:aconcentrazionifisiologiche(glicemiabasale),nonvi è produzione di insulina quindi sono attivati itrasportatoriGLUT1,GLUT2eGLUT3cheportanoilglucosioall’internodellacellulalecuiconcentrazionisonosufficientiall’attivitàmassimadelleprimetreisoformeesochinasiche.Nel fegato il glucosioentra tramite ilGLUT2,maessendopresente in condizioni glicemiche basali, non sufficientiall’attivitàdellaglucochinasi,essononentrainglicolisi.Laglucochinasivienesegregatanelnucleoinmodocheincondizioni di glicemia basale il glucosio non venga usatocomeprincipalefonteenergetica.

Quandoentraglucosionellacellula,essopuòessereinminimapartefosforilatoedisomerizzareafruttosio6-fosfato.SeleconcentrazionidiglucosiosonoinferioriallaKm,talemonosaccarideedilfruttosio6-fosfatoesercitanouncontrollonegativosull’enzimaesochinasiIV,ilqualevienetraslocatonelnucleoelegatoadunaproteinaregolatrice. Incondizionediglicemiapiùelevate,cioèquandoKm<[glucosio], l’attivitàdellaglucochinasi aumentae il glucosio6-fosfatopuòentrare inglicolisi (dipendenzadalla concentrazionedelglucosio).Sihaunmodicoaccumulodiglucosionelcitosolchepromuovelarotturadellegamefral’esochinasiIVelaproteinaregolatriceinmodotalechel’esochinasiritornanelcitosol.

Il secondo punto di regolazione è a livello della conversione fruttosio-6-fosfato in fruttosio 1,6-fosfato.L’enzimadellaglicolisièlafosfo-fruttosiochinasi-1,mentredellagluconeogenesilafruttosio1,6-bisfosfatasi.

RegolazioneallostericadellaPFK-1

Èattivatodall’AMP,ADPefruttosio2,6-bisfosfotatoedinibitodalcitratoedall’ATP.

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La glucochinasi viene segregata nel nucleo

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REGOLAZIONE ALLOSTERICA DELLA PFK-1

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REGOLAZIONE ALLOSTERICA DELLA PFK-1

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Glieffettoriallostericirispondono:- Allostatoenergetico;- All’ambienteintracellulare:dipendendodalpHdell’ambiente.SeilpHsiabbassa,laglicolisirallenta.

LaprincipalefontediprotoniH+èlaproduzionediacidolatticosottoformadilattato.SesiallontanaillattatoilpHvieneripristinato.MegliorallentarelaglicolisiperrispettareilvaloredipH.

- Disponibilitàdialtrerisorse:inquestocasointervieneilcitrato.Seiltessutopuòossidaremolecolediversedalglucosio,portandoaproduzionedimaggiorquantitàdiATP,lacellularisparmiaglucosio,inquantoottiene,daquestefonti,l’ATPnecessaria.SeilciclodiKrebsèaltamenteattivo,ilcitratosiaccumulanelmitocondrioemedianteunsistemashuttlevieneesportatoinpiccolapartenelcitosolregolandoquestoenzima)

- Rapporto insulina/glucagone (da esso dipende la concentrazione del fruttosio 1,6-bisfosfato):l’attivitàdellaPKF-1èmodulataanchedalfruttosio2,6-bisfosfato,prodottoinseguitoallasecrezionediinsulina.Un’altaglicemiaproduceinsulinachecausalaproduzionediquestointermedio:laPFK-1regolapositivamenteeinizialaglicolisi.

RegolazionedellaFBPasi-1QuestoenzimaèlacontropartedellaPFK-1.L’enzimavieneinibitoallostericamentedall’AMPedalfruttosio2,6-bisfosfato(èperquestochelaglicolisie lagluconeogenesinonagisconocontemporaneamente).Seèpresenteilfruttosio2,6-bisfosfato,laPFK-1èattiva,mentreseèassenteèinattiva(ilcontrarioavvieneperlaFBPasi-1).

Il fruttosio2,6-bisfosfato siottienepartendodal fruttosio6-fosfatocheviene fosforilato inposizione2aspesediATP tramite laPFK-2. Il fruttosio2,6-bisfosfatopuò ritornarea fruttosio6-fosfato idrolizzando ilfosfatoinposizione2tramiteFBPase-2.

Lareazioneèreversibileperchéèpresenteunafruttosio2,6-bisfosfatasi-2.PFK-2 e FBPasi-2 sono domini catalitici presenti su un’unica catena polipeptidica è regolata mediantefosforilazioneinserina.Quandol’enzimanonèfosforilato,èattivalaPFK-2èinattivo,mentrelaFBPasi-2èinattiva(defosforilazioneoperatadaunafosfoproteinafosfatasi,laPP2A).Lafosforilazionepertantostimolalagluconeogenesi,mentreladefosforilazionestimolalaglicolisi.Ilglucagoneregolapositivamentelafosforilazione(recettoreglucagone-proteina4-adenilatociclasi-PKA),mentrel’insulinaregolapositivamenteladefosforilazione(nonsiconosceilmeccanismoditaleattivazione).

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Nel fegato

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Nel fegato

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LastrutturadellaPP2Aècostituitadaunaproteinascaffold(impalcatura)che legaundominiocatalitico;questaPP2Apresentaduepossibilesubunitàregolatoriechepossonoprodurreduepossibilioloenzimi(1e2).Loxilulosio5-fosfatoregolapositivamentelaPP2AattivandoChREBPcheperdeungruppofosfatochevieneliberatocomefosfatoinorganico(da2-Pa1).LaproteinaChrREBPdefosforilataentranelnucleo,dovenuovamenteunaPP2A,modulatadaxilulosio5-fosfato, ladefosforila.ChREBP,privaoradigruppifosfati,legaunaproteina(mix)che legaaltreChREBP,che legaunamixeviacosì.Siattivadunquel’espressionegenicadiPK(piruvatochinasi),FAS(sintasidegliacidigrassi)eACC(acetilCoAcarbossilasi).Anche ilglucagoneagiscesecondounmeccanismoditraduzionedelsegnale,attivandounaproteinaGαs(attival'adenilatociclasi,quindilasintesidell'AMPciclico(cAMP))(ACàcAMPàPKA).LaPKAsimuovedalcitosolalnucleo,andandoafosforilareCREB(proteinachelegal’elementodirispostaalcAMP).CREB-PattivaCRE,andandoaregolarel’espressionegenicainpositivodellaPEPCK(carbossichinasidelfosfoenolpiruvato).

RegolazioneallostericadellaPKLAPK(piruvatochinasi)trasformailfosfoenolpiruvatoinpiruvatorimuovendoilgruppofosfatoperformarel’ATP.Nelfegatovièisoenzimaspecifico,ilpiruvatochinasiL,regolatodamodificazionepost-traduzionale,ovverounafosforilazione.Laformafosforilatadellapiruvatochinasièinattiva,quellanonfosforilataèattiva.La PKA è responsabile della fosforilazione e inattivazione dell’enzima, viene attivata a valle dellasegnalazionedelglucagonechepromuovel’AMPcicliconellacellula.Laproteinafosfatasi(PP)fosforilalaPKevieneattivataavalledellasegnalazionediinsulina.Intuttiglialtritessutic’èancheunaregolazioneallostericachepermettedimodularelavelocitàdiattivitàdellaPK:questimodulatori regolano l’isoformanonfosforilata inmanierapositiva (come il fruttosio1,6-bisfosfato chepromuove l’attivitàdellaPK)o inmanieranegativa (comeacetilCoAe acidi grassi a lungacatena:ilfegatolipuòusareperprodurreenergiaeilglucosiovienerisparmiato).Un altro modulatore allosterico negativo è l’alanina, importantissimo nel muscolo, dalla quale si puòottenereilpiruvatoediconseguenzaenergia.

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Regolazioneallostericadellapiruvatocarbossilasiedellapiruvatodeidrogenasi(PDH)Ilpiruvatoentratonelmitocondriopuòessereusatodallapiruvatocarbossilasioppuredall’acidocitrico.Perfar sì che avvenga la gluconeogenesi deve essere inibito il PDH e attivata la piruvato carbossilasi. Vienedunque impiegato un unicomodulatore che agisce contemporaneamente: l’acetilCoA attiva lapiruvatocarbossilasi, mentre inibisce il complesso della piruvato deidrogenasi. Questo acetilCoA non deriva dalcatabolismodeicarboidrati,madialtrisubstrati.

REGOLAZIONEDELMETABOLISMODELGLICOGENORegolazionedellaglicogenofosforilasiLaglicogenofosforilasi,enzimadimerico,vieneregolatainmaniera:

- Covalenteattraversolafosforilazione.Isitidifosforilazionesonodueevienefosforilatalaserina14diciascunodeiduemonomerideldimeroenzimatico.L’enzima fosforilato promuove un cambio conformazionale: la fosforilasi a rappresenta l’enzimanellasuaformafosforilataepresentalamassimaattività;lafosforilasibèl’enzimanellasuaformadefosforilataepresentalaminorattività.

- Allosterica:imodulatoriallostericinegativi,cheagisconosolosullaformamenoattiva,sonol’ATPeil glucosio-6-fosfato (prodotto finale della degradazione del glicogeno), mentre il modulatorepositivoèl’AMP.

Sonopresentiunachinasi,fosforilasibchinasi,chefosforilal’enzima,eunafosfatasi,fosforilasiafosfatasi(PP1),chedefosforilal’enzima.

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Regolazione allosterica della PK

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Regolazione allosterica della PEPCK e PDH

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Lafosforilasibchinasipuòrispondereall’attivitàdiormoni,qualiilglucagoneel’adrenalina.L’adrenalinaèimportantenelmuscolo,mentreilglucagoneagiscesulfegato.LaPP1rispondeaunasegnalazioneormonaleattivandol’insulina.Comeavvienelaregolazione:l’adrenalina,nelmuscolo,agiscepromuovendol’incrementodicalcioeAMP.Lafosforilasichinasi(costituitadaquattrosubunità)rispondealleconcentrazionicitosolichedicalciotramitelasubunitàδ,proteinacalmodulina,chelegailcalcio.Lafosforilasichinasirispondepositivamentealglucagonepoichéesso induce l’attivazionediunadenilatociclasi(attivazionePKAequindiattivazionedell’enzima).LaPP1èregolatainvecepositivamentedall’insulina(questoenzimapartecipasiaalladefosforilazionedellaGFasiaaquelladellaGFK).

Lafosforilasichinasipuòesistereinconformazionefosforilata(attiva)edefosforilata(menoattiva).LaPKA,attivatadaAMPciclicodopol’interazionedelglucagoneconlamembranaplasmatica,fosforilalafosforilasi chinasi, che si attiva, che fosforila la glicogeno fosforilasi attivandola. L’adrenalina regola lafosforilazionecomeilglucagone.Nelmuscoloaquestaregolazionesisovrapponelaregolazioneallostericaportatadalcalcioedall’AMPciclico.Ladefosforilazionedientrambiglienzimi(fosforilasiaefosforilasichinasi)èportataavantidallaPP1,avalled’insulina.

PP1,asuavolta,puòessereregolataesistendoinunostatofosforilatoeinunononfosforilato.LaPP1vieneattivatadall’insulina.LaPP1sicomplessaconlaproteinaGMchevienefosforilatasuresiduidiversidaduechinasidiverse,lachinasiinsulino-dipendenteelaPKA.Queste due chinasi non sono mai attivate contemporaneamente inquantolaPKAèattivaquandocisonoadrenalinaoglucagone,mentrelachinasiinsulino-dipendentequandoèpresentel’insulina.Quandocisonoadrenalinaeglucagone,ilGMfosforilatodallaPKA,sidissocia dalla PP1, che si libera dal complesso con gli enzimi del

metabolismodelglicogenoedinteragisceconuninibitorecheinattivalaPP1.L’inibitoreasuavoltadeveesserenelsuostatofosforilatotramitelaPKA.Quandoinvecec’èl’insulina,GMfosforilato interagisceconlaPP1chevieneattivatoedefosforila isuoisubstrati(glicogenofosforilasieglicogenosintasi).

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Regolazione della glicogeno fosforilasi

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Regolazione della PP1

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È necessario avere tale regolazione perché è un esempio di amplificazione del segnale, una cascata difosforilazioniavalledelglucagoneeadrenalina,perottimizzareilnostrosistema,inquantodaunasingolamolecoladiormonesiottengono10000molecolediglucosionelsangue.

Loscopodelladegradazionedelglicogenoaglucosioèdiversanelfegatoenelmuscolo.Nelfegatoilglucosioottenuto viene liberato nel torrente circolatorio e poi entra nelle varie cellule contribuendo al valore diglicemia.Ilfegatopuòpercepirequestaconcentrazioneematicadiglucosioeregolarediconseguenzatuttoil processo. Il glucosio nel sangue entra nelle cellule epatiche con i trasportatori, ma non viene subitofosforilatoinquantol’esochinasinonèattiva.Isitifosforilatiattivisonoracchiusiall’internodellaglicogenofosforilasi.Quandovengonolegateduemolecolediglucosio,isitifosforilativengonoespostiepuòagirelaPP1(regolazionenegativadaglucosio).Lafosforilasiaepaticaagiscecomesensorediglucosioematico.Ilmuscolodegradailglicogenoaglucosiocherimanenelmuscolopercreareenergia.Ilglucosioepaticosiesauriscenell’arcodiunanotte.Quandosihailglucagonesiattivanounaseriedichinasiequindièresponsabiledellafosforilazionediunaseriedienzimi.Quandol’insulinaèpresente,attivadellefosfatasichedefosforilanocausandoun’inibizionediquestienzimi.

RegolazionedellaglicogenosintasiAnchelaglicogenosintasièpresentenellaformaattivaenellaformainattiva.Laglicogenosintasiadefosforilataèattiva,mentrelaglicogenosintasibfosforilataèinattiva.L’enzimachedefosforilaèlaPP1.Glienzimicheinvecefosforilanosono11enzimieiduepiùimportantisonolaCK2,caseinachinasi2,elaGSK3,glicogenosintasichinasi3.LaGSK3èinibitaavalledell’insulinachenelfrattempoattivalaPP1.

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Regolazione della glicogeno fosforilasi eptica

Sensore di glucosio ematico

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Ilglucagoneel’adrenalinainibisconoilPP1.IlPP1rispondepositivamenteancheaconcentrazionidiglucosioe glucosio-6-fosfato, i precursori della sintesi di glicogeno. Se questi due precursori sono abbandonantiattivanoilPP1chedefosforilalaglicogenosintasiattivandola.Laglicogenosintasib,menoattivaefosforilata,puòessereattivatadaunmodulatoreallosterico,ilglucosio6-fosfato,seèmoltoabbondante.LaGSK3,peressereattivata,habisognocheilsuoenzimabersaglioabbiagiàunafosforilazionechefunzionadapriming.CiòpermetteallaGSK3diinteragireconlaglicogenosintasi:quandoGSK3halegatoGS,usandoilfosfatoinseritodaCK2,puòscorrereandandoafosforilareinposizione3laglicogenosintasichesiinattiva.

ILMETABOLISMODEILIPIDI

DIGESTIONEEASSORBIMENTOConladietasiintroduconolipididituttiitipi,maprevalentementetrigliceridiecolesterolo.Questemolecolesonoidrofobiche,mentreglienzimisonosolubiliinacqua.Comesiincontranoilipidieglienzimideputatiallalorodigestione,lelipasi?Lelipasisitrovanonelplasma,neltrattogastro-intestinale.Lalipasigastricadigerisceitrigliceridi,rimuovendogliacidigrassi:sipossonootteneregliacidigrassiliberi,idiacilgliceroliemonoacilgliceroli.Èunalipasilentacherompelamassaoleosaintrodottaingocciolinepiùpiccole in un’emulsione. Le gocce lipidiche sono composte dai trigliceridi non digeriti e dai derivati didigestioneparzialeototale.

Questemolecolediemulsionepassanonell’intestinodoveviene laveraepropriadigestionedei lipidi.Legocceottenutesonoancorainsolubili,maaumentalasuperficieaggredibileperchésonopiùpiccole.Peresseredigeritedaglienzimiintestinalidioriginepancreaticaquesti lipididevonoessereulteriormentesolubilizzatigrazieaisalibiliari.Isali(oacidiinbaseallostatodiprotonazione)biliarisonoprodottinelfegato

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Regolazione della glicogeno sintasi

G6P

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negli epatociti, come coniugati dell’AcetilCoA, a partire dal colesterolo: si ottiene l’acido colico (CA) echenodeossicolico (CDCA). Questi due acidi possono essere successivamente coniugati allaglicina e allataurinaformandogliacidibiliareconiugati,l’acidoglicocolicoel’acidotaurocolico.

Isalibiliariconiugatisonopoiconservatiincistifelleaepoirilasciatinelduodenoduranteladigestione.Per molto tempo si è ritenuto che gli acidi biliari fossero coinvolti in quattro funzioni primariefisiologicamenteimportanti:

- Lalorosintesieseguenteescrezionenellefecirappresental’unicomeccanismoperl’eliminazionedelcolesteroloineccesso.

- Gliacidibiliarieifosfolipidisolubilizzanoilcolesterolonellabile,quindiprevenendolaprecipitazionedelcolesterolonellacistifellea

- Lorofacilitanoladigestionedeitriacilglicerolidelladieta,tramitel’actinacomeagentecherendegliacidigrassiaccessibiliallalipasipancreatica.

- Lorofacilitanol’assorbimentointestinaledellevitamineliposolubili.Oggi invece si pensa che gli acidi biliari siano coinvolti nel controllo del loro stesso metabolismo e deltrasporto attraverso la circolazione enteroepatica; regolano ilmetabolismo dei lipidi, ilmetabolismo delglucosio, controllanogli eventidi segnalazionenella rigenerazionedel fegato,e la regolazionedi tutta laspesaenergetica.Gliacidibiliari,soprattuttol’acidochenodeossicolicoel’acidocolico,possonoregolarel’espressionedeigenicoinvoltinellalorosintesicreandounciclodifeed-back.

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Acidi Biliari

Primari

Coniugati

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IlrecettorelegatodagliacidibiliarièilrecettorefarnesoideX.Questorecettoresipuòtrovarenelnucleoonelcitoplasma.IrecettoriFXRappartengonoallasuperfamigliadirecettorinuclearicheincludonolafamigliadeirecettoridell’ormonesteroide/tiroide;ilrecettoreXdelfegato;ilrecettoreXdelretinoide.Èpresenteunaviaenteroepaticadirecuperodegliacidibiliari.Il95%degliacidibiliari,riversatinell’intestino,sonoriassorbitia livellodell’ileodistale. Il riassorbimentoavviene attraverso il trasportatore sodio-dipendente apicale della bile (ASBT) presentemembrana ciliatadell’’enterocita. La proteina ileale acido biliare legante (IBABP) è coinvolta nel trasporto di sali biliariattraverso il citosol dell’enterocita verso la membrana basolaterale. Una volta che i sali biliari hannoraggiunto la membrana basolaterale, sono trasportati nel sangue dal trasportatore eterodimericoOSTα/ΟSTβ.Il5%chenonvieneriassorbitonell’ileointestinalediventasubstratodellafloraanerobicapresentenelcolone i batteri generano degli acidi biliari secondari, come ildeossipolato, l’ursodeossicolato e il litocolato.Questiacidibiliarisecondaripossonoessereriassorbitipassivamentedalcolonotornanoalfegatoevengonoriciclatioppurerimangononell’intestinoevengonoescreti.Emulsionare i lipidi significa creare micelle miste, formate da sali biliari e trigliceridi. Queste micellepresentanounastrutturaabastoncino.Legocciolinepossonoessereattaccatedallalipasipancreaticaelacolipasi.

La lipasipancreaticaè inibitadaisalibiliarieattivatadallacolipasi.Essaliberagliacidigrassirompendoilegamiestereesiottengonoquindiacidigrassieglicerolo.La lipasipancreaticaA2utilizzacomesubstrati ifosfatidi,degradandoil legameesteredelcarbonio2delglicerologenerandounacidograssoeunlisofosfatide.

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LIPASIPANCREATICA

Inibita da Sali biliariAttivata da Colipasi

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Gli acidi grassi e il glicerolo prodotti si trovano nel lume intestinale e sono riassorbite dagli enterociti.All’internodeglienterocitigliacidigrassiacatenamedia(<=10C)possonoessereassorbitidirettamenteneltorrente circolatorio; quelli a lunga catena invece sono utilizzati dall’enterocita per risintetizzare deitriacilglicerolidinuovasintesi.Itracilglicerolisonoincorporatineichilomicroni.

Ichilomicronipresentanodei fosfolipididimembrana,dellemolecoledicolesterolochecreanounmonostrato che delimita la struttura, e sono delle molecole solubili. All’interno della struttura ci sono itriacilgliceroli, gli esteri del colesterolo, presenti in quantità proporzionale a ciò che si mangia, e delleproteineintegralidimembranachesonochiamateapolipoproteine.Unavoltachequestastrutturavieneassemblata,essavienerilasciataneltorrentelinfatico.Successivamentepasseràalivellodeldottotoraciconeltorrentecircolatorioperraggiungereitessuti.

Ichilomicroniappartengono,insiemealleVLDL,LDLeHDL,allelipoproteinepresentinelplasma.Ichilomicronisonolepiùgrandi,leHDLsonoinvecelepiùpiccole.Ogniclassedi lipoproteinapresentauncorredospecificodiapolipoproteine. Il riconoscimentotracellulebersaglioelipoproteinaèmediatodariconoscimentoantigene-ligando.Ichilomicronirilascianoedistribuisconogliacidigrassiaitessuti.Affinchél’acidograssosiacedutoaltessutodeve essere staccato dal trigliceride tramite una lipasi specifica per le lipoproteine (lipoproteina lipasi),presentesullamembranadellecelluleendotelialideicapillari.LalipoproteinalipasiriconosceichilomicronigrazieallaapolipoproteinaCII.Aquestopunto la lipasidegrada itrigliceridiagliceroloeacidigrassichepossonoessereassorbitidai tessuti.Quandounchilomicrone siè svuotatovienechiamato rimanenzadichilomicrone:alsuointernosonorimastigliesteridicolesterolochevengonoriassorbitieusatidalfegato.Ilpercorsodelcolesteroloalimentare,versoilfegato,èunaviaesogena.

LeVLDLSonosintetizzatedal fegato,strutturasimilealchilomicrone. Il fegato inseriscenelleVLDLdelcolesteroloesterificatoeitriglicerididinuovasintesiepatica.L’APOCIIel’APOB100sonolepiùimportantiapolipoproteinericonosciutealivelloendoteliale.

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STRUTTURA DI UN CHILOMICRONE

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L’APOC IInellaVLDLè identicoaquellodeichilomicroni inquantoriconoscetutte le lipoproteineche lapresentano, si lega alla lipoproteina lipasi chedegrada i trigliceridi nelleVLDL liberando glicerolo e acidigrassi,cheverrannoassorbitidaitessuti.Laparticellaprogredendoperdeilsuocontenutointrigliceridiesiarricchiscedicolesterolo.LaVLDLsvuotatasichiamaIDL,lipoproteinaadensitàintermedia.LeLDLLa IDLdiventapoiLDLcambiandostruttura: laAPOB100delleVLDLcambiandostrutturasiesponesullasuperficiedella lipoproteina; le lipoproteinecomunicanotradi loroscambiandosi frazionidimembranaeapolipoproteine.LaIDLperdeAPOCII.Le LDL trasferiscono il colesterolo al muscolo, altessuto adiposo, alla ghiandola surrenale e allegonadi, che usano il colesterolo per sintetizzareormoni. Il meccanismo sfruttato dalle LDL è unmeccanismodi endocitosimediata da recettore.La lipoproteina endocitata viene degradata neilisosomi inamminoacidi,acidigrassiecolesterolo(questo viene conservato in goccioline lipidichenella cellula) e il recettore viene riciclato sullasuperficiedellacellula.Il riconoscimento lipoproteina-recettore:l’antigenericonosciutosulleLDLèl’APOB100.QuandolaquantitàdiLDLincircoloèelevata,c’ètrasporto sostanziale di essa nei macrofagi chediventanocelluleschiumose,dandoancheorigineaprocessipatologiciaterosclerotici.LeHDLLeHDLsonosintetizzatedalfegato,dall’intestinoesipossonoformareincircolodalleporzionidimembranarilasciatedalleLDL.Vengonosintetizzatecomesacchettivuoti.Lalorofunzioneèquelladiandareepassaretraivaritessutiperifericidallecuicellulerecuperanoilcolesteroloineccessoperquestecellule.QuandosiriempionodiventandosferesonochiamateHDLmature.EsseportanoilcolesterolorecuperatoalfegatochelericonosceperilrecettoreSRBI.Ilfegatolousainmanieradiversaasecondadellesuenecessità:esterificarloemandarloincircolonelleLDL,persintetizzareisalibiliare,inseritonellabilecomecolesterololiberoepoidefinitivamenteeleminato.Sitrattadiuntrasportoinversodelcolesterolo.Ilcolesteroloèunamolecolafondamentaleperilnostroorganismocheperòpuòdiventarenocivoquandosuperalenecessità.IlcolesterolocattivoèquellodelleLDLchesiaccumulanellecelluleschiumoseecreadanni.

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ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE DELLE LDL

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MOBILIZZAZIONEORMONE-DIPENDENTE(GLUCAGONE)DEITRACILGLICEROLINELTESSUTOADIPOSOI trigliceridiaccumulatinellegocce lipidichedevonoesseredigeritiagliceroloeacidigrassiattraversotrelipasi (lipasiormone sensibileHSL chedigerisce i diacilgliceroli, triacilglicerolo lipasi che rimuove l’acidograssoinposizione2ATGLelamonoacilglicerololipasiMGL).Questo processo avviene solamente a digiuno quando il glucagone è un circolo. L’esito del legame delglucagonealsuorecettoreportaall’attivazionedellaPKA.LaPKAfosforiladuediversisubstrati:vieneperprimafosforilatalaHSLchesiattiva.Laperilipinacircondalegoccelipidicheeleproteggedall’attaccodellelipasi.LaperilipinanonfosforilataèancheassociataallaproteinaCGI.LaPKAfosforilaanchelaperilipinachesidissociadallaproteinaCGIdaunaparteedall’altrapartepermettel’accessodellaHSLallagoccialipidica.LaCGIrilasciatainteragisceconlalipasichedegradaitrigliceridi,ATGL,chesiattiva.LaMGLègiàattiva,quandononc’èlaperilipinaessasiattiva.Il glicerolo che è solubile può viaggiare da solo nel torrente circolatorio e viene recuperato dal fegato adigiuno.Gliacidigrassiinvecesonolegatiaunaproteinaditrasporto,l’albuminasierica,chepuòlegareda8a10acidigrassiesarannorilasciatineitessutiperifericiattraversodeitrasportatoripergliacidigrassi(ilpiùimportanteèilCD36,riconosciutocomerecettorespazzatura).

DESTINODELGLICEROLOIlglicerolonelfegatovienetrasformatoagliceraldeide3-fosfatograzieall’azioneditreenzimi,laglicerolochinasi,laglicerolo3-fosfatodeidrogenasietriosofosfatoisomerasi.Ildestinodelgliceroloèdifinireinglicolisioppureingluconeogenesisesièadigiuno.

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Mobilizzazione ormone-dipendente dei triacilgliceroli conservati nel tessuto adiposo

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DESTINO DEL GLICEROLO

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DESTINODEGLIACIDIGRASSIAdigiunoildestinoprincipaleèl’ossidazionecheavvieneneimitocondri.Quandoentrainunacellulal’acidograsso viene attivato. L’acido grasso, entrato in cellula, viene coniugato con ilCoA diventando solubile,tramite l’enzimaacilCoAsintetasi,enzima integraledellamembranamitocondrialeesternaedel reticoloendoplasmatico.Occorreunnotevoleinvestimentoenergeticocheequivaleaduelegamifosfodiesterici.SiimpiegaunasolamolecoladiATPinquantosiusal’energiacontenutainentrambiilegamifosfodiesterici.L’ATPadenila l’acidograsso liberandopirofosfatoegenerandoun’anidridemista inquantol’AMPsi legaall’acidograsso.Successivamenteentral’acilCoAedescel’AMP.Ilpirofosfatovieneidrolizzatoaduefosfatiinorganici.

LaconiugazioneconilCoAavvienesullatocitosolico.L’ossidazioneinveceavvieneneimitocondri:bisognatrasferirel’acilCoAdalcitosolallamatriceattraversounsistemashuttle,rappresentatodallacarnitina.Inquestosistemashuttlesonopresenti1trasportatoreantiporto,l’enzimacarnitinaaciltransferasiIsullatocitosolicoel’enzimacarnitinaaciltransferasiIIsullatomitocondriale.IlCoA resta nel citoplasma e si forma l’acilcarnitina. Questa sfrutta il suo trasportatore per entrare nelmitocondrio,doveèpresentel’altroenzimacheusailCoAperriformarel’AcilCoA.Lacarnitinaliberatornafuoridalmitocondrio,doverincominciailtrasporto.Gliacidigrassilegatiaquestoshuttlesonogliacidigrassialungacatena;quelliacortacatenaentranoneimitocondrisenzasfruttareiltrasportatoreediventanoacilCoAsolodopoessereentratineimitocondri.NelmitocondrioesisteacilCoAsintetasispecifico.

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DESTINO DEGLI ACIDI GRASSI

ER

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Ingresso degli acidi grassi nei mitocondri

(3R)-3-hydroxy-4-(trimethylazaniumyl)butanoate

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Fasidell’ossidazionedegliacidigrassi1. Unaprimaossidazioneparzialeattraversounaviaspecifica,laβossidazione.Siottengonol’acetilCoA

eNADHe FADH2. Liberaunamolecola di acetilCoA alla volta rimuovendodue atomi di carboniodall’acidograsso.

2. L’ossidazionecompletadell’acetilCoAelasintesidiATPvieneraggiuntaattraversoduevie:nell’acidocitricosiossidal’acetilCoAproducendoCO2ecoenzimiridottichevengonousatialivellodellacatenaditrasportodeglielettroniottenendoATP.

LAβOSSIDAZIONEGlienzimipresentiinquestafaseossidativapossonoesserepresenticomeenzimisolubilinellamatricecheossidanoacidigrassiconmassimo12C.PergliacidipiùlunghiesistelaproteinatrifunzionaledimembranaTFPformatadaquattrosubunitàα(enoil-CoAidratasi;β-idrossiacil-CoAdeidrogenasi)equattrosubunitàβ(tiolasi).Inquestareazionevieneossidatoilcarbonioinposizioneβdell’acidograsso.

1. Il palmitoil-CoA a 16C viene ossidato dall’enzima acil-CoAdeidrogenasi a trans-Δ2- enoil-CoA. Nel frattempo il FADviene ridottoaFADH2. Èmolto importanteche ilprodottoottenuto sia trans in quanto l’enzima successivo idratasiriconoscesolamenteleconfigurazionitrans.

2. Aldoppiolegamedeltrans-Δ2-enoil-CoAvieneaggiuntaunamolecolad’acquadall’enzimaenoil-CoAesiottienecosìilL-β-idrossiacilCoA.

3. Ilgruppoossidrileinposizioneβvienedeidrogenatodallaβ-idrossiacil-CoA deidrogenasi diventando un gruppochetonico.Ilprodottoottenutoèilβ-chetoacil-CoA.

4. Ilβ-chetoacil-CoAvienetrasformatoinacil-CoAeacetil-CoAdall’enzimatiolasi(acil-CoAacetiltransferasi)cheaggiungeilCoA. Inquestocaso,partendodall’acidopalmitco l’acil-CoAchesiottienesichiamamirisoil-CoA.

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Fasi dell’ossidazione degli acidi grassi

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La via di ossidazione degli acidi grassi: la -ossidazione

C>12 TFP in membranaProteina trifunzionale 44 Subunità : enoil-CoA idratasi

-idrossiacil-CoA deidrogenasiSubunità : Tiolasi

C=12 in matriceLa demolizione è completata da quattro enzimi solubili in matrice

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INADHchesiformanosiavvicinanoperdiffusionealcomplesso1etrasferisconoilororiducenti.InveceiFADH2 sono legati covalentemente ai loro enzimi. Gli equivalenti riducenti vengono ceduti a catena ditrasportoconETF,chepresentaalsuointernoFAD,eETF:Qossidoriduttasi,chepresentaalsuointernoFADecentriferro-zolfo,epoialcoenzimaQ.

L’ossidazione completa di una molecola di palmitato utilizza l’energia dall’idrolisi di due legami ad altaenergia,quindiilguadagnonettonell’ossidazionedelpamitatoèparia106molecolediATP.L’ossidazionediacidigrassimonoinsaturiL’oleoilCoApresentaun’insaturazioneinposizione9conparticolareconformazionecis.Iprimitreciclidellaβ-ossidazione procedono come quelli del palmitato,ma alla fine di questi tre cicli si ottiene un cis- Δ3-dodecenoil-CoA. Interviene dunque l’enzima Δ3,Δ2 -enoil-CoA isomerasi che lo trasforma in trans-Δ2 -dodecenoil-CoA che può diventare substrato dell’enzima idratasi e la β-ossidazione può procederenormalmentecomenelpalmitato.PeraggiungereidoppilegamibisognausareladeidrogenasichegeneraFADH2.AvendogiàundoppiolegamesiottienemenoFADH,menoATPrispettoall’acidograssosaturo.

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Ossidazione di un acido grasso monoinsaturo

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L’ossidazionediacidograssopolinsaturoanCpariIl linoleolil-CoA presentaun’insaturazioneinposizione9e12conconformazionecis.Laprimapartepuòessereossidatainβ-ossidazioneedopotreciclisiottieneunacidograssoinsaturoa12C.L’enzimaΔ3,Δ2-enoil-CoAisomerasitrasformailΔ3cis inΔ2trans.Questoacidograsso,iltrans-Δ2-cis-Δ6,puòsubireunaltrociclodiβ-ossidazioneelaprimaossidazionedelsecondocicloarrivandoaesseretrasformatointrans-Δ2-cis-Δ4.Suquestonuovoprodottoagiscel’enzima2,4-dienoil-CoAreduttasiche,utilizzandoNADH,riduceidoppilegamieformailtrans-Δ3.Iltrans-Δ3vieneisomerizzatoatrans-Δ2grazieall’enzimaenoil-CoAisomerasi.Laβ-ossidazionepuòprocedereperaltriquattrociclifinoadottenereil5acetilCoA.

L’ossidazionediacidograssoinsaturonCdispariIlpropionil-CoApuòesseremodificato,inquantononèsubstratodinessunenzimadellaβ-ossidazione,peressereutilizzatocomeintermediodell’acidocitrico.Laprimareazionechesubisceèunacarbossilazioneattraversolapropinil-CoAcarbossilasi.Vengonoancheimpiegatil’ATP,labiotinaeilHCO3

-.Ilbicarbonatovieneattaccatoalcarbonioinposizione2esiformailD-metimaloninCoAchepoivienetrasformatonell’isomeroL-metilmaloninCoAgrazieaunaepimerasi.L-metilmaloninCoA viene trasformato, attraverso il metilmalonilCoA mutasi, in succinil-CoA, che è unintermediodell’acidocitrico.Lametilmalonil-CoAmutasiinverteilprotoneconilgruppotiolico.IlcoenzimaB12,derivatodallavitaminaB12,mantienel’identitàdeigruppi.

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Ossidazione di un acido grasso polinsaturo n C pari

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Ossidazione di un acido grasso polinsaturo n C dispari

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NelcoenzimaB12èpresentel’anellocorrinicoeilcobalto.BisognasapereilmeccanismoconcuiilcoenzimaB12partecipaallacatalisidellamutasi.

CoenzimaB12

Ilcoenzimaèingradodifarelospostamentosenzaconfonderegliatomidaspostareconquellidell’ambientecircostante.Laporzionefondamentaleperlacatalisièilcobalto,coordinatodaquattroatomidiazoto.NelcoenimaB12èpresenteladeossiadenosina.Ilcobaltosiossidaeilsuonumerodiossidazionepassada2+a3+perchéillegametraCH2ecobaltosirompeperscissioneomolitica(glielettronitornanoognunoall’atomochelihamessiincondivisone).Sigeneranoradicalisulladeossiadenosina.Ilradicaleformatosiinteragisceconilsubstratoerimuovel’idrogeno,semprecon unmeccanismoomolitico, del substrato formando il CH3 legato alla deossiadenosina. Il radicale oradunqueèpresentesulsubstrato.Grazieaunriarrangiamento,glielettronidellamolecolasiorganizzanodiversamenteperformareilradicalepiùstabile.Ilradicalesispostadauncarbonioall’altro.Ritornaadinteragireconladeossiadenosinaesiriprendel’atomodiidrogenocedutoprecedentemente.Siformailprodottorilasciatodall’enzimaenell’ultimareazione,cheavvienealivellodell’enzima,siriformaillegametrailcobaltoel’adenosina.Ilcobaltoritornanellasuaformadiione3+epuòcatalizzareunanuovareazione.

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Il coenzima B12

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REGOLAZIONEORMONALEDELLAβ-OSSIDAZIONEMITOCONDRIALEIlprincipalemodulatorechelaregolaèilmanoil-CoA.Essoèilprimointermediodellasintesidegliacidigrassiche avviene nelle cellule. Si vuole impedire che gli acidi grassi neosintetizzati entrino nel mitocondrio(attraversoloshuttledellacarnitina)evenganoimmediatamenteossidati.Questamolecola,quindi,fungedamodulatoreallostericodellacarnitinaacil-transferasiI.S9ikeèpresenteimpediscel’ingressodegliacidigrassideimitocondriattraversoloshuttledellacarnitina.Lasintesidimanoil-CoAèregolatadainsulinaeglucagonechepossonoquindiindirettamenteregolarelaβ-ossidazione.Sedunqueèpresenteilmanoil-CoAsisintetizzanogliacidigrassi,altrimentiinizialaβ-ossidazione.La velocità, nel mitocondrio, delle reazioni della β-ossidazione è controllata dal rapporto NADH-NAD+.L’enzimacherispondeaquestorapportoèlaβ-idrossiacil-CoAdeidrogenasi,chevieneinibitainpresenzaditantoNADHerallentalereazionidellaβ-ossidazione.Anchealivellodellatiolasiavvieneregolazione:latiolasièinibitadaelevateconcentrazionidiacetil-CoA.È presente anche una regolazione a lungo termine che prevede la regolazione della trascrizione degli enzimicoinvoltiinquestaviametabolica.IrecettoricheregolanoquestatrascrizionesonoiPPAR(α,β,γ,δconspecificitàdiverse).IlPPARαagiscenelmuscolo,neltessutoadiposoenelfegato.

OSSIDAZIONENEIPEROSSISOMIL’ossidazionedegliacidigrassipuòavvenireancheneiperossisomi.L’energia liberatatramite l’ossidazioneneiperossisomièutilizzataperprodurrecalore(neiperossisominonavvienenéilciclodiKrebsnélarespirazionecellulare).Laprimagrandedifferenzaconlaβ-ossidazioneèalivellodelprimoenzima:gliequivalentiriducenti,cedutialFADH2 non vengono ceduti alla catena respiratoria, ma vengono recuperati, grazie alla flavoproteinadeidroganasi, dall’ossigeno (O2) che diventa acqua ossigenata (H2O2). I perossisomi contengono l’enzimacatalasicheriducel’acquaossigenataadacquaeossigeno.L’altradifferenzariguardailruolodelNADHottenutodallaterzareazionecheescedalperossisomaperdiffusioneevieneriossidatoaNAD+.L’acetil-CoA,prodottoneiperossisomi,nonpuòessereutilizzatoevieneesportatonelcitoplasma.I perossisomi riescono ad ossidare acidi grassi a catena molto lunga come l’acido esacosanoico e a catenaramificatacomel’acidofitanicoepristanico.

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Regolazione ormonale della b-ossidazione

mitocondriale

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DIFFERENZEl’energia liberata nei perossisomi e’utilizzata per produrre calore.

prima tappa: nei perossisomi laflavoproteina deidrogenasipassa direttamente gli elettroniall’ossigeno generando H2O2 cheviene scisso dalla catalasi.

specificità per gli acidi grassi:il sistema perossisomiale è maggiormente attivo su acidigrassi a catena molto lungacome l’acido esacosanoico (26:0) e quelli a catena ramificata come gli acidi fitanico e pristanico.

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ω-OSSIDAZIONEAlcuniacidigrassiacatenacorta(10-12C)possonosubirelaω-ossidazionecheavvienenelreticoloendoplasmaticodelfegatoedelrene.Siossidal’ultimocarbonioinposizioneω.L’ossidazionecompletaportaallaformazionediacididicarbossilici.

1. Ossidazionedelgruppometilicoinposizioneomegatramitel’enzimal’ossidasiafunzionemistacheusacomecoenzimadonatoreilNADPHel’O2.Vienedunqueintrodottounossigeno,sottoformadigruppo-OH,connumerodiossidazioneinferiore.

2. L’alcol deidrogenasi converte il gruppo alcolico in aldeide.Gli equivalenti riducenti vengonopresi dalNAD+,chediventaNADH.

3. L’aldeidevieneossidatoagruppocarbossilicotramitela laaldeidedeidrogenasi.Siottienecosì l’acidodicarbossilico.

4. L’acidodicarbossilicovieneconiugatoconilCoAepuòsubireβ-ossidazioneinentrambeleestremità.Iprodottiprincipalisonoilsuccinato(cheentranelciclodiKrebs)el’acidoadipico(metabolizzatoprimadientrarenelciclodiKrebs).

α-OSSIDAZIONEGli acidi grassi ramificati, come l’acido fitanico, vengono ossidati per α-ossidazionenei perossisomi.Essisvolgonoquestaossidazioneinquantoquestiacidinonsonosubstratidiβ-ossidazione.Ilprodottodiquestaossidazioneèilpropionil-CoA,convertitosuccessivamenteinacetil-CoAcheentrerànelciclodiKrebs.ICORPICHETONICISonoprodottidalnostroorganismo inmaniera fisiologica incondizionididigiuno.Vengonoprodotteneimitocondri del fegato che non li sa utilizzare. Dunque vengono immessi nel torrente circolatorio dovediventanosubstratoenergeticoperaltritessuti,comequellomuscolare,ilcuore,ireni,ilcervello(quandoilglucosiononèpiùsufficiente).Sonoprodottidelcatabolismolipidico.Sonoun’ottimafontedienergiasiaperimuscolisiaperilmiocardio.Duranteildigiunopossonosostituireilglucosio.Nell’etàneonataleicorpichetonicifungonodaprecursoriperlasintesidispecificilipidicerebrali.I corpi chetonici principalmente prodotti, nel fegato e in misura minore nel rene, sono l’acetone,l’acetoacetatoeilβ-idrossibutirrato.

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…non solo b-ossidazione

esempio di w-ossidazione

nel reticolo endoplasmaticodel fegato e del rene.

Substrati elettivi:Ac grassi 10-12 C

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Sono prodotti principalmente nel fegato ed in misura minore nel rene. La sede di sintesi è la matrice mitocondriale

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Sono prodotti principalmente nel fegato ed in misura minore nel rene. La sede di sintesi è la matrice mitocondriale

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Sono prodotti principalmente nel fegato ed in misura minore nel rene. La sede di sintesi è la matrice mitocondriale

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Persintetizzareicorpichetonicisiutilizzal’acetil-CoA.Insituazionedidigiunol’acetilCoA,chesipuòusareper la sintesi dei corpi chetonici, derivadall’ossidazionedegli acidi grassi edegli amminoacidi.Adigiunol’ossidazione di questi substrati a livello epatico è abbondante, il fegato dunque trasforma l’acetilCoAprodottodalciclodiKrebsincorpichetonici.Servonointotale3molecolediacetil-CoAperfarsìcheilcorpochetonicosiasintetizzato.

1. Si parte da due molecole di acetil-CoA che vengono condensati insieme dall’enzima tiolasi(isoenzimadell’enzima inbossidazione) inmanieratesta-coda.UncoenzimaAvienerimossoesiottienel’acetoacetil-CoA.

2. Successivamente viene condensata la terza molecola di CoA usando acqua e liberando il CoAattravesol’enzimaβ-idrossi-β-metilglutaril-CoAsintasi(HMG-CoA).Siproducedunqueilβ-idrossi-β-metilglutaril-CoA.Questo terzo acetil-CoA si condensa inmaniera diversa da i due precedenti in quanto si lega alcarboniochetonicoesiparladicondensazionealdolicadell’acetil-CoAsulcarbonile.

3. Sulβ-idrossi-β-metilglutaril-CoAagisceunaHMG-CoAliasicherimuovel’acetilCoA.L’enzimaHMG-CoAliasièpresentesolonelmitocondrio.Vienecosìprodottol’acetoacetato.

4. L’acetoacetato può, in parte, essere substrato dell’enzimaD-β-idrossibutirrato deidrogenasi cheimpiega NAD e riduce l’acetoacetato a β-idrossibutirrato (esso può anche essere ossidato aacetoacetatoinquantolareazioneèreversibile).QuestareazionecontrollailrapportoNADH/NAD+nelmitocondrio.

5. L’altrapartediacetoacetatoèvieneconvertitoinacetoneattraversolaacetoacetatodecarbossilasiconperditadiCO2.Ladecarbossilazionepuòavvenireanchespontaneamente,nonrichiedeperforzal’enzima.

Solamente l’acetoacetato e il β-idrossibutirrato possono venire utilizzate dai tessuti periferici che liriconvertonoinacetil-CoAcatalizzandolereazioniinverse.

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L’acetone,invece,chesipuòformarenelfegatoconl’enzimaeneltorrentecircolatoriospontaneamente,vieneeliminatotramitelaviaurinariaeattraversol’espirazione.Seal tessutoperifericoarrivaβ-idrossibutirratodeveessere riconvertito inacetoacetatoattraverso laβ-idrossibutirratodeidrogenasi.L’acetoacetatodeveoraessereconiugatoconuncoenzimaA,ilsuccinil-CoA,chedona ilCoAallachetoacil-CoAtransferasiche lo trasferisceall’acetoacetato chediventaacetoacetil-CoA.L’acetoacetil-CoAdiventasubstratodell’enzimatiolasicheloseparainduemolecolediacetil-CoA.Latiolasiè chiamata tioforasi.Questoenzimaèassentenel fegatoedunque i corpi chetonici rimangono tali, nonpossonoesseretrasformati.SINTESIDEGLIACIDIGRASSIGli acidi grassi crescono aggiungendo unità bicarboniose come l’acetilCoA. La sintesi degli acidi grassi èl’inversodellaβ-ossidazione.LaformaattivatadelCoAèilmanoil-CoA.Lareazionecheloattivaèunacarbossilazionebiotinadipendenteattraverso l’enzima acetil-CoA carbossilasi. La biotina serve da braccio mobile per trasferire l’anidridecarbonicadaunenzimaall’altro.SiconsumaATP.

La sintesi degli acidi grassi prevede la condensazione tra il -CH2- e il gruppo acetile dell’acetil-CoA coneliminazionedi unamolecoladi CO2. Il carbonioβ carbonilico vienequindi ridotto a gruppoalcolico conconversionediNADPHaNADP+.Successivamenteavvieneunadisidratazioneconformazionedidoppiolegamefrailcarbonioαecarbonioβinconformazionetrans.Inseguitoildoppiolegamevienepoiridottoalegamesingoloconlaconversionedelcarboniocarbonilicoincarboniometilico(-CH2-).Gliequivalentiriducenti,necessariperquestaconversione,sonofornitidalNADPH.Si è dunque sintetizzato un piccolo acido grasso a 4C che può essere allungato: i cicli di allungamentoavvengonosulcarboniocoinvoltonellegametioestere(allabasediquestoacidograsso).Questomeccanismogeneralmentesintetizzapalmitato.

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Acetil-CoA Carbossilasi

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Acido grasso sintetasi: cicli di allungamento

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Nell’uomoèpresentel’enzimaacidograssisintasicostituitadaun’unicacatenapolipeptidicacon7diversidomini,ognunodeiqualicatalizzalesettereazioninecessarieperottenerel’unionedelprimomanoil-CoAedelprimoAcetil-CoA.LevarieattivitàcatalitichesonoKS,MAT,DH,ER,KR,ACP,TE.Lastrutturaterziariasiripiegaquindiidomininonsononell’ordineincuiavvengonolereazioni.

DominioACP (acil carrierprotein):è situatosuunacatenadi serinaacuiè legata la4’-fosfo-panteteinaformatadaunacidopantotenicochepresentaungruppotiolico..Sultiolosilegherannoigruppidimanoil-CoAnecessariperlasintesidegliacidigrassi.Persintetizzarequestastrutturasihabisognodellavitamina,l’acidopantotenico.

Caricamentodell’enzimacon leunitàmonocarboniose (2reazioni).L’ACPèunasortadipiccolacodachependefuoridall’enzimaedènecessarioilsuogruppoSH.IlgruppotiolicodiunacisteinaappartenentealdominioKS(β-chetoacil-ACPsintasi)èimportanteperl’ACP.L’acetilCoAèlegatodallacisteinadellasubunitàKS.L’ingressodell’acetilfacambiareformaestrutturaallaproteina.LaproteinaACPvaaposizionarsiinprossimitàdeldominioKS.Aquestopuntosihal’ingressodelmanoil-CoAchesilegaalgruppotiolicodell’ACP.Sihaunanuovamodificazionestrutturaleperfarsìcheiduesubstratisitrovinoconorientamentocorretto.Avviene quindi la condensazione attraverso l’attività portata dal dominio KS: l’acetile legato a KS vienetrasferitoinfondoconuscitadellaCO2,iltiolodellacisteinavieneliberatoel’acidograssonascentesitrovalegatoaACP.ACPtrasferiràintermedioattraversotuttiidominiaffinchépossasubirelereazioninecessarie.L’attivitàenzimaticadiKRriduceilgruppochetonicochediventaunalcol,ACPsispostatrasferendol’acidograssoall’attivitàenzimaticadiDH.Essaèresponsabiledelladisidratazioneconlaformazionediundoppiolegametrans.Tuttiiprodottichesiformerannoaquestolivellosarannotrans-Δ2.

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ACIDO GRASSO SINTASI

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4’-fosfo-panteteina

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IldominioERèunariduttasi:riduceildoppiolegameusandocoefficientiridottiportatidaNADPH.LaproteinaACPriportal’acidograssonascentesaturoalivellodellasubunitàKS.Deveentrareunnuovomanoil-CoAalivellodellaACP:avvieneunospostamentoincuil’acidograssodaACPvienetrasferitosullacisteinadeldominioKSliberandol’ACP.Entradunqueilmanoil-CoAcherilasciaCoAesilegaall’ACPeilcicloricomincia.Reazionischematizzate:

1. Condensazione:ècatalizzatadaldominioKS.L’acetilelegatoaKSvienetrasferito,conuscitadiCO2,iltiolodellacisteinavieneliberatoel’acidograssonascentesitrovalegatoadACP.

2. Riduzionedelβ-chetogruppo:ècatalizzatadaldominioKrconutilizzodiNADPH.Ilgruppochetonicodiventaalcolico;ACPsispostaetrasferiscel’acidograssonascenteaDH.

3. Disidratazione:ècatalizzatadaldominioDH.Esceacquaesiformaundoppiolegametrans.Siformauntrans-Δ2-butenoil-ACP.

4. Riduzionedeldoppiolegame:ildominioERriduceildoppiolegameutilizzandoequivalentiriducentiportatidalNADPH.L’acidograssonascenteèportatoallasubunitàKs.Unnuovomalonil-CoAentraalivellodell’ACP.

5. Traslocazionedelgruppobutirilallacisteinasulβ-chetoacil-ACPsintasi(grppuKS).Aquestopuntol’acidograssovienetrasferitoesiliberaACP.

6. Ricaricamentodell’ACPconunnuovogruppomalonile:entraunnuovomalonil-CoAcherilasciailCoAesilegaaACP.Aquestopuntopuòricominciareilciclo.

Tuttociòsiripetefinoadacidograssodi16Cchevienerilasciatodall’enzima.Ilbilancioenergeticoè:

8acetil-CoA+7ATP+14NADPH+14H+àpalmitato+8CoA+6H2O+7ADP+7Pi+14NADP+.

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Labiosintesidegliacidigrassi,cosìcomelaformazionedelNADPH,avvienenelcitosol.Il palmitato ottenuto deve essere processato in quanto ci servono acidi grassi più lunghi o insaturi.L’allungamentodella catena avvengono in compartimenti cellulari diversi dal citoplasma: l’allungamentoavviene in parte nei mitocondri e in parte nel reticolo endoplasmatico. In questo avviene anchel’insaturazionedegliacidigrassi.Per sintetizzareacidigrassi sihabisognodiNADPHedi l’acetil-CoA.Laproduzionediacetil-CoA avvieneossidandocarboidrati,amminoacidieacidigrassinelmitocondrio.L’acetilperlasintesidegliacidigrassideveuscireedesseretrasportatonelcitoplasmaattraversounsistemashuttle.

OriginedelNADPHIlNADPH,semprecitosolico,vieneimmessonelmitocondriomedianteuntrasportodiequivalentiriducentiesiottieneossidandoilglucosioattraversolaviadeipentosi.Attraversoquestaviasiproducesoloil50%ditutto ilNAPDHnecessarioper lasintesidegliacidigrassi.Esisteunaltroenzimacitosolicocheproduce laquotarimanentediNAPHedè l’enzimamalico.Sitrattadiunadecarbossilazioneossidativa.Sipartedalmalato (acidobicarbossilicocongruppoalcolico inposizionaalfa): il suogruppoalcolicovieneossidatoachetone e viene rimosso il secondo gruppo carbossilico, liberato come CO2. Si è formato ilpiruvato. GliequivalentiriducentisonorecuperatidalNADPH.

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• Amminoacidi• Nucleotidi

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Origine del NAPH usato nella sintesi degli acidi grassi

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Originedell’acetil-CoAL’acetil-CoAderivadall’ossidazionedelpiruvatoedelloscheletrocarboniosodegliacidigrassiall’internodelmitocondrio.Nonesisteuntrasportatore,mabisognausareshuttleperloscheletrocarboniosodell’acetil-CoA.Sipuòusare iltrasportatoredelcitratoedelpiruvatoe inalcunicasi iltrasportatoremalato-αchetoglutarato.Sipartedall’acetil-CoAcheinunmitocondriotendeadentrarenell’acidocitrico.L’acetil-CoAeossalacetatocondensano a formare citrato attraverso la citrato sintasi. Il citrato viene trasportato nel citosol dal suotrasportatorespecifico.Nelcitosolilcitrato,chenoncontinuailciclodiKrebsselacelluladeveformareacidigrassi, viene metabolizzato dall’enzima citrato liasi producendo ossalacetato e acetil-CoA. L’enzima liasiconsumaATPperdividere idueprodotti. L’acetilCoAvienedunquetrasportatofuoriecontinua lasintesidegliacidigrassi.L’ossalacetatodiventamalatoattraversolamalatodeidrogenasiconilNADH+.Ilmalato,seserveperlasintesidiacidograsso,èsubstratodell’enzimamalicocheloconverteinpiruvatocherientranelmitocondrio con il suo trasportatore. Il piruvato deve rigenerare l’ossalacetato attraverso la piruvatocarbossilasi.SiconsumaunamolecoladiATP.QuestoappenadescrittorappresentailprimoshuttlesfruttatoquandoilNADPHèpresenteincontrazionimedieoinferiori.Perogniacetil-CoAtrasportatodalmitocondrioalcitoplasmasiconsumano2ATP.QuandolacellulahaunaquantitàadeguatadiNADPHnelcitoplasma,ilmalatopuòentrarenelmitocondrioinscambioconl’αchetoglutarato(viasecondaria).

RegolazionedellasintesidegliacidigrassiL’enzima acetil-CoA carbossilasi, che carbossila l’acetil-CoA amalonil-CoA, è regolato negativamente dalglucagoneedall’epinefrina.Questidueormoniattivanonellacellulaunacascatadisegnalazionecheculminanellafosforilazionedisubstrati.Lafosforilazionedell’enzimacorrispondeaunainattivazione.L’acetil-CoAcarbossilasihalacapacitàdipolimerizzare,crearelunghifilamentinelcitoplasmadellecellule.Quando si trova in forma polimerizzata, l’acetil carbossilasi è attiva. Quando il glucagone o l’epinefrinapromuovonolafosforilazione,l’enzimasirompeetornainformamonomerica.Ilfosfatoneimpedisceunapolimerizzazione.Lasintesidegliacidigrassivieneattivatadall’insulinainduemanierediverse:attivazionedirettadellacitratoliasi,chegeneraacetil-CoAnelcitoplasma,odefosforilazionedell’acetil-CoA.Perquestaviametabolicaesisteunaregolazioneallostericaafeedbacknegativoincuiilpalmitoil-CoAvainibirel’acetilCoAcarbossilasieunaafeedbackpositivosvoltadalcitrato.IlcitratonelcitoplasmaèunmodulatoreallostericonegativodiPFK1.L’abbondanzadicitratoinibiscelaglicolisi.

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Origine dell'acetil-CoA usato nella sintesi degli acidi grassi

Ossidazione del piruvatoE dello scheletro carbonioso degli amminoacidi

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Ilpalmitatopuòessereallungatoastereatochepuòesseredesaturatoaoleatooppureallungatoaacidigrassisaturatipiùlunghi.Le nostre cellule non sanno andare avanti oltre,mentre le piante possono inserire insaturazioni oltre alcarbonio9.

SintesidegliacidigrassiinsaturiAvvienenelreticoloendoplasmaticoliscio,sullatoluminale.Idoppilegamisonoinseritidall’enzimaacil-CoAdesaturasi.Sioriginanogliequivalentiriducentichepossonoessereusatiperinserireidoppilegami.Questoenzimapossiedecomegruppifunzionalideicitocromi,cheaccolgonogliequivalentiriducentitramiteilFechepuòcambiarestatodiossidazione.Serveunapiccola catenadi trasportodi elettroni: sono trasportati dalNADPHa FADH2del citocromob5reduttasiepoialferrodel2citocromob5.Poiavvienelariduzioneadoppiolegame.Bisognarimuovereunidrogenosulcarboniodidestraesulcarboniodisinistraperpassaredasingoloadoppiolegame.Inquestocasononcisonocoenzimi:vengonoraccoltidaossigenomolecolarecherecuperaglielettronieusandodueprotoninell’ambiente intracellularepassadanumerodiossidazione0a -2e si formaacqua.Enzimapuòesserevistocomeossidasi.

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PFK1

REGOLAZIONE DELLA SINTESI DEGLI ACIDI GRASSI

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SER e mit

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Differenzafraenzimaossidasieossigenasi:nell’ossidasil’ossigenoèl’accettoredielettronimanoncomparenelprodotto,mentreleossigenasiusanol’ossigenocomeaccettoredielettronichevengonoincorporatinelprodotto.Leossigenasipossonoesseremono-odi-.Lemonossigenasi(chiamateancheidrossilasioossidasiafunzionemista)sonoimpiegatenelleossidrilazionideglisteroidi,difarmacieexenobiotici,metabolismodell’etanolo,sintesideglieicosanoidiedeileucotrieni.

BIOSINTESIDEITRIACILGLICEROLI(TAG)Lalorosintesiavvieneneltessutoadiposoenelfegato(questidueincorporanogliacidigrassiprodottidaloro stessi) e nell’intestino (in minima parte in quanto usa gli acidi grassi forniti dall’alimentazione performareiTAG).Isubstratiperlasintesideitriacilglicerolisonoilglicerolo-3-fosfatoel’acilCoA.

Ilglicerolo-3-fosfatosiottieneattraversolaglicolisicheproduceildiidrossiacetonefosfatochepuòessereridotto a glicerolo 3-fosfato dalla glicerolo-3-fosfato deidrogenasi consumando unamolecola di NADH.AlcunitessutihannoancheunaglicerolochinasichefosforilailgliceroloaspesediATP.

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SINTESI DI ACIDI GRASSI INSATURILocalizzazione: membrana del reticolo endoplasmatico liscio lato luminale

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Monoossigenasi o Idrossilasi oOssidasi a funzione mista

Ossidrilazioni degli steroidi, di farmaci e xenobiotici (insolubili), metabolismo dell'etanolo, sintesi degli eicosanoidi e dei leucotrieni

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Substrati per la sintesi dei triacilgliceroli

Acil-CoA

La sintesi di TAG avviene nel tessuto adiposo, nel fegato e nell'intestino

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Substrati per la sintesi dei triacilgliceroli

Acil-CoA

La sintesi di TAG avviene nel tessuto adiposo, nel fegato e nell'intestino

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Sintesi di glicerolo-3-fosfato

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L’acilCoAèsintetizzatodall’acil-CoAsintetasipartendodaATPeCoA.

Perlasintesideitriacilglicerolisipartedall’acidofosfatidico(PA).Lasintesidiacidofosfatidico(PA)partedalglicerolo3-fosfatoeutilizzandoduemolecolediacil-CoA,conl’enzimaaciltransferasi,inseriscelecodediacidograssosulcarbonio1e2delglicerolo.Ilglicerolofosfatoconunasolacodadiacidograssosichiamaacidolisofosfatidico.

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Sintesi di acil-CoA

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Sintesi di Acido Fosfatidico (PA)

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Sintesi di Acido Fosfatidico (PA)

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L’acidofosfatidicopuòaverediversidestininellacellula:puòessereusatoperlasintesideifosfolipidiodeitrigliceridi.Per sintetizzare i trigliceridi deve essere defosforilato tramite l’acido fosfatidico fosfatasi e si ottienediacilglicerolo.Aquestol’aciltransferasiaggiungeun’altracodadiacidograssoperformareiltriacilglicerolo.

RegolazionedellasintesideiTAG Quandoconladietasi introduconocarboidratieproteineaumental’insulinaedunqueaumental’acilCoAchevienedunqueusatoperfareacidigrassieTAG.SelaproduzionediacetilCoAsuperalecapacitàdelfegatodisintetizzareacidigrassi,questipossonoessereusatiperfarecorpichetonici.Icorpichetonicisipossonotrovarequandoc’èinsulinaincircoloneldiabete.

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Sintesi di Triacilgliceroli (TAG)

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Regolazione ormonale della sintesi dei TAG

=

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CiclodeltriacilgliceroloÈunciclo tra tessutoadiposoe fegatoadigiuno.Adigiunoaumenta ilglucagonecheattiva le3 lipasiepromuove la liberazionedeitriacilgliceroliottenendo ilgliceroloegliacidigrassi.Gliacidigrassisonopoirilasciatineltorrentecircolatorio,inpartesonousatidaitessutieunagrossaquantitàavanza.Adigiunosonomobilizzati tra il70-80% degli acidi grassi nel tessutoadiposo. Questi acidi grassi sono in largo eccessorispetto al bisognodell’organismo, solamente il60% di essi non è usato dai tessuti periferici e vengonorecuperatidal fegato cherisintetizza i triacilgliceroli.Questivengono incorporatinelleVLDLe limette incircolo.QuesteVLDLsonodirettepoialtessutoadiposodovelalipoproteinalipasidegradaitrigliceridiagliceroloeacidigrassicheritornanoatriacilgliceroloinsiemealglicerolo-3-fosfato.

LAGLICERONEOGENESIPerlasintesidiglicerolo3-fosfatoneltessutoadiposononsipuòimpiegarelaglicerolochinasiinquantoèassentenegliadipocitiné ilglucosio inquanto ilGLUT,cheèquellodipendenteda insulina,nonèmoltoespressoinquestotessutoediconseguenzailglucosiocheentraèpoco.Nel tessuto adiposo sono presenti la piruvato carbossilasi e la PEP carbossichinasi che servono per lagliceroneogenesi.Ancheiltessutoadipososausaresubstraticomeilpiruvato.Arrivafinoadiidrossiacetonefosfatochepuòtrasformareinglicerolo3-fosfato,cheuseràperlasintesidiacidigrassi.

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CICLO DEL TRIACILGLICEROLO Tessuto adiposo - Fegato

(nel digiuno)

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LA GLICERONEOGENESI

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LagliceroneogenesièregolatadallaPEPcarbossichinasi.Laregolazionediquestoenzimaavvienealivellotrascrizionaleedèregolatadagliormoniglucocorticoidi.Iglucocorticoidiinibisconol’espressionedellaPEPcarbossichinasi nel tessuto adiposo, mentre la attivano nel fegato. Di conseguenza promuovono lamobilizzazionedeitrigliceridiandandoasbilanciareladegradazioneelasintesineltessutoadiposo;invecevieneincrementatalagluconeogenesielasintesidiglicerolo-3-fosfatoconulterioremobilizzazioneincircolodegliacidigrassisottoformadigliceridinelfegato.Perregolarel’espressionegenicasihabisognodaalcuneoreaqualchegiorno,nonèimmediatamaserveadadattareilnostroorganismoasituazionimetabolichediverse.L’effettodeiglucocorticoidièampissimosuitessutidell’organismo,mainquestocontestopromuovelasintesidiglicerolonelfegato,bloccaladeposizionediTAGneltessutoadiposoaumentandolaquantitàdiacidigrassieditrigliceridinelleVLDLneltorrentecircolatorio.Ilprincipaleglucocorticoideèilcortisolo.

Esistonofarmaci,comeitiazolidinedioni(actoseavandia),chevengonosomministratiaidiabeticiinquantohanno come obiettivo specifico la PEP carbossichinasi promuovendone l’espressione e di conseguenzapromuovono la deposizione degli acidi grassi nel tessuto adiposo. Sono somministrati per contrastarel’elevataconcentrazionedegliacidigrassipresenteneipazienticondiabete.RuolidellagliceroneogenesiIltessutoadiposobiancocontrollalavelocitàdirilascioegliacidigrassinelsangue.Il tessuto adiposo bruno controlla la velocità di ingresso degli acidi grassi per essere utilizzati nellatermogenesi.Ilfegatoadigiunosostienelarisintesiditriacilglicerolidaesportovialipoproteineplasmatiche.BIOSINTESIDEILIPIDIDIMEMBRANAIglicerofosfolipidihannounoscheletrodigliceroloconunatestapolarecostituitadafosfatoeduecodediacidograsso.Lalorocaratteristicaèchelacodaacilicainposizione2èingenereunacidograssoinsaturo.L’acido fosfatidico non è presente in grandi quantità. È un intermedio per sintesi di TAG e fosfolipidi dimembrana.Èunsecondomessaggero.Lafosfatidilserinaèpresentenellacellulaquandostabene,conilpassaredeltempolafosfatidilserinarisultasullatoextracellulareevienericonosciuta(segnodiapoptosiodicambiamentodiattività).Glisfingolipidisitrovanosoprattuttoneltessutonervoso.Laceramidehaunsignificatodisignaling.SintesideiglicerofosfolipidiI glicerofosfolipidi hanno un legame fosfodiestere tra il carbonio del glicerolo e la testa polare. Essi siottengonoattraversoduediversestrategie:

- Strategia1:perattivazionedeldiacilgliceroloche,unavoltaattivato,reagisceconlatestapolare.Ildiacilglicerolopresentasuuncarboniounalcol,unfosfatoeunaltroalcol,chereagisconofradiloroformandodueestericoneliminazionediduemolecoled’acqua,einfineunatestapolare.

- Strategia2:perattivazionedellatestapolarechepuòreagireconilglicerolo.Inentrambiicasil’attivazioneavvieneperconiugazioneconilnucleotideCDP(citosinadifosfato).

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Glucocorticoidi

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Sintesidellafosfatidilcolina(PC)Seguelastrategia2.LacolinasiattivaconilCDP.Lacolinaèunamolecolaessenzialeanchesel’uomopuòsintetizzarla inpiccoliquantità. La colinaviene fosforilata dallacolinachinasi ediventa fosfocolina. EssadiventasubstratodellaCTP-colinacitidiltransferasichestaccailfosfatoeinseriscelacitidina.SiottienelaCDP-colina.LaCDP-colinasitrasformainfosfatidilcolinaattraversolaCDP-colina-diacilglicerolofosfocolinatransferasichetrasferisceildiacilglicerolosullacolina.Lasintesideifosfolipidiavvienenelreticoloendoplasmaticoliscio.Laregolazionediquestasintesiavvienealivellodell’enzimaCTP-colinacitidiltransferasichepuòesistereassociatoallamembranaoliberonelcitoplasma.Quandoèliberonelcitoplasmanonèattivo,quandovienetraslocatoallamembranadelreticolovieneattivato.Esisteunmeccanismocherendepiùdifficilel’interazionedell’enzimaconlamembrana:èl’inattivazionedaPKA.LaPKAfosforila,ilfosfatofacambiareconformazioneall’enzimaeportandocarichenegativerendepiùdifficoltosal’interazionetramembranaeenzima.Ildiacilgliceroloèinmembrana,nonliberoincitoplasma.

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SINTESI DELLA FOSFATIDILCOLINA PC

Strategia 2

E' essenziale anche se l'uomo può sintetizzarla

in piccole quantità

Attivazione da traslocazione citosol-ER

Inattivazione da PKA

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Ilfegatopuòsintetizzarefosfatidilcolinapartendoanchedafosfatidietanolammina.Questavienemetilatadall’enzimametiltransferasiperprodurrefosfatidilcolina.L’enzimausa3adoMet(adenosinmetionina).Ilfegatousalacolinaperlasintesidiacidibiliari.

Sintesidellafosfatidiletanolammina(PE)L’etanolamminavienefosforilata,siformalaCDPetanolamminachesiconiugaconildiacilglicerolo.Anchein questo caso il fegato può usare una via alternativa, ovvero la conversione della fosfatidilserina infosfatidiletanolamminaperdecarbossilazionedellaserina.

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Nel fegato

SINTESI DELLA FOSFATIDILCOLINA PC

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SINTESI DELLA FOSFATIDILETANOLAMMINA PE

Fegato ed encefalo

Strategia 2

Fegato

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SINTESI DELLA FOSFATIDILETANOLAMMINA PE

Fegato ed encefalo

Strategia 2

Fegato

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Sintesidelfosfatidilinositolo(PI)Èl’unicocheusalastrategianumero1,ovverolaconiugazionedeldiacilgliceroloconilCDPchevienepoiutilizzato dalla PI sintasi che coniuga il glicerolo con l’inositolo rimuovendo il CDP. L’inositolo lo si puòsintetizzareattraversoilglucosio.Sièformatoilfosfatidinositolochedovràpoiesserefosforilatodaivarienzimi.DalCDP-diacilglicerolosiottienelacardiolipinaattraversolacardiolipinasintasi.

Sintesidellafosfatidilserina(PS)La fosfatidilserina nell’uomo è sintetizzata con meccanismo di scambio di basi a partire dafosfatidiletanolamminaefosfatidilcolina.

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Strategia 1

SINTESI DEL FOSFATIDILINOSITOLO PI

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s

SINTESI DELLA FOSFATIDILSERINA PS

SCAMBIO DI BASI

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