Ossalacetato: viene decarbossilato con conseguente formazione di un enolo che poi viene fosforilato

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1 L ossalacetato nel citosol è convertito in fosfoenolpiruvato dalla FOSFOENOLPIRUVATO CARBOSSICHINASI Ossalacetato: viene decarbossilato con conseguente formazione di un enolo che poi viene fosforilato Enolasi Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato

2 LA GLUCONEOGENESI A PARTIRE DAL LATTATO FOSFOENOLPIRUVATO Fosfoenolpiruvato carbossichinasi mitocondriale Piruvato carbossilasi mitocondrio Produce il citosolico necessario alla gluconeogenesi citosol Lattato deidrogenasi

3 GLUCONEOGENESI Reazioni inverse della glicolisi (stessi enzimi e stessi intermedi metabolici) Consumato 1 ATP (x2) BYPASS ALLA PIRUVATO CHINASI Sono consumati 1 ATP e 1 GTP (x 2) GLICOLISI

4 GLUCONEOGENESI Reazioni inverse della glicolisi (stessi enzimi e stessi intermedi metabolici) GLICOLISI

5 FosfoFruttochinasi 1 Glicolisi H GLUCONEOGENESI Gluconeogenesi Glucosio 6-fosfato Fruttosio 1,6- bisfosfatasi 1 β-d-fruttosio 1,6-bisfosfato (F1,6P) Reazione alternativa GLICOLISI

6 Il glucosio neosintetizzato è liberato dagli epatociti nel torrente circolatorio per raggiungere i tessuti extraepatici che sono in carenza di glucosio (in particolare il cervello) GLUCONEOGENESI Reazione alternativa Glucosio 6-fosfato Reazione alternativa GLICOLISI

7 Glucosio 6-fosfatasi: espressa e attiva nel fegato o nel rene Localizzata sulla membrana dell ER col sito attivo rivolto verso il lume in questo modo si attiva solo quando aumenta il flusso metabolico di glucosio 6-fosfato prodotto dalla gluconeogenesi (o dalla degradazione del glicogeno nel fegato). Inoltre, in condizioni basali, o di alte concentrazioni di glucosio citosoliche, non entra in competizione con l esochinasi/glucochinasi che lavora nel citosol GLUCONEOGENESI Proteina SP Ca 2+

8 Vari amminoacidi sono precursori del glucosio durante il digiuno, per es. l alanina, che partecipa al Ciclo Glucosio/Alanina con cui il piruvato prodotto nei tessuti extraepatici raggiunge il fegato per essere indirizzato verso la gluconeogenesi Piruvato ALANINA Transamminazione nel muscolo Glutammato ALANINA α-chetoglutarato α-chetoglutarato Piruvato Glutammato Alanina trasportata al fegato attraverso il circolo sanguigno Transamminazione epatica, il piruvato può essere utilizzato per sintetizzare glucosio

9 Il GLICEROLO che si ottiene dalla degradazione dei lipidi (in particolare dalla mobilizzazione dei trigliceridi di riserva del tessuto adiposo) può essere indirizzato verso la gluconeogenesi H 2 C-OH H C-OH H 2 C-OH GLICEROLO CHINASI ATP ADP NAD + NADH + H + H 2 C-O-PO 3 2- H C-OH H 2 C-OH GLICEROLO 3-FOSFATO DEIDROGENASI DISPONIBILE PER LA GLUCONEOGENESI H 2 C-O-PO 3 2- C=O H 2 C-OH DIIDROSSIACETONE FOSFATO GLUCONEOGENESI

10 REGOLAZIONE DELLA GLICOLISI E DELLA GLUCONEOGENESI

11 I principali ormoni che controllano il metabolismo glucidico sono: Glucagone Insulina Adrenalina REGOLANO IL FLUSSO DEI METABOLITI NELLA GLICOLISI, NELLA GLUCONEOGENESI, e NEL METABOLISMO DEL GLICOGENO. AGISCONO IN FUNZIONE DELLA CONCENTRAZIONE PLASMATICA DI GLUCOSIO (GLUCAGONE, INSULINA), O DI STIMOLI NERVOSI (ADRENALINA). D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA 2/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2007

12 Segnale (ormone) Recettore SISTEMI DI TRASDUZIONE DEL SEGNALE Specificità di legame in un sito di legame complementare Grande affinità e Cooperatività di legame 2 messaggero intracellulare enzima1 Si innesca una amplificazione a cascata di enzimi che attivati vanno ad attivare atri enzimi. Il segnale è amplificato velocemente dentro la cellula enzima2 enzima2 enzima CASCATA DI AMPLIFICAZIONE DEL SEGNALE

13 X Si deve innescare anche un circuito retroattivo che spenga il recettore o lo rimuova dalla membrana per SPEGNERE LO STIMOLO E LA RISPOSTA Risposta intracellulare Prot.4 Proteina 1 Proteina 2 Prot. 3 MODULARITA. Il recettore è associato a diverse proteine di segnalazione che funzionano come moduli che riconoscono specificatamente altre proteine andando a costituire un complesso proteico in cui il segnale è trasmesso localmente in modo cooperativo Spesso il complesso proteico di segnalazione è associato a PROTEINE DI SOSTEGNO (SCAFFOLD) o a zattere lipidiche che garantiscono l attività localizzata di tutti i componenti

14 RECETTORI ASSOCIATI A PROTEINE G (recettore per il glucagone, recettori beta-adrenergico.) RECETTORI ENZIMATICI (recettore tirosin-chinasico dell insulina ) CANALI IONICI CONTROLLATI RECETTORI NUCLEARI (per ormoni steroidei) RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G (GPCR) Recettore transmembrana a 7 alfa-eliche Proteine leganti GTP > forma attiva lega GTP > forma inattiva lega GDP Enzima effettore (proteina integrale di membrana) che produce il 2 messaggero; oppure canale ionico

15 Recettore per il glucagone: nel fegato Recettori beta-adrenergici: fegato, muscolo, tessuto adiposo, midollare del rene Recettore per il glucagone o per l adrenalina Adenilato ciclasi GTP Proteine G stimolatorie GDP Gsα funziona anche da interruttore del segnale con la sua intrinseca attività GTPasica 2 messaggero + PP i Il segnale è trasmesso al 2 messaggero e amplificato attraverso una cascata di fosforilazioni La proteina chinasi fosforila numerosi substrati: enzimi regolatori e enzimi chiave delle vie metaboliche. Dando inizio alla cascata di fosforilazioni che porterà la cellula a rispondere allo stimolo ormonale

16 PKA: 2 domini REGOLATORI (ciascuno con 2 siti di legame per il camp) 2 domini CATALITICI PKA attiva PKA inattiva PKA attiva Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, zanichelli editore S.p.A. Copyright 2007

17 Meccanismi che terminano il segnale 1) La diminuzione della concentrazione plasmatica di ormone (adrenalina, glucagone..), quando scende al di sotto del valore della Kdiss, l ormone si dissocia dal recettore. 2) Idrolisi del GTP legato alla subunità Gsα che ha attività GTPasica e che può ritornare ad associarsi alle subunità Gβγ. Questa idrolisi è stimolata dalle proteine attivatrici della GTPasi (GAP) a loro volta stimolate da segnali inibitori 3) Idrolisi del camp tramite la camp-fosfodiesterasi 4) Azione di ormoni antagonisti: SOMATOSTATINA provoca l attivazione di una proteina G INIBITORIA che inibisce l adenilatociclasi e quindi la produzione di camp. La PROSTAGLANDINA E inibisce l adenilato ciclasi nel tessuto adiposo 5) βark (chinasi del recettore βadrenergico) e β-arrestina che desensibilizzano il recettore β-adrenergico 6) La stimolazione di recettori α-adrenergici abbassa la [camp] in alcuni tessuti

18 βark (chinasi del recettore βadrenergico) e β-arrestina che desensibilizzano il recettore β-adrenergico Il dimero Gsβγ si stacca dal recettore attivato dall adrenalina e si associa alla chinasi βark che fosforila il recettore β-adrenergico La β-arrestina riconosce il dominio C- terinale fosforilato e vi si lega Il recettore ritornerà sulla usperficie solo dopo defosforilazione e dissociazione dalla β-arrestina Il complesso recettore/β-arrestina viene internalizzato per endocitosi

19 IRS-1 Recettore tirosin-chinasico dell INSULINA (INSR): formato da due dimeri che si associano in seguito al legame con l insulina e si autofosforilano. La tirosin chinasi a sua volta fosforila diverse proteine citosoliche attivando diverse cascate di eventi cellulari IRS-1 IRS-1 = è il 1 bersaglio dell INSR, una volta fosforilato diventa il punto di nucleazione per la formazione di un complesso proteico che trasmetterà il segnale ai bersagli terminali (nel nucleo e nel citosol)

20 PROLIFERAZIONE CELLULARE EFFETTI METABOLICI TRASPORTO GLUCOSIO GLICOGENO-SINTESI GLUCONEOGENESI SINTESI ACIDI GRASSI SINTESI PROTEICA ESPRESSIONE GENICA TRASPORTO AMINOACIDI TRASPORTO Na + /K + SINTESI DNA APOPTOSI MUSCOLO MUSCOLO,FEGATO FEGATO TESSUTO ADIPOSO, FEGATO

21 FOSFATIDIL-INOSITOLO 3 -CHINASI (PI3 -K): produce FOSFATIDIL-INOSITOLO 3,4,5- TRIFOSFATO (PIP 3 ) ATP ADP PIP3 o PKB La PI3K è una chinasi che presenta un dominio SH2 con cui riconosce la fosfo-tyr dell IRS-1 E un dominio SH3 con cui interagisce con la chinasi PDK1 È un glicerofosfolipide di membrana che funziona da 2 messaggero intracellulare. Interagisce con PKB (AKT) permettendo a PDK1 di fosforilarla OPO 3 2- Fosfatidilinositolo-3,4,5- trifosfato (PIP 3 )

22 Meccanismi che terminano il segnale 1) La diminuzione della concentrazione plasmatica di insulina, quando scende al di sotto del valore della Kdiss, l ormone si dissocia dal recettore. 2) Attivazione della fosfatasi PTEN che defosforila il PIP3, spegnendo l attivazione della cascata PDK1-PKB

23 REGOLAZIONE DELLA GLUCONEOGENESI/GLICOLISI DA PARTE DI GLUCAGONE E ADRENALINA Concentrazioni plasmatiche di glucosio inferiori a quelle normali (~ 5 mm) Condizioni di stress fisico, mentale o emotivo: stimolazione nervosa Digiuno prolungato Produzione e secrezione di glucagone da parte del pancreas (cellule α) Produzione e secrezione di adrenalina da parte della midollare surrenale Inibisce la secrezione di insulina da parte del pancreas (cellule β) Recettori epatici associati a proteine G s stimola la GLUCONEOGENESI epatica, inibisce la GLICOLISI Stimola la GLUCONEOGENESI renale INNALZAMENTO DELLA GLICEMIA

24 REGOLAZIONE DELLA GLUCONEOGENESI/GLICOLISI DA PARTE DELL INSULINA Concentrazioni plasmatiche di glucosio superiori a quelle normali (> 5 mm) Produzione e secrezione di insulina da parte del pancreas (cellule β) Captazione del glucosio plasmatico (attiva i trasportatori di membrana nei tessuti insulino-sensibili) Ha recettori in diversi tessuti Stimola la glicolisi Stimola la glicolisi e inibisce la gluconeogensi nel fegato Inibisce la secrezione di glucagone da parte del pancreas (cellule α) Aumento della sintesi e Attivazione delle esochinasi. Attivazione della glucochinasi nel fegato. ABBASSAMENTO DELLA GLICEMIA

25 Controllo ormonale della glicolisi/gluconeogenesi Glucagone: attiva la gluconeogenesi e inibisce la glicolisi Insulina: attiva la glicolisi e inibisce la gluconeogenesi 1) ESOCHINASI GLUCOCHINASI Controllo a breve termine sulla glicolisi/gluconeogenesi: MODULAZIONE DI ENZIMI CHIAVE Controllata dalla [Glucosio-6P] Controllata dalla [Glucosio] - Attivazione coadiuvata dall insulina 2) PFK-1 Modulata allostericamente Controllata per via ormonale tramite l attivatore allosterico Fruttosio 2,6 bis-p (Nel fegato e in particolari casi nel rene, e nell intestino) 3) PIRUVATO CHINASI Modulata allostericamente Modulata covalentemente (fosforilazione/defosforilazione) sotto controllo ormonale (Nel fegato e in particolari casi nel rene, e nell intestino)