Metabolismo dei carboidrati

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1 rof. Giorgio artor Metabolismo dei carboidrati Copyright by Giorgio artor. All rights reserved. Versione apr 2015 Indice Glicogeno Metabolismo del Glicogeno C 2 C C Gluconeogensi Fermentazione lattica (Anaerobiosi) 2 Lattato D-Glucoso 2AD + 2i 2AD + Fruttoso-1,6-difosfato 2AT 2AD 2AD + 2 iruvato 3 C 2AD Fermentazione alcolica (Anaerobiosi) 2 C etanolo Glicolisi iruvato Acetil- Riboso-5-fosfato Ciclo dei pentosi 3-fosfogliceraldeide 2 AD AD + ssidazione aerobica AD + Ciclo di Krebs Fosforilazione ossidativa 6 C AD + i + + AT 1

2 v gsartor Metabolismo dei carboidrati I glucidi I glucidi sono tra i maggiori fornitori di energia degli organismi. ono introdotti con la dieta e prodotti dalle cellule. ono in genere dei polisaccaridi. Attraverso la digestione vengono degradati a monosaccaridi (glucosio, fruttosio, galattosio, ) v gsartor Metabolismo dei carboidrati - 4-2

3 I glucidi I monosaccaridi vengono demoliti per produrre energia a spesa dei legami chimici. In presenza di ossigeno si ha la combustione completa del monosaccaride: C C L energia prodotta viene immagazzinata sottoforma di nucleotidi trifosfati (AT). v gsartor Metabolismo dei carboidrati I glucidi Una cellula in condizioni ottimali tende ad accumulare polisaccaridi come: glucidi di riserva (amidi, glicogeno) glucidi strutturali (cellulosa). v gsartor Metabolismo dei carboidrati - 6-3

4 Vie metaboliche Tutte le operazioni di degradazione dei monosaccaridi e di sintesi dei monosaccaridi e polisaccaridi sono gestite da vie metaboliche che mantengono l omeostasi dell organismo. Quando il bilancio si altera si ha la regolazione del metabolismo La velocità con la quale avviene una via metabolica è regolata. v gsartor Metabolismo dei carboidrati Regolazione delle vie metaboliche La velocità di una via metabolica può essere regolata sia dalla disponibilità del substrato che dalla disponibilità dell enzima. È controllata a livello della reazione più lenta della via metabolica Termodinamicamente molto favorito Catalizzato da un enzima estremamente regolato pesso in una biforcazione della via metabolica Le vie cataboliche (demolizione) ed anaboliche (sintesi) usano spesso gli stessi enzimi, ma hanno almeno una reazione catalizzata da un enzima diverso v gsartor Metabolismo dei carboidrati - 8-4

5 Regolazione delle vie metaboliche A B B B B B BB B C Reazione limitata dalla concentrazione di enzima. (lontana dall equilibrio) D E Reazione limitata dalla concentrazione di substrato. (all equilibrio o vicina all equilibrio) E E E E EE E E E E E F v gsartor Metabolismo dei carboidrati G Glicolisi La via di Embden-Meyerhof(Warburg) Indice 5

6 Glicogeno Metabolismo del Glicogeno Glicolisi C 2 C C Gluconeogensi Fermentazione lattica (Anaerobiosi) 2 Lattato D-Glucoso 2AD + 2i 2AD + Fruttoso-1,6-difosfato 2AT 2AD 2AD + 2 iruvato 3 C 2AD Fermentazione alcolica (Anaerobiosi) 2 C etanolo Glicolisi iruvato Acetil- Riboso-5-fosfato Ciclo dei pentosi 3-fosfogliceraldeide 2 AD AD + ssidazione aerobica AD + Ciclo di Krebs Fosforilazione ossidativa 6 C AD + i + + AT v gsartor Metabolismo dei carboidrati v gsartor Metabolismo dei carboidrati

7 Glicolisi In tutte le cellule avviene la glicolisi Dieci reazioni, le stesse in tutte le cellule, ma con diversa cinetica Tre fasi: La prima fase converte il glucosio in fruttosio- 1,6-difosfato, La seconda fase scinde il fruttosio-1,6-difosfato in due triosi, La terza fase produce due molecole di piruvato. I prodotti sono: piruvato, AT e AD. Esistono tre diversi destini possibili del piruvato. v gsartor Metabolismo dei carboidrati Glicolisi Gli enzimi sono confinati nel citoplasma della cellula. Gli intermedi sono tutti fosforilati. on passano attraverso le membrane. Vengono riconosciuti dagli enzimi. ono convertiti in intermedi ad alto potenziale di trasferimento del fosfato che sono in grado di fosforilare l AD ad AT. v gsartor Metabolismo dei carboidrati

8 Intermedi fosforilati otenziale di trasferimento del fosfato ( G ') kcal/mole Fosfoenolpiruvato 1,3-bifosfoglicerato AT Glucoso-6-fosfato 0 v gsartor Metabolismo dei carboidrati Fasi della glicolisi 1. Fosforilazione del substrato ed attivazione, 2. cissione dello zucchero a sei atomi di carbonio, 3. Recupero dell energia nella fosforilazione dell AD. v gsartor Metabolismo dei carboidrati

9 Reazioni della glicolisi Cinque tipi di reazioni: 1. Trasferimento del fosfato Chinasi R + AT R + AD 2. postamento del fosfato R Mutasi R v gsartor Metabolismo dei carboidrati Reazioni della glicolisi Cinque tipi di reazioni: 3. Isomerizzazione C 2 Isomerasi R R 4. Deidratazione Enolasi cissione aldolica R R' Aldolasi R' + R v gsartor Metabolismo dei carboidrati

10 Fosforilazione La prima fase della glicolisi consiste nella fosforilazione del glucoso per arrivare a fruttoso- 1,6-difosfato attraverso il glucoso- 6-fosfato che viene isomerizzato a fruttoso-6-fosfato. Vengono consumate due molecole di AT per ottenere lo zucchero difosfato. v gsartor Metabolismo dei carboidrati C 2 Glucoso 3 -- C 2 Mg ++ AT Esochinasi Glucoso-6-fosfato AD 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato Fosfoglucoisomerasi AT Fosfofruttochinasi AD 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 AD + + i fosfogliceraldeide AD AD Fosfogliceratochinasi Mg ++ C 3 iruvato AT 3 -- C 2 iruvato chinasi Fosfogliceratomutasi C Mg ++, K + 2 C 2 Enolasi Mg ++ 3-fosfoglicerato AT AD Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato v gsartor Metabolismo dei carboidrati

11 Fase 1 Formazione di fruttoso-1,6-bifosfato C 2 Glucoso 3 -- C 2 Glucoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato Mg ++ AT Esochinasi AD Fosfoglucoisomerasi AT 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato Fosfofruttochinasi AD 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 AD + + i fosfogliceraldeide AD AD Fosfogliceratochinasi Mg ++ C 3 iruvato AT 3 -- C 2 iruvato chinasi Fosfogliceratomutasi C Mg ++, K + 2 C 2 Enolasi Mg ++ 3-fosfoglicerato AT AD Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato v gsartor Metabolismo dei carboidrati Formazione del fruttoso-1,6-difosfato Gli enzimi coinvolti sono due chinasi (la esochinasi e la fosfofruttochinasi) ed una isomerasi Risultato netto: C 2 Glucoso GLU AT Mg ++ Esochinasi (EC ) AD C Glucoso-6-fosfato G6 Fosfoglucoisomerasi (EC ) GLU + 2 AT FB + 2 AD C C 2 Fruttoso-6-fosfato AT F6 Mg ++ Fosfofruttochinasi (EC ) AD C C Fruttoso-1,6-bifosfato FB v gsartor Metabolismo dei carboidrati

12 Esochinasi Fosforilazione del glucoso Consumo di AT Fosforilazione spontanea a causa dell idrolisi dell AT 2 2 AT Mg++ Glucoso Esochinasi (EC ) AD Glucoso-6-fosfato v gsartor Metabolismo dei carboidrati Esochinasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati

13 Esochinasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati Esochinasi inattiva Il legame del glucoso induce un cambiamento conformazionale v gsartor Metabolismo dei carboidrati

14 Esochinasi attiva v gsartor Metabolismo dei carboidrati Esochinasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati

15 Esochinasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati Esochinasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati

16 Esochinasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati Esochinasi EC La fosforilazione confina il glucoso nella cellula La K m per il glucosio è 0.1 mm; nella cellula il glucosio è 4 mm La glucochinasi ha una K m glucoso = 10 mm, si attiva solo quando la cellula si arricchisce in glucosio La esochinasi è regolata allostericamente, viene inibita dal glucoso-6-fosfato ma non è il principale sito di regolazione della glicolisi v gsartor Metabolismo dei carboidrati

17 Formazione del fruttoso-6-difosfato Glucoso C 2 GLU Deposito di energia nel muscolo e nel fegato AT Glicogeno Mg ++ AD C C 2 Via dei pentosi fosfati Glucoso-6-fosfato G Glucoso-1-fosfato intesi di AD e di zuccheri a 3, 5, 6 e 7 atomi di carbonio C C 2 Fruttoso-6-fosfato Glucuronato Glucosamina-6-fosfato intesi di carboidrati F6 v gsartor Metabolismo dei carboidrati C 2 Glucoso AT GLU Mg ++ Esochinasi (EC ) AD C Glucoso-6-fosfato G6 Fosfoglucoisomerasi (EC ) C C 2 Fruttoso-6-fosfato AT F6 Mg ++ Fosfofruttochinasi (EC ) AD C C Fruttoso-1,6-bifosfato F6 v gsartor Metabolismo dei carboidrati

18 Fosfoglucoisomerasi EC Glucoso-6-fosfato + B Entra il G6 Esce il F6 B + B B+ B Fruttoso-6-fosfato Apertura dell'anello Chiusura dell'anello B B Intermedio cis-enediolato B B B + cambiato con il mezzo v gsartor Metabolismo dei carboidrati Fosfoglucoisomerasi EC F6 v gsartor Metabolismo dei carboidrati

19 Fosfoglucoisomerasi EC G6 Aminoacidi basici v gsartor Metabolismo dei carboidrati Fosfoglucoisomerasi EC F6 Aminoacidi basici v gsartor Metabolismo dei carboidrati

20 Fosfoglucoisomerasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati Fosfoglucoisomerasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati

21 C 2 Glucoso AT GLU Mg ++ Esochinasi (EC ) AD C Glucoso-6-fosfato G6 Fosfoglucoisomerasi (EC ) C C 2 Fruttoso-6-fosfato AT F6 Mg ++ Fosfofruttochinasi (EC ) AD C C Fruttoso-1,6-bifosfato FB v gsartor Metabolismo dei carboidrati Fosfofruttochinasi EC È la reazione che controlla la glicolisi È la seconda reazione di fosforilazione Valore di G grande e negativo, La FK è altamente regolata AT inibisce, AM elimina l inibizione Il citrato è un inibitore allosterico Il fruttoso-2,6-bifosfato è un attivatore allosterico L attività della FK aumenta quando lo stato energetico della cellula è basso. L attività della FK diminuisce quando lo stato energetico della cellula è alto. pinge la reazione verso la glicolisi e non verso il ciclo dei pentosi v gsartor Metabolismo dei carboidrati

22 Glucoso C 2 GLU Deposito di energia nel muscolo e nel fegato AT Glicogeno Mg ++ Via dei pentosi fosfati AD C G6 Glucoso-6-fosfato C Glucoso-1-fosfato intesi di AD e di zuccheri a 5, 6 e 7 atomi di carbonio C C 2 Fruttoso-6-fosfato Glucuronato Glucosamina-6-fosfato F6 AT AT Citrato Fosfofruttochinasi (EC ) Mg ++ AM AD Fruttoso-2,6-bifosfato C C Fruttoso-1,6-bifosfato FB intesi di carboidrati v gsartor Metabolismo dei carboidrati Fosfofruttochinasi EC G ' = kj mol -1 G eritrociti = kj mol -1 Mg ++ + AT + AD Fruttoso-6-fosfato F6 Fruttoso-1,6-bifosfato FB v gsartor Metabolismo dei carboidrati

23 Fosfofruttochinasi EC Dimero di un tetramero AD Mg ++ FB Mg ++ AD v gsartor Metabolismo dei carboidrati Fosfofruttochinasi EC AD Mg ++ F6 Mg ++ AD v gsartor Metabolismo dei carboidrati

24 Fosfofruttochinasi EC FB Mg ++ AD v gsartor Metabolismo dei carboidrati Fosfofruttochinasi EC FB AD v gsartor Metabolismo dei carboidrati

25 Fosfofruttochinasi EC Dimero di un tetramero F6 v gsartor Metabolismo dei carboidrati La regolazione della FK coinvolge un altra molecola fosforilata: il fruttoso-2,6-bifosfato, che funziona da attivatore allosterico della FK. La sintesi di questa molecola è regolata da una proteina che, su singolo polipetide, svolge due attività enzimatiche diverse a secondo se è o non è fosforilato: l enzima tandem. L enzima tandem è finemente regolato. Enzima tandem C C 2 i AT 2 C cam C 2 6-Fosfofrutto-2-chinasi (EC ) + Fosforilasi Chinasi A Attiva + Enzima defosforilato Fosforilasi Chinasi A Inattiva - Enzima fosforilato + Fruttoso-2,6-difosfatasi (EC ) AD 2 C C 2 v gsartor Metabolismo dei carboidrati

26 Enzima tandem v gsartor Metabolismo dei carboidrati Regolazione FK v gsartor Metabolismo dei carboidrati

27 Fase 2 cissione del fruttoso-1,6-bifosfato C 2 Glucoso 3 -- C 2 Glucoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato Mg ++ AT Esochinasi AD Fosfoglucoisomerasi AT 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato Fosfofruttochinasi AD 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 AD + + i fosfogliceraldeide AD AD Fosfogliceratochinasi Mg ++ C 3 iruvato AT 3 -- C 2 iruvato chinasi Fosfogliceratomutasi C Mg ++, K + 2 C 2 Enolasi Mg ++ 3-fosfoglicerato AT AD Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato v gsartor Metabolismo dei carboidrati cissione del fruttoso-1,6-difosfato La scissione del fruttoso-1,6-difosfato attraverso l aldolasi porta alla formazione di due triosi, diidrossiacetonfosfato e 3-fosfogligeraldeide. I due triosi sono tra loro in equilibrio attraverso la trioso fosfato isomerasi C C C C C Trioso fosfato isomerasi C (EC ) Diidrossiacetonfosfato 3-fosfogliceraldeide DA Fruttoso-1,6-bifosfato F6 Aldolasi (EC ) GA v gsartor Metabolismo dei carboidrati

28 Aldolasi: meccanismo generale C C C C R - C 2 2 R C 2 R C 2 - R C R C 3 R' R' + rodotto II R' rodotto I Enzima Zn++ C Enzima Zn++ C C v gsartor Metabolismo dei carboidrati Aldolasi EC C rodotto II Diidrossiacetonfosfato C (C 2 ) 4 Lys 2 (C 2 ) 4 Tyr C C Idrolisi della base di hiff Enzima libero Legame del substrato C (C 2 ) 4 Complesso enzima-prodotto con Base di hiff protonata C Tautomeria e protonazione Formazione della base di hiff protonata C (C 2 ) 4 rodotto I Gliceraldeide-3-fosfato C (C 2 ) 4 2 Complesso enzima-substrato Intermedio enaminico C C Complesso enzima-substrato con Base di hiff protonata v gsartor Metabolismo dei carboidrati

29 Aldolasi EC Lys Tyr v gsartor Metabolismo dei carboidrati FB Aldolasi EC FB v gsartor Metabolismo dei carboidrati

30 Trioso-fosfato isomerasi EC Converte DA in GA Il meccanismo coinvolge la formazione di enendiolo Il sito attivo contiene un Glu che agisce come base v gsartor Metabolismo dei carboidrati Trioso-fosfato isomerasi EC Catalizza l equilibrio: G ' = kj mol -1 C Trioso fosfato isom erasi C (EC ) Diidrossiacetonfosfato 3-fosfogliceraldeide DA GA L equilibrio è spostato verso sinistra ( 96% DA, 4% GA), nel procedere della glicolisi viene consumata solo GA e l equilibrio si sposta verso destra. v gsartor Metabolismo dei carboidrati

31 Trioso-fosfato isomerasi EC Glu :B+ Glu :B Diidrossiacetonfosfato DA Glu :B+ 3-fosfogliceraldeide GA 3 -- v gsartor Metabolismo dei carboidrati Trioso-fosfato isomerasi EC Glu mologo di DA Lys v gsartor Metabolismo dei carboidrati

32 Trioso-fosfato isomerasi EC Glu mologo di DA v gsartor Metabolismo dei carboidrati Trioso-fosfato isomerasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati

33 Fase 3 Recupero dell energia C 2 Glucoso 3 -- C 2 Glucoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato Mg ++ AT Esochinasi AD Fosfoglucoisomerasi AT 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato Fosfofruttochinasi AD 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 AD + + i fosfogliceraldeide AD AD Fosfogliceratochinasi Mg ++ C 3 iruvato AT 3 -- C 2 iruvato chinasi Fosfogliceratomutasi C Mg ++, K + 2 C 2 Enolasi Mg ++ 3-fosfoglicerato AT AD Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato v gsartor Metabolismo dei carboidrati Recupero dell energia La formazione di GA permette il recupero dell energia attraverso il suo metabolismo con formazione di una serie di intermedi forsforilati: 1,3-bifosfoglicerato, 3-fosfoglicerato, 2-fosfoglicerato, fosfoenolpiruvato ed infine piruvato. Il destino del piruvato dipende dalla presenza di ossigeno e può essere diverso in cellule diverse (lievito, muscolo ) v gsartor Metabolismo dei carboidrati

34 Recupero dell energia La 3-fosfogligeraldeide prodotta viene ossidata e fosforilata 1,3- bifosfoglicerato da una deidrogenasi, con produzione di AD il 1,3-bifosfoglicerato viene utilizzato per fosforilare l AD ad opera di una fosfogliceratochinasi e si forma 3-fosfoglicerato, che viene isomerizzato a 2- fosfoglicerato ad opera di una mutasi, il 2-fosfoglicerato perde una molecola d acqua ad opera di una enolasi e si forma il fosfoenolpiruvato che viene trasformato in piruvato ad opera della piruvato chinasi con formazione di AT. 3-fosfogliceraldeide 1,3BG GA 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfoglicerato 3G 2G fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato E iruvato Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (EC ) C Fosfoglicerato chinasi (EC ) AD C Fosfoglicerato mutasi (EC ) iruvato chinasi (EC ) C Enolasi (EC ) 3 -- C 2 3 C Mg ++ C AD + AD AT 2 AD AT C 2 Enolpiruvato v gsartor Metabolismo dei carboidrati Recupero dell energia La 3-fosfogligeraldeide prodotta viene ossidata e fosforilata 1,3- bifosfoglicerato da una deidrogenasi, con produzione di AD il 1,3-bifosfoglicerato viene utilizzato per fosforilare l AD ad opera di una fosfogliceratochinasi e si forma 3-fosfoglicerato, che viene isomerizzato a 2- fosfoglicerato ad opera di una mutasi, il 2-fosfoglicerato perde una molecola d acqua ad opera di una enolasi e si forma il fosfoenolpiruvato che viene trasformato in piruvato ad opera della piruvato chinasi con formazione di AT. 3-fosfogliceraldeide GA 1,3-bifosfoglicerato 1,3BG -- 3 Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (EC ) C Fosfoglicerato chinasi (EC ) 3-fosfoglicerato 3G AD C Fosfoglicerato mutasi (EC ) 2-fosfoglicerato 2G Fosfoenolpiruvato E iruvato chinasi (EC ) iruvato C Enolasi (EC ) 3 -- C 2 3 C Mg ++ C AD + AD AT 2 AD AT C 2 Enolpiruvato v gsartor Metabolismo dei carboidrati

35 Recupero dell energia La 3-fosfogligeraldeide prodotta viene ossidata e fosforilata 1,3- bifosfoglicerato da una deidrogenasi, con produzione di AD il 1,3-bifosfoglicerato viene utilizzato per fosforilare l AD ad opera di una fosfogliceratochinasi e si forma 3-fosfoglicerato, che viene isomerizzato a 2- fosfoglicerato ad opera di una mutasi, il 2-fosfoglicerato perde una molecola d acqua ad opera di una enolasi e si forma il fosfoenolpiruvato che viene trasformato in piruvato ad opera della piruvato chinasi con formazione di AT. 3-fosfogliceraldeide GA 1,3-bifosfoglicerato 1,3BG -- 3 Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (EC ) C Fosfoglicerato chinasi (EC ) 3-fosfoglicerato 3G AD C Fosfoglicerato mutasi (EC ) 2-fosfoglicerato 2G Fosfoenolpiruvato E iruvato chinasi (EC ) iruvato C Enolasi (EC ) 3 -- C 2 3 C Mg ++ C AD + AD AT 2 AD AT C 2 Enolpiruvato v gsartor Metabolismo dei carboidrati Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi EC GA èossidata a 1,3BG L energia ottenuta dalla conversione di un aldeide ad acido carbossilico è usata per la fosforilazione a 1,3BG e per la riduzione del AD + a AD v gsartor Metabolismo dei carboidrati

36 Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi EC G ' = +6.3 kj mol -1 3-fosfogliceralde GA C AD + AD -- 3 C ,3-bifosfoglicerato 1,3B GA AD+ B R 1 AD+ R 2 B + 3 B AD+ Complesso Enzima-substrato ,3BG R come Intermedio aciltioestere Intermedio tioacetalico AD+ R 4 B + AD R B + AD + AD v gsartor Metabolismo dei carboidrati Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi EC AD + Cys carbossimetilata v gsartor Metabolismo dei carboidrati

37 Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati Fosfoglicerato chinasi EC ,3-bifosfoglicerato -- 3 AD 1,3BG C Fosfoglicerato chinasi (EC ) AD AT 3-fosfoglicerato 3G C v gsartor Metabolismo dei carboidrati

38 Fosfoglicerato mutasi EC Il gruppo fosfato passa da C-3 a C-2 postamento di fosfato per la formazione di E i forma un intermedio fosfoistidina È stato dimostrato che del 2,3BG è richiesto per la fosforilazione di is. v gsartor Metabolismo dei carboidrati Fosfoglicerato mutasi EC fosfoglicerato 3G C Fosfoglicerato mutasi (EC ) G ' = +4.4 kj mol -1 2-fosfoglicerato 2G 3 -- C 2 v gsartor Metabolismo dei carboidrati

39 Fosfoglicerato mutasi EC B : B + : 3-fosfoglicerato 3BG intermedio 2,3-bifosfoglicerato + 2-fosfoglicerato 2BG v gsartor Metabolismo dei carboidrati fosfoglicerato v gsartor Metabolismo dei carboidrati

40 2-fosfoglicerato v gsartor Metabolismo dei carboidrati Fosfoglicerato mutasi EC is is Mn ++ 3G is Mn ++ v gsartor Metabolismo dei carboidrati

41 Fosfoglicerato mutasi EC is is Mn ++ 3G is v gsartor Metabolismo dei carboidrati Enolasi EC Da 2G a E Il G globale è 1.8 kj/mol Il contenuto in energia di 2G e E è simile. L enolasi riarrangia la molecola in modo tale che possa fornire più energia nell idrolisi. v gsartor Metabolismo dei carboidrati

42 Enolasi EC fosfoglicerato 2G 3 -- C 2 G ' = +1.8 kj mol -1 Mg ++ Fosfoenolpiruvato E C 2 v gsartor Metabolismo dei carboidrati Enolasi EC E Mg ++ v gsartor Metabolismo dei carboidrati

43 Enolasi EC Glu Mg ++ v gsartor Metabolismo dei carboidrati E iruvato Chinasi EC Da E a piruvato viene prodotto AT Valore di G grande e negativo. unto di regolazione Attivata allostericamente da AM, F1,6B Inibita allostericamente da AT e acetil- Tautomeria chetoenolica del piruvato. v gsartor Metabolismo dei carboidrati

44 iruvato Chinasi EC G ' = kj mol -1 AD AT 2 C 3 -- Fosfoenolpiruvato iruvato chinasi (EC ) 2 C Forma enolica 3 C Forma chetonica E iruvato v gsartor Metabolismo dei carboidrati iruvato Chinasi EC M+ Mg++ Mg++ B. 2 M+ Mg++ Mg++ B. 2 v gsartor Metabolismo dei carboidrati

45 iruvato Chinasi EC K + Mg++ C 2 Mg++ Adenosina E AD AT Mg++ + C 2 Enolpiruvato C 3 iruvato v gsartor Metabolismo dei carboidrati iruvato Chinasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati

46 iruvato Chinasi EC AT a + Mg ++ v gsartor Metabolismo dei carboidrati Energia Energia Libera (kj mole -1 ) Esochinasi Fosfoglucosoisomerasi Fosfofruttochinasi Aldolasi Trioso-fosfato isomerasi GA-deidrogenasi GA Chinasi GA Mutasi Enolasi iruvato Chinasi assi della Glicolisi tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) v gsartor Metabolismo dei carboidrati

47 C 2 Glucoso 3 -- C 2 Glucoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato Mg ++ AT IT DI Esochinasi REGLAZIE AD Fosfoglucoisomerasi AT 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato IT DI Fosfofruttochinasi REGLAZIE AD 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 AD + + i fosfogliceraldeide AD AD Fosfogliceratochinasi Mg ++ C 3 iruvato IT DI REGLAZIE AT iruvato chinasi Mg ++, K + AD C Fosfoenolpiruvato AT 3 -- C 2 Fosfogliceratomutasi C 2 Enolasi 3 -- Mg ++ 3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato v gsartor Metabolismo dei carboidrati ssigeno Aerobiosi e anaerobiosi Indice 47

48 Destino del piruvato In assenza di ossigeno Riduzione a lattato rima riduzione a lattato poi decarbossilazione ad acetato rima decarbossilazione ad aldeide poi riduzione ad etanolo In presenza di ossigeno Decarbossilazione, Ciclo di Krebs, Respirazione cellulare Ripristino di AD + per continuare la glicolisi v gsartor Metabolismo dei carboidrati Destino del piruvato In assenza di ossigeno el muscolo Ridotto a Lattato el lievito Decarbossilato ad aldeide ridotta quindi ad etanolo Ripristino di AD + per continuare la glicolisi v gsartor Metabolismo dei carboidrati

49 chema generale del metabolismo dei glucidi Glicogeno Metabolismo del Glicogeno C 2 C C Gluconeogensi Fermentazione lattica (Anaerobiosi) 2 Lattato D-Glucoso 2AD + 2i 2AD + Fruttoso-1,6-difosfato 2AT 2AD 2AD + 2 iruvato 3 C 2AD Fermentazione alcolica (Anaerobiosi) 2 C etanolo Glicolisi iruvato Acetil- Riboso-5-fosfato Ciclo dei pentosi 3-fosfogliceraldeide 2 AD AD + ssidazione aerobica AD + Ciclo di Krebs Fosforilazione ossidativa 6 C AD + i + + AT v gsartor Metabolismo dei carboidrati Anaerobiosi 3-fosfogliceraldeide Diidrossiacetonfosfato 3 -- C 2 2 C 3 -- Gliceraldeide- 3-fosfato deidrogenasi i 1,3-bifosfoglicerato 3 -- C 2 el muscolo AD AD + Lattato C 3 Fosfogliceratochinasi 3 -- AD Mg ++ 3-fosfoglicerato 3 -- C 2 AT Lattico deidrogenasi Fosfogliceratomutasi iruvato C 3 iruvato chinasi Mg ++, K + Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato C 2 Enolasi 3 -- Mg ++ C AT AD v gsartor Metabolismo dei carboidrati

50 Lattico deidrogenasi EC R 2 AD 2 3 C is195 2 R + Arg171 AD C v gsartor Metabolismo dei carboidrati Lattico deidrogenasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati

51 Lattico deidrogenasi EC mologo del piruvato Arg 171 is 195 AD + v gsartor Metabolismo dei carboidrati Lattico deidrogenasi EC mologo del piruvato Arg 171 is 195 AD + v gsartor Metabolismo dei carboidrati

52 Anaerobiosi 3-fosfogliceraldeide Diidrossiacetonfosfato 3 -- C 2 2 C 3 -- Gliceraldeide- 3-fosfato deidrogenasi i 1,3-bifosfoglicerato 3 -- C 2 el lievito Etanolo C 3 C 2 AD + AD 3 -- AD Alcol deidrogenasi Fosfogliceratochinasi Mg ++ Acetaldeide C 3 3-fosfoglicerato 3 -- C 2 AT C 2 Fosfogliceratomutasi iruvato decarbossilasi iruvato C 3 iruvato chinasi Mg ++, K + Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato C 2 Enolasi 3 -- Mg ++ C AT AD v gsartor Metabolismo dei carboidrati iruvato decarbossilasi EC Catalizza la decarbossilazione del piruvato. Usa la tiamina pirofosfato come coenzima 2 3 C ACID + C 3 ACID v gsartor Metabolismo dei carboidrati

53 iruvato decarbossilasi EC Acetaldeide C iruvato R C 3 C C 3 R' + R + C 3 δ- R' T R + C 3 C 3 R' + C 2 C 3 R + C 3 R' C 3 R C 3 R' C 3 C R + C 3 R' v gsartor Metabolismo dei carboidrati iruvato decarbossilasi EC Mg ++ T v gsartor Metabolismo dei carboidrati

54 Alcool deidrogenasi EC Catalizza la reazione di ossidoriduzione: C 3 + AD C 3 + AD+ Acetaldeide R Alcol etilico 2 + C 3 Zn++ C 3 AD+ v gsartor Metabolismo dei carboidrati Alcool deidrogenasi EC AD + Zn ++ v gsartor Metabolismo dei carboidrati

55 Alcool deidrogenasi EC AD + v gsartor Metabolismo dei carboidrati Alcool deidrogenasi EC AD + AD + Cys Cys Trifluoroetanolo Zn ++ is is Trifluoroetanolo Zn ++ v gsartor Metabolismo dei carboidrati

56 Alcool deidrogenasi EC AD + mologo di AD + Cys Cys Trifluoroetanolo Zn ++ is Etanolo Zn ++ is v gsartor Metabolismo dei carboidrati Energetica della Glicolisi I valori di G sono variabili (positivi e negativi) G nelle cellule ha valori vicini a zero olo tre reazioni su dieci hanno valori di G negativo e grande. Le reazioni i cui valori di G sono grandi e negativi sono punti di regolazione. v gsartor Metabolismo dei carboidrati

57 Energia Energia Libera (kj mole -1 ) Esochinasi Fosfoglucosoisomerasi Fosfofruttochinasi Aldolasi Trioso-fosfato isomerasi GA-deidrogenasi GA Chinasi GA Mutasi Enolasi iruvato Chinasi assi della Glicolisi tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) v gsartor Metabolismo dei carboidrati Energia Energia Libera (kj mole -1 ) tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) assi della Glicolisi v gsartor Metabolismo dei carboidrati

58 Energia dalla glicolisi G = kj mol -1 C C G = kj mol -1 La scissione di glucoso a piruvato utilizza solo il 1.7% del contenuto energetico del glucoso. v gsartor Metabolismo dei carboidrati Gli enzimi glicolitici possono formare complessi multiezimatici ella purificazione di proteine da cellule le interazioni non covalenti tra proteine viene persa È stato suggerito che gli enzimi glicolitici si assemblino in un complesso multienzimatico dove i substrati sono canalizzati da un enzima all altro senza passare in soluzione. v gsartor Metabolismo dei carboidrati

59 Altri zuccheri entrano nella glicolisi: C 2 FRUTT C 2 C 2 GALATT MA C 2 v gsartor Metabolismo dei carboidrati Metabolismo del fruttoso Fruttoso AT AD Fruttochinasi (EC ) AT AD Fruttoso-6-fosfato Diidrossiacetonfosfato AD + Gliceraldeide- 3-fosfato Fruttoso-1-fosfato GLICLII Gliceraldeidechinasi (EC ) AD AT Gliceraldeide + AD Fruttoso-1-fosfato (forma aperta) C C 2 Fruttoso-1-fosfato aldolasi (EC ) Alcool deidrogenasi (EC ) AD + Glicerolo-3-fosfato deidrogenasi (EC ) AD Glierol-chinasi (EC ) Glicerolo AT AD Glicerolo-3-fosfato v gsartor Metabolismo dei carboidrati

60 Metabolismo del fruttoso Fruttoso AT AD Fruttochinasi (EC ) AT AD Fruttoso-6-fosfato Diidrossiacetonfosfato AD + Gliceraldeide- 3-fosfato Fruttoso-1-fosfato GLICLII Gliceraldeidechinasi (EC ) AD AT Gliceraldeide + AD Fruttoso-1-fosfato (forma aperta) C C 2 Fruttoso-1-fosfato aldolasi (EC ) Alcool deidrogenasi (EC ) AD + Glicerolo-3-fosfato deidrogenasi (EC ) AD Glierol-chinasi (EC ) Glicerolo AT AD Glicerolo-3-fosfato v gsartor Metabolismo dei carboidrati Metabolismo del fruttoso Fruttoso AT AD Fruttochinasi (EC ) AT AD Fruttoso-6-fosfato Diidrossiacetonfosfato AD + Gliceraldeide- 3-fosfato Fruttoso-1-fosfato GLICLII Gliceraldeidechinasi (EC ) AD AT Gliceraldeide + AD Fruttoso-1-fosfato (forma aperta) C C 2 Fruttoso-1-fosfato aldolasi (EC ) Alcool deidrogenasi (EC ) AD + Glicerolo-3-fosfato deidrogenasi (EC ) AD Glierol-chinasi (EC ) Glicerolo AT AD Glicerolo-3-fosfato v gsartor Metabolismo dei carboidrati

61 Metabolismo del fruttoso Fruttoso AT AD Fruttochinasi (EC ) AT AD Fruttoso-6-fosfato Diidrossiacetonfosfato AD + Gliceraldeide- 3-fosfato Fruttoso-1-fosfato GLICLII AD Gliceraldeidechinasi (EC ) AT Gliceraldeide + AD Fruttoso-1-fosfato (forma aperta) C C 2 Fruttoso-1-fosfato aldolasi (EC ) Alcool deidrogenasi (EC ) AD + Glicerolo-3-fosfato deidrogenasi (EC ) AD Glierol-chinasi (EC ) Glicerolo AT AD Glicerolo-3-fosfato v gsartor Metabolismo dei carboidrati Metabolismo del galattoso Glicogeno (n unità) C 2 UD Glicogeno (n+1 unità) C 2 Galattoso AT AD Galattochinasi (EC ) Galattoso-1-fosfato n n+1 UD-glucoso Galattoso-1-fosfato uridililtransferasi (EC ) UD-galattoso- 4-epimerasi (EC ) Fosfoglucomutasi (EC ) UD-galattoso Glucoso-6-fosfato Glucoso-1-fosfato GLICLII v gsartor Metabolismo dei carboidrati

62 Metabolismo del mannoso Mannoso AT AD Esochinasi (EC ) Mannoso-6-fosfato Fosfomannoso isomerasi (EC ) GLICLII Fruttoso-6-fosfato v gsartor Metabolismo dei carboidrati C 2 Glucoso 3 -- C 2 Glucoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato Mg ++ AT IT DI Esochinasi REGLAZIE AD Fosfoglucoisomerasi AT 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato IT DI Fosfofruttochinasi REGLAZIE AD 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 AD + + i fosfogliceraldeide AD AD Fosfogliceratochinasi Mg ++ C 3 iruvato IT DI REGLAZIE AT iruvato chinasi Mg ++, K + AD C Fosfoenolpiruvato AT 3 -- C 2 Fosfogliceratomutasi C 2 Enolasi 3 -- Mg ++ 3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato v gsartor Metabolismo dei carboidrati

63 Gluconeogenesi intesi di glucoso da piruvato Indice Energia Energia Libera (kj mole -1 ) Esochinasi Fosfoglucosoisomerasi Fosfofruttochinasi Aldolasi Trioso-fosfato isomerasi GA-deidrogenasi GA Chinasi GA Mutasi Enolasi iruvato Chinasi assi della Glicolisi tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) v gsartor Metabolismo dei carboidrati

64 Energia Energia Libera (kj mole -1 ) Esochinasi Fosfoglucosoisomerasi Fosfofruttochinasi Aldolasi Trioso-fosfato isomerasi GA-deidrogenasi GA Chinasi GA Mutasi Enolasi iruvato Chinasi assi della Glicolisi tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) v gsartor Metabolismo dei carboidrati Energia Energia Libera (kj mole -1 ) iruvato Chinasi 10 Enolasi 9 GA Mutasi 8 GA Chinasi GA-deidrogenasi Trioso-fosfato isomerasi Aldolasi assi della Glicolisi Fosfofruttochinasi 3 Fosfoglucosoisomerasi 2 Esochinasi 1 tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) v gsartor Metabolismo dei carboidrati

65 Energia Energia Libera (kj mole -1 ) iruvato Chinasi 10 Enolasi 9 GA Mutasi 8 GA Chinasi GA-deidrogenasi Trioso-fosfato isomerasi Aldolasi assi della Glicolisi Fosfofruttochinasi 3 Fosfoglucosoisomerasi 2 Esochinasi 1 tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) v gsartor Metabolismo dei carboidrati Gluconeogenesi La gluconeogenesi avviene principalmente nel fegato. La sintesi di glucoso da piruvato sfrutta alcuni enzimi della glicolisi. Tre reazioni glicolitiche hanno un valore di G talmente negativo e grande che le reazioni sono irreversibili: Esochinasi Fosfofruttochinasi iruvato chinasi Questi passaggi sono by-passati nella gluconeogenesi. v gsartor Metabolismo dei carboidrati

66 Bypass della piruvato chinasi La piruvato chinasi della glicolisi catalizza la reazione: 2 C C M g + +, K + Fosfoenolpiruvato AD AT iruvato L idrolisi del E ha un valore di G (negativo) maggiore dell AT. Il G ottenibile dall idrolisi di un legame fosfato è insufficiente per sintetizzare il E. È richiesta l idrolisi di due legami fosfoanidridici (da due T diversi, AT e GT o AT o i). v gsartor Metabolismo dei carboidrati Bypass della piruvato chinasi er bypassare la piruvato chinasi occorrono due reazioni: Carbossilazione del piruvato, catalizzata da piruvato carbossilasi (EC ): Fosforilazione e decarbossilazione (spontanea) dell ossalacetato a E catalizzata dalla E carbossichinasi (EC ): v gsartor Metabolismo dei carboidrati C iruvato ssalacetato C 3 - AT GT AD GD C 2 ssalacetato C Fosfoenolpiruvato 66

67 iruvato carbossilasi EC È un enzima a biotina La biotina si lega ad una lisina nel sito attivo dell enzima formando un lungo braccio flessibile ad una estremità del quale vi è il sito di carbossilazione. Lisina ito di carbossilazione 3 C C 3 v gsartor Metabolismo dei carboidrati C C 3 Legame ε-peptidico * * iruvato carbossilasi EC Il lungo braccio flessibile permette il movimento della biotina tra il sito di carbossilazione e il sito di decarbossilazione e formazione del ossalacetato. La carbossilazione avviene ad opera di carbossifosfato che si forma nel sito di carbossilazione per reazione di AT e bicarbonato. AT AD C 3 - Carbossifosfato Biotina 3 C C 3 Carbossibiotina 3 C C 3 C 3 3 C v gsartor Metabolismo dei carboidrati

68 iruvato carbossilasi EC La decarbossilazione della biotina e la formazione di ossalacetato avviene nel secondo sito della piruvato carbossilasi dove si lega il piruvato per formare ossalacetato. 3 C C 3 3 C C 3 3 C 3 C 3 C C 3 C 3 v gsartor Metabolismo dei carboidrati iruvato carbossilasi EC Regola il destino del piruvato Glucoso-6- Glucoso Glicolisi iruvato Aminoacidi Gluconeogenesi + Acetil- Aminoacidi ssalacetato Ciclo di Krebs Citrato v gsartor Metabolismo dei carboidrati

69 iruvato carbossilasi EC Quando la gluconeogenesi è attiva nel fegato l ossalacetato va a formare glucoso. La diminuzione di ossalacetato causa la riduzione di Acetil che entra nel ciclo di Krebs. L aumento di Acetil attiva, allostericamente, la piruvato carbossilasi per formare ossalacetato. La concentrazione di ossalacetato limita il ciclo di Krebs. v gsartor Metabolismo dei carboidrati iruvato carbossichinasi EC (GT) EC (i) EC (AT) nei batteri C 2 C 2 GT GD 2 C 3 -- ssalacetato Enolpiruvato Fosfoenolpiruvato Mg ++ Mn ++ Mn ++ Mg ++ v gsartor Metabolismo dei carboidrati

70 Bypass della piruvato chinasi Globalmente C 3 - AT AD GT C 2 GD 3 C iruvato ssalacetato C Fosfoenolpiruvato C 3 - AT AD GT GD C C C 2 iruvato Fosfoenolpiruvato v gsartor Metabolismo dei carboidrati Gluconeogenesi C 3 - AT AD ssalacetato GT GD C 2 Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato 3 C iruvato iruvato carbossilasi EC Diidrossiacetonfosfato 2 C fosfogliceraldeide 3 -- Trioso fosfato isomerasi E carbossichinasi EC (GT) EC (i) EC (AT) Aldolasi C 2 C AD + + i AD Gliceraldeide- 3-fosfato deidrogenasi 3 -- Enolasi Fosfogliceratomutasi 3-fosfoglicerato AT Fosfogliceratochinasi AD C 2 C ,3-bifosfoglicerato 3 -- C Fruttoso-1,6-bifosfato C 2 C v gsartor Metabolismo dei carboidrati

71 Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC Catalizza la reazione inversa della fosfofruttochinasi: i 3 -- C 2 2 C 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato Fruttoso-6-fosfato v gsartor Metabolismo dei carboidrati Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC Zn ++ (Mg ++ ) i F6 F6 v gsartor Metabolismo dei carboidrati

72 Glucoso-6-fosfatasi EC Catalizza la reazione inversa della esochinasi attraverso una fosfoistidina. R R R + + R È un enzima della membrane del reticolo endoplasmatico con funzione di traslocasi per la secrezione extracellulare del glucoso. È ancorato alla membrana da nove eliche transmembrana e secerne nel lume del reticolo. Extracellulare v gsartor Metabolismo dei carboidrati Glucoso-6-fosfatasi EC is i v gsartor Metabolismo dei carboidrati

73 Glicolisi e Gluconeogenesi C 2 Glucoso AT IT DI Mg ++ Esochinasi 3 -- C 2 REGLAZIE AD Glucoso-6-fosfato Fosfoglucoisomerasi 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato AT IT DI 3 -- C Fosfofruttochinasi 2 2 C 3 -- REGLAZIE Fruttoso-1,6-bifosfato AD C 3 iruvato AT 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato IT DI REGLAZIE iruvato chinasi Mg ++, K + AD C Fosfoenolpiruvato Aldolasi C 2 3-fosfogliceraldeide Enolasi Mg ++ AD + + i C fosfoglicerato AD 3 -- Fosfogliceratochinasi Fosfogliceratomutasi C Mg ++ 3-fosfoglicerato AD AT Fruttoso-6-fosfato Glucoso-6-fosfato Glucoso 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato C 2 C 2 2 C C 2 2 C C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC i i Fosfoglucoisomerasi Glucoso-6-fosfatasi EC v gsartor Metabolismo dei carboidrati Glicolisi e Gluconeogenesi C 2 3 C iruvato C 3 - AT 2 C 3 -- AD iruvato carbossilasi EC Diidrossiacetonfosfato Fruttoso-1,6-bifosfato Fruttoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 ssalacetato GT C 3 -- GD C 2 C 2 E carbossichinasi EC (GT) EC (i) EC (AT) 3-fosfogliceraldeide Aldolasi 2 C 3 -- C Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato deidrogenasi 3 -- C 2 C 3 - ssalacetato C 2 Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato AD GD AT GT iruvato C E carbossichinasi Enolasi carbossilasi EC (GT) EC C 2 C 2 iruvato EC (i) EC (AT) Fosfogliceratomutasi 3-fosfoglicerato AD Fosfogliceratochinasi AT C Diidrossiacetonfosfato 3-fosfogliceraldeide AD + + i AD C 3 -- Gliceraldeide C 2 3-fosfato deidrogenasi 3 -- C 2 Aldolasi 1,3-bifosfoglicerato Glucoso AT Mg ++ Esochinasi 3 -- C 2 AD Glucoso-6-fosfato Fosfoglucoisomerasi 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato AT 3 -- C Fosfofruttochinasi 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato AD Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 2 C C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 Diidrossiacetonfosfato AD + + i fosfogliceraldeide AD AD Gliceraldeide- 3-fosfato 3 -- deidrogenasi i Fosfoenolpiruvato AD + + i AD Enolasi C 2 C 2 Fosfogliceratomutasi 3-fosfoglicerato AD Fosfogliceratochinasi AT Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC fosfoglicerato ,3-bifosfoglicerato 3 -- C Fosfogliceratochinasi Mg ++ 2 C 3 -- Fosfoglucoisomerasi C 3 iruvato chinasi Mg ++, K + AT AD AT 3 -- C 2 Fosfogliceratomutasi C 2 C 2 Enolasi Mg ++ 3-fosfoglicerato Glucoso-6-fosfato Glucoso C 2 i Glucoso-6-fosfatasi EC iruvato Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato v gsartor Metabolismo dei carboidrati

74 Glicolisi e Gluconeogenesi C 2 3 C iruvato C 3 - AT 2 C 3 -- AD iruvato carbossilasi EC Diidrossiacetonfosfato Fruttoso-1,6-bifosfato Fruttoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 ssalacetato Aldolasi GT C C 3 -- GD C 2 C 2 E carbossichinasi EC (GT) EC (i) EC (AT) 3-fosfogliceraldeide C AD + + i AD Glucoso AT Mg ++ Esochinasi 3 -- C 2 AD Glucoso-6-fosfato Fosfoglucoisomerasi 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato AT 3 -- C Fosfofruttochinasi 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato AD Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 2 C C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 Diidrossiacetonfosfato AD + + i fosfogliceraldeide AD AD Gliceraldeide- 3-fosfato 3 -- deidrogenasi i Fosfoenolpiruvato Enolasi 3-fosfoglicerato C 2 C 2 Fosfogliceratomutasi AD Fosfogliceratochinasi AT Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC fosfoglicerato ,3-bifosfoglicerato 3 -- C Fosfogliceratochinasi Mg ++ AT Fosfoglucoisomerasi 2 C C 2 iruvato Fosfogliceratomutasi Glucoso-6-fosfato i C chinasi 3 C Mg ++, K + 2 C 2 Enolasi 3 -- Glucoso-6-fosfatasi 3 -- Mg ++ EC fosfoglicerato C 2 AT AD iruvato Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato Glucoso v gsartor Metabolismo dei carboidrati Glicolisi e gluconeogenesi La glicolisi e la gluconeogenesi sono vie metaboliche spontanee. e fossero attive simultaneamente nella cellula si sarebbe in presenza di un ciclo futile con consumo di energia. Glicolisi: C AD AD + 2 i 2C AD AT Gluconeogenesi: 2C AD AT + 2 GT C AD AD + 2 GD + 6 i Glicolisi + Gluconeogenesi: 2 AT + 2 GT 2 AD + 2 GD + 4 i Come dire: ppure: v gsartor Metabolismo dei carboidrati

75 Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Locale er prevenire la perdita di energia nel ciclo futile la Glicolisi e la Gluoconeogenesi sono reciprocamente regolate. Controllo locale: Reciproco controllo allosterico ad opera dei nucleotidi adenilici: La fosfofruttochinasi (Glicolisi) è inibita da AT e stimolata da AM. La fruttoso-1,6-bifosfatasi (Gluconeogenesi) è inibita da AM. Quando la concentrazione di AT è alta (concentrazione di AM bassa) il glucoso è degradato per produrre AT. In queste condizioni la cellula accumula glicogeno. Quando la concentrazione di AT è bassa (concentrazione di AM alta) la cellula spende energia per sintetizzare glucoso. v gsartor Metabolismo dei carboidrati Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale Controllo globale: egli epatociti vi è l effetto reciproco sulle due vie dell AM ciclico, la cui cascata è attivata dall ormone GLUCAGE quando il glucoso ematico è basso. La rotein Chinasi A (rotein Chinasi cam Dipendente) provoca la fosforilazione di enzimi e proteine regolatrici il cui risultato è: inibizione della glicolisi stimolazione della gluconeogenesi, Ciò porta alla disponibilità di glucosio nel sangue. v gsartor Metabolismo dei carboidrati

76 Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale Controllo globale: Gli enzimi che sono FFRILATI dalla roteina Chinasi A sono: iruvato Chinasi: enzima glicolitico che è inibito quando fosforilato. CREB (cam response element binding protein): che attiva attraverso sistemi di trascrizione il gene della E Carbossichinasi, con conseguente aumento della gluconeogenesi. L enzima tandem: che regola la formazione e la degradazione del regolatore allosterico fruttoso- 2,6-bifosfato. v gsartor Metabolismo dei carboidrati Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale Controllo globale: L enzima tandem: che regola la formazione e la degradazione del regolatore allosterico fruttoso-2,6-bifosfato. Il fruttoso-2,6-bifosfato attiva la Fosfofruttochinasi anche in presenza di alto AT (che la inibisce). L attività in presenza di fruttoso-2,6-bifosfato è simile all attività con AT basso. Il controllo attraverso fruttoso-2,6-bifosfato (la cui concentrazione viene controllata da segnali esterni: ormoni) è gerarchicamente più importante del controllo locale da AT. Il fruttoso-2,6-bifosfato inibisce l enzima della gluconeogenesi fruttoso-1,6-bifosfatatasi. v gsartor Metabolismo dei carboidrati

77 modimero Due domini cataliciti: Fosfofruttochinasi (FK2) (EC ) che catalizza: Fruttoso-6-fosfato + AT fruttoso-2,6-bifosfato + AD Enzima tandem Dominio di Fosforilazione (regolatorio) Fruttoso-bifosfatasi (FBasi2) (EC ) che catalizza: Fruttoso-2,6-bifosfato + 2 fruttoso-6-fosfato + i F6 v gsartor Metabolismo dei carboidrati Enzima tandem L enzima tandem è regolato dalla cascata del cam che a sua volta è controllato da ormoni AT 6-Fosfofrutto-2-chinasi (EC ) Enzima defosforilato + AD C C 2 Fosforilasi Chinasi A Attiva + cam Fosforilasi Chinasi A Inattiva C 3 -- C 2 i - Enzima fosforilato Fruttoso-2,6-difosfatasi (EC ) v gsartor Metabolismo dei carboidrati

78 Ciclo di Cori FEGAT MUCL Glucoso Glucoso 2AD + + 4AD + 2GD + 6i 2AD + + 4AD + 4i 2AD + 4AT + 2GT iruvato 2 AGUE 2AD + 4AT iruvato 2 3 C 3 C 2AD 2AD 2AD + 2AD + Lattato 2 Lattato 2 3 C 3 C v gsartor Metabolismo dei carboidrati v gsartor Metabolismo dei carboidrati

79 Metabolismo del Glicogeno Glicogenolisi e glicogenosintesi Indice v gsartor Metabolismo dei carboidrati

80 v gsartor Metabolismo dei carboidrati v gsartor Metabolismo dei carboidrati

81 Glicogeno (Amido) Il glicogeno è un polimero del glucoso, I monomeri sono legati con legami glicosidici 1α 4 nelle catene principali e 1α 6 nelle ramificazioni. È un sistema di accumulazione del glucoso sottoforma di granuli in genere nel fegato. C 2 C 2 C 2 n 1α 1µm C 2 C 2 C 2 6C 2 C 2 C 2 n 1α 4 v gsartor Metabolismo dei carboidrati Glicogeno (Amido) Il glicogeno è un polimero del glucoso, I monomeri sono legati con legami glicosidici 1α 4 nelle catene principali e 1α 6 nelle ramificazioni. È un sistema di accumulazione del glucoso sottoforma di granuli in genere nel fegato. C 2 C 2 C 2 n 1α C 2 C 2 C 2 6C 2 C 2 C 2 n 1α 4 v gsartor Metabolismo dei carboidrati

82 Glicogeno (Amido) La struttura dei granuli di glicogeno permette una rapida mobilizzazione (scissione) delle catene polisaccardiche poiché vi sono molte estremità diverse attaccabili. C 2 C 2 C 2 n 1α C 2 C 2 C 2 6 C 2 C 2 C 2 n 1α 4 v gsartor Metabolismo dei carboidrati Catabolismo del glicogeno La catena lineare polisaccaridica viene scissa nei monomeri (come glucoso-1-fosfato) ad opera dalla glicogenofosforilasi (EC ): C 2 C 2 n C 2 R Glicogeno fosforilasi EC C C 2 n C 2 R Fosforolisi R R' R + + R' Idrolisi R R' R + + R' Date le dimensioni del sito l enzima riesce a tagliare il legame 1α 4 fino a quattro residui dal legame 1α 6. v gsartor Metabolismo dei carboidrati