Glicolisi e Gluconeogenesi

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1 Glicolisi e Gluconeogenesi 1

2 Il glucosio è generato dai carboidrati della dieta Starch + glycogen: main source of glucose Mainly brocken down by α- amylase (cleaves α 1->4) 2

3 Glycolysis is an Energy-Conversion Pathway in Many Organisms 3

4 Glycolysis is an Energy-Conversion Pathway in Many Organisms 4

5 Esochinasi Fosforilazione del glucosio Consumo di ATP Fosforilazione spontanea a causa dell idrolisi dell ATP

6 Il legame del glucoso induce un cambiamento conformazionale Esochinasi ina?va

7 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 a?va 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

8 Formazione del fruqoso- 6- difosfato

9 Fosfoglucoisomerasi EC

10 FosfofruQochinasi EC È la reazione che controlla la glicolisi È la seconda reazione di fosforilazione Valore di G grande e negaxvo, La PFK è altamente regolata ATP inibisce, AMP elimina l inibizione Il citrato è un inibitore allosterico Il fruqoso- 2,6- bifosfato è un a?vatore allosterico L a?vità della PFK aumenta quando lo stato energexco della cellula è basso. L a?vità della PFK diminuisce quando lo stato energexco della cellula è alto. Spinge la reazione verso la glicolisi e non verso il ciclo dei pentosi

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12 FosfofruQochinasi EC

13 La regolazione della PFK coinvolge un altra molecola fosforilata: il fruqoso- 2,6- bifosfato, che funziona da a?vatore allosterico della PFK. La sintesi di questa molecola è regolata da una proteina che, su singolo polipexde, svolge due a?vità enzimaxche diverse a secondo se è o non è fosforilato: l enzima tandem. L enzima tandem è finemente regolato. Enzima tandem

14 Scissione del fruqoso- 1,6- difosfato La scissione del fruqoso- 1,6- difosfato aqraverso l aldolasi porta alla formazione di due triosi, diidrossiacetonefosfato e 3- fosfogligeraldeide. I due triosi sono tra loro in equilibrio aqraverso la trioso fosfato isomerasi

15 Aldolasi: meccanismo generale

16 Trioso- fosfato isomerasi EC Converte DHAP in GAP Il meccanismo coinvolge la formazione di enendiolo Il sito a?vo conxene un Glu che agisce come base

17 Trioso- fosfato isomerasi EC Catalizza l equilibrio: L equilibrio è spostato verso sinistra ( 96% DHAP, 4% GAP), nel procedere della glicolisi viene consumata solo GAP e l equilibrio si sposta verso destra.

18 Trioso- fosfato isomerasi EC

19 Recupero dell energia La formazione di GAP permeqe il recupero dell energia aqraverso il suo metabolismo con formazione di una serie di intermedi forsforilax: 1,3- bifosfoglicerato, 3- fosfoglicerato, 2- fosfoglicerato, fosfoenolpiruvato ed infine piruvato. Il desxno del piruvato dipende dalla presenza di ossigeno e può essere diverso in cellule diverse (lievito, muscolo )

20 Recupero dell energia La 3- fosfogligeraldeide prodoqa viene ossidata e fosforilata 1,3- bifosfoglicerato da una deidrogenasi, con produzione di NADH il 1,3- bifosfoglicerato viene uxlizzato per fosforilare l ADP 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 ATP.

21 Recupero dell energia La 3- fosfogligeraldeide prodoqa viene ossidata e fosforilata 1,3- bifosfoglicerato da una deidrogenasi, con produzione di NADH il 1,3- bifosfoglicerato viene uxlizzato per fosforilare l ADP 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 ATP.

22 Recupero dell energia La 3- fosfogligeraldeide prodoqa viene ossidata e fosforilata 1,3- bifosfoglicerato da una deidrogenasi, con produzione di NADH il 1,3- bifosfoglicerato viene uxlizzato per fosforilare l ADP 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 ATP.

23 Gliceraldeide- 3- fosfato deidrogenasi EC GAP è ossidata a 1,3BPG L energia oqenuta dalla conversione di un aldeide ad acido carbossilico è usata per la fosforilazione a 1,3BPG e per la riduzione del NAD + a NADH

24 Gliceraldeide- 3- fosfato deidrogenasi EC

25 Fosfoglicerato chinasi EC

26 Fosfoglicerato mutasi EC Il gruppo fosfato passa da C- 3 a C- 2 Spostamento di fosfato per la formazione di PEP Si forma un intermedio fosfo- isxdina È stato dimostrato che del 2,3BPG è richiesto per la fosforilazione di His.

27 Fosfoglicerato mutasi EC

28 Fosfoglicerato mutasi EC

29 Enolasi EC Da 2PG a PEP Il ΔG globale è 1.8 kj/mol Il contenuto in energia di 2PG e PEP è simile. L enolasi riarrangia la molecola in modo tale che possa fornire più energia nell idrolisi.

30 Enolasi EC

31 Piruvato Chinasi EC Da PEP a piruvato viene prododo ATP Valore di ΔG grande e negaxvo. Punto di regolazione A?vata allostericamente da AMP, F1,6BP Inibita allostericamente da ATP e acexl- CoA Tautomeria chetoenolica del piruvato.

32 Piruvato Chinasi EC

33 Piruvato Chinasi EC

34 Piruvato Chinasi EC

35 Ossigeno Aerobiosi e anaerobiosi

36 DesXno del piruvato In assenza di ossigeno Riduzione a laqato Prima riduzione a laqato poi decarbossilazione ad acetato Prima decarbossilazione ad aldeide poi riduzione ad etanolo In presenza di ossigeno Decarbossilazione, Ciclo di Krebs, Respirazione cellulare RiprisXno di NAD + per conxnuare la glicolisi

37 DesXno del piruvato In assenza di ossigeno Nel muscolo RidoQo a LaQato Nel lievito Decarbossilato ad aldeide ridoqa quindi ad etanolo RiprisXno di NAD + per conxnuare la glicolisi

38 Schema generale del metabolismo dei glucidi

39 Nel muscolo Anaerobiosi

40 La?co deidrogenasi EC

41 EnergeXca della Glicolisi I valori di ΔG sono variabili (posixvi e negaxvi) ΔG nelle cellule ha valori vicini a zero Solo tre reazioni su dieci hanno valori di ΔG negaxvo e grande. Le reazioni i cui valori di ΔG sono grandi e negaxvi sono punx di regolazione.

42 Energia dalla glicolisi ΔG = kj mol - 1 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O ΔG = kj mol - 1 La scissione di glucoso a piruvato uxlizza solo il 1.7% del contenuto energexco del glucoso.

43 Gli enzimi glicolixci possono formare complessi mulxenzimaxci Nella purificazione di proteine da cellule le interazioni non covalenx tra proteine viene persa È stato suggerito che gli enzimi glicolixci si assemblino in un complesso mulxenzimaxco dove i substrax sono canalizzax da un enzima all altro senza passare in soluzione.

44 Altri zuccheri entrano nella glicolisi:

45 Metabolismo del fruqosio

46 Metabolismo del fruqosio

47 Metabolismo del fruqosio

48 Metabolismo del fruqosio

49 Metabolismo del galaqosio

50 Metabolismo del mannosio

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52 Gluconeogenesi La sintesi neqa di glucosio, o la formazione di questo a parxre da una grande varietà di molecole che non sono carboidrax è deqa gluconeogenesi, una via metabolica che uxlizza come fonx di carbonio vari aminoacidi, laqato, piruvato, propionato e glicerolo.

53 La biosintesi del glucosio è una necessità assoluta nei mammiferi, in quanto il cervello, il sistema nervoso, la parte midollare del rene, i tes9coli, gli eritroci9 e i tessu9 embrionali u9lizzano il glucosio presente nel sangue come unica o principale sostanza nutriente. Il cervello umano consuma oltre 120 g di glucosio al giorno

54 La gluconeogenesi il mantenimento dei livelli di glicemia per molto tempo dopo la completa u9lizzazione di il glucosio

55 Gluconeogenesi La gluconeogenesi avviene principalmente nel fegato. La sintesi di glucoso da piruvato sfruqa alcuni enzimi della glicolisi. Tre reazioni glicolixche hanno un valore di ΔG talmente negaxvo e grande che le reazioni sono irreversibili: Esochinasi FosfofruQochinasi Piruvato chinasi QuesX passaggi sono by- passax nella gluconeogenesi.

56 Bypass della piruvato chinasi La piruvato chinasi della glicolisi catalizza la reazione: L idrolisi del PEP ha un valore di ΔG (negaxvo) maggiore dell ATP. Il ΔG oqenibile dall idrolisi di un legame fosfato è insufficiente per sintexzzare il PEP. È richiesta l idrolisi di due legami fosfoanidridici (da due NTP diversi, ATP e GTP o ATP o PPi).

57 Bypass della piruvato chinasi Per bypassare la piruvato chinasi occorrono due reazioni: Carbossilazione del piruvato, catalizzata da piruvato carbossilasi (EC ): Fosforilazione e decarbossilazione (spontanea) dell ossalacetato a PEP catalizzata dalla PEP carbossichinasi (EC ):

58 Piruvato carbossilasi EC È un enzima a bioxna La bioxna si lega ad una lisina nel sito a?vo dell enzima formando un lungo braccio flessibile ad una estremità del quale vi è il sito di carbossilazione.

59 Piruvato carbossilasi EC Il lungo braccio flessibile permeqe il movimento della bioxna 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 ATP e bicarbonato.

60 Struttura a domini della piruvato carbossilasi. Il dominio di legame per l ATP attiva lo ione HCO3 - e trasferisce CO 2 al dominio di legame per la biotina. Da qui CO 2 viene trasferito al piruvato nel dominio centrale. La biotina è su un guinzaglio flessibile che le permette di muoversi tra il sito dell ATP e del bicarbonato e il sito del piruvato. 60

61 Piruvato carbossilasi EC La decarbossilazione della bioxna e la formazione di ossalacetato avviene nel secondo sito della piruvato carbossilasi dove si lega il piruvato per formare ossalacetato.

62 Piruvato carbossilasi EC Regola il desxno del piruvato Glucoso- 6- P Glucoso Glicolisi Piruvato Aminoacidi Gluconeogenesi + AceXl- CoA Aminoacidi Ossalacetato Ciclo di Krebs Citrato

63 Piruvato carbossilasi EC Quando la gluconeogenesi è a?va nel fegato l ossalacetato va a formare glucoso. La diminuzione di ossalacetato causa la riduzione di AceXlCoA che entra nel ciclo di Krebs. L aumento di AceXlCoA a?va, allostericamente, la piruvato carbossilasi per formare ossalacetato. La concentrazione di ossalacetato limita il ciclo di Krebs.

64 Globalmente Bypass della piruvato chinasi

65 L'ossalacetato formato dal piruvato direttamente nei mitocondri viene ridotto reversibilmente a malato dalla malato deidrogenasi mitocondriale a spese del NADH: Ossalacetato + NADH + H + L-malato + NAD + Questa reazione, a giudicare dalla sua ΔG 'o, è altamente esoergonica. Ma, in condizioni fisiologiche, la reazione ha un ΔG=0 ed è quindi reversibile. La malato deidrogenasi mitocondriale perciò funziona sia nella gluconeogenesi sia nel ciclo dell'acido citrico, anche se l'intero flusso di metaboliti, nei due processi, ha direzione opposta. 65

66 Il malato esce dai mitocondri attraverso il trasportatore malato-αchetoglutarato presente nella membrana mitocondriale interna. Nel citosol, il malato viene riossidato a ossalacetato, con la contemporanea produzione di NADH citosolico: Malato + NAD + ossalacetato + NADH + H + 66

67 67

68 L ossalacetato viene poi convertito in fosfoenolpiruvato (PEP) dalla fosfoenolpiruvato carbossichinasi in una reazione in cui gli ioni Mg 2+ sono cofattori essenziali e il donatore del gruppo fosforico è il GTP (Fig. 20.3): Ossalacetato + GTP fosfoenolpiruvato + CO 2 + GDP Nelle condizioni intracellulari questa reazione è reversibile; la formazione di un composto fosforilato ad alta energia (PEP) è bilanciata dall'idrolisi di un altro composto ad alta energia (GTP).

69 Una seconda «reazione» piruvato PEP, più breve, diventa predominante quando il precursore della gluconeogenesi è il lattato (Fig. 20.4). In questa via viene utilizzato il lattato prodotto dalla glicolisi negli eritrociti o nel muscolo, in particolare nei vertebrati di grandi dimensioni dopo un esercizio fisico prolungato. La conversione del lattato in piruvato nel citosol degli epatociti genera NADH, e quindi non è più necessaria l'esportazione di malato dai mitocondri.

70 Il piruvato prodotto nella reazione della lattato deidrogenasi viene trasportato all'interno dei mitocondri, dove viene trasformato in ossalacetato dalla piruvato carbossilasi. L'ossalacetato viene convertito in PEP direttamente nei mitocondri ad opera di una forma mitocondriale di PEP carbossichinasi. Il prodotto di questa reazione esce dai mitocondri per entrare nella via gluconeogenetica..

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72 Le forme citosolica e mitocondriale di PEP carbossichinasi sono codificate da geni nucleari diversi. Questo è un altro esempio di enzimi distinti che, pur catalizzando la stessa reazione, hanno localizzazioni cellulari e funzioni metaboliche diverse

73 Vie alternative da piruvato a fosfoenolpiruvato. La via che prevale dipende dalla natura chimica del precursore della gluconeogenesi (lattato o piruvato). La via indicata sulla destra (che è più breve di quella indicata a sinistra) prevale quando il suo precursore è il lattato, in quanto il NADH citosolico viene prodotto nella reazione catalizzata dalla lattato deidrogenasi e non è quindi necessario trasportarlo fuori dal mitocondrio. L importanza relativa delle due vie dipende dalla disponibilità di lattato e dalla richiesta di NADH citosolico necessario per la gluconeogenesi. 73

74 La conversione del fruttosio 1,6-bisfosfato in fruttosio 6-fosfato è la seconda deviazione. La seconda reazione della sequenza catabolica glicolitica che non partecipa al processo anabolico della gluconeogenesi è la fosforilazione del fruttosio 6-fosfato catalizzata dalla fosfofruttochinasi-1 (Tabella 20.1).

75 FruQoso- 1,6- bifosfatasi EC Catalizza la reazione inversa della fosfofruqochinasi:

76 Nella cellula questa reazione è altamente esoergonica e quindi irreversibile, la formazione di fruttosio 6-fosfato da fruttosio 1,6-bisfosfato (Fig. 20.2) è catalizzata da un altro enzima, la fruttosio 1,6-bisfosfatasi Mg 2+ -dipendente, che produce l'idrolisi essenzialmente irreversibile del gruppo fosforico sul C-1 (non il trasferimento del gruppo fosforico all'adp): Fruttosio 1,6-bisfosfato + H 2 O fruttosio 6-fosfato + Pi ΔG 'o = - 16,3 kj/mole

77 La conversione del glucosio 6-fosfato in glucosio libero è la terza deviazione La terza deviazione è la reazione finale della gluconeogenesi, la defosforilazione del glucosio 6-fosfato a glucosio libero (Fig. 20.2). Poiché la reazione dell'esochinasi nella glicolisi è essenzialmente irreversibile, la reazione idrolitica è catalizzata da un altro enzima, la glucosio 6-fosfatasi: Glucosio 6-fosfato + H 2 O glucosio + Pi ΔG 'o =-13,8 kj/mole

78 Questo enzima, la cui attività dipende dalla presenza di ioni Mg 2+, si trova nel reticolo endoplasmatico degli epatociti e nelle cellule renali. La glucosio 6-fosfatasi non è presente nel muscolo o nel cervello, e quindi la gluconeogenesi non può avvenire in questi tessuti. Il glucosio prodotto dalla gluconeogenesi nel fegato o nei reni o ingerito con la dieta viene trasportato al muscolo e al cervello dal flusso sanguigno.

79 Glucoso- 6- fosfatasi EC Catalizza la reazione inversa della esochinasi aqraverso una fosfoisxdina. È un enzima della membrane del rexcolo endoplasmaxco con funzione di traslocasi per la secrezione extracellulare del glucoso. È ancorato alla membrana da nove eliche transmembrana e secerne nel lume del rexcolo.

80 Gluconeogenesi

81 Glicolisi e Gluconeogenesi

82 Glicolisi e Gluconeogenesi

83 Glicolisi e Gluconeogenesi

84 Glicolisi e gluconeogenesi La glicolisi e la gluconeogenesi sono vie metaboliche spontanee. Se fossero a?ve simultaneamente nella cellula si sarebbe in presenza di un ciclo fuxle con consumo di energia. Glicolisi: glucoso + 2 NAD ADP + 2 P i 2 piruvato + 2 NADH + 2 ATP Gluconeogenesi: 2 piruvato + 2 NADH + 4 ATP + 2 GTP glucoso + 2 NAD ADP + 2 GDP + 6 P i Glicolisi + Gluconeogenesi: 2 ATP + 2 GTP 2 ADP + 2 GDP + 4 P i

85 Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Locale Per prevenire la perdita di energia nel ciclo fuxle la Glicolisi e la Gluoconeogenesi sono reciprocamente regolate. Controllo locale: Reciproco controllo allosterico ad opera dei nucleoxdi adenilici: La fosfofruqochinasi (Glicolisi) è inibita da ATP e sxmolata da AMP. La fruqoso- 1,6- bifosfatasi (Gluconeogenesi) è inibita da AMP. Quando la concentrazione di ATP è alta (concentrazione di AMP bassa) il glucoso NON è degradato per produrre ATP. In queste condizioni la cellula accumula glicogeno. Quando la concentrazione di ATP è bassa (concentrazione di AMP alta) la cellula NON spende energia per sintexzzare glucoso.

86 La gluconeogenesi è favorita quando la cellula è ricca di precursori biosintetici e di ATP.

87 Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale Controllo globale: Negli epatocix vi è l effeqo reciproco sulle due vie dell AMP ciclico, la cui cascata è a?vata dall ormone GLUCAGONE quando il glucoso emaxco è basso. La Protein Chinasi A (Protein Chinasi camp Dipendente) provoca la fosforilazione di enzimi e proteine regolatrici il cui risultato è: inibizione della glicolisi sxmolazione della gluconeogenesi, Ciò porta alla disponibilità di glucosio nel sangue.

88 Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale Controllo globale: Gli enzimi che sono FOSFORILATI dalla Proteina Chinasi A sono: Piruvato Chinasi: enzima glicolixco che è inibito quando fosforilato. CREB (camp response element binding protein): che a?va aqraverso sistemi di trascrizione il gene della PEP Carbossichinasi, con conseguente aumento della gluconeogenesi. L enzima tandem: che regola la formazione e la degradazione del regolatore allosterico fruqoso- 2,6- bifosfato.

89 Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale Controllo globale: L enzima tandem: che regola la formazione e la degradazione del regolatore allosterico fruqoso- 2,6- bifosfato. Il fruqoso- 2,6- bifosfato a?va la FosfofruQochinasi anche in presenza di alto ATP (che la inibisce). L a?vità in presenza di fruqoso- 2,6- bifosfato è simile all a?vità con ATP basso. Il controllo aqraverso fruqoso- 2,6- bifosfato (la cui concentrazione viene controllata da segnali esterni: ormoni) è gerarchicamente più importante del controllo locale da ATP. Il fruqoso- 2,6- bifosfato inibisce l enzima della gluconeogenesi fruqoso- 1,6- bifosfatatasi.

90 Enzima tandem Omodimero Due domini catalicix: Dominio di Fosforilazione (regolatorio) FosfofruQochinasi (PFK2) (EC ) che catalizza: FruQoso- 6- fosfato + ATP fruqoso- 2,6- bifosfato + ADP FruQoso- bifosfatasi (FBPasi2) (EC ) che catalizza: FruQoso- 2,6- bifosfato + H2O fruqoso- 6- fosfato + Pi F6P

91 Enzima tandem L enzima tandem è regolato dalla cascata del camp che a sua volta è controllato da ormoni

92 Gli intermedi del ciclo dell'acido citrico e molti amminoacidi sono glucogenici La via biosintetica descritta in precedenza consente una sintesi netta di glucosio non solo dal piruvato, ma anche dagli intermedi del ciclo dell'acido citrico: 1. citrato, isocitrato, 2. -α-chetoglutarato, 3. succinil-coa, 4. succinato, 5. fumarato 6. malato Tutti questi composti vengono ossidati nel ciclo dell'acido citrico e sono trasformati in ossalacetato.

93 Alcuni degli atomi di carbonio di molti amminoacidi derivati dalle proteine sono convertiti nelle cellule dei mammiferi sia in piruvato sia in alcuni intermedi del ciclo dell'acido citrico. Dopo il distacco dei loro gruppi amminici nei mitocondri epatici, lo scheletro carbonioso di questi amminoacidi (rispettivamente i chetoacidi piruvato ed α-chetoglutarato) è incanalato nella gluconeogenesi.

94 Questi amminoacidi possono essere utilizzati per la produzione di glucosio e sono chiamati glucogenici (Tabella 20.3). L'alanina e la glutammina sono particolarmente importanti in quanto sono le molecole che trasportano i gruppi amminici dai tessuti extraepatici al fegato ** Questi amminoacidi sono anche chetogenici

95 La gluconeogenesi e la glicolisi sono regolate in modo reciproco Per assicurarsi che i cicli futili non avvengano nelle condizioni normali, la gluconeogenesi e la glicolisi devono essere regolate separatamente e con sistemi integrati e complementari. Il primo punto di controllo è rappresentato dalle reazioni catalizzate dal complesso della piruvato deidrogenasi e dalla piruvato carbossilasi della gluconeogenesi (Fig. 20.6) l'acetil-coa da una parte è il modulatore positivo allosterico della piruvato carbossilasi, dall'altra è il modulatore negativo della piruvato deidrogenasi, mediante la stimolazione di una proteina chinasi che inattiva la deidrogenasi.

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97 Quando le richieste energetiche della cellula sono soddisfatte, la fosforilazione ossidativa rallenta, il NADH non viene più consumato e il ciclo dell'acido citrico è inibito, provocando come conseguenza un accumulo di acetil-coa. L'aumento della concentrazione di acetil-coa inibisce il complesso della piruvato deidrogenasi, rallentando la sua formazione da piruvato, contemporaneamente stimola la gluconeogenesi attivando la piruvato carbossilasi. In questo modo l'eccesso di piruvato può essere convertito in glucosio

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99 Il secondo punto di controllo della gluconeogenesi è a livello della reazione catalizzata dalla fruttosio 1,6-bisfosfatasi, che è inibita dall'amp. Il corrispondente enzima glicolitico, la fosfofruttochinasi-1, è invece stimolato dall'amp e dall'adp, mentre è inibito dall'atp e dal citrato. Le due reazioni delle due vie sono quindi regolate in modo coordinato e complementare.

100 Quando nella cellula sono presenti concentrazioni sufficienti di acetil-coa o del suo prodotto di condensazione con l'ossalacetato (il citrato), oppure quando i nucleotidi adenilici sono per la maggior parte nella forma di ATP, viene favorita la gluconeogenesi. 100

101 La funzione speciale del fegato nel mantenere costante il livello di glucosio nel sangue richiede un ulteriore meccanismo di regolazione che coordini la produzione al consumo. 101

102 Quando il livello di glucosio nel sangue diminuisce, l'ormone glucagone segnala al fegato di produrre e rilasciare più glucosio. Una delle fonti di questo glucosio è il glicogeno conservato nel fegato L'altra è la gluconeogenesi. 102

103 103

104 Struttura dei domini dell enzima bifunzionale fosfofruttochinasi 2 PFK2 e FBPasi sono presenti in una singola catena polipeptidica Sequenza amminoacidica dell enzima 104

105 105

106 Fegato e cuore contengono differenti isoenzimi dell enzima bifunzionale PFK/FBPasi che danno differente risposta allo stesso ormone (adrenalina). adrenalina glucagone Cuore: (attivazione glicolisi) Fegato: (inibizione della glicolisi) 106

107 107

108 Il glucagone e l insulina hanno effetti a lungo termine sui livelli degli enzimi epatici coinvolti nella glicolisi e nella gluconeogenesi. 1. Nel fegato un elevato rapporto ematico glucagone/insulina aumenta l attività degli enzimi glucogenetici mentre dimunuisce quella degli enzimi glicolitici. 2. Un basso rapporto glucagone/insulina ha gli effetti opposti. Nel primo caso il glucagone segnala l induzione della sintesi di quantità maggiori di: PEP carbossichinasi fruttosio-1,6-difosfato glucosio-6-fosfatasi varie transaminasi 108

109 Il legame del glucagone col propro recettore determina un aumento dei livelli di camp 1. Attivazione della proteina kinasi A (PKA) che fosforila una proteina, CREB (camp response element binding protein) 2. Nella sua forma fosforilata CREB, può legarsi all elemento di risposta al camp : CRE (camp response element) 3. CRE a sua volta è un elemento che agisce nella regione di regolazione dei geni che rispondono al camp. 4. Tutto questo promuove la trascrizione dei geni che codificano enzimi chiave della gluconeogenesi quali la PEP carbossichinasi. 5. Con un meccanismo simile che però causa repressione della trascrizione genica il glucagone determina la diminuzione dei livelli di glucochinasi,6-fosofrutto-1-chinasi e piruvato chinasi. 109

110 L Insulina si oppone all azione del glucagone con un meccanismo a cascata 1. Attivazione di una proteina legante l elemento di risposta all nsulina IREB. 2. IREB inibisce la trascrizione dei geni che codificano gli enzimi chiave della gluconeogenesi legandosi all elemento di risposta all insulina IRE nella regione di regolazione di tali geni. 3. Quando la sintesi di glucosio non è necessaria, in conseguenza dell aumento del rapporto insulina/glucagone nel sangue viene interrotta la biosintesi degli enzimi chiave della gluconeogenesi mentre viene attivata quella degli enzimi chiave della glicolisi 110

111 111

112 I triacilgliceroli sono formati da tre gruppi O-acilici combinati con una molecola di glicerolo. L idrolisi di un triacilglicerolo fornisce tre acidi grassi e glicerolo. Il glicerolo è un eccellente substrato per la gluconeogenesi. La fosforilazione del glicerolo ad opera della glicerolo chinasi produce glicerolo-3-fosfato che può essere trasformato in diidrossiacetonfosfato, un intermedio della gluconeogenesi per mezzo della glicerolofosfato deidrogenasi. 112

113 113

114 Ossidazione degli acidi grassi a catena dispari: Il propionato si forma propionil CoA che viene convertito in succinil CoA Il succinil CoA non viene direttamente consumato dal ciclo dell acido citrico ma viene prima convertito in piruvato e poi in acetil CoA 114

115 Il propionil CoA che proviene dall ossidazione degli cidi grassi a numero DISPARI di atomi di carbonio nonché da alcuni amminoacidi, viene convertito a succinil CoA un intermedio del ciclo di Krebs La metil malonil CoA mutasi utilizza un gruppo prostetico 5 deossiadenosilcobalammina, un derivato della vitamina B12 115

116 Oppure Ossalacetato + NADH+H+ malato+ NAD+ L etanolo viena ossidato principalmente nel fegato con produzione di una grande quantità di equivalenti riducenti che devono essere trasportati nel mitocondrio attraverso il sistema navetta malato-aspartato. L eccesso di NADH nel citosol crea dei problemi per la gluconeogenesi epatica poiché spinge l equlibrio delle reazioni catalizzate dalla lattato deidrogenasi e della malato deidrogenasi rispettivamente nella direzione del lattato e del malato. In condizioni in cui tali reazioni vengono forzate a decorrere nella direzione in cui sono scritte si ha inbizione della sintesi di glucosio in quanto risultano limitanti le quantità di piruvato e ossalacetato disponibili per le reazioni catalizzate, rispettivamente dalla piruvato carbossilasi e dalla PEP-carbossichinasi. 116

Utilizzo del glucosio: la glicolisi

Utilizzo del glucosio: la glicolisi Utilizzo del glucosio: la glicolisi GLUCOSIO Sistema rapido, reversibile, GLICOLISI avviene anche in assenza di ossigeno. Produce poca energia OSSIDAZIONE PIRUVATO Fermentazione LATTATO ACETATO CICLO DI

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