LEZIONE DEL 04/05/2017 IL CONTROLLO DELLA VIA DEI PENTOSI FOSFATO <===> 6P

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1 LEZIONE DEL 04/05/2017 IL CONTROLLO DELLA VIA DEI PENTOSI FOSFATO Glc-6P <===> 6P gluconolattone il verso favorito della reazione è dipendente dal rapporto tra concentrazioni [NADPH]/[NADP + ]. La Glc-6P DEIDROGENASI è inibita da alte concentrazioni di NADPH; si tratta di un'inibizione retroattiva, un controllo a feedback in cui la strada è inibita a monte. NADPH E GLUTATIONE Il glutatione è un tripeptide (Glu-Cys-Gly) non legato nel modo consueto: tra Glu e Cys si instaura un LEGAME ISOPEPTIDICO. Scatenanti dell'ossigeno: - divicina (nelle fave); - radiazioni; - sulfamidici; - farmaci antimalaria. La divicina, anch'essa un farmaco antimalaria, scatena l'ossigeno e lo trasforma in 'O >(2H+) H2O2 (perossido di idrogeno, acqua ossigenata) ---> 'OH + H2O 'O 2 - cattura un elettrone e diventa radicale superossido, con un radicale e un eletrone rispettivamente spaiati, reagisce con due protoni dell'acqua, che è un potente ossidante. Si va ad attaccare alle membrane permeabili. L'enzima GLUTATIONE PEROSSIDASI ossida il monomero 1

2 tripeptidico ad un dimero, che si può nuovamente ridurre col ruolo di eccellente scambiatore di protoni e conseguente trasformatore di un perossido in acqua. Se invece resta nella sua forma ossidata, e interviene altro perossido, non può reagire, perché serve qualcosa che lo ricarichi: la riduzione sarà rifatta a carico di NADPH. La via dei pentosi fosfato è la principale sorgente di NADPH. Abbiamo visto che se manca la GLUCOSIO-6P DEIDROGENASI questo può tornare letale, dato che non si avvia la produzione di NADPH. Ciò può avvenire a causa di difetti genetici (varie mutazioni). Il rischio aumenta con l'uso dei farmaci (tipo quelli contenenti divicina). Tuttavia, nei paesi in cui c'è il rischio della malaria, avere poco Glc-6P DEIDROGENASI funziona come un bene. Il plasmodio della malaria infatti, quando attacca gli eritrocici ha bisogno di qualcosa che hanno solo in presenza solo della deidrogenasi sopra citata. Abbiamo già parlato con Rosato di una patologia che andava a favore dell'organismo nelle zone affette da malaria, un mese fa preciso (LEZIONE DEL 04/04/2017): [Protegge da altro? Nelle zone con la malaria, l'anemia falciforme ci protegge dalla persistenza del ciclo dei parassiti. ] LA VIA DEL RIBULOSIO (IL GIOCO DEL 10) FASE NON OSSIDATIVA DELLA VIA DEI PENTOSI FOSFATI Nella fase non ossidativa della via metabolica dei pentoso fosfati avvengono diverse reazioni che hanno lo scopo di produrre NAD ridotto. 2

3 Reazione 5: attività transchetolasica Reagenti: Ribosio-5-fosfato, Xilulosio-5-fosfato Prodotto: Sedoeptulosio-7-fosfato, Gliceraldeide-3- fosfato Tipo di reazione: Transchetolazione Enzima coinvolto: Transchetolasi Cofattore: Nessuno Nela prima reazione non ossidativa, il ribosio-5- fosfato reagisce con lo xilulosio-5-fosfato mediante l'azione dell'enzima transchetolasi che, a sua volta, è coadiuvato dalla tiamina. La reazione produce sedoeptulosio-7-fosfato e gliceraldeide tre fosfato. Lo xilulosio-5-fosfato è l'epimero del ribulosio-5- fosfato. Reazione 6: attività transaldolasica Reagenti: Sedoeptulosio-7-fosfato, Gliceraldeide-3- fosfato Prodotto: Fruttosio-6-fosfato, Eritrosio-4-fosfato Tipo di reazione: Transaldolasica Enzima coinvolto: Transaldolasi Cofattore: Nessuno Nella seconda reazione non ossidativa, il sedoeptulosio-7-fosfato reagisce con la gliceraldeide-3-fosfato per mezzo dell'enzima transaldolasi. Si forma il fruttosio-6-fosfato e l'eritrosio-4-fosfato mediante una reazione 3

4 reversibile che può formare i reagenti di partenza Reazione 7: formazione del fruttosio-6-fosfato Reagenti: Eritrosio-4-fosfato, Xilulosio-5-fosfato Prodotto: Fruttosio-6-fosfato, Gliceraldeide-3- fosfato Tipo di reazione: Transchetolasi Enzima coinvolto: Transchetolasi Cofattore: Nessuno L'ultima reazione della via dei pentoso fosfati porta alla transchetolazione degli zuccheri eritrosio-4- fosfato e xilulosio-5-fosfato mediante l'enzima transchetolasi, che è coadiuvato dalla tiamina, per formare fruttosio-6-fosfatoo e gliceraldeide-3- fosfato. Bilancio energetico globale La via dei pentoso fosfati ha due scopi. Nella parte ossidativa la cellula sintetizza il ribosio-5- fosfato, precursore dei nucleotidi, mentre nella parte non ossidativa avvengono delle trasformazioni che rimettono in ciclo il fruttosio-6-fosfato, convertito facilmente in glucosio-6-fosfato. Questa seconda parte avviene perlopiù quando la cellula, e di conseguenza il tessuto, si trova in uno stato di maggiore necessità di potere riducente sotto forma di NADPH rispetto alla richiesta dello zuccherio ribosio-6-fosfato. Regolazione della via dei pentoso fosfati La via dei pentoso fosfati è finemente regolata. L'enzima di controllo è il glucosio-6-fosfato deidrogensi che è fortemente inibito dalla presenza di NADPH; per quanto riguarda la posizione è da osservare che, al pari di altre vie metaboliche, l'enzima si trova"monte" di tutte le reazioni. In altre parole, se in un determinato momento la cellula possiede un buon quantitativo di NADPH, l'enzima non 4

5 è attivo e -di conseguenza-, la via dei pentoso fosfati si blocca. TRANSCHETOLASI E TRANSALDOLASI (meccanismi a confronto) TRANSCHETOLASI Funziona come gli enzimi che decarbossilano, usa la vitamina B1, la TPP, che agisce da cofattore. L'anello tiazolico (già detto nella lezione precedente) lega gli α-chetoacidi, si immette nel Cα. - stacca due unità carboniose; - in prossimità di un grppo chetonico stabilizza per risonanza il carbanione C -. TRANSALDOLASALDOLASI Azione esercitata da un residuo di Lys, il cui gruppo amminico terminale dentro il sito attivo riesce a formare una base di Shiff (il cui tratto tipico è un'interazione tra carbonio e azoto); la transaldolasi stacca quel che le serve senza vitamine 5

6 - stacca tre unità carboniose; - in prossimità di un gruppo aldeidico stabilizza per risonanza il carbanione C- formando una base di Shiff con una lisina. FORMA GENERICA DI UNA BASE DI SHIFF METABOLISMO DEL GLICOGENO I. INTRODUZIONE AL METABOLISMO; II. CATABOLISMO; III. SINTESI; IV. RAMIFICAZIONE; V. CONTROLLO. I. INTRODUZIONE Il glicogeno costituisce una riserva energetica istantanea nei vertebrati. Il suo metabolismo si svolge nel citosol delle cellule epatocite e nelle cellule del muscolo scheletrico. Si trova nel corpo sotto forma di granuli contenenti fino a 5.5*104 residui di glucosio. Negli epatociti si trovano nel 6

7 reticolo endoplasmatico liscio. L'accumulo come energia di rapido impiego implica dei vantaggi: 1) a differenza dei lipidi, il glicogeno è utilizzato come fonte energetica in anaerobiosi; 2) se si accumulasse come singole molecole di glucosio, ciò comporterebbe un'enorme pressione osmotica; essendo il glicogeno aggregato di componenti, riduce tale pressione; 3) il fatto di essere ramificato con molte estremità non riducenti permette la mobilitazione molto rapida delle estremità dei lipidi (che si mangiano glucosio tipo PAC-MAN); 4) il numero e la ripetizione delle ramificazioni è ottimizzabile. II. IL CATABOLISMO DEL GLICOGENO (per azione della GLICOGENO FOSFORILASI) DERAMIFICAZIONE 7

8 Ci possono essere al massimo 4 molecole di glucosio per ramificazione; se vi è un incastro dell'enzima, sorgono problemi sulle ramificazioni. La GLICOGENO FOSFORILASI mi dà dunque Glc-6P. Interviene in una ramificazione completa una TRANSFERASI che achiappa i tre residui esterni e li attacca sulla principale, in coda, a questo punto agisce la GLICOGENO FOSFORILASI. Il Glc della ramificazione rimanente si libera e si trasforma semplicemente in glucosio libero. Quest'ultimo dev'essere fosforilato, per non uscire dalla cellule (siamo nel fegato, può farlo!). La degradazione del glicogeno è favorita da condizioni fisiologiche (siamo nel fegato, che è un ottimo donatore. La reazione ha un ΔG ' = + 3 kj/mol, ma in condizioni fisiologiche ΔG TOT vale circa 5/8 kj/mol. Che le due vie, di catabolismo e sintesi, si sapeva dalla scoperta della malattia di McArdle. Pazienti con la fosforilasi muscolare malfunzionante non riescono a demolire il glicogeno ma possono sintetizzarlo: i due processi devono essere caratterizzati da enzimi diversi! III. SINTESI GLICOGENO La sintesi del glicogeno, la reazione inversa, richiede una strategia diversa perché sfavorita termodinamicamente. UDP-GLUCOSIO PPi FOSFORILASI 8

9 Per sintetizzare glicogeno il Glc-1P dev'essere "attivato"; l'attivazione viene effettuata a spese di UTP tramite UDP PIROFOSFORILASI, che attacca il Glc-1P per attivarlo. Glc-1P + UTP (---> UMP + Glc-1P + PPi) ---> UDP-Glc + PPi ---> (idrolisi del pirofosfato che trasforma un'endoergonica in un'esoergonica per mezzo della PIROFOSFATASI INORGANICA) Pi + Pi. RAMIFICAZIONE Una alla volta, le unità di Glc donate dall'udp-glc vengono attaccate ad una molecola di glicogeno preesistente (dalla GLICOGENO SINTASI) con un legame α-1,4. La GLICOGENO SINTASI non è in grado di formare legami α-1,6. Interviene allora la AMILO-(1,4)-(1,6) TRANS-GLICOLICASI. Quest'enzima ramificante trasferisce 6 o 7 residui di Glc per volta; prendendoli da un'estremità non riducente di una catena lineare di glicogeno lunga almeno 11 residui e mettendoli su una ramificazione della stessa, o di un'altra molecola di glicogeno. Funziona solo se c'è glicogeno; se questo è terminato siamo in una situazione paradossale (un'ipoglicemia negli epatociti). Intanto è molto difficile che tutto il glicogeno venga degradato (a meno che non ci si trovi in condizioni di digiuno forzato e prolungato). Se questo dovesse succedere, entra in funzione la 9

10 sintesi de novo da parte di un PRIMER: la GLICOGENINA (promuove l'attacco su OH di zuccheri). La glicogenina è un dimero, presente sia nel muscolo che nel fegato e contiene nel sito di legame dell'udp-glu un residuo di Tyr, che lega con UDP-Glc e forma sintesi su se stessa. La SINTASI agisce e si inizia la catena principale, la GLICOGENINA si sacrfica. COSTO SINTESI Si ottiene sommando le prime reazioni: (1) Glc-1P + UTP ---> UDP-Glc + PPi + Enzima: UDP PIROFOSFORILASI (2) Glicogeno(n) + UDP-Glc ---> Glicogeno(n+1) + UDP = Enzima: GLICOGENO SINTESI Glicogeno(n) + Glc-1P + UTP ---> Glicogeno(n+1) + UDP + 2Pi Avendo incluso l'azione della PIROFOSFATASI INORGANICA C'è un consumo netto di una molecola ricca di energia (UTP) che viene ricostituita dall'enzima NUCLEOTIDE 10

11 DIFOSFATO CHINASI: UDP + ATP ---> UTP + ADP PROBLEMA 0.15*10-3 moli di glicogeno come in figura subiscono l'azione della sola glicogeno fosforilasi. Calcolare la massa i Glc-1P prodotta sapendo che PA P = 31, PA O = 16, PA C =