METABOLISMO DEL GLICOGENO

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1 METABOLISMO DEL GLICOGENO MUSCOLO, FEGATO DEGRADAZIONE DEL GLICOGENO Processo citosolico

2 D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA 2/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2007

3 Glicogeno fosforilasi Scinde i legami glicosidici α(1 4) uno alla volta, attraverso una FOSFOROLISI a partire dalle estremità non riducenti e liberando glucosio 1-fosfato. Il PLP è il coenzima utilizzato. Glicogeno n unità HO HO HO Glucosio 1-fosfato Glucosio 1-fosfato Glucosio 1-fosfato

4 La glicogeno fosforilasi si ferma a 4 residui dal punto di ramificazione lasciando una destrina limite Interviene l enzima bifunzionale deramificante Gli ultimi 3 residui del ramo sono trasferiti sull estremità libera della catena principale Scinde il legame α(1 6) liberando glucosio non fosforilato

5 D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA 2/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2007

6 La fosfoglucomutasi converte il glucosio 1-fosfato in glucosio 6-fosfato Glucosio 6-fosfato Glicolisi Via dei pentoso-fosfati Nel muscolo non è presente la Glucosio 6- fosfatasi, il glucosio 6-P rimane dentro la cellula e viene utilizzato nella glicolisi muscolare Nel fegato viene defosforilato a glucosio e liberato nel circolo sanguigno per essere trasportato ai tessuti che lo richiedono e per mantenere costante la glicemia Glucosio 6-fosfatasi Glucosio Nelson Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

7 GLICOGENO EPATICO CELLULA EPATICA G1P CITOSOL Nelson Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

8 SINTESI DEL GLICOGENO: processo citosolico Fegato e muscoli nei vertebrati Glucosio 6-fosfato Fosfoglucomutasi Glucosio 1-fosfato UDP-glucosio pirofosforilasi Il glucosio 1-fosfato deve essere attivato per essere incorporato nella molecola di glicogeno. Viene convertito in UDPglucosio Donatore di glucosio all estremità non-riducente delle catene di glicogeno

9 La sintesi di una nuova molecola di glicogeno prevede la formazione di un innesco di 7 residui di Glucosio è attaccato, con la sua estremità riducente, ad un residuo di Tyr della proteina GLICOGENINA 1 GLICOGENINA la glicogenina ha attività glucosil-trasferasica 4 GLICOGENINA 1 La glicogenina è sia l impalcatura su cui si costruisce la molecola di glicogeno, sia l enzima che catalizza la sintesi dell innesco. la glicogenina estende la catena ripetendo 6 volte la reazione

10 Glicogeno sintasi Catalizza l allungamento dell innesco aggiungendo, una alla volta, unità di α-d-glucosio alla catena polisaccaridica crescente, attraverso legami o-glicosidici α(1 4). Estremità non riducente del Glicogeno (n unità >4) Glicogeno (n + 1 unità)

11 D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA 2/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2007 RAMIFICAZIONI Interviene l enzima ramificante [amilo-(1,4 1,6) transglicosilasi] Rimuove un frammento di almeno 6 residui dall estremità non riducente della catena principale e lo riattacca a questa con legame α(1 6) nel punto di ramificazione. Si creano numerose estremità non riducenti che contribuiscono ad aumentare la velocità di degradazione o di allungamento del glicogeno

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13 Ribosio 5-fosfato LA VIA DEI PENTOSO FOSFATI Processo metabolico citosolico Sfrutta il glucosio per produrre ribosio 5-fosfato e equivalenti riducenti in forma di NADPH è la via con cui i pentosi introdotti con la dieta entrano nel metabolismo Sintesi di RNA, DNA, ATP, NAD +, NADP +, FAD, FMN, Coenzima A, NADPH Biosintesi di: ac. grassi, colesterolo, neurotrasmettitori, nucleotidi. Detossificazione: riduzione del glutatione ossidato; citocromo p450 monoossigenasi si realizza in due fasi: OSSIDATIVA (genera NADPH) NON-OSSIDATIVA (interconversione degli zuccheri)

14 Fase ossidativa: produce NADPH Glucosio-6-fosfato + 2 NADP + + H 2 O ribulosio 5-fosfato + 2 NADPH + CO 2 + 2H + Glucosio-6-fosfato deidrogenasi ossidazione del C-1 del G6P: formazione di un legame estere intramolecolare 6-fosfo-gluconolattonasi idrolisi del legame estere 6-fosfo-gluconato deidrogenasi ossidazione del C-3 e decarbossilazione

15 La [NADP + ] ha un ruolo fondamentale nel determinare il destino del glucosio 6-fosfato se nella cellula la [NADPH] è molto maggiore della [NADP + ]: bassa attività degli enzimi della fase ossidativa della Via dei Pentoso-fosfati (manca l accettore di e - ) G6PDH GLICOLISI O SINTESI DEL GLICOGENO NADPH compete con NADP + per il sito attivo della Glucosio 6-fosfato deidrogenasi inibendo l enzima. il Glucosio 6-fosfato è indirizzato verso la glicolisi o la sintesi di glicogeno PENTOSO FOSFATI La produzione di NADPH è strettamente associata al suo utilizzo nelle reazioni di biosintesi (es.: sintesi degli acidi grassi)

16 Fosfopentoso isomerasi Ribosio 5-fosfato Se sono necessarie grandi quantità non solo di NADPH ma anche di ribosio 5-fosfato per la sintesi di nucleotidi il ribulosio 5-fosfato è isomerizzato a ribosio 5- fosfato nella fase nonossidativa Fase non ossidativa: rappresenta un raccordo con la glicolisi e con la gluconeogenesi OGNI 6 MOLECOLE DI GLUCOSIO 6-FOSFATO CHE VENGONO OSSIDATE NELLA VIA DEI PENTOSO-FOSFATI, SE NE RIPRODUCONO 5

17 Ribulosio 5-fosfato epimerasi xilulosio 5-fosfato isomerasi Ribosio 5-fosfato transchetolasi Gliceraldeide 3-P transchetolasi Sedoeptulosio 7-P (zucchero a 7 atomi di carbonio) Fruttosio 6-P transaldolasi Eritrosio 4-P Gliceraldeide 3-P Fruttosio 6-P Sono utilizzati come intermedi della glicolisi o della gluconeogenesi: il Glucosio 6-fosfato rigenerato con la gluconeogenesi può essere utilizzato per alimentare di nuovo la via dei pentoso-p sono tutte reazioni REVERSIBILI che collegano la via dei pentoso-fosfati alla glicolisi/gluconeogenesi e vicerversa

18 La via dei pentoso-fosfati è versatile e può avere diverse finalità GLICOLISI glucosio 6-P fruttosio 6-P REAZIONI INVERSE DELLA FASE NON-OSSIDATIVA fruttosio 1,6-bis-P Diidrossiacetone fosfato Gliceraldeide 3-P Fabbisogno di Ribosio 5-P maggiore rispetto a quello di NADPH: - la glicolisi è dominante rispetto alla via dei pentoso-p, - una buona parte della gliceraldeide 3-P e del Fruttosio 6-P prodotti nella glicolisi sono utilizzati per produrre ribosio 5-P con le REAZIONI INVERSE DELLA FASE NON-OSSIDATIVA Tymoczko et al. Principi di Biochimca. Zanichelli editore S.p.A 2010

19 glucosio 6-P 2NADP + REAZIONI DELLA FASE OSSIDATIVA 2NADPH Ribulosio 5-P Fabbisogno equivalente di Ribosio 5-P e di NADPH: - il glucosio 6-P è preferibilmente usato nella via dei pentoso fosfati piuttosto che nella glicolisi. - Viene eseguita più volte la fase ossidativa della via dei pentoso fosfati, a cui segue la conversione del ribulosio 5-P in ribosio 5-P Tymoczko et al. Principi di Biochimca. Zanichelli editore S.p.A 2010

20 GLUCONEOGENESI Diidrossiacetone fosfato glucosio 6-P fruttosio 6-P fruttosio 1,6-bis-P 2NADP + 2NADPH Gliceraldeide 3-P ribulosio 5-P ribosio 5-P Fabbisogno di NADPH maggiore rispetto a quello di Ribosio 5-P: - la via dei pentoso-fosfati avviene completamente producendo NADPH, gliceraldeide 3-P e fruttosio 6-P - la gliceraldeide 3-P e il fruttosio 6-P sono riciclati nella GLUCONEOGENESI per produrre glucosio 6-P (fegato). -Il glucosio 6-P prodotto rientra nella via dei pentoso fosfati per produrre altro NADPH Tymoczko et al. Principi di Biochimca. Zanichelli editore S.p.A 2010

21 Fabbisogno equivalente di NADPH e di ATP: - il glucosio 6-fosfato è destinato alla fase OSSIDATIVA della via dei pentoso fosfati. glucosio 6-P fruttosio 6-P 2NADP + 2NADPH ribulosio 5-P ribosio 5-P - viene prodotto NADPH - vengono prodotti fruttosio 6-P e gliceraldeide 3-P attraverso la via NON-OSSIDATIVA Diidrossiacetone fosfato fruttosio 1,6-bis-P Gliceraldeide 3-P - viene effettuata la seconda parte della GLICOLISI che produce ATP e PIRUVATO. PIRUVATO 2 ATP Tymoczko et al. Principi di Biochimca. Zanichelli editore S.p.A 2010

22 Non tutte le cellule hanno le stesse esigenze di NADPH e ribosio 5- fosfato, es.: fegato, tessuto adiposo, ghiandole mammarie che mantengono attiva un intensa biosintesi di acidi grassi hanno necessità di grandi quantitativi di NADPH; cellule che si riproducono molto velocemente hanno necessità di grandi quantità di ribosio 5-fosfato. TESSUTI IN CUI E ATTIVA LA VIA DEI PENTOSO-FOSFATI Ghiandola surrenale Fegato Ovaio/Testicoli Tessuto adiposo Ghiandola Mammaria Eritrociti sintesi steroidi sintesi ac. grassi e colesterolo sintesi steroidi sintesi ac. grassi sintesi ac. grassi mantenimento del glutatione ridotto

23 La carenza di glucosio 6-fosfato deidrogenasi (G6PDH) può causare anemia emolitica in condizioni di stress ossidativo (per es.: con assunzione di farmaci che producono ROS, favismo), perché gli eritrociti non producono abbastanza NADPH per mantenere il glutatione nel suo stato ridotto il sistema GSH/GSSG controlla il livello di meta-hb (la formazione di metaemoglobina può avvenire a causa della presenza di idroperossidi, che si originano spontaneamente in presenza di alte concentrazioni di O 2 ). il sistema GSH/GSSG mantiene nello stato ridotto i gruppi sulfidrilici (-SH) della emoglobina, >>> in condizioni di stress ossidativo si possono formare derivati ossidati delle cisteine e ponti disolfuro fra molecole di Hb, che causano la formazione di grossi aggregati insolubili (Corpi di Heinz) i quali vanno a depositarsi sulla membrana eritrocitaria deformandola e danneggiandola e insieme all azione dei ROS causano ANEMIA EMOLITICA.

24 il NADPH prodotto dalla via dei pentoso-fosfati ha un ruolo fondamentale nel sistema di omeostasi redox che serve a proteggere le cellule dagli attacchi di agenti ossidanti (ROS) prodotti in condizioni di stress ossidativo H 2 O 2 Glutatione reduttasi Glutatione perossidasi All interno degli eritrociti il sistema glutatione-perossidasi/glutationereduttasi è l unico sistema di difesa dai ROS mantenendo l ambiente intracellulare in uno stato riducente.