Glicogeno, amido, saccarosio. Glucosio

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1 Glicogeno, amido, saccarosio Riserva Ossidazione mediante la via del pentosio fosfato Glucosio Ossidazione mediante la glicolisi Ribosio 5-fosfato5 Piruvato

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4 Fase preparatoria

5 Fase di recupero energetico

6 Tutti gli intermedi glicolitici sono fosforilati. 1) Gli intermedi fosforilati non possono uscire dalla cellula. 2) I composti fosforilati ad alta energia che si formano nel corso della glicolisi (1,3-bisfosfoglicerato e fosfoenolpiruvato) ) donano i loro gruppi fosforici all ADP e formano ATP. 2) Il gruppo fosforico favorisce il legame del substrato all enzima.

7 Enzima: esochinasi 1) Fosforilazione del glucosio

8 I substrati di quasi tutti gli enzimi NTP-dipendenti sono i complessi formati da magnesio (o manganese) e nucleoside trifosfato Lo ione magnesio neutralizza alcune cariche negative del NTP, riducendo le interazioni ioniche non specifiche tra l enzima l e il gruppo polifosforico del nucleotide Lo ione magnesio mantiene il nucleotide in una conformazione ben definita che può essere riconosciuta dall enzima. Lo ione magnesio fornisce ulteriori punti di interazione tra il complesso ATP- Mg 2+ e l enzima. l

9 Enzima

10 Adattamento indotto dell esochinasi

11 In rosso il glucosio

12 Adattamento indotto nell esochinasi esochinasi Le modificazioni conformazionali indotte dal legame del substrato creano un ambiente molto più apolare intorno al glucosio il che favorisce la donazione del gruppo fosforico terminale dell ATP. L adattamento indotto assicura che si formi una conformazione cataliticamente attiva dell enzima enzima solo quando sono legati sia il donatore che l accettorel del fofosfato, impedendo trasferimenti dispendiosi del gruppo fosforico all acqua acqua

13 2) Conversione del glucosio-6-fosfato in fruttosio 6-fosfato6 Enzima: fosfoesosio isomerasi o fosfoglucosio isomerasi

14 Il glucosio-6-fosfato, un aldoso,, viene trasformato in fruttosio-6-fosfato, fosfato, un chetoso.

15 3) Fosforilazione del fruttosio-6-fosfato fosfato a fruttosio-1,6 1,6-bisfosfato Enzima: fosfofruttochinasi 1

16 Formazione della gliceraldeide 3-fosfato per scissione (4) e isomerizzazione (5) Enzima: aldolasi

17 Rottura del fruttosio 1,6-bisfosfato

18 Scissione del fruttosio 1,6-bisfosfato in glicaraldeide 3-fosfato e diidrossiacetone fosfato. I prodotti delle restanti tappe della glicolisi sono costituiti da unità a tre atomi di carbonio anziché da unità a sei atomi di carbonio. L enzima aldolasi è così chiamato in base alla natura della reazione inversa, una condensazione aldolica. DHAP= diidrossiacetone fosfato GAP= gliceraldeide 3-fosfato

19 5) Interconversione dei trioso fosfato Enzima: trioso fosfato isomerasi

20 Struttura della trioso fosfato isomerasi 8 filamenti β circondati da 8 α eliche: il barile αβ

21 Meccanismo catalitico della trioso fosfato isomerasi Il glutammato 165 trasferisce un protone tra gli atomi 1 e 2 con l ausilio l dell istidina 95. L istidina 95 facilita la catalisi donando un protone per stabilizzare la carica negativa che si sviluppa sul gruppo carbonilico sull atomo C-2. C La forma rara dell istidina carica negativamente è stabilizzata da interazioni con altre parti dell enzima enzima

22 Struttura della trioso fosfato isomerasi L ansa impedisce all intermedio instabile enediolo di abbandonare l enzima l chiudendo il sito attivo sino a quando l isomerizzazione l non è completata

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24 Gli atomi C 1, C 2 e C 3 diventano indistinguibili rispettivamente dagli atomi C 6, C 5 e C 4.

25 6) Ossidazione della gliceraldeide 3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato Enzima: Gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi La fosforilazione è accoppiata all ossidazione della gliceraldeide 3-fosfato

26 La reazione catalizzata dalla gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi è la somma di due reazioni: 1) Ossidazione dell aldeide a un acido carbossilico ad opera del NAD + (termodinamicamente favorevole) 2) Unione dell acido carbossilico e dell ortofosfato a formare un acilfosfato (termodinamicamente sfavorevole) Se queste reazioni si svolgessero in successione la seconda avrebbe un energia di attivazione troppo alta per avvenire a velocità significativa. I due processi devono essere accoppiati.

27 Struttura della gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi Il sito attivo include un residuo di cisteina e un residuo di istidina adiacenti a un NAD + legato

28 Meccanismo catalitico della gliceraledeide 3-fosfato deidrogenasi La reazione procede attraverso un intermedio tioestere,, che permette che l ossidazione della gliceraldeide sia accoppiata alla fosforilazione del 3-3 fosfoglicerato

29 L intermedio tioestere ha un energia libera più alta di quella dell acido carbossilico libero Reazione non accoppiata Reazione accoppiata

30 Reazione catalizzata dalla gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi

31 Lo iodoacetato è un potente inibitore della gliceraldeide 3- fosfato deidrogenasi

32 7) Formazione dell ATP dall 1,3-bisfosfoglicerato Enzima: Fosfoglicerato chinasi

33 Idrolisi dell 1,3-bisfosfoglicerato Il prodotto dell idrolisi è il 3-fosfoglicerato 3 il cui gruppo carbossilico, dopo la formazione, può andare incontro a dissociazione. La ionizzazione e le strutture di risonanza rendono possibile la stabilizzazione dei prodotti della reazione idrolitica. Un ulteriore contributo alla variazione di energia libera è dovuto alla stabilizzazione per risonanza del P i.

34 .formazione del piruvato e generazione della seconda molecola di ATP (tappe 8, 9 e 10).

35 8) Conversione del 3-fosfoglicerato 3 in 2-fosfoglicerato2 Enzima: Fosfoglicerato mutasi

36 Meccanismo catalitico della fosfoglicerato mutasi L enzima viene inizialmente fosforilato mediante trasferimento di un gruppo fosforico dal 2,3 BPG.. Il 2,3 BPG si comporta da cofattore: è necessario in piccole quantità per iniziare il ciclo e poi viene continuamente rigenerato dal ciclo stesso. Solo negli eritrociti il 2,3 BPG è presente in alte concentrazioni (5 mm) ) e regola l affinitl affinità dell emoglobina emoglobina per l ossigeno l Sono necessarie quantità catalitiche di 2,3-bisfosfoglicerato per mantenere un residuo di istidina del sito attivo in forma fosforilata

37 9) Deidratazione del 2-fosfoglicerato 2 a fosfoenolpiruvato Enzima: Enolasi Si forma un enolo. Un enolfosfato ha un elevato potenziale di trasferimento del gruppo fosforico; Un estere fosforico di un normale alcol ha un potenziale di trasferimento del gruppo fosforico basso.

38 Idrolisi del fosfoenolpiruvato Piruvato (forma enolica) Piruvato (forma chetonica) Il prodotto dell idrolisi può esistere in due forme tautomeriche, mentre il reagente ha una sola forma, la forma enolica. Il prodotto è più stabile del reagente.

39 10) Trasferimento del gruppo fosforico dal fosfoenolpiruvato all ADP (formazione della seconda molecola di ATP).

40 Tautomerizzazione del piruvato

41 Consumo e produzione di ATP nella glicolisi Reazione Molecole di ATP Glucosio Glucosio 6-fosfato6-1 Fruttosio 6-fosfato 6 Fruttosio 1,6-bisfosfato x 1,3-bisfosfoglicerato 2 x 3-fosfoglicerato x Fosfoenolpiruvato 2 x piruvato + 2 Resa complessiva + 2

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43 Glicolisi Glucosio + 2 ATP + 2 NAD ADP + 2 P i 2 Piruvato + 2 ADP + 2 NADH + 2 H ATP + 2 H 2 O semplificando i termini comuni Glucosio + 2 NAD ADP + 2 P i 2 Piruvato + 2 NADH + 2 H ATP + 2 H 2 O ΔG o = - 85 kj/mole

44 Gli intermedi glicolitici sono incanalati fra i siti attivi degli enzimi Gli enzimi della glicolisi vengono considerati normalmente componenti solubili nel citosol delle cellule, ma vi sono numerosi risultati sperimentali che tendono t a suggerire che questi enzimi all interno della cellula esistano come complessi multienzimatici. Quando una cellula viene aperta, per purificare gli enzimi citosolici,, la diluizione della soluzione del citosol contenente complessi proteici non covalenti favorisce la dissociazione dei complessi nei suoi costituenti.

45 Incanalamento di un substrato tra due enzimi della via glicolitica

46 Differenti destini del piruvato. Si forma etanolo a partire dal piruvato nei lieviti e in parecchi altri microorganismi Si forma lattato a partire dal piruvato in un ampia gamma di microorganismi,, ed anche nelle cellule degli organismi superiori quando la quantità di ossigeno è limitante come nel tessuto muscolare durante l attivitl attività fisica intensa Una quantità di energia molto maggiore può essere estratta aerobicamente mediante il ciclo dell acido citrico e la catena di trasporto degli elettroni

47 La formazione e il consumo di NADH, localizzati entro la via glicolitica.

48 La fermentazione indica la degradazione anaerobica del glucosio (e di altri nutrienti organici) per ottenere energia sotto forma di ATP.

49 La fermentazione lattica Nella fermentazione lattica (o lattacida) ) il NAD + viene rigenerato dal NADH mediante la riduzione del piruvato a lattato.

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51 La fermentazione alcolica I lieviti ed alcuni microorganismi fermentano il glucosio ad etanolo e CO 2.

52 La tiamina pirofosfato (TPP) e il suo ruolo nella decarbossilazione del piruvato Protone acido, la sua perdita genera un carbanione La tiamina pirofosfato è la forma coenzimatica della vitamina B 1 (tiamina). La TPP ha una funzione rilevante nelle reazioni in cui si ha la rottura di un legame adiacente a un gruppo carbonilico.

53 La tiamina pirofosfato (TPP) e il suo ruolo nella decarbossilazione del piruvato

54 La tiamina pirofosfato (TPP) e il suo ruolo nella decarebossilazione del piruvato 1) Il carbanione della TPP agisce come un nucleofilo,, attaccando il carbonio carbonilico del piruvato 2) In seguito alla decarbossilazione si forma un carboanione.. L anello L tiazolico della TPP si comporta come una trappola per elettroni, stabilizzando il carbanione per risonanza Dopo la protonazione (3), il prodotto della reazione, l acetaldeide, viene rilasciato (4) e un protone si dissocia per rigenerare il carbanione della TPP (5)

55 Alcune reazioni in cui la tiamina pirofosfato è un cofattore essenziale

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57 Il sito attivo dell acol deidrogenasi Il sito attivo contiene uno ione zinco legato a due residui di cisteina e a un residuo di istidina. Lo ione zinco lega il substrato acetaldeidico attraverso il suo atomo di ossigeno, polarizzandolo in modo che possa accettare più facilmente un idruro dal NADH

58 Una fermentazione su scala industriale

59 Mantenimento dell equilibrio equilibrio redox

60 Vie di alimentazione della glicolisi

61 Rimozione del residuo di glucosio terminale dall estremit estremità non riducente di una catena di glicogeno ad opera della glicogeno fosforilasi.

62 La glicogeno fosforilasi catalizza la reazione in cui il legame glicosidico (α1 4), viene attaccato dal fosfato inorganico producendo il rilascio o di glucosio 1-fosfato1 fosfato. Parte dell energia energia del legame glicosidico viene conservata mediante la formazione dell estere estere fosforico nel glucosio 1-fosfato. 1

63 Demolizione del glicogeno vicino a un punto di ramificazione (α1 6)( Dopo la rimozione sequenziale dei residui terminali di glucosio da parte della glicogeno fosforilasi,, i residui di glucosio vicini a una ramificazione sono staccati mediante un processo a due tappe che richiede l azione l di un enzima deramificate bifunzionale.

64 Il glucosio 1-fosfato1 viene poi convertito in glucosio 6-fosfato 6 dall enzima fosfoglucomutasi. Glucosio 1-fosfato 1 Glucosio 6-fosfato6 Nel fegato è presente l enzima l Glucosio 6-fosfatasi6 che catalizza la reazione Glucosio 6-fosfato 6 + H 2 O Glucosio + P i

65 La maggior parte del fruttosio viene metabolizzato dal fegato usando la via del fruttosio 1, fosfato. Fruttosio + ATP Fruttosio 1-fosfato 1 + ADP enzima: fruttochinasi - Il fruttosio 1-fosfato1 viene quindi convertito in gliceraldeide e diidrossiacetone fosfato dalla fruttosio 1-fosfato 1 aldolasi. - Il diidrossiacetone fosfato viene poi convertito in gliceraldeide 3-fosfato dall enzima glicolitico trioso fosfato isomerasi. - La gliceraldeide viene poi trasformata dalla trioso chinasi: Gliceraldeide + ATP Gliceraldeide 3-fosfato + ADP.

66 Il fruttosio può anche essere fosforilato a fruttosio 6-fosfato6 dall esochinasi esochinasi. Nel muscolo, nel tessuto adiposo e nel rene questa è la via principale di utilizzo del fruttosio.

67 Mannosio enzima: esochinasi Mannosio + ATP Mannosio 6-fosfato + ADP Il Mannosio 6-fosfato viene poi isomerizzato ad opera della fosfomannosio isomerasi in fruttosio 6-fosfato. 6

68 Via di conversione del D-Galattosio 1-fosfato 1 in D-Glucosio 1-fosfato1

69 I disaccaridi della dieta vengono idrolizzati a monosaccaridi enzima: maltasi Maltosio + H 2 O 2 D-GlucosioD enzima: lattasi Lattosio + H 2 O D-Galattosio + D-GlucosioD enzima: saccarasi Saccarosio + H 2 O D-Fruttosio + D-GlucosioD enzima: trealasi Trealosio + H 2 O 2 D-GlucosioD

70 L intolleranza al lattosio La lattasi nell endotelio endotelio intestinale: Sebbene tutti i bambini possiedano una lattasi intestinale, molti i di loro smettono di produrre questo enzima da adulti diventando intolleranti al lattosio. l La lattasi può essere identificata trattando una fettina di tessuto intestinale con un anticorpo che si lega in modo specifico a questo enzima. a) Adulto che ha conservato alti livelli di lattasi b) Adulto con un intolleranza al lattosioi

71 Vie di alimentazione della glicolisi

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73 Cancro e glicolisi Le condizioni ipossiche esistenti all interno di una massa tumorale determinano l attivazione l del fattore di trascrizione inducibile dall ipossia (HIF-1), che induce l adattamento l metabolico (aumento degli enzimi glicolitici) e attiva i fattori angiogenici che stimolano la crescita di nuovi vasi sanguigni.

74 Regolazione del catabolismo dei carboidrati

75 In ogni via metabolica vi è almeno una reazione che è lontana dall equilibrio a causa della bassa attività dell enzima enzima cha la catalizza. La velocità di questa reazione non è limitata dalla disponibilità del substrato, ma soltanto dall attivit attività dell enzima. enzima. La reazione viene detta limitata dall enzima e la velocità di questa tappa determina quella della via nel suo complesso. In genere queste tappe che limitano la velocità sono reazioni molto esoergoniche e quindi irreversibili nelle condizioni intracellulari. Gli enzimi che catalizzano queste tappe esoergoniche che limitano la velocità sono di solito il bersaglio delle regolazioni metaboliche.

76 Glicolisi e gluconeogenesi sono regolate in modo coordinato PFK-1 = fosfofruttochinasi -1; FBPase-1 = fruttosio 1,6-bisfosfatasi. Tre reazioni della glicolisi sono così esoergoniche da essere praticamente irreversibili; sono quelle catalizzate dalla esochinasi,, dalla PFK-1 e dalla piruvato chinasi.

77 L esochinasi del muscolo viene inibita allostericamente dal suo prodotto, il glucosio 6-6 fosfato I mammiferi hanno diverse forme di esochinasi,, tutte capaci di catalizzare la conversione del glucosio in glucosio 6-fosfato. 6 Proteine diverse in grado di catalizzare la stessa reazione sono dette isoenzimi. La forma predominante di esochinasi nel fegato è l esochinasi D, detta anche glucochinasi La glucochinasi continua a fosforilare il glucosio anche se i livelli di glucosio 6-fosfato 6 sono elevati. La glucochinasi ha una elevata K M per il glucosio e diventa efficiente quando il glucosio è abbondante. La funzione della glucochinasi epatica è quella di fornire glucosio 6-fosfato 6 per la sintesi del glicogeno. Il glucosio 6-fosfato 6 non è solo un intermedio della glicolisi ( glicogeno, via dei pentosio-fosfato fosfato). La prima reazione irreversibile utilizzata dalla sola via glicolitica è la fosforilazione del fruttosio 6-fosfato 6 a fruttosio 1,6-bisfosfato. La fosfofruttochinasi-1 è il principale sito di controllo della glicolisi

78 La fosfofruttochinasi - 1 è il principale elemento di regolazione della via glicolitica nei mammiferi. L enzima del fegato viene inibito da elevate concentrazioni di ATP.

79 Struttura della fosfofruttochinasi 1

80 Elevate concentrazioni di ATP fanno diminuire l affinitl affinità dell enzima enzima per il substrato fruttosio 6-fosfato. 6 L azione inibitrice dell ATP viene abolita dall AMP. Perché l AMP e non l ADP? l Quando l ATP l viene utilizzato rapidamente, l adenilatol chinasi può formare ATP a partire da ADP: ADP + ADP ATP + AMP L AMP è il segnale per lo stato a bassa energia.

81 -Elevate concentrazioni di ATP fanno diminuire l affinitl affinità dell enzima enzima per il substrato fruttosio 6-fosfato. 6 -L azione inibitrice dell ATP viene abolita dall AMP. -La fosfofruttochinasi -1 è inibita dal citrato,, il primo intermedio del ciclo dell acido citrico. Elevati livelli di citrato indicano che le necessità energetiche e la richiesta di metaboliti per le vie biosintetiche sono soddisfatte.

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83 Il principale regolatore allosterico della fosfofruttochinasi-1 1 (PFK-1) è il fruttosio 2,6 bisfosfato. Il fruttosio 2,6 bisfosfato è un potente attivatore della PFK-1. Il fruttosio 2,6 bisfosfato si forma dal fruttosio 6-fosfato 6 ad opera della fosfofruttochinasi 2 (PFK-2) Il fruttosio 2,6 bisfosfato viene idrolizzato a fruttosio 6-fosfato 6 da una specifica fosfatasi la fruttosio 2,6 bisfosfatasi (Fbasi-2)

84 La fosfofruttochinasi 2 e la fruttosio 2,6 bisfosfatasi sono presenti in una unica catena polipeptidica (detta enzima tandem) ) e sono reciprocamente regolate dalla fosforilazione di un residuo di serina. Proteina fosforilata attività fosfatasica Proteina defosforilata attività chinasica

85 Regolazione della sintesi e della degradazione del fruttosio 2,6-bisfosfato Una diminuzione della concentrazione del glucosio ematico,, segnalato dal glucagone, determina la fosforilazione dell enzima enzima bifunzionale (aumento attività fosfatasica) ) e quindi fa diminuire la concentrazione di fruttosio 2,6-bisfosfato, rallentando la glicolisi. Un aumento della concentrazione di fruttosio 6-fosfato6 fosfato,, che segue ad un aumento del glucosio ematico, accellera la formazione di fruttosio 2,6-bisfosfato facilitando la defosforilazione dell enzima enzima (aumento( dell attivit attività chinasica).

86 La piruvato chinasi viene inibita da concentrazioni elevate di ATP L ATP inibisce la piruvato chinasi allostericamente,, diminuendo l affinitl affinità dell enzima enzima per il suo substrato, il fosfoenolpiruvato. La piruvato chinasi viene anche inibita dall Acetil Acetil-CoA e dagli acidi grassi a catena lunga,, importanti combustibili per il ciclo dell acido citrico.

87 Regolazione della glicogeno fosforilasi La glicogeno fosforilasi è regolata da più effettori allosterici che segnalano lo stato energetico della cellula nonché dalla fosforilazione reversibile che risponde a segnali ormonali quali l insulina, l il glucagone e l adrenalina. l

88 Strutture della fosforilasi a e della fosforilasi b La glicogeno fosforilasi a è fosforilata sulla serina 14 di ciascuna subunità. Questa modificazione favorisce la struttura dello stato R più attivo.

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92 Attivazione della fosforilasi chinasi

93 Nel muscolo il fine ultimo della glicolisi è la produzione di ATP Il fegato ha il ruolo di mantenere costante il livello di glucosio nel sangue producendo ed esportando questo metabolita ai tessuti che lo richiedono, e importandolo e conservandolo quando viene introdotto in eccesso con la dieta.

94 Muscolo La fosforilasi b muscolare è attiva in presenza di elevate concentrazioni di AMP,, che si lega a un sito di legame per i nucleotidi presente su entrambe le subunità e stabilizza la conformazione della fosforilasi b nello stato R.

95 La glicogeno fosforilasi del fegato è un sensore per il glucosio. Il legame del glucosio sposta l equilibrio allosterico della glicogeno fosforilasi a epatica dallo stato R (attivo) allo stato T (meno attivo). Se è presente glucosio libero derivante da qualche altra fonte come la dieta, non è necessario mobilitare il glicogeno.

96 Il metabolismo secondario del glucosio Vie cataboliche che, partendo dal glucosio, portano alla formazione di prodotti specializzati necessari alla cellula.

97 La via del pentoso fosfato - produce NAPDH e Ribosio 5-fosfato5 fosfato. Glucosio 6-fosfato NADP + + H 2 O Ribosio 5-fosfato 5 + CO NADPH + 2 H + Il NAPDH è necessario per le reazioni di biosintesi Il Ribosio 5-fosfato5 è un precursore nella sintesi dei nucleotidi (presente in: ATP, CoA, NAD +, FAD, DNA, RNA)

98 I trasportatori di elettroni derivati dalla nicotinamide Il NADH viene ossidato dalla catena respiratoria per generare ATP Il NADPH serve come donatore di elettroni nelle biosintesi riduttive

99 Le reazioni ossidative della via del pentoso fosfato (a)

100 Le reazioni ossidative della via del pentoso fosfato (b)

101 La via del pentoso fosfato è molto attiva nel tessuto adiposo in cui è attiva la biosintesi degli acidi grassi che richiede potere riducente nella a forma di NADPH. L attività della via del pentoso fosfato è molto bassa nel muscolo scheletrico.

102 La via del pentoso fosfato Reazione Enzima Parte ossidativa Glucosio 6-fosfato 6 + NADP + 6-fosfoglucono-δ-lattone lattone + NADPH + H + Glucosio 6-fosfato6 deidrogenasi 6-fosfoglucono-δ-lattone lattone + H 2 O 6-fosfogluconato + H + Lattonasi 6-fosfogluconato + NADP + ribuloso 5-fosfato + CO 2 + NADPH 6-fosfogluconato deidrogenasi

103 La via del pentoso fosfato Nei tessuti che richiedono più NADPH per le biosintesi riduttive che ribosio 5-5 fosfato da incorporare nei nucleotidi,, il ribosio 5-fosfato 5 viene convertito in gliceraldeide 3-fosfato e fruttosio 6-fosfato6 (reazioni non ossidative della via del pentoso fosfato). 3 ribosio 5-fosfato 5 2 fruttosio 6-fosfato 6 + gliceraldeide 3-fosfato Il ribosio 5-fosfato 5 formato in eccesso dalla via del pentoso fosfato può essere completamente convertito in intermedi glicolitici. Il fruttosio 6-fosfato 6 fosfato e la gliceraldeide 3-fosfato sono anche intermedi della via gluconeogenetica.

104 La via del pentoso fosfato Reazione Enzima Parte non ossidativa riboso 5-fosfato ribuloso 5-fosfato Fosfopentoso isomerasi ribuloso 5-fosfato xiluloso 5-fosfato Fosfopentoso epimerasi xiluloso 5-fosfato + riboso 5-fosfato sedoeptulosio 7-fosfato + gliceraldeise 3-fosfato Transchetolasi sedoeptulosio 7-fosfato + gliceraldeise 3-fosfato fruttoso 6-fosfato + eritroso 4-fosfato Transaldolasi Xiluloso 5-fosfato + eritroso 4-.fosfato fruttoso 6-fosfato + glicaraldeide 3-fosfato Transchetolasi

105 Parte non ossidativa della via del pentoso fosfato transchetolasi C 5 + C 5 C 3 + C 7 transaldolasi C 7 + C 3 C 4 + C 6 transchetolasi C 5 + C 4 C 3 + C 6

106 Parte non ossidativa della via del pentoso fosfato transchetolasi C 5 + C 5 C 3 + C 7 transaldolasi C 7 + C 3 C 4 + C 6 transchetolasi C 5 + C 4 C 3 + C 6 Il risultato complessivo di queste reazioni è la formazione di due esosi e di un triosio a partire da tre pentosi : 3 C 5 2 C 6 + C 3

107 C 5 + C 5 C 3 + C 7 transchetolasi Il donatore dell unit unità bicarboniosa è lo xilulosio 5-fosfato, un epimero del ribulosio 5-fosfato.. Un chetosio è un substrato della transchetolasi soltanto se il gruppo ossidrilico su C-3 C 3 ha la configurazione dello xilulosio anziché del ribulosio. C 3 Il ribulosio 5-fosfato viene convertito nell epimero epimero appropriato per la reazione della transchetolasi dalla fosfopentosio epimerasi.

108 C 5 + C 5 C 3 + C 7 transchetolasi

109 C 7 + C 3 C 4 + C 6 transaldolasi Intermedio glicolitico

110 C 5 + C 4 C 3 + C 6 transchetolasi Intermedi glicolitici

111 La via del pentoso fosfato

112 Via del pentosio fosfato La somma delle reazioni della via del pentosio fosfato è: 2 Xilulosio 5-fosfato + ribosio 5-fosfato 5 2 fruttosio 6-fosfato 6 + gliceraldeide 3-fosfato Lo xilulosio 5-fosfato può essere formato a partire da ribosio 5-fosfato 5 ad opera dell azione sequenziale della fosfopentosio isomerasi e della fosfopentosio epimerasi pertanto: 3 Ribosio 5-fosfato 5 2 fruttosio 6-fosfato 6 + gliceraldeide 3-fosfato L eccesso eccesso di ribosio 5-fosfato 5 formato dalla via del pentosio fosfato può essere completamente convertito in intermedi glicolitici. Inoltre, grazie alla via del pentosio fosfato: - Ogni molecola di ribosio ingerita nella dieta può essere convertita in intermedi glicolitici. - Gli scheletri carboniosi degli zuccheri possono essere riarrangiati per soddisfare esigenze fisiologiche

113 Regolazione della via del pentoso fosfato Il glucosio 6-fosfato 6 viene metabolizzato sia dalla via glicolitica sia dalla via del pentosio fosfato. La regolazione della via del pentoso fosfato avviene al livello della prima reazione, la deidrogenazione del glucosio 6-fosfato, 6 che è una reazione irreversibile. Il fattore di regolazione più importante è il livello di NADP +, l accettorel di elettroni in questa reazione catalizzata dalla glucosio 6-fosfato 6 deidrogenasi. La parte non ossidativa della via del pentoso principalmente dalla disponibilità dei substrati. fosfato è controllata

114 Metabolismo del glucosio 6-fosfato 6 in 4 differenti condizioni metaboliche: Quattro modi della via del pentoso fosfato

115 Modo 1: E E necessario molto più ribosio 5-fosfato 5 che NADPH Es.: cellule in rapida divisione necessitano di ribosio 5-fosfato 5 per la sintesi di DNA

116 Modo 2: Il fabbisogno di NADPH e quello di ribosio 5-fosfato 5 sono bilanciati

117 Modo 3: E E necessario più NADPH che ribosio 5-fosfato5 Es.: il tessuto epatico richiede una elevata concentrazione di NADPH per la sintesi di acidi grassi. La via gluconeogenetica risintetizza glucosio 6-fosfato

118 Modo 4: Sono necessari sia NADPH che ATP

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121 Il glucosio può essere trasformato in acido glucuronico

122 L acido glucuronico è importante nella detossificazione e nell escrezione escrezione di composti organici estranei L UDP-glucuronato è il donatore di unità glucuronosidiche utilizzato da una famiglia di enzimi detossificanti che agiscono su composti non polari come molte tossine ambientali e carcinogeni La coniugazione di questi composti con il glucuronato (glucuronazione) produce derivati più polari rimossi più facilmente dal sangue da parte dei reni.

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124 Un modo alternativo per generare energia è una variazione della respirazione in cui l accettorel finale di elettroni è diverso dall ossigeno (respirazione anaerobica)

125 Un secondo sistema di generazione di energia prevede il ricorso a sostanze chimiche inorganiche invece che organiche. Gli organismi in grado di utilizzare sostanze chimiche inorganiche come donatori di elettroni sono un tipo di chemiotrofi detti chemiolitotrofi. Esempi di donatori di elettroni inorganici sono : l idrogeno l solforato (H 2 S), l idrogeno l gassoso (H 2 ), il ferro ferroso (Fe 2+ ) e l ammoniaca l (NH 3 ) I chemiolitotrofi hanno dei sistemi di trasporto degli elettroni simili a quelli dei chemioorganotrofi e determinano una forza protomotrice che porta alla sintesi di ATP.

126 L ossidazione dell idrogeno. Diversi chemiolitotrofi sono in grado di utilizzare come donatore di elettroni l idrogeno, l H 2, un prodotto moilto comune del metabolismo microbico. Bioenergetica negli idrogenobatteri aerobi

127 La riduzione del solfato. Oltre all idrogeno (H 2 ) l idrogenasi l può anche sfruttare H 2 che si genera dal catabolismo dei composti organici come il lattato e il piruvato.

128 Un gran numero di microorganismi,, così come le piante verdi, sono fototrofi,, usano cioè la luce come fonte di energia nel processo di fotosintesi.