Nelle cellule, le singole reazioni enzimatiche fanno. In una via metabolica, il prodotto di una reazione funge da substrato nella reazione successiva.

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2 Nelle cellule, le singole reazioni enzimatiche fanno parte di sequenze a più tappe chiamate vie metaboliche. In una via metabolica, il prodotto di una reazione funge da substrato nella reazione successiva. Si definisce metabolismo l insieme di queste vie metaboliche. Le vie metaboliche vengono classificate in: - cataboliche (demolitive) - anaboliche (sintetiche).

3 principali costituenti chimici della cellula Trigliceridi: Acidi grassi e glicerolo. Colesterolo Glucosio, fruttosio e glicogeno lipidi carboidrati amminoacidi Ioni, vit, micronutrienti proteine Sintesi i e catabolismo delle basi azotate acidi nucleici lii

4 Alimenti

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8 Cereali: tutte le «piante erbacee che producono frutti i quali, macinati, danno farina da farne pane e altri cibi».

9 L indice glicemico o IG (dall'inglese Glycemic index, abbreviato in GI) di un alimento indica la velocità con cui aumenta la glicemia in seguito all'assunzione di un quantitativo dell'alimento contenente 50 g di carboidrati: viene ottenuto misurando l'andamento della curva a campana dal momento dell'ingestione a due ore dopo. Questo parametro è espresso in percentuale, e si rapporta comunemente alla velocità àdi aumento della glicemia con la stessa quantità di glucosio o di pane bianco. A seconda se l IG fa riferimento a glucosio o pane bianco, viene loro assegnato il valore di 100. Per convertire l IG da glucosio a pane bianco, basta moltiplicare per 1,37, viceversa dividere per 1,37da pane bianco a glucosio.

10 da tavola, latte coinvolti nel metabolismo energetico sono:

11 Dopo la digestione: I monosaccaridi ottenuti vengono assorbiti dall'intestino con un meccanismo di trasporlo attivo, che permette di trasferire gli zuccheri nel sangue anche quando la loro concentrazione nel sangue è più alta di quella nel lume intestinale. I monosaccaridi passano dalle venule dell'intestino alla vena porta, attraverso la quale vengono trasportati al fegato e quindi al resto dell'organismo

12 DEFICIT DI DISACCARIDASI Il deficit più comune di disaccaridasi è quello della lattasi che provoca intolleranza al latte. Il deficit it di lattasi è comune nell'adulto, lt nella maggioranza della popolazione africana di colore e nella quasi totalità delle popolazioni asiatiche. Una curiosità è rappresentata dal deficit di trealasi una glicoproteina dell orletto a spazzola che idrolizza il trealosio (nei funghi). Un incidenza rara nella popolazione, con l eccezione della Groenlandia dove l incidenza è di 1/13.

13 La glicemia La glicemia i può essere definita it banalmente come la concentrazione di glucosio nel sangue. Valori normali: sono indicati da un intervallo di circa mg/100ml (dl) che varia a seconda della metodologia utilizzata per determinarla. Questo valore deve essere mantenuto. Per il mantenimento t ci sono una serie di meccanismi che presiedono a quella che viene definita come: l omeostasi del glucosio.

14 Insulina Intake alimentare Glicemia Glucagone Utilizzo del glucosio

15 Durante il digiuno: glucagone, adrenalina, cortisolo, ormone della crescita. Il pancreas esocrino produce insulina e glucagone, che dirigono il metabolismo direttamente.

16 L omeostasi del glucosio è il risultato di: Glicogenolisi Glicolisi Glicogeno Glicogenosintesi Glucosio Lattato-Piruvato Gluconeogenesi pool di glucosio

17 14 membri (1-14)

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21 Il GLUT (qualsiasi tipo) ha due diverse conformazioni: una con il sito di legame per il glucosio sul versante interno ed una con il sito sul versante esterno della membrana cellulare. Il trasporto avviene in quattro tappe: 1. Il glucosio extracellulare si lega al suo sito di legame,esposto sulla faccia esterna. 2. Il trasportatore cambia di conformazione: il sito di legame è ora intracellulare. 3. Il glucosio è rilasciato internamente. 4. Il trasportatore ritorna alla prima conformazione, con il sito di legame esposto esternamente.

22 Concentrazione glucosio ematico: 5mM = 90mg/100ml Intervallo glicemico normale: mg/100ml KT dei Glut per il glucosio: 1 mm(glut1,3); 5mM (Glut4); 15-20mM (Glut2). Per KT si intende la concentrazione di sub. a cui si raggiunge la metà Per KT si intende la concentrazione di sub. a cui si raggiunge la metà della Vmax di trasporto (maggiore è la KT minore è l affinità del trasportatore per il substrato)

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24 G L I C O L I S I

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26 INTRODUZIONE ALLA GLICOLISI Il glucosio: combustibile universale per le cellule che lo utilizzano per produrre ATP mediante la glicolisi. La via glicolitica può produrre ATP indipendentemente dalla presenza di O2. Il Glucosio è il glucide più rappresentato nella dieta, con una funzione prevalentemente energetica per le cellule, in particolare quelle nervose, come il cervello e il gl. rosso.

27 La glicolisi inizia con la fosforilazione del glucosio (G-6P) ad opera della esochinasi. Il G-6P viene ossidato e scisso in 2 molecole di piruvato con produzione di 2 molecole di NADH e 2 molecole di ATP (fosforilazione a livello del substrato) C 6 H 12 O 6 + H 2 O 6CO 2 + 6H 2 O + Calore Reazione chimica che può avvenire in Reazione chimica che può avvenire in provetta in un unica tappa

28 distinte in 3 fasi

29 L esochinasi i innesca la glicolisi i

30 Almeno IV isoforme di esochinasi I, II, III funziona su + substrati anche a basse concentrazioni di glucosio, a velocità ridotta, sequestra solo gli zuccheri realmente utilizzabili. E inibita dal glucosio6p o Esochinasi IV parenchima epatico e cellule β pancreas: Km molto alta, ([glucosio] post prandiale) Vmax molto elevata, in realtà presenta una curva di saturazione sigmoidale (cooperatività), infatti è regolata dal fruttosio-6p e non da glucosio-6p) ) (il fegato può captare il glucosio dal sangue portale) (glut2), efficacemente.

31 La glucochinasi è una proteina inducibile _

32 glicolisi Ossidazione a lattone e conversione in pentoso fosfati Isomerizzazione a glucosio-1p e formazione di glicogeno

33 La seconda tappa della glicolisi è una isomerizzazione: una reazione che cambia la forma di una molecola, senza aggiungere o rimuovere atomi.

34 Perchè AMP e non ADP? 2ADP ATP+AMP - - Regolazione secondo economia metabolica Siti allosterici distinti e quindi additivi Questa tappa è fondamentale per la regolazione della glicolisi, il glucosio è immesso in maniera irreversibile nella via glicolitica. L enzima è attivato allostericamente da alte concentrazioni di AMP, e inibito da alte concentrazioni di citrato e di ATP. Quindi se i livelli lli di energia intracellulare l sono elevati la glicolisi i rallenta, mentre accelera se sono bassi.

35 Il più potente attivatore della fosfofruttochinasi è il fruttosio-2,6-bisfosfato,, si forma dal fruttosio-6p per azione della fosfofruttochinasi-2 e viene defosforilato dalla fruttosio-2,6 bisfosfatasi-2.

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37 L enzima aldolasi catalizza sia la formazione dell 1,6 fruttosio-bisp che la scissione in due triosi. All equilibrio prevale l esoso (89% vs 11%) perchè la reazione possa procedere nel senso glicolitico uno dei 2 triosi deve essere rimosso.

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39 DAP e GAP sono interconvertibili (triosop-isomerasi), la reazione implica la formazione di un composto intermedio (l endiolo). La GAP viene consumata nelle reazioni successive e il DAP convertito in GAP. Il DAP può essere anche trasformato in glicerolo-3p e seguire un altra via. La trioso fosfato isomerasi è stata descritta come un enzima perfetto. Compie il suo lavoro miliardi di volte più velocemente rispetto alla reazione non catalizzata. È così veloce che la velocità di reazione è determinata da quanto velocemente possono arrivare all'enzima le molecole.

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43 L ac. 1,3bisP-glicerico è un composto ad alta energia. La variazione di energia libera Generata dal distacco del Pi in posizione 1 è di 12Kcal/mole ( G = -12kcal/mole) (notare il simbolo di legame ad alta energia)

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46 La reazione richiede quantità catalitiche di 2,3-bisfosfoglicerato. Il 2,3-bis-Pglicerato cede il Pi 3 diventando 2-fosfoglicerato, il Pi ceduto viene legato al substrato della reazione (3fosfoglicerato) che diventa 2,3 bis...e così via.

47 Estere fosforico a basso contenuto di E Estere fosforico ad alto contenuto di E

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50 INTRODUZIONE ALLA GLICOLISI Il glucosio: combustibile universale per le cellule che lo utilizzano per produrre ATP mediante la glicolisi. La via glicolitica può produrre ATP indipendentemente dalla presenza di O2. Il Glucosio è il glucide più rappresentato nella dieta, con una funzione prevalentemente energetica per le cellule, in particolare quelle nervose, come il cervello e il gl. rosso.

51 distinte in 3 fasi

52 Intrappola il glucosio nella cellula, fa procedere la reazione Almeno IV isoforme di esochinasi I, II, III funziona su + substrati anche a basse concentrazioni di glucosio, a velocità ridotta, sequestra solo gli zuccheri realmente utilizzabili. E inibita dal glucosio6p o Esochinasi IV parenchima epatico e cellule β pancreas: Km molto alta,,([glucosio]post prandiale) Vmax molto elevata, in realtà presenta una curva di saturazione sigmoidale (cooperatività), infatti è regolata dal fruttosio-6p e non da glucosio-6p) (il fegato può captare il glucosio dal sangue portale) (glut2), efficacemente.

53 - - 2 molecole di ATP investite rendono impossibile tornare indietro, la glicolisi ora è definitivamente commissionata. Perchè AMP e non ADP? 2ADP ATP+AMP Se c è molto glucosio 6P, quindi, molto fruttosio 6P la fosfofruttochinasi è regolata allostericamente da H fruttosio 2,6-bis-P (prodotto da P-fruttoKinasi2, PFK2 e defosforilato f da fruttosio 2,6-bisP asi2, FBP asi2), si O--P produce un intermedio che non può procedere, che sottrae substrato e che inibisce l enzima PFK1: risultato la glicolisi rallenta. fruttosio-2,6-bisfosfato

54 Quarta reazione L enzima aldolasi catalizza sia la formazione dell 1,6 fruttosio-bisp che la scissione in due triosi. All equilibrio prevale l esoso (89% vs 11%) perchè la reazione possa procedere uno dei 2 triosi deve essere rimosso. L ac. 1,3bisP-glicerico è un composto ad alta energia. La variazione di energia libera Generata dal distacco del Pi in posizione one 1 è di 12Kcal/mole (ΔG = -12kcal/mole)

55 Lo stesso Enzima trasferisce il Pi sull ADP La reazione richiede quantità catalitiche di 2,3- bisfosfoglicerato. Il 2,3-bis-Pglicerato cede il Pi 3 diventando 2- fosfoglicerato, il Pi ceduto viene legato al substrato della reazione (3fosfoglicerato) che diventa 2,3 bis...e così via. Da basso ad alto contenuto di Energia Δg -15Kcal/mole

56 10 reazioni in successione lineare costituiscono il pathway della glicolisi. Il glucosio viene ossidato lentamente per produrre due tronconi da 3 atomi di carbonio: piruvato

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62 La fermentazione alcolica è una forma di metabolismo energetico che avviene in alcuni lieviti in assenza di ossigeno: E responsabile di diversi i fenomeni che vediamo ogni giorno, quali la lievitazionei i del pane o la trasformazione del mosto in vino. E operata da una particolare classe di microrganismi, i Saccaromices dei quali il più comune è senz'altro il S. cerevisiae, i presente sulla buccia dell uva come nel lievito it di birra. Fu il primo processo metabolico realizzato in vitro, grazie all'isolamento degli enzimi, così chiamati proprio perché isolati nel lievito (zimé). Ciò apportò un duro colpo al vitalismo Tiamina PPi (vit B1)

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64 La fermentazione lattica è una forma di metabolismo energetico che avviene in alcuni batteri e nella cellula animale in assenza di ossigeno. Consiste nella trasformazione di una molecola di glucosio (o di un altro zucchero fermentabile) in due molecole di acido piruvico che vengono successivamente ridotte ad acido lattico con una bassa resa energetica. Questa via metabolica prende il nome dal principale prodotto finale ma viene detta anche omolattica per distinguerla da quella eterolattica che utilizza un meccanismo diverso. La fermentazione lattica si incontra principalmente i nei lattobacilli e nel metabolismo anaerobico di alcuni tessuti (muscolo, eritrociti) degli organismi pluricellulari. La fermentazione lattica svolta dai lattobacilli è presente nel tratto gastrointestinale umano in cui assume un ruolo tanto t importante t da spingere alcuni a considerare i lattobacilli dei probiotici. i La fermentazione lattica è coinvolta nella preparazione di numerosi alimenti tra cui ricordiamo lo yogurt, il kefir, i capperi ed i crauti.

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67 Quando nel muscolo scheletrico la produzione di NADH eccede la capacità riossidativa (catena respiratoria), allora il rapporto NADH/NAD diventa elevato e questo favorisce la trasformazione del piruvato in lattato. Nel fegato e nel cuore questo rapporto (NADH/NAD) è basso. quindi il lattato è ossidato a piruvato. Nel fegato il piruvato è poi convertito in glucosio oppure è decarbossilato a AcetilCoA Acidosi lattica. Elevata concentrazione nel plasma di ac. Lattico. Si verifica per un collasso del sistema circolatorio (infarto,embolia polmonare, emorragie massive). Tutte hanno in comune il deficit di O 2 a carico dei tessuti con conseguente rallentamento della catena respiratoria e riduzione di ATP. Per sopravvivere le cellule usano la glicolisi anaerobia. Quando il danno viene risolto le cellule recuperano una normale attività, utilizzando un surplus di ossigeno. Debito di ossigeno P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2006

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76 In sintesi la regolazione della glicolisi avviene: A livello della fosforilazione del Glucosio isoenzimi della famiglia delle esochinasi inibizione allosterica da F-6P compartimentalizzazione nel nucleo dell enzima epatico (GKRP) A livello della fosfofruttochinasi-1 ATP, Citrato t AMP e fruttosio 2,6 bisp

77 P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA Zanichelli Editore

78 La via del glucagone promuove la sintesi di camp e l attivazione della PKA che fosforila gli E. La forma fosforilata dell E. è sempre inattivata mentre quella defosforilata (via dell insulina) è attiva. P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA Zanichelli Editore

79 Il glucosio può essere sintetizzato a partire da precursori non glicidici 120g di glucosio servono al cervello (120/160 totali per l organismo intero). 20g sono nei liquidi idi organici. i 190g rappresentano la riserva sotto forma di glicogeno La gluconeogenesi converte: piruvato glucosio

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83 Decima reazione nella via glicolitica Prima nella neoglucogenesi

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88 Fosfenolpiruvato 2-fosfoglicerato 3-fosfoglicerato 1,3bisfosfoglicerato gliceraldeide3-p Diidrossiaceton-P Fruttosio 1,6bP fosfofrottochinasi: AMP ATP e citrato Fruttosio 1,6 bis fosfatasi:amp ATP e citrato

89 _ fosfatasi + +

90 Fruttosio 6-P Glucosio 6-P

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106 Ciclo di Cori

107 Ciclo dell Alanina

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