IL GLUCOSIO. Il glucosio può provenire dalla dieta, in quanto tale, o derivare dalla demolizione di carboidrati complessi.

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1 IL GLUCSI Il glucosio può provenire dalla dieta, in quanto tale, o derivare dalla demolizione di carboidrati complessi. Viene metabolizzato per via aerobica o anaerobica, fornendo energia all organismo. E l unica fonte energetica per i globuli rossi (metabolismo anaerobico) e la principale per il cervello (metabolismo aerobico). E indispensabile per un efficiente catabolismo dei grassi. La principale fonte di glucosio nella dieta è l amido.

2 GLICEMIA glucosio dalla dieta glicogenolisi nel fegato gluconeogenesi (sintesi di glucosio da precursori non glucidici) insulina - dal pancreas - ipoglicemizzante glucagone - dal pancreas - iperglicemizzante cortisolo - dal surrene - iperglicemizzante il fegato è l organo preposto al mantenimento di una glicemia stabile

3 GLICLISI È una via metabolica rapida, che può fornire energia sia in presenza che in assenza di 2. 2 acido piruvico 6 C acido lattico 3

4 GLICLISI Richiede un investimento energetico In una prima fase si hanno due fosforilazioni che attivano la molecola; questa poi si spezza in due parti. Questa fase richiede una spesa di 2 ATP Complessivamente: Nella seconda fase le due parti in cui si è spezzato il glucosio vengono progressivamente ossidate fino a piruvato, portando alla formazione di 4 ATP e 2 NAD ATP + 2 NAD + + 4

5 legame estere 1 fosforilazione del glucosio - 1 ATP 2 isomerizzazione del glucosio-6-fosfato a fruttosio è una reazione di equilibrio regolata dalla legge di azione di massa 5

6 3 fosforilazione del fruttosio-6-fosfato - 1 ATP fruttosio-6-fosfato fruttosio-1,6-bifosfato La trasformazione è catalizzata dall enzima fosfofruttochinasi; è stata consumata un altra molecola di ATP e ora il fruttosio dispone di due gruppi attivati. 6

7 4 scissione del fruttosio-1,6-bifosfato - 1 ATP C 2 C -P 3 2- C C ora sono disponibili due triosi in forma attivata C C 2 -P 3 2- fruttosio-1,6- bifosfato 7

8 5 interconversione dei triosi i due triosi possono trasformarsi l uno nell altro; l unico che entra nel ciclo metabolico è la gliceraldeide diidrossiacetone fosfato. gliceraldeide-3- fosfato la trasformazione è catalizzata dall enzima trioso fosfato isomerasi da qui in poi, quindi, ogni reazione andrà contata due volte, perché avverrà su due molecole di gliceraldeide-3-fosfato.

9 6 ossidazione della gliceraldeide + 1 NAD / legame -P legame anidride (tra un acido carbossilico e un acido fosforico) legame estere (tra un alcool e un acido fosforico) l enzima gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi catalizza due reazioni: l ossidazione del gruppo aldeide ad acido carbossilico a spese di NAD +, che fornisce l energia, e la fosforilazione del gruppo acido così formato tramite fosfato inorganico, con formazione di un legame anidride ad alta energia.

10 7 produzione di 3-fosfoglicerato + 1 ATP il gruppo fosforico viene trasferito dal legame anidride del bifosfoglicerato all ATP; il legame estere dell altro gruppo fosforico non ha sufficiente energia per fosforilare l ADP.

11 8 trasferimento di fosfato

12 9 produzione di fosfoenolpiruvato (PEP) + 1 legame ad alta energia 0 enolasi è una disidratazione: si perde - dal C3 e + dal C2, con formazione di un doppio legame (eliminazione). in seguito alla disidratazione vi è un notevole cambiamento nella distribuzione dell energia all interno della molecola, a seguito del quale il G di idrolisi del gruppo fosforico passa da -4,2 kcal/mol nel fosfoglicerato a 14,8 kcal/mol nel PEP

13 10 produzione di piruvato + 1 ATP C C C 3 Quello che ora è un legame fosforico a maggior energia può essere usato per fosforilare l ADP. Si ottiene acido piruvico, che può poi essere trasformato in AcetilCoA ed entrare nel ciclo di Krebs, oppure essere utilizzato come precursore dell amminoacido alanina

14 BILANCI DELLA GLICLISI le tappe indicate da una singola freccia sono irreversibili ( G << 0) X 2 Glucosio ATP Gliceraldeide-3-P Glucosio-6-P Fruttosio-6-P ATP NAD 1,3-bis-P-glicerato 3-P-glicerato ATP Fruttosio-1,6-bis-P 2-P-glicerato Gliceraldeide-3-P Diidrossiacetone-P fase di investimento energetico Fosfoenolpiruvato Piruvato ATP fase di produzione di energia Glucosio 2 C 3 C-C + 2 ATP + 2 NAD + +

15 RESA ENERGETICA DEL GLUCSI da 1 molecola di glucosio che viene ossidata a 6 C 2 e 6 2 si ottengono 38 molecole di ATP

16 alla sintesi di amminoacidi CoAS trasporto nel mitocondrio + C 2 NAD ~SCoA il piruvato prodotto nel citosol al termine della glicolisi può avere vari destini decarbossilazione ossidativa (irreversibile) viene poi riossidato a NAD + a spese di 2 con produzione di ATP al ciclo di Krebs in condizioni anaerobiche nel citoplasma 3 C C lattato C alanina il piruvato si riduce a lattato perché funge da accettore di elettroni, riossidando il NAD a NAD + al posto di 2

17 la trasformazione di piruvato in lattato, ad opera dell enzima lattato deidrogenasi, è reversibile. la formazione di lattato avviene nel muscolo durante uno sforzo intenso, quando l apporto di ossigeno è insufficiente. il lattato viene trasportato al fegato dove subisce la reazione inversa, ritrasformandosi in piruvato che può poi essere riconvertito in glucosio. nel catabolismo anaerobico, molto meno efficiente, si formano solo 2 molecole di ATP per molecola di glucosio, contro le 32 ottenibili dalla glicolisi aerobica.

18 METABLISM DEL GLICGEN Il glicogeno è il carboidrato di deposito degli organismi animali, presente nel fegato (per il controllo della glicemia) e nel muscolo (dove fornisce energia per la contrazione). Il fegato contiene circa il 10% in peso di glicogeno, mentre i muscoli solo l 1-2% del loro peso totale, ma il glicogeno depositato nei muscoli è molto di più, dato che la massa del tessuto muscolare è molto maggiore di quella del fegato.

19 SINTESI DEL GLICGEN Il glucosio ematico viene trasportato nelle cellule e viene immediatamente fosforilato da parte dell enzima esochinasi, con il consumo di 1 ATP, formando glucosio-6-fosfato (G6P). E un processo fortemente endoergonico, stimolato dall insulina; il glicogeno viene prodotto dai carboidrati in eccesso derivanti dalla dieta, ma non può essere accumulato oltre un certo limite. A questo punto, G6P può prendere tre strade: andare verso la glicolisi, per produrre energia, prendere la via dei pentosofosfati, per la produzione di ribosio-5-fosfato, oppure indirizzarsi alla glicogenosintesi. In quest ultimo caso G6P viene isomerizzato a G1P. P fosfoglucomutasi glucosio-6-fosfato glucosio-1-fosfato

20 SINTESI DEL GLICGEN uridina trifosfato (UTP) G1P glucosio fosfato uridil transferasi + PPi uridin difosfoglucosio (UDPG)

21 SINTESI DEL GLICGEN L UDP-glucosio ora trasferisce il glucosio su una catena costituita da almeno 4 unità di glucosio, formando un legame 1,4 glicosidico, ad opera dell enzima glicogeno sintasi, liberando UDP. Questa poi viene ritrasformata in UTP a spese di una molecola di ATP.

22 SINTESI DEL GLICGEN L enzima ramificante poi stacca dalla catena un frammento di almeno 6 unità per legarlo, sulla stessa catena o su un altra, con un legame 1,6 glicosidico, a non meno di 4 unità di distanza da un altra ramificazione. Le ramificazioni rendono il glicogeno più solubile, e soprattutto dotato di un maggior numero di residui terminali, sui quali possono agire gli enzimi glicogeno sintasi e glicogeno fosforilasi, aumentando la velocità sia di sintesi che di degradazione. 22

23 GLICGENLISI Il glicogeno è immagazzinato nel citosol. Grazie alla sua struttura molto ramificata è in grado di mobilizzare più unità di glucosio idrolizzandosi rapidamente al bisogno, in seguito al segnale degli ormoni glucagone e adrenalina, ad opera della glicogeno fosforilasi e dell enzima deramificante. In genere non viene demolito del tutto ma solo ridotto di dimensioni. 23

24 GLICGENLISI La glicogeno fosforilasi attacca l unità di glucosio terminale staccandole dalla catena sotto forma di glucosio-1-fosfato. 24

25 GLICGENLISI La glicogeno fosforilasi stacca le unità di glucosio partendo dall estremità di tutte le ramificazioni. Quando arriva a 4 residui dalla ramificazione, l enzima deramificante trasferisce un frammento di 3 unità di glucosio all estremità di un altra catena, e infine idrolizza l ultimo legame 1 6 glicosidico, rilasciando glucosio non fosforilato. 25

26 GLICGENLISI Il glucosio-1-fosfato viene poi riconvertito in glucosio-6-fosfato dall enzima fosfoglucomutasi. fosfoglucomutasi P glucosio-1-fosfato glucosio-6-fosfato Gli enzimi glicogeno sintasi e glicogeno fosforilasi sono modulati da ormoni: l insulina stimola la sintasi e inibisce la fosforilasi, quindi induce l accumulo di glicogeno, mentre il glucagone opera nel senso contrario. L adrenalina, o epinefrina, agisce come il glucagone ma con maggior potenza e solo nelle cellule dei muscoli o negli adipociti, ma non nel fegato. 26

27 P nel muscolo glucosio-6-fosfato nel fegato GLICLISI produzione di piruvato e ATP questo è il meccanismo mediante il quale il fegato regola la glicemia la glucosio-6-fosfatasi stacca Pi e libera glucosio che in questa forma può uscire dalle cellule e passare nel sangue 27

28 VIA DEI PENTSFSFATI È una via metabolica del glucosio che avviene al di fuori dei mitocondri e il cui scopo non è la produzione di ATP (quindi di energia) ma la produzione di NADP (riducente che, diversamente dal NAD prodotto nel catabolismo, serve soprattutto nelle riduzioni coinvolte in processi anabolici) e la produzione di zuccheri diversi dal glucosio, in particolare ribosio. 28

29 VIA DEI PENTSFSFATI C G6P P NADP gluconolattone (un estere ciclico) 2 C P acido 6-fosfogluconico C 2 P ribosio-5-fosfato NADP C ribulosio-5- fosfato P C 2 29

30 GLUCNEGENESI Il glucosio è indispensabile al funzionamento di alcuni organi, come i globuli rossi o il cervello, e quindi quando la sua disponibilità è scarsa è necessario che venga sintetizzato a partire da precursori non glucidici, come gli acidi grassi o le proteine. La sintesi di glucosio si ottiene da 2 molecole di piruvato con l uso di 6 ATP. Richiede più energia di quella ricavabile dalla glicolisi e utilizza una diversa catena enzimatica. E regolata in modo opposto alla glicolisi. N + C 3 C C alanina dal catabolismo delle proteine piruvato glicerolo dal catabolismo dei trigliceridi 3 C C lattato C dai globuli rossi dal muscolo scheletrico in condizioni di scarsità di ossigeno 30

31 glucosio glicolisi piruvato 2 ATP glucosio gluconeo genesi piruvato 6 ATP glucosio glicolisi 2 ATP N 2 lattato lattato N 2 alanina alanina MUSCL ciclo dell urea urea 4 ATP GLBULI RSSI FEGAT i prodotti non completamente ossidati del catabolismo, presenti nei muscoli e nei globuli rossi, tornano al fegato per essere riciclati, ma il bilancio energetico è negativo.

32 il GLUTATINE è un tripeptide con proprietà antiossidanti GLUTATINE in forma ridotta GLUTATINE in forma ossidata 32

33 METABLISM DELL ETANL NAD NAD Questa via metabolica procede mediante gli enzimi alcool deidrogenasi e aldeide deidrogenasi; il NAD che ne deriva è poi convertito in ATP, per una resa energetica di circa 7 kcal/mol di alcool. E una via metabolica veloce, che può fornire molte calorie al giorno, ma l acetaldeide è tossica perché è in grado di formare complessi con proteine e acidi nucleici. Inoltre l eccessiva produzione di NAD stimola la produzione di lattato, con conseguente acidosi, e inibisce la gluconeogenesi, con conseguente ipoglicemia. 33

34 IN CNCLUSINE: GLICLISI: aerobica da 1 mol di glucosio 2 mol piruvato + 2 ATP + 2 NAD + + anaerobica - il piruvato viene ridotto a lattato a spese di NAD (ciclo di Cori) GLICGEN: glicogenosintesi glicogenolisi G6P VIA DEI PENTSFSFATI: sintesi di ribosio-5-fosfato NADP + + da usare in processi anabolici sintesi di altri zuccheri GLUCNEGENESI: produzione di piruvato da avviare alla glicolisi a partire da alanina (dal catabolismo delle proteine) lattato (dalla glicolisi anaerobica) glicerolo (dal catabolismo dei trigliceridi) 34