Gluconeogenesi Il glucosio può essere sintetizzato a partire da precursori più semplici, i precursori possono essere vari a seconda della specie vivente, nei mammiferi sono: piruvato, lattato, amminoacidi, glicerolo. Fegato e reni È operativa in condizioni di digiuno estremo (dopo le 24 h) forte ipoglicemia e dopo deplezione delle riserve di glicogeno endogeno. La gluconeogenesi condivide con la glicolisi tutte le reazioni reversibili le quali procedono in direzione opposta quando utilizzate nella sintesi Le reazioni irreversibili della glicolisi sono aggirate attraverso l azione di enzimi differenti
PIRUVATO COME PRECURSORE GLUCONEOGENICO 2 piruvato + 2 NADH + 4 ATP + 2 GTP + 6 H 2 O + 2 H + Glucosio + 2 NAD + + 4 ADP + 2 GDP + 6P i Bicarbonato + piruvato Piruvato carbossilasi a Il piruvato prodotto dalla glicolisi è immediatamente trasportato nel mitocondrio dove può subire diversi destini metabolici. Se è necessario utilizzarlo per la isntesi di glucosio deve essere carbossilato a ossalacetato Ossalacetato Dentro il mitocondrio può alimentare il ciclo di Krebs o essere utilizzato per sintetizzare glucosio
Ossalacetato NADH + H + NAD + Malato deidrogenasi mitocondriale Malato deidrogenasi citosolica H l OH NAD + NADH + H + Malato citosol Si genera una scorta di NADH citosolici che sono necessari per il proseguimento della gluconeogenesi Ossalacetato
gluconeogenesi Reazioni inverse della glicolisi (stessi enzimi e stessi intermedi metabolici) Il piruvato è riconvertito a PEP (fosfoenolpiruvato) attraverso una via alternativa (un bypass alla piruvato chinasi) glicolisi
L ossalacetato nel citosol è convertito in fosfoenolpiruvato dalla FOSFOENOLPIRUVATO CARBOSSICHINASI Ossalacetato Enolasi Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato
Il glucosio neosintetizzato è liberato dagli epatociti nel torrente circolatorio per raggiungere i tessuti extraepatici che sono in carenza di glucosio (in particolare il cervello) gluconeogenesi Reazione alternativa Glucosio 6-fosfato Reazione alternativa glicolisi
Il lattato prodotto nei muscoli in esercizio può essere un precursore gluconeogenico nel fegato (Ciclo di Cori). Vari amminoacidi sono precursori del glucosio durante il digiuno, per es. l alanina, che partecipa al Ciclo Glucosio/Alanina con cui il piruvato prodotto nei tessuti extraepatici raggiunge il fegato per essere indirizzato verso la gluconeogenesi Piruvato ALANINA Transamminazione extra-epatica Glutammato ALANINA α-chetoglutarato α-chetoglutarato Piruvato Glutammato Alanina trasportata al fegato attraverso il circolo sanguigno Transamminazione epatica, il piruvato può essere utilizzato per sintetizzare glucosio
DEGRADAZIONE DEL GLICOGENO Glicogeno fosforilasi Scinde i legami glicosidici α(1 4) attraverso una fosforolisi a partire dalle estremità non riducenti e liberando glucosio 1-fosfato Glicogeno n unità cofattore: piridossal-fosfato (PLP), che aiuta l enzima a scindere il legame C-O) Glucosio 1-fosfato Glicogeno n-1 unità
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
La fosfoglucomutasi converte il glucosio 1-fosfato in glucosio 6-fosfato Glicolisi Glucosio 6-fosfato Via dei pentoso-fosfati Nel fegato viene defosforilato a glucosio e liberato nel circolo sanguigno per essere trasportato ai tessuti che lo richiedono Glucosio 6-fosfatasi Glucosio
Sintesi del glicogeno 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 nonriducente delle catene di glicogeno
Glicogeno sintasi Aggiunge, una alla volta, unità di α-d-glucosio alla catena polisaccaridica crescente Richiede un innesco (catena di 7 residui di glucosio legati da legami α(1 4) Estremità non riducente del Glicogeno (n unità) L innesco con la sua estremità riducente è attaccato ad un residuo di Tyr della proteina GLICOGENINA Glicogeno (n + 1 unità) La glicogenina è sia l impalcatura su cui si costruisce la molecola di glicogeno, sia l enzima che catalizza la sintesi dell innesco.
GLICOGENINA la glicogenina ha attività glucosil-trasferasica GLICOGENINA la glicogenina estende la catena ripetendo 6 volte la reazione
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. I rami devono essere distanziati almeno 4 residui, si creano numerose estremità non riducenti che contribuiscono ad aumentare la velocità di degradazione o di allungamento del glicogeno
La via dei pentoso fosfati 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 Ribosio 5-fosfato 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)
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
La [NADP + ] ha un ruolo fondamentale nel determinare il destino del glucosio 6-fosfato se nella cellula la [NADPH] è molto maggiore della [NADP + ]: NADPH compete con NADP + per il sito attivo della Glucosio 6-fosfato deidrogenasi inibendo l enzima. bassa attività degli enzimi della fase ossidativa della Via dei Pentoso-fosfati (manca l accettore di e - ) il Glucosio 6-fosfato è indirizzato verso la glicolisi o la sintesi di glicogeno La produzione di NADPH è strettamente associata al suo utilizzo nelle reazioni di biosintesi (es.: sintesi degli acidi grassi)
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, smaltisce i pentoso-fosfati formati nella prima fase produce intermedi della glicolisi, dai quali si può riottenere il glucosio 6-P (ogni 6 molecole di glucosio 6-fosfato che vengono ossidate, nella via dei pentoso-fosfati, se ne riproducono 5)
Ribulosio 5-fosfato isomerasi epimerasi xilulosio 5-fosfato 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
glucosio 6-P La via dei pentoso-fosfati è versatile e può avere diverse finalità fruttosio 6-P fruttosio 1,6-bis-P glucosio 6-P 2NADP + 2NADPH Ribulosio 5-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 sono utilizzati per produrre ribosio 5-P con le reazioni inverse della fase nonossidativa Fabbisogno equivalente di Ribosio 5-P e di NADPH: - è preferita la fase ossidativa della via dei pentoso fosfati che termina con la conversione del ribulosio 5-P in ribosio 5-P Tymoczko et al. Principi di Biochimca. Zanichelli editore S.p.A 2010
glucosio 6-P 2NADP + 2NADPH ribulosio 5-P glucosio 6-P 2NADP + 2NADPH ribulosio 5-P fruttosio 6-P ribosio 5-P fruttosio 6-P ribosio 5-P fruttosio 1,6-bis-P fruttosio 1,6-bis-P Diidrossiacetone fosfato Gliceraldeide 3-P Fabbisogno di NADPH maggiore rispetto a quello di Ribosio 5-P: - la via dei pentoso-fosfati avviene completamente - il ribosio 5-P è riciclato come glucosio 6-P attraverso la via non-ossidativa e parte della via gluconeogenica (fegato). Tymoczko et al. Principi di Biochimca. Zanichelli editore S.p.A 2010 Diidrossiacetone fosfato Gliceraldeide 3-P PIRUVATO 2 ATP Fabbisogno equivalente di NADPH e di ATP: - il ribosio 5-P ottenuto dalla via dei pentoso-fosfati è trasformato in piruvato attraverso la via non-ossidativa e parte della via glicolitica.
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
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/glutatione-reduttasi è l unico sistema di difesa dai ROS mantenendo l ambiente intracellulare in uno stato riducente.
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 ossidanti si possono formare derivati ossidati delle cisteine e ponti disolfuro fra molecole di Hb, che causano la formazione di grossi aggregati (Corpi di Heinz) i quali vanno a depositarsi sulla membrana eritrocitaria deformandola e danneggiandola insieme all azione dei ROS > ANEMIA EMOLITICA. 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