rof. Giorgio artor Metabolismo dei carboidrati Copyright 2001-2015 by Giorgio artor. All rights reserved. Versione 1.9.3 apr 2015 Indice Glicogeno Metabolismo del Glicogeno C 2 C 2 3 -- 3 C Gluconeogensi Fermentazione lattica (Anaerobiosi) 2 Lattato D-Glucoso 2AD + 2i 2AD + Fruttoso-1,6-difosfato 2AT 2AD 2AD + 2 iruvato 3 C 2AD Fermentazione alcolica (Anaerobiosi) 2 C 2 + 2 etanolo Glicolisi iruvato Acetil- Riboso-5-fosfato Ciclo dei pentosi 3-fosfogliceraldeide 2 AD AD + ssidazione aerobica AD + Ciclo di Krebs Fosforilazione ossidativa 6 C 2 + 6 2 AD + i + + AT 1
v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 3 - I glucidi I glucidi sono tra i maggiori fornitori di energia degli organismi. ono introdotti con la dieta e prodotti dalle cellule. ono in genere dei polisaccaridi. Attraverso la digestione vengono degradati a monosaccaridi (glucosio, fruttosio, galattosio, ) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 4-2
I glucidi I monosaccaridi vengono demoliti per produrre energia a spesa dei legami chimici. In presenza di ossigeno si ha la combustione completa del monosaccaride: C 6 12 6 + 6 2 6C 2 + 6 2 L energia prodotta viene immagazzinata sottoforma di nucleotidi trifosfati (AT). v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 5 - I glucidi Una cellula in condizioni ottimali tende ad accumulare polisaccaridi come: glucidi di riserva (amidi, glicogeno) glucidi strutturali (cellulosa). v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 6-3
Vie metaboliche Tutte le operazioni di degradazione dei monosaccaridi e di sintesi dei monosaccaridi e polisaccaridi sono gestite da vie metaboliche che mantengono l omeostasi dell organismo. Quando il bilancio si altera si ha la regolazione del metabolismo La velocità con la quale avviene una via metabolica è regolata. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 7 - Regolazione delle vie metaboliche La velocità di una via metabolica può essere regolata sia dalla disponibilità del substrato che dalla disponibilità dell enzima. È controllata a livello della reazione più lenta della via metabolica Termodinamicamente molto favorito Catalizzato da un enzima estremamente regolato pesso in una biforcazione della via metabolica Le vie cataboliche (demolizione) ed anaboliche (sintesi) usano spesso gli stessi enzimi, ma hanno almeno una reazione catalizzata da un enzima diverso v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 8-4
Regolazione delle vie metaboliche A B B B B B BB B C Reazione limitata dalla concentrazione di enzima. (lontana dall equilibrio) D E Reazione limitata dalla concentrazione di substrato. (all equilibrio o vicina all equilibrio) E E E E EE E E E E E F v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 9 - G Glicolisi La via di Embden-Meyerhof(Warburg) Indice 5
Glicogeno Metabolismo del Glicogeno Glicolisi C 2 C 2 3 -- 3 C Gluconeogensi Fermentazione lattica (Anaerobiosi) 2 Lattato D-Glucoso 2AD + 2i 2AD + Fruttoso-1,6-difosfato 2AT 2AD 2AD + 2 iruvato 3 C 2AD Fermentazione alcolica (Anaerobiosi) 2 C 2 + 2 etanolo Glicolisi iruvato Acetil- Riboso-5-fosfato Ciclo dei pentosi 3-fosfogliceraldeide 2 AD AD + ssidazione aerobica AD + Ciclo di Krebs Fosforilazione ossidativa 6 C 2 + 6 2 AD + i + + AT v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 11 - v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 12-6
Glicolisi In tutte le cellule avviene la glicolisi Dieci reazioni, le stesse in tutte le cellule, ma con diversa cinetica Tre fasi: La prima fase converte il glucosio in fruttosio- 1,6-difosfato, La seconda fase scinde il fruttosio-1,6-difosfato in due triosi, La terza fase produce due molecole di piruvato. I prodotti sono: piruvato, AT e AD. Esistono tre diversi destini possibili del piruvato. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 13 - Glicolisi Gli enzimi sono confinati nel citoplasma della cellula. Gli intermedi sono tutti fosforilati. on passano attraverso le membrane. Vengono riconosciuti dagli enzimi. ono convertiti in intermedi ad alto potenziale di trasferimento del fosfato che sono in grado di fosforilare l AD ad AT. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 14-7
Intermedi fosforilati otenziale di trasferimento del fosfato ( G ') kcal/mole 16 14 12 10 8 6 4 2 Fosfoenolpiruvato 1,3-bifosfoglicerato AT Glucoso-6-fosfato 0 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 15 - Fasi della glicolisi 1. Fosforilazione del substrato ed attivazione, 2. cissione dello zucchero a sei atomi di carbonio, 3. Recupero dell energia nella fosforilazione dell AD. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 16-8
Reazioni della glicolisi Cinque tipi di reazioni: 1. Trasferimento del fosfato Chinasi R + AT R + AD 2. postamento del fosfato R Mutasi R v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 17 - Reazioni della glicolisi Cinque tipi di reazioni: 3. Isomerizzazione C 2 Isomerasi R R 4. Deidratazione Enolasi + 2 5. cissione aldolica R R' Aldolasi R' + R v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 18-9
Fosforilazione La prima fase della glicolisi consiste nella fosforilazione del glucoso per arrivare a fruttoso- 1,6-difosfato attraverso il glucoso- 6-fosfato che viene isomerizzato a fruttoso-6-fosfato. Vengono consumate due molecole di AT per ottenere lo zucchero difosfato. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 19 - C 2 Glucoso 3 -- C 2 Mg ++ AT Esochinasi Glucoso-6-fosfato AD 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato Fosfoglucoisomerasi AT Fosfofruttochinasi AD 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 AD + + i 3 -- 3-fosfogliceraldeide AD AD Fosfogliceratochinasi Mg ++ C 3 iruvato AT 3 -- C 2 iruvato chinasi Fosfogliceratomutasi C Mg ++, K + 2 C 2 Enolasi 3 -- 3 -- Mg ++ 3-fosfoglicerato AT AD Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 20-10
Fase 1 Formazione di fruttoso-1,6-bifosfato C 2 Glucoso 3 -- C 2 Glucoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato Mg ++ AT Esochinasi AD Fosfoglucoisomerasi AT 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato Fosfofruttochinasi AD 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 AD + + i 3 -- 3-fosfogliceraldeide AD AD Fosfogliceratochinasi Mg ++ C 3 iruvato AT 3 -- C 2 iruvato chinasi Fosfogliceratomutasi C Mg ++, K + 2 C 2 Enolasi 3 -- 3 -- Mg ++ 3-fosfoglicerato AT AD Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 21 - Formazione del fruttoso-1,6-difosfato Gli enzimi coinvolti sono due chinasi (la esochinasi e la fosfofruttochinasi) ed una isomerasi Risultato netto: C 2 Glucoso GLU AT Mg ++ Esochinasi (EC 2.7.1.1) AD C 2 3 -- Glucoso-6-fosfato G6 Fosfoglucoisomerasi (EC 5.3.1.9) GLU + 2 AT FB + 2 AD C 2 3 -- C 2 Fruttoso-6-fosfato AT F6 Mg ++ Fosfofruttochinasi (EC 2.7.1.11) AD C 2 3 -- C 2 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato FB v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 22-11
Esochinasi Fosforilazione del glucoso Consumo di AT Fosforilazione spontanea a causa dell idrolisi dell AT 2 2 AT Mg++ Glucoso Esochinasi (EC 2.7.1.1) AD Glucoso-6-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 23 - Esochinasi EC 2.7.1.1 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 24-12
Esochinasi EC 2.7.1.1 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 25 - Esochinasi inattiva Il legame del glucoso induce un cambiamento conformazionale v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 26-13
Esochinasi attiva http://www.genome.jp/dbget-bin/mime_rasmol?1bdg http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureid=1bdg v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 27 - Esochinasi EC 2.7.1.1 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 28-14
Esochinasi EC 2.7.1.1 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 29 - Esochinasi EC 2.7.1.1 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 30-15
Esochinasi EC 2.7.1.1 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 31 - Esochinasi EC 2.7.1.1 La fosforilazione confina il glucoso nella cellula La K m per il glucosio è 0.1 mm; nella cellula il glucosio è 4 mm La glucochinasi ha una K m glucoso = 10 mm, si attiva solo quando la cellula si arricchisce in glucosio La esochinasi è regolata allostericamente, viene inibita dal glucoso-6-fosfato ma non è il principale sito di regolazione della glicolisi v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 32-16
Formazione del fruttoso-6-difosfato Glucoso C 2 GLU Deposito di energia nel muscolo e nel fegato AT Glicogeno Mg ++ AD C 2 3 -- C 2 Via dei pentosi fosfati Glucoso-6-fosfato G6 3 -- Glucoso-1-fosfato intesi di AD e di zuccheri a 3, 5, 6 e 7 atomi di carbonio C 2 3 -- C 2 Fruttoso-6-fosfato Glucuronato Glucosamina-6-fosfato intesi di carboidrati F6 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 33 - C 2 Glucoso AT GLU Mg ++ Esochinasi (EC 2.7.1.1) AD C 2 3 -- Glucoso-6-fosfato G6 Fosfoglucoisomerasi (EC 5.3.1.9) C 2 3 -- C 2 Fruttoso-6-fosfato AT F6 Mg ++ Fosfofruttochinasi (EC 2.7.1.11) AD C 2 3 -- C 2 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato F6 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 34-17
Fosfoglucoisomerasi EC 5.3.1.9 Glucoso-6-fosfato + B Entra il G6 Esce il F6 B + B B+ B Fruttoso-6-fosfato Apertura dell'anello Chiusura dell'anello B B Intermedio cis-enediolato B B B + cambiato con il mezzo v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 35 - Fosfoglucoisomerasi EC 5.3.1.9 F6 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 36-18
Fosfoglucoisomerasi EC 5.3.1.9 G6 Aminoacidi basici v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 37 - Fosfoglucoisomerasi EC 5.3.1.9 F6 Aminoacidi basici v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 38-19
Fosfoglucoisomerasi EC 5.3.1.9 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 39 - Fosfoglucoisomerasi EC 5.3.1.9 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 40-20
C 2 Glucoso AT GLU Mg ++ Esochinasi (EC 2.7.1.1) AD C 2 3 -- Glucoso-6-fosfato G6 Fosfoglucoisomerasi (EC 5.3.1.9) C 2 3 -- C 2 Fruttoso-6-fosfato AT F6 Mg ++ Fosfofruttochinasi (EC 2.7.1.11) AD C 2 3 -- C 2 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato FB v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 41 - Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11 È la reazione che controlla la glicolisi È la seconda reazione di fosforilazione Valore di G grande e negativo, La FK è altamente regolata AT inibisce, AM elimina l inibizione Il citrato è un inibitore allosterico Il fruttoso-2,6-bifosfato è un attivatore allosterico L attività della FK aumenta quando lo stato energetico della cellula è basso. L attività della FK diminuisce quando lo stato energetico della cellula è alto. pinge la reazione verso la glicolisi e non verso il ciclo dei pentosi v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 42-21
Glucoso C 2 GLU Deposito di energia nel muscolo e nel fegato AT Glicogeno Mg ++ Via dei pentosi fosfati AD C 2 3 -- G6 Glucoso-6-fosfato C 2 3 -- Glucoso-1-fosfato intesi di AD e di zuccheri a 5, 6 e 7 atomi di carbonio C 2 3 -- C 2 Fruttoso-6-fosfato Glucuronato Glucosamina-6-fosfato F6 AT AT Citrato Fosfofruttochinasi (EC 2.7.1.11) Mg ++ AM AD Fruttoso-2,6-bifosfato C 2 3 -- C 2 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato FB intesi di carboidrati v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 43 - Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11 G ' = -14.2 kj mol -1 G eritrociti = -18.8 kj mol -1 Mg ++ + AT + AD Fruttoso-6-fosfato F6 Fruttoso-1,6-bifosfato FB v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 44-22
Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11 Dimero di un tetramero AD Mg ++ FB Mg ++ AD http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureid=1fk v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 45 - Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11 AD Mg ++ F6 Mg ++ AD v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 46-23
Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11 FB Mg ++ AD v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 47 - Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11 FB AD v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 48-24
Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11 Dimero di un tetramero F6 http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureid=1mt v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 49 - La regolazione della FK coinvolge un altra molecola fosforilata: il fruttoso-2,6-bifosfato, che funziona da attivatore allosterico della FK. La sintesi di questa molecola è regolata da una proteina che, su singolo polipetide, svolge due attività enzimatiche diverse a secondo se è o non è fosforilato: l enzima tandem. L enzima tandem è finemente regolato. Enzima tandem 3 -- 2 C C 2 i AT 2 C cam C 2 6-Fosfofrutto-2-chinasi (EC 2.7.1.105) + Fosforilasi Chinasi A Attiva + Enzima defosforilato Fosforilasi Chinasi A Inattiva - Enzima fosforilato + Fruttoso-2,6-difosfatasi (EC 3.1.3.46) AD 2 C 3 -- 3 -- C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 50-25
Enzima tandem v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 51 - Regolazione FK v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 52-26
Fase 2 cissione del fruttoso-1,6-bifosfato C 2 Glucoso 3 -- C 2 Glucoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato Mg ++ AT Esochinasi AD Fosfoglucoisomerasi AT 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato Fosfofruttochinasi AD 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 AD + + i 3 -- 3-fosfogliceraldeide AD AD Fosfogliceratochinasi Mg ++ C 3 iruvato AT 3 -- C 2 iruvato chinasi Fosfogliceratomutasi C Mg ++, K + 2 C 2 Enolasi 3 -- 3 -- Mg ++ 3-fosfoglicerato AT AD Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 53 - cissione del fruttoso-1,6-difosfato La scissione del fruttoso-1,6-difosfato attraverso l aldolasi porta alla formazione di due triosi, diidrossiacetonfosfato e 3-fosfogligeraldeide. I due triosi sono tra loro in equilibrio attraverso la trioso fosfato isomerasi C 2 3 -- C 2 3 -- C 2 3 -- C 2 3 -- C 2 3 -- Trioso fosfato isomerasi C 2 3 -- (EC 5.3.1.1) Diidrossiacetonfosfato 3-fosfogliceraldeide DA Fruttoso-1,6-bifosfato F6 Aldolasi (EC 4.1.2.13) GA v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 54-27
Aldolasi: meccanismo generale C 2 3 -- C 2 3 -- C 2 3 -- + C 2 3 -- R - C 2 2 R C 2 R C 2 - R C 2 2 - R C 3 R' R' + rodotto II R' rodotto I Enzima Zn++ C 2 3 -- Enzima Zn++ C 2 3 -- C v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 55 - Aldolasi EC 4.2.1.13 C 2 3 -- rodotto II Diidrossiacetonfosfato C 2 3 -- + (C 2 ) 4 Lys 2 (C 2 ) 4 Tyr C 2 3 -- C 2 3 -- Idrolisi della base di hiff Enzima libero Legame del substrato C 2 3 --.. 2 (C 2 ) 4 Complesso enzima-prodotto con Base di hiff protonata C 2 3 -- Tautomeria e protonazione Formazione della base di hiff protonata C 2 3 --.. (C 2 ) 4 rodotto I Gliceraldeide-3-fosfato C 2 3 -- + (C 2 ) 4 2 Complesso enzima-substrato Intermedio enaminico C 2 3 -- C 2 3 -- Complesso enzima-substrato con Base di hiff protonata v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 56-28
Aldolasi EC 4.2.1.13 Lys Tyr v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 57 - FB Aldolasi EC 4.2.1.13 FB v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 58-29
Trioso-fosfato isomerasi EC 5.3.1.1 Converte DA in GA Il meccanismo coinvolge la formazione di enendiolo Il sito attivo contiene un Glu che agisce come base v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 59 - Trioso-fosfato isomerasi EC 5.3.1.1 Catalizza l equilibrio: G ' = +7.56 kj mol -1 C 2 3 -- Trioso fosfato isom erasi C 2 3 -- (EC 5.3.1.1) Diidrossiacetonfosfato 3-fosfogliceraldeide DA GA L equilibrio è spostato verso sinistra ( 96% DA, 4% GA), nel procedere della glicolisi viene consumata solo GA e l equilibrio si sposta verso destra. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 60-30
Trioso-fosfato isomerasi EC 5.3.1.1 Glu :B+ Glu :B+ 3 -- 3 -- Diidrossiacetonfosfato DA Glu :B+ 3-fosfogliceraldeide GA 3 -- v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 61 - Trioso-fosfato isomerasi EC 5.3.1.1 Glu mologo di DA Lys v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 62-31
Trioso-fosfato isomerasi EC 5.3.1.1 Glu mologo di DA v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 63 - Trioso-fosfato isomerasi EC 5.3.1.1 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 64-32
Fase 3 Recupero dell energia C 2 Glucoso 3 -- C 2 Glucoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato Mg ++ AT Esochinasi AD Fosfoglucoisomerasi AT 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato Fosfofruttochinasi AD 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 AD + + i 3 -- 3-fosfogliceraldeide AD AD Fosfogliceratochinasi Mg ++ C 3 iruvato AT 3 -- C 2 iruvato chinasi Fosfogliceratomutasi C Mg ++, K + 2 C 2 Enolasi 3 -- 3 -- Mg ++ 3-fosfoglicerato AT AD Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 65 - Recupero dell energia La formazione di GA permette il recupero dell energia attraverso il suo metabolismo con formazione di una serie di intermedi forsforilati: 1,3-bifosfoglicerato, 3-fosfoglicerato, 2-fosfoglicerato, fosfoenolpiruvato ed infine piruvato. Il destino del piruvato dipende dalla presenza di ossigeno e può essere diverso in cellule diverse (lievito, muscolo ) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 66-33
Recupero dell energia La 3-fosfogligeraldeide prodotta viene ossidata e fosforilata 1,3- bifosfoglicerato da una deidrogenasi, con produzione di AD il 1,3-bifosfoglicerato viene utilizzato per fosforilare l AD ad opera di una fosfogliceratochinasi e si forma 3-fosfoglicerato, che viene isomerizzato a 2- fosfoglicerato ad opera di una mutasi, il 2-fosfoglicerato perde una molecola d acqua ad opera di una enolasi e si forma il fosfoenolpiruvato che viene trasformato in piruvato ad opera della piruvato chinasi con formazione di AT. 3-fosfogliceraldeide 1,3BG GA 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfoglicerato 3G 2G -- 3 2-fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato E iruvato Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (EC 1.2.1.12) C 2 3 -- Fosfoglicerato chinasi (EC 2.7.2.3) AD C 2 3 -- Fosfoglicerato mutasi (EC 5.4.2.1) iruvato chinasi (EC 2.7.1.40) C 2 3 -- Enolasi (EC 4.2.1.11) 3 -- C 2 3 C Mg ++ C 2 3 -- AD + AD AT 2 AD AT C 2 Enolpiruvato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 67 - Recupero dell energia La 3-fosfogligeraldeide prodotta viene ossidata e fosforilata 1,3- bifosfoglicerato da una deidrogenasi, con produzione di AD il 1,3-bifosfoglicerato viene utilizzato per fosforilare l AD ad opera di una fosfogliceratochinasi e si forma 3-fosfoglicerato, che viene isomerizzato a 2- fosfoglicerato ad opera di una mutasi, il 2-fosfoglicerato perde una molecola d acqua ad opera di una enolasi e si forma il fosfoenolpiruvato che viene trasformato in piruvato ad opera della piruvato chinasi con formazione di AT. 3-fosfogliceraldeide GA 1,3-bifosfoglicerato 1,3BG -- 3 Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (EC 1.2.1.12) C 2 3 -- Fosfoglicerato chinasi (EC 2.7.2.3) 3-fosfoglicerato 3G AD C 2 3 -- Fosfoglicerato mutasi (EC 5.4.2.1) 2-fosfoglicerato 2G Fosfoenolpiruvato E iruvato chinasi (EC 2.7.1.40) iruvato C 2 3 -- Enolasi (EC 4.2.1.11) 3 -- C 2 3 C Mg ++ C 2 3 -- AD + AD AT 2 AD AT C 2 Enolpiruvato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 68-34
Recupero dell energia La 3-fosfogligeraldeide prodotta viene ossidata e fosforilata 1,3- bifosfoglicerato da una deidrogenasi, con produzione di AD il 1,3-bifosfoglicerato viene utilizzato per fosforilare l AD ad opera di una fosfogliceratochinasi e si forma 3-fosfoglicerato, che viene isomerizzato a 2- fosfoglicerato ad opera di una mutasi, il 2-fosfoglicerato perde una molecola d acqua ad opera di una enolasi e si forma il fosfoenolpiruvato che viene trasformato in piruvato ad opera della piruvato chinasi con formazione di AT. 3-fosfogliceraldeide GA 1,3-bifosfoglicerato 1,3BG -- 3 Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (EC 1.2.1.12) C 2 3 -- Fosfoglicerato chinasi (EC 2.7.2.3) 3-fosfoglicerato 3G AD C 2 3 -- Fosfoglicerato mutasi (EC 5.4.2.1) 2-fosfoglicerato 2G Fosfoenolpiruvato E iruvato chinasi (EC 2.7.1.40) iruvato C 2 3 -- Enolasi (EC 4.2.1.11) 3 -- C 2 3 C Mg ++ C 2 3 -- AD + AD AT 2 AD AT C 2 Enolpiruvato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 69 - Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi EC 1.2.1.12 GA èossidata a 1,3BG L energia ottenuta dalla conversione di un aldeide ad acido carbossilico è usata per la fosforilazione a 1,3BG e per la riduzione del AD + a AD v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 70-35
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi EC 1.2.1.12 G ' = +6.3 kj mol -1 3-fosfogliceralde GA C 2 3 -- AD + AD -- 3 C 2 3 -- 1,3-bifosfoglicerato 1,3B GA AD+ B R 1 AD+ R 2 B + 3 B AD+ Complesso Enzima-substrato 5 3 -- 1,3BG R come Intermedio aciltioestere Intermedio tioacetalico AD+ R 4 B + AD R B + AD + AD v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 71 - Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi EC 1.2.1.12 AD + Cys carbossimetilata v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 72-36
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi EC 1.2.1.12 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 73 - Fosfoglicerato chinasi EC 2.7.2.3 1,3-bifosfoglicerato -- 3 AD 1,3BG C 2 3 -- Fosfoglicerato chinasi (EC 2.7.2.3) AD AT 3-fosfoglicerato 3G C 2 3 -- v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 74-37
Fosfoglicerato mutasi EC 5.4.2.1 Il gruppo fosfato passa da C-3 a C-2 postamento di fosfato per la formazione di E i forma un intermedio fosfoistidina È stato dimostrato che del 2,3BG è richiesto per la fosforilazione di is. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 75 - Fosfoglicerato mutasi EC 5.4.2.1 3-fosfoglicerato 3G C 2 3 -- Fosfoglicerato mutasi (EC 5.4.2.1) G ' = +4.4 kj mol -1 2-fosfoglicerato 2G 3 -- C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 76-38
Fosfoglicerato mutasi EC 5.4.2.1 B 3 + + : 3 + + B + : 3-fosfoglicerato 3BG intermedio 2,3-bifosfoglicerato + 2-fosfoglicerato 2BG 3 + + v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 77-3-fosfoglicerato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 78-39
2-fosfoglicerato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 79 - Fosfoglicerato mutasi EC 5.4.2.1 is is Mn ++ 3G is Mn ++ v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 80-40
Fosfoglicerato mutasi EC 5.4.2.1 is is Mn ++ 3G is v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 81 - Enolasi EC 4.2.1.11 Da 2G a E Il G globale è 1.8 kj/mol Il contenuto in energia di 2G e E è simile. L enolasi riarrangia la molecola in modo tale che possa fornire più energia nell idrolisi. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 82-41
Enolasi EC 4.2.1.11 2-fosfoglicerato 2G 3 -- C 2 G ' = +1.8 kj mol -1 Mg ++ Fosfoenolpiruvato E 2 3 -- C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 83 - Enolasi EC 4.2.1.11 E Mg ++ v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 84-42
Enolasi EC 4.2.1.11 Glu Mg ++ v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 85 - E iruvato Chinasi EC 2.7.1.40 Da E a piruvato viene prodotto AT Valore di G grande e negativo. unto di regolazione Attivata allostericamente da AM, F1,6B Inibita allostericamente da AT e acetil- Tautomeria chetoenolica del piruvato. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 86-43
iruvato Chinasi EC 2.7.1.40 G ' = -31.7 kj mol -1 AD AT 2 C 3 -- Fosfoenolpiruvato iruvato chinasi (EC 2.7.1.40) 2 C Forma enolica 3 C Forma chetonica E iruvato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 87 - iruvato Chinasi EC 2.7.1.40 M+ Mg++ Mg++ B. 2 M+ Mg++ Mg++ B. 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 88-44
iruvato Chinasi EC 2.7.1.40 K + Mg++ C 2 Mg++ Adenosina E AD AT Mg++ + C 2 Enolpiruvato C 3 iruvato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 89 - iruvato Chinasi EC 2.7.1.40 http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureid=1yk v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 90-45
iruvato Chinasi EC 2.7.1.40 AT a + Mg ++ v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 91 - Energia Energia Libera (kj mole -1 ) 30 20 10 0-10 -20-30 -40 Esochinasi Fosfoglucosoisomerasi Fosfofruttochinasi Aldolasi Trioso-fosfato isomerasi GA-deidrogenasi GA Chinasi GA Mutasi Enolasi iruvato Chinasi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 assi della Glicolisi tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 92-46
C 2 Glucoso 3 -- C 2 Glucoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato Mg ++ AT IT DI Esochinasi REGLAZIE AD Fosfoglucoisomerasi AT 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato IT DI Fosfofruttochinasi REGLAZIE AD 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 AD + + i 3 -- 3-fosfogliceraldeide AD AD Fosfogliceratochinasi Mg ++ C 3 iruvato IT DI REGLAZIE AT iruvato chinasi Mg ++, K + AD C 2 3 -- Fosfoenolpiruvato AT 3 -- C 2 Fosfogliceratomutasi C 2 Enolasi 3 -- Mg ++ 3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 93 - ssigeno Aerobiosi e anaerobiosi Indice 47
Destino del piruvato In assenza di ossigeno Riduzione a lattato rima riduzione a lattato poi decarbossilazione ad acetato rima decarbossilazione ad aldeide poi riduzione ad etanolo In presenza di ossigeno Decarbossilazione, Ciclo di Krebs, Respirazione cellulare Ripristino di AD + per continuare la glicolisi v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 95 - Destino del piruvato In assenza di ossigeno el muscolo Ridotto a Lattato el lievito Decarbossilato ad aldeide ridotta quindi ad etanolo Ripristino di AD + per continuare la glicolisi v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 96-48
chema generale del metabolismo dei glucidi Glicogeno Metabolismo del Glicogeno C 2 C 2 3 -- 3 C Gluconeogensi Fermentazione lattica (Anaerobiosi) 2 Lattato D-Glucoso 2AD + 2i 2AD + Fruttoso-1,6-difosfato 2AT 2AD 2AD + 2 iruvato 3 C 2AD Fermentazione alcolica (Anaerobiosi) 2 C 2 + 2 etanolo Glicolisi iruvato Acetil- Riboso-5-fosfato Ciclo dei pentosi 3-fosfogliceraldeide 2 AD AD + ssidazione aerobica AD + Ciclo di Krebs Fosforilazione ossidativa 6 C 2 + 6 2 AD + i + + AT v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 97 - Anaerobiosi 3-fosfogliceraldeide Diidrossiacetonfosfato 3 -- C 2 2 C 3 -- Gliceraldeide- 3-fosfato deidrogenasi i 1,3-bifosfoglicerato 3 -- C 2 el muscolo AD AD + Lattato C 3 Fosfogliceratochinasi 3 -- AD Mg ++ 3-fosfoglicerato 3 -- C 2 AT Lattico deidrogenasi Fosfogliceratomutasi iruvato C 3 iruvato chinasi Mg ++, K + Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato C 2 Enolasi 3 -- Mg ++ C 2 3 -- AT AD v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 98-49
Lattico deidrogenasi EC 1.1.1.27 R 2 AD 2 3 C 2 + + is195 2 R + Arg171 AD + + 3 C v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 99 - Lattico deidrogenasi EC 1.1.1.27 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 100-50
Lattico deidrogenasi EC 1.1.1.27 mologo del piruvato Arg 171 is 195 AD + v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 101 - Lattico deidrogenasi EC 1.1.1.27 mologo del piruvato Arg 171 is 195 AD + v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 102-51
Anaerobiosi 3-fosfogliceraldeide Diidrossiacetonfosfato 3 -- C 2 2 C 3 -- Gliceraldeide- 3-fosfato deidrogenasi i 1,3-bifosfoglicerato 3 -- C 2 el lievito Etanolo C 3 C 2 AD + AD 3 -- AD Alcol deidrogenasi Fosfogliceratochinasi Mg ++ Acetaldeide C 3 3-fosfoglicerato 3 -- C 2 AT C 2 Fosfogliceratomutasi iruvato decarbossilasi iruvato C 3 iruvato chinasi Mg ++, K + Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato C 2 Enolasi 3 -- Mg ++ C 2 3 -- AT AD v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 103 - iruvato decarbossilasi EC 4.1.1.1 Catalizza la decarbossilazione del piruvato. Usa la tiamina pirofosfato come coenzima 2 3 C ACID + C 3 ACID v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 104-52
iruvato decarbossilasi EC 4.1.1.1 Acetaldeide C 3 + + iruvato R C 3 C C 3 R' + R + C 3 δ- R' T R + C 3 C 3 R' + C 2 C 3 R + C 3 R' C 3 R C 3 R' C 3 C R + C 3 R' v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 105 - iruvato decarbossilasi EC 4.1.1.1 Mg ++ T v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 106-53
Alcool deidrogenasi EC 1.1.1.1 Catalizza la reazione di ossidoriduzione: C 3 + AD C 3 + AD+ Acetaldeide R Alcol etilico 2 + C 3 Zn++ C 3 AD+ v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 107 - Alcool deidrogenasi EC 1.1.1.1 AD + Zn ++ v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 108-54
Alcool deidrogenasi EC 1.1.1.1 AD + v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 109 - Alcool deidrogenasi EC 1.1.1.1 AD + AD + Cys Cys Trifluoroetanolo Zn ++ is is Trifluoroetanolo Zn ++ v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 110-55
Alcool deidrogenasi EC 1.1.1.1 AD + mologo di AD + Cys Cys Trifluoroetanolo Zn ++ is Etanolo Zn ++ is v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 111 - Energetica della Glicolisi I valori di G sono variabili (positivi e negativi) G nelle cellule ha valori vicini a zero olo tre reazioni su dieci hanno valori di G negativo e grande. Le reazioni i cui valori di G sono grandi e negativi sono punti di regolazione. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 112-56
Energia Energia Libera (kj mole -1 ) 30 20 10 0-10 -20-30 -40 Esochinasi Fosfoglucosoisomerasi Fosfofruttochinasi Aldolasi Trioso-fosfato isomerasi GA-deidrogenasi GA Chinasi GA Mutasi Enolasi iruvato Chinasi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 assi della Glicolisi tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 113 - Energia 30 20 Energia Libera (kj mole -1 ) 10 0-10 -20-30 tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) -40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 assi della Glicolisi v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 114-57
Energia dalla glicolisi G = -43.4 kj mol -1 C 6 12 6 + 6 2 6C 2 + 6 2 G = -2850 kj mol -1 La scissione di glucoso a piruvato utilizza solo il 1.7% del contenuto energetico del glucoso. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 115 - Gli enzimi glicolitici possono formare complessi multiezimatici ella purificazione di proteine da cellule le interazioni non covalenti tra proteine viene persa È stato suggerito che gli enzimi glicolitici si assemblino in un complesso multienzimatico dove i substrati sono canalizzati da un enzima all altro senza passare in soluzione. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 116-58
Altri zuccheri entrano nella glicolisi: C 2 FRUTT C 2 C 2 GALATT MA C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 117 - Metabolismo del fruttoso Fruttoso AT AD Fruttochinasi (EC 2.7.1.3) AT AD Fruttoso-6-fosfato Diidrossiacetonfosfato AD + Gliceraldeide- 3-fosfato Fruttoso-1-fosfato GLICLII Gliceraldeidechinasi (EC 2.7.1.28) AD AT Gliceraldeide + AD Fruttoso-1-fosfato (forma aperta) C 2 3 -- C 2 Fruttoso-1-fosfato aldolasi (EC 4.1.2.13) Alcool deidrogenasi (EC 1.1.1.1) AD + Glicerolo-3-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.6) AD Glierol-chinasi (EC 2.7.1.30) Glicerolo AT AD Glicerolo-3-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 118-59
Metabolismo del fruttoso Fruttoso AT AD Fruttochinasi (EC 2.7.1.3) AT AD Fruttoso-6-fosfato Diidrossiacetonfosfato AD + Gliceraldeide- 3-fosfato Fruttoso-1-fosfato GLICLII Gliceraldeidechinasi (EC 2.7.1.28) AD AT Gliceraldeide + AD Fruttoso-1-fosfato (forma aperta) C 2 3 -- C 2 Fruttoso-1-fosfato aldolasi (EC 4.1.2.13) Alcool deidrogenasi (EC 1.1.1.1) AD + Glicerolo-3-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.6) AD Glierol-chinasi (EC 2.7.1.30) Glicerolo AT AD Glicerolo-3-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 119 - Metabolismo del fruttoso Fruttoso AT AD Fruttochinasi (EC 2.7.1.3) AT AD Fruttoso-6-fosfato Diidrossiacetonfosfato AD + Gliceraldeide- 3-fosfato Fruttoso-1-fosfato GLICLII Gliceraldeidechinasi (EC 2.7.1.28) AD AT Gliceraldeide + AD Fruttoso-1-fosfato (forma aperta) C 2 3 -- C 2 Fruttoso-1-fosfato aldolasi (EC 4.1.2.13) Alcool deidrogenasi (EC 1.1.1.1) AD + Glicerolo-3-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.6) AD Glierol-chinasi (EC 2.7.1.30) Glicerolo AT AD Glicerolo-3-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 120-60
Metabolismo del fruttoso Fruttoso AT AD Fruttochinasi (EC 2.7.1.3) AT AD Fruttoso-6-fosfato Diidrossiacetonfosfato AD + Gliceraldeide- 3-fosfato Fruttoso-1-fosfato GLICLII AD Gliceraldeidechinasi (EC 2.7.1.28) AT Gliceraldeide + AD Fruttoso-1-fosfato (forma aperta) C 2 3 -- C 2 Fruttoso-1-fosfato aldolasi (EC 4.1.2.13) Alcool deidrogenasi (EC 1.1.1.1) AD + Glicerolo-3-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.6) AD Glierol-chinasi (EC 2.7.1.30) Glicerolo AT AD Glicerolo-3-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 121 - Metabolismo del galattoso Glicogeno (n unità) C 2 UD Glicogeno (n+1 unità) C 2 Galattoso AT AD Galattochinasi (EC 2.7.1.6) Galattoso-1-fosfato n n+1 UD-glucoso Galattoso-1-fosfato uridililtransferasi (EC 2.7.7.10) UD-galattoso- 4-epimerasi (EC 5.1.3.2) Fosfoglucomutasi (EC 5.4.2.2) UD-galattoso Glucoso-6-fosfato Glucoso-1-fosfato GLICLII v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 122-61
Metabolismo del mannoso Mannoso AT AD Esochinasi (EC 2.7.1.1) Mannoso-6-fosfato Fosfomannoso isomerasi (EC 5.3.1.8) GLICLII Fruttoso-6-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 123 - C 2 Glucoso 3 -- C 2 Glucoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato Mg ++ AT IT DI Esochinasi REGLAZIE AD Fosfoglucoisomerasi AT 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato IT DI Fosfofruttochinasi REGLAZIE AD 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 AD + + i 3 -- 3-fosfogliceraldeide AD AD Fosfogliceratochinasi Mg ++ C 3 iruvato IT DI REGLAZIE AT iruvato chinasi Mg ++, K + AD C 2 3 -- Fosfoenolpiruvato AT 3 -- C 2 Fosfogliceratomutasi C 2 Enolasi 3 -- Mg ++ 3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 124-62
Gluconeogenesi intesi di glucoso da piruvato Indice Energia Energia Libera (kj mole -1 ) 30 20 10 0-10 -20-30 -40 Esochinasi Fosfoglucosoisomerasi Fosfofruttochinasi Aldolasi Trioso-fosfato isomerasi GA-deidrogenasi GA Chinasi GA Mutasi Enolasi iruvato Chinasi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 assi della Glicolisi tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 126-63
Energia Energia Libera (kj mole -1 ) -40-30 -20-10 0 10 20 30 Esochinasi Fosfoglucosoisomerasi Fosfofruttochinasi Aldolasi Trioso-fosfato isomerasi GA-deidrogenasi GA Chinasi GA Mutasi Enolasi iruvato Chinasi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 assi della Glicolisi tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 127 - Energia Energia Libera (kj mole -1 ) -40-30 -20-10 0 10 20 30 iruvato Chinasi 10 Enolasi 9 GA Mutasi 8 GA Chinasi GA-deidrogenasi Trioso-fosfato isomerasi Aldolasi 7 6 5 4 assi della Glicolisi Fosfofruttochinasi 3 Fosfoglucosoisomerasi 2 Esochinasi 1 tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 128-64
Energia Energia Libera (kj mole -1 ) -40-30 -20-10 0 10 20 30 iruvato Chinasi 10 Enolasi 9 GA Mutasi 8 GA Chinasi GA-deidrogenasi Trioso-fosfato isomerasi Aldolasi 7 6 5 4 assi della Glicolisi Fosfofruttochinasi 3 Fosfoglucosoisomerasi 2 Esochinasi 1 tato tandard ( G ) In eritrociti ( G) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 129 - Gluconeogenesi La gluconeogenesi avviene principalmente nel fegato. La sintesi di glucoso da piruvato sfrutta alcuni enzimi della glicolisi. Tre reazioni glicolitiche hanno un valore di G talmente negativo e grande che le reazioni sono irreversibili: Esochinasi Fosfofruttochinasi iruvato chinasi Questi passaggi sono by-passati nella gluconeogenesi. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 130-65
Bypass della piruvato chinasi La piruvato chinasi della glicolisi catalizza la reazione: 2 C 3 -- 3 C M g + +, K + Fosfoenolpiruvato AD AT iruvato L idrolisi del E ha un valore di G (negativo) maggiore dell AT. Il G ottenibile dall idrolisi di un legame fosfato è insufficiente per sintetizzare il E. È richiesta l idrolisi di due legami fosfoanidridici (da due T diversi, AT e GT o AT o i). v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 131 - Bypass della piruvato chinasi er bypassare la piruvato chinasi occorrono due reazioni: Carbossilazione del piruvato, catalizzata da piruvato carbossilasi (EC 6.4.1.1): Fosforilazione e decarbossilazione (spontanea) dell ossalacetato a E catalizzata dalla E carbossichinasi (EC 4.1.1.32): v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 132-3 C iruvato ssalacetato C 3 - AT GT AD GD C 2 ssalacetato C 2 3 -- Fosfoenolpiruvato 66
iruvato carbossilasi EC 6.4.1.1 È un enzima a biotina La biotina si lega ad una lisina nel sito attivo dell enzima formando un lungo braccio flessibile ad una estremità del quale vi è il sito di carbossilazione. Lisina ito di carbossilazione 3 C C 3 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 133-3 C C 3 Legame ε-peptidico * * iruvato carbossilasi EC 6.4.1.1 Il lungo braccio flessibile permette il movimento della biotina tra il sito di carbossilazione e il sito di decarbossilazione e formazione del ossalacetato. La carbossilazione avviene ad opera di carbossifosfato che si forma nel sito di carbossilazione per reazione di AT e bicarbonato. AT AD C 3 - Carbossifosfato Biotina 3 C C 3 Carbossibiotina 3 C C 3 C 3 3 C v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 134-67
iruvato carbossilasi EC 6.4.1.1 La decarbossilazione della biotina e la formazione di ossalacetato avviene nel secondo sito della piruvato carbossilasi dove si lega il piruvato per formare ossalacetato. 3 C C 3 3 C C 3 3 C 3 C 3 C C 3 C 3 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 135 - iruvato carbossilasi EC 6.4.1.1 Regola il destino del piruvato Glucoso-6- Glucoso Glicolisi iruvato Aminoacidi Gluconeogenesi + Acetil- Aminoacidi ssalacetato Ciclo di Krebs Citrato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 136-68
iruvato carbossilasi EC 6.4.1.1 Quando la gluconeogenesi è attiva nel fegato l ossalacetato va a formare glucoso. La diminuzione di ossalacetato causa la riduzione di Acetil che entra nel ciclo di Krebs. L aumento di Acetil attiva, allostericamente, la piruvato carbossilasi per formare ossalacetato. La concentrazione di ossalacetato limita il ciclo di Krebs. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 137 - iruvato carbossichinasi EC 4.1.1.39 (GT) EC 4.1.1.38 (i) EC 4.1.1.49 (AT) nei batteri C 2 C 2 GT GD 2 C 3 -- ssalacetato Enolpiruvato Fosfoenolpiruvato Mg ++ Mn ++ Mn ++ Mg ++ v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 138-69
Bypass della piruvato chinasi Globalmente C 3 - AT AD GT C 2 GD 3 C iruvato ssalacetato C 2 3 -- Fosfoenolpiruvato C 3 - AT AD GT GD C 2 3 -- 3 C C 2 iruvato Fosfoenolpiruvato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 139 - Gluconeogenesi C 3 - AT AD ssalacetato GT GD C 2 Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato 3 C iruvato iruvato carbossilasi EC 6.4.1.1 Diidrossiacetonfosfato 2 C -- 3 3-fosfogliceraldeide 3 -- Trioso fosfato isomerasi E carbossichinasi EC 4.1.1.39 (GT) EC 4.1.1.38 (i) EC 4.1.1.49 (AT) Aldolasi C 2 C 2 3 -- AD + + i AD Gliceraldeide- 3-fosfato deidrogenasi 3 -- Enolasi Fosfogliceratomutasi 3-fosfoglicerato AT Fosfogliceratochinasi AD C 2 C 2 3 -- 1,3-bifosfoglicerato 3 -- C 2 3 -- 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato C 2 C 3 -- 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 140-70
Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC 3.1.3.11 Catalizza la reazione inversa della fosfofruttochinasi: i 3 -- C 2 2 C 3 -- C 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato Fruttoso-6-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 141 - Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC 3.1.3.11 Zn ++ (Mg ++ ) i F6 F6 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 142-71
Glucoso-6-fosfatasi EC 3.1.3.9 Catalizza la reazione inversa della esochinasi attraverso una fosfoistidina. R R R + + R È un enzima della membrane del reticolo endoplasmatico con funzione di traslocasi per la secrezione extracellulare del glucoso. È ancorato alla membrana da nove eliche transmembrana e secerne nel lume del reticolo. Extracellulare v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 143 - Glucoso-6-fosfatasi EC 3.1.3.9 is i v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 144-72
Glicolisi e Gluconeogenesi C 2 Glucoso AT IT DI Mg ++ Esochinasi 3 -- C 2 REGLAZIE AD Glucoso-6-fosfato Fosfoglucoisomerasi 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato AT IT DI 3 -- C Fosfofruttochinasi 2 2 C 3 -- REGLAZIE Fruttoso-1,6-bifosfato AD C 3 iruvato AT 2 C 3 -- Diidrossiacetonfosfato IT DI REGLAZIE iruvato chinasi Mg ++, K + AD C 2 3 -- 3 -- Fosfoenolpiruvato Aldolasi C 2 3-fosfogliceraldeide Enolasi Mg ++ AD + + i C 2 3 -- 2-fosfoglicerato AD 3 -- Fosfogliceratochinasi Fosfogliceratomutasi C 2 3 -- Mg ++ 3-fosfoglicerato AD AT Fruttoso-6-fosfato Glucoso-6-fosfato Glucoso 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato C 2 C 2 2 C C 2 2 C 3 -- 3 -- 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC 3.1.3.11 i i Fosfoglucoisomerasi Glucoso-6-fosfatasi EC 3.1.3.9 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 145 - Glicolisi e Gluconeogenesi C 2 3 C iruvato C 3 - AT 2 C 3 -- AD iruvato carbossilasi EC 6.4.1.1 Diidrossiacetonfosfato Fruttoso-1,6-bifosfato Fruttoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 ssalacetato GT 3 -- 2 C 3 -- GD C 2 C 2 E carbossichinasi EC 4.1.1.39 (GT) EC 4.1.1.38 (i) EC 4.1.1.49 (AT) 3-fosfogliceraldeide Aldolasi 2 C 3 -- C 2 3 -- Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato deidrogenasi 3 -- C 2 C 3 - ssalacetato C 2 Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato AD GD AT GT iruvato 3 -- 3 -- 3 C E carbossichinasi Enolasi carbossilasi EC 4.1.1.39 (GT) EC 6.4.1.1 C 2 C 2 iruvato EC 4.1.1.38 (i) EC 4.1.1.49 (AT) Fosfogliceratomutasi 3-fosfoglicerato AD Fosfogliceratochinasi AT C 2 3 -- Diidrossiacetonfosfato 3-fosfogliceraldeide AD + + i AD 3 -- 2 C 3 -- Gliceraldeide- 3 -- C 2 3-fosfato deidrogenasi 3 -- C 2 Aldolasi 1,3-bifosfoglicerato Glucoso AT Mg ++ Esochinasi 3 -- C 2 AD Glucoso-6-fosfato Fosfoglucoisomerasi 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato AT 3 -- C Fosfofruttochinasi 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato AD Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 2 C 3 -- 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 Diidrossiacetonfosfato AD + + i 3 -- 3-fosfogliceraldeide AD AD Gliceraldeide- 3-fosfato 3 -- deidrogenasi i Fosfoenolpiruvato AD + + i AD Enolasi C 2 C 2 Fosfogliceratomutasi 3-fosfoglicerato AD Fosfogliceratochinasi AT Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC 3.1.3.11 2-fosfoglicerato 3 -- 1,3-bifosfoglicerato 3 -- C 2 3 -- Fosfogliceratochinasi Mg ++ 2 C 3 -- Fosfoglucoisomerasi C 3 iruvato chinasi Mg ++, K + AT AD AT 3 -- C 2 Fosfogliceratomutasi C 2 C 2 Enolasi 3 -- 3 -- Mg ++ 3-fosfoglicerato Glucoso-6-fosfato Glucoso C 2 i Glucoso-6-fosfatasi EC 3.1.3.9 iruvato Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 146-73
Glicolisi e Gluconeogenesi C 2 3 C iruvato C 3 - AT 2 C 3 -- AD iruvato carbossilasi EC 6.4.1.1 Diidrossiacetonfosfato Fruttoso-1,6-bifosfato Fruttoso-6-fosfato 3 -- C 2 C 2 ssalacetato Aldolasi GT 3 -- 2 C 3 -- 2 C 3 -- GD C 2 C 2 E carbossichinasi EC 4.1.1.39 (GT) EC 4.1.1.38 (i) EC 4.1.1.49 (AT) 3-fosfogliceraldeide C 2 3 -- AD + + i AD Glucoso AT Mg ++ Esochinasi 3 -- C 2 AD Glucoso-6-fosfato Fosfoglucoisomerasi 3 -- C 2 C 2 Fruttoso-6-fosfato AT 3 -- C Fosfofruttochinasi 2 2 C 3 -- Fruttoso-1,6-bifosfato AD Aldolasi Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfato 2 C 3 -- 3 -- C 2 deidrogenasi 3 -- C 2 Diidrossiacetonfosfato AD + + i 3 -- 3-fosfogliceraldeide AD AD Gliceraldeide- 3-fosfato 3 -- deidrogenasi i Fosfoenolpiruvato Enolasi 3-fosfoglicerato C 2 C 2 Fosfogliceratomutasi AD Fosfogliceratochinasi AT Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC 3.1.3.11 2-fosfoglicerato 3 -- 1,3-bifosfoglicerato 3 -- C 2 3 -- Fosfogliceratochinasi Mg ++ AT Fosfoglucoisomerasi 2 C 3 -- 3 -- C 2 iruvato Fosfogliceratomutasi Glucoso-6-fosfato i C chinasi 3 C Mg ++, K + 2 C 2 Enolasi 3 -- Glucoso-6-fosfatasi 3 -- Mg ++ EC 3.1.3.9 3-fosfoglicerato C 2 AT AD iruvato Fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato Glucoso v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 147 - Glicolisi e gluconeogenesi La glicolisi e la gluconeogenesi sono vie metaboliche spontanee. e fossero attive simultaneamente nella cellula si sarebbe in presenza di un ciclo futile con consumo di energia. Glicolisi: C 6 12 6 + 2 AD + + 2 AD + 2 i 2C 3 4 3 + 2 AD + 2 + + 2 AT Gluconeogenesi: 2C 3 4 3 + 2 AD + 2 + + 4 AT + 2 GT C 6 12 6 + 2 AD + + 4 AD + 2 GD + 6 i Glicolisi + Gluconeogenesi: 2 AT + 2 GT 2 AD + 2 GD + 4 i Come dire: http://www.youtube.com/watch?v=z86v_icucd4 ppure: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=vj5klizzuo v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 148-74
Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Locale er prevenire la perdita di energia nel ciclo futile la Glicolisi e la Gluoconeogenesi sono reciprocamente regolate. Controllo locale: Reciproco controllo allosterico ad opera dei nucleotidi adenilici: La fosfofruttochinasi (Glicolisi) è inibita da AT e stimolata da AM. La fruttoso-1,6-bifosfatasi (Gluconeogenesi) è inibita da AM. Quando la concentrazione di AT è alta (concentrazione di AM bassa) il glucoso è degradato per produrre AT. In queste condizioni la cellula accumula glicogeno. Quando la concentrazione di AT è bassa (concentrazione di AM alta) la cellula spende energia per sintetizzare glucoso. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 149 - Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale Controllo globale: egli epatociti vi è l effetto reciproco sulle due vie dell AM ciclico, la cui cascata è attivata dall ormone GLUCAGE quando il glucoso ematico è basso. La rotein Chinasi A (rotein Chinasi cam Dipendente) provoca la fosforilazione di enzimi e proteine regolatrici il cui risultato è: inibizione della glicolisi stimolazione della gluconeogenesi, Ciò porta alla disponibilità di glucosio nel sangue. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 150-75
Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale Controllo globale: Gli enzimi che sono FFRILATI dalla roteina Chinasi A sono: iruvato Chinasi: enzima glicolitico che è inibito quando fosforilato. CREB (cam response element binding protein): che attiva attraverso sistemi di trascrizione il gene della E Carbossichinasi, con conseguente aumento della gluconeogenesi. L enzima tandem: che regola la formazione e la degradazione del regolatore allosterico fruttoso- 2,6-bifosfato. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 151 - Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale Controllo globale: L enzima tandem: che regola la formazione e la degradazione del regolatore allosterico fruttoso-2,6-bifosfato. Il fruttoso-2,6-bifosfato attiva la Fosfofruttochinasi anche in presenza di alto AT (che la inibisce). L attività in presenza di fruttoso-2,6-bifosfato è simile all attività con AT basso. Il controllo attraverso fruttoso-2,6-bifosfato (la cui concentrazione viene controllata da segnali esterni: ormoni) è gerarchicamente più importante del controllo locale da AT. Il fruttoso-2,6-bifosfato inibisce l enzima della gluconeogenesi fruttoso-1,6-bifosfatatasi. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 152-76
modimero Due domini cataliciti: Fosfofruttochinasi (FK2) (EC 2.7.1.105) che catalizza: Fruttoso-6-fosfato + AT fruttoso-2,6-bifosfato + AD Enzima tandem Dominio di Fosforilazione (regolatorio) Fruttoso-bifosfatasi (FBasi2) (EC 3.1.3.46) che catalizza: Fruttoso-2,6-bifosfato + 2 fruttoso-6-fosfato + i F6 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 153 - Enzima tandem L enzima tandem è regolato dalla cascata del cam che a sua volta è controllato da ormoni AT 6-Fosfofrutto-2-chinasi (EC 2.7.1.105) Enzima defosforilato + AD 3 -- 2 C C 2 Fosforilasi Chinasi A Attiva + cam Fosforilasi Chinasi A Inattiva + 3 -- 2 C 3 -- C 2 i - Enzima fosforilato Fruttoso-2,6-difosfatasi (EC 3.1.3.46) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 154-77
Ciclo di Cori FEGAT MUCL Glucoso Glucoso 2AD + + 4AD + 2GD + 6i 2AD + + 4AD + 4i 2AD + 4AT + 2GT iruvato 2 AGUE 2AD + 4AT iruvato 2 3 C 3 C 2AD 2AD 2AD + 2AD + Lattato 2 Lattato 2 3 C 3 C v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 155 - v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 156-78
Metabolismo del Glicogeno Glicogenolisi e glicogenosintesi Indice v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 158-79
v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 159 - v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 160-80
Glicogeno (Amido) Il glicogeno è un polimero del glucoso, I monomeri sono legati con legami glicosidici 1α 4 nelle catene principali e 1α 6 nelle ramificazioni. È un sistema di accumulazione del glucoso sottoforma di granuli in genere nel fegato. C 2 C 2 C 2 n 1α 1µm C 2 C 2 C 2 6C 2 C 2 C 2 n 1α 4 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 161 - Glicogeno (Amido) Il glicogeno è un polimero del glucoso, I monomeri sono legati con legami glicosidici 1α 4 nelle catene principali e 1α 6 nelle ramificazioni. È un sistema di accumulazione del glucoso sottoforma di granuli in genere nel fegato. C 2 C 2 C 2 n 1α C 2 C 2 C 2 6C 2 C 2 C 2 n 1α 4 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 162-81
Glicogeno (Amido) La struttura dei granuli di glicogeno permette una rapida mobilizzazione (scissione) delle catene polisaccardiche poiché vi sono molte estremità diverse attaccabili. C 2 C 2 C 2 n 1α C 2 C 2 C 2 6 C 2 C 2 C 2 n 1α 4 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 163 - Catabolismo del glicogeno La catena lineare polisaccaridica viene scissa nei monomeri (come glucoso-1-fosfato) ad opera dalla glicogenofosforilasi (EC 2.4.1.1): C 2 C 2 n C 2 R Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1 C 2 + 3 -- C 2 n C 2 R Fosforolisi R R' R + + R' Idrolisi R R' R + + R' Date le dimensioni del sito l enzima riesce a tagliare il legame 1α 4 fino a quattro residui dal legame 1α 6. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 164-82
Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 165 - Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 166-83
Glicogeno (n-1) Glicogeno (n-1) Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1 Base di hiff Lisina Glicogeno (n) + iridossalfosfato R + C 3 n C 2 C 2 C 2 Lisina + R C 2 n C 2 + + C 3 iridossale Glucoso-1-fosfato C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 167 - Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1 Base di hiff Lisina Glicogeno (n) + iridossalfosfato R + C 3 n C 2 C 2 C 2 Lisina + R C 2 n C 2 + + C 3 iridossale Glucoso-1-fosfato C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 168-84
Enzima deramificante EC 3.2.1.68 oiché la glicogeno fosforilasi non riesce a scindere tutti i legami 1α 4 e 1α 6 interviene l enzima deramificante con il suo dominio transferasico, scinde una catena di tre monomeri dal monomero dove vi è la ramificazione e lega i tre monomeri alla catena lineare adiacente, Il residuo legato in 1α 6 viene idrolizzato dalla funzione deramificante con produzione di glucosio. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 169 - Enzima deramificante EC 3.2.1.68 Glicogeno fosforilasi C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 1α C 2 6 C 2 1α 4 4 C 2 C 2 Terminale non riducente (legame glicosidico) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 170-85
Enzima deramificante EC 3.2.1.68 Glicogeno fosforilasi C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 1α C 2 1α 6 C 2 4 4 C 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 171 - Enzima deramificante EC 3.2.1.68 Ramificazione limite Glicogeno fosforilasi C 2 C 2 3 -- C 2 C 2 C 2 C 2 1α C 2 6 C 2 1α 4 4 C 2 C 2 Glucoso-1-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 172-86
Enzima deramificante EC 3.2.1.68 Ramificazione limite Glicogeno fosforilasi C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 1α C 2 6 C 2 1α 4 4 C 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 173 - Enzima deramificante EC 3.2.1.68 Enzima deramificante Transferasi ito di glicosidazione C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 1α C 2 6C 2 1α 4 4 C 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 174-87
Enzima deramificante EC 3.2.1.68 Enzima deramificante Transferasi C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 1α 1α 6 C 2 4 4 C 2 C 2 ito di glicosidazione v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 175 - Enzima deramificante EC 3.2.1.68 Transferasi Enzima deramificante C 2 C 2 C 2 ito di glicosidazione C 2 C 2 1α C 2 6 C 2 1α 4 4 2 C 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 176-88
Enzima deramificante EC 3.2.1.68 Enzima deramificante Transferasi C 2 Glucoso C 2 C 2 C 2 1α C 2 ito di glicosidazione C 2 1α 6 C 2 4 4 C 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 177 - Enzima deramificante EC 3.2.1.68 Glicogeno fosforilasi C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 1α 6 C 2 4 4 C 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 178-89
Enzima deramificante EC 3.2.1.68 Glicogeno fosforilasi C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 1α 6 C 2 4 4 C 2 C 2 3 -- v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 179 - Glucoso-1-fosfato Il prodotto della glicogenolisi è principalmente glucoso-1- fosfato il quale entra nella glicolisi dopo essere stato convertito in glucoso-6- fosfato da una fosfoglucomutasi (EC 5.4.2.2) che catalizza la conversione attraverso la formazione di un intermedio glucoso-1,6-bifosfato. Il meccanismo è simile a quello della fosfoglicerato mutasi il quale usa, invece, un residuo di istidina. Fosfoserina C 2 Glucoso-1-fosfato Fosfoserina erina C 2 Glucoso-1,6-bifosfato (non rilasciato) C 2 Glucoso-6-fosfato GLICLII v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 180-90
Fosfoglucomutasi EC 5.4.2.2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 181 - Fosfoglucomutasi EC 5.4.2.2 Glucoso-1,6-bifosfato er v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 182-91
Glicogenosintesi Il glucoso uridin-difosfato (UDG) è il precursore per la sintesi di glicogeno. Un residuo di glucoso è addizionato al glicogeno e viene rilasciato un UD. Gli zuccheri nucleotidi difosfati sono i precursori della sintesi di carboidrati complessi, glicoproteine ecc. Viene sintetizzato da glucoso-1-fosfato e UT ad opera della UD- Glucoso pirofosforilasi (EC 2.7.7.9). + UD-Glucoso pirofosforilasi EC 2.7.7.9 + v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 183 - Amido er produrre l amido viene sintetizzato amilosio attraverso la formazione di AD-glucoso Viene sintetizzato da glucoso-1-fosfato e AT ad opera della AD- Glucoso pirofosforilasi (EC 2.7.7.27 ) con meccanismo analogo al glicogeno. 2 + AD-Glucoso pirofosforilasi EC 2.7.7.27 2 + v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 184-92
Glicogenosintesi Il glicogeno si forma a partire da una proteina primer, la glicogenina, alla quale si lega il primo residuo di glucoso attraverso un residuo di tirosina. L enzima che si occupa della catalisi è la stessa glicogenina (EC 2.4.1.186 ) (autoglicosilazione). + R R + R v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati R - 185 - Glicogenosintesi Il processo viene ripetuto fino a che si forma una corta catena di glucoso (fino a cinque residui). v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 186-93
Glicogenosintesi Il processo viene ripetuto fino a che si forma una corta catena di glucoso (fino a cinque residui). + R x4 Glicogenina EC 2.4.1.186 R + 4 R R v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 187 - Glicogenosintesi v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 188-94
Glicogenina EC 2.4.1.186 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 189 - Glicogenina EC 2.4.1.186 UD-glucoso Tyr v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 190-95
Glicogenosintesi uccessivamente interviene la Glicogeno sintasi (EC 2.4.1.11) per l allungamento della catena. È un complesso di una subunità catalitica e della proteina glicogenina. + R 4 R + Glicogeno sintasi EC 2.4.1.11 R R 4 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 191 - Glicogenosintesi La ramificazione 1α 6 viene catalizzata da un enzima ramificante (EC 2.4.1.18). Lo stesso enzima è responsabile della conversione di amilosio in amilopectina e dell ulteriore ramificazione dell amilopectina C 2 C 2 C 2 C 2 1α C 2 C 2 C 2 1α 4 6 C 2 C 2 Enzima ramificante EC 2.4.1.18 C 2 C 2 C 2 C 2 1α C 2 C 2 C 2 6 1α 4 C 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 192-96
Enzima ramificante EC 2.4.1.18 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 193 - Controllo Il metabolismo dei carboidrati ha ruoli diversi nel muscolo e nel fegato. el muscolo: per generate AT el fegato: mantenere il livello ematico di glucoso (produce ed esporta glucoso o importa ed immagazzina glucoso in risposta alla glicemia). La sintesi e degradazione del glucosio e del glicogeno sono quindi sottoposte al controllo ormonale attraverso il sistema del cam. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 194-97
Controllo del metabolismo del glicogeno C 2 3 -- UD-Glucoso Glucoso-1-fosfato C 2 n C 2 R C 2 C 2 + + (Glicogeno) n (Glicogeno) n+1 Glicogeno fosforilasi n UD Glicogeno + sintasi + i C 2 R ia la sintesi che la scissione del glicogeno sono processi termodinamicamente spontanei, se le due reazioni fossero attive simultaneamente si avrebbe la perdita netta di un legame ad alta energia per ciclo (si forma UD-Glucoso). er prevenire questa eventualità la glicogeno sintasi e la glicogeno fosforilasi sono regolate reciprocamente da effettori allosterici e dalla fosforilazione. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 195 - Regolazione allosterica La glicogeno fosforilasi nel muscolo è regolata da AM, AT e glucoso-6-fosfato. (un isoenzima diverso nel fegato è meno sensibile a questi controlli allosterici). AM (presente quando l AT manca) attiva la fosforilasi promuovendone la conformazione R. AT e glucoso-6-fosfato, che spiazzano l AM dalla fosforilasi, la inibiscono promuovendo la conformazione T. Quindi la rottura del glicogeno è inibita quando sono presenti elevate concentrazioni di AT e glucoso-6-fosfato. La glicogeno sintasi è attivata dal glucoso-6-fosfato (effetto opposto nella glicogeno fosforilasi). Quindi la glicogeno fosforilasi è attiva quando un alto livello ematico di glucoso porta ad un elevato livello cellulare di glucoso-6-fosfato. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 196-98
C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 197 - Regolazione allosterica Il glucoso-6-fosfato può entrare nella glicolisi o (nel fegato) essere defosforilato ad opera della glucoso-6-fosfatasi e rilasciato nel sangue. In quasi tutti gli altri tessuti manca questo enzima. Glicogeno Glicogeno sintetasi C 2 Glicogeno fosforilasi C 2 C 2 3 -- Glucosio-1- Glucosio C 2 3 -- Glucosio-6- Esochinasi o glucochinasi Glucoso-6-fosfatasi C 2 Glucosio + 3 -- AD AM AT Extracellulare GLICLII C 3 iruvato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 198-99
Regolazione ormonale (covalente) FFRILAZIE Gli ormoni Glucagone e adrenalina attivano i recettori di membrana accoppiati alla proteina G (GCR) i quali innescano la cascata del cam che porta alla fosforilazione di proteine bersaglio. Entrambi gli ormoni sono prodotti in risposta a bassi livelli ematici di glucoso. Il glucagone è sintetizzato dalle cellule α delpancreas e attiva la formazione di cam nel fegato. L adrenalina attiva la formazione di cam nel muscolo. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 199 - Regolazione ormonale (covalente) FFRILAZIE La cascata del cam porta alla fosforilazione di una er nella glicogeno fosforilasi promuovendone la forma R attiva. L enzima fosforilato è meno sensibile agli inibitori allosterici. Quindi, anche se AT e glucoso-6-fosfato sono a valori elevati la fosforilasi è ancora attiva. Il glucoso-1-fosfato prodotto dal glicogeno nel fegato può essere convertito a glucoso ematico. La regolazione ormonale permette alle necessità dell organismo di prevalere sulle necessità della cellula. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 200-100
Regolazione ormonale (covalente) FFRILAZIE La cascata del cam ha effetti opposti nella glicogeno sintesi. La glicogeno sintasi è anch essa fosforilata dalla cascata, ma viene promossa la conformazione b, meno attiva. Quindi la cascata del cam inibisce la sintesi di glicogeno. Invece di essere convertito in glicogeno il glucoso-1- fosfato può esser defosforilato e rilasciato nel sangue. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 201 - rmone (Adrenalina o glucagone) Cascata di segnali G α -GT Adenilato ciclasi (inattiva) Adenilato ciclasi (attiva) AT roteina chinasi A (inattiva) Forma a attiva ed indipendente da effettori allosterici Forma b meno attiva e dipendente da fattori allosterici Fosforilasi chinasi (b-inattiva) i AM cam + i Fosfodiesterasi roteina chinasi A (attiva) AT AD Fosforilasi chinasi (a-attiva) Fosfatasi AT Glicogeno AD Glicogeno Fosforilasi Fosforilasi (b-allosterica) Fosfatasi (a-attiva) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 202 - i Glucoso Glicogeno 101
rmone (Adrenalina o glucagone) Cascata di segnali G α -GT Adenilato ciclasi (inattiva) Glicogeno Adenilato ciclasi (attiva) AT Glucoso roteina chinasi A (inattiva) Fosforilasi chinasi (b-inattiva) i AM cam + i Fosfodiesterasi roteina chinasi A (attiva) AT i AD Fosforilasi chinasi (a-attiva) Fosfatasi AT Glicogeno sintasi (b-attiva) AD Fosfatasi Glicogeno sintasi (a-inattiva) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 203 - Insulina L insulina è un ormone prodotto dalle cellule β del pancreas in risposta ad alti livelli ematici di glucoso. Attiva una cascata di segnali separata che porta alla attivazione delle fosfoproteina fosfatasi. Queste fosfatasi catalizzano la rimozione del fosfato sia dalla fosforilasi chinasi che dalla glicogeno fosforilasi che dalla glicogeno sintasi. Quindi l insulina antagonizza gli effetti della cascata del cam indotta da glucagone e adrenalina. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 204-102
rmone (Adrenalina o glucagone) Cascata di segnali Insulina istema Recettore, roteina G (G α -GT) Adenilato ciclasi (attiva) AM Adenilato ciclasi (inattiva) AT roteina chinasi A (inattiva) cam + i AT Fosforilasi chinasi (b-inattiva) i Fosfodiesterasi roteina chinasi A (attiva) Fosfatasi AD Fosforilasi chinasi (a-attiva) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 205 - AT Glicogeno Fosforilasi (b-allosterica) i + + Fosfatasi AD Glicogeno Fosforilasi (a-attiva) Ca ++ Anche lo ione Ca ++ gioca un ruolo nel metabolismo del glicogeno nel muscolo. Al momento della contrazione muscolare lo ione Ca ++ viene rilasciato dal reticolo sarcoplasmatico della cellula muscolare attraverso l attivazione di un canale specifico. Il Ca ++ rilasciato nel citoplasma attiva l interazione actina/miosina el muscolo la fosforilasi chinasi ha un dominio calmodulinico nella subunità δ che lega il Ca++ e attiva parzialmente (modula) la fosforilasi chinasi. La fosforilazione indotta dalla cascata del cam innescata dall adrenalina porta ad una ulteriore attivazione. Questo processo porta al rilascio di glucoso dal glicogeno che, attraverso la glicolisi, porta alla produzione di AT. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 206-103
rmone (Adrenalina o glucagone) Cascata di segnali istema Recettore, roteina G (G α -GT) Adenilato ciclasi (attiva) AM Adenilato ciclasi (inattiva) Fosforilasi chinasi (b-inattiva) AT roteina chinasi A (inattiva) cam + i Fosfodiesterasi roteina chinasi A (attiva) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 207 - AT AD Fosforilasi chinasi (a-attiva) Fosfatasi i AT AD Glicogeno Fosforilasi (b-allosterica) Ca ++ Fosforilasi chinasi Ca ++ (parz. attiva) Ca ++ i Fosfatasi Glicogeno Fosforilasi (a-attiva) Via dei pentosi fosfati Indice 104
v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 209 - Via dei pentosi fosfati Altri nomi: Via del fosfogluconato hunt dell esoso monofosfato La parte lineare della via porta alla ossidazione e decarbossilazione di glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C). Il resto della via converte ribuloso-5-fosfato a riboso-5-fosfato (5C) oppure a gliceraldeide-3-fosfato (3C) e fruttoso-6-fosfato (6C) Con produzione di AD v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 210-105
Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C) Glucoso-6-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.9) AD AD + Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49) α-d-glucoso-6-fosfato β-d-glucoso-6-fosfato 6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone 6-fosfogluconolattonasi (EC 3.1.1.31) D-ribuloso-5-fosfato C 2 AD AD + Fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44) 6-fosfo-D-gluconato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 211 - Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C) Glucoso-6-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.9) AD AD + Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49) α-d-glucoso-6-fosfato β-d-glucoso-6-fosfato 6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone Il glucoso-6-fosfato viene convertito dalla forma α alla forma β attraverso la glucoso-6-fosfato isomerasi La glucoso-6-fosfato deidrogenasi catalizza l ossidazione del gruppo aldeidico (semiacetale) del glucoso-6-fosfato (in C1) ad acido carbossilico. i forma un legame estereo (lattone). Il AD + serve come accettore di elettroni, viene prodotto AD. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 212-106
Glucoso-6-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.9) 1QY4 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 213 - Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49) Ca ++ G6 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 214-107
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49) Asp177 is v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 215 - Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49) AD + v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 216-108
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49) Ca ++ G6 mologo del AD + v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 217 - Regolazione della glucoso-6-fosfato deidrogenasi La reazione catalizzata dalla glucoso-6-fosfato deidrogenasi è un passo obbligatorio della via dei pentosi fosfati e la sua attività è regolata dalla presenza di AD +. Il AD è utilizzato nelle vie biosintetiche e viene convertito in AD + Il AD + stimola la via dei pentosi fosfati che porta alla formazione di AD. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 218-109
Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C) La 6-fosfogluconolattonasi catalizza l idrolisi del legame estereo con apertura dell anello. Il prodotto è 6- fosfogluconato. L apertura dell anello avverrebbe anche in assenza di enzima. La lattonasi aumenta la velocità della reazione favorendo la scomparsa del 6-fosfogluconolattone che è altamente reattivo e potenzialmente tossico. 6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone 6-fosfogluconolattonasi (EC 3.1.1.31) 6-fosfo-D-gluconato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 219-6-fosfogluconolattonasi (EC 3.1.1.31) Citrato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 220-110
Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C) La fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44) catalizza la decarbossilazione ossidativa del 6-fosfogluconato. i forma il chetone a 5-C ribuloso-5-fosfato. Il gruppo al C3 (C2 del prodotto) è ossidato a chetone. Ciò promuove la perdita del carbossile dal C1 come C 2. Il AD + serve da ossidante. D-ribuloso-5-fosfato C 2 AD AD + Fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44) 6-fosfo-D-gluconato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 221 - Fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44) 6-fosfogluconato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 222-111
Fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44) mologo del AD + v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 223 - Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C) Glucoso-6-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.9) AD AD + Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49) α-d-glucoso-6-fosfato β-d-glucoso-6-fosfato 6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone 137.204.52.254 D-ribuloso-5-fosfato AD 6-fosfogluconolattonasi (EC 3.1.1.31) C 2 AD + Fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44) 6-fosfo-D-gluconato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 224-112
AD + e AD La riduzione del AD + (così come del AD + ) coinvolge il trasferimento di 2 e e 1 + alla porzione nicotinamidica della molecola (come - ). Il AD, prodotto dalla via dei pentosi fosfati è la molecola riducente nelle vie sintetiche (anaboliche) della cellula. Il AD + serve come accettore di elettroni nelle vie cataboliche (demolizione) dove i metaboliti sono ossidati. Il AD che si forma è riossidato nella catena respiratoria per la produzione di AT. 2 + 2e - + + 2 2 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 225 - AD + e AD + 2 2 + 2 + 2 AD + AD + AD + e AD + differiscono solo per la presenza del fosfato legato al riboso nel AD +. er quanto riguarda l attività redox non vi è sostanziale differenza. La presenza del fosfato serve per il riconoscimento di uno o dell altro dagli enzimi. Ciò permette la separazione delle vie cataboliche e anaboliche nella cellula. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 226-113
Il resto della via converte ribuloso-5-fosfato a riboso-5-fosfato (5C) e xiluloso- 5-fosfato attraverso la catalisi effettuata da epimerasi e isomerasi e quindi a gliceraldeide-3-fosfato (3C), sedoeptuloso-7-fosfato (7C), eritroso-4-fosfato (4C) e fruttoso-6-fosfato (6C) attraverso transaldolasi e transchetolasi v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 227 - D-xiluloso-5-fosfato Ribuloso-fosfato 3-epimerasi (EC 5.1.3.1) D-ribuloso-5-fosfato Riboso-5-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.6) D-riboso-5-fosfato Transchetolasi (EC 2.2.1.1) + D-gliceraldeide-3-fosfato D-sedoeptuloso-7-fosfato Transaldolasi (EC 2.2.1.2) D-gliceraldeide- 3-fosfato Transchetolasi (EC 2.2.1.1) D-eritroso-4-fosfato + D-fruttoso-6-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 228-114
GLICLII - GLUCEGEI D-xiluloso-5-fosfato 5C Ribuloso-fosfato 3-epimerasi (EC 5.1.3.1) D-ribuloso-5-fosfato Transchetolasi (EC 2.2.1.1) 3C + D-gliceraldeide-3-fosfato Transaldolasi (EC 2.2.1.2) 5C Riboso-5-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.6) 7C D-riboso-5-fosfato 5C D-sedoeptuloso-7-fosfato Transchetolasi (EC 2.2.1.1) 3C 4C + 6C D-fruttoso-6-fosfato D-gliceraldeide- 3-fosfato D-eritroso-4-fosfato GLICLII - GLUCEGEI intesi di UCLETIDI FFATI v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 229 - Epimerasi (EC 5.1.3.1 ) D-xiluloso-5-fosfato Ribuloso-fosfato 3-epimerasi (EC 5.1.3.1) D-ribuloso-5-fosfato Riboso-5-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.6) D-riboso-5-fosfato truttura ad α β barrel v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 230-115
Isomerasi (EC 5.3.1.6) D-xiluloso-5-fosfato Ribuloso-fosfato 3-epimerasi (EC 5.1.3.1) D-ribuloso-5-fosfato Riboso-5-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.6) D-riboso-5-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 231 - Isomerasi (EC 5.3.1.6) D-xiluloso-5-fosfato Ribuloso-fosfato 3-epimerasi (EC 5.1.3.1) D-ribuloso-5-fosfato D-riboso-5-fosfato + Riboso-5-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.6) + Intermedio enediolato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 232-116
Transchetolasi (EC 2.2.1.1 ) Le transchetolasi e le transaldolasi catalizzano, rispettivamente, il trasferimento di frammenti di due o tre atomi di carbonio da un chetoso donatore ad un aldoso accettore. La transchetolasi trasferisce un frammento 2-C dal xiluloso-5- fosfato (chetoso) sia al riboso- 5-fosfato che all eritroso-4- fosfato (aldosi). D-xiluloso-5-fosfato Transchetolasi (EC 2.2.1.1) + D-gliceraldeide-3-fosfato D-riboso-5-fosfato D-sedoeptuloso-7-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 233 - Transchetolasi (EC 2.2.1.1 ) D-xiluloso-5-fosfato D-riboso-5-fosfato Ca ++ T Eritroso-4-fosfato Transchetolasi (EC 2.2.1.1) + D-gliceraldeide-3-fosfato D-sedoeptuloso-7-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 234-117
Transchetolasi (EC 2.2.1.1 ) D-xiluloso-5-fosfato D-eritroso-4-fosfato Ca ++ T Eritroso-4-fosfato Transchetolasi (EC 2.2.1.1) + D-gliceraldeide-3-fosfato D-sedoeptuloso-7-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 235 - Tiaminapirofosfato La transchetolasi utilizza come gruppo prostetico il T (tiaminapirofosfato) derivato dalla vitamina B 1. Il T si lega nel sito attivo piegato a V. Il protone tra gli atomi di azoto e zolfo nell anello tiazolico è acido e dissocia. Il gruppo aminico dell anello aminopiridino è vicino al protone dissociabile e serve come accettore (base). Il trasferimento del protone è favorito dalla presenza di un residuo di Glu adiacente all anello pirimidinico. T v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 236-3 C Ca ++ C 3 + 2 - Eritroso-4-fosfato 118
Tiaminapirofosfato Il carbanione attacca il carbonile del xiluloso-5- per formare un intermedio di addizione. Il + nell anello tiazolico agisce come un accettore di elettroni favorendo la rottura del legame C-C. 3 C 3 C C 3 + C 3 + 3 C + 3 + C 2 C 2 - Intermedio D-xiluloso-5-fosfato - v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 237 - Tiaminapirofosfato i forma l aldoso a tre atomi di carbonio gliceraldeide-3- che viene rilasciato, il frammento a 2- C rimane legato al T. Il frammento 2-C condensa con un aldoso (eritroso-4- o riboso-5-) per formare un chetoso-. Il trasferimento del frammento 2-C sul riboso-5- forma il sedoeptuloso-7-fosfato. 3 C 3 C + 3 + C 2 D-gliceraldeide-3-fosfato - D-riboso-5-fosfato D-sedoeptuloso-7-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 238-119
Tiaminapirofosfato i forma l aldoso a tre atomi di carbonio gliceraldeide-3- che viene rilasciato, il frammento a 2- C rimane legato al T. Il frammento 2-C condensa con un aldoso (eritroso-4- o riboso-5-) per formare un chetoso-. Il trasferimento del frammento 2-C sul eritroso-4- forma il fruttoso-6-7-fosfato. 3 C 3 C + C 2 3 + D-gliceraldeide-3-fosfato - D-eritroso-4-fosfato D-fruttoso-6-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 239 - Transaldolasi (EC 2.2.1.2) La transaldolasi trasferisce la porzione 3-C (diidrossiacetone) dal sedoeptuloso-7-fosfato alla gliceraldeide-3-fosfato. Il gruppo ε-aminico della transaldolasi reagisce con il carbonile del sedoeptuloso-7- fosfato. Lys 2 + D-sedoeptuloso-7-fosfato Intermedio base di hiff i forma la base di hiff protonata. i libera l eritroso-4-fosfato. La base di hiff stabilizza il carbanione in C3. La reazione prosegue con l attacco del carbanione al carbonile della gliceraldeide-3-fosfato per formare fruttoso-6-fosfato. + C D-gliceraldeide-3-fosfato + D-eritroso-4-fosfato D-fruttoso-6-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 240-120
Transaldolasi (EC 2.2.1.2) La transaldolasi ha una struttura α,β barrel. Lys Lys base di hiff ridotta v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 241 - Transaldolasi (EC 2.2.1.2) La transaldolasi ha una struttura α,β barrel. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 242-121
ella via dei pentosi fosfati entrano tre pentosi (15 atomi di carbonio) che vengono convertiti in due esosi ed un trioso. C 5 + C 5 C 3 + C 7 (Transchetolasi) C 3 + C 7 C 6 + C 4 (Transaldolasi) C 5 + C 4 C 6 + C 3 (Transchetolasi) 3 C 5 2 C 6 + C 3 Bilancio Il glucoso-6-fosfato può esser rigenerato sia da gliceraldeide-3-fosfato che dal fruttoso-6-fosfato attraverso la Gluconeogenesi. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 243 - GLICLII - GLUCEGEI D-xiluloso-5-fosfato 5C 3 1 Ribuloso-fosfato 3-epimerasi (EC 5.1.3.1) D-ribuloso-5-fosfato Transchetolasi (EC 2.2.1.1) + D-gliceraldeide-3-fosfato Transaldolasi (EC 2.2.1.2) 5C 1 2 3C Riboso-5-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.6) 7C D-riboso-5-fosfato 5C D-sedoeptuloso-7-fosfato Transchetolasi (EC 2.2.1.1) 3C 4C + 6C D-fruttoso-6-fosfato D-gliceraldeide- 3-fosfato D-eritroso-4-fosfato 2 3 GLICLII - GLUCEGEI intesi di UCLETIDI FFATI v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 244-122
trategia A secondo dei bisogni della cellula per riboso-5-fosfato, AD, e AT, la via dei entosi fosfati opera in vari modi per massimizzare la concentrazione dei diversi prodotti. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 245 - intesi di riboso-5- e AD Duplicazione cellulare. Il ribuloso-5-fosfato viene convertito in riboso-5-fosfato, necessario per la sintesi di nucleotidi e acidi nucleici. Viene anche prodotto del AD. α-d-glucoso-6-fosfato D-xiluloso-5-fosfato Glucoso-6-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.9) Ribuloso-fosfato 3-epimerasi (EC 5.1.3.1) Transchetolasi (EC 2.2.1.1) + D-gliceraldeide-3-fosfato β-d-glucoso-6-fosfato Fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44) D-ribuloso-5-fosfato AD AD + Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49) AD Riboso-5-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.6) AD + C 2 6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone D-riboso-5-fosfato D-sedoeptuloso-7-fosfato 6-fosfogluconolattonasi (EC 3.1.1.31) 6-fosfo-D-gluconato Transaldolasi (EC 2.2.1.2) D-gliceraldeide- 3-fosfato Transchetolasi (EC 2.2.1.1) D-eritroso-4-fosfato + D-fruttoso-6-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 246-123
intesi di AD massimizzata Attività sintetica della cellula. ia la gliceraldeide-3- fosfato che il fruttoso- 6-fosfato possono essere convertiti in glucoso-6-fosfato per massimizzare la sintesi di AD. a-d-glucoso-6-fosfato D-xiluloso-5-fosfato Ribuloso-fosfato 3-epimerasi (EC 5.1.3.1) Glucoso-6-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.9) Transchetolasi (EC 2.2.1.1) + D-gliceraldeide-3-fosfato β-d-glucoso-6-fosfato Fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44) D-ribuloso-5-fosfato AD AD + Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49) AD Riboso-5-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.6) AD + C 2 6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone D-riboso-5-fosfato D-sedoeptuloso-7-fosfato 6-fosfogluconolattonasi (EC 3.1.1.31) 6-fosfo-D-gluconato Transaldolasi (EC 2.2.1.2) Transchetolasi (EC 2.2.1.1) + D-gliceraldeide- D-fruttoso-6-fosfato 3-fosfato D-eritroso-4-fosfato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 247 - intesi di AD e AT Energia La gliceraldeide-3- fosfato e il fruttoso-6- fosfato possono entrare nella glicolisi per la produzione di AT. Viene anche prodotto del AD. GLICLII AT v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 248 - α-d-glucoso-6-fosfato D-xiluloso-5-fosfato D-gliceraldeide- 3-fosfato Ribuloso-fosfato 3-epimerasi (EC 5.1.3.1) Transchetolasi (EC 2.2.1.1) Glucoso-6-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.9) Transchetolasi (EC 2.2.1.1) + D-gliceraldeide-3-fosfato Transaldolasi (EC 2.2.1.2) D-eritroso-4-fosfato β-d-glucoso-6-fosfato Fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44) D-ribuloso-5-fosfato + AD AD + Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49) Riboso-5-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.6) AD + C 2 AD 6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone D-riboso-5-fosfato D-sedoeptuloso-7-fosfato D-fruttoso-6-fosfato 6-fosfogluconolattonasi (EC 3.1.1.31) 6-fosfo-D-gluconato 124
ssigeno Aerobiosi e anaerobiosi Indice Glicogeno 3 C Metabolismo del Glicogeno Gluconeogensi Fermentazione lattica (Anaerobiosi) 2 Lattato 2 iruvato 3 C C 2 D-Glucoso 2AD + 2i 2AD + Fruttoso-1,6-difosfato 2AT 2AD + Aerobiosi 2AD 2AD Fermentazione alcolica (Anaerobiosi) 2 C 2 + 2 etanolo Glicolisi iruvato Acetil- C 2 3 -- Riboso-5-fosfato Ciclo dei pentosi 3-fosfogliceraldeide 2 AD AD + ssidazione aerobica AD + Ciclo di Krebs Fosforilazione ossidativa 6 C 2 + 6 2 AD + i + + AT 125
Aerobiosi In condizioni aerobiche il piruvato prodotto dalla glicolisi e dalla degradazione degli aminoacidi è ossidato a 2 e C 2 nella respirazione cellulare. Ciò avviene in tre stadi roduzione di acetil- (decarbossilazione del piruvato) ssidazione dell acetil- a C 2 (Ciclo di Krebs) Trasferimento di elettroni e fosforilazione ossidativa (produzione di 2 e AT con consumo di 2 ). v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 251 - v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 252-126
iruvato deidrogenasi roduzione di acetil- (decarbossilazione del piruvato) Trasporto del piruvato Il piruvato è trasportato all interno della matrice mitocondriale dove viene ossidato ad acetil dal complesso enzimatico piruvato deidrogenasi. Il piruvato viene trasportato attraverso la membrana mitocondriale attraverso un trasportatore specifico che lo scambia con ioni -. La membrana esterna mitocondriale permette il passaggio a ioni e piccole molecole e contiene canali anionici voltaggio dipendenti (VDAC: voltage dependent anion channels). v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 254-127
Mitocondrio v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 255 - Mitocondrio v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 256-128
I mitocondri v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 257 - Acetil- C 3C 3-2 Acetile β-mercaptoetanolamina Acido antotenico 3 C C 3C 3 Adenosina-5'-difosfato 2 Acetil- v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 258-129
Acetil- - Acetile β-mercaptoetanolamina Acido pantotenico Adenosina-5 -difosfato Acetil- v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 259 - Complesso piruvato deidrogenasi Il complesso piruvato deidrogenasi è un gruppo di enzimi associati non covalentemente che catalizzano la decarbossilazione del piruvato e formazione di Acetil-. La reazione forma contemporaneamente AD trasferendo uno ione - al AD +. Il AD passa gli elettroni alla catena respiratoria La reazione ha un G = -33.4 kj/mol (essenzialmente irreversibile). AD+ AD C 3 T, Lipoato, FAD C 3 C 2 + Complesso piruvato deidrogenasi (E 1 + E 2 + E 3 ) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 260-130
Complesso piruvato deidrogenasi Il complesso piruvato deidrogenasi catalizza cinque reazioni sequenziali, richiede tre enzimi e cinque coenzimi. I cinque coenzimi sono: Il FAD e il AD + sono trasportatori di elettroni. La T trasferisce il gruppo acetile al lipoato. Il lipoato è trasportatore di elettroni e di acili. Il è il trasportatore di acili, lega in modo covalente il gruppo acilico attraverso un legame tioestere ad alta energia. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 261 - I reagenti e i prodotti FAD AD+ C 3 C 2 Idrossietil-T C 3 T C T iruvato deidrogenasi E 1 Lipoamide R Diidrolipoil transacetilasi E 2 3 C Diidrolipoil deidrogenasi E 3 FAD R C 3 Diidrolipoamide AD R Acetil-diidrolipoamide v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 262-131
Le cinque reazioni nel complesso FAD AD+ C 3 C 2 Idrossietil-T C 3 C T T 1 2 iruvato deidrogenasi E 1 Lipoamide 3 C R Diidrolipoil transacetilasi E 2 4 Diidrolipoil deidrogenasi E 3 FAD 3 R C 3 Diidrolipoamide 5 AD R Acetil-diidrolipoamide v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 263 - I tre enzimi del complesso FAD AD+ C 3 C 2 Idrossietil-T C 3 T C T iruvato deidrogenasi E 1 Lipoamide R Diidrolipoil transacetilasi E 2 3 C Diidrolipoil deidrogenasi E 3 FAD R C 3 Diidrolipoamide AD R Acetil-diidrolipoamide v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 264-132
I cinque coenzimi FAD AD+ C 3 C 2 Idrossietil-T C 3 C T T iruvato deidrogenasi E 1 Lipoamide 3 C R Diidrolipoil transacetilasi E 2 Diidrolipoil deidrogenasi E 3 FAD R C 3 Diidrolipoamide AD R Acetil-diidrolipoamide v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 265 - I cinque coenzimi 3 C + + 3 C C + + + 3 C 3 C Base di hiff ridotta Ribosio in forma aperta FAD (ossidato) C 3 R FAD + C 3 R FAD z (ridotto) Coenzima A rotone acido 2 + AD + 2 AD 2 R 2 3 C + 2 C 3 Tiamina pirofosfato (T) Lipoamide + 2 + + 2e - Diidrolipoamide v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 266-133
I tre enzimi Il complesso piruvato deidrogenasi DC consiste in tre enzimi: piruvato deidrogenasi EC 1.2.4.1 (E1, arancio) (B), diidrolipoil transacetilasi EC 2.3.1.12 (E2, verde) (A), diidrolipoil deidrogenasi EC 1.8.1.4 (E3, violetto) (B). In E. coli il complesso consiste in 24 coppie di E1, 24 coppie di E2 e di 12 coppie di E3. E2 funziona come core del complesso (C). v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 267 - I tre enzimi gni coppia di E2 contiene tre molecole di lipoato legate covalentemente. Il lipoato ha un braccio flessibile che trasporta le molecole di acetile da un sito attivo ad un altro. E1 ha come coenzima il molecola di T ed E3 ha come coenzima il FAD. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 268-134
iruvato deidrogenasi (E 1 ) R' C 3 + R R' C 3 R C + + R' C 3 + R C 3 T C 3 C 2 Gli intermedi rimangono legati al complesso. Il piruvato reagisce con il T legato a E 1 e viene decarbossilato al derivato idrossietil-t (carbanione reattivo stabilizzato per risonanza). R' C 3 + R C C 3 R' C 3 R C 3 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 269 - iruvato deidrogenasi (E 1 ) EC 1.2.4.1 Mg ++ T 1L8A v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 270-135
iruvato deidrogenasi (E 1 ) EC 1.2.4.1 Cavità Carbanione T 1L8A v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 271 - iruvato deidrogenasi (E 1 ) EC 1.2.4.1 T 1I4 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 272-136
iruvato deidrogenasi (E 1 ) EC 1.2.4.1 T 1I4 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 273 - iruvato deidrogenasi (E 1 ) EC 1.2.4.1 Cavità Carbanione 1I4 T v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 274-137
Diidrolipoil transacetilasi (E 2 ) R' C 3 C + R' 3 + R' C 3 + R + R C R C C 3 C 3 C 3 Lipoamide Diidroacetilipoamide Il gruppo idrossietile derivato da idrossietil-t è trasferito al lipoato (legato ad una is di E 2 ) come acetile, attraverso l attacco nucleofilo del carbanione sull atomo di zolfo della lipoamide. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 275 - Diidrolipoil transacetilasi (E 2 ) C R' 3 R C C 3 Diidroacetilipoamide Il braccio del lipoato si muove sul sito di legame del acetil- e ne transesterifica il gruppo formando Acetil. 3 C C 3 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 276-138
Diidrolipoil transacetilasi (E 2 ) EC 2.3.1.12 Dominio catalitico v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 277 - Diidrolipoil transacetilasi (E 2 ) EC 2.3.1.12 Dominio catalitico Acetil Lipoamide v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 278-139
Diidrolipoil deidrogenasi (E 3 ) FAD FAD FAD 2 AD + AD + + Il lipoato ridotto viene riossidato dall E 3 utilizzando il FAD che si riduce a FAD 2. Il FAD 2 viene riossidato dal AD + che si riduce a AD e + i rigenera la piruvato deidrogenasi v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 279 - Diidrolipoil deidrogenasi (E 3 ) EC 1.8.1.4 AD + FAD 1LV v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 280-140
Diidrolipoil deidrogenasi (E 3 ) EC 1.8.1.4 AD + FAD v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 281 - La diidrolipoil transacetilasi (E 2 ) è centrale in questo meccanismo. Il braccio flessibile del lipoato: lega il gruppo acetile e lo trasferisce al e accetta due elettroni dalla piruvato deidrogenasi (E 1 ) e li trasferisce al diidrolipoil deidrogenasi (E 3 ). v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 282-141
Legame del piruvato E 1 R' 3 C + R C C 3 R C 3 C 3 Cys Cys E 3 E 2 C 3 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 283 - Decarbossilazione del piruvato C 2 R 3 C C 3 E 1 R' + C R C 3 C 3 Cys Cys E 3 E 2 C 3 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 284-142
Formazione di diidroacetillipoamide R E 1 R' 3 C + C R 3 C C 3 C 3 Cys Cys E 3 E 2 C 3 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 285 - Legame del Coenzima A R 3 C C 3 R' + R 3 C E 1 C C 3 Cys Cys E 3 E 2 3 C v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 286-143
Formazione di Acetil- R' 3 C + R 3 C R C 3 E 1 C C 3 Cys Cys E 3 E 2 3 C v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 287 - ssidazione della diidrolipoamide R 3 C C 3 R' + R E 1 C Cys C 3 Cys E 3 E 2 3 C v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 288-144
Riduzione del FAD R 3 C C 3 E 1 R' C + R C 3 Cys Cys E 3 E 2 C 3 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 289 - Legame del AD + R 3 C 2 C 3 E 1 R' + C R + R C 3 Cys Cys E 3 E 2 C 3 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 290-145
Riduzione del AD + R 3 C + + 2 C 3 E 1 R' + C R R C 3 Cys Cys E 3 E 2 C 3 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 291 - Ritorno al punto di partenza E 1 R' 3 C + R C C 3 R C 3 C 3 Cys Cys E 3 E 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 292-146
3 C T E 1 E 2 E 3 FAD C 3 C 2 T E 1 E 2 E 3 FAD AD + + 3 C AD + FAD T E 1 E 2 E 3 T E 1 E 2 E 3 FAD 2 FAD T E 1 E 2 E 3 C 3 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 293 - Controllo della piruvato deidrogenasi Inibizione competitiva da prodotti AD compete con AD + in E 3 Acetil- compete con - in E 2 La concentrazione dei due coenzimi regola anche la direzione della catalisi di E 2 e E 3. egli eucarioti E 1 può essere fosforilato da una chinasi attivata dalla forma acetilata di E 2 La forma fosforilata di E 1 è inattiva mentre la forma defosforilata è attiva. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 294-147
Controllo della piruvato deidrogenasi T * C 3 3 C * E 1 E 2 E 3 FAD 3 C * 3 C T * E 1 E 2 E 3 FAD AD Ca ++ (alto Mg ++ ) iruvato, AD, K + iruvato deidrogenasi chinasi Mg ++ Ca ++ 2 iruvato deidrogenasi fosfatasi Acetil- AD C 2 AT T C * 3 C 3 * E 1 E 2 E 3 FAD 4 -- 3 C v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 295 - Controllo della piruvato deidrogenasi 3 C T T 3 C C C C 3 3 FAD C 3 2 CE 31 E 2 E 3 T C C 3 3 C E 3 1 E 2 E 3 FAD AD + + AD + 3 C 3 C FAD 2 T CE 31 E 2 E 3 3 C 3 C 3 C FAD T CE 31 E 2 E 3 C 3 C T C E 31 E 2 3 E 3 FAD C 3 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 296-148
v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 297 - Ciclo di Krebs Ciclo degli acidi tricarbossilici (TCA) Ciclo dell acido citrico ssidazione dell acetil- a C 2 Indice 149
Krebs e Lipmann remio obel per la Medicina 1953 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 299 - Ciclo di Krebs Il ciclo di Krebs è al centro del metabolismo. Le vie degradative (catabolismo) lo alimentano, le vie sintetiche (anabolismo) ne usano i componenti. È una via AFIBLICA, opera infatti sia nel catabolismo che nell anabolismo cellulare. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 300-150
Ciclo di Krebs Tutte le reazioni avvengono nella matrice mitocondriale. ei mitocondri vi sono anche gli enzimi della fosforilazione ossidativa e quelli della ossidazione degli acidi grassi e degli aminoacidi. Acetil + 3 AD + + FAD + GD + i + 2 2 2C 2 + + 3 AD + FAD 2 + GT + 2 + v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 301 - Krebs and Johnson (1937) The role of citric acid in the intermediate metabolism in animal tissues. Enzymologica 4:148-156. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 302-151
Ciclo di Krebs Acetil C 2 AD + + AD + 2 C 3 3 C iruvato ssalacetato Malato Citrato Fumarato 2 FAD 2 FAD uccinato cis-aconitato uccinil GT GD + i α-chetoglutarato C 2 AD + + AD + ssalosuccinato Isocitrato AD + AD + + 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 303 - Ciclo di Krebs AD + AD + + Acetil C 2 2 Malato Fumarato ssalacetato C 3 Citrato 3 C iruvato 2 FAD 2 FAD uccinato GT uccinil GD + i α-chetoglutarato C 2 AD + + AD + ssalosuccinato cis-aconitato Isocitrato AD + AD + + 2 1937 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 304-152
v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 305 - Ciclo di Krebs AD + + AD + Acetil C 2 2 C 3 3 C ssalacetato ucleotidi trifosfati FAD 2 FAD Equivalenti riducenti 2 2 GT GD + i 2C 2 C 2 AD + + AD + AD + AD + + C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 306-153
Ciclo di Krebs AD + AD + + C 2 2 C 3 3 C Malato deidrogenasi EC 1.1.1.37 Fumarasi EC 4.2.1.2 Citrato sintasi EC 2.3.3.1 FAD 2 FAD uccinato deidrogenasi EC 1.3.5.1 uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 Aconitasi EC 4.2.1.3 Aconitasi EC 4.2.1.3 2 2 GT GD + i α-chetoglutarato deidrogenasi EC 1.2.4.2 Isocitrato deidrogenasi EC 1.1.1.41 AD + + C 2 AD + AD + AD + + C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 307 - Ciclo di Krebs AD + AD + + C 2 2 C 3 3 C Malato deidrogenasi EC 1.1.1.37 Fumarasi EC 4.2.1.2 Citrato sintasi EC 2.3.3.1 FAD 2 FAD uccinato deidrogenasi EC 1.3.5.1 uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 Deidrogenasi Aconitasi EC 4.2.1.3 Aconitasi EC 4.2.1.3 2 2 GT GD + i α-chetoglutarato deidrogenasi EC 1.2.4.2 Isocitrato deidrogenasi EC 1.1.1.41 AD + + C 2 AD + AD + AD + + C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 308-154
Ciclo di Krebs AD + AD + + C 2 FAD 2 FAD GT GD + i 2 uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 AD + + Malato deidrogenasi EC 1.1.1.37 Fumarasi EC 4.2.1.2 uccinato deidrogenasi EC 1.3.5.1 C 2 AD + 6 7 8 5 4 α-chetoglutarato deidrogenasi EC 1.2.4.2 3 C 3 Citrato sintasi EC 2.3.3.1 1 2 Isocitrato deidrogenasi EC 1.1.1.41 Aconitasi EC 4.2.1.3 AD + AD + + 3 C Aconitasi EC 4.2.1.3 2 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 309 - Ciclo di Krebs AD + AD + + C 2 2 C 3 3 C 7 8 1 2 FAD 2 FAD 6 2 GT 5 3 2 GD + i 4 AD + + C 2 AD + AD + AD + + C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 310-155
Ciclo di Krebs ALIMETAZIE RIRITI del CICL 8 7 6 ECD A di RDUZIE di EERGIA5 1 REARAZIE 2 del CICL 3 4 RIM A di RDUZIE di EERGIA v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 311 - Citrato sintasi (EC 2.3.3.1) FAD 2 FAD 2 Fumarasi EC 4.2.1.2 uccinato deidrogenasi EC 1.3.5.1 uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 AD + + AD + Malato deidrogenasi EC 1.1.1.37 ssalacetato Acetil C 2 C 3 Citrato sintasi EC 2.3.3.1 Citrato Aconitasi EC 4.2.1.3 3 C Aconitasi EC 4.2.1.3 2 2 GT GD + i AD + + α-chetoglutarato deidrogenasi EC 1.2.4.2 C 2 AD + Isocitrato deidrogenasi EC 1.1.1.41 AD + AD + + C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 312-156
Citrato sintasi (EC 2.3.3.1) FAD 2 FAD 2 Fumarasi EC 4.2.1.2 uccinato deidrogenasi EC 1.3.5.1 uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 AD + + AD + Malato deidrogenasi EC 1.1.1.37 ssalacetato Acetil C 2 C 3 Citrato sintasi EC 2.3.3.1 Citrato GT α-chetoglutarato deidrogenasi GD + i Isocitrato Quando lega ossalacetato EC 1.2.4.2 deidrogenasi cambia conformazione, EC 1.1.1.41 C i crea il sito per 2 acetil-, AD + AD + + AD + L ossalacetato non è più accessibile all acqua. + AD + Aconitasi EC 4.2.1.3 3 C Aconitasi EC 4.2.1.3 2 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 313 - Citrato sintasi (EC 2.3.3.1) Quando lega ossalacetato cambia conformazione, Ci crea il sito per acetil-, L ossalacetato non è più accessibile all acqua. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 314-157
Citrato sintasi (EC 2.3.3.1) ssalacetato Acetil- v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 315 - Citrato sintasi (EC 2.3.3.1) La condensazione del ossalacetato con acetil- porta alla formazione di citril- È una catalisi acido base che coinvolge is274 e Asp375. L idrolisi del legame tioestere nel citril- porta alla formazione di citrato e -. La reazione è spontanea a causa dell idrolisi del legame tioestere (-31.5 kj/mol) che coinvolge is-320. is 320 is 274 ssalacetato Asp 375 2 Citrato is 320 is- 320 is 274 2 C Asp 375 is 274 Asp 375 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 316-158
Citrato sintasi (EC 2.3.3.1) La condensazione del ossalacetato con acetil- porta alla formazione di citril- È una catalisi acido base che coinvolge is274 e Asp375. L idrolisi del legame tioestere nel citril- porta alla formazione di citrato e -. La reazione è spontanea a causa dell idrolisi del legame tioestere (-31.5 kj/mol) che coinvolge is-320. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 317 - Citrato sintasi (EC 2.3.3.1) 2 iruvato carbossilasi Acetil C 2 C 3 3 C Aconitasi FAD 2 uccinato EC 4.2.1.3 La regolazione FAD deidrogenasi della citrato sintasi è data EC 1.3.5.1 La concentrazione uccinil di ossalacetato è limitante, sintetasi Aconitasi EC 6.2.1.4 EC 4.2.1.3 2 GT α-chetoglutarato deidrogenasi GD + i Isocitrato EC 1.2.4.2 deidrogenasi In mancanza di ossalacetato EC 1.1.1.41 si accumula C Acetil-, 2 AD + AD + + AD + + AD + carbossilasi a produrre ossalacetato. AD + + AD + Malato Citrato sintasi deidrogenasi EC 2.3.3.1 Fumarasi EC 1.1.1.37 ssalacetato EC 4.2.1.2 Citrato dalla disponibilità di substrati, L ossalacetato è anche substrato della gluconeogenesi, La presenza di Acetil- stimola la piruvato C 2 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 318-159
Aconitasi (EC 4.2.1.3) AD + AD + + C 2 FAD 2 FAD 2 uccinato deidrogenasi EC 1.3.5.1 Malato deidrogenasi EC 1.1.1.37 Fumarasi EC 4.2.1.2 uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 C 3 Citrato sintasi EC 2.3.3.1 Citrato Aconitasi EC 4.2.1.3 3 C cis-aconitato Aconitasi EC 4.2.1.3 2 2 GT GD + i AD + + α-chetoglutarato deidrogenasi EC 1.2.4.2 C 2 AD + Isocitrato deidrogenasi EC 1.1.1.41 Isocitrato AD + AD + + C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 319 - Aconitasi (EC 4.2.1.3) Catalizza la conversione stereospecifica del 2 citrato in rilasciato dal sito attivo, FAD 2 uccinato el sito FAD attivo deidrogenasi vi è un cluster Fe EC 1.3.5.1 C 3 3 C cis-aconitato GT α-chetoglutarato deidrogenasi Isocitrato GD + i Isocitrato EC 1.2.4.2 deidrogenasi prodotto viene rimosso, il G si EC 1.1.1.41 C 2 avvicina a zero a concentrazioni AD + AD + reali. + AD + + AD + AD + AD + + isocitrato attraverso una Malato deidrogenasi deidratazione e una reidratazione, Fumarasi EC 1.1.1.37 EC 4.2.1.2 L intermedio cis-aconitato non è (Fe 4 4 ) Tre degli ioni Fe sono complessati uccinil da un di tre Cys, sintetasi il quarto è il EC 6.2.1.4 sito che lega il substrato. Il G della reazione è positivo, il Citrato sintasi EC 2.3.3.1 C 2 Citrato Aconitasi EC 4.2.1.3 Aconitasi EC 4.2.1.3 2 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 320-160
Aconitasi (EC 4.2.1.3) Cys Fe Cys Fe Fe Cys Fe v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 321 - Aconitasi (EC 4.2.1.3) Fe Fe Asp- 100 is+ 101 Fe Fe Arg+ 580 3 2 er 642 Citrato Fe Fe Asp- 100 is+ 101 Fe Arg+ 580 Fe 2 3 er 642 (2R,3)-Isocitrato Arg+ 580 Arg+ 580 er 642 er 642 Asp- 100 Asp- 100 2 Rovesciamento di 180 3 2 3 is 101 is 101 Fe Fe Fe Fe Fe Fe cis-aconitato intermedio Fe Fe v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 322-161
Aconitasi (EC 4.2.1.3) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 323 - Aconitasi (EC 4.2.1.3) Cys Fe Cys Fe Fe is101 Cys Fe Asp100 Cys Arg580 er642 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 324-162
Aconitasi (EC 4.2.1.3) trans-aconitato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 325 - Aconitasi (EC 4.2.1.3) v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 326-163
Isocitrato deidrogenasi (EC 1.1.1.41) AD + AD + + C 2 2 C 3 3 C Malato deidrogenasi EC 1.1.1.37 Fumarasi EC 4.2.1.2 Citrato sintasi EC 2.3.3.1 FAD 2 FAD uccinato deidrogenasi EC 1.3.5.1 Aconitasi EC 4.2.1.3 2 uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 Aconitasi EC 4.2.1.3 2 GT GD + i α-chetoglutarato deidrogenasi Isocitrato Isocitrato EC 1.2.4.2 deidrogenasi α-chetoglutarato EC 1.1.1.41 ssalosuccinato C 2 AD + AD + + AD + + AD + C 2 Mg ++ v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 327 - Isocitrato deidrogenasi (EC 1.1.1.41) C 2 AD + Catalizza la decarbossilazione + AD ossidativa del isocitrato, + C 3 3 C La porzione nicotinamidica 2 del AD + (o del AD + in un isoenzima) ossida il gruppo Malato a Citrato carbonile, sintasi deidrogenasi EC 2.3.3.1 EC 1.1.1.37 i forma l intermedio Fumarasi ossalosuccinato nel quale vi è EC 4.2.1.2 l interazione con lo ione Mg ++ (Mn ++ ), 2 Il gruppo C - FAD 2 non interessato nella formazione Aconitasi del uccinato EC 4.2.1.3 FAD complesso esce deidrogenasi come C EC 1.3.5.1 2, i forma α chetoglutarato. uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 Aconitasi EC 4.2.1.3 2 GT GD + i α-chetoglutarato deidrogenasi Isocitrato Isocitrato EC 1.2.4.2 deidrogenasi α-chetoglutarato EC 1.1.1.41 ssalosuccinato C 2 AD + AD + + AD + + AD + C 2 Mg ++ v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 328-164
Isocitrato deidrogenasi (EC 1.1.1.41) C 2 AD + + AD + C 3 C decarbossilazione che quello 3 di ossidazione sono 2 spontanei ( G = -20.9 kj/mol). Malato Citrato sintasi deidrogenasi EC 2.3.3.1 EC 1.1.1.37 Fumarasi EC 4.2.1.2 La reazione è altamente spontanea, sia il processo di L isocitrato deidrogenasi è regolata: Attivata allostericamente da AD (AT antagonista) 2 Attivata FAD 2 da Ca ++ e AD + (AD antagonista) Aconitasi uccinato EC 4.2.1.3 FAD deidrogenasi Quando il rapporto EC 1.3.5.1 AT/AD è basso il ciclo di Krebs è attivo. uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 Aconitasi EC 4.2.1.3 2 GT GD + i α-chetoglutarato deidrogenasi Isocitrato Isocitrato EC 1.2.4.2 deidrogenasi α-chetoglutarato EC 1.1.1.41 ssalosuccinato C 2 AD + AD + + AD + + AD + C 2 Mg ++ v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 329 - Isocitrato deidrogenasi (EC 1.1.1.41) Isocitrato Mg ++ Esce come C 2 AD + C- ossidato a C= Isocitrato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 330-165
α-chetoglutarato deidrogenasi (EC 1.2.4.2) AD + AD + + C 2 2 C 3 3 C Malato deidrogenasi EC 1.1.1.37 Fumarasi EC 4.2.1.2 Citrato sintasi EC 2.3.3.1 FAD 2 FAD GT GD + i uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 uccinil α-chetoglutarato deidrogenasi EC 1.2.4.2 uccinato deidrogenasi EC 1.3.5.1 AD + + α-chetoglutarato C 2 AD + Isocitrato deidrogenasi EC 1.1.1.41 Aconitasi EC 4.2.1.3 AD + AD + + Aconitasi EC 4.2.1.3 2 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 331 - α-chetoglutarato deidrogenasi (EC 1.2.4.2) C 2 AD + È un complesso enzimatico + AD che converte l α-chetoglutarato a + succinil- e C 2. C 3 3 C 2 La reazione produce AD e conserva l energia nel legame Malato Citrato sintasi tioestere deidrogenasi EC 2.3.3.1 EC 1.1.1.37 Fumarasi La reazione è spontanea EC 4.2.1.2 ( G = -33.5 kj/mol). Meccanismo quasi identico a quello del complesso piruvato 2 Aconitasi deidrogenasi FAD 2 (E 1, E uccinato 2, E 3 ) EC 4.2.1.3 FAD deidrogenasi E 2 ed E 3 sono conservati EC 1.3.5.1 nei due complessi enzimatici, E 1 ha diversa specificità di substrato. GT GD + i uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 uccinil α-chetoglutarato deidrogenasi EC 1.2.4.2 α-chetoglutarato C 2 AD + + AD + C 2 Isocitrato deidrogenasi EC 1.1.1.41 Aconitasi EC 4.2.1.3 AD + AD + + 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 332-166
uccinil sintetasi (EC 6.2.1.4) AD + AD + + C 2 2 C 3 3 C Malato deidrogenasi EC 1.1.1.37 Fumarasi EC 4.2.1.2 Citrato sintasi EC 2.3.3.1 FAD 2 FAD GT GD + i uccinato deidrogenasi EC 1.3.5.1 uccinato AD + + C 2 uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 uccinil α-chetoglutarato deidrogenasi EC 1.2.4.2 AD + Isocitrato deidrogenasi EC 1.1.1.41 Aconitasi EC 4.2.1.3 AD + AD + + Aconitasi EC 4.2.1.3 2 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 333 - uccinil sintetasi (EC 6.2.1.4) AD + AD + + C 2 FAD 2 FAD GT GD + i 2 AD + + C 2 AD + Fumarasi EC 4.2.1.2 uccinato deidrogenasi EC 1.3.5.1 uccinato uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 uccinil C 3 3 C Converte il succinil- in Malato succinato Citrato sintasi e produce GT (AT) deidrogenasi EC 2.3.3.1 EC 1.1.1.37 α-chetoglutarato deidrogenasi EC 1.2.4.2 da GD (AD) e i. L enzima è fosforilato in una is. 2 Aconitasi È un eterodimero: EC 4.2.1.3 La subunità α contiene il sito di fosforilazione (is) e lega. Aconitasi EC 4.2.1.3 2 La subunità β dà la specificità Isocitrato per AT o GT. deidrogenasi EC 1.1.1.41 ( G =-2.9 kj/mol). AD + La reazione è vicina all equilibrio AD + + C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 334-167
Meccanismo uccinil + + uccinato : + Enzima Enzima GT 2 GD 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 335 - uccinil sintetasi (EC 6.2.1.4) ubunità β ito di Fosforilazione (fosfoistidina) ubunità α v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 336-168
uccinato deidrogenasi (EC 1.3.5.1) AD + AD + + C 2 2 Malato deidrogenasi EC 1.1.1.37 Fumarasi EC 4.2.1.2 C 3 Citrato sintasi EC 2.3.3.1 3 C FAD 2 FAD Fumarato uccinato deidrogenasi EC 1.3.5.1 uccinato uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 Aconitasi EC 4.2.1.3 Aconitasi EC 4.2.1.3 2 2 GT GD + i AD + + α-chetoglutarato deidrogenasi EC 1.2.4.2 C 2 AD + Isocitrato deidrogenasi EC 1.1.1.41 AD + AD + + C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 337 - uccinato deidrogenasi (EC 1.3.5.1) er completare il ciclo il succinato deve venire convertito in ossalacetato. Il succinato è deidrogenato a fumarato stereospecificatamente dalla flavoproteina succinato deidrogenasi con produzione di FAD 2. La succinato deidrogenasi è il solo enzima di membrana del ciclo di Krebs. Gli elettroni passano dal succinato al FAD, che è legato covalentemente alla proteina attraverso un residuo di is. Il FAD 2 è riossidato a FAD dal Coenzima Q nella catena di trasporto degli elettroni. Il malonato, strutturalmente analogo al succinato, è un forte inibitore competitivo e blocca il ciclo. uccinato Malonato v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 338-169
Fumarasi (EC 4.2.1.2) AD + AD + + C 2 2 Fumarasi EC 4.2.1.2 Malato Malato deidrogenasi EC 1.1.1.37 C 3 Citrato sintasi EC 2.3.3.1 3 C FAD 2 FAD uccinato deidrogenasi EC 1.3.5.1 Fumarato uccinil sintetasi EC 6.2.1.4 Aconitasi EC 4.2.1.3 Aconitasi EC 4.2.1.3 2 2 GT GD + i AD + + α-chetoglutarato deidrogenasi EC 1.2.4.2 C 2 AD + Isocitrato deidrogenasi EC 1.1.1.41 AD + AD + + C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 339 - Fumarasi (EC 4.2.1.2) AD + AD + + C 2 2 Fumarasi EC 4.2.1.2 Malato Malato deidrogenasi EC 1.1.1.37 C 3 Citrato sintasi EC 2.3.3.1 3 C Fumarato 2 Aconitasi FAD 2 uccinato EC 4.2.1.3 FAD deidrogenasi EC 1.3.5.1 La fumarasi catalizza uccinil l idratazione reversibile sintetasi Aconitasi EC 6.2.1.4 EC 4.2.1.3 2 del fumarato, si forma ()-malato (L-malato). GT α-chetoglutarato È una GD reazione + i stereospecifica, Isocitrato viene idratato il deidrogenasi EC 1.2.4.2 deidrogenasi doppio legame C 2 trans ma non il cis (maleato). EC 1.1.1.41 AD ella reazione + AD + inversa solo il L-malato è + AD + + AD + substrato dell enzima non l isomero D. C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 340-170
Meccanismo - Fumarato + Carbanione C - C + + -Malato Carbocatione v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 341 - Malato deidrogenasi (EC 1.1.1.37) AD + + AD + C 3 3 C 2 ssalacetato Citrato sintasi EC 2.3.3.1 Malato Malato deidrogenasi Fumarasi EC 1.1.1.37 EC 4.2.1.2 2 Aconitasi FAD 2 uccinato EC 4.2.1.3 FAD deidrogenasi rigenerando il composto EC 1.3.5.1 di partenza del ciclo e La L-malato deidrogenasi ossida il malato a ossalacetato producendo AD. uccinil sintetasi Aconitasi La reazione è sfavorita EC 6.2.1.4 ( G = 29.7 kj/mol), EC 4.2.1.3 ma 2 la concentrazione di ossalacetato è bassa (<10-6 M), il che GT α-chetoglutarato deidrogenasi GD + i spinge la reazione Isocitrato EC in 1.2.4.2 avanti. deidrogenasi EC 1.1.1.41 Inoltre la reazione C 2 successiva catalizzata dalla citrato sintasi è altamente favorita ( G = -31.5 AD kj/mole) e + AD + + AD + sottrae ulteriormente + AD l ossalacetato + dal mezzo. C 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 342-171
40 Energia G ' (kj/mol) 30 20 10 0-10 -20-30 Citrato sintasi Aconitasi Isocitrato deidrogenasi α-chetoglutarato deidrogenasi uccinil- sintasi uccinato deidrogenasi Fumarasi Malato deidrogenasi -40 1 2 3 4 5 6 7 8 R eazione v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 343 - Energia ITIV G (kj/mol) 0 Citrato sintasi Aconitasi Isocitrato deidrogenasi α-chetoglutarato deidrogenasi uccinil- sintasi uccinato deidrogenasi Fumarasi Malato deidrogenasi EGATIV 1 2 3 4 5 6 7 8 R eazione v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 344-172
Energia v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 345 - Ciclo di Krebs Il ciclo di Krebs è al centro del metabolismo. Le vie degradative (catabolismo) lo alimentano, le vie sintetiche (anabolismo) ne usano i componenti. È una via AFIBLICA, opera infatti sia nel catabolismo che nell anabolismo cellulare. Tutte le reazioni avvengono nella matrice mitocondriale. ei mitocondri vi sono anche gli enzimi della fosforilazione ossidativa e quelli della ossidazione degli acidi grassi e degli aminoacidi. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 346-173
Asp, he, Tyr (Asn) AMIACIDI IRIMIDIE GLUC 2 Fumarato C 2 AD + + AD + ssalacetato Malato Acetil C 2 C 3 Citrato 3 C iruvato CLETERL ACIDI GRAI 2 FAD 2 FAD uccinato cis-aconitato GT GD + i RFIRIE ACIDI GRAI DIARI Ile, Met, Val URIE AD + + Glu uccinil C 2 AD + α-chetoglutarato C 2 AMIACIDI ssalosuccinato Isocitrato AD + AD + + 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 347 - Reazioni anaplerotiche Gli intermedi del ciclo di Krebs sono risintetizzati dalle reazioni anaplerotiche. La concentrazione degli intermedi nel ciclo rimane pressoché costante. La principale reazione anaplerotica è quella che porta alla produzione di ossalacetato da C 2 e piruvato. La reazione è catalizzata dalla piruvato carbossilasi. La produzione di ossalacetato avviene principalmente nel rene e nel fegato. La piruvato carbossilasi è fortemente stimolata da acetil-. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 348-174
Ci sono prove che suggeriscono la formazione di complessi multienzimatici per il ciclo di Krebs. Ciò potrebbe facilitare la canalizzazione dei substrati tra i siti attivi. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 349 - Controllo I fattori che controllano il flusso del ciclo sono: Disponibilità dei substrati Inibizione da prodotti Inibizione allosterica nei primi passaggi La citrato sintasi, la isocitrato deidrogenasi e la α-chetoglutarato deidrogenasi possono essere tutti punti di regolazione: La disponibilità di acetil- e ossalacetato regolano l attività della citrato sintasi. L accumulo di AD inibisce le due deidrogenasi. L accumulo di prodotto inibisce gli altri passaggi. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 350-175
Controllo L inibizione della citrato sintasi da AT è eliminata da AD. ei muscoli di vertebrato lo ione Ca ++ attiva la isocitrato deidrogenasi e la α-chetoglutarato deidrogenasi. Le velocità della glicolisi e del ciclo di Krebs sono integrate. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 351 - Controllo AD + + AD + 2 ssalacetato Malato Fumarato Acetil C 3 C 2 Citrato 3 C iruvato 2 FAD 2 FAD uccinato AD cis-aconitato AT AT GT GD + i AD + + uccinil C 2 AD + α-chetoglutarato Ca ++ ssalosuccinato Isocitrato AD + AD + + 2 AD C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 352-176
Varianti al ciclo di Krebs v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 353 - Mancanza di enzimi C 2 In alcuni microrganismi il ciclo di Krebs serve per produrre intermedi e non energia. Manca la α-chetoglutarato deidrogenasi. AD + + AD + 2 ssalacetato Malato Fumarato Acetil C 3 C 2 Citrato 3 C iruvato 2 FAD 2 FAD uccinato cis-aconitato 2 AT ucleotidi Aminoacidi orfirine GT GD + i uccinil α-chetoglutarato ssalosuccinato Isocitrato AD + AD + + C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 354-177
Ciclo del gliossilato Acetil C 2 AD + + AD + C 3 3 C iruvato ssalacetato Malato Citrato Acetil C 3 2 uccinato Gliossilato cis-aconitato 2 Isocitrato In alcuni organismi (piante, microrganismi ) vi è la conversione di acetato (acetil-) a carboidrati attraverso il ciclo del gliossilato. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 355 - Ciclo del gliossilato e ciclo di Krebs AD + AD + + Acetil C 2 2 C 3 3 C iruvato ssalacetato Malato Citrato Fumarato Acetil C 3 2 FAD 2 FAD uccinato Gliossilato cis-aconitato uccinil GT GD + i α-chetoglutarato C 2 AD + + AD + ssalosuccinato Isocitrato AD + AD + + 2 C 2 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 356-178
Da grassi a zuccheri ei semi in germinazione avviene la conversione di acidi grassi in glucosio. Ciò avviene in tre compartimenti diversi: I vacuoli lipidici, dove i grassi vengono idrolizzati in acidi grassi e glicerolo I gliossisomi, dove gli acidi grassi vengono β-ossidati a Aceil e si forma succinato dal ciclo del gliossilato ei mitocondri dove il succinato entra per formare malato che va formare carboidrati. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 357 - Da grassi a zuccheri ei semi in germinazione avviene la conversione di acidi grassi in glucosio. Ciò avviene in tre compartimenti diversi: I vacuoli lipidici, dove i grassi vengono idrolizzati in acidi grassi e glicerolo I gliossisomi, dove gli acidi grassi vengono β-ossidati a Aceil e si forma succinato dal ciclo del gliossilato ei mitocondri dove il succinato entra per formare malato che va formare carboidrati. Acidi grassi Acetil ssalacetato Triacilgliceroli Acidi grassi Malato Citrato Ciclo del Gliossilato Acetil Isocitrato Vacuolo lipidico uccinato Gliossisoma Gliossilato EI Gluconeogenesi ssalacetato Malato Fumarato Malato Ciclo di Krebs ssalacetato uccinato Citrato Mitocondrio v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 358-179
pazio extracellulare Ciclo di Krebs nel lasmodium falciparum arassita Malato AD + AD + + Acetil C 2 Acetil E Glucoso 2 C 3 3 C iruvato Glicolisi Malato ssalacetato Acetilazione degli istoni Glucoso Citrato Fumarato 2 Acetil FAD 2 FAD uccinato cis-aconitato 2 Digestione dell'emoglobina intesi dell'eme GT GD + i Glutamato AD + + uccinil C 2 AD + α-chetoglutarato ssalosuccinato Isocitrato AD + AD + + Globulo rosso Glutamato C 2 Glutamina Branched tricarboxylic acid metabolism in lasmodium falciparum Kellen L. lszewski, Michael W. Mather, Joanne M. Morrisey, Benjamin A. Garcia, Akhil B. Vaidya, Joshua D. Rabinowitz, Manuel Llina ATURE, Vol 466, 5 August 2010, pp 774-778 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 359 - pazio extracellulare Ciclo di Krebs nel lasmodium falciparum arassita Malato AD + AD + + Acetil C 2 Acetil E Glucoso 2 C 3 3 C iruvato Glicolisi Malato ssalacetato Acetilazione degli istoni Glucoso Citrato Fumarato 2 Acetil FAD 2 FAD Via uccinato ossidativa cis-aconitato Via riduttiva 2 Digestione dell'emoglobina intesi dell'eme GT GD + i Glutamato AD + + uccinil C 2 AD + α-chetoglutarato ssalosuccinato Isocitrato AD + AD + + Globulo rosso Glutamato C 2 Glutamina Branched tricarboxylic acid metabolism in lasmodium falciparum Kellen L. lszewski, Michael W. Mather, Joanne M. Morrisey, Benjamin A. Garcia, Akhil B. Vaidya, Joshua D. Rabinowitz, Manuel Llina ATURE, Vol 466, 5 August 2010, pp 774-778 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 360-180
Ciclo di Krebs nel lasmodium falciparum Branched tricarboxylic acid metabolism in lasmodium falciparum Kellen L. lszewski, Michael W. Mather, Joanne M. Morrisey, Benjamin A. Garcia, Akhil B. Vaidya, Joshua D. Rabinowitz, Manuel Llina ATURE, Vol 466, 5 August 2010, pp 774-778 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 361 - Ciclo di Krebs nel lasmodium falciparum Branched tricarboxylic acid metabolism in lasmodium falciparum Kellen L. lszewski, Michael W. Mather, Joanne M. Morrisey, Benjamin A. Garcia, Akhil B. Vaidya, Joshua D. Rabinowitz, Manuel Llina ATURE, Vol 466, 5 August 2010, pp 774-778 v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 362-181
ommario Il piruvato è convertito in acetil dalla piruvato deidrogenasi (E 1 +E 2 +E 3 ). L acetil è convertito in C 2 attraverso il ciclo di Krebs, si generano: tre AD, un FAD 2, e un AT (per fosforilazione a livello del substrato). Gli intermedi del ciclo di Krebs sono anche precursori per la sintesi di altre biomolecole (acidi grassi, steroidi, aminoacidi, porfirine purine, pirimidine e glucoso). L ossalacetato è riformato dal piruvato attraverso la carbossilazione catalizzata dalla piruvato carbossilasi. v. 1.9.3 gsartor 2001-2015 Metabolismo dei carboidrati - 363 - Crediti e autorizzazioni all utilizzo Questo materiale è stato assemblato da informazioni raccolte dai seguenti testi di Biochimica: CAME amela, ARVEY Richard, FERRIER Denise R. LE BAI DELLA BICIMICA [IB 978-8808-17030-9] Zanichelli EL David L., CX Michael M. I RICII DI BICIMICA DI LEIGER - Zanichelli GARRETT Reginald., GRIAM Charles M. BICIMICA con aspetti molecolari della Biologia cellulare - Zanichelli VET Donald, VET Judith G, RATT Charlotte W FDAMETI DI BICIMICA [IB 978-8808-06879-8] - Zanichelli E dalla consultazione di svariate risorse in rete, tra le quali: Kegg: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes http://www.genome.ad.jp/kegg/ Brenda: http://www.brenda.uni-koeln.de/ rotein Data Bank: http://www.rcsb.org/pdb/ Rensselaer olytechnic Institute: http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/mbweb/mb1/mb1index.html Il materiale è stato inoltre rivisto e corretto dalla rof. Giancarla rlandini dell Università di arma alla quale va il mio sentito ringraziamento. Questo ed altro materiale può essere reperito a partire da: http://www.ambra.unibo.it/giorgio.sartor/ oppure da http://www. gsartor.org/ Il materiale di questa presentazione è di libero uso per didattica e ricerca e può essere usato senza limitazione, purché venga riconosciuto l autore usando questa frase: Materiale ottenuto dal rof. Giorgio artor Università di Bologna a Ravenna Giorgio artor - giorgio.sartor@unibo.it 182