LEZIONE DEL 02/05/2017 TAPPA 6 G3P <-=-> 1,3-BPG Enzima: DEIDROGENASI (sempre NAD dipendente) Reazione semireversibile che avviene per intervento di fosfato inorganico (Pi). Il NAD+ è il partner che si riduce a NADH. Retroscena energetico: ΔG -50 kj/mol: contribuisce anche il ΔG di formazione del NADH al totale. Grazie al NAD la reazione è spostata verso destra; all'endoergonica si associa l'esoergonica; al ΔG TOT contribuisce anche l'rtln(prodotti/substrati). TAPPA 7 1,3-BPG ---> 3PG Prima reazione di fosforilazione alivello di subsrato (si forma ATP da una molecola più energetica). Retroscena energetico: l'oggetto è metastabile; entra ADP, esce ATP. TAPPA 8 3PG <===> 2PG Enzima: FOSFOGLICERATO MUTASI (Mei ha detto ISOMERASI). TAPPA 9 2PG ---> PEP Enzima: ENOLASI (una DEIDRATASI) che implica l'eliminazione di acqua (deidratazione). TAPPA 10 PEP ---> enolpiruvato Retroscena energetico: un'altra fosporilazione a livello di substrato (entra 1
ADP, esce ATP); si libera molta energia. TAPPA 11 (in tandem con la TAPPA 10) enolpiruvato ---> piruvato Enzima: PIRUVATO CHINASI REGOLAZIONE DELLA GLICOLISI Avviene a tre livelli: 1) a livello dell'esochinasi (nel fegato si tratta di glucochinasi, che ha una bassa affinità per gli altri zuccheri); il glucosio dev'essere fosforilato; 2) fosforilazione da fruttosio-6 fosfato a fruttosio-1,6 bifosfato; PFK-1 (omotetramero) Su ogni subunità ha un sito attivo: - uno per il Fru-6P - uno per ATP (un sito ad alta affinità) - uno per ATP (un sito a bassa affinità, regolatorio), in cui avviene l'inibizione allosterica da substrato per eccesso di quest'ultimo; - uno per Fru-1,6-BP (regolatorio; inibizione da ATP, facilitata la formazione di Fru-1,6 BP; c'è anche l'amp, un inibitore che inibisce l'inibitore). Il Fru-1,6 BP generato da PFK-1 mi dà questo grafico 2
3) formazione del piruvato inibita da alte concentrazioni di ATP e Acetil-CoA, che bloccano dunque la glicolisi a valle. Importanti attivatori sono invece, l'amp, Fru-1,6 BP (il prodotto della terza reazione attiva la fine). GLICOLISI, CANCRO E DIAGNOSTICA Le cellule tumorali si trovano lontano dai capillari (100-200 μm [: sì 100-200 x 10-6, Maria!]), all'inizio del loro sviluppo; non hanno O2, non conoscono apoptosi (non muoiono facilmente), fanno tantissima glicolisi e fermentazione lattica. 3
I tumori più aggressivi sono in divisione più rapida, che richiede energia. La velocità di glicolisi aumenta fino a 10 volte. L'elevato metabolismo delle cellule tumorali può essere rivelato con la PET: positron emission thomography Si somministra al paziente una sostanza marcata per individuare la metastasi. La sostanza è analoga al glucosio, contiene inoltre un atomo di fluoro, va incontro all'esochinasi, ma non viene processata ulteriormente, si accumula dove c'è il tumore, decade perché reattiva, emette positroni che si annichilano con gli elettroni. La PET costituisce un'indagine limitante perché mi dà una rappresentazione bidimensionale di una localizzazione tumorale; ciò implica una duplice eventuale tipologia di cancro, quella in cui il tumore è poggiato su un organo (meno grave), e quella in cui il tumore è interno (a volte impossibile da curare, tipo nel pancreas); a questo punto servono marcatori molecolari sitospecifici per una mappatura tridimensionale. IV. GLICOLISI DI ALTRI ZUCCHERI i. GLICOLISI DEL FRUTTOSIO NEL FEGATO Fru ---> (ATP->ADP) Fru-1P ---> (aldolasi) 1) DHAP (può servire da nutrimento) 4
et 2) gliceraldeide - può essere fosforilata e continuare la glicolisi. Perché il fegato non ha l'esochinasi: la fosforilazione del Fru genera i substrati della gluconeogenesi. Il fegato può sfruttare in parte la glicolisi del Fru per generare Glc quando gli altri organi lo richiedono; ciò è dato dal fatto che dal fegato il glucosio può uscire. ii. GLICOLISI DEL FRUTTOSIO NEL MUSCOLO Fru + ATP ---> (esochinasi) Fru-6P + ADP iii. GLICOLISI DEL GALATTOSIO PROBLEMA galattosio. l'esochinasi non riconosce il Interviene l'uracile (una base azotata) insieme a due gruppi fosfato che si trovano tra di loro in repulsione elettrostatica concentrata nell'ossigeno comune e si lega al fruttosio: Fru-GDP è una base azotata. La sostanza metastabile (UDP) è specializzata nel settore del metabolismo dei glucidi. UDP + Glc ---> UDP-Glc iv. GLICOLISI DEL LATTOSIO Lattosio ---> (β-galattossidasi) 1) Glc... et 5
2) Galattosio ---> Gal-1P Ora 1) (Glc prima fosforilato) Glc-1P + UTP ---> UDP-Glc + PP i et 2) Gal ---> (galattochinasi) Gal-1P 1) 2) 6
Poi, insieme (1) e (2) per mezzo dell'enzima GALATTOSIO-1P URIDIL TRANSFERASI Il Glc-1P può andare incontro a gluconeogenesi o si isomerizza tramite FOSFOGLUCOMUTASI a Glc-6P e prosegue la glicolisi. UDP-Gal va incontro a glucogenesi per mezzo di UDP- 7
GLUCOSIO-4-EPIMERASI. GALATTOSEMIA Malattia ereditaria: - lieve, se manca la GALATTOCHINASI (Gal ---> Gal-1P); - grave, se manca la GALATTOSIO-1P URIDIL TRANSFERASI: danni epatici, ritardo mentale, cataratta. v. GLICOLISI DEL GLICEROLO-3P Il glicerolo, data la sua viscosità, immobilizza le proteine insediandosi nelle catene laterali, soprattutto in quelle polari. Il glicerolo è la parte dei trigliceridi utilizzabile in glicolisi; infatti per mezzo della GLICEROLO FOSFATO DEIDROGENASI ottengo diidrossiacetone fosfato. 8
CATABOLISMO DEL GLUCOSIO (PARTE SECONDA - fermentazioni e via dei pentosi fosfato) LE VIE ANAEROBICHE DEL PIRUVATO: - fermentazione lattica; - fermentazione alcolica; - la via dei pentosi fosfato. L'O2 accomuna: - le piante sommerse, che ne hanno una scarsa disponibilità; - i muscoli scheletrici, che ne fanno un consumo frenetico; - gli eritrociti, incapaci di utilizzarlo; - le cellule della retina e dei tumori, che hanno una grande necessità di utilizzare l'o2, hanno proteine che stimolano la produzione di capillari; - alcuni tipi di batteri. FERMENTAZIONE LATTICA Nei casi sopra elencati è necessario rimpiazzare rapidamente il NAD+ consumato nella glicolisi (sesta reazione: G-3P ---> 1,3-BPG [NAD+ ---> NADH]). ADP e NAD+ sono substrati. Il NADH viene riciclato, sacrificato per riformare NAD+ (questa è una fermentazione). Con la glicolisi, ottengo molto piruvato. 9
Negli animali il rifornimento di ossigeno è rapido - il fine è smaltire il lattato e recuperare il glicogeno. I predatori, dopo attività muscolare, devono riposare tanto. Gli atleti, di solito, recuperano subito il glicogeno. Il lattato è infatti uno dei substrati principali della gluconeogenesi. CICLO DI CORI [Nel muscolo avviene la glicolisi, nel fegato avviene la gluconeogenesi] LE CARIE E IL METABOLISMO ANAEROBICO 10
Esse sono dovute alla presenza di batteri nel cavo orale. I batteri interni sono lontani dall'o2; come i tumori, questi cominciano a fare la glicolisi, da cui prendono il piruvato per la fermentazione lattica e ottenere lattato; questi due acidi perforano il dente. FERMENTAZIONE ALCOLICA Alcuni microorganismi, tipo i lieviti, possiedono un enzima assente nei vertebrati, la PIRUVATO DECARBOSSILASI, che provoca l'emissione di CO2, che si manifesta ad esempio con i rigonfiamenti negli impasti e con le bollicine nella birra. Durante la decarbossilazione intervengono anche Mg 2+ e la vitamina (detta così perché contiene atomi di azoto) B1 (tiamina pirofosfato, TPP), importante in generale 11
per la decarbossilazione degli α-chetoacidi. Il carbonio rosa attacca il Cα degli α-chetoacidi e permette il distacco di CO2. DIVERSI USI DI Glc-6P 12
1) produzione del NADPH (ora compare nell'anabolismo) da parte di fegato, tessuto adiposo e ghiandolo (tipo le gonadi) per la sintesi degli acidi grassi; 2) produzione del ribosio-5p da parte di cellule in divisione rapida (midollo osseo, tumori, pelle, mucosa intestinale) per la sintesi dei nucleotidi; 3) produzione del NADPH da parte di cellule esposte all'o2 (eritrociti, cristallino, cornea) per la difesa dai radicali liberi. La via dei pentosi fosfato fa (1),(2),(3). STRATEGIA DELLA "VIA DEI PENTOSI FOSFATO" [ FONTE: BIOLOGIAWIKI.IT La via dei pentoso fosfati, o ciclo dei pentoso fosfati, è un ciclo metabolico che avviene nel citoplasma di molti tipi cellulari. Questa via metabolica può essere definita ciclica poiché i prodotti della reazione, in base alle esigenze, possono essere trasformati e introdotti nuovamente nel ciclo. La prima parte della via, definita fase ossidativa, è formata da una serie di reazioni che ossidano il glucosio-6-fosfato a ribosio-5-fosfato, uno zucchero basilare per la sintesi dei nucleotidi. Nella seconda fase, definita non ossidativa, avviene l'epimerizzazione e l'isomerizzazione del ribosio-5- fosfato che produce, alla fine, fruttosio-6-fosfato e gliceraldeide-3-fosfato. Il fruttosio-6-fosfato è facilmente interconvertito in glucosio-6-fosfato attraverso l'enzima fosfofruttosio isomerasi e il ciclo, a seguito di questo evento, può continuare. La fase ossidativa Nella fase ossidativa della via dei pentoso fosfati si assiste alla ossidazione del glucosio-6-fosfato per formare ribosio-5-fosfato. Reazione 1: Deidrogenazione del glucosio fosfato. 13
Reagente: Glucosio-6-fosfato Prodotto: 6-fosfoglucono-delta-lattone Tipo di reazione: Deidrogenazione Enzima coinvolto: Glucosio-6-fosfato-deidrogenasi Cofattore: Mg ++ Nella prima reazione avviene la deidrogenazione del glucosio-6-fosfato operata dall'enzima glucosio-6- fosfato deidrogenasi in compartecipazione del catalizzatore Mg. Il prodotto finale di questa prima reazione è il 6-fosfoglucono-delta-lattone, un carboidrato facente parte della famiglia dei lattoni ovvero composti ciclici caratteristici della funzionalità chetonica aventi, ulteriormente, una funzionalità eterea all'interno dell'anello. Reazione 2: Idrolisi del 6-fosfoglucono-deltalattone. Reagente: 6-fosfoglucono-delta-lattone Prodotto: 6-fosfogluconato Tipo di reazione: Idrolisi Enzima coinvolto: Lattonasi Cofattore: Mg ++ Il 6-fosfoglucono-delta-lattone è idrolizzato a 6- fosfogluconato, una molecola a sei atomi di carbonio, per opera dell'enzima lattonasi. Interviene in questa 14
reazione il catalizzatore magnesio. Reazione 3: Deidrogenazione del 6-fosfogluconato per sintetizzare Ribulosio-5-fosfato Reagente: 6-fosfogluconato Prodotto: Ribulosio-5-fosfato Tipo di reazione: Deidrogenazione Enzima coinvolto: 6-fosfogluconato-deidrogenasi Cofattore: Mg ++ Nella terza reazione della via dei pentoso fosfati, si assiste alla deidrogenazione del 6-fosfogluconato da parte dell'enzima 6-fosfogluconato-deidrogenasi. Si sintetizza lo zucchero a cinque atomi di carbonio ribulosio-5-fosfato La reazione produce un riarrangiamento a livello del substrato che determina una decarbossilazione del fosfogluconato. La riduzione del NADP + avviene in questo step. Reazione 4: Isomerizzazione del 6-fosfogluconato. Reagente: Ribulosio-5-fosfato Prodotto: Ribosio-5-fosfato Tipo di reazione: Isomerizzazione reversibile Enzima coinvolto: Fosfopentosio isomerasi Cofattore: Nessuno 15
Nella ultima reazione della parte ossidativa avviene una isomerizzazione del ribulosio-5-fosfato in ribosio-5-fosfato. La reazione è reversibile. Dalla reazione, la cellula ricava lo zucchero contenuto sia nell'atp sian nell'rna. La via dei pentoso fosfati è, dunque, una via metabolica essenziale per la funzionalità della cellula. Nella fase non ossidativa avvengono le reazioni che portano alla formazione di 5 molecole di Glc-6P ogni 6 molecole di Ribosio-5P oppure quest'ultimo prosegue alla formazione di nucleotidi. ] METABOLISMO DEL GLICOGENO 1) ETANOLO E CALORIE; 2) ETANOLO E GLICEMIA; 3) SMALTIMENTO ETANOLO; 4) PROBLEMI ETANOLO. 1) DIGESTIONE FISIOLOGICA Assorbimento nel cavo orale e nello stomaco (scarso, di circa 10%); nell'intestino (90% circa) si assorbe in maniera illimitata e smaltito poco con urine, alito e sudore (<10%). Tutto il resto lo processa il fegato. L'alcol supera la barriera citoplasmatica degli epatociti (entra nel fegato). L'ALCOL DEIDROGENASI (un'ossidoretuttasi) mi dà l'acetaldeide, in un processo contrario alla fermentazione alcolica. CH 3 CH 2 OH + NAD + Acetaldeide + NADH + H + Ingerendo alcolici a digiuno o dopo intensa attività fisica andiamo incontro a ipoglicemia. La sovrapproduzione di NADH spinge la deidrogenasi a 16
lavorare al contrario; per esempio con la LATTATO DEIDROGENASI, essendo ΔG circa 0, NAD+ spinge la reazione verso destra, NADH verso sinistra (i substrati decidono il verso della reazione). Esempio Il malato libera ossalacetato e piruvato, che, insieme al lattato (implicato nel ciclo di Cori), sono le principali fonti di gluconeogenesi. IL DESTINO DELL'ACETALDEIDE Viene inviata al mitocondrio nell'epatocita, va incontro all'aldeide deidrogenasi e a idratazione che generano l'acetato, che potrebbe essere attivato dal fegato, che invece lo invia nei tessuti esterni. Se l'etanolo supera la capacità del fegato di sintetizzare acetato, rimane acetaldeide nell'organismo, che porta alla formazione di basi di Shiff (metaboliti tossici). L'eccesso di alcol provoca ipoglicemia, chetosi, derivati tossici, cirrosi 17