glucosio piruvato Ac-CoA Biochimica FA040 NADH CTF 2011
Gluconeogenesi e metabolismo del glicogeno fegato & muscolo GLICGEN TRIGLICERIDI Ac-Coa
Gluconeogenesi Via metabolica per la sintesi di glucosio partendo da precursori (metaboliti) semplici Logica metabolica : - richiesta diaria (uomo) 160 g glucosio (>50% per il metabolismo cerebrale) - siero e altri fluidi corporei 20 g glucosio - riserve (glicogeno) 180-200 glucosio. glucosio per poco più di un giorno. In assenza di glucosio o altri carboidrati nella dieta, il corpo deve iniziare a sintetizzarlo da precursori non carboidrati. Substrati per la gluconeogenesi: SI - N - piruvato, lattato, alcuni AA (glucogenici), glicerolo piruvato acidi grassi, altri AA (chetogenici) Ac-CoA Localizzazione della gluconeogenesi ( mammiferi): SI nel fegato (90%) SI nel rene (10%). (tessuti che consumano molto glucosio) N nel cervello e nel muscolo NB: il glucosio prodotto dal fegato/rene sangue tessuti il piruvato ed il lattato prodotti dai tessuti sangue fegato/rene.
AT esochinasi AD Glucosio Glucosio-6- H 2 fosfoglucoisomerasi AT fosfofruttochinasi AD Gliceraldeide-3- Fruttosio-6- Frutosio-1,6-bis- difosfato aldolasi tfi i i glucosio-6- fosfatasi fruttosio-1,6- difosfatasi H 2 Diidrossiacetone- Gluconeogenesi vs Glicolisi GLICLISI NADH 1,6-Bisfosfoglicerato AT AT 3-Fosfoglicerato fosfoglicerato mutasi 2-Fosfoglicerato enolasi iruvato Lattato G3 deidrogenasi AD fosfoglicerato chinasi GD GT E ssalacetato piruvato carbossilasi CK Glicerolo GLUCNEGENESI
Gluconeogenesi vs Glicolisi La gluconeogenesi NN è la glicolisi invertita. 1) la sintesi di glucosio a partire dal piruvato non è energicamente favorevole ( G positivo). (Una fonte di energia è necessaria per renderla spontanea). 2) la sintesi e degradazione del glucosio sono reciprocamente regolate (le due vie generalmente non agiscono simultaneamente). Questo è reso possibile dall utilizzo di (alcune) reazioni completamente diverse. 3) le due vie condividono gli enzimi con reazioni ad equilibrio (con G 0 ), cioè 7 delle 10 reazioni nella glicolisi. er quanto riguarda le reazioni enzimatiche non condivise, sono: All inizio della gluconeogenesi : - piruvato ossalacetato fosfoenolpiruvato (E) Alla fine della glicolisi : - fosfoenolpiruvato piruvato Alla fine della gluconeogenesi : - fruttosio-1,6-fosfato frutosio-6-fosfato - glucosio-6-fosfato glucosio All inizio della glicolisi : - glucosio glucosio-6-fosfato - fruttosio-6-fosfato fruttosio-1,6-fosfato
Reazioni della gluconeogenesi - la piruvato carbossilasi reazione della matrice mitocondriale - la piruvato carbossilasi utilizza il coenzima biotina per aggiungere C 2 al piruvato - l enzima à attivato allostericamente da acil-coa (abbondanza di intemedi nel CK) E Lys NH C (CH 2 ) 4 S H N N H AT + HC 3-1 - C i + AD carbonilfosfato ossalacetato 3 E Lys NH C (CH 2 ) 4 S N N C - N-carbossibiotina 2 H :B E CH 2 C C piruvato -
Reazioni della gluconeogenesi - la E carbosschinasi - reazione principalmente del citosol (l ossalacetato esce dai mitocondri con una navetta) 1,3-BG GA GT GD + i + C 2 fosfoenolpiruvato - utilizza l energia di legame dell ossalacetato (decarbossilazione) e l idrolisi di GT per formare un enol fosfato ad alta energia (elevato potenziale di trasferimento fosfato). C C - H 2 C C - GT GD E carbossichinasi C C - C H 2 + C 2 - le seguenti 6 reazioni nella gluconeogenesi poi procedono spontaneamente ad equilibrio: 1 2 3 4 E 2-fosfoglicerato 3-fosfoglicerato 1,3-bisfosfoglicerato gliceraldeide-3-5 (gliceraldiede-3- diidrossiacetone) fruttosio 1,6-bisfosfato 6
Reazioni della gluconeogenesi - la fruttosio 1,6 bisfosfatasi - enzima del citosol che catalizza una reazione energicamente favorevole ( G negativo). - altamente e reciprocamente regolato assieme alle altre tappe di comando della glicolisi e gluconeogenesi: Fruttosio-6- Fosfofruttochinasi 2 F-6- + Ser- rk cam dip. FK II Fruttosio-2,6- Fruttosio-2,6-bisfosfatasi Fosfofrutto Chinasi I (FK I) la fruttosio 1,6 bisfosfatasi Il F-2,6- è prodotto/rimosso da un enzima tandem bifunzionale, dove le attività di chinasi e fosfatasi sono reciprocamente regolate dalla fosforilazione di un singolo residuo Ser e dai livelli di F-6-. iruvato chinasi E carbossichinasi iruvato carbossilasi
L ultima reazione della gluconeogenesi - la glucosio-6-difosfatasi - enzima della membrana ER nel fegato e rene (assente nel muscolo e nel cervello). - la defosforilazione richiede la previa traslocazione nel ER - il prodotto (glucosio) è ri-trasportato nel citosol ed estromesso, oppure immagazzinato in vescicole dirette alla membrana citoplasmatica per esocitosi. G-6- T 1 G-6- S Ca ++ G-6- f asi Glucosio i T 2 T 3 Glucosio + i citosol lumen ER esocitosi Stechiometria e bilancio energetico 2 piruvato + 4AT + 2GT + 2NADH + 2H + + 6H 2 glucosio + 4AD + 2GD + 6 i + 2NAD + In totale, la gluconeogenesi utilizza 4AT + 2GT + 2NADH ( 5AT) 11 eq. AT
Catabolismo (degradazione) del glicogeno l'amido (nelle piante) e il glicogeno (negli animali) sono le forme di riserva cellulare di glucosio. sono importanti fonti di glucosio nella dieta (specialmente l amido) in mancanza di carboidrati dalla dieta, sono mobilitate le riserve di glicogeno del fegato. Glicogeno: polimero del glucosio con legami α(1 4) glicosidici, altamente ramificato mediante legami α (1 6) glicosidici (ca. ogni 10 residui). Amido: catene di amilosio [con catene puramente α (1 4) glicosidiche ] associato ad amilopectina (simile al glicogeno, con ramificazioni 1-6 ogni ca 10-12 residui). H H H H H H H H H H H α(1 4) 1 1 α(1 6) 6 4 5 3 α(1 4) 2 H 1
Glicogeno - utilizzo Glicogeno/amido esogeni inizialmente degradati dall α-amilasi (endoglicosidasi; idrolisi di legami glicosidici interni). α(1 6) Si producono maltosio, maltotriosio e destrine limite. α(1 4) α-amilasi pancreatica salivare maltosio maltotriosio α- glucosidasi (maltasi) glucosio glicogeno destrine limite α- destrinasi (isomaltasi) superficie delle cellule intestinali
degradazione del glicogeno endogeno La glicogeno fosforilasi degrada il glicogeno endogeno (tissutale, di riserva) - stacca residui dai terminali delle ramificazioni, inserendo un fosfato inorganico sul C1 er la reazione, il G > 0, ma [ i ] è così elevata nelle cellule che il G effettivo < 0. La formazione di G-1- avviene quindi senza idrolisi di AT) La Fosfoglucomutasi poi isomerizza G-1- a G-6- i fosforilasi Anche la fosforilasi agisce solo fino a 4 residui da una ramificazione, e poi subentra un enzima deramificante H H mutasi H 2-3 H G-6- G-1- + H H mutas enzima deramificante polimero lineare + glucosio (~10%) fosforilasi G-1- (~ 90%) NB Glicogeno G-1- G-6- glicolisi (nei tessuti); Glicogeno G-1- G-6- glucosio sangue (fegato)
enzima deramificante H H 1 attività glucotrasferasi H H 2-3 H H (molto) G-1- α(1 4) H H 2 attività α(1 6) glicosidasi H H H (poco) glucosio l enzima deramificante o deramificatore, possiede due attività catalitiche: - oligo(α1,4 α1,4) glucotrasferasi (sposta un frammento di 3 residui dalla ramificazione alla catena centrale) - α(1 6) glicosidasi (stacca il residuo legato alla posizione 6)
Meccanismo d azione della glicogeno fosforilasi - enzima dimerico che utilizza il piridossal fosfato, covalentemente legato ad una lisina del sito attivo, come coenzima. - L AT è un effettore allosterico disattivante, mente un residuo di serina per subunità serve come sito di regolazione mediante fosforilazione.
Sintesi del glicogeno La sintesi di glicogeno avviene solo quando il carico energetico è alto, e la [ i ] elevata impedisce che si inverta la reazione catalizzata dalla glicogeno fosforilasi. utilizza un altra fosforilasi, che attiva unità di zucchero per la polimerizzazione mediante formazione di UD-glucosio. La glicogeno sintasi poi catalizza la polimerizzazione ed un enzima ramificante catalizza il trasferimento 1,4 1-6 per introdurre i rami H H G-1- CH 2 H H H (enzima ramificante) - - C H2 H + C H 2 - H Glicogeno n UT R amilo-(1,4 1,6) transglicosilasi H N H H H NH H UD-glucosio fosforilasi C H2 H H C H 2 H H - UD-glucosio + i 2 i glicogeno sintasi H C H 2 H H - C H 2 H H UD N H C H H 2 H NH Tyr-glicogenina Tyr glicogenina
Sintesi del glicogeno - reazione globale e stechiometria La polimerizzazione del glicogeno, catalizzata dalla glicogeno sintasi, richiede una catena di almeno 4 residui di glucosio come innesco. Questi sono forniti dalla glicogenina, una proteina omodimerica in grado di autocatalizzare l aggiunta di 8 unità di glucosio ad un residuo Tyr presente in ciascuna subunità. Questa proteina funge quindi da nucleo sul quale avviene la polimerizzazione. G-6- G-1- + UT G-1- (mutasi, reaz. ad equilibrio) UD-glucosio + i i 2 I (fosfatasi inorganica, libera energia) UD-glucosio + H-Gluc-(-Cluc) n H-Gluc-(-Cluc) n+1 (glicogeno sintasi) UD + AT UT + AD (costo energetico) G-6- + AT + H-Gluc-(-Cluc) n + H 2 H-Gluc-(-Cluc) n+1 + AD + i
regolazione reciproca nel metabolismo del glicogeno AM + AT G-6- - R glicogeno fosforilasi meno attiva T T Forma b (TESA) ++ (Ca ) K cam dip fosforilasi chinasi R R (1) fosfoproteina fosfatasi 1 (insulina) più attiva - glucosio T caffeina Forma a (RILASSATA) più attiva glicogeno sintasi proteina chinasi (K) cam dipendente meno attiva G-6- + ormone recettore/proteina G adenilato ciclasi cam K cam dip fosfolipasi C inositolo trifisfato Ca ++ recettore tirosina chinasico ormone fosfoproteina fosfatasi 1 insulina (pancreas): attiva proteina fosfatasi 1 - stimola sintesi /inibisce degradazione glucagone (pancreas) : attiva la roteina Chinasi A cam dip. stimola degradazione/inibisce sintesi(fegato e tessuto adiposo) adrenalina (ghiandole adrenali/sist. nervoso): attiva la roteina Chinasi A cam dip. stimola degradazione/inibisce sintesi (fegato e muscolo)