Università di Roma TOR VERGATA CL in Medicina
Biochimica (Prof L. Avigliano)
GENERALITA’ SUL METABOLISMO
DIGESTIONE ED ASSORBIMENTO DEI CARBOIDRATI
GLICOLISI
ENERGIA
per
gradiente elettrochimico (Na/K ATPasi)
processi biosintetici (es. sintesi proteica)
trasporto di molecole transmembrana
trasduzione del segnale
lavoro meccanico (respirazione, contrazione cardiaca, contrazione muscolare)
FONTI DI ENERGIA
- carboidrati GLUCOSIO - trigliceridi ACIDI GRASSI
- scheletro carbonioso degli amminoacidi RESA ENERGETICA ~ 35 %
“SOTTOPRODOTTI” calore, CO
2, H
2O, NH
3( urea)
UTILIZZAZIONE D’ENERGIA A RIPOSO
organofegato
sistema nervoso
3% peso corporeo
muscolo
stomaco e intestino cuore
rene
polmoni
altro
Na/K ATPasi sintesi proteine
miosina ATPasi calcio ATPasi ciclo dei substrati
alltro
consumo ATP
METABOLISMO
VIA METABOLICA
- METABOLITA - ENERGIA
CATABOLISMO - REAZIONI ESOERGONICHE DEGRADAZIONE
DEIDROGENAZIONE (NAD
+, NADP
+, FAD) PRODUZIONE DI ATP
ANABOLISMO - REAZIONI ENDOERGONICHE SINTESI
IDROGENAZIONE (NADPH + H
+) CONSUMO DI ATP
Metaboliti in comune
Meccanismi di controllo regolano il flusso metabolico
Diversa localizzazione cellulare e d’organo
DEIDROGENASI NAD
+ NADH + H
+NON LEGATO COVALENTEMENTE
OSSIDA: ALCOL ALDEIDE/CHETONE ACIDO NADP
+ NADPH + H
+FAD FADH
2LEGATO COVALENTEMENTE ( enzima di membrana, esempio Complesso II)
OSSIDA:
IDROCARBURO saturo IDROCARBURO insaturo (+
Componenti della DIETA NUTRIENTI:
glucidi, lipidi, proteine, vitamine, minerali NUTRIENTI ESSENZIALI
L’organismo è incapace di sintetizzarli e devono essere assunti con la dieta
acidi grassi 6 ed 3, alcuni amminoacidi, minerali, quasi tutte le vitamine
DIETA
BIOSINTESI
RISERVE
Il nutriente per essere utilizzato deve prima subire i processi di - Digestione
Polimero monomero - per scissione idrolitica
- Assorbimento
lume intestinale enterocita circolo (plasma, linfa)
MALASSORBIMENTO
Difetti digestione /assorbimento
DIGESTIONE
BOCCA saliva: digestione amido (-amilasi) STOMACO digestione proteine (e trigliceridi) - HCl
- zimogeni ed enzimi (pepsinogeno)
- fattore intrinseco (assorbimento vit B12)
INTESTINO TENUE digestione proteine, carboidrati, lipidi
bile
- funzione digestiva, HCO
3-, sali biliari
-funzione escretoria ( sostanze lipofile, quali pigmenti biliari,
farmaci)
secrezione pancreatica: HCO
3-, zimogeni ed enzimi
COLON fermentazione batterica
secrezione conseguenze
—————————————————————————
HCl assorbimento ferro (anemia)
fattore intrinseco assorbimento vit B12
sali biliari assorbimento lipidi e vit liposolubili enzimi pancreatici digestione di tutti gli alimenti
ALTERAZIONI
unica fonte energetica utilizzabile in assenza di O
2fonte obbligata per eritrocita
fonte di energia per il sistema nervoso
strettamente aerobicafonte energetica di riserva
scarsa rispetto ai trigliceridi ma prontamente utilizzabile -glicogeno epatico (50-100 g sufficienti per 8-12 h, a riposo)
-glicogeno muscolare (400 g totali)
facilita il metabolismo lipidico
con scarso glucosio (es digiuno) si formano i corpi chetonici
risparmia le proteine
in assenza di glucosio si ha biosintesi di glucosio - gluconeogenesi -da glicerolo ed amminoacidi
glucosio vs acido grasso
FONTI DI GLUCOSIO DIETA
AMIDO, saccarosio, lattosio
RISERVE
Glicogeno epatico
BIOSINTESI
Gluconeogenesi epatica
80% amilopectina
legame 1-4 ed 1-6
-amilasi salivare
-amilasi pancreatica endoglicosidasi
20% amiloso legame 1-4 AMIDO ALIMENTARE
maltosio G–G maltotrioso G–G–G idrolizza legame 1-4
POLISACCARIDI
Cellulosa: non sintetizziamo enzimi in gradi di idrolizzare il legame Glu 1-4 Glu
destrina G–G
G–G–G
DISACCARIDI:
idrolizzati da enzimi sintetizzati dall’enterocita e siti sulla membrana plasmatica -glicosidasi
maltasi scinde legame Glu 1-4 Glu saccarasi scinde legame Glu 1-2 Fru isomaltasi scinde legame Glu 1-6 Glu
-galattosidasi
lattasi scinde legame Gal 1-4 Glu
IPOLACTASIA: Polimorfismo genetico porta a
Fenotipo “non persistente”: adulto cala al 10%, stato ancestrale normale nei mammiferi
Fenotipo “persistente”: stessi livelli nell’adulto -popolazione nord Europa e area mediterranea - (mutazione 6.000-9.000 anni fa con la pastorizia; per
Trasporto attivo contro gradiente
cotrasportatore Na+/glucosio (SGLT1)
Trasporto mediato secondo gradiente trasportatori del glucosio GLUT
ASSORBIMENTO dei MONOSACCARIDI
membrana baso-laterale
membrana apicale
G L U T 2 G
L U T 5 S G L T 1
Na+/K+-ATPasi
Glu Gal Na
+Fru
glicemia dopo digiuno notturno ~ 5 mM (80 mg/dL) 3,5 mM (digiuno prolungato)
7,2 mM (ricco pasto glucidico) glicosuria 9-10 mM
Metabolismo glucidico regolato da ormoni insulina: ipoglicemizzante
glucagone, cortisolo, adrenalina: iperglicemizzanti
danno da eccesso di glucosio
il gruppo aldeidico è un gruppo reattivo che porta a - glicazione non enzimatica di proteine
il gruppo aldeidico reagisce con il gruppo amminico di proteine
il livello di Hb glicosilata è un indice del controllo glicemico - autoossidazione e formazione di ROS (specie reattive
dell’ossigeno)
GLUT
proteine di trasporto di glucosio attraverso la membrana Trasporto bidirezionale, indipendente da ATPfinora identificate 12 isoforme (GLU1 GLUT12 da geni diversi) GLUT1 eritrocita, ubiquitario insulina indipendente GLUT2 intestiono, fegato, isole pancreatiche insulina indipendente
GLUT3 cervello insulina indipendente
GLUT4 muscolo, tessuto adiposo regolato dall’insulina GLUT5 intestino (specifico per fruttosio)
Isoforme diverse per specificità di substrato e parametri cinetici GLUT1 Km 3 mM
GLUT2 Km 17 mM - bassa affinità mai saturo, flusso lineare con concentrazione di Glu
GLUT3 Km 1,7 mM - alta affinità, saturo anche a basse conc Glu GLUT4 Km 5 mM
GLUT 4 - riserva intracellulare.
In seguito allo stimolo dell’insulina, GLUT4 va incontro a rapida traslocazione sulla membrana, con aumento dell’attività di trasporto
Trasporto descritto da una funzione Michaelis - Menten G
ex+ T GT G
int+ T
con una cinetica di saturazione
V = V
max–––––––– Vmax = k
catT G
exKm + G
exspecifico e dipende da
Livello del trasportatore
Affinità del trasportatore per il glucosio
Capacità di turnover del trasportatore
A B
B: Parte iniziale ingrandita delle curve A
nella curva con alta Km (in rosso ) la parte iniziale appare rettilinea
Risultato: trasporto mediato ma velocità indipendente dal trasportatore e dipendente dal gradiente di concentrazione (come nel trasporto
passivo)
v
Cex v
Cex
ESOCHINASI alta affinità (Km = 0,1 mM) cervello, muscolo, ubiquitaria - funziona in presenza di bassa disponibilità di glucosio
- non specifica
- inibita dal prodotto G6P
GLUCOCHINASI epatica bassa affinità (Km = 5 mM)
- funziona in presenza di alta disponibilità di glucosio - specifica per il glucosio
- non inibita dal prodotto G6P - inducibile (ormoni, dieta) insulina glucosio
digiuno diabete (conseguente alta glicemia)
qualunque sia il destino metabolico G + Mg-ATP G6P (glicogenosintesi, glicolisi, via dei pentosiP, ac glucuronico)
G6P FOSFATASI epatica G6P + H2O G + Pi
G6P punto di arrivo di glicogenolisi e gluconeogenesi
GLICOLISI
GLICOLISI
unica via in grado di produrre ATP in assenza di O
2tramite
FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO
Resa energetica della glicolisi anaerobica:
5% rispetto alla fosforilazione ossidativa ma più rapida
Matthews -van Holde
ESISTONO DUE MECCANISMI PER LA SINTESI DELL’ATP
MITOCONDRIALE
fosforilazione ossidativa: richiede gradiente di membrana
CITOPLASMATICA
fosforilazione a livello del substrato: avviene in
soluzione, pertanto il legame ad alta energia deve essere
trasferito direttamente da un composto ad un altro
Intermedi della glicolisi sono 2 composti fosforilati con
G
o’ di idrolisi più esoergonico del legame fosfoanidridico presente nell’ ATP ( -31 KJ/mol)
fosfo enolpiruvato (G
o’ di idrolisi = - 62 KJ/mol) 1-3 bis fosfoglicerato (G
o’ di idrolisi = - 49 KJ/mol)
LEGAMI AD “ALTA ENERGIA”
legami la cui idrolisi è fortemente esoergonica > 25 kJ/mol Fosfo anidride
Fosfo guanidina Acil fosfato
Enol fosfato
- 62 enol-fosfato
- 49 acil-fosfato
-31 fosfo-anidride
-14 estere
-10 estere
Go’ di idrolisi (KJ/mol)
N.B. le tappe della glicolisi sono reversibili tranne la 1, 3 e 10
Le tappe reversibili sono pertanto utilizzate anche per il processo di
gluconeogenesi
