METABOLISMO GLUCIDICO

(1)

METABOLISMO GLUCIDICO

(2)

GLUCOSIO

OSSIDAZIONE GLICOLISI

PIRUVATO CONSERVAZIONE

AMIDO

GLICOGENO SACCAROSIO

OSSIDAZIONE

VIA DEI PENTOSO- FOSFATI

RIBOSIO-5-FOSFATO SINTESI DI

POLISACCARIDI STRUTTURALI GLICEMIA

ACETIL-CoA LATTATO

AMMINOACIDI GLUCONEOGENICI LIPIDI

CO₂ + H₂O

(3)

Il glucosio ottenuto dalla digestione di polisaccaridi, oligosaccaridi, disaccaridi

Assunto a livello intestinale mediante SIMPORTO (trasportatori S-GLUT)

Trasportato all’interno delle cellule mediante DIFFUSIONE FACILITATA (trasportatori GLUT)

Localizzazione Funzione Kdiss

GLUT1 In tutti i tessuti (mammiferi) Assunzione basale di glucosio 1 mM GLUT2 Fegato, rene, pancreas Rimuove l’eccesso di glucosio plasmatico.

Nel pancreas regola il rilascio di insulina

15-20 mM GLUT3 In tutti i tessuti (mammiferi) Assunzione basale di glucosio 1 mM GLUT4 Muscolo, cellule adipose Rimuove eccesso di glucosio plasmatico,

attivo durante il lavoro muscolare

5 mM GLUT5 Intestino tenue Trasporto di fruttosio

GLUT1: 2 conformazioni, T1 con il sito di legame per il glucosio aperto sul lato esterno della membrana, T2 con il sito di legame esposto verso il citosol.

(4)

Appena il glucosio entra nel citosol, viene fosforilato in posizione 6, in modo da impedirne l’uscita.

Solo il glucosio non fosforilato, e in generale i monosaccaridi non fosforilati possono attraversare la membrana plasmatica utilizzando

i trasportatori

GLICOLISI

GLICOGENO-SINTESI

VIA PENTOSO FOSFATI

(5)

GLICOLISI

• È la principale via di produzione di energia di tutti i sistemi viventi.

• Alcune cellule o tessuti traggono tutta la loro energia dalla demolizione del glucosio tramite glicolisi nei mammiferi (eritrociti, cornea, midollare del rene, cervello) così come in diversi tessuti vegetali.

• PROCESSO CITOSOLICO

• Durante la glicolisi lo scheletro carbonioso del glucosio è ossidato e l’energia liberata è usata per produrre ATP e NADH

PRODUZIONE IMMEDIATA DI ATP NEL CITOSOL PRONTO PER L’UTILIZZO

FOSFORILAZIONI A LIVELLO DEL SUBSTRATO

PRODUZIONE DI NADH CITOSOLICO PER SPINGERE LA PRODUZIONE DI ATP

MITOCONDRIALE

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

(6)

Punto di controllo Reazione irreversebile

ΔG’ = -33.5 KJ/mol

ΔG’ = -2.5 KJ/mol

ΔG’ = -22.5 KJ/mol

ΔG’ = -1.3 KJ/mol

ΔG’ = +2.5 KJ/mol ΔG’ = -3.4 KJ/mol

ΔG’ = +2.6 KJ/mol ΔG’ = +1.6 KJ/mol

ΔG’ = -6.6 KJ/mol ΔG’ = -33.4 KJ/mol ΔG’_TOT = -96.2 KJ/mol

Punto di controllo Reazione irreversebile

RESA ENERGETICA:

4 molecole di ATP prodotte - 2 consumate = 2 ATP prodotte per ogni glucosio ossidato

2 NADH prodotti per ogni glucosio ossidato

(7)

..

ESOCHINASI

D-GLUCOSIO D-GLUCOSIO-6-fosfato

- - -

Mg²⁺

1

^a

reazione della glicolisi: fosforilazione del glucosio sul gruppo alcolico

in posizione 6.

(8)

È attiva nel fegato e risponde a forti aumenti della [glucosio] ematica: dopo i pasti, quando il livello ematico basale di glucosio è superiore a 5 mM.

Esochinasi Esochinasi

Glucosio

Nei mammiferi: 4 forme di Esochinasi

I, II e III Km ~ 10^-1-10^-3 mM IV (glucochinasi) Km ~ 10 mM

Riconoscono vari esosi. Inibite dal prodotto (G-6P)

Specifica per glucosio. Non inibita dal G-6P

(9)

Glucosio 6-fosfato isomerasi

Glucosio 6-fosfato anomero α

Fruttosio 6-fosfato anomero α

2

^a

reazione della glicolisi: isomerizzazione del glucosio 6-fosfato in fruttosio 6-fosfato

Meccanismo di catalisi acido-base, che comporta l’apertura dell’anello emi-acetalico per far avvenire l’isomerizzazione

(10)

3^a reazione: consumo di un secondo ATP per fosforilare il fruttosio 6-fosfato sul gruppo alcolico in posizione 1

Fosfofruttochinasi-1 (PFK-1)

D-Fruttosio 6-fosfato D-Fruttosio 1,6-bisfosfato

CH₂―OH OH

1

CH₂―OPO₃^2- OH

1

..

- - -

Mg²⁺

(11)

Diidrossiacetone fosfato

Gliceraldeide 3- fosfato

ALDOLASI

Fruttosio 1,6-bisfosfato CH₂OPO₃^2- OH

1

Reazione reversibile, è prossima all’equilibrio nelle cellule

Deriva dagli atomi di carbonio 1, 2 e 3 del

glucosio Deriva dagli atomi di

carbonio 4, 5 e 6 del glucosio

4^a reazione

(12)

Meccanismo di reazione dell’ALDOLASI

(Catalisi covalente)

Scissione aldolica

Gliceraldeide 3-fosfato Base di Shiff protonata

H₂O

(13)

Intermedio enamminico

Protonazione del C3

Complesso enzima-prodotto Idrolisi

Diidrossiacetone fosfato

(14)

Trioso-fosfato isomerasi

Diidrossiacetone fosfato D-Gliceldeide 3-fosfato

Reazione prossima

all’equilibrio Molto rapida

È rapidamente formata ma è anche rapidamente consumata dal passaggio

successivo: la concentrazione di gliceraldeide 3- fosfato è mantenuta pressoché costante.

5^a reazione: Delle 2 molecole prodotte dalla scissione del fruttosio 1,6-bisfosfato solo la gliceraldeide 3-P è il substrato della successiva reazione della glicolisi, perciò il diidrossiacetonefosfato viene rapidamente convertito in D-gliceraldeide-3-fosfato

(15)

La GLICERALDEIDE 3-FOSFATO deve essere OSSIDATA:

IL CARBONIO ALEDIDICO (1) viene OSSIDATO IN CARBONIO CARBOSSILICO

1 H:

^-

È TRASFERITO SUL NAD

⁺

il quale si riduce a NADH

A SEGUITO DELL’OSSIDAZIONE VIENE INTRODOTTO UN GRUPPO

FOSFATO CHE SI LEGA AL CARBOSSILE IN POSIZIONE 1 CON UN LEGAME ANIDRIDICO

L’energia liberata dall’ossidoriduzione è utilizzata per formare un’ANIDRIDE MISTA e quindi immagazzinata sotto forma di elevato potenziale di trasferimento del gruppo fosfato.

Con la formazione di gliceraldeide 3-P termina la fase di consumo energetico: Da 1 molecola di glucosio abbiamo ottenuto 2 molecole di gliceraldeide 3-P e consumato 2

molecole di ATP

(16)

Gliceraldeide

3-fosfato Fosfato

inorganico

1,3-bisfosfoglicerato

(2 x)

Gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi

Reazione di ossidoriduzione:

NAD

⁺

viene ridotto a NADH

CHO in 1 viene ossidato a COOH, il quale a sua volta si impegna in un legame fosfo- anidridico.

Il NADH prodotto in questa reazione DOVRA’

essere ri-ossidato affinché la glicolisi non si fermi

6^a reazione

(17)

S H Cys

Entrano NAD⁺ e GA3P S H

Cys

Il NAD⁺ strappa uno ione idruro :H¯dal carbonio 1 della GA3P Cys S

Cys S Il tioacetale si trasforma in un intermedio tioestere

Cys S 1,3-BPG

Entra un fosfato inorganico

E avviene una fosforolisi

Complesso enzima- substrato: Cys

acida del sito attivo attacca il gruppo aldeidico della GA3P

Intermedio tioacetale

Meccanismo della reazione

catalizzata dalla glicerladeide 3-P deidrogenasi

(18)

1,3-bisfosfoglicerato + ADP

3-fosfoglicerato + ATP

Fosfoglicerato chinasi (PGK) Anidride mista ad

alta energia

Reazione prossima all’equilibrio (è importante che possa avvenire

anche nel verso opposto)

X 2

Fosforilazione a livello del substrato in cui sono prodotti

2 ATP/glucosio

7^a reazione

È una reazione fortemente

esoergonica perché il prodotto di reazione è

stabilizzato per risonanza

∆G°’ = - 49.3 Kj/mol

(19)

Bypass del 2,3-BPG nei globuli rossi: ~20% di 1,3-BPG è dirottato verso la produzione di 2,3-BPG

1,3-BPG

bisfosfoglicerato

mutasi ―OPO₃^2-

2,3-BPG

Questa mutasi negli eritrociti rilascia il 2,3-BPG dal sito attivo

Se il 2,3-BPG negli eritrociti è in eccesso interviene la

bisfosfoglicerato fosfatasi

Modula

l’ossigenazione dell’emoglobina

3-fosfoglicerato

Rientra nella glicolisi

(20)

3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato

Fosfoglicerato mutasi

Interconversione prossima

all’equilibrio

X 2 X 2

8^a reazione

(21)

2-fosfoglicerato fosfoenolpiruvato

ENOLASI 2Mg²⁺

Reazione di Disidratazione: un fosfoestere è convertito in un estere enol-fosfato

ENOL-FOSFATO: legame con elevato potenziale di trasferimento del gruppo fosfato

X 2 X 2

9^a reazione

(22)

Mg²⁺, K⁺ PIRUVATO CHINASI

PIRUVATO

X 2 X 2

10^a reazione: Fosforilazione a livello del substrato

+

e

PIRUVATO CHINASI

METABOLISMO GLUCIDICO