B09-II. Metabolismo glucidico - II parte

Prof. Giorgio Sartor
Metabolismo dei
carboidrati
II
Gluconeogenesi
Glicogeno
Via dei pentosi fosfati
Versione 3.2 – Mar-17
Copyright © 2001-2017 by Giorgio Sartor.
All rights reserved.
Indice
H
Metabolismo
del Glicogeno
Glicogeno
H
O
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
H
H
HO
O
OH
H OH
H
H
OH
H
OH
OH
H
OH
H
OH
CH2OPO3--
Riboso-5-fosfato
2NAD+
Ciclo dei
pentosi
Glicolisi
Fruttoso-1,6-difosfato
Gluconeogensi
O
CH2OH
D-Glucoso
2ADP + 2Pi
H
H
2NADH
2ATP
3-fosfogliceraldeide
O
2 Piruvato
O
H3C
O
Piruvato
Fermentazione
lattica
(Anaerobiosi)
2NADH
Fermentazione
alcolica
(Anaerobiosi)
NADH
OH
O
H3C
O
Acetil-CoA
2 Lattato
2NAD+
2 CO2 + 2 etanolo
O2
Ossidazione
aerobica NAD+
ADP + Pi
Ciclo di
Krebs
H+
Fosforilazione
ossidativa
H+
ATP
NAD+
6 CO2 + 6H2O
1
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
-3-
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
-4-
2
Altri zuccheri entrano nella glicolisi:
O
OH
OH
HO
CH2OH
O
FRUTTOSO
OH
OH
HO
CH2OH
OH
OH
CH2OH
O
OH
OH
HO
GALATTOSO
HO
O
OH
OH
OH
OH
OH
CH2OH
O
OH
O
HO
MANNOSO
HO
OH OH
OH
OH
OH
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
-5-
Metabolismo del fruttoso
Fruttoso-1-fosfato
(forma aperta)
Fruttoso
O
HO
HO
ADP
ATP
O
HO
O
OH
P
O
OH
OH
OH
O
HO
HO
O
O
OH
H
OH
CH2OH
OH
H
O
H
OH
O
P
OH
ATP
O
OH
OH
Fruttoso-1-fosfato
aldolasi (EC 4.1.2.13)
H
Gliceraldeidechinasi
O
(EC 2.7.1.28)
H
H
Gliceraldeide
Gliceraldeide3-fosfato
ADP
O
P
OH
ATP
HO
O
O
Fruttochinasi HO
(EC 2.7.1.3)
OH
CH2OPO3--
Fruttoso-1-fosfato
OH
OH
OH
Alcool deidrogenasi
Glicerolo
(EC 1.1.1.1)
OH
HO
NADH
ADP
+
OH
NAD+
ATP
OH
Fruttoso-6-fosfato
Glierol-chinasi
(EC 2.7.1.30)
ADP
O
O
O
P
O
O
GLICOLISI
Glicerolo-3-fosfato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.6)
O
OH O
Diidrossiacetonfosfato
NAD+
HO
P
O
O
NADH
Glicerolo-3-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
-6-
3
Metabolismo del fruttoso
Fruttoso-1-fosfato
(forma aperta)
Fruttoso
O
O
O
OH
P
P
H
Gliceraldeide3-fosfato
OH
H
O
H
OH
OH
O
O
OH
OH
Alcool deidrogenasi
Glicerolo
(EC 1.1.1.1)
OH
HO
NADH
ADP
+
OH
OH
HO
O
P
OH
ATP
OH
Fruttoso-1-fosfato
aldolasi (EC 4.1.2.13)
H
Gliceraldeidechinasi
O
(EC 2.7.1.28)
H
OH
CH2OH
Gliceraldeide
O
OH
H
OH
HO
ADP
O
HO
O
O
ATP
HO
O
O
Fruttochinasi HO
(EC 2.7.1.3)
OH
CH2OPO3--
Fruttoso-1-fosfato
OH
OH
HO
HO
ADP
ATP
OH
NAD+
ATP
OH
Fruttoso-6-fosfato
Glierol-chinasi
(EC 2.7.1.30)
ADP
O
O
O
P
O
O
Diidrossiacetonfosfato
GLICOLISI
Glicerolo-3-fosfato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.6)
O
OH O
HO
NAD+
P
O
O
NADH
Glicerolo-3-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
-7-
Metabolismo del fruttoso
Fruttoso-1-fosfato
(forma aperta)
Fruttoso
O
HO
HO
ADP
ATP
O
O
OH
P
Gliceraldeide3-fosfato
O
OH
OH
OH
O
HO
HO
O
H
O
H
OH
H
O
H
OH
O
O
P
OH
ATP
OH
OH
OH
Fruttoso-1-fosfato
aldolasi (EC 4.1.2.13)
H
Gliceraldeidechinasi
O
(EC 2.7.1.28)
H
OH
CH2OH
Gliceraldeide
ADP
HO
P
OH
HO
ATP
O
O
O
Fruttochinasi HO
(EC 2.7.1.3)
OH
CH2OPO3--
Fruttoso-1-fosfato
OH
OH
OH
Alcool deidrogenasi
Glicerolo
(EC 1.1.1.1)
OH
HO
NADH
ADP
+
OH
NAD+
ATP
OH
Fruttoso-6-fosfato
Glierol-chinasi
(EC 2.7.1.30)
ADP
O
O
O
P
O
O
Diidrossiacetonfosfato
GLICOLISI
Glicerolo-3-fosfato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.6)
O
OH O
HO
NAD+
P
O
O
NADH
Glicerolo-3-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
-8-
4
Metabolismo del fruttoso
Fruttoso-1-fosfato
(forma aperta)
Fruttoso
O
HO
HO
ADP
ATP
O
Fruttochinasi HO
(EC 2.7.1.3)
HO
O
OH
P
OH
OH
H
O
H
OH
OH
O
HO
OH
H
OH
Gliceraldeide3-fosfato
O
P
H
H
OH
CH2OH
Gliceraldeide
ADP
HO
HO
O
O
ATP
O
O
O
OH
OH
OH
CH2OPO3--
Fruttoso-1-fosfato
O
OH
ATP
O
P
OH
OH
Alcool deidrogenasi
Glicerolo
(EC 1.1.1.1)
OH
HO
NADH
ADP
+
OH
OH
Fruttoso-1-fosfato
aldolasi (EC 4.1.2.13)
H
Gliceraldeidechinasi
O
(EC 2.7.1.28)
OH
NAD+
ATP
OH
Fruttoso-6-fosfato
Glierol-chinasi
(EC 2.7.1.30)
ADP
O
O
O
P
Glicerolo-3-fosfato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.6)
O
O
Diidrossiacetonfosfato
GLICOLISI
O
OH O
HO
NAD+
P
O
O
NADH
Glicerolo-3-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
-9-
Metabolismo del galattoso
Glicogeno
(n+1 unità)
Glicogeno
(n unità)
UDP
CH2OH
CH2 OH
O
O
OH
HO
Galattoso-1-fosfato
Galattoso
ATP
O
ADP
O
O
HO
HO
OH
HO
O
OH
HO
OH
n
OH
HO
HO
Galattochinasi
(EC 2.7.1.6)
OH
P
O
O
O
O
HO
OH
n+1
O
HO
OH
OH
O
P
O
O
O
HO
P
O
N
NH
O
O
HO
OH
UDP-glucoso
O
OH
OH
Galattoso-1-fosfato
uridililtransferasi
(EC 2.7.7.10)
UDP-galattoso4-epimerasi
(EC 5.1.3.2)
O
HN
O
O
P
O
O
OH
O
HO
OH
OH
Glucoso-6-fosfato
Fosfoglucomutasi
(EC 5.4.2.2)
O
O
O
HO
P
O
HO
OH
OH
O
O
O
O
O
HO
P
O
HO
O
P
O
O
N
O
O
UDP-galattoso
OH
OH
HO
OH
Glucoso-1-fosfato
GLICOLISI
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 10 -
5
Metabolismo del mannoso
Mannoso
O
OH
Mannoso-6-fosfato
ADP
ATP
O
HO
O
HO
OH
OH
O
O
Esochinasi
(EC 2.7.1.1)
OH
O
P
HO
OH
OH
Fosfomannoso
isomerasi
(EC 5.3.1.8)
O
O
GLICOLISI
O
P
O
O
OH
OH
HO
OH
Fruttoso-6-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 11 -
CH2OH
O
OH
Glucoso
OH
ATP
OH
OH
O
PO3--
Mg++
Esochinasi
CH2
O
ADP
OH
Glucoso-6-fosfato
OH
OH
OH
O
PO3--
SITO DI
REGOLAZIONE
CH2
Fruttoso-6-fosfato
Fosfoglucoisomerasi
CH2OH
O
OH
ATP
OH
OH
PO3--
O
CH2
O
H2C
O
Fruttoso-1,6-bifosfato
Fosfofruttochinasi
PO3--
OH
SITO DI
REGOLAZIONE
ADP
OH
OH
Aldolasi
H2C
O
PO3--
PO3--
O
CH2
HO
OH
O
1,3-bifosfoglicerato
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi
O
PO3 -CH2
OH
Diidrossiacetonfosfato
H
O
NAD+ + Pi
3-fosfogliceraldeide
O
NADH
ADP
Fosfogliceratochinasi
SITO DI
REGOLAZIONE
CH2
Mg++, K+
O
Mg++
ATP
PO3--
Piruvato
chinasi
CH3
OPO3 --
OPO3--
Enolasi
O
Fosfogliceratomutasi
HO
CH2
OPO3--
CH2
OH
O
O
Mg++
O
O
Piruvato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
ATP
ADP O
3-fosfoglicerato
O
O
Fosfoenolpiruvato
O
2-fosfoglicerato
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 12 -
6
Gluconeogenesi
Sintesi di glucoso da piruvato
Energia
Piruvato Chinasi
Enolasi
-30
PGA Mutasi
-20
GAP-deidrogenasi
-10
Trioso-fosfato isomerasi
Fosfoglucosoisomerasi
0
Aldolasi
10
Esochinasi
Energia Libera (kJ mole-1)
20
PGA Chinasi
Fosfofruttochinasi
30
8
9
Stato Standard (∆G°’)
In eritrociti (∆G)
-40
1
2
3
4
5
6
7
10
Passi della Glicolisi
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 14 -
7
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
3
5
Energia
6
7
8
9
10
Energia
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
Passi della Glicolisi
4
6
5
4
3
2
1
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
Passi della Glicolisi
7
Enolasi
Fosfoglucosoisomerasi
2
PGA Chinasi
Aldolasi
1
8
GAP-deidrogenasi
Trioso-fosfato isomerasi
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
-40
-30
9
Piruvato Chinasi
Esochinasi
-20
-10
0
10
20
30
10
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
PGA Mutasi
Fosfofruttochinasi
Trioso-fosfato isomerasi
GAP-deidrogenasi
Fosfoglucosoisomerasi
Enolasi
Fosfofruttochinasi
PGA Mutasi
Esochinasi
Piruvato Chinasi
Aldolasi
PGA Chinasi
Energia Libera (kJ mole-1)
Energia Libera (kJ mole-1)
Stato Standard (∆G°’)
In eritrociti (∆G)
- 15 -
Stato Standard (∆G°’)
In eritrociti (∆G)
- 16 -
8
20
Fosfoglucosoisomerasi
Stato Standard (∆G°’)
In eritrociti (∆G)
Esochinasi
10
Fosfofruttochinasi
0
Enolasi
-10
PGA Chinasi
PGA Mutasi
-20
Piruvato Chinasi
Energia Libera (kJ mole-1)
-30
Aldolasi
GAP-deidrogenasi
-40
Trioso-fosfato isomerasi
Energia
30
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Passi della Glicolisi
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 17 -
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
—Piruvato chinasi
• Questi passaggi sono by-passati nella
gluconeogenesi.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 18 -
9
Bypass della piruvato chinasi
• La piruvato chinasi della glicolisi catalizza la
reazione:
H 2C
O
O P O 3- -
O
H 3C
M g++, K +
ADP
O
O
O
ATP
F o s fo e n o lp iru v a to
P iru v a to
• L’idrolisi del PEP ha un valore di ∆G (negativo)
maggiore dell’ATP.
• Il ∆G ottenibile dall’idrolisi di un legame fosfato è
insufficiente per sintetizzare il PEP.
• È richiesta l’idrolisi di due legami fosfoanidridici
(da due NTP diversi, ATP e GTP o ATP o PPi).
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 19 -
Bypass della piruvato chinasi
• Per bypassare la piruvato
chinasi occorrono due
reazioni:
HCO3O
O
• Carbossilazione del
piruvato, catalizzata da
piruvato carbossilasi (EC
6.4.1.1):
• Fosforilazione e
decarbossilazione
(spontanea)
dell’ossalacetato a PEP
catalizzata dalla PEP
carbossichinasi (EC
4.1.1.32):
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
ATP
ADP
O
O
O
O
H3C
O
Piruvato
O
Ossalacetato
CO2
O
GDP
O
GTP
O
O
OPO3--
O
O
O
Ossalacetato
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
CH2
Fosfoenolpiruvato
- 20 -
10
Piruvato carbossilasi EC 6.4.1.1
OH
• È un enzima a biotina
S
O
CH3
H3 C
NH
HN
O
• 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
*
O
O
S
N
CH3
H3C
NH
HN
O
NH
H
*
Legame
ε-peptidico
Sito di
carbossilazione
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 21 -
Piruvato carbossilasi EC 6.4.1.1
ATP
• 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 ATP e
bicarbonato.
HCO3Biotina
Carbossifosfato
ADP
O
O
O
P
S
H3C
O
O
HN
O
NH
CH3
O
O
O
O
P
N
O
H
O
O
O
S Carbossibiotina
H3 C
N
O
NH
CH3
N
H
O
O
N
O
H
N
H
O
O
N
H
N
H
S
CH3
H3C
N
O
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
O
NH
O
- 22 -
11
Piruvato 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.
H3C
O
N
H
N
CH3
H
S
CH3
H3C
O
O
NH
N
O
O
O
H3C
O
H3C
O
N
O
O
N
H
CH3
H
S
O
CH3
O
O
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
O
H3C
HN
NH
O
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 23 -
Piruvato carbossilasi EC 6.4.1.1
• Regola il destino del piruvato
Glucoso-6-P
Glucoso
Glicolisi
Piruvato
Aminoacidi
Gluconeogenesi
+
Acetil-CoA
Ossalacetato
Ciclo di Krebs
Citrato
Aminoacidi
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 24 -
12
Piruvato 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 AcetilCoA che entra nel ciclo di
Krebs.
• L’aumento di AcetilCoA attiva,
allostericamente, la piruvato carbossilasi per
formare ossalacetato.
• La concentrazione di ossalacetato limita il ciclo
di Krebs.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 25 -
Piruvato carbossichinasi
CO2
• EC 4.1.1.39 (GTP)
• EC 4.1.1.38 (PPi)
• EC 4.1.1.49 (ATP)
nei batteri
O
O
O
GTP
GDP
O
O
O
H2C
O
OH
H2C
OPO3--
O
Ossalacetato
Enolpiruvato
Fosfoenolpiruvato
Mn++ Mg++
Mg++ Mn++
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 26 -
13
Bypass della piruvato chinasi
• Globalmente
HCO3ATP
O
O
ADP
O
O
GTP
O
OPO3--
O
O
H3C
CO2
GDP
O
CH2
O
Piruvato
O
Fosfoenolpiruvato
Ossalacetato
CO2
HCO3-
ADP GTP
ATP
O
O
GDP
O
O
OPO3--
O
H3C
CH2
Piruvato
Fosfoenolpiruvato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 27 -
Gluconeogenesi
Ossalacetato
HCO3O
H3C
O
O
Piruvato
ADP
ATP
O
CO2
Fosfoenolpiruvato
O
GTP
Piruvato
carbossilasi
EC 6.4.1.1
O
O
O
O
O
2-fosfoglicerato
GDP
O
OPO3--
PEP carbossichinasi
EC 4.1.1.39 (GTP)
EC 4.1.1.38 (PPi)
EC 4.1.1.49 (ATP)
O
OPO3--
Enolasi
CH2
CH2OH
Fosfogliceratomutasi
O
O
3-fosfoglicerato
ATP
OH
Fosfogliceratochinasi
Diidrossiacetonfosfato
3-fosfogliceraldeide
O
O
HO
H2C
O
NAD+ + Pi
H
NADH
O
Trioso fosfato isomerasi
PO3-PO3--
O
CH2
Fruttoso-1,6-bifosfato
OPO3--
OH
O
CH2
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi PO3--
Aldolasi
PO3--
CH2OPO3--
ADP
O
H2C
O
OH
O
CH2
1,3-bifosfoglicerato
PO3--
OH
HO
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 28 -
14
Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC 3.1.3.11
• Catalizza la reazione inversa della
fosfofruttochinasi:
Pi
PO3--
O
CH2
O
H2C
O
CH2OH H2C
O
OH
PO3--
OH
HO
O
PO3--
OH
OH
OH
Fruttoso-1,6-bifosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
Fruttoso-6-fosfato
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 29 -
Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC 3.1.3.11
Zn++ (Mg++)
Pi
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
F6P
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
F6P
- 30 -
15
Glucoso-6-fosfatasi EC 3.1.3.9
• Catalizza la reazione inversa della esochinasi
attraverso una fosfoistidina.
R
R
O
H
N
HO
NH
H
N
N
O
O
+
OH
R
P
O
O
H
N
O
HO
OH
O
OH
O
+
N
R
HO
HO
N
NH
O
P
O
OH
HO
OH
HO
O
• 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. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 31 -
Glucoso-6-fosfatasi EC 3.1.3.9
Pi
His
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 32 -
16
Glicolisi e Gluconeogenesi
CH2 OH
O
OH
ATP
OH
OH
O
PO3--
Mg++
Esochinasi
CH2
O
OH
SITO DI
REGOLAZIONE
Piruvato
CH2
O
ATP
CH2
O
H 2C
O
OPO3--
CH2
CH2OH
Fosfogliceratomutasi
O
OH
SITO DI
REGOLAZIONE
H2C
O
O
PO3--
OH
O
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi
PO3 --
O
CH2
NAD+ + Pi
H
O
CH2
Mg++, K+
O
Enolasi
Mg++
Fosfoenolpiruvato
Fruttoso-1,6-bifosfatasi
EC 3.1.3.11
O
PO 3--
Pi
Fosfoglucoisomerasi
O
H2C
PO3--
O
Glucoso-6-fosfato
Pi
OH
CH2
OH
OH
OH
OH
Glucoso-6-fosfatasi
EC 3.1.3.9
CH2OH
O
O
OH
Glucoso
O
O
PO3--
OH
3-fosfoglicerato
O
ADP O
OH
CH2
O
OH
Mg++
O
OPO3--
O
H2C
OH
OPO3 --
Fosfogliceratomutasi
HO
CH2
OPO3--
CH2
1,3-bifosfoglicerato
OH
ATP
PO3--
O
CH2OH H C
2
O
ADP
Fosfogliceratochinasi
O
OPO 3--
OH
CH2
Fruttoso-6-fosfato
O
NADH
SITO DI
REGOLAZIONE
Piruvato
chinasi
O
OH
Fruttoso-1,6-bifosfato
OH
3-fosfogliceraldeide
O
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi PO 3--
Aldolasi
O
PO 3--
1,3-bifosfoglicerato
CH2
NADH
OH
PO 3--
ADP
PO3 --
PO3 --
H
CH2OPO3--
ATP
NAD+ + Pi
O
PO3 --
OH
HO
ATP
O
Enolasi
HO
Fosfofruttochinasi
Diidrossiacetonfosfato
O
3-fosfogliceraldeide
OH
Aldolasi
Piruvato
O
Diidrossiacetonfosfato
OH
O
OPO 3--
PEP carbossichinasi
EC 4.1.1.39 (GTP)
EC 4.1.1.38 (PPi)
EC 4.1.1.49 (ATP)
O
OH
CH3
O
O
O
O
Piruvato
carbossilasi
EC 6.4.1.1
2-fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato
O
GTP
ADP
CH2 OH
O
Fruttoso-1,6-bifosfato
O
CO 2
GDP
O
3-fosfoglicerato
OH
H 2C
O
Fosfoglucoisomerasi
OH
O
O
ADP
ATP
Fosfogliceratochinasi
O
Fruttoso-6-fosfato
PO3 --
H3C
O
OH
OH
PO3--
O
ADP
OH
Glucoso-6-fosfato
Ossalacetato
HCO3-
OH
Glucoso
OH
OH
OH
2-fosfoglicerato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 33 -
Glicolisi e Gluconeogenesi
CH2 OH
O
OH
ATP
OH
OH
O
PO3--
Mg++
H3C
O
CH2
O
H 2C
O
Fruttoso-1,6-bifosfato
PO3 --
O
PO3 --
OH
H
O
O
NADH
PO3-HO
Enolasi
ATP
ADP O
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
O
H2C
O
O
CH2
Gliceraldeide3-fosfato PO -3
O
deidrogenasi
OPO 3-OH
CH2
1,3-bifosfoglicerato
PO 3--
O
PO3--
Fruttoso-1,6-bifosfatasi
EC 3.1.3.11
Pi
OH
OH
O
H2C
PO3--
Fosfoglucoisomerasi
O
Glucoso-6-fosfato
CH2
OH
OH
Pi
OH
OH
OH
O
O
OH
H2C
CH2OH
O
OH
Mg++
Glucoso-6-fosfatasi
EC 3.1.3.9
CH2OH
O
O
3-fosfoglicerato
O
Fosfoenolpiruvato
O
OH
CH2
OPO3--
Mg++
O
ADP
Fosfogliceratomutasi
OPO3--
NADH
OH
OPO3 --
ATP
CH2
CH2
Fruttoso-1,6-bifosfato
Fruttoso-6-fosfato
Fosfogliceratochinasi
O
PO3--
O
OH
CH2OPO 3--
OH
CH2
+ Pi
3-fosfogliceraldeide
Piruvato
O
OH
NAD+
H
PO3--
Aldolasi
Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato
3-fosfato
deidrogenasi
O
CH2
O
O
O
ATP
NAD+ + Pi
O
H2C
PO 3--
HO
O
3-fosfogliceraldeide
ADP
Diidrossiacetonfosfato
CH3
OPO3--
HO
Fosfofruttochinasi
Aldolasi
Piruvato
chinasi
Mg++, K+
O
O
ATP
OH
PO3 --
O
Enolasi
PEP carbossichinasi
CH2OH
EC 4.1.1.39 (GTP) CH2
EC 4.1.1.38 (PPi)
Fosfogliceratomutasi
EC 4.1.1.49 (ATP)
Diidrossiacetonfosfato
OH
PO3 --
O
OPO3--
O
OH
O
O
Piruvato
carbossilasi
EC 6.4.1.1 O
2-fosfoglicerato
O
3-fosfoglicerato
OH
H 2C
Fosfoenolpiruvato
O
GTP
OH
CH2
CO 2
GDP
O
ADP
Fosfogliceratochinasi
OH
PO3 --
O
Fosfoglucoisomerasi
CH2 OH
O
Fruttoso-6-fosfato
O
O
ADP
ATP
OH
OH
O
O
Piruvato
ADP
OH
OH
PO3--
O
Esochinasi
CH2
Glucoso-6-fosfato
Ossalacetato
HCO 3-
OH
Glucoso
OH
Glucoso
OH
OH
OH
2-fosfoglicerato
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 34 -
17
Glicolisi e Gluconeogenesi
CH2 OH
O
OH
ATP
OH
OH
O
PO3--
Mg++
CH2
H3 C
O
OH
PO3--
CH2
O
ATP
Fosfofruttochinasi
PO3 --
OH
H2 C
O
PO3 --
PO3 --
O
PO3--
Aldolasi
Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato
3-fosfato
deidrogenasi
O
CH2
PO3 --
OH
O
PO3--
O
CH2
H
O
H2 C
OPO3--
O
CH2
OH
CH2
NADH
HO
OPO3--
Enolasi
Fosfoenolpiruvato
OH
OH
Fosfoglucoisomerasi
Pi
Glucoso-6-fosfatasi
EC 3.1.3.9
CH2OH
O
OH
Glucoso
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
PO3 --
OH
OH
O
O
2-fosfoglicerato
O
H2 C
OH
O
Pi
O
CH2
3-fosfoglicerato
O
Fruttoso-1,6-bifosfatasi
EC 3.1.3.11
OH
CH2
OPO3--
Mg++
O
PO3--
OH
Mg++
Glucoso-6-fosfato
Fosfogliceratomutasi
CH2
O
O
OH
Fruttoso-6-fosfato
ATP
O
PO3--
OH
OPO3 --
ADP
PO3--
O
OH
CH2OH H2C
O
O
Fosfogliceratochinasi
ADP O
O
Gliceraldeide3-fosfato PO -3
O
deidrogenasi
OH
Fruttoso-1,6-bifosfato
CH2
NAD+ + Pi
3-fosfogliceraldeide
Piruvato
O
OH
Diidrossiacetonfosfato
ATP
NADH
OH
1,3-bifosfoglicerato
HO
O
OH
CH2OPO3--
ATP
NAD+ + Pi
H
PO3--
ADP
Aldolasi
O
3-fosfogliceraldeide
O
O
H 2C
O
ADP
Fosfogliceratochinasi
OH
Piruvato
chinasi
Mg++, K+
OPO3--
Enolasi
PEP carbossichinasi
CH2OH
EC 4.1.1.39 (GTP) CH2
EC 4.1.1.38 (PPi)
Fosfogliceratomutasi
EC 4.1.1.49 (ATP)
O
Diidrossiacetonfosfato
OH
CH3
O
OPO3--
HO
Fruttoso-1,6-bifosfato
O
O
O
O
OH
H 2C
O
Piruvato
carbossilasi
EC 6.4.1.1 O
2-fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato
O
GTP
CH2 OH
O
O
CO2
GDP
O
3-fosfoglicerato
OH
CH2
O
Fosfoglucoisomerasi
OH
O
O
ADP
ATP
OH
Fruttoso-6-fosfato
PO3 --
O
Piruvato
ADP
OH
O
O
Esochinasi
OH
Glucoso-6-fosfato
Ossalacetato
HCO3-
OH
Glucoso
OH
OH
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 35 -
Glicolisi e gluconeogenesi
• La glicolisi e la gluconeogenesi sono vie
metaboliche spontanee.
• Se fossero attive simultaneamente nella
cellula si sarebbe in presenza di un “ciclo
futile” con consumo di energia.
•
•
– Glicolisi:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi
2C3H4O3 + 2 NADH + 2H+ + 2 ATP
– Gluconeogenesi:
2C3H4O3 + 2 NADH + 2H+ + 4 ATP + 2 GTP
C6H12O6 + 2 NAD+ + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi
– Glicolisi + Gluconeogenesi:
2 ATP + 2 GTP
2 ADP + 2 GDP + 4 Pi
Come dire: http://www.youtube.com/watch?v=Z86V_ICUCD4
Oppure:
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=vj5kLizZHUo
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 36 -
18
Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Locale
• Per 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 ATP e
stimolata da AMP.
La fruttoso-1,6-bifosfatasi (Gluconeogenesi) è inibita da
AMP.
• Quando la concentrazione di ATP è alta (concentrazione
di AMP bassa) il glucoso NON è degradato per produrre
ATP.
• In queste condizioni la cellula accumula glicogeno.
• Quando la concentrazione di ATP è bassa
(concentrazione di AMP alta) la cellula NON spende
energia per sintetizzare glucoso.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 37 -
Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale
• Controllo globale:
– Negli epatociti vi è l’effetto reciproco sulle due vie
dell’AMP ciclico, la cui cascata è attivata dall’ormone
GLUCAGONE quando il glucoso ematico è basso.
– La Protein Chinasi A (Protein Chinasi cAMP
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. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 38 -
19
Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale
• Controllo globale:
– Gli enzimi che sono FOSFORILATI dalla Proteina
Chinasi A sono:
Piruvato Chinasi: enzima glicolitico che è inibito
quando fosforilato.
CREB (cAMP response element binding protein):
che attiva attraverso sistemi di trascrizione il
gene della PEP Carbossichinasi, con conseguente
aumento della gluconeogenesi.
L’enzima tandem: che regola la formazione e la
degradazione del regolatore allosterico fruttoso2,6-bifosfato.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 39 -
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 ATP (che la inibisce).
L’attività in presenza di fruttoso-2,6-bifosfato è simile
all’attività con ATP 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 ATP.
Il fruttoso-2,6-bifosfato inibisce l’enzima della
gluconeogenesi fruttoso-1,6-bifosfatatasi .
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 40 -
20
Enzima tandem
Dominio di Fosforilazione
(regolatorio)
• Omodimero
• Due domini cataliciti:
— Fosfofruttochinasi (PFK2)
(EC 2.7.1.105) che
catalizza:
Fruttoso-6-fosfato + ATP
fruttoso-2,6-bifosfato + ADP
— Fruttoso-bifosfatasi
(FBPasi2) (EC 3.1.3.46)
che catalizza:
Fruttoso-2,6-bifosfato + H2O
fruttoso-6-fosfato + Pi
F6P
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 41 -
Enzima tandem
• L’enzima tandem è regolato dalla cascata del cAMP che a sua
volta è controllato da ormoni
6-Fosfofrutto-2-chinasi (EC 2.7.1.105)
Enzima defosforilato
ADP
ATP
cAMP
OPO3--
OPO3-O
H 2C
OH
H
OH
HO
H
H
CH2OH
Fosforilasi
Chinasi A
Inattiva
Fosforilasi
Chinasi A
Attiva
O
H2 C
OPO3--
H
OH
HO
H
H
CH2OH
Pi
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 42 -
21
Ciclo di Cori
HO
FEGATO
MUSCOLO
O
HO
PO 3-
O
HO
O
HO
Glucoso
2NADH + 4ATP
+ 2GTP
O
OH
2NAD+ + 4ADP
+ 4Pi
OH
HO
OH
2NADH + 4ATP
O
O
O
SANGUE
H 3C
O
2
Piruvato
H 3C
O
2NADH
O
2NADH
2NAD+
2NAD+
O
Lattato
HO
Glucoso
2
Piruvato
HO
OH
OH
HO
2NAD+ + 4ADP
+ 2GDP + 6Pi
OH
O
O
2
2
H3C
OH
2H+
2H+
H 3C
O
Lattato
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 43 -
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 44 -
22
Metabolismo del Glicogeno
Glicogenolisi e glicogenosintesi
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 46 -
23
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 47 -
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 48 -
24
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.
CH2OH
CH2OH
O
OH
O
OH
HO
n
OH
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
O
n
OH
6 CH2
CH2OH
O
1α
O
4
O
OH
OH
O
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
1µm
O
O
OH
CH2OH
O
1α
OH
O
CH2OH
HO
CH2OH
O
O
OH
OH
OH
OH
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 49 -
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.
CH2OH
CH2OH
O
OH
n
CH2OH
CH2OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
n
OH
O
CH2OH
O
1α
OH
O
6 CH2
O
OH
OH
OH
O
OH
O
O
OH
O
1α
OH
O
OH
HO
O
OH
HO
CH2OH
CH2OH
O
4
OH
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
O
OH
OH
O
O
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
OH
- 50 -
25
Glicogeno (Amido)
• La struttura dei granuli di glicogeno permette una rapida
mobilizzazione (scissione) delle catene polisaccaridiche poiché vi
sono molte estremità diverse attaccabili.
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
O
OH
HO
O
n
OH
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
n
O
4
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
O
O
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
CH2OH
O
1α
OH
O
OH
6 CH
2
CH2OH
O
HO
O
O
OH
CH2OH
1α
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 51 -
Catabolismo del glicogeno
• La catena lineare polisaccaridica viene scissa nei monomeri
(come glucoso-1-fosfato) ad opera dalla
glicogenofosforilasi (EC 2.4.1.1):
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
OH
OH
n
O
OH
O
OH
HO
HO
OPO3--
HO
O
P
OH
O
Fosforolisi
O
+
HO
O
P
OH
n
R
O
OH
OH
O
O
R'
R
O
OH
+
OH
R
CH2OH
O
O
OH
O
HO
CH2OH
CH2OH
Glicogeno fosforilasi
EC 2.4.1.1
O
P
R
O
O
O
+
R'
H
O
O
Idrolisi
R
R'
O
+
R
HO
H
H
O
+
H
R'
O
• Date le dimensioni del sito l’enzima riesce a tagliare il
legame 1α→4 fino a quattro residui dal legame 1α→6.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 52 -
26
Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 53 -
Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 54 -
27
Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1
Base di Shiff
O
O
Glicogeno(n)
P
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
O
Piridossalfosfato
NH+ CH
3
OH
n
OH
O
CH2OH
O
O
O
O
H
P
O
OH
O
R
Lisina
+
N
O
CH2OH
CH2OH
Lisina
Glicogeno(n-1)
OH
+
O
OH
O
R
OH
O
n
CH2OH
O
+
O
O
O
Piridossale
O
CH2OH
O
P
H
P
O
OH
OH
N
NH+ CH
3
OH
O
OH
O
OH
O
Glucoso-1-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
CH2OH
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 55 -
Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1
Base di Shiff
O
O
Glicogeno(n)
P
OH
P
O
O
OH
O
R
O
OH
O
OH
O
OH
OH
O
H
Piridossalfosfato
NH+ CH
3
OH
O
CH2OH
+
O
O
OH
n
Lisina
N
O
CH2OH
CH2OH
Lisina
Glicogeno(n-1)
OH
+
OH
O
R
OH
OH
O
OH
n
O
CH2OH
N
O
CH2OH
O
P
O
+
O
O
O
Piridossale
O
P
H
NH+ CH
3
OH
O
OH
O
OH
O
Glucoso-1-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
CH2OH
- 56 -
28
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
• Poiché 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. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 57 -
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Glicogeno
fosforilasi
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
OH
OH
HO
OH
OH
OH
O
OH
O
O
CH2OH
OH
O
OH
CH2OH
O
O
OH
O
OH
O
OH
CH2OH
OH
HO
1α
O
OH
6 CH
2
1α
O
OH
4
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
O
4
OH
O
OH
OH
OH
Terminale
non riducente
(legame glicosidico)
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 58 -
29
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
OH
P
O
O
O
CH2OH
Glicogeno
fosforilasi
CH2 OH
O
CH2OH
O
OH
HO
O
OH
O
O
O
OH
CH 2OH
OH
CH2OH
O
O
OH
OH
6 CH2
1α
OH
O
HO
4 OH
O
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
1α
OH
O
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
CH2 OH
O
OH
CH2OH
O
O
OH
OH
O
4
OH
CH2OH
O
O
OH
OH
OH
OH
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 59 -
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Ramificazione limite
CH2OH
CH2OH
O
Glicogeno
fosforilasi
CH2OH
O
OH
OH
O
OH
O
HO
OH
CH2OH
O
O
O
OH
O
OH
OH
O
O
OH
CH2OH
HO
1α
OH
O
OH
CH2OH
CH2 OH
O
OH
OH
6 CH2
1α
O
OH
CH2OH
O
4
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
O
4
OH
O
OH
OH
OH
PO3 --
HO
OH
Glucoso-1-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 60 -
30
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Ramificazione limite
CH2OH
Glicogeno
fosforilasi
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
OH
O
OH
O
HO
CH2OH
O
OH
O
OH
CH2OH
O
O
OH
OH
6 CH2
O
CH2OH
O
1α
OH
4
O
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
O
OH
CH2OH
HO
1α
OH
O
OH
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 61 -
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Enzima deramificante
Transferasi
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
OH
O
OH
O
HO
OH
O
OH
CH2OH
O
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
OH
O
OH
O
OH
CH2OH
O
HO
1α
O
OH
Sito di
glicosidazione
CH2OH
OH
6 CH2
1α
O
OH
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
4
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
O
4
OH
O
OH
OH
OH
- 62 -
31
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Enzima deramificante
CH2OH
O
OH
1α
O
HO
Transferasi
OH
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
O
OH
OH
O
O
O
OH
O
OH
OH
CH2OH
O
4
1α
O
OH
OH
6 CH
2
CH2OH
O
O
OH
HO
CH2OH
CH2OH
O
OH
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
Sito di
glicosidazione
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 63 -
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Enzima deramificante
Transferasi
CH2OH
Sito di
glicosidazione
O
H2O
1α
OH
O
HO
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
O
OH
OH
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
OH
O
HO
OH
O
O
O
OH
OH
OH
OH
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
6 CH2
1α
O
OH
4 OH
CH2OH
O
CH2OH
O
O
OH
OH
O
4
OH
O
OH
OH
OH
- 64 -
32
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Transferasi
Enzima deramificante
CH2OH
O
Glucoso
Sito di
glicosidazione
1α
OH
OH
HO
OH
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
O
OH
OH
1α
O
OH
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
OH
O
O
O
OH
OH
6 CH OH
2
CH2OH
O
O
OH
HO
CH2OH
CH2OH
O
4
CH2OH
O
O
OH
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
OH
O
OH
OH
OH
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 65 -
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
OH
P
O
O
Glicogeno
fosforilasi
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
O
OH
OH
OH
OH
OH
O
HO
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
O
O
O
OH
OH
OH
OH
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
6 CH OH
2
1α
O
OH
4
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
O
4
OH
O
OH
OH
OH
- 66 -
33
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Glicogeno
fosforilasi
CH2OH
CH2OH
O
OH
6 CH2OH
O
O
OH
OH
4
1α
OH
O
O
OH
O
OH
OH
O
CH2OH
O
O
OH
HO
CH2OH
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
O
OH
OH
O
4
OH
OH
OH
OH
CH2OH
O
HO
OH
OPO3-OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 67 -
Glucoso-1-fosfato
• Il prodotto della glicogenolisi
è principalmente glucoso-1fosfato il quale entra nella
glicolisi dopo essere stato
convertito in glucoso-6fosfato 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.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
Fosfoserina
O
O
O P
O
O
O
P
OH
CH2OH
O
Serina
O
CH2
O
O
OH
OH
O
O
OH
OH
P
O
O
OH
O
O
OH
P
O
O
Glucoso-1-fosfato
O
O
Glucoso-1,6-bifosfato
(non rilasciato)
O
P
O
CH2
Fosfoserina
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
O
O P
O
Glucoso-6-fosfato
O
O
OH
OH
OH
GLICOLISI
OH
- 68 -
34
Fosfoglucomutasi EC 5.4.2.2
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 69 -
Fosfoglucomutasi EC 5.4.2.2
Glucoso-1,6-bifosfato
Ser
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 70 -
35
Glicogenosintesi
• Il glucoso uridin-difosfato (UDPG) è il precursore per la sintesi di
glicogeno.
• Un residuo di glucoso è addizionato al glicogeno e viene rilasciato
un UDP.
• Gli zuccheri nucleotidi difosfati sono i precursori della sintesi di
carboidrati complessi, glicoproteine ecc.
• Viene sintetizzato da glucoso-1-fosfato e UTP ad opera della UDPGlucoso pirofosforilasi (EC 2.7.7.9).
O
O
O
O
P
P
O
O
O
O
P
O
N
HO
OH
O
+
NH
O
HO
O
O
O
P
HO
O
O
HO
O
O
OH
UDP-Glucoso pirofosforilasi
EC 2.7.7.9
O
O
O
P
P
O
O
O
+
O
O
O
O
HO
P
HO
O
HO
O
O
P
O
O
O
O
NH
OH
HO
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
N
OH
O
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 71 -
Amido
•
Per produrre l’amido viene sintetizzato amilosio attraverso la
formazione di ADP-glucoso
Viene sintetizzato da glucoso-1-fosfato e ATP ad opera della ADPGlucoso pirofosforilasi (EC 2.7.7.27 ) con meccanismo analogo al
glicogeno.
•
NH2
O
O
O
O
P
P
P
O
O
O
O
N
O
O
N
O
O
O
HO
N
+
N
O
HO
HO
P
HO
O
O
OH
ADP-Glucoso pirofosforilasi
EC 2.7.7.27
OH
NH2
O
O
O
P
P
O
O
O
O
O
+
O
O
HO
P
HO
O
HO
O
O
P
N
O
O
N
N
OH
HO
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
N
O
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
OH
- 72 -
36
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).
HO
O
HO
O
HO
O
O
P
P
O
O
R
HO
O
O
O
O
N
O
+
NH
OH
HO
OH
O
N
H
R
OH HO
O
O
O
P
P
O
O
HO
O
O
O
O
HO
N
OH
NH
+
O
HO
R
O
O
O
N
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
H
R
- 73 -
Glicogenosintesi
• Il processo viene ripetuto fino a che si forma una corta catena
di glucoso (fino a cinque residui).
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 74 -
37
Glicogenosintesi
• Il processo viene ripetuto fino a che si forma una corta catena di
glucoso (fino a cinque residui).
OH HO
HO
O
HO
O
P
HO
O
HO
O
O
P
O
O
O
O
O
HO
O
R
O
N
+
NH
OH
HO
OH
O
O
N
H
Glicogenina
EC 2.4.1.186
x4
R
HO
R
HO
O
O
P
O
+
O
O
P
O
O
O
O
HO
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
N
OH
NH
O
HO
O
H
N
O
HO
O
OH
HO
R
O
OH
4
O
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 75 -
Glicogenosintesi
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 76 -
38
Glicogenina EC 2.4.1.186
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 77 -
Glicogenina EC 2.4.1.186
UDP-glucoso
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
Tyr
- 78 -
39
Glicogenosintesi
• Successivamente interviene la Glicogeno sintasi (EC 2.4.1.11)
per l’allungamento della catena.
• È un complesso di una subunità catalitica e della proteina
H
O
glicogenina.
N
O
HO
O
P
HO
O
HO
O
P
O
O
O
O
O
O
N
NH
HO
OH
HO
OH
O
HO
O
O
O
P
P
O
O
OH
HO
OH
HO
O
O
O
HO
+
O
Glicogeno sintasi
EC 2.4.1.11
4
O
H
N
O
HO
N
OH
+
NH
O
HO
O
HO
HO
O
O
O
O
O
HO
OH
HO
HO
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
R
R
O
O
O
R
R
OH
HO
OH
4
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 79 -
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
6
CH2 OH
CH2 OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
OH
OH
OH
O
HO
OH
OH
O
1α
CH2 OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
OH
OH
4
OH
CH2 OH
O
O
OH
OH
O
O
OH
CH2 OH
1α
OH
O
O
O
OH
CH2 OH
O
OH
OH
OH
OH
Enzima ramificante
EC 2.4.1.18
CH2 OH
CH2 OH
O
CH2 OH
O
OH
OH
O
OH
O
HO
CH2 OH
O
OH
O
O
O
OH
OH
CH2OH
OH
O
O
OH
O
HO
OH
6 CH
2
CH2OH
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
1α
OH
4
1α
CH2OH
O
O
OH
OH
O
O
OH
CH2OH
O
OH
OH
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
O
OH
OH
OH
- 80 -
40
Enzima ramificante EC 2.4.1.18
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 81 -
Controllo
• Il metabolismo dei carboidrati ha ruoli
diversi nel muscolo e nel fegato.
– Nel muscolo: per generate ATP
– Nel 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 cAMP.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 82 -
41
Controllo del metabolismo del glicogeno
UDP-Glucoso
HO
O
HO
O
HO
O
O
P
P
O
O
UDP
O
O
O
O
O
O
N
O
HO
OH
n
OH
OH
OPO3-OH
N
NH
OH
O
OH
OH
O
HO
OH
(Glicogeno)n
O
CH2OH
O
OH
R
O
OH
CH2 OH
O
OH
HO
HO
O
O
O
+
CH2OH
O
OH
+
O
HO
CH2 OH
O
O
P
Glicogeno
sintasi
O
CH2OH
CH2OH
O
O
NH
OH
+
P
n
OH
Glucoso-1-fosfato
OH
+
(Glicogeno)n+1
Glicogeno
fosforilasi
R
O
O
HO
O
P
O
Pi
• Sia 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 UDP-Glucoso).
• Per prevenire questa eventualità la glicogeno sintasi e la
glicogeno fosforilasi sono regolate reciprocamente da effettori
allosterici e dalla fosforilazione.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 83 -
Regolazione allosterica
• La glicogeno fosforilasi nel muscolo è regolata da AMP, ATP
e glucoso-6-fosfato. (un isoenzima diverso nel fegato è meno
sensibile a questi controlli allosterici).
• AMP (presente quando l’ATP manca) attiva la fosforilasi
promuovendone la conformazione R.
• ATP e glucoso-6-fosfato, che spiazzano l’AMP dalla
fosforilasi, la inibiscono promuovendo la conformazione T.
• Quindi la rottura del glicogeno è inibita quando sono
presenti elevate concentrazioni di ATP 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. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 84 -
42
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 85 -
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
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
OH
OH
OH
CH2OH
O
O
O
Glicogeno
fosforilasi
OH
O
OH
OH
O
OH
O
OH
OH
CH2 OH
O
OH
O
OH
CH2OH
CH2
OH
Glucosio
HO
OH
CH2OH
HO
OH
O
O
OH
O
Glicogeno
O
OH
O
OH
CH2OH
CH2OH
O
OH
O
HO
O
OH
OH
OH
Esochinasi
Glicogeno
sintasi
CH2OPO3--
CH2OH
HO
CH2OH
O
O
O
OH
OH
HO
OPO3--
OH
OH
Glucosio-6-P
Glucosio-1-P
AMP
OH
OH
HO
Glucoso-6-fosfatasi
OH
OH
Glucosio
Extracellulare
ADP
GLICOLISI
ATP
O
O
O
CH3
Piruvato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 86 -
43
Regolazione ormonale
(covalente) FOSFORILAZIONE
• Gli ormoni Glucagone e Adrenalina attivano i recettori di
membrana accoppiati alla proteina G (GPCR) i quali
innescano la cascata del cAMP 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 del pancreas e attiva
la formazione di cAMP nel fegato.
• L’adrenalina attiva la formazione di cAMP nel muscolo.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 87 -
Regolazione ormonale
(covalente) FOSFORILAZIONE
• La cascata del cAMP porta alla fosforilazione di una Ser
nella glicogeno fosforilasi promuovendone la forma R
attiva.
• L’enzima fosforilato è meno sensibile agli inibitori
allosterici.
• Quindi, anche se ATP 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. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 88 -
44
Regolazione ormonale
(covalente) FOSFORILAZIONE
• La cascata del cAMP 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 cAMP inibisce la sintesi di
glicogeno.
• Invece di essere convertito in glicogeno il glucoso-1fosfato può esser defosforilato e rilasciato nel
sangue.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 89 -
GPCR
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 90 -
45
Cascata di segnali
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 91 -
Cascata di segnali
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 92 -
46
Cascata di segnali
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 93 -
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 cAMP indotta da glucagone e
adrenalina.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 94 -
47
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
• Nel 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 cAMP 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 ATP.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 95 -
Via dei pentosi fosfati
48
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 97 -
Via dei pentosi fosfati
• Altri nomi:
― Via del fosfogluconato
― Shunt 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 NADPH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 98 -
49
Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C)
O
O
O
P
O
O
O
O
O
OH
O
OH
α -D -G lu c o s o -6 -fo s fa to
O
O
O
HO
OH
G lu co so - 6 -fo sfa to
d e id ro g en a s i
HO
OH
(E C 1 .1 .1 .4 9 )
HO
G lu c o s o -6 -fo s fa to
is o m e ra s i
(E C 5 .3 .1 .9 )
P
O
NADP+
O
HO
HO
O
NADPH
P
O
HO
β -D -G lu c o s o -6 -fo s fa to
OH
6 -fo s fo -D - g lu co n o - 1 ,5 - la tto n e
6 -fo s fo g lu co n o la tto n a s i
(E C 3 .1 .1 .3 1 )
P
O
CO2
O
O
O
O
NAD PH NADP+
OH
OH
P
O
O
OH
O
O
OH
HO
HO
F o s fo g lu co n a to
d e id ro g en a s i
( E C 1 .1 .1 .4 4 )
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
O
6 - fo sfo -D -g lu c o n a to
D -rib u lo s o -5 - fo s fa to
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 99 -
Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C)
O
O
O
P
O
O
O
O
NADP+
O
HO
OH
HO
O
NADPH
P
O
O
OH
α -D -G lu c o s o -6 -fo s fa to
HO
G lu c o s o -6 -fo s fa to
is o m era s i
( E C 5 .3 .1 .9 )
HO
P
O
O
O
HO
OH
G lu c o s o -6 -fo s fa to
d eid ro g e n a s i
HO
OH
( E C 1 .1 .1 .4 9 )
β -D -G lu c o s o -6 -fo s fa to
O
O
OH
6 -fo s fo -D - g lu co n o - 1 ,5 - la tto n e
• 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.
• Si forma un legame estereo (lattone).
• Il NADP+ serve come accettore di elettroni, viene prodotto
NADPH.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 100 -
50
Glucoso-6-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.9)
•
1QY4
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 101 -
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49)
Ca++
G6P
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 102 -
51
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49)
Asp177
His
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B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 103 -
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49)
NADP+
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 104 -
52
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49)
G6P
Ca++
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Omologo del NADP+
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 105 -
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 NADP+.
• Il NADPH è utilizzato nelle vie biosintetiche e viene
convertito in NADP+
• Il NADP+ stimola la via dei pentosi fosfati che porta alla
formazione di NADPH.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 106 -
53
Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C)
O
• La 6-fosfogluconolattonasi catalizza
l’idrolisi del legame estereo con
apertura dell’anello. Il prodotto è 6fosfogluconato.
• 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.
P
O
O
O
O
O
HO
OH
HO
6 - fos fo - D -g lu con o- 1 ,5 - la tto n e
6 -fo sfo g lu co n o la tto n a si
( EC 3 .1 .1 .3 1 )
O
OH
P
O
O
OH
O
OH
HO
O
O
6 -fo sfo -D - g lu co n a to
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 107 -
6-fosfogluconolattonasi (EC 3.1.1.31)
Citrato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 108 -
54
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.
• Si forma il chetone a 5-C ribuloso-5-fosfato.
• Il gruppo OH al C3 (C2 del prodotto) è ossidato a
chetone.
• Ciò promuove la perdita del carbossile dal C1 come CO2.
• Il NADP+ serve da ossidante.
O
P
O
CO 2
O
O
O
NADPH NADP+
OH
O
O
OH
P
OH
O
O
OH
HO
HO
OH
D-ribuloso-5-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
Fosfogluconato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.44)
O
O
6-fosfo-D-gluconato
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 109 -
Fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44)
6-fosfogluconato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 110 -
55
Fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44)
Omologo
del NAD+
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 111 -
Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C)
O
O
O
P
O
P
O
O
O
O
O
O
HO
OH
HO
NADPH
NADP+
OH
HO
G lu c oso -6 -fosfa to
iso m e ra s i
(E C 5 .3 .1 .9 )
α-D -G lu co so -6 -fo sfa to
HO
O
P
O
O
O
O
O
HO
OH
G lu c oso -6 -fosfa to
d e id ro g e n a si
HO
OH
(E C 1 .1 .1 .4 9 )
β -D -G lu c os o-6 -fosfa to
OH
6 -fosfo -D -g lu c on o -1 ,5 -la tton e
137.204.52.254
6 -fos fo g lu c on o la tton a si
(E C 3 .1 .1 .3 1 )
N AD PH
NADP+
O
O
O
O
P
CO2
O
OH
O
O
P
OH
OH
O
O
OH
HO
HO
OH
F os fo g lu c on a to
d e id rog e n a si
(E C 1 .1 .1 .4 4 )
D -rib u lo so-5 -fos fa to
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
O
O
6 -fos fo -D -g lu con a to
- 112 -
56
NADP+ e NADPH
NH2
• La riduzione del NADP+ (così
come del NAD+) coinvolge il
trasferimento di 2 e− e 1 H+ alla
porzione nicotinamidica della
molecola (come H-).
• Il NADPH, prodotto dalla via dei
pentosi fosfati è la molecola
riducente nelle vie sintetiche
(anaboliche) della cellula.
• Il NAD+ serve come accettore di
elettroni nelle vie cataboliche
(demolizione) dove i metaboliti
sono ossidati.
• Il NADH che si forma è
riossidato nella catena
respiratoria per la produzione di
ATP.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
H
NH2
O
+
N
N
N
O
O
P
O
O
P
O
O
O
O
OH
HO
N
N
O
HO
O
2e- + H+
P
O
O
H
H
NH2
NH2
O
O
N
O
O
P
O
O
P
O
N
N
O
O
O
OH
HO
N
N
HO
O
O
P
O
O
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 113 -
NADP+ e NAD+
NH2
H
O
NH2
+
N
O
O
O
P
O
HO
O
O
P
NH2
N
N
H
N
N
+
N
O
P
O
HO
NADP+
O
O
O
OH
O
O
P
HO
O
N
N
NH2
O
O
O
O
O
P
N
N
O
O
O
OH
HO
OH
NAD+
O
• NAD+ e NADP+ differiscono solo per la presenza del fosfato legato al
riboso nel NADP+.
• Per 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. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 114 -
57
Il resto della via
• converte
― ribuloso-5-fosfato a riboso-5-fosfato (5C) e xiluloso5-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. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
O
P
O
O
- 115 -
P
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
O
D-riboso-5-fosfato
O
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
OH
OH
HO
O
O
P
HO
O
O
HO
O
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
+
OH
HO
OH
O
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
P
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
O
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
O
H
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
OH
O
O
P
O
O
+
OH
O
D-gliceraldeide3-fosfato
O
O
O
O
OH
O
P
O
OH
OH
O
D-fruttoso-6-fosfato
HO
OH
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 116 -
58
O
O
P
O
O
5C
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
P
D-riboso-5-fosfato
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
5C
OH
OH
HO
HO
O
O
P
O
O
O
5C
HO
O
O
OH
OH
OH
OH
GLICOLISI - GLUCONEOGENSI
O
O
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
+
HO
3C + 7C
H
OH
OH
O
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
P
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
O
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
O
3C
H
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
4C ++
OH
OH
O
O
OH
P
O
O
O
O
D-gliceraldeide3-fosfato
O
O
P
O
O
OH
6C
HO
OH
D-fruttoso-6-fosfato
OH
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
GLICOLISI - GLUCONEOGENSI
O
O
Sintesi di NUCLEOTIDI FOSFATI
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
- 117 -
Epimerasi (EC 5.1.3.1 )
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
P
O
O
D-ribuloso-5-fosfato
O
O
P
O
Ribuloso-fosfato
O
Riboso-5-fosfato
3-epimerasi
isomerasi
(EC 5.1.3.1)
(EC 5.3.1.6)
OH
OH
HO
HO
O
O
O
P
O
O
OH
D-riboso-5-fosfato
O
OH
O
HO
OH
OH
Struttura ad “α−β barrel”
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 118 -
59
Isomerasi (EC 5.3.1.6)
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
P
O
O
D-ribuloso-5-fosfato
O
O
P
O
Ribuloso-fosfato
O
Riboso-5-fosfato
3-epimerasi
isomerasi
(EC 5.1.3.1)
(EC 5.3.1.6)
OH
OH
HO
HO
D-riboso-5-fosfato
O
O
P
O
O
OH
HO
O
O
OH
O
OH
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 119 -
Isomerasi (EC 5.3.1.6)
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
O
P
O
O
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
P
O
D-riboso-5-fosfato
O
HO
O
O
OH
OH
P
HO
O
O
HO
O
O
OH
O
OH
OH
OH
H+
O
O
P
O
O
O
H+
O
Intermedio enediolato
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
P
OH
HO
OH
HO
O
H
OH
H
OH
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
O
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
O
- 120 -
60
Transchetolasi (EC 2.2.1.1 )
D-xiluloso-5-fosfato
• 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-5fosfato (chetoso) sia al riboso5-fosfato che all’ eritroso-4fosfato (aldosi).
O
O
O
P
D-riboso-5-fosfato
O
O
O
OH
P
O
HO
OH
O
O
OH
HO
O
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
+
OH
HO
OH
O
O
OH
P
O
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 121 -
Transchetolasi (EC 2.2.1.1 )
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
P
O
D-riboso-5-fosfato
O
O
O
OH
P
O
HO
OH
O
O
OH
HO
O
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
+
OH
O
O
Ca++
OH
O
O
P
O
Eritroso-4-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
TPP
OH
OH
P
O
HO
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
- 122 -
61
Transchetolasi (EC 2.2.1.1 )
D-xiluloso-5-fosfato
D-eritroso-4-fosfato
O
P
O
O
O
H
O
OH
HO
OH
HO
O
O
O
O
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
HO
+
OH
OH
O
O
OH
P
O
Ca++
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
Eritroso-4-fosfato
TPP
O
P
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 123 -
Tiaminapirofosfato
H3C
• La transchetolasi utilizza come
gruppo prostetico il TPP
(tiaminapirofosfato) derivato
dalla vitamina B1.
O
+
S
N
H3C
• Il TPP si lega nel sito attivo
piegato a “V”.
O
P
N
O
O
OO
P
O
H
N
NH2
• Il protone tra gli atomi di azoto
e zolfo nell’anello tiazolico è
acido e dissocia.
TPP
• 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.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
Ca++
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
Eritroso-4-fosfato
- 124 -
62
Tiaminapirofosfato
H3C
• Il carbanione attacca il
carbonile del xiluloso-5-P
per formare un intermedio
di addizione.
• Il N+ nell’anello tiazolico
agisce come un accettore di
elettroni favorendo la
rottura del legame C-C.
O
O
+
S
C
N
P
O
O
N
H3C
OO
O
P
N
NH3 + HO
O
OH
C
H2
D-xiluloso-5-fosfato
HO
O
O
P
O
O
H3C
O
O
+
P
N
S
CH2OH
N
OO
O
P
O
O
HO
H3C
N
NH3+
OH
HO
Intermedio
O
O
O
P
O
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 125 -
Tiaminapirofosfato
H3C
• Si forma l’aldoso a tre
atomi di carbonio
gliceraldeide-3-P che viene
rilasciato, il frammento a 2C rimane legato al TPP.
• Il frammento 2-C condensa
con un aldoso (eritroso-4-P
o riboso-5-P) per formare
un chetoso-P.
– Il trasferimento del
frammento 2-C sul
riboso-5-P forma il
sedoeptuloso-7-fosfato.
O
+
O
P
N
S
N
OO
O
P
O
O
CH2OH
HO
H3C
N
NH3+
HO
OH
HO
D-riboso-5-fosfato
O
OH
O
O
P
O
HO
OH
O
OH
O
H
O
O
OH
O
O
O
O
O
HO
OH
P
O
P
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
OH
OH
O
O
P
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 126 -
63
Tiaminapirofosfato
H3C
• Si forma l’aldoso a tre
atomi di carbonio
gliceraldeide-3-P che viene
rilasciato, il frammento a 2C rimane legato al TPP.
• Il frammento 2-C condensa
con un aldoso (eritroso-4-P
o riboso-5-P) per formare
un chetoso-P.
– Il trasferimento del
frammento 2-C sul
eritroso-4-P forma il
fruttoso-6-7-fosfato.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
O
+
S
N
OO
O
P
N
P
O
O
CH2OH
HO
H3C
N
NH3+
OH
HO
O
H
D-eritroso-4-fosfato
OH
O
O
P
O
HO
HO
O
O
O
O
H
P
O
O
OH
O
OH
HO
O
O
OH
P
O
O
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
D-fruttoso-6-fosfato O
P
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
O
- 127 -
Transaldolasi (EC 2.2.1.2)
OH
O
• 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-7fosfato.
NH2
Lys
D-sedoeptuloso-7-fosfato
HO
OH
OH
OH
O
O
P
O
O
N
+
H
O
OH
OH
OH
HO
O
P
O
Intermedio
base di Shiff
O
OH
• Si forma la base di Shiff protonata.
D-eritroso-4-fosfato
• Si libera l’eritroso-4-fosfato. La
base di Shiff stabilizza il carbanione
in C3.
• La reazione prosegue con l’attacco
del carbanione al carbonile della
gliceraldeide-3-fosfato per formare
fruttoso-6-fosfato.
O
OH
O
N
+
OH
H
H
HO
H
O
H
OH
HO
O
OH
HO
OH
O
O
P
O
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
O
O
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
O
+H
C
OH
O
P
O
P
O
D-fruttoso-6-fosfato
- 128 -
64
Transaldolasi (EC 2.2.1.2)
• La transaldolasi ha
una struttura α,β
barrel.
Lys
Lys
base di Shiff
ridotta
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 129 -
Transaldolasi (EC 2.2.1.2)
• La transaldolasi ha
una struttura α,β
barrel.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 130 -
65
Bilancio
Nella via dei pentosi fosfati entrano tre pentosi (15
atomi di carbonio) che vengono convertiti in due
esosi ed un trioso.
C5 + C5
C3 + C7 (Transchetolasi)
C3 + C7
C6 + C4 (Transaldolasi)
C5 + C4
C6 + C3 (Transchetolasi)
____________________________
3 C5
2 C6 + C3
Il glucoso-6-fosfato può esser rigenerato sia da
gliceraldeide-3-fosfato che dal fruttoso-6-fosfato
attraverso la Gluconeogenesi.
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
D-ribuloso-5-fosfato
O
O
O
O
O
5C
D-riboso-5-fosfato
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
5C
HO
HO
P
O
OH
+
OH
OH
O
O
3C
OH
O
O
P
O
O
P
O
2
O
4C ++
OH
O
O
O
O
O
OH
P
O
O
6C
HO
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
O
O
D-gliceraldeide3-fosfato
OH
D-gliceraldeide-3-fosfato
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
H
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
P
O
1
OH
O
O
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
HO
OH
HO
3C + 7C
O
O
5C
OH
O
3
O
2
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
H
O
O
O
1
OH
GLICOLISI - GLUCONEOGENSI
O
O
OH
OH
O
P
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
3
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
OH
OH
D-fruttoso-6-fosfato
OH
GLICOLISI - GLUCONEOGENSI
D-xiluloso-5-fosfato
P
- 131 -
Sintesi di NUCLEOTIDI FOSFATI
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
- 132 -
66
Strategia
• A secondo dei bisogni della cellula
per riboso-5-fosfato, NADPH, e
ATP, la via dei Pentosi fosfati opera
in vari modi per massimizzare la
concentrazione dei diversi prodotti.
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
Sintesi di riboso-5-P e
NADPH
- 133 -
β-D-Glucoso-6-fosfato
α-D-Glucoso-6-fosfato
O
O
O
P
O
O
O
O
O
O
HO
OH
HO
HO
• Duplicazione
cellulare.
O
P
O
NADP+
OH
O
O
P
O
O
OH
HO
6-fosfo-D-gluconato
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
P
O
NADP+
O
O
O
OH
OH
HO
HO
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
O
O
P O
O O
OH
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
+
OH
HO
OH
O
– Viene anche prodotto
del NADPH.
HO
D-riboso-5-fosfato
OH
OH
H
O
CO2
NADPH
O
O
OH
OH
Fosfogluconato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.44)
O
O
6-fosfogluconolattonasi
(EC 3.1.1.31)
O
P
O
O
O
– Il ribuloso-5-fosfato
viene convertito in
riboso-5-fosfato,
necessario per la
sintesi di nucleotidi e
acidi nucleici.
O
O
HO
OH
Glucoso-6-fosfato
deidrogenasi
HO
OH
(EC 1.1.1.49)
HO
Glucoso-6-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.9)
OH
6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone
NADPH
P
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
P
O
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
O
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
O
H
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
OH
O
O
P
O
O
D-gliceraldeide3-fosfato
+
OH
O
O
O
O
OH
O
O
P
O
OH
OH
O
D-fruttoso-6-fosfato
HO
OH
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
- 134 -
67
Sintesi di NADPH
massimizzata
β-D-Glucoso-6-fosfato
a-D-Glucoso-6-fosfato
O
P
O O
O
O
OH
HO
O
P
O
O
O
HO
• Attività sintetica della
cellula.
P
O
O
6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone
NADPH
NADP+
O
O
Glucoso-6-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.9)
OH
HO
O
OH
OH
Fosfogluconato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.44)
O
O
P
O
6-fosfo-D-gluconato
O
2
O
OH
O
O
OH
P
HO
HO
O
NADP+
CO
NADPH
O
P
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
O
O
OH
HO
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
O
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
O
O
OH
HO
D-riboso-5-fosfato
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
OH
O
O
OH
OH
O
OH
6-fosfogluconolattonasi
(EC 3.1.1.31)
O
P
O
O
O
– Sia la gliceraldeide-3fosfato che il fruttoso6-fosfato possono
essere convertiti in
glucoso-6-fosfato per
massimizzare la sintesi
di NADPH.
O
HO
OH
Glucoso-6-fosfato
deidrogenasi
HO
(EC 1.1.1.49)
OH
HO
HO
+
OH
OH
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
P
O
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
O
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
O
H
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
OH
O
O P
O
O
D-gliceraldeide3-fosfato
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
O
OH
+
OH
O
O
O
P O
O
O
O
OH
OH
HO
OH
P
D-fruttoso-6-fosfato
O
O
D-eritroso-4-fosfato
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
Sintesi di NADPH e
ATP
- 135 -
β-D-Glucoso-6-fosfato
α-D-Glucoso-6-fosfato
O
O
O
P
O
O
O
O
O
O
HO
OH
HO
• Energia
O
P
O
NADP+
O
O
HO
OH
P
O
O
O
OH
Fosfogluconato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.44)
O
O
O
P
O
O
OH
HO
6-fosfo-D-gluconato
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
P
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
NADP+
CO
NADPH
O
2
O
P
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
O
O
O
OH
O
O
HO
OH
D-riboso-5-fosfato
OH
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
+
OH
HO
OH
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
P
O
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
GLICOLISI
O
O
HO
H
O
O
OH
OH
HO
O
OH
6-fosfogluconolattonasi
(EC 3.1.1.31)
O
– La gliceraldeide-3fosfato e il fruttoso-6fosfato possono
entrare nella glicolisi
per la produzione di
ATP.
– Viene anche prodotto
del NADPH.
O
HO
OH
Glucoso-6-fosfato
deidrogenasi
HO
OH
(EC 1.1.1.49)
HO
Glucoso-6-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.9)
OH
6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone
NADPH
P
O
O
P
O
O
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
O
H
ATP
v. 3.2 © gsartor 2001-2017
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
OH
O
O P
O
O
D-gliceraldeide3-fosfato
B09 - Metabolismo dei carboidrati - II
O
OH
+
OH
O
O
O
O
P O
O
O
HO
OH
OH
OH
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
D-fruttoso-6-fosfato
- 136 -
68
Crediti e autorizzazioni all’utilizzo
• Questo materiale è stato assemblato da informazioni raccolte dai seguenti testi di Biochimica:
– CHAMPE Pamela , HARVEY Richard , FERRIER Denise R. LE BASI DELLA BIOCHIMICA [ISBN 9788808-17030-9] – Zanichelli
– NELSON David L. , COX Michael M. I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER - Zanichelli
– GARRETT Reginald H., GRISHAM Charles M. BIOCHIMICA con aspetti molecolari della Biologia
cellulare - Zanichelli
– VOET Donald , VOET Judith G , PRATT Charlotte W FONDAMENTI DI BIOCHIMICA [ISBN 9788808-06879-8] - 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/
Protein Data Bank: http://www.rcsb.org/pdb/
Rensselaer Polytechnic Institute:
http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/MB1index.html
• Il materiale è stato inoltre rivisto e corretto dalla Prof. Giancarla Orlandini dell’Università di Parma alla
quale va il mio sentito ringraziamento.
Questo ed altro materiale può essere reperito a partire da: http://www. gsartor.org/pro
• 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 Prof. Giorgio Sartor
Università di Bologna
Giorgio Sartor
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Personale: [email protected]
Aggiornato il 21/03/2017 09:01:03
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