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Metabolismo dei composti del carbonio

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Prof. Giorgio Sartor
Metabolismo dei
composti del carbonio
Parte 1
Degradazione ossidativa
Copyright © 2001-2017 by Giorgio Sartor.
B00-1 - Versione 1.1.1 – Apr-17
All rights reserved.
Metabolismo
È il processo che permette di ricavare
energia da legami chimici (sottoforma di nucleotidi
trifosfati, equivalenti riducenti, ecc.) e di utilizzarla (per
produrre legami chimici, energia, calore, ecc.)
Tutta la chimica dei viventi!
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
2
1
Metabolismo
• È la somma delle reazioni
ENZIMATICHE che
avvengono in una cellula,
permette di:
– Estrarre energia dai composti
organici o dalla luce solare,
– Convertire i nutrienti in unità
costitutive di macromolecole,
– Legare insieme le unità
costitutive per formare
macromolecole
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CATABOLISMO
ANABOLISMO
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
3
Metabolismo
Nutrienti
Macromolecole
Carboidrati
Grassi
Proteine
Carboidrati
Grassi
Proteine
ADP
NAD+
NADP+
ANABOLISMO
CATABOLISMO
(sintesi)
(demolizione)
ATP
NADH
NADPH
Calore
Prodotti Intermedi
Luce
Prodotti finali semplici
monosaccaridi, aminoacidi,
composti carbonilici,
amine, nucleotidi…
CO2, H2O, NH3
FOTOSINTESI
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Metabolismo dei composti del carbonio - 1
4
2
Fonti di carbonio ed energia
Fonte di
carbonio
Fonte di
energia
Donatore di
elettroni
CO2
Luce
H2O, H2S, S, altri
inorganici
(rodobatteri non sulfurei)
Composti
organici
Luce
Composti
organici
Chemioautotrofi (H2,
Fe, S, batteri nitrificanti)
CO2
Reazioni
redox
H2, H2S, NH4+, NO2-,
Fe++, Mn++
Composti
organici
Reazioni
redox
H2O, composti
Organismo
Fotoautotrofi
(piante, alghe verdi,
cianobatteri fotosintetici)
Fotoeterotrofi
Chemioeterotrofi
(Animali, microrganismi,
tessuti di piante non
fotosintetici)
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organici
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
5
Fonti di carbonio ed energia
D-Glucoso
H
H
H
HO
O
OH
H OH
H
+
H
OH
H
O2
Luce
OH
FOTOTROFI
ETEROTROFI
CaCO3
H2O, CO2
Ca++
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Metabolismo dei composti del carbonio - 1
6
3
Metabolismo del carbonio
D-Glucoso
N.O. Carbonio < +4
H
N.O. Ossigeno = 0
H
H
HO
O
OH
H OH
H
+
H
OH
H
O2
Luce
OH
E
ION
IDAZ
OSS
Cellule
Cellule
fotosintetiche
H2O, CO2
N.O. Ossigeno = -2
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N.O. Carbonio = +4
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
7
Ciclo biogeochimico del carbonio
Zuccheri
hν
Metabolismo degli
organismi fotosintetici e
autotrofi non fotosintetici
FOTOSINTESI
CO2
Macromolecole
Metabolismo
organismi eterotrofi
Metabolismo
organismi degradatori
(batteri e funghi)
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Macromolecole
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
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4
Ossigeno
Aerobi
Usano l’ossigeno come accettore finale degli
elettroni
Aerobi obbligati
Usano SOLO l’ossigeno come accettore finale
degli elettroni
Anaerobi facoltativi
Possono usare altri accettori di elettroni
Anaerobi obbligati
NON possono usare l’ossigeno come
accettore di elettroni
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Ciclo dell’azoto
• L’azoto in natura si trova in forma ossidata
come come nitrato (NO3-) e come gas (N2),
• Per essere utilizzato deve essere convertito in
forma ridotta (NH4+)
• Ciò può avvenire in aerobiosi o anaerobiosi.
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5
Ciclo dell’azoto
AEROBIOSI
NO2-
NITRATAZIONE
(Batteri nitratatori)
NITRIFICAZIONE
(Batteri nitrificatori)
Assimilazione
del nitrato
NO3-
NH4+
NO2-
DENITRIFICAZIONE
(Batteri denitrificanti)
NO
Azoto
organico
FISSAZIONE DELL'AZOTO
(Batteri azotofissatori)
N2
N2O
Respirazione del nitrato
ANAEROBIOSI
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Metabolismo dell’azoto
Aminoacidi
Animali
superiori
Piante
superiori
Nitrati
Batteri fissatori
dell’azoto
NH3, Urea
Batteri
N2 atmosferico
Nitriti
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Batteri
nitrificanti
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ENZIMI
• Classificazione degli enzimi
– Singolo enzima
• Ureasi
– Complesso enzimatico
• Complesso piruvato deidrogenasi
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Classificazione gerarchica degli enzimi
• Ogni enzima viene classificato a secondo della reazione
che catalizza.
• Viene classificato con un numero:
•
•
•
•
•
ECX.Y.Z.T
X = classe
Y = sottoclasse
Z = sotto-sottoclasse
T = numero dell’enzima nella sotto-sottoclasse
–
–
–
http://www.genome.jp/dbget-bin/get_htext?ECtable+-f+T+w+A
http://www.kegg.jp/kegg-bin/get_htext#A4
http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/enzymes/
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7
Classificazione gerarchica degli enzimi
• Classi:
– 1. Ossidoreduttasi
• Catalizzano una reazione redox.
– 2. Transferasi
• Catalizzano il trasferimento di un gruppo da una molecola ad
un’altra:
X-Y + Z → X-Z + Y
le chinasi trasferiscono un gruppo fosfato.
– 3. Idrolasi
• Catalizzano la scissione idrolitica di legami C=O, C-N, C-C, P-O-P,…
– 4. Liasi
• Catalizzano scissioni di legami con meccanismi diversi dalle
Ossidoreduttasi e dalle Idrolasi.
– 5. Isomerasi
• Catalizzano modificazioni geometriche.
– 6. Ligasi (Sintetasi)
• Catalizzano l’unione di due molecole accoppiata al consumo di ATP o
di un altro nucleotide trifosfato.
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Classificazione gerarchica degli enzimi
• Per esempio:
Alcool + NAD+ → Aldeide o chetone + NADH
• Nome comune: alcool deidrogenasi
• Nome sistematico: alcool:NAD+ ossidoreduttasi
• EC1.1.1.1
Numero dell’enzima nella sotto-sottoclasse
La sotto-sottoclasse – con NAD+ o NADP+ come accettori
La sottoclasse – Agiscono sul gruppo di donatori CH-OH
La classe - Ossidoreduttasi
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Isoenzimi
• Questa classificazione NON riguarda gli enzimi in quanto
proteine ma in quanto CATALIZZATORI
• La classificazione riguarda quindi gli enziomi che catalizzano
una reazione.
• Proteine diverse (con diversa struttura primaria) che
catalizzano la stessa reazione, sono
ISOENZIMI
• Sono le forme multiple dovute a differenze, determinate
geneticamente, di struttura primaria
• Sono anche isoenzimi quelle proteine che svolgono la stessa
funzione ma sono geneticamente indipendenti, per esempio:
• EC1.1.1.37 malato deidrogenasi
– Citosolica (codificata dal DNA nucleare)
– Mitocondriale (codificata dal DNA mitocondriale)
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Metabolismo dei composti del carbonio - 1
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Vie metaboliche
• Sono l’insieme di reazioni chimiche che
portano alla trasformazione di un
substrato in un prodotto passando
attraverso composti intermedi.
– Vie cataboliche:
• Vie di degradazione di un composto
• Producono energia chimica (ATP e NADH) e
intermedi
– Vie anaboliche:
• Vie di sintesi di composti
• Utilizzano energia chimica (ATP e NADPH) e
intermedi.
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PROTEINE
POLISACCARIDI
ADP + Pi
ADP + Pi
LIPIDI
ATP
ATP
Aminoacidi
I
FASE IDROLITICA
ADP + Pi
ATP
Esosi; Pentosi
Ac. Grassi; Glicerolo
ADP + Pi
GLICOLISI
GLUCONEOGENESI
ADP + Pi
ADP + Pi
ATP
α-chetoacidi
ADP + Pi
ATP
ATP
ATP
Piruvato
II
FASE OSSIDATIVA
AcetilCoA
Ciclo degli Acidi
Tricarbossilici
III
O2
ADP + Pi
Fosforilazione
ossidativa
ATP
NH3
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H2O
CO2
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Vie metaboliche ed intermedi
• Le vie metaboliche producono intermedi;
• Il destino dei composti intermedi può essere
vario ;
• Ogni punto di biforcazione di una via
metabolica permette una regolazione ;
• Le vie metaboliche più importanti sono comuni
a tutti gli organismi ;
• Organismi diversi in ambienti diversi sono
caratterizzati da vie metaboliche alternative ;
• Gli organismi vengono caratterizzati in
funzione del modo con cui utilizzano carbonio,
ossigeno ed energia.
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Regolazione delle vie metaboliche
• La velocità di una via metabolica
– può essere regolata sia dalla disponibilità del
substrato (Km) che dalla disponibilità
dell’enzima (Vmax).
– È controllata dal passaggio più lento nella
via metabolica
• Termodinamicamente molto favorito
• Catalizzato da un enzima estremamente regolato
• Spesso in una biforcazione della via metabolica
• Le vie cataboliche (demolizione) ed
anaboliche (sintesi) usano spesso gli
stessi enzimi, ma hanno almeno un
passaggio diverso.
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Metabolismo dei composti del carbonio - 1
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Regolazione delle vie metaboliche
Reazione limitata dalla
concentrazione di
substrato.
(all’equilibrio o vicina
all’equilibrio)
A
B B
BB B
B
B B
C
EE
E E
E
EE
E
E
E
E
E
D
Reazione limitata dalla
concentrazione di
enzima.
(lontana dall’equilibrio)
F
G
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Metabolismo dei composti del carbonio - 1
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15
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
O
OH
H
OH
H
OH
CH2OPO3--
CH2OH
Riboso-5-fosfato
D-Glucoso
2ADP + 2Pi
2NAD+
Ciclo dei
pentosi
Glicolisi
Fruttoso-1,6-difosfato
Gluconeogensi
H
H
2NADH
2ATP
3-fosfogliceraldeide
O
2 Piruvato
O
H3C
O
Ossidazione
aerobica NAD+
Piruvato
Fermentazione
lattica
(Anaerobiosi)
2NADH
ADP + Pi
Acetil-CoA
Fermentazione
alcolica
(Anaerobiosi)
Ciclo di
Krebs
H+
NADH
OH
O
H3C
2NAD+
2 Lattato
O
O2
Fosforilazione
ossidativa
2 CO2 + 2 etanolo
H+
ATP
NAD+
6 CO2 + 6H2O
Glicolisi
Via di Embden-Meyerhof (Warburg)
Metabolismo
del Glicogeno
Glicogeno
H
H
H
H
HO
O
OH
H OH
H
H
OH
H
O
H
HO
OH
H
H
H
OH
OH
OH
H
H
OH
H
OH
CH2OPO3--
Riboso-5-fosfato
2NAD+
Ciclo dei
pentosi
Glicolisi
Fruttoso-1,6-difosfato
Gluconeogensi
OH
H
CH2OH
D-Glucoso
2ADP + 2Pi
O
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+
O2
2 CO2 + 2 etanolo
Ossidazione
aerobica NAD+
ADP + Pi
Ciclo di
Krebs
H+
Fosforilazione
ossidativa
H+
ATP
NAD+
6 CO2 + 6H2O
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Metabolismo dei composti del carbonio - 1
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16
Glicolisi
• In tutte le cellule avviene la glicolisi
• Dieci reazioni, le stesse in tutte le cellule, ma con
diversa cinetica
• Tre fasi:
– La prima fase converte il glucosio in fruttosio1,6-difosfato,
– La seconda fase scinde il fruttosio-1,6-difosfato
in due triosi,
– La terza fase produce due molecole di piruvato.
• I prodotti sono: piruvato, ATP e NADH.
• Esistono tre diversi destini possibili del piruvato.
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Glicolisi
• Gli enzimi sono confinati nel citoplasma della cellula.
• Gli intermedi sono tutti fosforilati.
– Non passano attraverso le membrane.
– Vengono riconosciuti dagli enzimi.
– Sono convertiti in intermedi ad alto potenziale di
trasferimento del fosfato che sono in grado di fosforilare
l’ADP ad ATP.
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Potenziale di trasferimento
del fosfato (∆G°') kcal/mole
Intermedi fosforilati
16
Fosfoenolpiruvato
14
1,3-bifosfoglicerato
12
10
8
ATP
6
4
2
Glucoso-6-fosfato
0
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Fasi della glicolisi
1.
2.
3.
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Fosforilazione del substrato ed
attivazione,
Scissione dello zucchero a sei
atomi di carbonio,
Recupero dell’energia nella
fosforilazione dell’ADP.
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
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18
Fosforilazione
• La prima fase della glicolisi consiste
nella fosforilazione del glucoso per
arrivare a fruttoso-1,6-difosfato
attraverso il glucoso-6-fosfato che viene
isomerizzato a fruttoso-6-fosfato.
• Vengono consumate due molecole di
ATP per ottenere lo zucchero difosfato.
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Metabolismo dei composti del carbonio - 1
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CH2OH
O
OH
Glucoso
OH
ATP
OH
OH
O
PO3--
Mg++
Esochinasi
CH2
O
ADP
OH
Glucoso-6-fosfato
OH
OH
OH
O
PO3--
CH2
Fosfoglucoisomerasi
CH2OH
O
Fruttoso-6-fosfato
OH
ATP
OH
OH
PO3--
O
CH2
O
O
H2C
Fruttoso-1,6-bifosfato
Fosfofruttochinasi
PO3--
OH
ADP
OH
OH
Aldolasi
H2C
HO
O
PO3 --
PO3--
O
CH2
OH
O
1,3-bifosfoglicerato
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi
O
PO3-CH2
OH
Diidrossiacetonfosfato
H
O
NAD+ + Pi
3-fosfogliceraldeide
O
NADH
OPO3--
ADP
Fosfogliceratochinasi
Mg++
ATP
PO3--
Piruvato
chinasi
CH3
CH2
Mg++, K+
O
O
O
Piruvato
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OPO3--
Enolasi
ADP O
O
3-fosfoglicerato
O
Fosfoenolpiruvato
CH2
OH
O
OPO3 --
Mg++
ATP
O
Fosfogliceratomutasi
HO
CH2
O
O
2-fosfoglicerato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
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19
Fase 1
CH2OH
O
H
Formazione del fruttoso1,6-difosfato
Glucoso
OH
H
H
OH
H
H
OH
GLU
OH
ATP
Mg++
Esochinasi (EC 2.7.1.1)
ADP
• Gli enzimi coinvolti sono due chinasi
H
(la esochinasi e la fosfofruttochinasi)
Glucoso-6-fosfato
ed una isomerasi
OH
• Risultato netto:
CH2OPO3-O
H
H
OH
H
H
OH
G6P
OH
Fosfoglucoisomerasi (EC 5.3.1.9)
GLU + 2 ATP → FBP + 2 ADP
CH 2OPO3-O
Fruttoso-6-fosfato
H
H
OH
OH
H
CH 2OH
F6P
OH
ATP
Mg++
Fosfofruttochinasi (EC 2.7.1.11)
ADP
CH2OPO3-O
Fruttoso-1,6-bifosfato
H
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
H
OH
OH
H
CH2OPO3-FBP
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
39
Esochinasi
NH2
N
N
• Fosforilazione
del glucoso
• Consumo di
ATP
• Fosforilazione
spontanea a
causa
dell’idrolisi
dell’ATP
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Mg++
N
N
P
O
O
P
O
P
O
O
O
O
Glucoso
H
O
O
O
O
H
OH
OH OH
H
H
O
ATP
O
H
OH
H
H
OH
H
OH
Esochinasi (EC 2.7.1.1)
NH2
N
N
O
N
O
OH OH
O
O
N
O
O
O
P
P
O
P
O
O
ADP
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
H
H
O
H
O
OH
O
H
OH
H
H
OH
H
OH
Glucoso-6-fosfato
40
20
Esochinasi inattiva
•
Il legame del glucoso
induce un cambiamento
conformazionale
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Metabolismo dei composti del carbonio - 1
41
Esochinasi attiva
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
42
21
Esochinasi EC2.7.1.1
• La fosforilazione confina il glucoso nella cellula
• La Km per il glucosio è 0.1 mM; nella cellula il
glucosio è 4 mM
• La glucochinasi ha una Kmglucoso = 10 mM, si
attiva solo quando la cellula si arricchisce in
glucosio
• La esochinasi è regolata allostericamente,
viene inibita dal glucoso-6-fosfato ma non è il
principale sito di regolazione della glicolisi
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
43
Ruolo del Glucoso-6-fosfato
CH2OH
O
H
Glucoso
OH
Deposito di
energia nel muscolo e nel
fegato
H
H
OH
H
H
OH
GLU
OH
Glicogeno
ATP
Mg++
ADP
CH2OH
CH2OPO3-O
H
Via dei pentosi fosfati
OH
H
H
OH
H
H
OH
G6P
OH
OH
CH2OPO3-O
Fruttoso-6-fosfato
H
H
OH
H
H
OH
H
O
PO3--
Glucoso-1-fosfato
Glucoso-6-fosfato
Sintesi di NADPH e
di zuccheri a 3, 5, 6 e
7 atomi di carbonio
O
H
H
OH
OH
H
Glucuronato
CH2OH
Glucosamina-6-fosfato
Sintesi di
carboidrati
OH
F6P
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Metabolismo dei composti del carbonio - 1
44
22
CH2 OH
O
H
Glucoso
OH
H
H
OH
H
H
OH
GLU
OH
ATP
Esochinasi (EC 2.7.1.1)
Mg++
ADP
CH2OPO3-O
H
Glucoso-6-fosfato
OH
H
H
OH
H
H
OH
G6P
OH
Fosfoglucoisomerasi (EC 5.3.1.9)
CH2OPO3-O
Fruttoso-6-fosfato
H
H
CH2OH
OH
OH
F6P
OH
H
ATP
Fosfofruttochinasi (EC 2.7.1.11)
Mg++
ADP
CH2OPO3-O
Fruttoso-1,6-bifosfato
H
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
CH2OPO3--
H
OH
OH
H
F6P
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
45
CH 2OH
O
H
H
OH
Glucoso
OH
H
H
GLU
H
OH
OH
ATP
Mg++
Esochinasi (EC 2.7.1.1)
ADP
CH 2OPO3-O
H
Glucoso-6-fosfato
OH
H
H
OH
H
H
OH
G6P
OH
Fosfoglucoisomerasi (EC 5.3.1.9)
CH 2OPO3-O
Fruttoso-6-fosfato
H
H
OH
OH
CH 2OH
OH
F6P
H
ATP
Mg++
Fosfofruttochinasi (EC 2.7.1.11)
ADP
CH 2OPO3-O
Fruttoso-1,6-bifosfato
H
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
H
OH
OH
H
CH2OPO3-OH
FBP
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
46
23
Fosfofruttochinasi EC2.7.1.11
È la reazione che controlla la glicolisi
• È la seconda reazione di fosforilazione
• Valore di ∆G grande e negativo,
– La PFK è altamente regolata
• ATP inibisce, AMP elimina l’inibizione
• Il citrato è un inibitore allosterico
• Il fruttoso-2,6-bifosfato è un attivatore allosterico
– L’attività della PFK aumenta quando lo stato energetico
della cellula è basso.
– L’attività della PFK diminuisce quando lo stato energetico
della cellula è alto.
• Spinge la reazione verso la glicolisi e non verso il ciclo
dei pentosi
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
47
CH2OH
O
H
Glucoso
OH
Deposito di
energia nel muscolo e nel
fegato
H
H
OH
H
H
OH
GLU
OH
Glicogeno
ATP
Mg++
ADP
CH2OH
CH2OPO3-O
H
H
OH
Via dei pentosi fosfati
OH
H
H
G6P
H
OH
OH
OH
CH2OPO3 -O
Fruttoso-6-fosfato
H
H
OH
OH
H
Glucosamina-6-fosfato
PO3--
Sintesi di
carboidrati
F6P
ATP
Citrato
AMP
Fruttoso-2,6-bifosfato
CH2OPO3-O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
OH
OH
ADP
H
H
H
O
Glucuronato
Mg++
Fruttoso-1,6-bifosfato
H
CH2OH
ATP
Fosfofruttochinasi (EC 2.7.1.11)
H
OH
Glucoso-1-fosfato
Glucoso-6-fosfato
Sintesi di NADPH e
di zuccheri a 5, 6 e
7 atomi di carbonio
O
H
H
OH
OH
H
CH2OPO3-OH
FBP
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
48
24
Fosfofruttochinasi EC2.7.1.11
∆G°' = -14.2 kJ mol-1
∆Geritrociti = -18.8 kJ mol-1
O
O
P
O
O
H
H O
H
H
O
H
OH
H
OH
OH
+ ATP
Mg++
O
P
O
O
H
H
O
H
OH
H
O
OH
P O
O
+ ADP
OH H
OH H
Fruttoso-6-fosfato
F6P
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
H
H O
Fruttoso-1,6-bifosfato
FBP
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
49
Fosfofruttochinasi EC2.7.1.11
Dimero di un
tetramero
ADP
Mg++
FBP
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Mg++
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
ADP
50
25
Fosfofruttochinasi EC2.7.1.11
Dimero di un
tetramero
F6P
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
51
Regolazione PFK
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
52
26
Enzima tandem
•
•
•
La regolazione della PFK coinvolge
un’altra molecola fosforilata: il
fruttoso-2,6-bifosfato, che funziona
da attivatore allosterico della PFK.
O
O
O
O
O
H 2C H
OH O
H
La sintesi di questa molecola è
regolata da una proteina che, su
singolo polipetide, svolge due attività
enzimatiche diverse a secondo se è o
non è fosforilato: l’enzima tandem.
L’enzima tandem è finemente
regolato.
P
O
P
O O
CH2OH
HO
H
6-Fosfofrutto-2-chinasi (EC 2.7.1.105)
Enzima defosforilato
+
ATP
OPO3--
H
OH
+
OH
H
CH 2OH
HO
OPO3--
Fosforilasi Chinasi A
Attiva
O
H2 C
ADP
H
cAMP
+
Fosforilasi Chinasi A
Inattiva
Pi
O
H2C
OPO3--
H
OH
HO
H
H
CH2OH
Enzima fosforilato
Fruttoso-2,6-difosfatasi (EC 3.1.3.46)
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
53
Enzima tandem
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
54
27
Fase 2
Scissione del fruttoso1,6-difosfato
Fruttoso-1,6-bifosfato
F6P
• La scissione del
CH OPO -CH OPO -O
O
CH OPO -fruttoso-1,6-difosfato
HO
H
H
OH
attraverso l’aldolasi
H
OH
H
OH
H
OH
OH
H
porta alla formazione
CH OPO -di due triosi,
Aldolasi (EC 4.1.2.13)
diidrossiacetonfosfato
e 3-fosfogligeraldeide.
H
CH OPO -• I due triosi sono tra
O
O
loro in equilibrio
H
OH
HO
H
CH OPO -Trioso fosfato isomerasi
H
attraverso la trioso
(EC 5.3.1.1)
Diidrossiacetonfosfato
3-fosfogliceraldeide
fosfato isomerasi
DHAP
GAP
2
3
2
2
2
3
2
3
3
3
2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
3
55
Aldolasi: meccanismo generale
CH2OPO3--
O
H
HO
H
H
H
CH2OPO3 --
O
OH
H
HO
CH2OPO3--
OH
H
O
+
O
H
H
CH2OPO3--
R
OH-
H2O
H2O
R
O
CH2
H
R
O
O
CH2
OH
H
R'
R
O
CH2-
O
OH-
R
O
CH2
CH3
Prodotto II
R'
+
H
O
R'
Prodotto I
Enzima
Zn++
O
CH2OPO3--
Enzima
Zn++
O
CH2OPO3--
C
HO
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
H
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
HO
H
56
28
Aldolasi EC4.2.1.13
CH2OPO3--
O
H
HO
H
H
CH2OPO3--
O
+
O
H
OH
H
HO
CH2OPO3--
OH
H
O
H
H
CH2OPO3--
R
OH-
H2O
R
O
CH2
H
H
R'
R
O
CH2
OH
H2O
R
O
R
O
CH2-
O
OHO
CH2
CH3
Prodotto II
R'
+
H
O
R'
Prodotto I
Enzima
Zn++
O
CH2OPO3--
Enzima
Zn++
O
CH2OPO3--
C
HO
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
H
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
HO
H
57
Aldolasi EC4.2.1.13
FBP
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
58
29
Aldolasi EC4.2.1.13
Lys
Tyr
FBP
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
59
Trioso-fosfato isomerasi EC5.3.1.1
Converte DHAP in GAP
• Il meccanismo coinvolge la formazione di
enendiolo
• Il sito attivo contiene un Glu che agisce come
base
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
60
30
Trioso-fosfato isomerasi EC5.3.1.1
• Catalizza l’equilibrio:
∆ G ° ' = + 7 .5 6 k J m o l -1
H
C H 2 O P O3-O
HO
H
H
O
H
T rio s o fo sfa to is o m e ra s i
(E C 5 .3 .1 .1 )
D iid ro ssia ce to n fo s fa to
OH
C H 2 O P O3--
3 -fo s fo g lice r a ld e id e
DHAP
GAP
• L’equilibrio è spostato verso sinistra (≅96% DHAP, ≅ 4% GAP),
nel procedere della glicolisi viene consumata solo GAP e
l’equilibrio si sposta verso destra.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
61
Trioso-fosfato isomerasi EC5.3.1.1
O
O
H
Glu O
H
OH
Glu O
:B+
O
O
O
H
H
:B+
H
H
OH
O
PO3--
PO3--
Diidrossiacetonfosfato
DHAP
O
Glu O
H
O H
H
OH
:B+
3-fosfogliceraldeide
O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
GAP
PO3--
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
62
31
Trioso-fosfato isomerasi EC5.3.1.1
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
63
Trioso-fosfato isomerasi EC5.3.1.1
Glu
Omologo di DHAP
Lys
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
64
32
Trioso-fosfato isomerasi EC5.3.1.1
Glu
Omologo di DHAP
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
65
Fase 3
Recupero dell’energia
• La formazione di GAP permette il recupero
dell’energia attraverso il suo metabolismo con
formazione di una serie di intermedi
forsforilati:
–
–
–
–
–
1,3-bifosfoglicerato,
3-fosfoglicerato,
2-fosfoglicerato,
fosfoenolpiruvato ed infine
piruvato.
• Il destino del piruvato dipende dalla presenza
di ossigeno e può essere diverso in cellule
diverse (lievito, muscolo…)
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
66
33
Fase 3
Recupero dell’energia
• La 3-fosfogligeraldeide prodotta
viene ossidata e fosforilata 1,3bifosfoglicerato da una
deidrogenasi, con produzione di
NADH
• il 1,3-bifosfoglicerato viene
utilizzato per fosforilare l’ADP ad
opera di una fosfogliceratochinasi
e si forma 3-fosfoglicerato,
• che viene isomerizzato a 2fosfoglicerato ad opera di una
mutasi,
• il 2-fosfoglicerato perde una
molecola d’acqua ad opera di una
enolasi e si forma il
fosfoenolpiruvato che
• viene trasformato in piruvato ad
opera della piruvato chinasi con
formazione di ATP.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
H
O
3-fosfogliceraldeide
H
GAP
OH
CH2OPO3-NAD+
Gliceraldeide-3-fosfato
deidrogenasi
(EC 1.2.1.12)
1,3-bifosfoglicerato
--O3 P
1,3BPG
O
H
NADH
O
OH
CH2OPO3-ADP
Fosfoglicerato chinasi
(EC 2.7.2.3)
ATP
O
O
3-fosfoglicerato
H
3PG
OH
CH2OPO3--
Fosfoglicerato mutasi
(EC 5.4.2.1)
O
O
2-fosfoglicerato
H
2PG
Enolasi
(EC 4.2.1.11)
OPO3-CH2OH
Mg++
H2 O
Fosfoenolpiruvato
O
O
ADP
ATP
PEP
OPO3--
O
O
CH2
Piruvato chinasi
(EC 2.7.1.40)
O
OH
CH2
O
Piruvato
Enolpiruvato
H3 C
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
67
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi
EC1.2.1.12
GAP è ossidata a 1,3BPG
• L’energia ottenuta dalla
conversione di un’aldeide ad acido
carbossilico è usata per la
fosforilazione a 1,3BPG e per la
riduzione del NAD+ a NADH
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
68
34
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi
EC1.2.1.12
∆G°' = +6.3 kJ mol-1
H
come H
H
3-fosfogliceraldeide
GAP
H
Intermedio
tioacetalico
NAD+
S
O
R
O
H
2
OH
CH2OPO3--
B
3
+
NADH
NAD+
HPO4--
Complesso
S
NAD+
O
O Enzima-substrato
H
Intermedio
aciltioestere
R
S
R
H
B
NAD H
H
1
NADH
GAP
O
NAD+
O
NAD+
OH
CH2OPO3-S
1,3-bifosfoglicerato
1,3BPG
+
B
4
H+
--O3 P
H
O
NAD+
5
O
O
S
H
P
O
OH
R
B
PO3-O
O + H+
H
+
B
R
1,3BPG
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
69
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi
EC1.2.1.12
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
70
35
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi
EC1.2.1.12
NAD+
Cys
carbossimetilata
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
71
Fosfoglicerato chinasi EC2.7.2.3
1 ,3 -b ifo s fo g lic e ra to
-- O 3 P
1 ,3 B P G
O
H
NADH
O
OH
C H 2 O P O 3 -ADP
Fo s fo g lice ra to c h in a s i
(E C 2 .7 .2 .3 )
ATP
O
O
3 -fo s fo g lic e ra to
3PG
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
H
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
OH
C H 2 O P O 3 -72
36
Fosfoglicerato chinasi EC2.7.2.3
Il gruppo fosfato passa da C-3 a C-2
• Spostamento di fosfato per la
formazione di PEP
• Si forma un intermedio fosfoistidina
• È stato dimostrato che del 2,3BPG
è richiesto per la fosforilazione di
His.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
73
Fosfoglicerato chinasi EC2.7.2.3
O
O
3 -fo sfo g lice ra to
3PG
H
OH
C H 2 O P O 3--
F o sfo g lice ra to m u ta si
(E C 5 .4 .2 .1 )
O
∆ G ° ' = + 4 .4 k J m o l -1
O
2 -fo sfo g lice ra to
2PG
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
H
O P O 3-CH2OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
74
37
Fosfoglicerato mutasi EC5.4.2.1
O
+
O
B
H
P N
O
+
NH
N
O
O
O H H
O
O
H H
O
O
O
NH3+
NH
P
H O P
O O
O
:N
NH
H O P
O
NH3+
3-fosfoglicerato
O
+
O
:N
NH
O
B H
intermedio
2,3-bifosfoglicerato
3BPG
N
O
+
NH
P
2-fosfoglicerato
O
2BPG
O
H H
H OH O
O
NH3+
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
O
P
+
N
NH
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
75
3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
76
38
Fosfoglicerato mutasi EC5.4.2.1
His
His
Mn++
3PG
His
Mn++
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
77
Fosfoglicerato mutasi EC5.4.2.1
His
His
Mn++
3PG
His
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
78
39
Enolasi EC4.2.1.11
Da 2PG a PEP
• Il ∆G globale è 1.8 kJ/mol
• Il contenuto in energia di 2PG e PEP è
simile.
• L’enolasi riarrangia la molecola in modo
tale che possa fornire più energia
nell’idrolisi.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
79
Enolasi EC4.2.1.11
O
O
2-fosfoglicerato
2PG
H
OPO3-CH2OH
Mg++
∆G°' = +1.8 kJ mol-1
H2O
Fosfoenolpiruvato
O
O
PEP
OPO3-CH2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
80
40
Enolasi EC4.2.1.11
PEP
Mg++
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
81
Enolasi EC4.2.1.11
Glu
Mg++
PEP
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
82
41
Piruvato Chinasi EC2.7.1.40
Da PEP a piruvato viene prodotto ATP
• Valore di ∆G grande e negativo.
• Punto di regolazione
• Attivata allostericamente da AMP,
F1,6BP
• Inibita allostericamente da ATP e
acetil-CoA
• Tautomeria chetoenolica del
piruvato.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
83
Piruvato Chinasi EC2.7.1.40
∆G°' = -31.7
ADP
O
kJ mol-1
ATP
O
O
OPO3--
H2C
Piruvato chinasi
(EC 2.7.1.40)
H2 C
O
OH
O
O
H3 C
O
Forma chetonica
Forma enolica
Fosfoenolpiruvato
PEP
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Piruvato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
84
42
Piruvato Chinasi EC2.7.1.40
M+
NH2
Mg++
O
O
O
H
O
H
P
O
O
N
O
H
O
H
N
O
O
O
H
Mg++
N
N
P
O
O
O
HO
P
OH
O
B
.
M+
NH2
Mg++
O
O
O H
H
P
O
O
O
O
O H
O
O
HH
N
Mg++
O
N
N
N
P
O
O
O
P
HO
OH
O
B
.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
85
Piruvato Chinasi EC2.7.1.40
Mg++
+
Mg++
O
O
O P
O
O
Adenosina
P
P
O
O
O
H H
O
O
CH2
O
O
K
O
PEP
ADP
ATP
+
Mg++
O
O
O
CH2
H
Enolpiruvato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
O
O
O
CH3
Piruvato
86
43
Piruvato Chinasi EC2.7.1.40
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
87
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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
88
44
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
O
PO3--
CH2
O
H2C
O
Fruttoso-1,6-bifosfato
Fosfofruttochinasi
PO3--
OH
SITO DI
REGOLAZIONE
ADP
OH
OH
Aldolasi
H2C
HO
O
PO3--
PO3--
O
CH2
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
OPO3--
Enolasi
O
Piruvato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
ATP
ADP O
OPO3--
CH2
OH
O
O
3-fosfoglicerato
O
O
Fosfoenolpiruvato
O
Fosfogliceratomutasi
HO
CH 2
Mg++
O
Mg++
ATP
PO3--
Piruvato
chinasi
CH3
OPO3--
O
2-fosfoglicerato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
89
Ossigeno
Aerobiosi e
anaerobiosi
45
Destino del piruvato
• In assenza di ossigeno
– Riduzione a lattato
– Prima riduzione a lattato poi
decarbossilazione ad acetato
– Prima decarbossilazione ad
aldeide poi riduzione ad
etanolo
Ripristino di
NAD+ per
continuare
la glicolisi
• In presenza di ossigeno
– Decarbossilazione,
– Ciclo di Krebs,
– Respirazione cellulare
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
91
Destino del piruvato
• In assenza di ossigeno
– Nel muscolo
• Ridotto a Lattato
– Nel lievito
• Decarbossilato ad aldeide
ridotta quindi ad etanolo
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
Ripristino di
NAD+ per
continuare
la glicolisi
92
46
Schema generale del metabolismo dei glucidi
Metabolismo
del Glicogeno
Glicogeno
H
H
H
H
HO
O
OH
H OH
H
OH
H
H
H
OH
OH
H
OH
O
H
HO
H
OH
O
OH
H
OH
H
OH
CH2OPO3--
CH2OH
Riboso-5-fosfato
D-Glucoso
2ADP + 2Pi
2NAD+
Ciclo dei
pentosi
Glicolisi
Fruttoso-1,6-difosfato
Gluconeogensi
H
H
2NADH
2ATP
3-fosfogliceraldeide
O
2 Piruvato
O
H3C
O
2NADH
Ciclo di
Krebs
H+
NADH
O
O
ADP + Pi
Acetil-CoA
Fermentazione
alcolica
(Anaerobiosi)
OH
H3C
Ossidazione
aerobica NAD+
Piruvato
Fermentazione
lattica
(Anaerobiosi)
2 Lattato
2NAD+
Fosforilazione
ossidativa
O2
2 CO2 + 2 etanolo
H+
ATP
NAD+
6 CO2 + 6H2O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
93
Anaerobiosi
3-fosfogliceraldeide
Diidrossiacetonfosfato
H 2C
O
PO3--
PO3--
O
CH2
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi
OH
HO
O
H
O
Pi
1,3-bifosfoglicerato
PO3--
O
CH2
OH
Nel muscolo
NADH
NAD+
OPO3--
O
ADP
Lattato
Fosfogliceratochinasi
CH 3
OH
3-fosfoglicerato
PO3--
CH3
Piruvato
chinasi
O
Fosfogliceratomutasi
Fosfoenolpiruvato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
HO
O
ATP
ADP
CH2
Enolasi
OPO3--
O
O
O
2-fosfoglicerato
CH2
Mg++, K+
CH2
OH
Lattico
deidrogenasi
Piruvato
ATP
O
O
O
Mg++
O
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
OPO3--
Mg++
O
O
94
47
Lattico deidrogenasi EC1.1.1.27
R
N
H2N
O
H
His195
H
R
H3C
NADH
O
O
H
N
+
+
N
NH
H2N
O
H2N
NAD+
N Arg171
H
+
H
H3 C
H
O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
H
O
NH2+
OH
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
95
Lattico deidrogenasi EC1.1.1.27
Omologo del
piruvato
Arg 171
His 195
NAD+
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
96
48
Anaerobiosi
3-fosfogliceraldeide
Diidrossiacetonfosfato
H 2C
O
PO3--
PO3--
O
CH2
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi
OH
HO
O
O
H
Pi
1,3-bifosfoglicerato
PO3--
Etanolo
Nel lievito
O
CH2
CH3
OH
NAD+
C OH
H2
NADH
OPO3--
O
ADP
Alcol
deidrogenasi
Fosfogliceratochinasi
3-fosfoglicerato
CH 3
PO3--
Acetaldeide
H
Mg++
ATP
O
O
CH2
OH
O
Fosfogliceratomutasi
CO2
O
Piruvato
decarbossilasi
Piruvato
Piruvato
chinasi
CH 3
Fosfoenolpiruvato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
HO
OPO3--
O
ATP
ADP
CH2
Enolasi
O
O
2-fosfoglicerato
CH2
Mg++, K+
O
O
OPO3--
Mg++
O
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
97
Piruvato decarbossilasi EC4.1.1.1
• Catalizza la decarbossilazione del piruvato.
• Usa la tiamina pirofosfato come coenzima
NH2
N
H3C
+
N
N
CH3
H
O
S
O
ACIDO
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
P
O
O
P
O
O
ACIDO
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
98
49
Piruvato decarbossilasi EC4.1.1.1
Piruvato
O
CH3
CH3
+ H
H
O
N
R
+
CH3
+
H
C
H
O
R
O
O
Acetaldeide
S
S
R'
+
H
+
R
N
+
N
δ-
CH3
R'
TPP
O
R
O
CH3
N
+
CH3
HO
H
CH 3
S
H
N
R'
CO2
+
R
R
HO
S
CH3
R'
CH3
+
HO
N
CH3
C
H 3C
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
S
R'
H 3C
S
R'
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
99
Piruvato decarbossilasi EC4.1.1.1
Mg++
TPP
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
100
50
Piruvato decarbossilasi EC4.1.1.1
• Catalizza la reazione di ossidoriduzione:
H
H
+
H3C
NADH
H3C
O
Acetaldeide
R
H
+
OH
NAD+
Alcol etilico
N
H2N
+
O
H
H
H
H
H3C
O
S
O
H
Zn++
S
H
H3C
H
NAD+
N
NH
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
101
Piruvato decarbossilasi EC4.1.1.1
NAD+
Zn++
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
102
51
Alcool deidrogenasi EC1.1.1.1
NAD+
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
103
Alcool deidrogenasi EC1.1.1.1
NAD+
NAD+
Cys
Cys
His
His
Trifluoroetanolo Zn++
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Trifluoroetanolo Zn++
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
104
52
Alcool deidrogenasi EC1.1.1.1
Omologo di NAD+
NAD+
Cys
Cys
His
Trifluoroetanolo
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Zn++
Etanolo
Zn++
His
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
105
Energetica della Glicolisi
• I valori di ∆G°’ sono variabili
(positivi e negativi)
− ∆G nelle cellule ha valori vicini a zero
− Solo tre reazioni su dieci hanno valori
di ∆G negativo e grande.
• Le reazioni i cui valori di ∆G sono
grandi e negativi sono punti di
regolazione.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
106
53
Energia
-30
Piruvato Chinasi
Enolasi
-20
PGA Mutasi
-10
GAP-deidrogenasi
Fosfoglucosoisomerasi
Aldolasi
0
Trioso-fosfato isomerasi
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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
107
Energia
30
Energia Libera (kJ mole-1)
20
10
Stato Standard (∆G°’)
In eritrociti (∆G)
0
-10
-20
-30
-40
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Passi della Glicolisi
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
108
54
Energia dalla glicolisi
∆G = -43.4 kJ mol-1
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O
∆G = -2850 kJ mol-1
• La scissione di glucoso a piruvato
utilizza solo il 1.7% del contenuto
energetico del glucoso.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
109
Organizzazione
• Gli enzimi glicolitici possono formare
complessi multiezimatici;
• Nella purificazione di proteine da cellule le
interazioni non covalenti tra proteine viene
persa;
• È stato suggerito che gli enzimi glicolitici si
assemblino in un complesso multienzimatico
dove i substrati sono canalizzati da un
enzima all’altro senza passare in soluzione.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
110
55
Gluconeogenesi
• Sintesi di glucoso da piruvato
• La gluconeogenesi avviene principalmente nel fegato.
• La sintesi di glucoso da piruvato utilizza 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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
111
Bypass della piruvato chinasi
• La piruvato chinasi della glicolisi catalizza la reazione:
H 2C
O
O P O 3- -
O
F o s fo e n o lp iru v a to
M g++, K +
ADP
H 3C
O
O
O
ATP
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).
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
112
56
Bypass della piruvato chinasi
• Per bypassare la piruvato chinasi
occorrono due reazioni:
• Carbossilazione del piruvato,
catalizzata da piruvato
carbossilasi (EC6.4.1.1):
• Fosforilazione e
decarbossilazione (spontanea)
dell’ossalacetato a PEP
catalizzata dalla PEP
carbossichinasi (EC4.1.1.32):
HCO3-
ADP
ATP
O
O
O
O
O
O
H3C
O
Piruvato
O
Ossalacetato
CO2
O
GDP
O
GTP
O
O
OPO3--
O
O
CH2
O
Fosfoenolpiruvato
Ossalacetato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
113
Piruvato carbossilasi EC6.4.1.1
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 Lisina
una estremità del
*
quale vi è il sito di carbossilazione.
O
O
S
N
CH3
H3 C
NH
HN
O
H
NH
*
Legame
ε-peptidico
Sito di
carbossilazione
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
114
57
Piruvato carbossilasi EC6.4.1.1
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
O
ADP
O
O
P
S
H3C
O
O
HN
O
NH
O
O
O
P
N
O
H
O
O
O
S Carbossibiotina
H3C
N
O
NH
CH3
N
H
O
O
N
O
H
N
H
O
O
N
H
N
H
S
CH3
H3 C
NH
N
O
O
O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
CH3
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
115
Piruvato carbossilasi EC6.4.1.1
• 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
O
N
H
N
CH3
H
S
CH3
H3C
O
O
NH
N
O
O
O
H3C
O
H3C
O
N
O
N
H
CH3
H
S
O
O
CH3
O
O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
H3C
HN
NH
O
116
58
Piruvato carbossilasi EC6.4.1.1
• Regola il destino del piruvato
Glucoso-6-P
Glucoso
Glicolisi
Piruvato
Aminoacidi
Gluconeogenesi
+
Acetil-CoA
Ossalacetato
Ciclo di Krebs
Citrato
Aminoacidi
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
117
Piruvato carbossilasi EC6.4.1.1
• 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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
118
59
Piruvato carbossichinasi
CO2
O
• EC4.1.1.39 (GTP)
• EC4.1.1.38 (PPi)
• EC4.1.1.49 (ATP)
nei batteri
O
O
O
O
O
H2C
O
OH
H2C
OPO3--
O
Enolpiruvato
Ossalacetato
Fosfoenolpiruvato
Mn++ Mg++
Mg++ Mn++
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
GDP
GTP
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
119
Bypass della piruvato chinasi
• Globalmente
HCO3ATP
O
O
ADP
O
O
OPO3-CH2
O
Piruvato
O
Fosfoenolpiruvato
Ossalacetato
HCO3O
O
O
O
H3C
GTP
CO2
GDP
O
O
ATP
CO2
ADP GTP
GDP
O
O
OPO3--
H3C
O
CH2
Piruvato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Fosfoenolpiruvato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
120
60
Gluconeogenesi
Ossalacetato
HCO3O
H3C
ADP
ATP
O
Piruvato
CO2
Fosfoenolpiruvato
O
O
PEP carbossichinasi
EC 4.1.1.39 (GTP)
EC 4.1.1.38 (PPi)
EC 4.1.1.49 (ATP)
O
O
O
O
2-fosfoglicerato
GDP
O
GTP
Piruvato
carbossilasi
EC 6.4.1.1
O
O
OPO3--
O
OPO3--
Enolasi
CH2
CH2OH
Fosfogliceratomutasi
O
O
3-fosfoglicerato
ADP
OH
Fosfogliceratochinasi
Diidrossiacetonfosfato
3-fosfogliceraldeide
O
O
HO
H2C
O
NAD+ + Pi
H
NADH
O
OPO3--
Trioso fosfato isomerasi
OH
PO3-PO3--
O
CH2
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi PO3--
O
Fruttoso-1,6-bifosfato
CH2
O
H2C
O
OH
O
CH2
1,3-bifosfoglicerato
Aldolasi
PO3--
CH2OPO3--
ATP
PO3--
OH
HO
OH
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
121
Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC3.1.3.11
• Catalizza la reazione inversa della fosfofruttochinasi:
Pi
PO3--
O
CH2
O
H2C
O
CH2OH H2C
O
OH
PO3--
OH
HO
PO3--
OH
OH
OH
Fruttoso-1,6-bifosfato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
Fruttoso-6-fosfato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
122
61
Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC3.1.3.11
Zn++ (Mg++)
F6P
Pi
F6P
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
123
Glucoso-6-fosfatasi EC3.1.3.9
• Catalizza la reazione inversa della esochinasi attraverso
una fosfoistidina.
R
R
O
H
N
HO
NH
H
N
N
O
O
+
OH
P
R
O
O
H
N
O
HO
OH
OH
O
+
N
R
HO
HO
N
NH
O
O
P
O
OH
HO
HO
OH
O
Extracellulare
• 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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
124
62
Glucoso-6-fosfatasi EC3.1.3.9
Pi
His
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
Glicolisi e Gluconeogenesi
CH2 OH
O
OH
ATP
OH
OH
O
PO3--
Mg++
Esochinasi
CH2
O
OH
PO3--
SITO DI
REGOLAZIONE
Piruvato
CH2
H 2C
O
SITO DI
REGOLAZIONE
PO3 --
PO3 --
O
CH2
OH
1,3-bifosfoglicerato
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi
O
PO3 -CH2
H
O
NAD+ + Pi
3-fosfogliceraldeide
O
OH
CH2OPO3--
ATP
NADH
O
PO3--
PO3--
Piruvato
chinasi
CH2
Enolasi
Fosfogliceratomutasi
HO
CH2
OPO3--
OPO3--
Mg++
O
CH2
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi PO 3--
O
CH2
H2C
O
CH2
1,3-bifosfoglicerato
PO3--
OH
Fruttoso-1,6-bifosfatasi
EC 3.1.3.11
OH
CH2OH H C
2
O
O
PO 3--
Pi
OH
OPO3 -OH
OH
Mg++
O
H2C
Fosfoglucoisomerasi
PO3--
O
Glucoso-6-fosfato
CH2
OH
OH
Pi
OH
OH
OH
O
O
OH
O
OH
ATP
O
OPO 3--
OH
Fruttoso-1,6-bifosfato
ADP
Fosfogliceratochinasi
Glucoso-6-fosfatasi
EC 3.1.3.9
O
CH2OH
O
3-fosfoglicerato
O
Fosfoenolpiruvato
O
Fruttoso-6-fosfato
O
NADH
SITO DI
REGOLAZIONE
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
NAD+ + Pi
Aldolasi
OH
ADP O
CH2OH
Fosfogliceratomutasi
H
PO 3--
PO 3--
O
ATP
H2C
ADP
Diidrossiacetonfosfato
O
OPO3--
CH2
O
PO3 --
HO
Piruvato
3-fosfogliceraldeide
O
ATP
Fosfofruttochinasi
Aldolasi
O
O
Enolasi
HO
O
OH
Mg++, K+
O
Diidrossiacetonfosfato
OH
O
O
PEP carbossichinasi
EC 4.1.1.39 (GTP)
EC 4.1.1.38 (PPi)
EC 4.1.1.49 (ATP)
O
OPO 3--
ADP
OH
CH3
O
Piruvato
carbossilasi
EC 6.4.1.1
2-fosfoglicerato
O
CH2 OH
O
Fruttoso-1,6-bifosfato
O
Fosfoenolpiruvato
O
GTP
O
OH
H 2C
CO 2
GDP
O
3-fosfoglicerato
OH
CH2
O
Fosfoglucoisomerasi
OH
PO3 --
O
ADP
ATP
Fosfogliceratochinasi
Fruttoso-6-fosfato
O
H3C
O
OH
OH
O
O
ADP
OH
Glucoso-6-fosfato
Ossalacetato
HCO3-
OH
Glucoso
125
O
O
2-fosfoglicerato
OH
Glucoso
OH
OH
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
126
63
Glicolisi e Gluconeogenesi
CH2 OH
O
OH
ATP
OH
OH
O
PO3--
Mg++
CH2
H3C
O
OH
O
O
O
Piruvato
ADP
CH2
O
H 2C
O
Fruttoso-1,6-bifosfato
PO3 --
O
PO3 --
OH
OPO3--
O
O
H2C
OPO 3--
CH2
O
H2C
Fruttoso-1,6-bifosfatasi
EC 3.1.3.11
PO3--
Pi
OH
Mg++
O
H2C
Fosfoglucoisomerasi
PO3--
O
Glucoso-6-fosfato
OH
CH2
Pi
OH
OH
OH
Glucoso-6-fosfatasi
EC 3.1.3.9
CH2OH
O
O
OH
CH2
1,3-bifosfoglicerato
OH
O
OH
Glucoso
O
O
O
Gliceraldeide3-fosfato PO -3
O
deidrogenasi
PO 3--
OH
3-fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato
NADH
OH
CH2OH
O
OH
OH
OPO3--
O
ADP O
O
CH2
Enolasi
Mg++
Piruvato
O
PO3-HO
CH2
ADP
Fosfogliceratomutasi
OH
CH2OPO 3--
OH
OPO3 --
ATP
CH2
O
Fruttoso-1,6-bifosfato
Fruttoso-6-fosfato
O
NADH
Fosfogliceratochinasi
ATP
PO3--
CH2
NAD+ + Pi
H
O
3-fosfogliceraldeide
O
O
OH
Diidrossiacetonfosfato
O
O
OH
Aldolasi
Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato
3-fosfato
deidrogenasi
O
CH2
O
H
PO3--
PO 3--
HO
Piruvato
chinasi
Mg++, K+
OPO3--
ATP
NAD+ + Pi
O
H2C
ADP
PO3 --
O
HO
Fosfofruttochinasi
Aldolasi
O
3-fosfogliceraldeide
O
ATP
OH
CH3
O
Diidrossiacetonfosfato
OH
PO3 --
O
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)
ADP
Fosfogliceratochinasi
OH
O
O
Piruvato
carbossilasi
EC 6.4.1.1 O
2-fosfoglicerato
O
O
OH
H 2C
Fosfoenolpiruvato
O
GTP
OH
CH2
CO 2
GDP
O
3-fosfoglicerato
OH
O
O
Fosfoglucoisomerasi
CH2 OH
O
Fruttoso-6-fosfato
PO3 --
ADP
ATP
OH
OH
PO3--
O
Esochinasi
OH
Glucoso-6-fosfato
Ossalacetato
HCO 3-
OH
Glucoso
OH
OH
OH
2-fosfoglicerato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
127
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
O
H
O
NAD+
O
NADH
PO3--
O
ATP
O
Fosfogliceratomutasi
HO
ADP O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
CH2
Gliceraldeide3-fosfato PO -3
O
deidrogenasi
O
O
2-fosfoglicerato
OPO 3-OH
CH2
H2C
PO3--
OH
H2C
CH2OH
O
OH
O
PO 3--
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
Mg++
Glucoso-6-fosfatasi
EC 3.1.3.9
CH2OH
O
O
3-fosfoglicerato
O
Fosfoenolpiruvato
O
CH2
OPO3--
Mg++
O
OH
OPO3 --
ATP
Enolasi
CH2
ADP
Fosfogliceratochinasi
CH2
O
Fruttoso-1,6-bifosfato
Fruttoso-6-fosfato
+ Pi
3-fosfogliceraldeide
Piruvato
PO3--
CH2
OH
OPO3--
NADH
1,3-bifosfoglicerato
Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato
3-fosfato
deidrogenasi
O
CH2
HO
O
O
OH
CH2OPO 3--
OH
ADP
Diidrossiacetonfosfato
O
O
ATP
NAD+ + Pi
H
PO 3--
Aldolasi
Aldolasi
CH3
3-fosfogliceraldeide
O
H2C
PO3--
PO3 --
O
OPO3--
HO
Fosfofruttochinasi
OH
Piruvato
chinasi
Mg++, K+
O
O
ATP
OH
PO3 --
O
OPO 3--
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
O
O
Piruvato
carbossilasi
EC 6.4.1.1 O
2-fosfoglicerato
O
O
OH
H 2C
Fosfoenolpiruvato
O
GTP
3-fosfoglicerato
OH
CH2
CO2
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
HCO3-
OH
Glucoso
OH
Glucoso
OH
OH
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
128
64
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 (da glucoso a piruvato):
C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP3- + 2HPO422C3H3O3- + 2NADH + 2H+ + 2ATP4• Gluconeogenesi (da piruvato a glucoso):
2C3H3O3- + 2HCO3- + 2NADH + 4ATP4- + 2GTP4- + 2H2O
C6H12O6 + 2CO2 + 2NAD+ + 4ADP3- + 2GDP3- + 6HPO42• Glicolisi + Gluconeogenesi:
2HCO3- + 2ATP4- + 2GTP4- + 2H2O
2H+ + 2CO2 + 2ADP3- + 2GDP3- + 4HPO42-
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
129
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
130
65
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
131
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
132
66
Controllo Globale
• Controllo globale:
– L’enzima tandem: che regola la
formazione e la degradazione del
regolatore allosterico fruttoso-2,6bifosfato.
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 .
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
133
Enzima tandem
•Omodimero
•Due domini catalitici:
Dominio di Fosforilazione
(regolatorio)
Fosfofruttochinasi (PFK2)
(EC2.7.1.105) che
catalizza:
Fruttoso-6-fosfato + ATP
fruttoso-2,6-bifosfato + ADP
Fruttoso-bifosfatasi
(FBPasi2) (EC3.1.3.46) che
catalizza:
Fruttoso-2,6-bifosfato + H2O
fruttoso-6-fosfato + Pi
F6P
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
134
67
Enzima tandem
• L’enzima tandem è regolato dalla cascata del cAMP che a sua volta
è controllato da ormoni
6 - Fo sfo fru tto- 2 - ch in asi (E C 2 .7 .1 .1 0 5 )
En z im a d e fosfo rila to
+
ATP
O P O 3 --
O P O 3- -
F osfo rila si C h in as i A
A ttiv a
O
H2C
ADP
OH
H
OH
HO
H
H
+
C H2O H
Pi
cA MP
+
O
H2C
F os fo rilasi C h in a si A
In a ttiv a
O P O 3- -
H
OH
HO
H
H
C H2O H
En z im a fo sforilato
F ru tto so- 2 ,6 -d ifo sfata si ( EC 3 .1 .3 .4 6 )
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
135
Metabolismo del Glicogeno
Glicogenolisi e
glicogenosintesi
68
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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
1µm
O
O
OH
CH2OH
O
1α
OH
O
CH2OH
HO
CH2OH
O
O
OH
OH
OH
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
137
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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
CH2OH
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
O
OH
OH
O
O
OH
CH2OH
O
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
O
OH
OH
OH
138
69
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
OH
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
CH2OH
O
1α
OH
O
OH
6 CH
2
CH2OH
O
HO
O
O
OH
CH2OH
1α
OH
O
OH
OH
OH
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
139
Catabolismo del glicogeno
• La catena lineare polisaccaridica viene scissa nei monomeri
(come glucoso-1-fosfato) ad opera dalla glicogenofosforilasi
(EC2.4.1.1):
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
OH
OH
n
O
OH
O
OH
HO
HO
OPO3--
HO
O
P
OH
O
R'
R
O
+
HO
O
P
OH
n
OH
R
O
OH
O
O
Fosforolisi
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
140
70
Glicogeno fosforilasi EC2.4.1.1
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
141
Glicogeno fosforilasi EC2.4.1.1
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
142
71
Glicogeno fosforilasi EC2.4.1.1
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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
CH2OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
143
Glicogeno fosforilasi EC2.4.1.1
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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
CH2OH
144
72
Enzima deramificante EC3.2.1.68
• 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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
145
Glicogeno fosforilasi EC2.4.1.1
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)
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
146
73
Glicogeno fosforilasi EC2.4.1.1
OH
P
O
O
O
CH2OH
Glicogeno
fosforilasi
CH2 OH
O
CH2OH
O
OH
HO
CH2 OH
O
OH
OH
O
OH
O
O
O
O
OH
CH 2OH
OH
CH2OH
O
O
OH
OH
OH
6 CH2
1α
O
HO
1α
OH
O
OH
4 OH
O
OH
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
O
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
147
Glicogeno fosforilasi EC2.4.1.1
Ramificazione limite
CH2OH
Glicogeno
fosforilasi
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
OH
O
OH
O
HO
OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
6 CH2
1α
O
OH
OH
O
O
OH
CH2OH
HO
1α
OH
O
OH
CH2OH
CH2 OH
O
OH
O
OH
CH2OH
O
4
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
O
4
OH
O
OH
OH
OH
PO3 --
HO
OH
Glucoso-1-fosfato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
148
74
Glicogeno fosforilasi EC2.4.1.1
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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
OH
CH2OH
HO
1α
OH
O
OH
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
149
Enzima deramificante EC3.2.1.68
Enzima deramificante
Transferasi
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
OH
O
OH
O
HO
OH
O
OH
CH2OH
O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
OH
O
OH
O
OH
CH2OH
O
HO
1α
O
OH
Sito di
glicosidazione
CH2OH
OH
6 CH2
1α
O
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
4
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
O
4
OH
O
OH
OH
OH
150
75
Enzima deramificante EC3.2.1.68
Enzima deramificante
CH2OH
O
OH
1α
O
HO
Transferasi
OH
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
O
OH
OH
OH
O
OH
OH
4
1α
O
O
O
O
OH
OH
6 CH
2
CH2OH
O
O
OH
HO
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
Sito di
glicosidazione
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
151
Enzima deramificante EC3.2.1.68
Transferasi
Enzima deramificante
CH2OH
O
H2O
1α
OH
O
HO
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
O
OH
OH
OH
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
OH
O
HO
OH
O
O
O
OH
OH
OH
OH
6 CH2
1α
O
4 OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
CH2OH
O
O
OH
OH
O
4
OH
Sito
di
glicosidazione
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
OH
152
76
Enzima deramificante EC3.2.1.68
Transferasi
Transferasi
Enzima deramificante
CH2OH
O
Glucoso
Sito di
glicosidazione
1α
OH
OH
HO
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
OH
OH
4
1α
O
OH
OH
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
OH
O
O
6 CH OH
2
CH2OH
O
OH
O
HO
CH2OH
OH
O
CH2OH
O
O
OH
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
OH
O
OH
OH
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
153
Glicogeno fosforilasi EC2.4.1.1
OH
P
O
O
CH 2 OH
CH2 OH
O
Glicogeno H O
fosforilasi
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
OH
OH
O
O
O
OH
O
OH
OH
OH
6 CH OH
2
CH 2 OH
O
O
OH
OH
CH 2 OH
CH 2 OH
O
OH
1α
O
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
4
CH 2 OH
O
CH 2 OH
O
OH
O
OH
OH
O
4
OH
O
OH
OH
OH
154
77
Glicogeno fosforilasi EC2.4.1.1
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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
155
Glucoso-1-fosfato
• Il prodotto della glicogenolisi è
principalmente glucoso-1fosfato il quale entra nella
glicolisi dopo essere stato
convertito in glucoso-6-fosfato
da una fosfoglucomutasi
(EC5.4.2.2) 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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Fosfoserina
O
O
O P
O
O
O
P
OH
CH2OH
O
Serina
O
CH2
O
O
OH
O
OH
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
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
O
O P
O
Glucoso-6-fosfato
O
O
OH
OH
OH
GLICOLISI
OH
156
78
Fosfoglucomutasi EC5.4.2.2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
157
Fosfoglucomutasi EC5.4.2.2
Glucoso-1,6-bifosfato
Ser
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
158
79
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 (EC2.7.7.9).
O
O
O
O
P
P
O
O
P
O
O
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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
N
OH
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
159
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 (EC2.7.7.27 ) 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
OH
P
HO
O
O
OH
ADP-Glucoso pirofosforilasi
EC 2.7.7.27
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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
N
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
OH
160
80
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
(EC2.4.1.186 ) (autoglicosilazione).
HO
O
HO
O
HO
O
O
P
P
O
O
R
HO
O
O
O
O
N
O
+
NH
OH
HO
O
OH
N
H
R
OH HO
O
O
O
P
P
O
O
HO
O
O
O
O
N
HO
OH
NH
O
HO
+
R
O
O
O
N
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H
R
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
161
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
N
O
HO
O
R
+
NH
O
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
HO
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
O
N
OH
NH
H
N
O
HO
O
OH
O
HO
O
HO
R
O
OH
4
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
162
81
Glicogenina EC2.4.1.186
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
163
Glicogenina EC2.4.1.186
UDP-glucoso
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
Tyr
164
82
Glicogenosintesi
• Successivamente interviene la Glicogeno sintasi (EC2.4.1.11) per
l’allungamento della catena.
• È un complesso di una subunità catalitica e della proteina glicogenina.
H
O
O
HO
O
P
HO
O
HO
R
P
O
O
O
O
O
O
N
NH
HO
OH
HO
O
HO
O
OH
O
O
P
P
O
O
OH
HO
OH
HO
O
O
O
HO
+
O
4
Glicogeno sintasi
EC 2.4.1.11
H
O
R
N
O
R
O
O
O
N
HO
R
N
O
OH
+
NH
O
HO
O
HO
HO
O
O
HO
OH
HO
HO
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
O
4
OH
HO
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
165
Glicogenosintesi
• La ramificazione 1α→6 viene catalizzata da un enzima
ramificante (EC2.4.1.18).
• Lo stesso enzima è responsabile della conversione di
amilosio in amilopectina e dell’ulteriore ramificazione
dell’amilopectina
6
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
OH
OH
OH
O
HO
OH
OH
O
1α
CH2OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
OH
OH
4
OH
CH2OH
O
O
OH
OH
O
O
OH
CH2OH
1α
OH
O
O
O
OH
CH2OH
O
OH
OH
OH
OH
Enzima ramificante
EC 2.4.1.18
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
OH
O
OH
O
HO
CH2OH
O
OH
O
O
O
OH
OH
CH2OH
OH
O
O
OH
O
HO
OH
6 CH
2
CH2OH
OH
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
1α
OH
4
1α
CH2OH
O
O
OH
OH
O
O
OH
CH2OH
O
OH
OH
O
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
OH
OH
166
83
Enzima ramificante EC2.4.1.18
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
167
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
168
84
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
169
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
170
85
Regolazione allosterica
• Il glucoso-6-fosfato può entrare nella glicolisi o (nel
fegato) essere defosforilato ad opera della glucoso-6fosfatasi e rilasciato nel sangue.
• In quasi tutti gli altri tessuti manca questo enzima.
Glicogeno
Glicogeno sintetasi
Esochinasi o
CH 2OH
CH2 OH
O
CH 2 OH
O
OH
OH
CH 2 OH
O
OH
O
OH
O
HO
O
O
OH
CH 2 OH
O
O
OH
CH 2 OH
CH2
O
OH
OH
OH
O
OH
OH
O
O
OH
CH 2OH
O
OH
O
OH
O
OH
CH2 OH
HO
CH 2OH
OH
O
OH
O
OH
HO
OH
OH
OH
OH
glucochinasi
Glucosio
Glucoso-6-fosfatasi
CH2OH
Glicogeno
fosforilasi
CH2OPO3--
O
CH2OH
O
OH
O
OH
HO
OPO3--
HO
HO
OH
OH
Glucosio-1-P
OH
OH
OH
+
HPO3--
OH
Glucosio-6-P
ADP
Glucosio
AMP
ATP
O
O
O
CH3
Extracellulare
GLICOLISI
Piruvato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
171
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
forsforilazione 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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
172
86
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
173
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-1-fosfato può esser defosforilato e
rilasciato nel sangue.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
174
87
Cascata di segnali
Ormone
(Adrenalina o glucagone)
Gα-GTP
Adenilato
ciclasi
(inattiva)
AMP
Adenilato ciclasi
(attiva)
ATP
Fosfodiesterasi
cAMP + PPi
Proteina
chinasi A
(inattiva)
Proteina
chinasi A
(attiva)
ADP Fosforilasi chinasi
Fosforilasi chinasi
(b-inattiva)
• Forma “a” attiva ed
indipendente da
effettori allosterici
• Forma “b” meno attiva
e dipendente da fattori
allosterici
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
(a-attiva)
ATP
Fosfatasi
Pi
Glucoso
P
ATP
P
ADP Glicogeno
Glicogeno
Fosforilasi
Fosforilasi
(b-allosterica) Fosfatasi (a-attiva)
Glicogeno
Pi
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
175
Cascata di segnali
Ormone
(Adrenalina o glucagone)
Gα-GTP
Adenilato
ciclasi
(inattiva)
AMP
Adenilato ciclasi
(attiva)
ATP
Fosfodiesterasi
cAMP + PPi
Proteina
chinasi A
(inattiva)
Proteina
chinasi A
(attiva)
P
ATP
Fosforilasi chinasi
(b-inattiva)
Glicogeno
Glucoso
ADP Fosforilasi chinasi
(a-attiva)
ATP
Fosfatasi
Pi
ADP
Glicogeno sintasi
(b-attiva)
P
Glicogeno sintasi
(a-inattiva)
Fosfatasi
Pi
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
176
88
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
177
Cascata di segnali
Insulina
Ormone
(Adrenalina o glucagone)
Sistema
Recettore,
Proteina G
(Gα-GTP)
AMP
Adenilato ciclasi
(attiva)
Fosfodiesterasi
Adenilato ciclasi
(inattiva)
ATP
+
cAMP + PPi
Proteina
chinasi A
(inattiva)
Proteina
chinasi A
(attiva)
ATP
Fosforilasi
chinasi
(b-inattiva)
+
P
ADP
Fosfatasi
Fosforilasi
chinasi
(a-attiva)
ATP
Pi
ADP
P
Glicogeno
Glicogeno
Fosforilasi
Fosforilasi
(b-allosterica) Fosfatasi (a-attiva)
Pi
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
178
89
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
179
Cascata di segnali
Ormone
(Adrenalina o glucagone)
Sistema
Recettore,
Proteina G
(Gα-GTP)
AMP
Adenilato ciclasi
(attiva)
Fosfodiesterasi
Adenilato ciclasi
(inattiva)
ATP
cAMP + PPi
Proteina
chinasi A
(inattiva)
Fosforilasi
chinasi
(b-inattiva)
Ca++
Proteina
chinasi A
(attiva)
ATP
Fosforilasi
chinasi
(parz. attiva)
Fosfatasi
Fosforilasi
chinasi
(a-attiva)
ATP
Pi
Ca++
P
ADP
Ca++
ADP
P
Glicogeno
Glicogeno
Fosforilasi
Fosforilasi
(b-allosterica) Fosfatasi (a-attiva)
Pi
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Metabolismo dei composti del carbonio - 1
180
90
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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
181
Da glucoso-6-fosfato (6C) a
ribuloso-5-fosfato (5C)
O
O
O
P
O
O
O
O
O
OH
OH
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 )
α -D -G lu c o s o -6 -fo s fa to
HO
P
O
NADP+
O
O
HO
HO
O
NADPH
P
O
O
O
O
HO
OH
G lu co so - 6 -fo sfa to
d e id ro g en a s i
HO
(E C 1 .1 .1 .4 9 )
OH
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
OH
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 )
D -rib u lo s o -5 - fo s fa to
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
O
O
6 - fo sfo -D -g lu c o n a to
182
91
Da glucoso-6-fosfato (6C) a
ribuloso-5-fosfato (5C)
O
O
O
P
O
O
P
O
O
O
NA D P+
O
HO
OH
HO
O
N AD PH
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 e ra s i
(E C 5 .3 .1 .9 )
HO
P
O
O
O
O
HO
OH
G lu c o s o -6 -fo s fa to
d e id ro g en 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
OH
6 -fo s fo -D -g lu c o 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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
183
Glucoso-6-fosfato isomerasi EC5.3.1.9
•
1QY4
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
184
92
Glucoso-6-fosfato isomerasi EC5.3.1.9
Ca++
G6P
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
185
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi EC1.1.1.49
Asp177
His
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
186
93
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi EC1.1.1.49
NADP+
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
187
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi EC1.1.1.49
G6P
Ca++
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Omologo del NADP+
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
188
94
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
189
Da glucoso-6-fosfato (6C)
a ribuloso-5-fosfato (5C)
• 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.
O
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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
190
95
6-fosfogluconolattonasi EC3.1.1.31
Citrato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
191
Da glucoso-6-fosfato (6C)
a ribuloso-5-fosfato (5C)
• La fosfogluconato deidrogenasi (EC1.1.1.44) 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
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Fosfogluconato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.44)
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
O
O
6-fosfo-D-gluconato
192
96
Fosfogluconato deidrogenasi EC1.1.1.44
6-fosfogluconato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
193
Fosfogluconato deidrogenasi EC1.1.1.44
Omologo
del NAD+
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
194
97
Da glucoso-6-fosfato (6C)
a ribuloso-5-fosfato (5C)
O
O
O
P
O
P
O
O
O
O
NADPH
NADP+
O
OH
OH
P
O
O
O
HO
HO
O
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
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 )
137.204.52.254
β -D -G lu c os o-6 -fosfa to
O
O
HO
O
HO
OH
HO
6 -fosfo -D -g lu c on o -1 ,5 -la tton e
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
O
O
CO2
O
OH
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 )
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
6 -fos fo -D -g lu con a to
D -rib u lo so-5 -fos fa to
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
195
NADP+ e NADPH
•
•
•
•
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.
NH2
O
H
NH2
+
N
N
N
O
O
O
P
O
O
O
P
O
O
OH
HO
N
N
O
O
HO
O
2e- + H+
P
O
O
H
H
NH2
NH2
O
N
O
O
P
O
HO
N
N
O
OH
O
O
P
N
N
O
O
O
HO
O
O
P
O
O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
196
98
NADP+ e NAD+
NH2
H
O
NH2
+
N
O
O
O
P
O
O
O
HO
P
NH2
N
N
H
N
N
+
N
O
P
O
HO
NADP+
O
O
O
OH
O
O
P
HO
N
N
NH2
O
O
O
O
O
P
O
O
OH
O
N
N
O
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
197
Il resto della via …
• … converte
―il ribuloso-5-fosfato a riboso-5-fosfato (5C)
e xiluloso-5-fosfato attraverso la catalisi
effettuata da epimerasi e isomerasi …
• … e quindi a
―gliceraldeide-3-fosfato (3C), sedoeptuloso7-fosfato (7C), eritroso-4-fosfato (4C) e
fruttoso-6-fosfato (6C) attraverso
transaldolasi e transchetolasi
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
198
99
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
O
P
O
O
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
OH
HO
O
O
OH
O
OH
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
HO
+
OH
OH
O
O
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
P
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
O
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
O
H
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
OH
O
+
OH
P
O
O
O
O
OH
O
O
P
D-fruttoso-6-fosfato
O
O
OH
HO
O
D-gliceraldeide3-fosfato
OH
OH
O
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
O
O
5C
P
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
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)
OH
O
O
P
O
O
4C ++
OH
O
OH
O
D-gliceraldeide3-fosfato
O
O
O
O
P
O
O
6C
HO
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
OH
OH
D-fruttoso-6-fosfato
OH
GLICOLISI - GLUCONEOGENSI
O
P
199
Sintesi di NUCLEOTIDI FOSFATI
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
200
100
Epimerasi (EC5.1.3.1 )
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
D-riboso-5-fosfato
O
O
P
O
O
OH
HO
O
O
OH
O
OH
OH
Struttura ad “α−β barrel”
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
201
Isomerasi (EC5.3.1.6)
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
P
O
O
OH
HO
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
HO
O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
P
O
O
OH
D-riboso-5-fosfato
O
OH
O
HO
OH
OH
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
202
101
Isomerasi (EC5.3.1.6)
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
P
O
H+
O
Intermedio enediolato
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
O
OH
OH
HO
HO
O
OH
H
H
O
OH
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
203
Transchetolasi EC2.2.1.1
• 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-5-fosfato
(chetoso) sia al riboso-5fosfato che all’ eritroso-4fosfato (aldosi).
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
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
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
OH
OH
P
O
HO
O
P
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
204
102
Transchetolasi EC2.2.1.1
D-xiluloso-5-fosfato
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
O
O
Ca++
OH
P
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
TPP
P
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
Eritroso-4-fosfato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
205
Transchetolasi EC2.2.1.1
D-xiluloso-5-fosfato
D-eritroso-4-fosfato
O
O
P
O
O
H
O
OH
HO
OH
HO
O
O
O
O
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
+
OH
O
O
HO
OH
OH
P
O
Ca++
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
TPP
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Eritroso-4-fosfato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
O
P
OH
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
206
103
Tiaminapirofosfato
• La transchetolasi utilizza
come gruppo prostetico il
TPP (tiaminapirofosfato)
derivato dalla vitamina B1.
H C
• Il TPP si lega nel sito attivo
piegato a “V”.
• 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
Ca++
all’anello pirimidinico.
H3C
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
P
O
O
H
N
3
OO
O
P
S
N
O
O
+
N
NH2
Eritroso-4-fosfato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
207
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
+
N
S
C
N
OO
O
P
O
O
N
H3C
O
P
NH3 + HO
O
OH
C
H2
D-xiluloso-5-fosfato
HO
O
O
P
O
O
H3C
O
+
S
CH2OH
N
O
P
N
O
O
OO
P
O
HO
H3C
N
NH3+
OH
HO
Intermedio
O
O
P
O
O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
208
104
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
P
O
O
O
HO
O
O
OH
P
O
O
OH
OH
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
O
P
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
209
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
+
P
N
S
N
O
CH2OH
O
OO
P
O
HO
H3C
N
NH3+
OH
HO
O
H
D-eritroso-4-fosfato
OH
O
O
P
O
HO
HO
O
O
O
O
H
O
O
P
O
O
OH
O
OH
HO
OH
P
O
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
O
O
D-fruttoso-6-fosfato O
P
O
210
105
Transaldolasi EC2.2.1.2
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
OH
O
H
OH
HO
O
OH
HO
OH
O
O
O
+H
C
H
O
P
O
P
O
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
O
O
P
O
D-fruttoso-6-fosfato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
211
Transaldolasi EC2.2.1.2
• La transaldolasi ha una
struttura α,β barrel.
Lys
Lys
base di Shiff
ridotta
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
212
106
Transaldolasi EC2.2.1.2
• La transaldolasi
ha una struttura
α,β barrel.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
213
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 + C 3
Il glucoso-6-fosfato può esser rigenerato sia da gliceraldeide3-fosfato che dal fruttoso-6-fosfato attraverso la
Gluconeogenesi.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
214
107
O
O
P
O
O
5C
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
D-riboso-5-fosfato
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
5C
HO
HO
P
+
OH
OH
O
O
O
O
3C
OH
O
O
P
O
O
P
O
2
4C ++
OH
OH
O
O
O
O
O
P
O
O
6C
HO
OH
OH
D-fruttoso-6-fosfato
OH
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
O
D-gliceraldeide3-fosfato
OH
O
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
H
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
P
D-gliceraldeide-3-fosfato
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
OH
HO
3C + 7C
1
HO
OH
O
O
O
O
5C
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
3
O
2
OH
H
O
O
O
O
1
OH
GLICOLISI - GLUCONEOGENSI
O
OH
OH
O
P
O
3
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
GLICOLISI - GLUCONEOGENSI
O
O
Sintesi di NUCLEOTIDI FOSFATI
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
215
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.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
216
108
Sintesi di riboso-5-P e
NADPH
β-D-Glucoso-6-fosfato
α-D-Glucoso-6-fosfato
O
O
O
P
O
O
O
O
HO
OH
HO
OH
HO
P
O
OH
P
O
O
O
6-fosfo-D-gluconato
CO2
NADPH
O
OH
O
O
OH
HO
HO
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
O
O
P O
O O
OH
OH
HO
D-riboso-5-fosfato
OH
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
O
O +
NADP
O
P
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
O
OH
HO
D-ribuloso-5-fosfato
O
O
OH
6-fosfogluconolattonasi
(EC 3.1.1.31)
OH
Fosfogluconato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.44)
– Il ribuloso-5fosfato viene
convertito in
riboso-5-fosfato,
necessario per la
sintesi di nucleotidi
e acidi nucleici.
O
O
O
P
O
O
O
D-xiluloso-5-fosfato
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)
– Viene anche
prodotto del
NADPH.
O
H
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
OH
O
O
+
OH
P
O
O
OH
O
O
P
O
OH
OH
O
D-fruttoso-6-fosfato
O
HO
O
O
D-gliceraldeide3-fosfato
OH
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
Sintesi di NADPH
massimizzata
β-D-Glucoso-6-fosfato
O P O
O
P
O
O
O
O
O
P
O
O
O
OH
HO
6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone
NADPH
NADP+
O
O
• Attività sintetica
della cellula.
– Sia la
gliceraldeide-3fosfato che il
fruttoso-6-fosfato
possono essere
convertiti in
glucoso-6-fosfato
per massimizzare
la sintesi di
NADPH.
217
a-D-Glucoso-6-fosfato
HO
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
NADP+
HO
OH
Glucoso-6-fosfato
deidrogenasi
HO
OH
(EC 1.1.1.49)
HO
Glucoso-6-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.9)
• Duplicazione
cellulare.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
O
6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone
NADPH
P
OH
HO
O
OH
OH
Fosfogluconato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.44)
O
O
P
O
O
OH
HO
6-fosfo-D-gluconato
D-ribuloso-5-fosfato
O
P
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
O
2
O
O
O
P
HO
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
H
O
NADP+
CO
NADPH
O
OH
OH
HO
O
OH
6-fosfogluconolattonasi
(EC 3.1.1.31)
O
P
O
O
O
D-xiluloso-5-fosfato
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
HO
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
O
OH
+
OH
O
O
P
O
O
O
O
P O
O
O
HO
OH
OH
OH
D-fruttoso-6-fosfato
D-eritroso-4-fosfato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
218
109
β-D-Glucoso-6-fosfato
α-D-Glucoso-6-fosfato
Sintesi di NADPH e ATP
O
O
O
P
O
O
O
O
O
O
O
HO
OH
HO
OH
• Energia
6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone
NADPH
P
P
O
O
HO
OH
P
O
O
O
OH
Fosfogluconato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.44)
D-xiluloso-5-fosfato
O
P
O
O
OH
HO
6-fosfo-D-gluconato
D-ribuloso-5-fosfato
O
O
P
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
OH
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
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
P
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
GLICOLISI
O
O
HO
H
O
O
NADP+
CO
NADPH
O
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)
O
O
NADP+
O
P
O
O
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
O
H
ATP
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
OH
O
O P
O
O
D-gliceraldeide3-fosfato
O
OH
+
OH
O
O
P O
O
O
O
O
HO
OH
OH
OH
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
D-fruttoso-6-fosfato
219
Ossigeno
Aerobiosi e anaerobiosi
110
Aerobiosi
Metabolismo
del Glicogeno
Glicogeno
H
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)
Acetil-CoA
NADH
OH
O
H3C
O
2 Lattato
2NAD+
O2
2 CO2 + 2 etanolo
Ossidazione
aerobica NAD+
ADP + Pi
Ciclo di
Krebs
H+
Fosforilazione
ossidativa
H+
ATP
NAD+
6 CO2 + 6H2O
Aerobiosi
• In condizioni aerobiche il piruvato prodotto
dalla glicolisi e dalla degradazione degli
aminoacidi è ossidato a H2O e CO2 nella
respirazione cellulare.
• Ciò avviene in tre stadi
– Produzione di acetil-CoA (decarbossilazione del
piruvato)
– Ossidazione dell’acetil-CoA a CO2 (Ciclo di Krebs)
– Trasferimento di elettroni e fosforilazione ossidativa
(produzione di H2O e ATP con consumo di O2 ).
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
222
111
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
223
Piruvato deidrogenasi
Produzione di acetil-CoA
(decarbossilazione del piruvato)
112
Trasporto del piruvato
• Il piruvato è trasportato all’interno della
matrice mitocondriale dove viene ossidato ad
acetilCoA dal complesso enzimatico piruvato
deidrogenasi.
• Il piruvato viene trasportato attraverso la
membrana mitocondriale attraverso un
trasportatore specifico che lo scambia con ioni
OH-.
• La membrana esterna mitocondriale permette
il passaggio a ioni e piccole molecole e
contiene canali anionici voltaggio dipendenti
(VDAC: voltage dependent anion channels).
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
225
Mitocondrio
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
226
113
Acetil-CoA
H
N
HS
H
N
O
HO
H
O H3C
O
CH3
P
O
CoA-SH
O
P
O
O
O
O
N
O
NH2
N
N
N
β-mercaptoetanolamina
HO
OH
Acetile
Acido Pantotenico
Adenosina-3'-difosfato
O
H3C
S
H
N
H
N
O
HO
H
O H3C
O
CH3
O
O
P
O
P
O
O
O
N
O
NH2
N
N
HO
N
OH
Acetil-CoA
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
227
Acetil-CoA
CoA-SH
Acetile
β-mercaptoetanolamina
Acido pantotenico
Adenosina-3’-difosfato
Acetil-CoA
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
228
114
Complesso piruvato deidrogenasi
• Il complesso piruvato deidrogenasi è un gruppo di enzimi
associati non covalentemente che catalizzano la
decarbossilazione del piruvato e formazione di Acetil-CoA.
• La razione forma contemporaneamente NADH trasferendo uno
ione H- al NAD+.
• Il NADH passa gli elettroni alla catena respiratoria
• La reazione ha un ∆G°’ = -33.4 kJ/mol (essenzialmente
irreversibile).
NAD+
CoA
O
NADH
SH
O
S
H3C
TPP, Lipoato, FAD
O
H3C
CoA
+
CO2
O
Complesso piruvato deidrogenasi
(E1 + E2 + E3)
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
229
Complesso piruvato deidrogenasi
• Il complesso piruvato deidrogenasi catalizza
cinque reazioni sequenziali, richiede tre
enzimi e cinque coenzimi.
• I cinque coenzimi sono:
•
•
•
•
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Il FAD e il NAD+ sono trasportatori di elettroni.
La TPP trasferisce il gruppo acetile al lipoato.
Il lipoato è trasportatore di elettroni e di acili.
Il CoA è il trasportatore di acili, lega in modo
covalente il gruppo acilico attraverso un legame
tioestere ad alta energia.
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
230
115
I reagenti e i prodotti
FAD
SH
NAD+
SH
Idrossietil-TPP
OH
CO2
H3C
C
Diidrolipoil
deidrogenasi
E3
FAD
Lipoamide
S
TPP
R
Piruvato
deidrogenasi
E1
O
Diidrolipoamide
HS
R
O
TPP
H3C
S
HS
Diidrolipoil
transacetilasi
E2
O
S
H3C
O
NADH
S
S
CoA
S
H3C
CoA
HS
O
SH
R
Acetil-diidrolipoamide
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
231
Le cinque reazioni nel complesso
FAD
SH
NAD+
SH
Idrossietil-TPP
Lipoamide
OH
CO2
H3C
C
S
TPP
4
S
Diidrolipoil
deidrogenasi
E3
FAD
1
O
O
S
HS
Diidrolipoil
transacetilasi
E2
O
Diidrolipoamide
HS
R
O
TPP
H3C
2
H3C
NADH
S
R
Piruvato
deidrogenasi
E1
5
S
3
HS
CoA
S
H3C
CoA
O
SH
R
Acetil-diidrolipoamide
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
232
116
I tre enzimi del complesso
FAD
SH
NAD+
SH
Idrossietil-TPP
OH
CO2
H3C
C
Diidrolipoil
deidrogenasi
E3
FAD
Lipoamide
S
TPP
S
R
Piruvato
deidrogenasi
E1
O
Diidrolipoamide
HS
R
O
TPP
H3C
S
HS
Diidrolipoil
transacetilasi
E2
O
S
H3C
O
NADH
S
CoA
S
O
H3C
CoA
HS
SH
R
Acetil-diidrolipoamide
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
233
I cinque coenzimi
FAD
SH
NAD+
SH
Idrossietil-TPP
OH
CO2
H3C
C
Diidrolipoil
deidrogenasi
E3
FAD
Lipoamide
S
TPP
R
Piruvato
deidrogenasi
E1
O
O
Diidrolipoamide
HS
R
O
TPP
H3C
S
HS
Diidrolipoil
transacetilasi
E2
O
H3C
NADH
S
S
S
CoA
S
H3C
CoA
HS
O
SH
R
Acetil-diidrolipoamide
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
234
117
I cinque coenzimi
O
H3C
N
H3C
N
Base di Shiff
ridotta
N
N
H3C
N
OH
H
C
+
N
O
O
O
O
NH
O
N
NADH
NAD+
O
O
N
O
NH2
N
OH
NH2
+
N
HO
H
O
O
P
O
NH2 CH
3
Tiamina pirofosfato (TPP)
N
O
P
O
O
R
P
O O
O
O
N
OH
O
O
O
S
N
HO
P O
O
S
O
H
NH2
N
N
H
O
H
O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
N
R
FADHz
(ridotto)
P
Protone acido
N
H3C
O
P
HO
H3C
N
R
FADH+
FAD
(ossidato)
Coenzima A
+
H3C
H
HO
O
N
O
H
+ H+
NH
H
H
HO
Ribosio in
forma aperta
O
H3C
H
H
O
H
+ H+
NH
H
N
HS
+ 2H+ + 2e-
NH2
N
OH
N
N
H
N
HS
S
Lipoamide
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
Diidrolipoamide
235
I tre enzimi
• Il complesso piruvato deidrogenasi
consiste in tre enzimi:
– piruvato deidrogenasi EC1.2.4.1
• (E1, arancio) (B),
– diidrolipoil transacetilasi EC2.3.1.12
• (E2, verde) (A),
– diidrolipoil deidrogenasi EC1.8.1.4
• (E3, violetto) (B).
• In E. coli il complesso consiste in
24 coppie di E1, 24 coppie di E2 e di
12 coppie di E3.
• E2 funziona come “core” del
complesso (C).
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
236
118
I tre enzimi
• Ogni coppia di E2 contiene tre
molecole di lipoato legate
covalentemente.
• Il lipoato ha un braccio
flessibile che trasporta le
molecole di acetile da un sito
attivo ad un altro.
• E1 ha come coenzima il
molecola di TPP ed E3 ha
come coenzima il FAD.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
237
Piruvato deidrogenasi (E1) EC1.2.4.1
CH3
R'
CH3
R'
+
+
+
N
S
S
R
N
C
CH3
R'
+
+
H
S
R
HO
H
N
R
CH3
O
TPP
O
O
O
CH3
O
CO2
• Gli intermedi rimangono legati
al complesso.
• Il piruvato reagisce con il TPP
legato a E1 e viene
decarbossilato al derivato
idrossietil-TPP (carbanione
reattivo stabilizzato per
risonanza).
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
CH3
R'
+
N
S
C
HO
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
CH3
R'
R
CH3
S
HO
N
R
CH3
238
119
Piruvato deidrogenasi (E1) EC1.2.4.1
Mg++
TPP
1L8A
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
239
Piruvato deidrogenasi (E1) EC1.2.4.1
Cavità
Carbanione
TPP
1L8A
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
240
120
Piruvato deidrogenasi (E1) EC1.2.4.1
TPP
1NI4
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
241
Piruvato deidrogenasi (E1) EC1.2.4.1
TPP
1NI4
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
242
121
Piruvato deidrogenasi (E1) EC1.2.4.1
Cavità
Carbanione
TPP
1NI4
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
243
Diidrolipoil transacetilasi (E2) EC2.3.1.12
+
CH3
R'
N
S
C
HO
H
CH3
R'
+
+
S
R
CH3
H
N
+
R
S
N
C
O
CH3
O
SH
S
+
CH3
R'
H
S
SH
R
CH3
S
S
H
N
Lipoamide
H
N
H
N
Diidroacetilipoamide
• Il gruppo idrossietile derivato da idrossietil-TPP è
trasferito al lipoato (legato ad una His di E2) come
acetile, attraverso l’attacco nucleofilo del carbanione
sull’atomo di zolfo della lipoamide.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
244
122
Diidrolipoil transacetilasi (E2) EC2.3.1.12
CH3
R'
• Il braccio del lipoato si
muove sul sito di legame
del acetil-CoA e ne
transesterifica il gruppo SH
formando AcetilCoA.
+
S
N
R
C
O
CH3
Diidroacetilipoamide
SH
S
H
N
HN
HN
H3 C
S
CoA
S
H
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
HS
O
HS
CoA
S
CH3
HS
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
245
Diidrolipoil transacetilasi (E2) EC2.3.1.12
Dominio catalitico
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
246
123
Diidrolipoil transacetilasi (E2) EC2.3.1.12
Dominio catalitico
AcetilCoA
Lipoamide
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
247
Diidrolipoil deidrogenasi (E3) EC1.8.1.4
HN
HN
FAD
FAD
FADH2
S
SH
S
S
HS
S
SH
S
NAD+
HS
S
NADH + H+
• Il lipoato ridotto viene riossidato dall’E3
utilizzando il FAD che si riduce a FADH2.
• Il FADH2 viene riossidato dal NAD+ che si
riduce a NADH e H+
• Si rigenera la piruvato deidrogenasi
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
248
124
Diidrolipoil deidrogenasi (E3) EC1.8.1.4
NAD+
FAD
S
S
1LPV
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
249
Diidrolipoil deidrogenasi (E3) EC1.8.1.4
NAD+
FAD
S
S
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
250
125
• La diidrolipoil transacetilasi (E2) è centrale in
questo meccanismo.
• Il braccio flessibile del lipoato:
– lega il gruppo acetile e lo trasferisce al CoA e
– accetta due elettroni dalla piruvato deidrogenasi (E1)
e li trasferisce al diidrolipoil deidrogenasi (E3).
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
251
Legame del piruvato
R
H3C
R'
N
S
E1
O
+
N
N
CH3
N
CH3
R
HN
C
O
CH3
S
O
S
O
S
Cys
S
Cys
O
H
O
E3
N
E2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
252
126
Decarbossilazione del piruvato
CO2
R
H3C
O
+
R'
N
N
CH3
N
CH3
R
HN
S
CH3
C
E1
N
S
O
HO
S
S
Cys
S
Cys
E3
H
O
N
E2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
253
Formazione di diidroacetillipoamide
R
H3C
O
+
R'
N
S
C
R
H3 C
E1
N
N
CH3
N
CH3
O
HN
S
O
HS
H
O
S
Cys
S
Cys
E3
N
E2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
254
127
Legame del Coenzima A
R
H3C
O
+
R'
N
S
R
H3C
S
E1
CH3
N
CH3
O
H
HS
N
HN
O
C
N
S
CoA
S
Cys
S
Cys
E3
H
N
O
E2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
255
Formazione di Acetil-CoA
O
+
R'
N
S
R
H3C
H3C
R
O
N
N
CH3
N
CH3
S
HN
CoA
C
HS
E1
HS
O
S
Cys
S
Cys
E3
H
N
E2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
256
128
Ossidazione della diidrolipoamide
R
H3C
O
+
R'
N
S
N
N
CH3
N
CH3
R
HN
C
S
E1
O
S
HS
Cys
HS
Cys
E3
H
N
E2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
257
Riduzione del FAD
H3C
O
+
R'
N
S
H
R
N
N
CH3
N
CH3
R
HN
C
S
E1
O
S
O
H
H
S
Cys
S
Cys
E3
N
E2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
258
129
Legame del NAD+
H3C
R
+
R'
N
S
+
H
N
O
H
R
N
N
CH3
N
CH3
R
O
C
H2N
S
E1
HN
O
S
H
S
Cys
S
Cys
E3
O
H
N
E2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
259
Riduzione del NAD+ a NADH + H+
R
+
R'
N
S
R
H
H3C
N
H
O
N
CH3
N
CH3
N
R
H+ +
C
HN
H2N
S
E1
O
O
S
O
H
S
Cys
S
Cys
E3
N
E2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
260
130
Ritorno al punto di partenza
R
H3C
O
+
R'
N
S
N
CH3
N
CH3
R
HN
C
O
E1
N
S
CH3
O
S
S
Cys
S
Cys
O
O
E3
H
N
O
E2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
H3 C
O
O
O
OH
S
S
H
TPP
H3C
S
FAD
E1
TPP
E2
S
FAD
CO2
E3
261
E1
E2
E3
E2
E3
NADH + H+
H3C
S
S
O
NAD+
HS
S
FAD
TPP
TPP
E1
E2
E3
FADH2
E1
HS
CoA
HS
S
H
FAD
TPP
E1
E2
E3
CoA
S
O
CH3
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
262
131
Controllo della piruvato deidrogenasi
• Inibizione competitiva da prodotti
– NADH compete con NAD+ in E3
– Acetil-CoA compete con CoA-SH in E2
• La concentrazione dei due coenzimi
regola anche la direzione della catalisi di
E2 e E3.
• Negli eucarioti E1 può essere fosforilato
da una chinasi attivata dalla forma
acetilata di E2
• La forma fosforilata di E1 è inattiva
mentre la forma defosforilata è attiva.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
263
Controllo della piruvato deidrogenasi
O
O
O
S
O
TPP
CH3
*
E2
E1
*
H3C
FAD
E3
ADP
H3C
H2O
S
Ca++ (alto Mg++)
Piruvato, ADP, K+
O
HS
*
TPP
S
P
*
E1
E2
H3C
FAD
Piruvato
deidrogenasi
chinasi
E3
Acetil-CoA
NADH
Piruvato
deidrogenasi
fosfatasi
Mg++ Ca++
S
H
ATP
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
S
O
CO2
TPP
O
O
H3C
O
*
CH3
E1
*
E2
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
H3C
FAD
HPO4--
E3
264
132
Controllo della piruvato deidrogenasi
O
H3C
O
O
O
OH
S
O
STOP
P
O
S
O
TPP
CH3
E31
CH
CH3
E2
H3C
FAD
S
CH3
CH3
CO2
E3
S
H
TPP
H3C
H3C
E2
E1
FAD
E3
NADH + H+
H3C
S
S
O
NAD+
HS
S
TPP
TPP
CH
E31
H3C
E2
H3C
E3
FADH2
CH3
FAD
E3
HS
CoA
HS
TPP
H3C
E2
CH
E31
CH
E3
1
H3C
E2
S
H
H3C
FAD
E3
CoA
S
O
CH3
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
265
Ciclo di Krebs
Ciclo degli acidi tricarbossilici
(TCA)
Ciclo dell’acido citrico
Ossidazione dell’
dell’acetilacetil-CoA a CO2
133
Krebs e Lipmann
Premio Nobel per la Medicina 1953
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
267
Ciclo di Krebs
• Il ciclo di Krebs è al centro del
metabolismo.
• Le vie degradative (catabolismo) lo
alimentano, le vie sintetiche
(anabolismo) ne usano i componenti.
• È una via “ANFIBOLICA”, opera infatti
sia nel catabolismo che nell’anabolismo
cellulare.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
268
134
Ciclo di Krebs
• Tutte le reazioni avvengono nella matrice
mitocondriale.
• Nei mitocondri vi sono anche gli enzimi della
fosforilazione ossidativa e quelli della ossidazione
degli acidi grassi e degli aminoacidi.
AcetilCoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O
2CO2 + CoASH + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2H+
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
269
Krebs and Johnson (1937) “The role of citric acid in the intermediate metabolism in
animal tissues”.
Enzymologica 4:148-156.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
270
135
Ciclo di Krebs
AcetilCoA
NADH + H+
NAD+
O
S
CO2
CoA
O
H2O
OH
O
O
SH
O
O
O
O
O
OH
O
O
Citrato
Fumarato
O
O
H3C
O
Malato
O
SH
Piruvato
Ossalacetato
O
CoA
O
CH3
O
O
O
CoA
O
O
H2O
O
FADH2
O
O
O
FAD
O
cis-Aconitato
O
O
O
H
Succinato
O
O
CoA
O
H2O
SH
SuccinilCoA
GTP
O
O
O
GDP + Pi
α-Chetoglutarato
O
CO2
S
O
Isocitrato
O
CoA
O
Ossalosuccinato
SH
HO
O
H
O
O
CoA
O
O
O
O
NAD +
NADH + H+
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
271
Ciclo di Krebs
AcetilCoA
NADH + H+
NAD+
O
O
S
O
OH
O
O
CoA
CoA
SH
O
O
H3 C
O
Piruvato
O
O
O
Malato
OH
O
O
Citrato
Fumarato
O
SH
O
Ossalacetato
O
O
CO2
O
CH3
O
H2O
O
CoA
O
O
H2O
O
FADH2
O
O
cis-Aconitato
O
O
O
O
FAD
O
H
Succinato
O
O
CoA
O
H2 O
SH
SuccinilCoA
GTP
α-Chetoglutarato
O
S
O
Isocitrato
O
O
GDP + Pi
CO2
CoA
O
CoA
O
O
H
O
O
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
O
O
O
HO
O
O
NAD+
1937
O
O
Ossalosuccinato
SH
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
272
136
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
273
Ciclo di Krebs
AcetilCoA
S
O
NADH + H+
NAD+
CH3
O
O
O
H2O
OH
O
O
SH
O
O
H3C
CoA SH
O
O
O
O
O
O
CoA
O
Ossalacetato
O
CO2
CoA
O
O
O
OH
O
O
O
H2O
O
Equivalenti
riducenti
FADH2
FAD
Nucleotidi
trifosfati
O
O
O
O
O
H
O
O
O
H2O
CoA SH
GTP
O
O
O
O
O
GDP + Pi
O
O
S
HO
CoA SH
CO2
CoA
O
NADH + H+
O
NAD+
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
H
O
O
O
O
2CO2
O
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
274
137
Ciclo di Krebs
NADH + H+
NAD+
O
O
O
O
OH
O
O
O
CoA
CoA
SH
SH
O
O
H3C
O
O
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
CO2
O
S
CH3
H2O
O
CoA
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
O
FADH2
FAD
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
O
O
O
O
O
O
H
O
O
CoA
SuccinilCoA
sintetasi
EC 6.2.1.4
SH
GTP
O
GDP + Pi
O
O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
CO2
S
O
CoA
O
O
H
O
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
O
O
O
O
HO
NADH + H+
NAD+
O
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
SH
O
CoA
H2O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
275
Ciclo di Krebs
CO2
NADH + H+
NAD+
O
CH3
OH
O
O
CoA
O
H2O
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
O
CoA
SH
O
O
H3C
O
O
S
O
O
O
CoA
O
SH
O
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
FADH2
O
O
CoA
SH
O
O
GDP + Pi
O
S
CoA
Aconitasi
EC 4.2.1.3
SH
O
CoA
O
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
O
HO
O
H
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
O
O
O
H2O
O
O
NAD+
O
H
O
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
CO2
O
O
Deidrogenasi
SuccinilCoA
sintetasi
EC 6.2.1.4
GTP
O
O
O
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
276
138
Ciclo di Krebs
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
O
O
O
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
O
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
CoA
O
GTP
O
GDP + Pi
O
O
6
CoA
O
O
O
H2O
O
O
O
O
O
H
O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
3
H2O
O
O
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
SH
O
HO
O
H
O
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
O
O
O
O
OH
2
4
NAD+
H3C
O
5
O
CoA
O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
CO2
S
O
O
1
O
O
SH
O
7 8
SuccinilCoA
sintetasi
SH
EC 6.2.1.4
SH
O
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
O
FADH2
CoA
O
OH
O
CoA
O
S
CH3
H2O
O
CoA
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
277
Ciclo di Krebs
CO2
NADH + H+
NAD+
O
S
O
O
CoA
O
OH
O
O
O
SH
O
O
H3 C
SH
O
O
O
O
8
O
CoA
O
CH3
H2O
O
CoA
O
O
1
7
O
OH
O
O
O
H2O
O
FADH2
FAD
6
O
O
2
O
O
O
O
O
H
O
O
O
3
5
H2O
GTP
O
O
O
O
O
GDP + Pi
O
O
S
CoA
CO2
CoA
HO
SH
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
4
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
H
O
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
278
139
Ciclo di Krebs
ALIMENTAZIONE
RIPRISTINO
del CICLO 8
7
1
PREPARAZIONE
2
del CICLO
6
SECONDO PASSO
di PRODUZIONE
di ENERGIA5
3
PRIMO PASSO
di PRODUZIONE
di ENERGIA
4
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
279
Ciclo di Krebs
C2
NADH + H+
NAD+
O
CH3
O
CoA
SH
O
O
H3C
SH
O
O
O
O
O
O
C4
O
CoA
O
O
O
CO2
O
O
OH
O
S
CoA
O
C4
O
C4
H2O
O
C6
OH
O
O
H2O
O
FADH2
O
O
O
FAD
C6
O
O
O
O
H
C4
O
H2O
GTP
O
O
O
C4 C1
S
O
O
GDP + Pi
O
O
O
CoA
CO2
CoA
NAD+
HO
SH
O
NADH + H+
C6
O
O
O
O
C5
O
O
O
O
H
O
O
NAD+
C6
O
O
O
NADH + H+
O
C1
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
280
140
Citrato sintasi EC2.3.3.1
AcetilCoA
S
O
CoA
CH3
NADH + H+
NAD+
O
O
O
O
O
H2O
CO2
CoA
SH
CoA SH
O
O
H3C
O
OH
O
O
Malato
Citrato sintasi
O
O
deidrogenasi
O
EC 2.3.3.1
EC 1.1.1.37
OH
Fumarasi
O
Ossalacetato
EC 4.2.1.2
O
Citrato
O
O
O
O
O
O
O
FADH2
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
O
O
O
O
O
O
H
O
O
O
SuccinilCoA
sintetasi
SH EC 6.2.1.4
CoA
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
GTP
CO2
S
CoA
O
HO
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
O
O
O
O
H
O
NADH + H+
NAD+
O
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
SH
O
CoA
H2O
O
O
O
GDP + Pi
O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
281
Citrato sintasi EC2.3.3.1
AcetilCoA
S
O
CoA
CH3
NADH + H+
NAD+
O
O
O
O
O
H2O
CO2
CoA
SH
CoA SH
O
O
H3C
O
OH
O
O
Malato
Citrato sintasi
O
O
deidrogenasi
O
EC 2.3.3.1
EC 1.1.1.37
OH
Fumarasi
O
Ossalacetato
EC 4.2.1.2
O
Citrato
O
O
O
O
O
O
O
FADH2
FAD
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
O
O
O
O
O
O
O
H
O
O
CoA
O
SuccinilCoA
sintetasi
SH EC 6.2.1.4
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
O
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
GTP
O
H2O
O
O
O
Isocitrato
• Quando lega ossalacetato cambia
conformazione,
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
• Si crea il sito per acetil-CoA,
• L’ossalacetato non è più accessibile all’acqua.
GDP + Pi
O
S
CO2
CoA
HO
SH
O
CoA
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
H
O
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
282
141
Citrato sintasi EC2.3.3.1
• Quando lega ossalacetato cambia conformazione,
• Ci crea il sito per acetil-CoA,
• L’ossalacetato non è più accessibile all’acqua.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
283
Citrato sintasi EC2.3.3.1
Ossalacetato
Acetil-CoA
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
284
142
Citrato sintasi EC2.3.3.1
• La condensazione del
ossalacetato con acetilCoA porta alla
formazione di citril-CoA
• È una catalisi acido base
che coinvolge His274 e
Asp375.
• L’idrolisi del legame
tioestere nel citril-CoA
porta alla formazione di
citrato e CoA-SH.
• La reazione è spontanea
a causa dell’idrolisi del
legame tioestere (-31.5
kJ/mol) che coinvolge
His-320.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
His320
His320
H
H
N
O
N
O
O
O
H
N
His274
O
O
O
S
O
O
H
CoA
H2C
O
H
S
O
Ossalacetato
His274
O
O
CoA
N
HO
Asp375
Asp375
O
O
His-320
CoA
O
O
O
S
H
N
H2O
O
OH
H
O
O
O
Citrato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
OH
O
His274
O
S
O
N
CoA
HO
O
Asp375
O
285
Citrato sintasi EC2.3.3.1
• La condensazione del
ossalacetato con acetilCoA porta alla
formazione di citril-CoA
• È una catalisi acido base
che coinvolge His274 e
Asp375.
• L’idrolisi del legame
tioestere nel citril-CoA
porta alla formazione di
citrato e CoA-SH.
• La reazione è spontanea
a causa dell’idrolisi del
legame tioestere (-31.5
kJ/mol) che coinvolge
His-320.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
286
143
Citrato sintasi EC2.3.3.1
Piruvato
carbossilasi
AcetilCoA
S
O
NADH + H+
NAD+
O
O
CH3
O
O
H2O
CO2
CoA
SH
O
O
H3C
O
CoA
O
CoA SH
OH
O
O
Malato
Citrato sintasi
O
O
deidrogenasi
O
EC 2.3.3.1
EC 1.1.1.37
OH
Fumarasi
O
Ossalacetato
EC 4.2.1.2
O
Citrato
O
O
O
O
O
O
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
• La regolazione della citrato sintasi è data dalla
disponibilità di substrati,
• La concentrazione
di ossalacetato è limitante,
SuccinilCoA
sintetasi
Aconitasi
EC 6.2.1.4
• L’ossalacetato è anche
substrato dellaEC 4.2.1.3
gluconeogenesi, α-Chetoglutarato
deidrogenasi
Isocitrato
EC 1.2.4.2
• In mancanza di ossalacetato
si
accumula Acetildeidrogenasi
EC 1.1.1.41
CoA,
• La presenza di Acetil-CoA stimola la piruvato
carbossilasi a produrre ossalacetato.
FADH2
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
O
O
O
O
O
O
H
O
O
O
CoA
SH
H2O
GTP
O
O
O
O
O
GDP + Pi
O
O
S
CO2
CoA
CoA
HO
SH
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
H
O
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
287
Aconitasi EC4.2.1.3
CO2
NADH + H+
NAD+
O
CoA
O
OH
O
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
SH
CH3
H2O
O
CoA
O
O
O
H3C
O
O
S
O
O
O
CoA
O
SH
O
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
O
O
O
O
OH
O
Citrato
O
O
O
FADH2
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
cis-Aconitato
O
O
O
O
O
H
O
O
CoA
GTP
O
GDP + Pi
O
O
SuccinilCoA
sintetasi
SH
EC 6.2.1.4
O
S
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
CO2
CoA
SH
O
CoA
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
O
O
Isocitrato O
O
O
O
NAD+
O
O
O
O
HO
H
NADH + H+
O
O
O
O
O
NADH + H+
NAD+
H2O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
288
144
Aconitasi EC4.2.1.3
CO2
NADH + H+
S
• Catalizza la conversione
stereospecifica del citrato in
isocitrato attraverso una Malato Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
deidratazione e una
reidratazione,
Fumarasi
NAD+
O
O
O
OH
O
SH
O
O
O
O
SH
O
O
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
cis-Aconitato
O
CoA
O
O
O
O
S
CO2
CoA
Aconitasi
EC 4.2.1.3
H2O
O
O
O
SH
O
O
O
O
O
NADH + H+
O
O
O
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
NAD+
O
O
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
CoA
O
O
• Il ∆G della reazione è positivo, ilIsocitrato Isocitrato O
O
deidrogenasi
prodotto viene rimosso, il ∆G si EC 1.1.1.41
HO
H
avvicina a zero a concentrazioni
reali.
GDP + Pi
O
H
SH
GTP
O
O
FAD
O
O
OH
Citrato
FADH2
O
O
H3C
O
O
EC 4.2.1.2
– L’intermedio cis-aconitato
non è
rilasciato dal sito attivo,
Succinato
– Nel sito attivo deidrogenasi
vi
è un cluster FeS
EC 1.3.5.1
(Fe4S4)
– Tre degli ioni Fe SuccinilCoA
sono complessati
sintetasi
da un S di tre Cys,
il quarto è il
EC 6.2.1.4
sito che lega il substrato.
O
CoA
O
O
CoA
O
CH3
H2O
O
CoA
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
289
Aconitasi EC4.2.1.3
Cys
Cys
Fe
S
S
S
S
Cys
S
Fe
Fe
Fe
S
S
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
290
145
Aconitasi EC4.2.1.3
Fe
H
H
Asp-100
O
S
S
His+101
H
O
H
Asp-100
Fe
Fe
H
S
3
H
O
Ser642
Citrato
O
S
O
2
cis-aconitato
intermedio
O
O
H
Rovesciamento
di 180°
Fe
H
Fe
H
H
Asp-100
S
S
S
Arg+580
3
H H
S
Fe
S
Fe
S
O
O
O
2
O
O
S
Fe
H
O
H
Ser642
O
His101
Fe
O
2
O
H
Asp-100
Fe
S
Fe
H H
H
O
O
His+101
Arg+580
Fe
S
O
3
H
H
O
O
S
Fe
Fe
O O
2
Ser642
O
Arg+580
S
H
H
O
O
O
His101
O
O
Arg+580
Fe
H
S
Fe
O
O
3
O
Ser642
O
O
H
O
O
(2R,3S)-Isocitrato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
291
Aconitasi EC4.2.1.3
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
292
146
Aconitasi EC4.2.1.3
Cys
Cys
Fe
S
S
S
S
Cys
His101
S
Fe
Fe
Fe
S
S
Asp100
Arg580
Cys
Ser642
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
293
Aconitasi EC4.2.1.3
trans-aconitato
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
294
147
Aconitasi EC4.2.1.3
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
295
Isocitrato deidrogenasi EC1.1.1.41
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
CH3
OH
O
CoA
O
O
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
O
O
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
CoA
SH
O
O
H3C
O
O
S
O
H2O
O
CoA
O
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
SH
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
FADH2
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
O
O
O
O
O
H
O
O
CoA
GTP
O
O
GDP + Pi
O
O
SuccinilCoA
sintetasi
SH
EC 6.2.1.4
S
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
α-Chetoglutarato
O
deidrogenasi
Isocitrato Isocitrato
EC 1.2.4.2
deidrogenasi
O
α-Chetoglutarato EC 1.1.1.41
HO
CoA SH
Ossalosuccinato
H
CO2
O
CoA
O
O
O
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
NAD+
H2O
O
Mg++
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
296
148
Isocitrato deidrogenasi EC1.1.1.41
CO2
NADH + H+
CoA
SH
• Catalizza la decarbossilazione ossidativa del isocitrato,
• La porzione nicotinamidica del NAD+ (o del NADP+ in un
isoenzima) ossida il gruppo
OH a
carbonile,
Citrato
sintasi
Malato
EC 2.3.3.1
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
• Si forma l’intermedio
ossalosuccinato nel quale vi è
Fumarasi
EC 4.2.1.2
l‘interazione con lo ione Mg++ (Mn++),
Aconitasi
• Il gruppo COO- non
interessato nella formazione
del
EC 4.2.1.3
Succinato
complesso esce deidrogenasi
come
CO
,
2
EC 1.3.5.1
• Si forma α−chetoglutarato.
NAD+
O
O
CoA
O
S
CH3
O
O
CoA
SH
H3C
O
O
H2O
OH
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
H2O
O
FADH2
FAD
O
O
O
O
O
O
O
H
O
O
CoA
GTP
O
GDP + Pi
O
SuccinilCoA
sintetasi
SH
EC 6.2.1.4
O
O
S
Aconitasi
EC 4.2.1.3
H2O
O
α-Chetoglutarato
O
deidrogenasi
Isocitrato Isocitrato
EC 1.2.4.2
deidrogenasi
O
α-Chetoglutarato EC 1.1.1.41
HO
CoA SH
Ossalosuccinato
H
CO2
O
CoA
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Mg++
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
NAD+
O
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
297
Isocitrato deidrogenasi EC1.1.1.41
CO2
NADH + H+
CoA
SH
• La reazione è altamente spontanea, sia il processo di
decarbossilazione che quello di ossidazione sono
spontanei (∆G°’ = -20.9
kJ/mol).
Citrato sintasi
Malato
EC 2.3.3.1
deidrogenasi
• L’isocitrato deidrogenasi
EC 1.1.1.37
è
regolata:
Fumarasi
EC 4.2.1.2
– Attivata allostericamente da ADP (ATP antagonista)
Aconitasi
– Attivata daSuccinato
Ca++ e NAD+ (NADH antagonista)
EC 4.2.1.3
deidrogenasi
– Quando il rapporto
ATP/ADP è basso il ciclo di Krebs
EC 1.3.5.1
è attivo.
NAD+
O
O
CoA
O
S
CH3
O
CoA
O
H2O
OH
O
O
O
SH
O
O
O
O
O
O
O
O
O
H3C
O
O
OH
O
O
O
H2O
O
FADH2
O
FAD
O
O
O
O
O
O
H
O
O
CoA
GTP
O
O
GDP + Pi
O
O
SuccinilCoA
sintetasi
SH
EC 6.2.1.4
S
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
α-Chetoglutarato
O
deidrogenasi
Isocitrato Isocitrato
EC 1.2.4.2
deidrogenasi
O
α-Chetoglutarato EC 1.1.1.41
HO
CoA SH
Ossalosuccinato
H
CO2
O
CoA
O
O
O
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
NAD+
H2O
O
Mg++
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
298
149
Isocitrato deidrogenasi EC1.1.1.41
Isocitrato
Mg++
Esce come CO2
NADP+
Isocitrato
C-OH ossidato a C=O
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
299
α-chetoglutarato deidrogenasi EC1.2.4.2
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
SH
CH3
OH
O
CoA
O
O
O
H3C
O
O
CoA
O
O
O
S
O
H2O
O
CoA
O
SH
O
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
FADH2
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
O
O
O
O
O
H
O
O
SuccinilCoA
sintetasi
CoA SH
EC 6.2.1.4
SuccinilCoA
α-Chetoglutarato
O
O
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
GTP
GDP + Pi
O
S
CoA
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
Isocitrato
deidrogenasi
α-Chetoglutarato
EC 1.1.1.41
CoA SH
CO2
O
O
O
O
O
NADH + H+
O
HO
O
H
O
NAD+
O
O
O
O
NADH + H+
O
NAD+
O
H2O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
300
150
α-chetoglutarato deidrogenasi EC1.2.4.2
CO2
• È un complesso enzimatico che converte l’α-chetoglutarato
a succinil-CoA e CO2.
• La reazione produce NADH
l’energia nel legame
Citrato sintasi
Malatoe conserva
EC 2.3.3.1
deidrogenasi
tioestere
EC 1.1.1.37
Fumarasi
EC 4.2.1.2
• La reazione è spontanea
(∆G°’ = -33.5 kJ/mol).
Aconitasi
• Meccanismo quasi identico a quello del
complesso piruvato
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
deidrogenasi (E
,
E
,
E
)
1
2
3
NADH + H+
NAD+
O
O
S
O
CoA
O
OH
O
CoA
SH
O
O
O
H3C
O
O
CH3
H2O
O
CoA
O
SH
O
O
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
H2O
O
FADH2
O
O
O
FAD
EC 1.3.5.1
O
– E2 ed E3 sono conservati nei due complessi enzimatici,
SuccinilCoA
di substrato. Aconitasi
– E1 ha diversa specificità
O
O
O
H
O
O
sintetasi
SH
EC 6.2.1.4
SuccinilCoA
α-Chetoglutarato
O
O
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
CoA
O
GTP
EC 4.2.1.3
O
Isocitrato
deidrogenasi
α-Chetoglutarato
EC 1.1.1.41
S
CoA SH
CO2
O
O
CoA
O
O
GDP + Pi
O
O
HO
NAD+
NADH + H+
O
O
O
H
O
O
NADH + H+
NAD+
O
H2O
O
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
301
SuccinilCoA sintetasi EC6.2.1.4
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
CH3
OH
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
O
CoA
SH
O
O
H3C
O
O
CoA
O
O
O
S
O
H2O
O
CoA
O
SH
O
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
FADH2
O
O
O
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
O
Succinato
CoA SH
O
O
O
H
SuccinilCoA
sintetasi
EC 6.2.1.4
O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
H2O
SuccinilCoA
GTP
O
O
GDP + Pi
O
S
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
CoA
SH
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
CO2
CoA
O
O
H
NAD+
NADH + H+
O
O
O
HO
O
O
NADH + H+
NAD+
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
302
151
SuccinilCoA sintetasi EC6.2.1.4
NADH + H+
NAD+
O
O
CoA
O
S
CO2
CoA
CoA
SH
CH3
O
SH
O
O
H3C
O
O
• Converte il succinil-CoA in
Citrato sintasi e produce GTP (ATP)
Malato succinato
EC 2.3.3.1
deidrogenasi
EC 1.1.1.37da GDP (ADP) e Pi.
Fumarasi
EC 4.2.1.2
• L’enzima è fosforilato in una His.
Aconitasi
• È un eterodimero:
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
– La subunità α contiene il sito
O
O Succinato
di fosforilazione (His) e lega
SuccinilCoA
sintetasi
CoA. Aconitasi
EC
6.2.1.4
O
O
CoA SH
EC 4.2.1.3
SuccinilCoA
–
La subunità β dà la specificità
GTP
O
O α-Chetoglutarato
per ATP o GTP.
deidrogenasi
Isocitrato
EC 1.2.4.2
GDP + Pi
deidrogenasi
1.1.1.41
• LaEC reazione
è vicina all’equilibrio
O
S
(∆G°’=-2.9 kJ/mol).
CoA
O
H2O
OH
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
OH
O
O
O
H2O
O
FADH2
O
O
O
FAD
O
O
H
O
H2O
O
O
O
O
CoA
HO
SH
CO2
O
O
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
H
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
303
Meccanismo
O
O
O
O
O
+
O
S
O
+
P
O
O
O
SH
O
P
O O O
CoA
CoA
:N
O
O
O
O P
O P
P
O
O
O
O
O
N
O
NH
SuccinilCoA
Enzima
O
O
O
O
+
N
NH
O P
O
O
O P
O
O
N
O
Enzima
HO
OH
GDP
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
O
N
O
Succinato
NH2
GTP
O
O P
NH
N
OH
HO
O
O
N
N
NH
NH2
304
152
SuccinilCoA sintetasi EC6.2.1.4
Subunità β
CoA
Sito di
Fosforilazione
(fosfoistidina)
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Subunità α
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
305
Succinato deidrogenasi EC1.3.5.1
CO2
NADH + H+
NAD+
O
S
CoA
O
H2O
OH
O
O
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
O
CoA
SH
O
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
O
O
O
O
O
OH
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
GTP
O
O
GDP + Pi
O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
CoA
S
SH
O
O
HO
O
H
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
O
O
O
O
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
O
NAD+
H2O
O
CO2
CoA
O
H
SuccinilCoA
sintetasi
EC 6.2.1.4
SH
O
O
O
Succinato
CoA
O
O
O
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
O
O
O
O
O
FAD
O
H3C
O
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
Fumarato
FADH2
SH
O
CH3
O
O
O
CoA
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
306
153
Succinato deidrogenasi EC1.3.5.1
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
• Per completare il ciclo il succinato deve
venire convertito in ossalacetato.
• Il succinato è deidrogenato a fumarato
stereospecificatamente dalla flavoproteina
succinato deidrogenasi con produzione di
FADH2.
• La succinato deidrogenasi è il solo enzima
di membrana del ciclo di Krebs.
• Gli elettroni passano dal succinato al FAD,
che è legato covalentemente alla proteina
attraverso un residuo di His.
• Il FADH2 è riossidato a FAD dal Coenzima Q
nella catena di trasporto degli elettroni.
• Il malonato, strutturalmente analogo al
succinato, è un forte inibitore competitivo e
blocca il ciclo.
O
O
Succinato
O
O
O
O
Malonato
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
307
Fumarasi EC4.2.1.2
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
CoA
O
O
CoA
O
OH
O
O
Citrato sintasi
O Malato
EC 2.3.3.1
Malato
O Fumarasi
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
EC 4.2.1.2
SH
O
O
O
O
O
O
OH
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
O
O
O
O
FAD
O
H3C
O
Fumarato
FADH2
SH
CH3
H2O
O
CoA
O
S
O
O
O
O
O
O
H
O
CoA
O
SH
SuccinilCoA
sintetasi
EC 6.2.1.4
GTP
O
O
GDP + Pi
O
S
O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
CO2
CoA
SH
O
CoA
O
HO
O
H
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
O
O
O
O
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
O
NAD+
H2O
O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
308
154
Fumarasi EC4.2.1.2
CO2
NADH + H+
NAD+
CoA
O
CoA
O
O
SH
O
O
O
O
OH
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
O
H3C
O
O
FAD
O
O
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
Fumarato
FADH2
O
O
Citrato sintasi
O Malato
EC 2.3.3.1
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
O
SH
CH3
OH
O
CoA
O
S
O
O
H2O
O
O
O
O
O
O
O
O
• La fumarasi catalizza l’idratazione reversibile del
fumarato, si forma (S)-malato (L-malato).
• È una reazione stereospecifica, viene idratato il
doppio legame trans ma non il cis (maleato).
• Nella reazione inversa solo il L-malato è
substrato dell’enzima non l’isomero D.
H
O
CoA
O
SuccinilCoA
sintetasi
EC 6.2.1.4
SH
GTP
O
O
GDP + Pi
O
S
O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
CO2
CoA
O
O
O
HO
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
O
O
O
O
H
O
NADH + H+
NAD+
O
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
SH
CoA
H2O
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
309
Meccanismo
Carbanione
O
H
O
C
O
OH-
+
OH
H
O
H
O
H
O
H
O
O
O
+
H
H
H
O
OH-
O
H
Fumarato
O
O
O
OH
H
H
O
C
S-Malato
+
H
O
Carbocatione
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
310
155
Malato deidrogenasi EC1.1.1.37
CO2
NADH + H+
NAD+
O
CoA
O
O
CoA
O
OH
O
O
O
Citrato sintasi
Ossalacetato
EC 2.3.3.1
O
Malato
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
CoA
SH
O
O
H3C
O
O
S
CH3
H2O
O
O
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
SH
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
Succinato
• La L-malato deidrogenasi
ossida il malato
a
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
ossalacetato rigenerando
il composto di partenza del
ciclo e producendo
NADH.
SuccinilCoA
sintetasi
Aconitasi
EC 6.2.1.4
4.2.1.3
• La reazione è sfavorita (∆G°’= 29.7ECkJ/mol),
ma la
-6 M), il
α-Chetoglutarato
concentrazione di
ossalacetato
è
bassa
(<10
deidrogenasi
Isocitrato
EC 1.2.4.2
deidrogenasi
che spinge la reazione
in avanti.
EC 1.1.1.41
• Inoltre la reazione successiva catalizzata dalla citrato
sintasi è altamente favorita (∆G°’= -31.5 kJ/mole) e
sottrae ulteriormente l’ossalacetato dal mezzo.
FADH2
O
O
O
FAD
O
O
O
O
H
O
O
O
CoA
SH
H2O
GTP
O
O
O
O
O
GDP + Pi
O
O
S
CO2
CoA
O
CoA
HO
SH
O
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
H
O
O
O
O
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
311
Energia
2
3
4
5
Fumarasi
Succinil-CoA
sintasi
1
Succinato
deidrogenasi
α-chetoglutarato
deidrogenasi
10
Isocitrato
deidrogenasi
20
Aconitasi
30
Citrato sintasi
0
Malato
deidrogenasi
∆G°' (kJ/mol)
40
-10
-20
-30
-40
6
7
8
R e a zio n e
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
312
156
Energia
Fumarasi
Succinato
deidrogenasi
Succinil-CoA
sintasi
α-chetoglutarato
deidrogenasi
Isocitrato
deidrogenasi
Aconitasi
Citrato sintasi
0
Malato
deidrogenasi
∆G (kJ/mol)
P O S IT I V O
N EG ATIVO
1
2
3
4
5
6
7
8
R e a zio n e
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
313
Energia
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
314
157
Ciclo di Krebs
• Il ciclo di Krebs è al centro del metabolismo.
• Le vie degradative (catabolismo) lo
alimentano, le vie sintetiche (anabolismo) ne
usano i componenti.
• È una via “ANFIBOLICA”, opera infatti sia nel
catabolismo che nell’anabolismo cellulare.
• Tutte le reazioni avvengono nella matrice
mitocondriale.
• Nei mitocondri vi sono anche gli enzimi della
fosforilazione ossidativa e quelli della
ossidazione degli acidi grassi e degli
aminoacidi.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
315
Ciclo di Krebs
C2
NADH + H+
NAD+
O
CH3
O
CoA
SH
O
O
H3C
SH
O
O
O
O
O
O
C4
O
CoA
O
O
O
CO2
O
O
OH
O
S
CoA
O
C4
O
C4
H2O
O
C6
OH
O
O
H2O
O
FADH2
O
O
O
FAD
C6
O
O
O
O
H
C4
O
H2O
GTP
O
O
O
C4 C1
S
O
O
GDP + Pi
O
O
O
CoA
CO2
CoA
NAD+
HO
SH
O
NADH + H+
C6
O
O
O
O
C5
O
O
O
O
H
O
O
NAD+
C6
O
O
O
NADH + H+
O
C1
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
316
158
Ciclo di Krebs
NADH + H+
NAD+
O
O
O
H2 O
C4
O
O
FADH2
O
C2
CO2
CoA
CoA
SH
C4
O
SH
CH3
O
H3C
O
O
O
O
O
O
O
C6
OH
O
C4
O
O
H2O
O
O
FAD
O
O
C6
O
O
O
O
O
S
O
OH
O
CoA
O
O
H
C4
O
O
H2O
GTP
O
GDP + Pi
O
O
O
O
O
O
C4 C1
S
CO2
CoA
CoA
O
O
O
O
O
O
C5
NAD+
O
H
O
O
O
NADH + H+
C6
HO
SH
NAD+
C6
O
O
O
NADH + H+
O
C1
CO2
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
CO2
(Asn) AMINOACIDI
AcetilCoA
NADH + H+
PIRIMIDINE GLUCOSO
NAD+
O
O
CoA
O
S
CO2
CoA
O
OH
O
Asp, Phe, Tyr
O
SH
O
O
COLESTEROLO
ACIDI GRASSI
O
O
O
OH
O
O
Citrato
Fumarato
O
O
H3C
O
Malato
O
SH
Piruvato
Ossalacetato
O
CoA
O
CH3
O
H2O
O
317
O
H2O
O
FADH2
O
O
O
FAD
O
cis-Aconitato
O
O
O
H
Succinato
O
O
CoA
O
H2O
SH
SuccinilCoA
GTP
O
O
O
α-Chetoglutarato
O
PORFIRINE
S
CoA
CO2
CoA
Ossalosuccinato
SH
O
O
O
O
O
Glu
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
O
O
O
PURINE
NAD+
NADH + H+
O
O
O
H
O
NADH + H+
NAD+
HO
O
O
ACIDI GRASSI
DISPARI
Ile, Met, Val
O
Isocitrato
GDP + Pi
O
O
CO2
AMINOACIDI
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
318
159
Reazioni anaplerotiche
• Gli intermedi del ciclo di Krebs sono
risintetizzati dalle reazioni anaplerotiche.
• La concentrazione degli intermedi nel ciclo
rimane pressoché costante.
• La principale reazione anaplerotica è quella
che porta alla produzione di ossalacetato da
CO2 e piruvato. La reazione è catalizzata dalla
piruvato carbossilasi.
• La produzione di ossalacetato avviene
principalmente nel rene e nel fegato.
• La piruvato carbossilasi è fortemente stimolata
da acetil-CoA.
gs © 2001-2017 ver 1.1.1
Metabolismo dei composti del carbonio - 1
319
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
Ufficiale: [email protected]
Personale: [email protected]
Aggiornato il 21/04/2017 11:09:06
160
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bragagnolo
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