G L I C O L I S I

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• Nelle cellule, le singole reazioni enzimatiche fanno
parte di sequenze a più tappe chiamate vie
metaboliche.
• In una via metabolica, il prodotto di una reazione
funge da substrato nella reazione successiva.
• Si definisce metabolismo l’insieme di queste vie
metaboliche.
• Le vie metaboliche vengono classificate in:
- cataboliche (demolitive)
- anaboliche (sintetiche).
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Alimenti
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coinvolti nel metabolismo energetico
sono:
da tavola, latte
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glucosio,maltosio [α
αGlc-(1-4)Glc]
isomaltosio αGlc-(1-6)Glc], **
Amido
α-amilasi saliv. e pancreatica
α-(1-4)
Isomaltosio,
destrine limite
isomaltasi (α
α-glucosidasi)*
α-(1-6)
glucosio
Maltosio
maltasi (α
α-glucosidasi)*
α-(1-4)
glucosio
Saccarosio
saccarasi*
α-glucosio
glucosio,fruttosio
Trealosio
trealasi*
α-(11)glucosio
glucosio
Lattosio
lattasi
(β
β-galattosidasi)*
βgalattosio
galattosio,glucosio
Glucosil
ceramide
β-glucosidasi
β-glucosio
glucosio,ceramide
* presenti sull'orletto a spazzola delle cellule epiteliali dell'intestino tenue.
* *destrine limite (in media otto unità di glucosio contenenti almeno un legame a-(1-6)
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Dopo la digestione:
I monosaccaridi ottenuti vengono assorbiti dall'intestino con un
meccanismo di trasporlo attivo, che permette di trasferire gli zuccheri
nel sangue anche quando la loro concentrazione nel sangue è più alta di
quella nel lume intestinale.
I monosaccaridi passano dalle venule dell'intestino alla vena porta,
attraverso la quale vengono trasportati al fegato e quindi al resto
dell'organismo
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DEFICIT DI
DISACCARIDASI
Il deficit più comune di disaccaridasi è quello della
lattasi che provoca intolleranza al latte.
Il deficit di lattasi è comune nell'adulto, nella
maggioranza della popolazione africana di colore e
nella quasi totalità delle popolazioni asiatiche.
Una curiosità è rappresentata dal deficit di trealasi
una glicoproteina dell’orletto a spazzola che idrolizza
il trealosio (nei funghi). Un incidenza rara nella
popolazione, con l’eccezione della Groenlandia dove
l’incidenza è di 1/13.
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Cos’è la glicemia?
Qual è la relazione tra:
Glicemia e Ormoni metabolici,
es Insulina/glucagone
90
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Insulina
Intake
Glicemia
Utilizzo del
glucosio
alimentare
Glucagone
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Nella fase di
buona alimentazione. Durante il
digiuno l’ormone che prevale è il
glucagone.
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L’omeostasi del glucosio è sotto il diretto controllo di:
Come si genera il pool di glucosio?
Glicogenolisi
Glicogeno
Glicogenosintesi
Glucosio
Glicolisi
Lattato-Piruvato
Gluconeogenesi
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G
L
I
C
O
L
I
S
I
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G
L
I
C
O
L
I
S
I
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Nella cellula le reazioni enzimatiche solo
raramente sono isolate, in genere esse
formano vie metaboliche (glicolisi), che
spesso si intersecano formando una rete
integrata: il metabolismo
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La glicemia
• La glicemia può essere definita banalmente
come la concentrazione di glucosio nel sangue.
• Valori normali: sono indicati da un intervallo che
varia a seconda della metodologia utilizzata per
determinarla, ma è di circa 60-100mg/100ml (dl).
• Questo valore deve essere mantenuto.
Per il mantenimento ci sono una serie di
meccanismi che presiedono a quella che viene
definita come:
l’omeostasi del glucosio.
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INTRODUZIONE ALLA GLICOLISI
• Il glucosio: combustibile universale per le cellule
che lo utilizzano per produrre ATP mediante la
glicolisi.
• La via glicolitica può produrre ATP
indipendentemente dalla presenza di O2.
• Il Glucosio è il glucide più rappresentato nella
dieta, la sua presenza costante nel sangue
garantisce il giusto apporto di energia a tutte le
cellule, in particolare a quelle che dipendono in
maniera più stringente dal G. come il cervello
che utilizza quasi esclusivamente glucosio.
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La glicolisi inizia con la fosforilazione del glucosio (G-6P) ad opera della
esochinasi. Il G-6P viene ossidato e scisso in 2 molecole di piruvato con
produzione di 2 molecole di NADH e 2 molecole di ATP (fosforilazione a livello
del substrato)
C6H12O6 + H2O
6CO2 + 6H2O + Calore
Reazione chimica che può avvenire in
provetta in un’unica tappa
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L’esochinasi innesca la glicolisi
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I, II, III funziona su + substrati anche
a basse concentrazioni di
glucosio, a velocità ridotta,
sequestra solo gli zuccheri realmente utilizzabili.
o Esochinasi IV
parenchima epatico e cellule β pancreas:
Km molto alta, ([glucosio] post prandiale
Vmax molto elevata, in realtà presenta una curva
di saturazione sigmoidale (cooperatività, infatti è
l’unica regolata anche dal fruttosio-6P)
(il fegato può eliminare il glucosio
dal sangue portale (glut2), efficacemente.
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_
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La seconda tappa della glicolisi è una isomerizzazione: una reazione
che cambia la forma di una molecola, senza aggiungere o rimuovere
atomi.
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Perchè AMP e non ADP?
2ADP+ATP
ATP+AMP
-
-
I
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La trioso fosfato isomerasi è stata descritta come un enzima perfetto. Compie il suo
lavoro miliardi di volte più velocemente rispetto alla reazione non catalizzata. È così
veloce che la velocità di reazione è determinata da quanto velocemente possono
arrivare all'enzima le molecole.
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Estere fosforico
ad alto contenuto di E
Estere fosforico
a basso contenuto di E
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11 reazioni in successione lineare
costituiscono il pathway della
glicolisi.
Il glucosio viene ossidato
lentamente per produrre due
tronconi da 3 atomi di carbonio:
piruvato
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La fermentazione alcolica è una forma di metabolismo energetico che avviene in alcuni lieviti in assenza di ossigeno. Essa è responsabile di diversi
fenomeni che vediamo ogni giorno, quali la lievitazione del pane o la trasformazione del mosto in vino. Essa è operata da una particolare classe di
microrganismi, i Saccaromices dei quali il più comune è senz'altro il S. cerevisiae, presente sulla buccia dell‘uva come nel lievito di birra.
Fu il primo processo metabolico realizzato in vitro, grazie all'isolamento degli enzimi, così chiamati proprio perché isolati nel lievito (zimé). Ciò
apportò un duro colpo al vitalismo
Tiamina PPi (vit B1)
La fermentazione lattica è una forma di metabolismo energetico che avviene in alcuni batteri e nella cellula animale in assenza di ossigeno. Consiste
nella trasformazione di una molecola di glucosio (o di un altro zucchero fermentabile) in due molecole di acido piruvico che vengono
successivamente ridotte ad acido lattico con una bassa resa energetica. Questa via metabolica prende il nome dal principale prodotto finale ma
viene detta anche omolattica per distinguerla da quella eterolattica che utilizza un meccanismo diverso.
La fermentazione lattica si incontra principalmente nei lattobacilli e nel metabolismo anaerobico di alcuni tessuti (muscolo) degli organismi
pluricellulari.
La fermentazione lattica svolta dai lattobacilli è presente nel tratto gastrointestinale umano in cui assume un ruolo tanto importante da spingere
alcuni a considerare i lattobacilli dei probiotici.
La fermentazione lattica è coinvolta nella preparazione di numerosi alimenti tra cui ricordiamo lo yogurt, il kefir, i capperi ed i crauti.
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6ATP
Tot: 8ATP
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Seconda parte: regolazione glicolisi
e gluconeogenesi
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Regolazione Glicolisi
Glucosio>>>>>Piruvato
Glicolisi
La velocità è regolata da 2 esigenze cellulari:
1) Produzione di ATP
2) Produzione di precursori biosintetici (per
fare ad.es. Ac. Grassi o glicogeno).
• Le reazioni catalizzate da: esochinasi,
fosfofruttochinasi e piruvato chinasi sono
pressocchè irreversibili, dunque regolate.
Le regolazioni sono: allosteriche e
covalenti (locali e immediate) ( a breve
termine). Oltre che per i livelli di proteina (a
lungo termine).
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Il primo enzima regolato della via glicolitica è l’esochinasi,
glucochinasi per il fegato:
La GK: se il Fruttosio6P è
alto è localizzata nel nucleo
degli epatociti. Se aumenta
il glucosio ematico, ritorna
al citosol dell’epatocita.
•L’esochinasi è inibita dal suo
prodotto: G-6P (I. allosterica).
•La glucochinasi, invece, è inibita dal
fruttosio-6P.
•Se la fosfofruttochinasi, a valle, è
inattiva, si accumula:
- F-6P e - G-6P
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• Glucochinasi epatica aumenta in risposta
all’insulina.
• Gli epatociti captano oltre la metà dell’insulina
secreta dal pancreas nella prima fase.
• L’insulina promuove la sintesi della glucochinasi.
• Nei pazienti diabetici c’è anche carenza di
glucochinasi, ciò concorre alla incapacità di far
diminuire il livello ematico di glucosio
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Il secondo enzima regolato è la Fosfofruttochinasi:
Regolata da ATP e da AMP (regolazione
allosterica:msec.).
Perchè AMP e non ADP?
2ADP
ATP+AMP
E’ inibita dal citrato (un intermedio
precoce del ciclo di Krebs). Il citrato in
eccesso indica abbondanza di precursori,
quindi non c’è bisogno di degradare altro
glucosio.
E’ inibita dalla riduzione del pH: (H+aumentati dalla
produzione di Ac. Lattico.)
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enzima chiave: La fosfofruttochinasi-1 è stimolata dal 2,6 bis-PFruttosio
Carica energetica
fosfofruttochinasi”2 (PFK2) e
fruttosio BisFosfatasi 2 (FBP2)
lavorano insieme agli enzimi
PFK1 e FBP1 rispettivamente.
Nel fegato e nel rene
1
aldolasi B scinde il
fruttosio1P introdotto
con l’alimentazione
FBP2
Fruttosio 6 fosfato
Fruttosio 2,6 bis fosfato
PFK2
FBP1
Fruttosio 1,6 bis fosfato
PFK1
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Se la glicemia è alta la glicolisi deve procedere, la PKA è inattiva (cAMP
basso), quindi:
off
La PFK/FBP2 defosforilata funziona come chinasi ed è
inattiva come fosfatasi, si forma il 2,6bisPFruttosio
che va ad attivare la PFK1 e fa procedere la glicolisi
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Una parte del 1,3 Bis Fosfo Glicerato è
convertito a 2,3 Bis Fosfo Glicerato per
azione della FGmutasi, in tracce; (il
fenomeno nell’eritrocita è significativo),
è idrolizzato da una fosfatasi in 3-fosfoglicerato
Regolazione anteroattiva, collega
l’attività delle due chinasi:
fosfofruttochinasi con la piruvato
chinasi
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Se il rapporto NADH/NAD è elevato, ha oltrepassato la capacità
ossidativa della cat. Resp., si ha produzione di lattato
La direzione della LDH dipende dal rapporto NADH/NAD. Nel
muscolo in attività è più alto che nel cuore e nel fegato che
quindi riossidano il lattato in piruvato
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Quando nel muscolo scheletrico la produzione di NADH eccede la capacità riossidativa
(catena respiratoria), allora il rapporto NADH/NAD diventa elevato e questo favorisce la
trasformazione del piruvato in lattato.
Nel fegato e nel cuore questo rapporto (NADH/NAD) è basso quindi il lattato è ossidato a
piruvato. Nel fegato il piruvato è poi convertito in glucosio oppure è decarbossilato a
AcetilCoA
Acidosi lattica. Elevata
concentrazione nel plasma di ac.
Lattico. Si verifica per un collasso
del sistema circolatorio
(infarto,embolia polmonare,
emorragie massive).
Tutte hanno in comune il deficit di
O2 a carico dei tessuti con
conseguente rallentamento della
catena respiratoria e riduzione di
ATP . Per sopravvivere le cellule
usano la glicolisi anaerobia.
Quando il danno viene risolto le
cellule recuperano una normale
attività, utilizzando un surplus di
ossigeno. Debito di ossigeno
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Acidosi lattica:
Per un collasso del sistema circolatorio, come l’infarto del
miocardio, embolia, emoraggia, shock, che impediscono un
apporto adeguato di Ossigeno, si produce una riduzione della
fosforilazione ossidativa, con riduzione di ATP.
Per sopravvivere le cellule passano a glicolisi anaerobica con
produzione di lattato
Debito di Ossigeno: quell’ossigeno extra che deve essere fornito
dopo un periodo di inadeguata assunzione, per recuperare la
normalità.
L’ac. Lattico ematico può fornire un indice indiretto del debito di
ossigeno di un paziente e monitorare il recupero.
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Il glucosio può essere sintetizzato a
partire da precursori non glicidici
120g di glucosio servono al cervello (120/160 totali
per l’organismo intero).
20g sono nei liquidi organici.
190g rappresentano la riserva sotto forma di glicogeno
La gluconeogenesi converte:
piruvato
glucosio
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Piruvato carbossilasi
PEP carbossichinasi
Fruttosio1,6-bis fosfatasi
Glucosio-6-P-fosfatasi
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Decima reazione nella via glicolitica
Prima nella neoglucogenesi
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Quando nel muscolo scheletrico la produzione di NADH eccede la capacità riossidativa
(catena respiratoria), allora il rapporto NADH/NAD diventa elevato e questo favorisce la
trasformazione del piruvato in lattato.
Nel fegato e nel cuore questo rapporto (NADH/NAD) è basso quindi il lattato è ossidato a
piruvato. Nel fegato il piruvato è poi convertito in glucosio oppure è decarbossilato a
AcetilCoA
Acidosi lattica. Elevata
concentrazione nel plasma di ac.
Lattico. Si verifica per un collasso
del sistema circolatorio
(infarto,embolia polmonare,
emorragie massive).
Tutte hanno in comune il deficit di
O2 a carico dei tessuti con
conseguente rallentamento della
catena respiratoria e riduzione di
ATP . Per sopravvivere le cellule
usano la glicolisi anaerobia.
Quando il danno viene risolto le
cellule recuperano una normale
attività, utilizzando un surplus di
ossigeno. Debito di ossigeno
P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006
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Fosfenolpiruvato
2-fosfoglicerato
3-fosfoglicerato
1,3bisfosfoglicerato
gliceraldeide3-P
Diidrossiaceton-P
Fruttosio 1,6bP
fosfofrottochinasi: AMP
ATP e citrato
Fruttosio 1,6 bis fosfatasi:AMP
ATP e citrato
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_
-fosfatasi
+
+
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Fruttosio 6-P
Glucosio 6-P
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8
9
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6
4
3
2
1
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Ciclo di Cori
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:2 per la Piruvato carbossilasi
2 per la fosfenolpiruvato carbossichinasi
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Ciclo dell’Alanina
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Le vie cataboliche
• Le reazioni cataboliche disgregano le molecole
complesse (proteine, polisaccaridi, lipidi) producendo
poche molecole semplici come CO2, NH3 ed H2O.
• Servono a catturare, sotto forma di ATP, l’energia
chimica liberata dalla degradazione di molecole
combustibili.
• La liberazione di energia nella degradazione di
molecole complesse avviene in 3 stadi:
I) l’idrolisi delle molecole complesse
II) conversione dei monomeri in molecole più semplici
III) ossidazione fino ad acetil CoA e dell’acetil CoA
• Il catabolismo è un processo convergente (una grande
varietà di molecole si trasforma in pochi prodotti
finali comuni).
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Champe et al., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli
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Le vie anaboliche
• Partendo da precursori semplici (p.es.
amminoacidi) si ottengono prodotti
terminali complessi (p.es. proteine), o
piruvato per la produzione di glucosio.
• Richiedono energia, generalmente fornita
dalla degradazione dell’ATP in ADP e Pi.
• Molte reazioni comportano una riduzione
chimica, nella quale spesso il potere
riducente è fornito dal donatore di
elettroni NADPH.
• L’anabolismo è un processo divergente,
pochi precursori formano una varietà di
prodotti complessi.
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Champe et al., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli
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