METABOLISMO DEL GLICOGENO E SUA REGOLAZIONE La regolazione del metabolismo del glic. segue 2 vie. La prima, immediata, è di tipo allosterico. I due enzimi responsabili del metabolismo sono regolati in base alle concentrazioni di diverse molecole del metabolismo del glucosio. • Glicogeno fosforilasi attiva: [Glc 6-P] [AMP] [ATP] [Ca2+] *(vedi: Glicogenolisi) • Glicogeno sintetasi attiva: [ATP]; [Glc 6-P]; Bisogna tener presente che gli enzimi hanno azione contraria, per cui, se 1 è attivo, l’altro è inattivo e viceversa. Il secondo tipo di regolazione è quella covalente determinata dalla formazione di legami covalenti sugli enzimi. La fosforilazione (e la defosforilazione) determinano l’attivazione di 1 enzima e l’inattivazione dell’altro. In dettaglio, la glic.fosfrilasi è attiva se fosforilata (glic. fosforilasi a) e inattiva se defosforilata (glic.fosforilasi b). Al contrario, la glic.sintetasi è attiva se defosforilata (glic.sintasi a) e inattiva se fosforilata (glic.sintasi b). La fosforilazione avviene a carico di residui di Ser. Questi due enzimi, regolati in maniera covalente, sono definiti interconvertibili. La regolazione covalente è di origine ormonale. L’adrenalina e il glucagone sono ormoni iperglicemizzanti, ovvero tendono a mobilitare il Glc dalle cellule epatiche e renali. L’adrenalina è secreta dalla midollare del surrene, mentre il glucagone è secreto dalle cellule A delle isole pancreatiche. Questi ormoni raggiungono le cellule bersaglio e il cambiamento tridimensionale indotto al recettoe determina l’attivazione della proteina G. La subunità alpha delle proteine G attiva l’enzima adenilato ciclasi, situato sul lato interno della membrana cellulare, che trasforma AMP in cAMP. 4 molecole di cAMP attivano la Proteina Chinasi (C2R2 + 4cAMP C2 + R2-cAMP4). Questo attiva la Fosforilasi Chinasi che fosforila la Glic.Fosforilasi b in Glic.Fosforilasi a. Parallelamente la Glic.sintasi a è fosforilata a Glic.sintasi b inattiva. Il Glucagone, oltre a questi effetti, mediante la proteina kinasi cAMP dipendente, inattiva la PFK2 (diminuendo [Fru 2,6BP]) e attivando Fru 2,6 Difosfatasi (aumentando [Fru 6P]). Si ha, così, inibizione della Glicolisi e attivazione della Gluconeogenesi. Il Glucagone, inoltre, inibisce la Piruvato Kinasi. La Proteina Chinasi cAMP dipendente, tra i suoi substrati, fosforila ed attiva anche la Proteina inibitrice della Fosforilasi Fosfatasi. Quando il segnale ormonale scompare, si ha defosforilazione della Proteina inibitrice della Fosforilasi Fosfatasi mediante defosforilazione ed inattivazione. Così la Fosforilasi Fosfatasi, di nuovo attiva, può andare a defosforilare tutti i siti con P, attivando la Glicogeno Sintasi a. cAMP, infine, è riportato a AMP mediante l’enzima fosfodiesterasi. Se a tessuto epatico omogeneizzato si aggiunge Glc, si può valutare come si ha inattivazione delle Glic.fosforilasi ed attivazione delle Glic.Sintasi. X l’insulina vedi pag 330 del Ganong (FISIO). fosforilasi sintetasi Attività Enzimatica aggiunta di Glc tempo GLICOGENOLISI La glicogenolisi è regolata da due enzimi. L’enzima iniziale è la Fosforilasi Chinasi. Questi attiva la Glic.Fosforilasi. la Fosf.kinasi è un enzima con 16 subunità: a4b4g4d4. La subunità d è la calmodulina che lega 4Ca2+. Sono necessari 8 Pi per far funzionare la Fosforilasi kinasi. Questa, però, tende molto più facilmente alla forma attiva se CAM è legata al Ca2+, ma solo inizialmente, quando pH>6,8. Quando la contrazione muscolare produce lattato, il ruolo del Ca2+ diminuisce per l’acidità del pH e scatta l’attivazione ormonale, che tende ad attivare la Glicogeno fosforilasi. Questa ha 2 subunità con 2 siti di legame per il Glicogeno. Il glicogeno che sarà demolito è legato alla superficie concava. Nel sito catalitico è presente una molecola di Piridossal Fosfato, legato a Lys. Sulla superficie esterna ci sono siti di legame per ATP e AMP. La presenza di ATP tende a conservare la forma tesa, ovvero non attiva. Se aumenta la concentrazione di AMP, si tende alla forma rilasciata, ovvero quella attiva. La Glicogeno fosforilasi fsi lega alle estremità non riducenti del Glicogeno. Rompe i legami alpha14 con meccanismo fosforolitico (con aggiunta di Pi). Questo enzima è specifico solo per i legami alpha1-4, fino a 4 momomeri prima di una ramificazione. Per scindere la destrina limite entra in gioco l’enzima deramificante, che si comporta come una Glc 4-4 Transferasi. Questo scinde 3 monomeri di una ramificazione e li lega ad un’altra estremità non riducente ove potrà continuare a lavorare la gli.fosforilasi. L’ultimo monomero è scisso e forma Glc libero, senza Pi. In questo caso l’enzima ramificante agisce come amilo 1-6 Glicosidasi. Di tutti i monomeri liberati quelli fosfatati sono Glc 1-P e sono trasformati a Glc 6-P mediante l’enzima fosfoglucomutasi. Nel fegato e nei remi è anche presente la Glucosio Fosfatasi che ne permette la mobilitazione. Nei muscoli no! GLICOGENOSINTESI La regolazione della Glic.Sintasi avviene inversamente alla Glic.Fosforilasi, esistendo anch’essa nella forma attiva ed inattiva, presentando regolazione allosterica e covalente. La Glic.Sintasi a deve essere legata a 2 Pi per essere inattivata. Il Glc che entra nelle cellule epatiche e renali è fosfatato a Glc 6-P dall’enzima esokinasi; Glc 6-P è trasformato a Glc 1-P dalla fosfoglucomutasi. Glc1-P è traformato in UDP-Glc (urdina difosfato glucoso) mediante l’enzima Glc 1-P fosfato uridiltrasferasi. UTP + Glc1-P UDP-Glc + Ppi. Questa reazione procede sempre verso dx perché nel citosol il gruppo Pirofosfato è trasformato in Ortofosfato. La Glic.Sintetasi lega Glc di UDP-Glc alle estremità non riducenti del Glicogeno con legame alpha1-4. Parallelamente UDP+ATP UTP + ADP, quindi si ha spesa di ATP. La Glic.sintasi non è in grado di formare legami alpha1-6, quindi è necessari l’aiuto di un enzima ramificante che leghi i vari monomeri, ma almeno 4 monomeri dopo una ramificazione già esistente. Questo enzima svolge la funzione di Glicosil 4-6 Transferasi. Esiste nelle cellule neonate una proteina, detta Glucogenina, che è 1 enzima che ha la capacità di autoglicosidarsi a residui di Tyr. Quando il nucleo glicogenico è consistente, si stacca, permettendo il lavoro degli altri due enzimi. CICLO FUTILE • glicogenosintesi: Glc 1-P + UTP– UDP-Glc + PPi PPi + H2O – Pi UDP-Glc + Glicogeno(n) – Glicogeno (n+1) + UDP UDP + ATP – UTP + ADP • bilancio energetico della glicogenosintesi: Glicogeno (n) + Glc1-P + ATP + H2O – Glicogeno (n+1) + Pi + ADP • glicogenolisi: Glicogeno(n+1) + Pi – Glicogeno (n) + Glc 1-P Se avvenissero contemporaneamente si avrebbe solo 1 spesa di energia • somma e bilancio energetico: ATP + H2O – ADP + Pi Questo corrisponderebbe ad un ciclo futile, ed è per questo che gli enzimi di regolazione rispondono in maniera differente allo stesso stimolo.