Metabolismo dei carboidrati

Prof. Giorgio Sartor
Metabolismo dei
carboidrati
Copyright © 2001-2012 by Giorgio Sartor.
Versione 1.9.1 – mar 2012
All rights reserved.
Indice
Glicogeno
Metabolismo
del Glicogeno
H
H OH
H
H
H
H
HO
OH
O
OH
H
H
OH
O
H
HO
OH
H
H
H
OH
OH
CH2OPO3--
H3 C
3-fosfogliceraldeide
O
O
2NADH
Fermentazione
alcolica
(Anaerobiosi)
OH
2 Lattato
Ciclo dei
pentosi
Glicolisi
Piruvato
Fermentazione
lattica
(Anaerobiosi)
O
OH
2NADH
2ATP
2 Piruvato
H3C
OH
H
2NAD+
O
O
OH
H
Riboso-5-fosfato
Fruttoso-1,6-difosfato
Gluconeogensi
O
CH2OH
D-Glucoso
2ADP + 2Pi
H
H
2NAD+
Acetil-CoA
NADH
O2
2 CO2 + 2 etanolo
Ossidazione
aerobica NAD+
ADP + Pi
Ciclo di
Krebs
H+
Fosforilazione
ossidativa
H+
ATP
NAD+
6 CO2 + 6H2O
1
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
-3-
I glucidi
• I glucidi sono tra i maggiori
fornitori di energia degli organismi.
• Sono introdotti con la dieta e
prodotti dalle cellule.
• Sono in genere dei polisaccaridi.
– Attraverso la digestione vengono
degradati a monosaccaridi (glucosio,
fruttosio, galattosio, …)
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Metabolismo dei carboidrati
-4-
2
I glucidi
• I monosaccaridi vengono demoliti per
produrre energia a spesa dei legami
chimici.
• In presenza di ossigeno si ha la
“combustione” completa del
monosaccaride:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
• L’energia prodotta viene immagazzinata
sottoforma di nucleotidi trifosfati (ATP).
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Metabolismo dei carboidrati
-5-
I glucidi
• Una cellula in condizioni ottimali
tende ad accumulare polisaccaridi
come:
– glucidi di riserva (amidi, glicogeno)
– glucidi strutturali (cellulosa).
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-6-
3
Vie metaboliche
• Tutte le operazioni di degradazione dei
monosaccaridi e di sintesi dei
monosaccaridi e polisaccaridi sono
gestite da vie metaboliche che
mantengono l’omeostasi dell’organismo.
• Quando il bilancio si altera si ha la
regolazione del metabolismo
• La velocità con la quale avviene una via
metabolica è regolata.
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Metabolismo dei carboidrati
-7-
Regolazione delle vie metaboliche
• La velocità di una via metabolica
– può essere regolata sia dalla disponibilità del
substrato che dalla disponibilità dell’enzima.
– È controllata a livello della reazione più lenta della 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 una reazione catalizzata da un
enzima diverso
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Metabolismo dei carboidrati
-8-
4
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 carboidrati
-9-
Glicolisi
La via di Embden-Meyerhof (Warburg)
Indice
5
Glicolisi
Glicogeno
Metabolismo
del Glicogeno
H
H OH
H
H
H
H
HO
OH
O
OH
H
H
OH
O
H
HO
OH
H
H
H
OH
OH
H
H
Riboso-5-fosfato
2NAD+
3-fosfogliceraldeide
O
H3C
O
O
Piruvato
Fermentazione
lattica
(Anaerobiosi)
2NADH
Fermentazione
alcolica
(Anaerobiosi)
Acetil-CoA
OH
H3C
O
2 Lattato
Ciclo dei
pentosi
Glicolisi
2NADH
2ATP
2 Piruvato
O
OH
OH
CH2OH
Fruttoso-1,6-difosfato
Gluconeogensi
OH
H
H
CH2OPO3--
D-Glucoso
2ADP + 2Pi
O
2NAD+
NADH
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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- 11 -
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- 12 -
6
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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- 13 -
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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- 14 -
7
Potenziale di trasferimento
del fosfato (ΔG°') 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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- 15 -
Fasi della glicolisi
1. Fosforilazione del substrato
ed attivazione,
2. Scissione dello zucchero a
sei atomi di carbonio,
3. Recupero dell’energia nella
fosforilazione dell’ADP.
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Metabolismo dei carboidrati
- 16 -
8
Reazioni della glicolisi
• Cinque tipi di reazioni:
1. Trasferimento del fosfato
R OH
+
O
R O P O
O
Chinasi
ATP
+
ADP
2. Spostamento del fosfato
O
O P O
O H
R
OH
H H
H
O H
R
H H
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Mutasi
O
O P O
O
Metabolismo dei carboidrati
- 17 -
Reazioni della glicolisi
• Cinque tipi di reazioni:
3. Isomerizzazione
CH2OH
Isomerasi
H
O
O
OH
R
R
4. Deidratazione
Enolasi
H
H
OH
+
H
H
H2O
H
5. Scissione aldolica
R
O
HO
H
H
OH
R'
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Metabolismo dei carboidrati
R
Aldolasi
H
O
R'
O
+
HO
H
H
- 18 -
9
Fosforilazione
• La prima fase della glicolisi
consiste nella fosforilazione del
glucoso per arrivare a fruttoso1,6-difosfato attraverso il glucoso6-fosfato che viene isomerizzato a
fruttoso-6-fosfato.
• Vengono consumate due molecole
di ATP per ottenere lo zucchero
difosfato.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 19 -
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
H2C
O
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
Fosfogliceratochinasi
OPO3--
ADP
Mg++
ATP
PO3--
Piruvato
chinasi
CH3
CH2
Mg++, K+
O
O
O
Piruvato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
OPO3--
Enolasi
OPO3--
Mg++
ATP
ADP O
O
Fosfoenolpiruvato
O
Fosfogliceratomutasi
HO
CH2
O
O
CH2
OH
O
O
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
Metabolismo dei carboidrati
- 20 -
10
Fase 1
Formazione di fruttoso-1,6-bifosfato
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
CH2OH
O
Fruttoso-6-fosfato
Fosfoglucoisomerasi
OH
ATP
OH
OH
PO3--
O
CH2
O
H2C
O
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
Fosfogliceratochinasi
OPO3--
ADP
Mg++
ATP
PO3--
Piruvato
chinasi
CH3
CH2
Mg++, K+
O
O
O
Piruvato
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OPO3--
Enolasi
OPO3--
Mg++
ATP
ADP O
O
Fosfoenolpiruvato
O
Fosfogliceratomutasi
HO
CH2
O
O
CH2
OH
O
O
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
Metabolismo dei carboidrati
Formazione del
fruttoso-1,6-difosfato
• Gli enzimi coinvolti sono
due chinasi (la esochinasi e
la fosfofruttochinasi) ed
una isomerasi
• Risultato netto:
GLU + 2 ATP → FBP + 2 ADP
- 21 -
CH2OH
H
H
OH
Glucoso
OH
H
O
H
GLU
H
OH
OH
ATP
Mg++
Esochinasi (EC 2.7.1.1)
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
ATP
H
OH
OH
H
Mg++
CH2OH
OH
F6P
Fosfofruttochinasi (EC 2.7.1.11)
ADP
CH2OPO3-O
Fruttoso-1,6-bifosfato
H
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
H
OH
OH
H
CH2OPO3-OH
FBP
- 22 -
11
Esochinasi
NH2
N
N
• Fosforilazione
del glucoso
• Consumo di
ATP
• Fosforilazione
spontanea a
causa
dell’idrolisi
dell’ATP
Mg++
N
N
O
O
O
P
O
O
P
O
O
H
OH
OH OH
ATP
H
H
O
H
OH
H
H
OH
H
OH
Esochinasi (EC 2.7.1.1)
NH2
N
N
O
N
O
O
O
O
N
OH OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
P
O
Glucoso
H
O
O
O
O
P
O
O
ADP
P
O
O
P
O
O
H
O
OH
H
H
O
H
OH
H
H
OH
H
OH
Glucoso-6-fosfato
Metabolismo dei carboidrati
- 23 -
Esochinasi EC 2.7.1.1
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 24 -
12
Esochinasi EC 2.7.1.1
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 25 -
Esochinasi inattiva
• Il legame del
glucoso induce un
cambiamento
conformazionale
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Metabolismo dei carboidrati
- 26 -
13
Esochinasi attiva
http://www.genome.jp/dbget-bin/mime_rasmol?1BDG
http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureId=1BDG
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 27 -
Esochinasi EC 2.7.1.1
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 28 -
14
Esochinasi EC 2.7.1.1
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 29 -
Esochinasi EC 2.7.1.1
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 30 -
15
Esochinasi EC 2.7.1.1
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 31 -
Esochinasi EC 2.7.1.1
• 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
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Metabolismo dei carboidrati
- 32 -
16
Formazione del fruttoso-6-difosfato
CH2OH
H
Glucoso
OH
O
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
Glucoso-6-fosfato
Sintesi di NADPH e
di zuccheri a 3, 5, 6 e
7 atomi di carbonio
G6P
H
OH
OH
H
OH
H
H
OH
H
O
PO3--
Glucoso-1-fosfato
Glucuronato
CH2OPO3-O
Fruttoso-6-fosfato
O
H
H
H
OH
CH2OH
H
OH
OH
H
Glucosamina-6-fosfato
Sintesi di
carboidrati
OH
F6P
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
CH2OH
H
Glucoso
OH
O
- 33 -
H
H
OH
H
H
OH
GLU
OH
ATP
Mg++
Esochinasi (EC 2.7.1.1)
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
ATP
H
OH
OH
H
Mg++
CH2OH
OH
F6P
Fosfofruttochinasi (EC 2.7.1.11)
ADP
CH2OPO3-O
Fruttoso-1,6-bifosfato
H
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
H
OH
OH
H
CH2OPO3-OH
Metabolismo dei carboidrati
F6P
- 34 -
17
Fosfoglucoisomerasi EC 5.3.1.9
Glucoso-6-fosfato
+
H
O
O
P
O
O
H
OH
H
H
H
OH
H
B
H
O
P
O
O
H
+
OH
O
H
H
OH
O
O
B
H
H
O
H
OH
H
H
OH
H
O
Apertura
dell'anello
H
H
B
B
O
Entra il G6P
Intermedio
cis-enediolato
Esce il F6P
O
P
O
O
H
OH
H
OH
H
O
O
P
O
O
H
H O
H
H
OH
H
OH
OH
OH H
B
Chiusura
dell'anello
O
O
P
O
O
H
OH
Fruttoso-6-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
H
Scambiato con
il mezzo
H
H
O
B
+
H
B
H
H
H
OH
O
O
H
BH+
H
B
H
H
O
O
H
H
B
OH
H
Metabolismo dei carboidrati
- 35 -
Fosfoglucoisomerasi EC 5.3.1.9
F6P
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 36 -
18
Fosfoglucoisomerasi EC 5.3.1.9
Aminoacidi basici
G6P
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 37 -
Fosfoglucoisomerasi EC 5.3.1.9
Aminoacidi basici
F6P
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 38 -
19
Fosfoglucoisomerasi EC 5.3.1.9
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 39 -
Fosfoglucoisomerasi EC 5.3.1.9
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 40 -
20
CH2OH
H
Glucoso
OH
O
H
H
OH
H
H
OH
GLU
OH
ATP
Mg++
Esochinasi (EC 2.7.1.1)
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
ATP
H
OH
OH
H
Mg++
CH2OH
F6P
OH
Fosfofruttochinasi (EC 2.7.1.11)
ADP
CH2OPO3-O
Fruttoso-1,6-bifosfato
H
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
H
OH
OH
H
CH2OPO3-OH
FBP
Metabolismo dei carboidrati
- 41 -
Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11
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
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 42 -
21
CH2OH
H
Glucoso
OH
O
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
Glucoso-6-fosfato
Sintesi di NADPH e
di zuccheri a 5, 6 e
7 atomi di carbonio
H
G6P
H
ATP
Fosfofruttochinasi (EC 2.7.1.11)
H
OH
OH
OH
H
OH
OH
PO3--
OH
H
Sintesi di
carboidrati
Glucosamina-6-fosfato
OH
F6P
ATP
Citrato
AMP
Fruttoso-2,6-bifosfato
CH2OPO3-O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
H
H
O
Glucuronato
ADP
H
H
CH2OH
Mg++
Fruttoso-1,6-bifosfato
H
OH
Glucoso-1-fosfato
CH2OPO3-O
Fruttoso-6-fosfato
O
H
H
OH
OH
H
CH2OPO3-OH
FBP
Metabolismo dei carboidrati
- 43 -
Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11
ΔG°' = -14.2 kJ mol-1
ΔGeritrociti = -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
H
H O
H
H
O
H
OH
H
O
OH
OH H
OH H
Fruttoso-6-fosfato
F6P
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
P O
O
+ ADP
Fruttoso-1,6-bifosfato
FBP
Metabolismo dei carboidrati
- 44 -
22
Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11
Dimero di un
tetramero
ADP
Mg++
FBP
Mg++
ADP
http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureId=1PFK
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 45 -
Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11
ADP
Mg++
F6P
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Mg++
Metabolismo dei carboidrati
ADP
- 46 -
23
Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11
FBP
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Mg++
ADP
Metabolismo dei carboidrati
- 47 -
Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11
FBP
ADP
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 48 -
24
Fosfofruttochinasi EC 2.7.1.11
Dimero di un
tetramero
F6P
http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureId=1MTO
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 49 -
Enzima tandem
• La regolazione della
PFK coinvolge un’altra
molecola fosforilata: il
fruttoso-2,6-bifosfato,
che funziona da
attivatore allosterico
della PFK.
• 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.
O
O
O
O
H2C H
O
OH O
H
P
O O
CH2OH
HO
H
6-Fosfofrutto-2-chinasi (EC 2.7.1.105)
Enzima defosforilato
+
ATP
OPO3-H
OH
+
OH
H
CH2OH
HO
ADP
OPO3--
Fosforilasi Chinasi A
Attiva
O
H2C
H
Pi
• L’enzima tandem è
finemente regolato.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
P
O
cAMP
+
Fosforilasi Chinasi A
Inattiva
O
H2C
H
OPO3-OH
H
CH2OH
HO
H
Enzima fosforilato
Fruttoso-2,6-difosfatasi (EC 3.1.3.46)
Metabolismo dei carboidrati
- 50 -
25
Enzima tandem
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 51 -
Regolazione PFK
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 52 -
26
Fase 2
Scissione del fruttoso-1,6-bifosfato
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
CH2OH
O
Fruttoso-6-fosfato
Fosfoglucoisomerasi
OH
ATP
OH
OH
PO3--
O
CH2
Fruttoso-1,6-bifosfato
O
H2C
O
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
Fosfogliceratochinasi
OPO3--
ADP
Mg++
ATP
PO3--
Piruvato
chinasi
CH3
CH2
Mg++, K+
O
O
O
Piruvato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
OPO3--
Enolasi
ADP O
O
Fosfoenolpiruvato
O
CH2
OH
O
OPO3--
Mg++
ATP
O
Fosfogliceratomutasi
HO
CH2
O
3-fosfoglicerato
O
2-fosfoglicerato
Metabolismo dei carboidrati
- 53 -
Scissione del
fruttoso-1,6-difosfato
Fruttoso-1,6-bifosfato
F6P
• La scissione del
fruttoso-1,6-difosfato
attraverso l’aldolasi
porta alla formazione di
due triosi,
diidrossiacetonfosfato e
3-fosfogligeraldeide.
• I due triosi sono tra
loro in equilibrio
attraverso la trioso
fosfato isomerasi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
CH2OPO3-O
H
H
OH
OH
H
CH2OPO3-OH
CH2OPO3-O
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OPO3-Aldolasi (EC 4.1.2.13)
CH2OPO3-O
HO
H
H
Diidrossiacetonfosfato
DHAP
Metabolismo dei carboidrati
H
H
Trioso fosfato isomerasi
(EC 5.3.1.1)
O
OH
CH2OPO3--
3-fosfogliceraldeide
GAP
- 54 -
27
Aldolasi: meccanismo generale
CH2OPO3--
O
H
HO
H
H
O
H
CH2OPO3--
O
+
OH
H
HO
CH2OPO3--
OH
H
O
H
H
CH2OPO3--
R
H2O
OH-
R
O
CH2
H
R
O
O
CH2
OH
H
R'
R
O
CH2-
O
OH-
H2O
R
O
CH2
CH3
Prodotto II
R'
+
H
O
R'
Prodotto I
Enzima
Zn++
O
Enzima
CH2OPO3-C
H
HO
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Zn++
O
CH2OPO3--
H
HO
Metabolismo dei carboidrati
- 55 -
Aldolasi EC 4.2.1.13
CH2OPO3--
Prodotto II
Diidrossiacetonfosfato
H
H
H2N
H
H
Idrolisi della
base di Shiff
O
Legame del
substrato
Enzima libero
CH2OPO3--
O
Complesso
enzima-prodotto con Base
di Shiff protonata
H
Prodotto I
Gliceraldeide-3-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
HO
H
O
H
H
O
H2O
H
CH2OPO3--
H
Intermedio
enaminico
OH
O
Formazione della
base di Shiff
protonata
H
HO
(CH2)4
H
CH2OPO3--
H
(CH2)4
O
H
Tautomeria e
protonazione
N
..
..
H2N
H
HO
H
CH2OPO3--
H
OH
CH2OPO3--
Tyr
(CH2)4
H
O
H
N
HO
H
(CH2)4
O
+
CH2OPO3--
H
HO
Lys
HO
CH2OPO3--
O
O
Complesso
enzima-substrato
+
N
(CH2)4
H
O
H
O
OH
CH2OPO3--
Complesso
enzima-substrato con
Base di Shiff protonata
OH
CH2OPO3--
Metabolismo dei carboidrati
- 56 -
28
Aldolasi EC 4.2.1.13
Lys
Tyr
FBP
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 57 -
Aldolasi EC 4.2.1.13
FBP
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 58 -
29
Trioso-fosfato isomerasi EC 5.3.1.1
Converte DHAP in GAP
• Il meccanismo coinvolge la
formazione di enendiolo
• Il sito attivo contiene un Glu che
agisce come base
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 59 -
Trioso-fosfato isomerasi EC 5.3.1.1
• Catalizza l’equilibrio:
Δ G ° ' = + 7 .5 6 k J m o l -1
C H 2 O P O 3 -O
HO
H
H
D iid ro ssia ce to n fo sfa to
H
H
T rio so fo sfa to iso m e ra si
(E C 5 .3 .1 .1 )
DHAP
O
OH
C H 2 O P O 3 --
3 -fo sfo g lice ra ld e id e
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 60 -
30
Trioso-fosfato isomerasi EC 5.3.1.1
O
Glu O
O
H
H
OH
:B+
O
O
Glu 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
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
GAP
PO3--
Metabolismo dei carboidrati
- 61 -
Trioso-fosfato isomerasi EC 5.3.1.1
Glu
Omologo di DHAP
Lys
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 62 -
31
Trioso-fosfato isomerasi EC 5.3.1.1
Glu
Omologo di DHAP
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 63 -
Trioso-fosfato isomerasi EC 5.3.1.1
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 64 -
32
Fase 3
Recupero dell’energia
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
Fruttoso-1,6-bifosfato
O
H2C
O
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
Fosfogliceratochinasi
OPO3--
ADP
Mg++
ATP
PO3--
Piruvato
chinasi
CH3
CH2
Mg++, K+
O
O
O
Piruvato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
OPO3--
Enolasi
OPO3--
Mg++
ATP
ADP O
O
Fosfoenolpiruvato
O
Fosfogliceratomutasi
HO
CH2
O
O
CH2
OH
O
O
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
Metabolismo dei carboidrati
- 65 -
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…)
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 66 -
33
H
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
3-fosfogliceraldeide
O
H
OH
CH2OPO3--
Gliceraldeide-3-fosfato
deidrogenasi
(EC 1.2.1.12)
NAD+
GAP
1,3-bifosfoglicerato
--O3P
1,3BPG
O
H
OH
CH2OPO3-ADP
Fosfoglicerato chinasi
(EC 2.7.2.3)
ATP
O
3-fosfoglicerato
3PG
O
H
OH
CH2OPO3--
Fosfoglicerato mutasi
(EC 5.4.2.1)
O
2-fosfoglicerato
2PG
O
H
OPO3-CH2OH
Enolasi
(EC 4.2.1.11)
Fosfoenolpiruvato
O
Mg++
H2 O
ADP
O
PEP
ATP
OPO3--
O
CH2
Piruvato chinasi
(EC 2.7.1.40)
O
O
OH
CH2
O
Piruvato
Enolpiruvato
O
H3 C
Metabolismo dei carboidrati
- 67 -
H
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
NADH
O
3-fosfogliceraldeide
OH
CH2OPO3--
Gliceraldeide-3-fosfato
deidrogenasi
(EC 1.2.1.12)
NAD+
GAP
1,3-bifosfoglicerato
--O3P
1,3BPG
Metabolismo dei carboidrati
O
H
O
H
NADH
O
OH
CH2OPO3-ADP
Fosfoglicerato chinasi
(EC 2.7.2.3)
ATP
O
3-fosfoglicerato
3PG
H
O
OH
CH2OPO3--
Fosfoglicerato mutasi
(EC 5.4.2.1)
O
2-fosfoglicerato
2PG
H
Enolasi
(EC 4.2.1.11)
Fosfoenolpiruvato
O
PEP
O
OPO3-CH2OH
Mg++
H2 O
O
OPO3-CH2
Piruvato chinasi
(EC 2.7.1.40)
O
ADP
ATP
O
O
OH
O
Piruvato
CH2
Enolpiruvato
H3 C
O
- 68 -
34
H
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
3-fosfogliceraldeide
O
H
OH
CH2OPO3--
Gliceraldeide-3-fosfato
deidrogenasi
(EC 1.2.1.12)
NAD+
GAP
1,3-bifosfoglicerato
--O3P
1,3BPG
O
H
NADH
O
OH
CH2OPO3-ADP
Fosfoglicerato chinasi
(EC 2.7.2.3)
ATP
O
3-fosfoglicerato
3PG
H
O
OH
CH2OPO3--
Fosfoglicerato mutasi
(EC 5.4.2.1)
O
2-fosfoglicerato
2PG
H
Enolasi
(EC 4.2.1.11)
Fosfoenolpiruvato
O
PEP
O
OPO3-CH2OH
Mg++
H2 O
O
OPO3--
ADP
ATP
O
O
CH2
Piruvato chinasi
(EC 2.7.1.40)
O
OH
CH2
O
Piruvato
Enolpiruvato
H3 C
O
Metabolismo dei carboidrati
- 69 -
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi EC 1.2.1.12
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
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 70 -
35
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi EC 1.2.1.12
S
GA
O
R
2
O
H
come H
H
3-fosfogliceralde
H
Intermedio
tioacetalico
NAD+
ΔG°' = +6.3 kJ mol-1
B
3
+
NADH
NAD+
OH
CH2OPO3-NAD+
H
Complesso
H
S
H
O Enzima-substrato
O
Intermedio
aciltioestere
R
S
R
H
--O3P
B
NADH
O
O
H
OH
CH2OPO3--
4
1
NAD+
NAD+
S
O
NAD+
5
O
O
S
H
P
O
OH
R
B
PO3-O
O
R
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
+
NADH
GAP
1,3-bifosfoglicerato
1,3BP
B
H
B
+
1,3BPG
Metabolismo dei carboidrati
- 71 -
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi EC 1.2.1.12
NAD+
Cys
carbossimetilata
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 72 -
36
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi EC 1.2.1.12
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 73 -
Fosfoglicerato chinasi EC 2.7.2.3
1 ,3 -b ifo sfo g lic e ra to
-- O 3 P
O
1 ,3 B P G
H
O
NADH
OH
C H 2 O P O 3 -ADP
F o sfo g lic e ra to c h in a si
(E C 2 .7 .2 .3 )
ATP
O
3 -fo s fo g lice ra to
3PG
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
H
O
OH
C H 2 O P O 3 -- 74 -
37
Fosfoglicerato mutasi EC 5.4.2.1
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 75 -
Fosfoglicerato mutasi EC 5.4.2.1
O
3 -fo sfo g lice ra to
3PG
H
O
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
2 -fo sfo g lice ra to
2PG
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
H
Δ G ° ' = + 4 .4 k J m o l -1
O
O P O 3 -CH2O H
Metabolismo dei carboidrati
- 76 -
38
Fosfoglicerato mutasi EC 5.4.2.1
O
O
B
H
P N
O
+
O H H
NH
P
O
NH3+
:N
NH
H H
NH
O
H O P
O
NH3+
+
O
:N
NH
O
B H
intermedio
2,3-bifosfoglicerato
3BPG
N
O
P
O
2BPG
O
O
+
NH
H H
H OH O
O
NH3+
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
O
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
O
+
O
H O P
O O
O
O
N
O
O
O
P
N
+
NH
O
Metabolismo dei carboidrati
- 77 -
3-fosfoglicerato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 78 -
39
2-fosfoglicerato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 79 -
Fosfoglicerato mutasi EC 5.4.2.1
His
His
Mn++
3PG
His
Mn++
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 80 -
40
Fosfoglicerato mutasi EC 5.4.2.1
His
His
Mn++
3PG
His
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 81 -
Enolasi EC 4.2.1.11
Da 2PG a PEP
• Il ΔG 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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 82 -
41
Enolasi EC 4.2.1.11
O
2-fosfoglicerato
2PG
H
O
OPO3-CH2OH
Mg++
ΔG°' = +1.8 kJ mol-1
H 2O
Fosfoenolpiruvato
O
PEP
O
OPO3-CH2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 83 -
Enolasi EC 4.2.1.11
PEP
Mg++
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 84 -
42
Enolasi EC 4.2.1.11
Glu
Mg++
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
PEP
- 85 -
Piruvato Chinasi EC 2.7.1.40
Da PEP a piruvato viene prodotto ATP
• Valore di ΔG grande e negativo.
• Punto di regolazione
• Attivata allostericamente da AMP,
F1,6BP
• Inibita allostericamente da ATP e
acetil-CoA
• Tautomeria chetoenolica del
piruvato.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 86 -
43
Piruvato Chinasi EC 2.7.1.40
ΔG°' = -31.7
ADP
O
kJ mol-1
ATP
O
O
OPO3--
H2C
Piruvato chinasi
(EC 2.7.1.40)
H 2C
O
O
H3C
O
O
OH
Forma chetonica
Forma enolica
Fosfoenolpiruvato
PEP
Piruvato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 87 -
Piruvato Chinasi EC 2.7.1.40
M+
NH2
Mg++
O
O
H
O
P
H
O
O
O
H
O
O
H
H
B
N
Mg++
O
O
P
P
O
O
O
N
M+
N
N
O
O H
O
HH
OH
B
.
O
O
O H
O
O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
P
O
HO
N
Mg++
H
O
NH2
Mg++
O
O
P
P
O
O
O
N
N
N
O
HO
OH
O
.
Metabolismo dei carboidrati
- 88 -
44
Piruvato Chinasi EC 2.7.1.40
Mg++
K
+
Mg++
O
O
O
O P
O
O
O P O P O Adenosina
H H
O
O
CH2
O
O
PEP
ADP
ATP
Mg++
O
O
O
CH2
H
+
Enolpiruvato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
O
O
CH3
Piruvato
Metabolismo dei carboidrati
- 89 -
Piruvato Chinasi EC 2.7.1.40
http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureId=1PYK
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 90 -
45
Piruvato Chinasi EC 2.7.1.40
ATP
Na+
Mg++
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 91 -
Energia
-40
1
2
3
4
5
6
7
Piruvato Chinasi
Enolasi
-30
PGA Mutasi
-20
GAP-deidrogenasi
-10
Trioso-fosfato isomerasi
Aldolasi
0
Fosfoglucosoisomerasi
10
Esochinasi
Energia Libera (kJ mole-1)
20
PGA Chinasi
Fosfofruttochinasi
30
8
9
ƒ
ƒ
Stato Standard (ΔG°’)
In eritrociti (ΔG)
10
Passi della Glicolisi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 92 -
46
CH2OH
O
OH
Glucoso
OH
ATP
OH
OH
O
PO3--
Mg++
Esochinasi
CH2
O
ADP
OH
Glucoso-6-fosfato
OH
OH
OH
O
PO3--
SITO DI
REGOLAZIONE
CH2
Fruttoso-6-fosfato
Fosfoglucoisomerasi
CH2OH
O
OH
ATP
OH
OH
PO3--
O
CH2
O
H2C
O
Fruttoso-1,6-bifosfato
Fosfofruttochinasi
PO3--
OH
SITO DI
REGOLAZIONE
ADP
OH
OH
Aldolasi
H2C
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
Fosfogliceratochinasi
SITO DI
REGOLAZIONE
CH2
Mg++, K+
O
O
O
Piruvato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
OPO3--
Enolasi
ADP O
O
Fosfoenolpiruvato
O
Fosfogliceratomutasi
HO
CH2
OPO3--
Mg++
ATP
ADP
Mg++
ATP
PO3--
Piruvato
chinasi
CH3
OPO3--
O
O
CH2
OH
O
O
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
Metabolismo dei carboidrati
- 93 -
Ossigeno
Aerobiosi e
anaerobiosi
Indice
47
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
• In presenza di ossigeno
Ripristino di
NAD+ per
continuare
la glicolisi
– Decarbossilazione,
– Ciclo di Krebs,
– Respirazione cellulare
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 95 -
Destino del piruvato
• In assenza di ossigeno
– Nel muscolo
• Ridotto a Lattato
– Nel lievito
• Decarbossilato ad aldeide
ridotta quindi ad etanolo
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
Ripristino di
NAD+ per
continuare
la glicolisi
- 96 -
48
Schema generale del metabolismo dei glucidi
Glicogeno
Metabolismo
del Glicogeno
H
O
H OH
H
H
H
H
HO
OH
OH
H
O
OH
H
H
OH
H
H
OH
OH
H
H
H
O
H
HO
OH
H
Riboso-5-fosfato
D-Glucoso
2NAD+
Ciclo dei
pentosi
Glicolisi
Fruttoso-1,6-difosfato
2NADH
2ATP
3-fosfogliceraldeide
O
2 Piruvato
O
H3C
O
2NADH
O
2 Lattato
ADP + Pi
Acetil-CoA
Fermentazione
alcolica
(Anaerobiosi)
Ciclo di
Krebs
H+
NADH
OH
H3C
Ossidazione
aerobica NAD+
Piruvato
Fermentazione
lattica
(Anaerobiosi)
O
OH
CH2OH
2ADP + 2Pi
Gluconeogensi
OH
CH2OPO3--
2NAD+
O2
2 CO2 + 2 etanolo
Fosforilazione
ossidativa
H+
ATP
NAD+
6 CO2 + 6H2O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 97 -
Anaerobiosi
3-fosfogliceraldeide
Diidrossiacetonfosfato
H2C
HO
O
PO3--
PO3--
O
CH2
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi
OH
O
H
O
Pi
1,3-bifosfoglicerato
PO3--
O
CH2
OH
Nel muscolo
NADH
NAD+
OPO3--
O
ADP
Lattato
Fosfogliceratochinasi
CH3
OH
3-fosfoglicerato
PO3--
CH3
O
O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
Piruvato
chinasi
O
Fosfogliceratomutasi
Fosfoenolpiruvato
CH2
Mg++, K+
ATP
ADP
OPO3--
O
CH2
OH
Lattico
deidrogenasi
Piruvato
ATP
O
O
O
Mg++
O
Metabolismo dei carboidrati
O
2-fosfoglicerato
HO
Enolasi
CH2
OPO3--
Mg++
O
O
- 98 -
49
Lattico deidrogenasi EC 1.1.1.27
R
N
H2N
O
H
His195
H
R
H3C
NADH
O
O
H2N
H
+
+
N
N
NH
H2N
O
NAD+
N Arg171
H
+
H
H3C
H
O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
H
O
NH2+
OH
O
Metabolismo dei carboidrati
- 99 -
Lattico deidrogenasi EC 1.1.1.27
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 100 -
50
Lattico deidrogenasi EC 1.1.1.27
Omologo del
piruvato
Arg 171
His 195
NAD+
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 101 -
Lattico deidrogenasi EC 1.1.1.27
Omologo del
piruvato
Arg 171
His 195
NAD+
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 102 -
51
Anaerobiosi
3-fosfogliceraldeide
Diidrossiacetonfosfato
H 2C
HO
O
PO3--
PO3--
O
CH2
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi
OH
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
Acetaldeide
H
Fosfogliceratochinasi
3-fosfoglicerato
CH3
PO3--
Mg++
ATP
O
O
CH2
OH
O
Fosfogliceratomutasi
CO2
O
Piruvato
decarbossilasi
Piruvato
chinasi
Piruvato
CH3
O
O
O
Fosfoenolpiruvato
CH2
Mg++, K+
ATP
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
ADP
OPO3--
O
O
2-fosfoglicerato
HO
Enolasi
CH2
OPO3--
Mg++
O
O
Metabolismo dei carboidrati
- 103 -
Piruvato decarbossilasi EC 4.1.1.1
• Catalizza la decarbossilazione del
piruvato.
• Usa la tiamina pirofosfato come
coenzima
NH2
N
H3C
N
N
+
CH3
H
O
S
O
ACIDO
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
P
O
O
P
O
O
ACIDO
Metabolismo dei carboidrati
- 104 -
52
Piruvato decarbossilasi EC 4.1.1.1
Piruvato
O
+ H
H
O
N
R
+
CH3
H
C
H
O
R
O
O
Acetaldeide
CH3
CH3
S
+
H
R
+
+
S
R'
+
N
N
δ-
R'
TPP
O
CH3
CH3
R
O
N
+
CH3
HO
H
CH3
S
H
N
R'
CO2
+
R
R
HO
S
CH3
R'
CH3
HO
N
+
CH3
C
H3C
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
S
R'
H3C
S
R'
Metabolismo dei carboidrati
- 105 -
Piruvato decarbossilasi EC 4.1.1.1
Mg++
TPP
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 106 -
53
Alcool deidrogenasi EC 1.1.1.1
• 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
H3C
S
O
H
Zn++
S
H
H
NAD+
N
NH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 107 -
Alcool deidrogenasi EC 1.1.1.1
NAD+
Zn++
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 108 -
54
Alcool deidrogenasi EC 1.1.1.1
NAD+
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 109 -
Alcool deidrogenasi EC 1.1.1.1
NAD+
NAD+
Cys
Cys
His
Trifluoroetanolo Zn++
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
His
Trifluoroetanolo Zn++
Metabolismo dei carboidrati
- 110 -
55
Alcool deidrogenasi EC 1.1.1.1
Omologo di NAD+
NAD+
Cys
Cys
His
Trifluoroetanolo
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Zn++
Etanolo
Zn++
His
Metabolismo dei carboidrati
- 111 -
Energetica della Glicolisi
• I valori di ΔG°’ sono variabili
(positivi e negativi)
− ΔG nelle cellule ha valori vicini a
zero
− Solo tre reazioni su dieci hanno
valori di ΔG negativo e grande.
• Le reazioni i cui valori di ΔG
sono grandi e negativi sono
punti di regolazione.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 112 -
56
Energia
-40
1
2
3
4
5
6
Piruvato Chinasi
7
Enolasi
-30
PGA Mutasi
-20
GAP-deidrogenasi
-10
Trioso-fosfato isomerasi
Aldolasi
0
Fosfoglucosoisomerasi
10
Esochinasi
Energia Libera (kJ mole-1)
20
PGA Chinasi
Fosfofruttochinasi
30
8
9
ƒ
ƒ
Stato Standard (ΔG°’)
In eritrociti (ΔG)
10
Passi della Glicolisi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 113 -
Energia
30
Energia Libera (kJ mole-1)
20
10
ƒ
ƒ
0
Stato Standard (ΔG°’)
In eritrociti (ΔG)
-10
-20
-30
-40
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Passi della Glicolisi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 114 -
57
Energia dalla glicolisi
ΔG = -43.4 kJ mol-1
C6H12O6 + 6O2 Æ 6CO2 + 6H2O
ΔG = -2850 kJ mol-1
• La scissione di glucoso a piruvato
utilizza solo il 1.7% del contenuto
energetico del glucoso.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 115 -
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 116 -
58
Altri zuccheri entrano nella glicolisi:
O
OH
OH
HO
CH2OH
O
OH
FRUTTOSO
OH
OH
HO
CH2OH
OH
CH2OH
O
OH
OH
HO
GALATTOSO
HO
O
OH
OH
OH
OH
OH
O
CH2OH
OH
O
HO
MANNOSO
HO
OH OH
OH
OH
OH
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 117 -
Metabolismo del fruttoso
Fruttoso-1-fosfato
(forma aperta)
Fruttoso
O
HO
O
Fruttochinasi HO
(EC 2.7.1.3)
O
OH
P
OH
OH
OH
HO
HO
O
H
O
H
OH
HO
Gliceraldeide3-fosfato
O
O
P
OH
H
O
H
OH
O
P
OH
ATP
O
OH
OH
ADP
OH
Alcool deidrogenasi
Glicerolo
(EC 1.1.1.1)
OH
O
O
OH
NAD+
ATP
Glierol-chinasi
(EC 2.7.1.30)
ADP
O
P
O
O
GLICOLISI
HO
NADH
+
OH
Fruttoso-6-fosfato
OH
Fruttoso-1-fosfato
aldolasi (EC 4.1.2.13)
H
Gliceraldeidechinasi
O
(EC 2.7.1.28)
H
OH
CH2OH
Gliceraldeide
ADP
HO
O
O
ATP
O
CH2OPO3--
Fruttoso-1-fosfato
OH
OH
OH
HO
ADP
ATP
Diidrossiacetonfosfato
Glicerolo-3-fosfato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.6)
O
OH O
HO
NAD+
P
O
O
NADH
Glicerolo-3-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 118 -
59
Metabolismo del fruttoso
Fruttoso-1-fosfato
(forma aperta)
Fruttoso
O
HO
CH2OPO3--
Fruttoso-1-fosfato
O
O
OH
P
P
H
OH
HO
Gliceraldeide3-fosfato
O
OH
H
O
H
OH
OH
O
OH
O
O
OH
ADP
OH
Alcool deidrogenasi
Glicerolo
(EC 1.1.1.1)
OH
O
ATP
Glierol-chinasi
(EC 2.7.1.30)
ADP
O
O
P
O
O
Diidrossiacetonfosfato
GLICOLISI
OH
NAD+
OH
Fruttoso-6-fosfato
HO
NADH
+
OH
OH
Fruttoso-1-fosfato
aldolasi (EC 4.1.2.13)
OH
ATP
H
OH
CH2OH
H
Gliceraldeidechinasi
O
(EC 2.7.1.28)
P
OH
HO
H
Gliceraldeide
ADP
HO
HO
O
O
ATP
O
O
O
Fruttochinasi HO
(EC 2.7.1.3)
OH
HO
ADP
ATP
OH
OH
Glicerolo-3-fosfato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.6)
O
OH O
HO
NAD+
P
O
O
NADH
Glicerolo-3-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 119 -
Metabolismo del fruttoso
Fruttoso-1-fosfato
(forma aperta)
Fruttoso
O
HO
O
Fruttochinasi HO
(EC 2.7.1.3)
O
OH
P
OH
OH
OH
HO
HO
O
H
O
H
OH
HO
Gliceraldeide3-fosfato
O
O
P
OH
H
O
H
OH
O
P
OH
ATP
O
OH
OH
ADP
OH
Alcool deidrogenasi
Glicerolo
(EC 1.1.1.1)
OH
O
O
OH
NAD+
ATP
Glierol-chinasi
(EC 2.7.1.30)
ADP
O
P
O
O
GLICOLISI
HO
NADH
+
OH
Fruttoso-6-fosfato
OH
Fruttoso-1-fosfato
aldolasi (EC 4.1.2.13)
H
Gliceraldeidechinasi
O
(EC 2.7.1.28)
H
OH
CH2OH
Gliceraldeide
ADP
HO
O
O
ATP
O
CH2OPO3--
Fruttoso-1-fosfato
OH
OH
OH
HO
ADP
ATP
Diidrossiacetonfosfato
Glicerolo-3-fosfato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.6)
O
OH O
HO
NAD+
P
O
O
NADH
Glicerolo-3-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 120 -
60
Metabolismo del fruttoso
Fruttoso-1-fosfato
(forma aperta)
Fruttoso
O
HO
CH2OPO3--
Fruttoso-1-fosfato
O
O
OH
P
Gliceraldeide3-fosfato
O
P
OH
H
O
H
OH
OH
O
OH
OH
CH2OH
P
OH
ATP
O
OH
Fruttoso-1-fosfato
aldolasi (EC 4.1.2.13)
H
Gliceraldeidechinasi
O
(EC 2.7.1.28)
O
OH
ADP
Alcool deidrogenasi
Glicerolo
(EC 1.1.1.1)
OH
HO
NADH
+
OH
OH
HO
OH
H
OH
HO
H
H
Gliceraldeide
ADP
HO
HO
O
O
ATP
O
O
O
Fruttochinasi HO
(EC 2.7.1.3)
OH
HO
ADP
ATP
OH
OH
ATP
OH
Fruttoso-6-fosfato
Glierol-chinasi
(EC 2.7.1.30)
O
ADP
O
O
P
Glicerolo-3-fosfato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.6)
O
O
Diidrossiacetonfosfato
GLICOLISI
OH
NAD+
O
OH O
P
HO
NAD+
O
O
NADH
Glicerolo-3-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 121 -
Metabolismo del galattoso
Glicogeno
(n unità)
Glicogeno
(n+1 unità)
UDP
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
HO
Galattoso
O
OH
ATP
Galattoso-1-fosfato
ADP
HO
OH
OH
n
OH
HO
O
HO
HO
HO
HO
Galattochinasi
(EC 2.7.1.6)
O
OH
O
P
O
O
O
O
O
HO
OH
HO
OH
n+1
OH
O
P
O
O
O
N
NH
O
O
O
HO
P
HO
OH
UDP-glucoso
O
OH
OH
Galattoso-1-fosfato
uridililtransferasi
(EC 2.7.7.10)
UDP-galattoso4-epimerasi
(EC 5.1.3.2)
O
O
O
P
O
O
OH
Fosfoglucomutasi
(EC 5.4.2.2)
O
HO
OH
OH
Glucoso-6-fosfato
HN
O
O
O
HO
P
O
HO
OH
OH
O
O
O
O
O
HO
P
O
HO
O
P
O
O
N
O
O
UDP-galattoso
OH
OH
HO
OH
Glucoso-1-fosfato
GLICOLISI
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 122 -
61
Metabolismo del mannoso
Mannoso
OH
O
Mannoso-6-fosfato
ADP
ATP
O
HO
O
OH
O
OH
O
O
Esochinasi
(EC 2.7.1.1)
OH
HO
P
HO
OH
OH
Fosfomannoso
isomerasi
(EC 5.3.1.8)
O
O
GLICOLISI
O
P
OH
OH
O
O
OH
HO
Fruttoso-6-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 123 -
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
Fosfoglucoisomerasi
CH2OH
O
Fruttoso-6-fosfato
OH
ATP
OH
OH
PO3--
O
CH2
O
H2C
O
Fruttoso-1,6-bifosfato
Fosfofruttochinasi
PO3--
OH
SITO DI
REGOLAZIONE
ADP
OH
OH
Aldolasi
H2C
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
Fosfogliceratochinasi
SITO DI
REGOLAZIONE
CH2
Mg++, K+
O
O
O
Piruvato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
OPO3--
Enolasi
ADP O
O
Fosfoenolpiruvato
O
Fosfogliceratomutasi
HO
CH2
OPO3--
Mg++
ATP
ADP
ATP
PO3--
Piruvato
chinasi
CH3
OPO3--
Mg++
O
O
CH2
OH
O
O
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
Metabolismo dei carboidrati
- 124 -
62
Gluconeogenesi
Sintesi di glucoso da piruvato
Indice
Energia
-40
1
2
3
4
5
6
7
Piruvato Chinasi
Enolasi
-30
PGA Mutasi
-20
GAP-deidrogenasi
-10
Trioso-fosfato isomerasi
Aldolasi
0
Fosfoglucosoisomerasi
10
Esochinasi
Energia Libera (kJ mole-1)
20
PGA Chinasi
Fosfofruttochinasi
30
8
9
ƒ
ƒ
Stato Standard (ΔG°’)
In eritrociti (ΔG)
10
Passi della Glicolisi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 126 -
63
30
1
2
3
4
5
6
PGA Mutasi
7
8
9
Stato Standard (ΔG°’)
In eritrociti (ΔG)
Piruvato Chinasi
20
ƒ
ƒ
Enolasi
10
Fosfofruttochinasi
0
PGA Chinasi
-10
GAP-deidrogenasi
-20
Esochinasi
Energia Libera (kJ mole-1)
-30
Aldolasi
Fosfoglucosoisomerasi
-40
Trioso-fosfato isomerasi
Energia
10
Passi della Glicolisi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 127 -
Gluconeogenesi
• La gluconeogenesi avviene principalmente nel
fegato.
• La sintesi di glucoso da piruvato sfrutta alcuni
enzimi della glicolisi.
• Tre reazioni glicolitiche hanno un valore di ΔG
talmente negativo e grande che le reazioni
sono irreversibili:
—Esochinasi
—Fosfofruttochinasi
—Piruvato chinasi
• Questi passaggi sono by-passati nella
gluconeogenesi.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 128 -
64
Bypass della piruvato chinasi
• La piruvato chinasi della glicolisi catalizza la
reazione:
H2C
O
O P O 3--
O
H3C
M g ++, K +
ADP
O
O
O
ATP
F o s fo e n o lp iru v a to
P iru v a to
• L’idrolisi del PEP ha un valore di ΔG (negativo)
maggiore dell’ATP.
• Il ΔG ottenibile dall’idrolisi di un legame fosfato è
insufficiente per sintetizzare il PEP.
• È richiesta l’idrolisi di due legami fosfoanidridici
(da due NTP diversi, ATP e GTP o ATP o PPi).
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 129 -
Bypass della piruvato chinasi
• Per bypassare la piruvato
chinasi occorrono due
reazioni:
• Carbossilazione del
piruvato, catalizzata da
piruvato carbossilasi (EC
6.4.1.1):
• Fosforilazione e
decarbossilazione
(spontanea)
dell’ossalacetato a PEP
catalizzata dalla PEP
carbossichinasi (EC
4.1.1.32):
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
HCO3O
O
ATP
ADP
O
O
O
O
H3C
O
Piruvato
O
Ossalacetato
CO2
O
O
GTP
GDP
O
O
OPO3--
O
O
O
Ossalacetato
Metabolismo dei carboidrati
CH2
Fosfoenolpiruvato
- 130 -
65
Piruvato carbossilasi EC 6.4.1.1
OH
• È un enzima a biotina
S
O
CH3
H3 C
NH
HN
O
• La biotina si lega ad una lisina nel sito attivo dell’enzima
formando un lungo braccio flessibile ad una estremità del quale
Lisina
vi è il sito di carbossilazione.
*
O
S
N
CH3
H3 C
NH
HN
O
NH
H
*
Legame
ε-peptidico
O
Sito di
carbossilazione
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 131 -
Piruvato carbossilasi EC 6.4.1.1
ATP
• Il lungo braccio flessibile
permette il movimento
della biotina tra il sito di
carbossilazione e il sito di
decarbossilazione e
formazione del
ossalacetato.
• La carbossilazione
avviene ad opera di
carbossifosfato che si
forma nel sito di
carbossilazione per
reazione di ATP e
bicarbonato.
HCO3Biotina
Carbossifosfato
ADP
O
O
P
O
O
O
O
HN
NH
CH3
O
O
O
O
P
O
O
H
O
S
H3 C
N
O
NH
Carbossibiotina
CH3
N
H
O
O
N
O
H
N
H
O
O
N
H3C
N
H
H
S
O
Metabolismo dei carboidrati
N
O
O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
S
H3C
CH3
N
NH
O
- 132 -
66
Piruvato carbossilasi EC 6.4.1.1
• La decarbossilazione
della biotina e la
formazione di
ossalacetato avviene
nel secondo sito della
piruvato carbossilasi
dove si lega il piruvato
per formare
ossalacetato.
H3C
N
H
S
CH3
H3C
O
NH
N
O
O
O
H3C
O
H3C
O
N
O
O
O
H3C
O
N CH3
H
H
S
O
O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
N CH3
H
O
O
O
CH3
HN
NH
O
Metabolismo dei carboidrati
- 133 -
Piruvato carbossilasi EC 6.4.1.1
• Regola il destino del piruvato
Glucoso-6-P
Glucoso
Glicolisi
Piruvato
Aminoacidi
Gluconeogenesi
+
Acetil-CoA
Ossalacetato
Aminoacidi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Ciclo di Krebs
Metabolismo dei carboidrati
Citrato
- 134 -
67
Piruvato carbossilasi EC 6.4.1.1
• Quando la gluconeogenesi è attiva nel fegato
l’ossalacetato va a formare glucoso.
• La diminuzione di ossalacetato causa la
riduzione di AcetilCoA che entra nel ciclo di
Krebs.
• L’aumento di AcetilCoA attiva,
allostericamente, la piruvato carbossilasi per
formare ossalacetato.
• La concentrazione di ossalacetato limita il ciclo
di Krebs.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 135 -
Piruvato carbossichinasi
• EC 4.1.1.39 (GTP)
• EC 4.1.1.38 (PPi)
• EC 4.1.1.49 (ATP)
nei batteri
CO2
O
O
O
H2C
OH
GTP
GDP
O
O
O
O
H2C
OPO3--
O
Ossalacetato
Enolpiruvato
Fosfoenolpiruvato
Mn++ Mg++
Mg++ Mn++
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
Metabolismo dei carboidrati
- 136 -
68
Bypass della piruvato chinasi
• Globalmente
HCO3ATP
O
O
ADP
O
O
GTP
O
OPO3--
O
O
H3C
CO2
GDP
O
O
Piruvato
Fosfoenolpiruvato
Ossalacetato
CO2
HCO3-
ADP GTP
ATP
O
O
CH2
O
GDP
O
OPO3--
O
H3C
O
CH2
Piruvato
Fosfoenolpiruvato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 137 -
Gluconeogenesi
Ossalacetato
HCO3O
H3C
O
O
Piruvato
ADP
ATP
Piruvato
carbossilasi
EC 6.4.1.1
O
CO2
Fosfoenolpiruvato
GDP
O
O
GTP
O
O
O
PEP carbossichinasi
EC 4.1.1.39 (GTP)
EC 4.1.1.38 (PPi)
EC 4.1.1.49 (ATP)
2-fosfoglicerato
O
O
OPO3--
O
OPO3--
Enolasi
CH2
CH2OH
Fosfogliceratomutasi
O
O
3-fosfoglicerato
ATP
OH
Fosfogliceratochinasi
Diidrossiacetonfosfato
3-fosfogliceraldeide
O
O
HO
H2C
O
NAD+ + Pi
H
NADH
O
Trioso fosfato isomerasi
PO3-PO3--
O
Fruttoso-1,6-bifosfato
OPO3--
OH
O
CH2
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi PO3--
Aldolasi
PO3--
CH2OPO3--
ADP
CH2
O
H2C
O
OH
O
CH2
1,3-bifosfoglicerato
PO3--
OH
HO
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 138 -
69
Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC 3.1.3.11
• Catalizza la reazione inversa della
fosfofruttochinasi:
Pi
PO3--
O
CH2
O
H2C
O
CH2OH H2C
O
OH
PO3--
OH
HO
O
PO3--
OH
OH
OH
Fruttoso-1,6-bifosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Fruttoso-6-fosfato
Metabolismo dei carboidrati
- 139 -
Fruttoso-1,6-bifosfatasi EC 3.1.3.11
Zn++ (Mg++)
Pi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
F6P
Metabolismo dei carboidrati
F6P
- 140 -
70
Glucoso-6-fosfatasi EC 3.1.3.9
• Catalizza la reazione inversa della esochinasi
attraverso una fosfoistidina.
R
R
O
H
N
HO
NH
H
N
N
O
O
+
OH
P
R
O
O
HO
OH
R
HO
O
H
N
O
+
N
O
OH
HO
N
NH
O
P
O
OH
HO
OH
HO
O
• È un enzima della membrane del reticolo
endoplasmatico con funzione di traslocasi per la
secrezione extracellulare del glucoso.
• È ancorato alla membrana da nove eliche
transmembrana e secerne nel lume del reticolo.
Extracellulare
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 141 -
Glucoso-6-fosfatasi EC 3.1.3.9
Pi
His
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 142 -
71
Glicolisi e Gluconeogenesi
CH2OH
O
OH
ATP
OH
OH
O
PO3--
Mg++
Esochinasi
CH2
O
OH
O
SITO DI
REGOLAZIONE
CH2
O
H2 C
O
PO3--
SITO DI
REGOLAZIONE
H2C
O
CH2
OH
O
Fosfogliceratochinasi
O
Enolasi
Fosfoenolpiruvato
NADH
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi PO3--
O
OPO3--
CH2
O
O
H2C
OH
CH2
O
1,3-bifosfoglicerato
PO3--
Fruttoso-1,6-bifosfatasi
EC 3.1.3.11
OH
O
CH2OH H C
2
O
OH
PO3--
Pi
OH
ADP
OH
Mg++
O
H2C
Fosfoglucoisomerasi
PO3--
O
Glucoso-6-fosfato
Pi
OH
CH2
OH
OH
OH
OH
Glucoso-6-fosfatasi
EC 3.1.3.9
CH2OH
O
O
3-fosfoglicerato
O
O
OH
CH2OPO3--
OH
Fruttoso-1,6-bifosfato
OPO3--
O
OPO3--
Mg++
O
OH
Fosfogliceratomutasi
HO
CH2
O
ADP O
ATP
Piruvato
O
PO3--
Piruvato
chinasi
CH2
CH2
ATP
OPO3--
O
Fruttoso-6-fosfato
O
NADH
SITO DI
REGOLAZIONE
O
PO3--
OH
NAD+ + Pi
H
O
CH2
O
ATP
NAD+ + Pi
Aldolasi
Gliceraldeide3-fosfato
deidrogenasi
PO3--
3-fosfogliceraldeide
O
O
PO3--
1,3-bifosfoglicerato
O
Mg++, K+
CH2OH
Fosfogliceratomutasi
OH
PO3--
ADP
PO3--
OPO3--
CH2
H
O
HO
Fosfofruttochinasi
OH
PO3--
3-fosfogliceraldeide
O
Diidrossiacetonfosfato
CH3
O
O
Enolasi
Fosfogliceratochinasi
ATP
Aldolasi
HO
OPO3--
PEP carbossichinasi
EC 4.1.1.39 (GTP)
EC 4.1.1.38 (PPi)
EC 4.1.1.49 (ATP)
Diidrossiacetonfosfato
OH
O
O
O
O
O
Piruvato
carbossilasi
EC 6.4.1.1
2-fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato
O
GTP
ADP
OH
H2 C
CO2
GDP
O
O
OH
Fruttoso-1,6-bifosfato
O
3-fosfoglicerato
OH
CH2
ADP
ATP
Fosfoglucoisomerasi
OH
O
O
Piruvato
CH2OH
O
Fruttoso-6-fosfato
PO3--
H3C
O
OH
OH
PO3--
O
ADP
OH
Glucoso-6-fosfato
Ossalacetato
HCO3-
OH
Glucoso
OH
Glucoso
OH
OH
OH
2-fosfoglicerato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 143 -
Glicolisi e Gluconeogenesi
CH2OH
O
OH
ATP
OH
OH
O
PO3--
Mg++
O
O
CH2
O
H2 C
O
H2C
PO3--
O
PO3--
OH
O
H
O
O
Piruvato
+ Pi
O
NADH
PO3--
HO
CH2
Enolasi
O
Fosfoenolpiruvato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
O
CH2
O
O
H
O
H2C
NADH
O
O
CH2
Gliceraldeide3-fosfato PO -3
O
deidrogenasi
OPO3-OH
CH2
1,3-bifosfoglicerato
PO3--
CH2OH H2C
O
OH
O
PO3--
Fruttoso-1,6-bifosfatasi
EC 3.1.3.11
Pi
OH
OPO3--
ADP
OH
Mg++
O
H2C
PO3--
Fosfoglucoisomerasi
O
Glucoso-6-fosfato
CH2
OH
OH
Pi
OH
OH
Glucoso-6-fosfatasi
EC 3.1.3.9
CH2OH
O
3-fosfoglicerato
O
OH
OH
O
OH
CH2OPO3--
OH
CH2
OPO3--
Mg++
ADP O
O
OH
Fruttoso-6-fosfato
Fosfogliceratomutasi
OPO3--
ATP
PO3--
Fruttoso-1,6-bifosfato
OH
NAD+
ATP
O
O
CH2
Fosfogliceratochinasi
O
OPO3--
ATP
NAD+ + Pi
Aldolasi
Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato
3-fosfato
deidrogenasi
O
CH2
3-fosfogliceraldeide
CH3
O
OH
ADP
Diidrossiacetonfosfato
Piruvato
chinasi
Mg++, K+
3-fosfogliceraldeide
PO3--
PO3--
PO3--
O
Enolasi
PEP carbossichinasi
CH2OH
EC 4.1.1.39 (GTP) CH2
EC 4.1.1.38 (PPi)
Fosfogliceratomutasi
EC 4.1.1.49 (ATP)
O
HO
Fosfofruttochinasi
OH
PO3--
2-fosfoglicerato
O
OPO3--
O
ATP
Aldolasi
HO
O
Diidrossiacetonfosfato
OH
O
Piruvato
carbossilasi
EC 6.4.1.1 O
Fosfoenolpiruvato
O
GTP
O
OH
H2 C
O
CO2
GDP
O
3-fosfoglicerato
OH
Fruttoso-1,6-bifosfato
O
ADP
Fosfogliceratochinasi
OH
CH2
ADP
ATP
Fosfoglucoisomerasi
OH
PO3--
O
Piruvato
CH2OH
O
Fruttoso-6-fosfato
O
O
OH
OH
PO3--
H3C
ADP
OH
OH
O
Esochinasi
CH2
Glucoso-6-fosfato
Ossalacetato
HCO3-
OH
Glucoso
O
OH
Glucoso
OH
OH
OH
2-fosfoglicerato
Metabolismo dei carboidrati
- 144 -
72
Glicolisi e Gluconeogenesi
CH2OH
O
OH
ATP
OH
OH
O
PO3--
Mg++
CH2
H3C
O
OH
PO3--
CH2
H2 C
O
Diidrossiacetonfosfato
PO3--
OH
PO3--
PO3--
O
PO3--
OH
H
O
O
PO3--
O
NAD+ + Pi
O
NADH
O
O
Piruvato
O
Fosfogliceratomutasi
HO
Enolasi
ADP O
O
Fosfoenolpiruvato
PO3--
O
O
H2C
O
ADP
Fruttoso-6-fosfato
CH2OH H2C
O
OH
OPO3--
O
CH2
OH
CH2
2-fosfoglicerato
PO3--
O
PO3--
Fruttoso-1,6-bifosfatasi
EC 3.1.3.11
Pi
OH
Mg++
OH
O
H2C
PO3--
Fosfoglucoisomerasi
O
CH2
OH
O
O
OH
OPO3--
Glucoso-6-fosfato
OH
OH
Pi
OH
OH
O
Glucoso-6-fosfatasi
EC 3.1.3.9
CH2OH
3-fosfoglicerato
O
OH
Glucoso
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
Gliceraldeide3-fosfato PO -3
O
deidrogenasi
OH
CH2
OPO3--
Mg++
ATP
NADH
OH
Fruttoso-1,6-bifosfato
ATP
PO3--
OPO3--
CH2
CH2
Fosfogliceratochinasi
CH2
OH
CH2OPO3--
OH
OH
3-fosfogliceraldeide
Piruvato
chinasi
Mg++, K+
O
ATP
NAD+ + Pi
H
PO3--
Aldolasi
Gliceraldeide- 1,3-bifosfoglicerato
3-fosfato
deidrogenasi
O
CH2
O
O
OPO3--
1,3-bifosfoglicerato
Diidrossiacetonfosfato
CH3
3-fosfogliceraldeide
O
H2C
ADP
Aldolasi
O
O
Enolasi
PEP carbossichinasi
CH2OH
EC 4.1.1.39 (GTP) CH2
EC 4.1.1.38 (PPi)
Fosfogliceratomutasi
EC 4.1.1.49 (ATP)
O
ATP
Fosfofruttochinasi
OH
H2 C
O
ADP
Fosfogliceratochinasi
HO
O
2-fosfoglicerato
O
OPO3--
CH2OH
O
OH
HO
O
Fosfoenolpiruvato
O
GTP
O
OH
Fruttoso-1,6-bifosfato
O
Piruvato
carbossilasi
EC 6.4.1.1 O
CO2
GDP
O
3-fosfoglicerato
OH
CH2
O
Fosfoglucoisomerasi
OH
O
O
ADP
ATP
OH
Fruttoso-6-fosfato
PO3--
O
Piruvato
ADP
OH
O
O
Esochinasi
OH
Glucoso-6-fosfato
Ossalacetato
HCO3-
OH
Glucoso
Metabolismo dei carboidrati
OH
OH
- 145 -
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:
glucoso + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi Æ
2 piruvato + 2 NADH + 2 ATP
• Gluconeogenesi:
2 piruvato + 2 NADH + 4 ATP + 2 GTP Æ
glucoso + 2 NAD+ + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi
• Glicolisi + Gluconeogenesi:
2 ATP + 2 GTP Æ 2 ADP + 2 GDP + 4 Pi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 146 -
73
Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Locale
• Per prevenire la perdita di energia nel ciclo futile la
Glicolisi e la Gluoconeogenesi sono reciprocamente
regolate.
• Controllo locale:
– Reciproco controllo allosterico ad opera dei nucleotidi
adenilici:
ƒ La fosfofruttochinasi (Glicolisi) è inibita da ATP e
stimolata da AMP.
ƒ La fruttoso-1,6-bifosfatasi (Gluconeogenesi) è inibita da
AMP.
• Quando la concentrazione di ATP è alta (concentrazione
di AMP bassa) il glucoso NON è degradato per produrre
ATP.
• In queste condizioni la cellula accumula glicogeno.
• Quando la concentrazione di ATP è bassa
(concentrazione di AMP alta) la cellula NON spende
energia per sintetizzare glucoso.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 147 -
Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale
• Controllo globale:
– Negli epatociti vi è l’effetto reciproco sulle due vie
dell’AMP ciclico, la cui cascata è attivata dall’ormone
GLUCAGONE quando il glucoso ematico è basso.
– La Protein Chinasi A (Protein Chinasi cAMP
Dipendente) provoca la fosforilazione di enzimi e
proteine regolatrici il cui risultato è:
ƒ inibizione della glicolisi
ƒ stimolazione della gluconeogenesi,
– Ciò porta alla disponibilità di glucosio nel sangue.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 148 -
74
Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale
• Controllo globale:
– Gli enzimi che sono FOSFORILATI dalla Proteina
Chinasi A sono:
ƒ Piruvato Chinasi: enzima glicolitico che è inibito
quando fosforilato.
ƒ CREB (cAMP response element binding protein):
che attiva attraverso sistemi di trascrizione il
gene della PEP Carbossichinasi, con conseguente
aumento della gluconeogenesi.
ƒ L’enzima tandem: che regola la formazione e la
degradazione del regolatore allosterico fruttoso2,6-bifosfato.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 149 -
Glicolisi e gluconeogenesi: Controllo Globale
• Controllo globale:
– L’enzima tandem: che regola la formazione
e la degradazione del regolatore allosterico
fruttoso-2,6-bifosfato.
ƒ Il fruttoso-2,6-bifosfato attiva la Fosfofruttochinasi
anche in presenza di alto ATP (che la inibisce).
ƒ L’attività in presenza di fruttoso-2,6-bifosfato è simile
all’attività con ATP basso.
ƒ 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.
ƒ Il fruttoso-2,6-bifosfato inibisce l’enzima della
gluconeogenesi fruttoso-1,6-bifosfatatasi .
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 150 -
75
Enzima tandem
Dominio di Fosforilazione
(regolatorio)
• Omodimero
• Due domini cataliciti:
— Fosfofruttochinasi (PFK2)
(EC 2.7.1.105) che
catalizza:
Fruttoso-6-fosfato + ATP Æ
fruttoso-2,6-bifosfato + ADP
— Fruttoso-bifosfatasi
(FBPasi2) (EC 3.1.3.46)
che catalizza:
Fruttoso-2,6-bifosfato + H2O Æ
fruttoso-6-fosfato + Pi
F6P
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Metabolismo dei carboidrati
- 151 -
Enzima tandem
• L’enzima tandem è regolato dalla cascata del cAMP che a sua
volta è controllato da ormoni
6 -F o sfo fru tto - 2 -ch in a s i (E C 2 .7 .1 .1 0 5 )
E n z im a d e fo s fo rila to
+
ATP
O P O 3 --
O P O 3 --
F o s fo rila si C h in a si A
A ttiv a
O
H2C
ADP
OH
H
OH
HO
H
H
+
CH2O H
Pi
cA MP
+
F o sfo rila si C h in a s i A
In a ttiv a
O
H2C
H
O P O 3 -OH
H
CH2O H
HO
H
En z im a fo sfo rila to
F ru tto s o -2 ,6 -d ifo s fa ta si ( EC 3 .1 .3 .4 6 )
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 152 -
76
Ciclo di Cori
FEGATO
MUSCOLO
HO
HO
O
Glucoso
O
HO
HO
2NAD+ + 4ADP
+ 2GDP + 6Pi
2NADH + 4ATP
+ 2GTP
OH
2NAD+ + 4ADP
+ 4Pi
OH
HO
OH
O
O
SANGUE
H3C
Piruvato
O
2
O
2NADH
H3C
O
O
O
2NADH
2NAD+
2NAD+
O
Lattato
HO
2NADH + 4ATP
O
2
Piruvato
Glucoso
OH
2
H3C
O
Lattato
2
H3C
OH
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 153 -
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 154 -
77
Metabolismo del Glicogeno
Glicogenolisi e glicogenosintesi
Indice
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 156 -
78
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 157 -
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 158 -
79
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
CH2OH
O
OH
O
OH
HO
O
n
OH
CH2OH
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
HO
OH
O
n
OH
6 CH2
1α
O
CH2OH
O
4
O
OH
OH
O
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
1μm
O
O
OH
CH2OH
O
1α
OH
O
OH
OH
OH
OH
Metabolismo dei carboidrati
- 159 -
Glicogeno (Amido)
• Il glicogeno è un polimero del glucoso,
• I monomeri sono legati con legami glicosidici 1α→4 nelle catene
principali e 1α →6 nelle ramificazioni.
• È un sistema di accumulazione del glucoso sottoforma di granuli
in genere nel fegato.
CH2OH
CH2OH
O
OH
n
CH2OH
CH2OH
O
OH
OH
O
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
OH
O
OH
O
O
OH
O
n
OH
1α
OH
O
OH
HO
O
OH
HO
CH2OH
CH2OH
O
O
6 CH2
CH2OH
O
1α
4
OH
Metabolismo dei carboidrati
O
OH
OH
O
O
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
OH
- 160 -
80
Glicogeno (Amido)
• La struttura dei granuli di glicogeno permette una rapida
mobilizzazione (scissione) delle catene polisaccardiche poiché vi
sono molte estremità diverse attaccabili.
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
O
OH
HO
O
n
OH
OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
O
OH
HO
O
O
OH
CH2OH
OH
O
n
OH
1α
OH
O
1α
6 CH
2
4
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
O
O
OH
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
CH2OH
O
O
OH
OH
OH
OH
Metabolismo dei carboidrati
- 161 -
Catabolismo del glicogeno
• La catena lineare polisaccaridica viene scissa nei monomeri
(come glucoso-1-fosfato) ad opera dalla
glicogenofosforilasi (EC 2.4.1.1):
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
OH
HO
OH
O
OH
OH
O
n
R
O
OH
O
OH
HO
Fosforolisi
O
O
+
HO
O
P
+
OH
O
R'
R
O
P
R
O
O
O
+
CH2OH
O
O
OH
HO
OPO3--
HO
O
P
CH2OH
CH2OH
Glicogeno fosforilasi
EC 2.4.1.1
O
OH
n
R
O
OH
OH
R'
H
O
O
Idrolisi
R'
R
O
+
HO
H
H
R
O
+
R'
H
O
• Date le dimensioni del sito l’enzima riesce a tagliare il
legame 1α→4 fino a quattro residui dal legame 1α→6.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 162 -
81
Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 163 -
Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 164 -
82
Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1
Base di Shiff
O
O
Glicogeno(n)
P
O
OH
OH
R
O
OH
P
O
O
OH
O
OH
O
n
O
Piridossalfosfato
NH+ CH
3
OH
O
CH2OH
H
O
OH
O
OH
Lisina
+
N
O
CH2OH
CH2OH
Lisina
Glicogeno(n-1)
OH
+
O
OH
O
R
OH
O
O
CH2OH
O
+
n
O
O
Piridossale
O
CH2OH
O
P
O
H
P
O
OH
OH
N
NH+ CH
3
OH
O
OH
OH
O
Glucoso-1-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
CH2OH
Metabolismo dei carboidrati
- 165 -
Glicogeno fosforilasi EC 2.4.1.1
Base di Shiff
O
O
Glicogeno(n)
P
O
OH
OH
O
OH
P
O
O
OH
O
R
OH
n
OH
Piridossalfosfato
NH+ CH
3
OH
O
CH2OH
H
O
O
OH
O
O
Lisina
+
N
O
CH2OH
CH2OH
Lisina
Glicogeno(n-1)
OH
+
OH
O
R
O
OH
n
O
CH2OH
O
OH
OH
N
O
CH2OH
P
O
+
O
O
O
P
O
H
O
Piridossale
NH+ CH
3
OH
O
OH
OH
O
Glucoso-1-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
CH2OH
- 166 -
83
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
• Poiché la glicogeno
fosforilasi non riesce a
scindere tutti i legami
1α→4 e 1α→6 interviene
l’enzima deramificante
– con il suo dominio
transferasico, scinde una
catena di tre monomeri dal
monomero dove vi è la
ramificazione e lega i tre
monomeri alla catena
lineare adiacente,
– Il residuo legato in 1α→6
viene idrolizzato dalla
funzione deramificante con
produzione di glucosio.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 167 -
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Glicogeno
fosforilasi
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
OH
HO
OH
OH
OH
OH
O
O
OH
OH
O
1α
O
OH
CH2OH
O
OH
O
O
HO
O
O
OH
CH2OH
OH
CH2OH
OH
OH
6 CH
2
1α
O
OH
4
OH
CH2OH
O
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
O
O
OH
OH
OH
Terminale
non riducente
(legame glicosidico)
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 168 -
84
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
OH
P
O
O
O
CH2OH
Glicogeno
fosforilasi
OH
CH2OH
O
HO
OH
CH2OH
O
OH
OH
O
O
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
1α
O
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
6 CH2
1α
O
HO
4 OH
O
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
O
OH
CH2OH
OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
O
O
OH
OH
OH
OH
Metabolismo dei carboidrati
- 169 -
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Ramificazione limite
CH2OH
Glicogeno
fosforilasi
OH
CH2OH
O
OH
OH
OH
O
1α
O
O
OH
CH2OH
OH
CH2OH
O
OH
O
O
HO
O
CH2OH
O
O
OH
CH2OH
OH
OH
O
HO
CH2OH
O
OH
OH
6 CH2
1α
O
OH
4
OH
CH2OH
O
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
O
O
OH
OH
OH
PO3--
HO
OH
Glucoso-1-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 170 -
85
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Ramificazione limite
CH2OH
Glicogeno
fosforilasi
OH
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
OH
O
HO
OH
1α
O
O
OH
CH2OH
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
6 CH2
1α
O
HO
O
OH
O
OH
OH
4
O
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
OH
O
4
OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
OH
OH
Metabolismo dei carboidrati
- 171 -
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Enzima deramificante
Transferasi
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
OH
Sito di
glicosidazione
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
OH
O
HO
OH
O
1α
O
OH
CH2OH
O
OH
O
O
HO
O
O
OH
CH2OH
OH
CH2OH
OH
Metabolismo dei carboidrati
OH
6 CH2
1α
O
OH
4
OH
CH2OH
O
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
O
O
OH
OH
OH
- 172 -
86
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Enzima deramificante
CH2OH
OH
O
1α
O
HO
Transferasi
OH
CH2OH
OH
CH2OH
O
OH
O
O
HO
OH
O
OH
OH
6 CH
2
CH2OH
O
OH
O
O
OH
OH
4
1α
O
O
O
OH
CH2OH
CH2OH
OH
CH2OH
O
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
O
O
OH
OH
OH
OH
Sito di
glicosidazione
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 173 -
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Transferasi
Enzima deramificante
CH2OH
OH
O
H2O
1α
O
HO
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
OH
O
HO
OH
CH2OH
O
O
OH
OH
OH
O
O
O
OH
CH2OH
OH
6 CH2
1α
O
4 OH
Metabolismo dei carboidrati
OH
OH
CH2OH
O
O
4
OH
Sito
di
glicosidazione
CH2OH
O
OH
O
O
OH
OH
OH
- 174 -
87
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Transferasi
Transferasi
Enzima deramificante
CH2OH
OH
Glucoso
O
Sito di
glicosidazione
1α
OH
HO
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
OH
O
HO
CH2OH
O
O
OH
OH
OH
O
OH
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
6 CH OH
2
4
1α
O
O
O
OH
CH2OH
OH
CH2OH
O
OH
OH
O
4
OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
OH
OH
Metabolismo dei carboidrati
- 175 -
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
OH
O P O
O
Glicogeno
fosforilasi
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
OH
O
HO
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
OH
OH
CH2OH
O
O
OH
OH
OH
O
O
O
OH
CH2OH
OH
Metabolismo dei carboidrati
6 CH OH
2
1α
O
OH
4
OH
CH2OH
O
OH
O
4
OH
CH2OH
O
OH
O
O
OH
OH
OH
- 176 -
88
Enzima deramificante EC 3.2.1.68
Glicogeno
fosforilasi
CH2OH
OH
CH2OH
O
OH
O
HO
OH
CH2OH
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
O
6 CH2OH
O
OH
OH
4
1α
O
O
O
OH
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
OH
O
O
4
OH
OH
OH
OH
CH2OH
HO
OH
O
OPO3-OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 177 -
Glucoso-1-fosfato
• Il prodotto della glicogenolisi
è principalmente glucoso-1fosfato il quale entra nella
glicolisi dopo essere stato
convertito in glucoso-6fosfato da una
fosfoglucomutasi (EC
5.4.2.2) che catalizza la
conversione attraverso la
formazione di un intermedio
glucoso-1,6-bifosfato.
• Il meccanismo è simile a
quello della fosfoglicerato
mutasi il quale usa, invece,
un residuo di istidina.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Fosfoserina
O
O P
O
O
OH
CH2OH
O
Serina
O
O
P
O
CH2
O
OH
OH
O
O
O
OH
OH
P
O
OH
O
O
O
OH
P
O
O
Glucoso-1-fosfato
O
O
Glucoso-1,6-bifosfato
(non rilasciato)
O
P
O
CH2
Fosfoserina
Metabolismo dei carboidrati
O
O P
O
O
Glucoso-6-fosfato
O
OH
OH
OH
GLICOLISI
OH
- 178 -
89
Fosfoglucomutasi EC 5.4.2.2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 179 -
Fosfoglucomutasi EC 5.4.2.2
Glucoso-1,6-bifosfato
Ser
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 180 -
90
Glicogenosintesi
• Il glucoso uridin-difosfato (UDPG) è il precursore per la sintesi di
glicogeno.
• Un residuo di glucoso è addizionato al glicogeno e viene rilasciato
un UDP.
• Gli zuccheri nucleotidi difosfati sono i precursori della sintesi di
carboidrati complessi, glicoproteine ecc.
• Viene sintetizzato da glucoso-1-fosfato e UTP ad opera della UDPGlucoso pirofosforilasi (EC 2.7.7.9).
O
O
O
O
P
O
O
P
P
O
O
O
HO
N
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
P
O
+
O
O
HO
HO
O
HO
O
O
P
O
O
O
O
OH
HO
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
N
OH
NH
O
Metabolismo dei carboidrati
- 181 -
Amido
• Per produrre l’amido viene sintetizzato amilosio attraverso la
formazione di ADP-glucoso
• Viene sintetizzato da glucoso-1-fosfato e ATP ad opera della ADPGlucoso pirofosforilasi (EC 2.7.7.27 ) con meccanismo analogo al
glicogeno.
NH2
O
O
O
O
P
P
P
O
O
O
O
N
O
O
N
O
O
O
HO
N
+
N
O
HO
HO
P
HO
O
O
OH
ADP-Glucoso pirofosforilasi
EC 2.7.7.27
OH
NH2
O
O
O
P
P
O
O
O
O
+
O
O
HO
O
P
HO
O
HO
O
O
P
N
O
O
O
N
N
OH
HO
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
N
Metabolismo dei carboidrati
OH
- 182 -
91
Glicogenosintesi
• Il glicogeno si forma a partire da una proteina primer, la
glicogenina, alla quale si lega il primo residuo di glucoso
attraverso un residuo di tirosina.
• L’enzima che si occupa della catalisi è la stessa glicogenina
(EC 2.4.1.186 ) (autoglicosilazione).
HO
O
HO
O
HO
O
O
P
P
O
O
R
HO
O
O
O
O
N
OH
HO
OH
+
NH
O
O
N
H
R
OH HO
O
O
O
P
P
O
O
HO
O
O
O
O
HO
N
OH
NH
O
+
HO
R
O
O
O
N
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
H
R
- 183 -
Glicogenosintesi
• Il processo viene ripetuto fino a che si forma una corta catena di
glucoso (fino a cinque residui).
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 184 -
92
Glicogenosintesi
• Il processo viene ripetuto fino a che si forma una corta catena di
glucoso (fino a cinque residui).
OH HO
HO
O
HO
P
O
HO
O
HO
O
O
P
O
O
O
HO
O
O
O
N
OH
HO
OH
R
+
NH
O
O
O
N
Glicogenina
EC 2.4.1.186
x4
H
R
HO
R
HO
O
O
P
O
+
O
O
P
O
HO
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
O
O
N
OH
H
N
O
HO
O
HO
O
O
R
OH
HO
NH
O
OH
4
O
Metabolismo dei carboidrati
- 185 -
Glicogenosintesi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 186 -
93
Glicogenina EC 2.4.1.186
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 187 -
Glicogenina EC 2.4.1.186
UDP-glucoso
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
Tyr
- 188 -
94
Glicogenosintesi
• Successivamente interviene la Glicogeno sintasi (EC 2.4.1.11)
per l’allungamento della catena.
• È un complesso di una subunità catalitica e della proteina
glicogenina.
H
O
O
HO
P
O
HO
O
HO
O
O
O
P
O
O
O
O
N
OH
HO
NH
HO
O
HO
O
OH
O
+
O
O
P
P
O
O
O
O
HO
OH
HO
OH
HO
O
4
Glicogeno sintasi
EC 2.4.1.11
O
N
HO
OH
H
O
R
N
R
O
O
O
R
N
R
+
NH
O
HO
O
HO
HO
O
O
HO
OH
HO
HO
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
O
O
4
OH
HO
OH
Metabolismo dei carboidrati
- 189 -
Glicogenosintesi
• La ramificazione 1α→6 viene catalizzata da un enzima
ramificante (EC 2.4.1.18).
• Lo stesso enzima è responsabile della conversione di
amilosio in amilopectina e dell’ulteriore ramificazione
dell’amilopectina
6
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
OH
OH
OH
O
HO
OH
O
OH
1α
CH2OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
OH
OH
O
O
O
OH
CH2OH
OH
4
OH
OH
CH2OH
O
O
O
OH
CH2OH
1α
OH
O
O
OH
OH
OH
OH
Enzima ramificante
EC 2.4.1.18
CH2OH
OH
CH2OH
O
OH
O
HO
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
OH
1α
O
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O
OH
6 CH
2
CH2OH
O
HO
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
CH2OH
O
4
1α
OH
OH
OH
Metabolismo dei carboidrati
CH2OH
O
O
O
OH
CH2OH
O
OH
O
O
OH
OH
OH
- 190 -
95
Enzima ramificante EC 2.4.1.18
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 191 -
Controllo
• Il metabolismo dei carboidrati ha ruoli
diversi nel muscolo e nel fegato.
– Nel muscolo: per generate ATP
– Nel fegato: mantenere il livello ematico di
glucoso (produce ed esporta glucoso o
importa ed immagazzina glucoso in risposta
alla glicemia).
• La sintesi e degradazione del glucosio e
del glicogeno sono quindi sottoposte al
controllo ormonale attraverso il sistema
del cAMP.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 192 -
96
Controllo del metabolismo del glicogeno
UDP-Glucoso
HO
O
HO
O
HO
O
O
P
P
O
O
UDP
O
O
O
O
O
N
OH
+
O
HO
OH
NH
CH2OH
OH
CH2OH
+
O
OH
HO
OPO3-OH
Glucoso-1-fosfato
O
OH
O
OH
n
R
O
OH
OH
+
(Glicogeno)n+1
Glicogeno
fosforilasi
O
O
OH
HO
(Glicogeno)n
NH
CH2OH
O
OH
OH
N
OH
CH2OH
O
R
O
O
O
O
+
CH2OH
O
OH
n
P
HO
CH2OH
O
HO
O
O
O
Glicogeno
sintasi
O
OH
P
O
HO
O
P
O
Pi
• Sia la sintesi che la scissione del glicogeno sono processi
termodinamicamente spontanei, se le due reazioni fossero
attive simultaneamente si avrebbe la perdita netta di un
legame ad alta energia per ciclo (si forma UDP-Glucoso).
• Per prevenire questa eventualità la glicogeno sintasi e la
glicogeno fosforilasi sono regolate reciprocamente da effettori
allosterici e dalla fosforilazione.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 193 -
Regolazione allosterica
• La glicogeno fosforilasi nel muscolo è regolata da AMP, ATP
e glucoso-6-fosfato. (un isoenzima diverso nel fegato è meno
sensibile a questi controlli allosterici).
• AMP (presente quando l’ATP manca) attiva la fosforilasi
promuovendone la conformazione R.
• ATP e glucoso-6-fosfato, che spiazzano l’AMP dalla
fosforilasi, la inibiscono promuovendo la conformazione T.
• Quindi la rottura del glicogeno è inibita quando sono
presenti elevate concentrazioni di ATP e glucoso-6-fosfato.
• La glicogeno sintasi è attivata dal glucoso-6-fosfato (effetto
opposto nella glicogeno fosforilasi).
• Quindi la glicogeno fosforilasi è attiva quando un alto livello
ematico di glucoso porta ad un elevato livello cellulare di
glucoso-6-fosfato.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 194 -
97
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 195 -
Regolazione allosterica
• Il glucoso-6-fosfato può entrare nella glicolisi o (nel fegato)
essere defosforilato ad opera della glucoso-6-fosfatasi e
rilasciato nel sangue.
• In quasi tutti gli altri tessuti manca questo enzima.
CH2 OH
OH
CH 2OH
O
OH
OH
CH2 OH
O
O
HO
OH
OH
OH
OH
O
O
CH2 OH
OH
OH
OH
OH
O
OH
OH
CH2OH
CH2 OH
O
O
O
OH
CH2 OH
CH2
O
O
HO
Glicogeno
sintetasi
Glicogeno
O
O
CH2 OH
OH
CH2 OH
O
O
OH
OH
O
O
OH
O
HO
OH
OH
OH
OH
Esochinasi o
glucochinasi
Glucosio
Glucoso-6-fosfatasi
Glicogeno
fosforilasi
CH2OH
OH
CH2OPO3--
O
HO
OH
OPO3--
OH
Glucosio-1-P
OH
HO
OH
O
O
O
CH3
OH
+
HPO3--
OH
Glucosio
Glucosio-6-P
ADP
O
HO
OH
ATP
GLICOLISI
CH2OH
O
AMP
Extracellulare
Piruvato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 196 -
98
Regolazione ormonale
(covalente) FOSFORILAZIONE
• Gli ormoni Glucagone e adrenalina attivano i recettori di
membrana accoppiati alla proteina G (GPCR) i quali
innescano la cascata del cAMP che porta alla fosforilazione
di proteine bersaglio.
• Entrambi gli ormoni sono prodotti in risposta a bassi livelli
ematici di glucoso.
• Il glucagone è sintetizzato dalle cellule α del pancreas e attiva
la formazione di cAMP nel fegato.
• L’adrenalina attiva la formazione di cAMP nel muscolo.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 197 -
Regolazione ormonale
(covalente) FOSFORILAZIONE
• La cascata del cAMP porta alla fosforilazione di una Ser
nella glicogeno fosforilasi promuovendone la forma R
attiva.
• L’enzima fosforilato è meno sensibile agli inibitori
allosterici.
• Quindi, anche se ATP e glucoso-6-fosfato sono a valori
elevati la fosforilasi è ancora attiva.
• Il glucoso-1-fosfato prodotto dal glicogeno nel fegato può
essere convertito a glucoso ematico.
• La regolazione ormonale permette alle necessità
dell’organismo di prevalere sulle necessità della cellula.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 198 -
99
Regolazione ormonale
(covalente) FOSFORILAZIONE
• La cascata del cAMP ha effetti opposti nella glicogeno
sintesi.
• La glicogeno sintasi è anch’essa fosforilata dalla
cascata, ma viene promossa la conformazione b,
meno attiva.
• Quindi la cascata del cAMP inibisce la sintesi di
glicogeno.
• Invece di essere convertito in glicogeno il glucoso-1fosfato può esser defosforilato e rilasciato nel
sangue.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Ormone
Metabolismo dei carboidrati
- 199 -
Cascata di segnali
(Adrenalina o glucagone)
Gα-GTP
Adenilato
ciclasi
(inattiva)
Adenilato ciclasi
(attiva)
ATP
Proteina
chinasi A
(attiva)
P
ATP
Fosforilasi chinasi
(b-inattiva)
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Fosfodiesterasi
cAMP + PPi
Proteina
chinasi A
(inattiva)
• Forma “a” attiva ed
indipendente da
effettori allosterici
• Forma “b” meno attiva
e dipendente da fattori
allosterici
AMP
ADP Fosforilasi chinasi
(a-attiva)
ATP
Fosfatasi
Pi
Glucoso
P
ADP Glicogeno
Glicogeno
Fosforilasi
Fosforilasi
(b-allosterica) Fosfatasi (a-attiva)
Pi
Metabolismo dei carboidrati
Glicogeno
- 200 -
100
Ormone
Cascata di segnali
(Adrenalina o glucagone)
Gα-GTP
Adenilato
ciclasi
(inattiva)
AMP
Adenilato ciclasi
(attiva)
ATP
Fosfodiesterasi
cAMP + PPi
Proteina
chinasi A
(inattiva)
Proteina
chinasi A
(attiva)
Fosforilasi chinasi
(b-inattiva)
Glicogeno
Glucoso
P
ATP
ADP Fosforilasi chinasi
(a-attiva)
ATP
Fosfatasi
Pi
Glicogeno sintasi
(b-attiva)
ADP
Fosfatasi
P
Glicogeno sintasi
(a-inattiva)
Pi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 201 -
Insulina
• L’insulina è un ormone prodotto dalle cellule β
del pancreas in risposta ad alti livelli ematici di
glucoso.
• Attiva una cascata di segnali separata che
porta alla attivazione delle fosfoproteina
fosfatasi.
• Queste fosfatasi catalizzano la rimozione del
fosfato sia dalla fosforilasi chinasi che dalla
glicogeno fosforilasi che dalla glicogeno
sintasi.
• Quindi l’insulina antagonizza gli effetti della
cascata del cAMP indotta da glucagone e
adrenalina.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 202 -
101
Ormone
Cascata di segnali
Insulina
(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)
Pi
+
P
ADP
Fosfatasi
Fosforilasi
chinasi
(a-attiva)
ATP
ADP
P
Glicogeno
Glicogeno
Fosforilasi
Fosforilasi
(b-allosterica) Fosfatasi (a-attiva)
Pi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 203 -
Ca++
• Anche lo ione Ca++ gioca un ruolo nel metabolismo del
glicogeno nel muscolo.
• Al momento della contrazione muscolare lo ione Ca++
viene rilasciato dal reticolo sarcoplasmatico della cellula
muscolare attraverso l’attivazione di un canale specifico.
• Il Ca++ rilasciato nel citoplasma attiva l’interazione
actina/miosina
• Nel muscolo la fosforilasi chinasi ha un dominio
calmodulinico nella subunità δ che lega il Ca++ e attiva
parzialmente (modula) la fosforilasi chinasi.
• La fosforilazione indotta dalla cascata del cAMP innescata
dall’adrenalina porta ad una ulteriore attivazione.
• Questo processo porta al rilascio di glucoso dal glicogeno
che, attraverso la glicolisi, porta alla produzione di ATP.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 204 -
102
Ormone
Cascata di segnali
(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)
Pi
Ca++
P
ADP
Fosfatasi
Fosforilasi
chinasi
(a-attiva)
ATP
Ca++
ADP
P
Glicogeno
Glicogeno
Fosforilasi
Fosforilasi
(b-allosterica) Fosfatasi (a-attiva)
Pi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 205 -
Via dei pentosi fosfati
Indice
103
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 207 -
Via dei pentosi fosfati
• Altri nomi:
― Via del fosfogluconato
― Shunt dell’esoso monofosfato
• La parte lineare della via porta alla ossidazione
e decarbossilazione di
― glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C).
• Il resto della via converte
― ribuloso-5-fosfato a riboso-5-fosfato (5C)
• oppure a
― gliceraldeide-3-fosfato (3C) e fruttoso-6-fosfato (6C)
• Con produzione di NADPH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 208 -
104
Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C)
O
O
O
P
O
O
O
O
HO
P
O
α- D - G lu c o so -6 -fo s fa to
P
O
O
O
O
HO
OH
G lu c o s o - 6 - fo s fa to
d e id ro g e n a si
HO
( E C 1 .1 .1 .4 9 )
OH
HO
G lu c o s o - 6 - fo s fa to
iso m e ra si
( EC 5 .3 .1 .9 )
OH
O
NAD P+
O
OH
HO
O
NADPH
O
HO
β - D -G lu co s o - 6 - fo sfa to
OH
6 - fo s fo -D -g lu c o n o -1 ,5 -la tto n e
6 -fo s fo g lu c o n o la tto n a si
( E C 3 .1 .1 .3 1 )
P
O
CO2
O
O
O
O
NAD PH NAD P+
OH
O
OH
P
O
OH
O
O
OH
HO
HO
F o s fo g lu c o n a to
d e id ro g e n a s i
(E C 1 .1 .1 .4 4 )
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
O
6 -fo s fo - D - g lu co n a to
D - rib u lo s o - 5 -fo sfa to
Metabolismo dei carboidrati
- 209 -
Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C)
O
O
O
P
O
O
O
O
HO
P
O
OH
HO
OH
α- D - G lu c o so -6 -fo s fa to
G lu co so -6 -fo sfa to
is o m e ra s i
( E C 5 .3 .1 .9 )
O
NADPH
O
NAD P+
O
HO
HO
O
P
O
O
HO
OH
G lu c o so -6 -fo s fa to
d e id ro g e n a s i
HO
OH
( EC 1 .1 .1 .4 9 )
β - D -G lu co s o - 6 - fo sfa to
O
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 210 -
105
Glucoso-6-fosfato isomerasi (EC 5.3.1.9)
•
1QY4
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 211 -
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49)
Ca++
G6P
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 212 -
106
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49)
Asp177
His
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 213 -
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49)
NADP+
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 214 -
107
Glucoso-6-fosfato deidrogenasi (EC 1.1.1.49)
G6P
Ca++
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Omologo del NADP+
Metabolismo dei carboidrati
- 215 -
Regolazione della glucoso-6-fosfato deidrogenasi
• La reazione catalizzata dalla glucoso-6-fosfato
deidrogenasi è un passo obbligatorio della via dei
pentosi fosfati e la sua attività è regolata dalla presenza
di NADP+.
• Il NADPH è utilizzato nelle vie biosintetiche e viene
convertito in NADP+
• Il NADP+ stimola la via dei pentosi fosfati che porta alla
formazione di NADPH.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 216 -
108
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 -fo sfo - D - g lu c o n o -1 ,5 - la tto n e
6 -fo sfo g lu c o n o la tto n a s i
(E C 3 .1 .1 .3 1 )
O
O
OH
P
O
OH
O
OH
HO
O
O
6 -fo sfo -D - g lu co n a to
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 217 -
6-fosfogluconolattonasi (EC 3.1.1.31)
Citrato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 218 -
109
Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C)
• La fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44) catalizza
la decarbossilazione ossidativa del 6-fosfogluconato.
• Si forma il chetone a 5-C ribuloso-5-fosfato.
• Il gruppo OH al C3 (C2 del prodotto) è ossidato a
chetone.
• Ciò promuove la perdita del carbossile dal C1 come CO2.
• Il NADP+ serve da ossidante.
O
P
O
CO 2
O
O
O
NADPH NADP+
OH
O
O
OH
P
OH
O
O
OH
HO
HO
OH
D-ribuloso-5-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Fosfogluconato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.44)
O
O
6-fosfo-D-gluconato
Metabolismo dei carboidrati
- 219 -
Fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44)
6-fosfogluconato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 220 -
110
Fosfogluconato deidrogenasi (EC 1.1.1.44)
Omologo
del NAD+
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 221 -
Da glucoso-6-fosfato (6C) a ribuloso-5-fosfato (5C)
O
O
O
P
O
O
O
O
HO
P
O
OH
HO
G lu c o s o-6 -fo sfa to
is o m e ra s i
(E C 5 .3 .1 .9 )
α -D -G lu c os o -6 -fo s fa to
N AD PH
N AD P+
O
O
O
OH
HO
O
HO
P
O
O
O
O
HO
OH
G lu c os o -6 -fo s fa to
d e id ro g e n a si
HO
(E C 1 .1 .1 .4 9 )
OH
β -D -G lu c o so -6 -fo sfa to
OH
6 -fos fo -D -g lu co n o -1 ,5 -la tto n e
137.204.52.254
6 -fo s fo g lu c o n ola tto n a s i
(E C 3 .1 .1 .3 1 )
N AD PH
NADP+
O
O
O
O
P
CO2
O
OH
O
P
O
OH
OH
O
O
OH
HO
HO
OH
F o sfo g lu c on a to
d e id ro g e n a s i
(E C 1 .1 .1 .4 4 )
D -rib u lo so -5 -fos fa to
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
O
O
6 -fo s fo -D -g lu c o n a to
- 222 -
111
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
NH2
O
H
NH2
N
O
+
N
N
O
O
P
O
O
P
O
O
O
O
OH
HO
N
N
O
HO
O
2e- + H+
P
O
O
H
H
NH2
NH2
O
O
N
O
O
P
O
O
P
O
N
N
O
O
O
OH
HO
N
N
O
HO
P
O
O
O
Metabolismo dei carboidrati
- 223 -
NADP+ e NAD+
NH2
H
O
NH2
+
N
O
O
O
P
O
HO
O
O
P
NH2
N
N
N
N
+
N
O
P
O
O
HO
NADP+
O
O
O
OH
O
P
HO
O
N
N
NH2
O
O
O
H
O
O
P
N
N
O
O
O
OH
HO
OH
NAD+
O
• NAD+ e NADP+ differiscono solo per la presenza del fosfato legato al
riboso nel NADP+.
• Per quanto riguarda l’attività redox non vi è sostanziale differenza.
• La presenza del fosfato serve per il riconoscimento di uno o
dell’altro dagli enzimi. Ciò permette la separazione delle vie
cataboliche e anaboliche nella cellula.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 224 -
112
Il resto della via
• converte
― ribuloso-5-fosfato a riboso-5-fosfato (5C) e xiluloso5-fosfato attraverso la catalisi effettuata da
epimerasi e isomerasi
• e quindi a
― gliceraldeide-3-fosfato (3C), sedoeptuloso-7-fosfato
(7C), eritroso-4-fosfato (4C) e fruttoso-6-fosfato
(6C) attraverso transaldolasi e transchetolasi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
O
P
O
O
- 225 -
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
P
O
D-riboso-5-fosfato
O
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
OH
OH
HO
HO
P
OH
O
O
O
O
O
O
O
HO
OH
OH
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
+
OH
HO
OH
O
O
P
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
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
+
OH
O
O
O
O
OH
O
D-gliceraldeide3-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
O
P
O
OH
OH
O
HO
D-fruttoso-6-fosfato
OH
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
Metabolismo dei carboidrati
- 226 -
113
O
O
P
O
O
5C
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
P
D-riboso-5-fosfato
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
5C
OH
OH
HO
HO
O
O
P
O
O
O
O
O
5C
HO
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
P
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
O
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
O
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
3C
H
OH
O
O
4C ++
OH
O
P
O
O
OH
O
D-gliceraldeide3-fosfato
O
O
O
O
P
O
O
6C
HO
OH
OH
D-fruttoso-6-fosfato
OH
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
GLICOLISI - GLUCONEOGENSI
O
O
Sintesi di NUCLEOTIDI FOSFATI
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
- 227 -
Epimerasi (EC 5.1.3.1 )
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
O
O
P
O
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
OH
HO
P
D-riboso-5-fosfato
O
OH
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
HO
O
O
O
O
O
OH
O
P
O
OH
O
HO
OH
OH
Struttura ad “α−β barrel”
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 228 -
114
Isomerasi (EC 5.3.1.6)
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
OH
OH
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
HO
HO
O
O
O
O
O
P
OH
O
O
OH
HO
OH
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 229 -
Isomerasi (EC 5.3.1.6)
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
O
P
O
O
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
OH
HO
P
O
D-riboso-5-fosfato
O
O
O
OH
HO
O
O
O
P
OH
O
O
HO
OH
OH
OH
H+
O
O
Intermedio enediolato
P
O
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
O
O
H+
O
P
OH
HO
OH
HO
O
H
OH
H
OH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
O
Metabolismo dei carboidrati
O
- 230 -
115
Transchetolasi (EC 2.2.1.1 )
• 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-5fosfato (chetoso) sia al riboso5-fosfato che all’ eritroso-4fosfato (aldosi).
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
P
O
D-riboso-5-fosfato
O
O
O
OH
O
HO
P
OH
O
O
OH
HO
O
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
+
OH
HO
OH
O
O
P
O
OH
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 231 -
Transchetolasi (EC 2.2.1.1 )
D-xiluloso-5-fosfato
O
O
P
O
D-riboso-5-fosfato
O
O
O
OH
O
HO
P
OH
O
O
OH
HO
O
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
+
OH
O
O
P
O
Ca++
OH
O
O
P
O
Eritroso-4-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
OH
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
TPP
HO
Metabolismo dei carboidrati
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
- 232 -
116
Transchetolasi (EC 2.2.1.1 )
D-xiluloso-5-fosfato
D-eritroso-4-fosfato
O
P
O
O
O
H
O
OH
HO
OH
HO
O
O
O
O
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
HO
+
OH
OH
O
O
P
O
Ca++
OH
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
TPP
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
P
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
Eritroso-4-fosfato
Metabolismo dei carboidrati
- 233 -
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.
3
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
H3C
O
+
N
S
N
O
P
O
O
OO
P
O
H
N
Metabolismo dei carboidrati
NH2
Eritroso-4-fosfato
- 234 -
117
Tiaminapirofosfato
H3C
• Il carbanione attacca il
carbonile del xiluloso-5-P
per formare un intermedio
di addizione.
• Il N+ nell’anello tiazolico
agisce come un accettore di
elettroni favorendo la
rottura del legame C-C.
O
O
+
N
H3C
S
C
N
C
H2
P
O
O
NH3+ HO
OO
O
P
N
O
OH
D-xiluloso-5-fosfato
HO
O
O
P
O
O
H3C
O
O
+
P
N
S
N
OO
O
P
O
CH2OH
O
HO
H3C
N
NH3+
OH
HO
Intermedio
O
O
P
O
O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 235 -
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
+
N
S
CH2OH
N
O
P
OO
O
O
P
O
HO
H3C
N
NH3+
HO
OH
HO
D-riboso-5-fosfato
O
OH
O
O
P
O
HO
OH
O
OH
O
H
O
O
OH
O
O
P
O
P
O
O
O
HO
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
OH
OH
O
O
P
O
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 236 -
118
Tiaminapirofosfato
H3C
• Si forma l’aldoso a tre
atomi di carbonio
gliceraldeide-3-P che viene
rilasciato, il frammento a 2C rimane legato al TPP.
• Il frammento 2-C condensa
con un aldoso (eritroso-4-P
o riboso-5-P) per formare
un chetoso-P.
– Il trasferimento del
frammento 2-C sul
eritroso-4-P forma il
fruttoso-6-7-fosfato.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
O
+
S
CH2OH
N
OO
O
P
N
P
O
O
HO
H3C
N
NH3+
OH
HO
O
H
D-eritroso-4-fosfato
OH
O
O
O
P
HO
HO
O
O
O
O
H
P
O
O
OH
O
OH
HO
O
O
OH
P
O
O
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
D-fruttoso-6-fosfato O
P
Metabolismo dei carboidrati
O
- 237 -
Transaldolasi (EC 2.2.1.2)
OH
O
• La transaldolasi trasferisce la
porzione 3-C (diidrossiacetone) dal
sedoeptuloso-7-fosfato alla
gliceraldeide-3-fosfato.
• Il gruppo ε-aminico della
transaldolasi reagisce con il
carbonile del sedoeptuloso-7fosfato.
NH2
Lys
D-sedoeptuloso-7-fosfato
HO
OH
OH
OH
O
O
P
O
O
+
N
H
OH
OH
O
OH
HO
O
P
O
O
Intermedio
base di Shiff
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.
N
OH
H
H
HO
+
H
O
H
OH
HO
OH
HO
OH
O
O
P
O
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
Metabolismo dei carboidrati
O
O
O
O
O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
P
O
H
C
OH
O
OH
O
+
P
O
D-fruttoso-6-fosfato
- 238 -
119
Transaldolasi (EC 2.2.1.2)
• La transaldolasi ha
una struttura α,β
barrel.
Lys
Lys
base di Shiff
ridotta
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 239 -
Transaldolasi (EC 2.2.1.2)
• La transaldolasi ha
una struttura α,β
barrel.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 240 -
120
Bilancio
Nella via dei pentosi fosfati entrano tre pentosi (15
atomi di carbonio) che vengono convertiti in due
esosi ed un trioso.
C5 + C5 Æ C3 + C7 (Transchetolasi)
C3 + C7 Æ C6 + C4 (Transaldolasi)
C5 + C4 Æ C6 + C3 (Transchetolasi)
____________________________
3 C5 Æ 2 C6 + C 3
Il glucoso-6-fosfato può esser rigenerato sia da
gliceraldeide-3-fosfato che dal fruttoso-6-fosfato
attraverso la Gluconeogenesi.
Metabolismo dei carboidrati
D-ribuloso-5-fosfato
O
O
O
O
O
5C
D-riboso-5-fosfato
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
5C
HO
HO
OH
+
OH
OH
O
P
O
3C
H
OH
O
P
O
O
O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
O
OH
O
O
O
O
O
OH
P
O
O
6C
HO
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
O
2
4C ++
O
D-gliceraldeide3-fosfato
OH
OH
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
1
HO
OH
O
O
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
5C
HO
3C + 7C
O
O
OH
O
3
P
2
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
H
O
O
O
O
1
OH
GLICOLISI - GLUCONEOGENSI
O
O
OH
OH
O
P
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
3
Metabolismo dei carboidrati
OH
OH
OH
D-fruttoso-6-fosfato
GLICOLISI - GLUCONEOGENSI
D-xiluloso-5-fosfato
P
- 241 -
Sintesi di NUCLEOTIDI FOSFATI
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
- 242 -
121
Strategia
• A secondo dei bisogni della cellula
per riboso-5-fosfato, NADPH, e
ATP, la via dei Pentosi fosfati opera
in vari modi per massimizzare la
concentrazione dei diversi prodotti.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
Sintesi di riboso-5-P e
NADPH
- 243 -
β-D-Glucoso-6-fosfato
α-D-Glucoso-6-fosfato
O
O
O
P
O
O
O
O
HO
O
O
O
OH
HO
OH
HO
• Duplicazione
cellulare.
O
O
NADP+
P
O
– Il ribuloso-5-fosfato
viene convertito in
riboso-5-fosfato,
necessario per la
sintesi di nucleotidi e
acidi nucleici.
D-xiluloso-5-fosfato
OH
O
O
P
O
O
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
P
OH
HO
6-fosfo-D-gluconato
NADP+
O
O
HO
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
O
O
O
O
OH
OH
HO
O
P O
O
O
O
+
OH
HO
OH
O
– Viene anche prodotto
del NADPH.
OH
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
H
HO
D-riboso-5-fosfato
OH
OH
O
CO2
NADPH
O
O
OH
OH
Fosfogluconato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.44)
O
O
6-fosfogluconolattonasi
(EC 3.1.1.31)
O
P
O
O
O
D-ribuloso-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)
6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone
NADPH
P
O
P
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
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
+
OH
Metabolismo dei carboidrati
O
O
O
O
OH
O
D-gliceraldeide3-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
O
P
O
OH
OH
O
HO
D-fruttoso-6-fosfato
OH
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
- 244 -
122
Sintesi di NADPH
massimizzata
β-D-Glucoso-6-fosfato
a-D-Glucoso-6-fosfato
O
O
P
O
O
O
HO
O
O
P
O
HO
O
D-ribuloso-5-fosfato
D-xiluloso-5-fosfato
OH
P
O
OH
HO
6-fosfo-D-gluconato
O
NADP+
CO
NADPH
O
O
P
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
O
O
OH
Fosfogluconato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.44)
O
O
2
O
OH
HO
P
O
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
O
O
OH
O
O
OH
HO
D-riboso-5-fosfato
OH
OH
OH
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
O
O
H
O
O
OH
HO
O
OH
6-fosfogluconolattonasi
(EC 3.1.1.31)
O
P
O
O
O
– Sia la gliceraldeide-3fosfato che il fruttoso6-fosfato possono
essere convertiti in
glucoso-6-fosfato per
massimizzare la sintesi
di NADPH.
O
HO
OH
Glucoso-6-fosfato
deidrogenasi
HO
(EC 1.1.1.49)
OH
HO
Glucoso-6-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.9)
OH
O
O
O
OH
HO
• Attività sintetica della
cellula.
P
6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone
NADPH
NADP+
O
O
HO
+
OH
OH
O
O
P
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
O
P
O
O
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
O
H
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
OH
O
O P
O
O
D-gliceraldeide3-fosfato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
OH
+
OH
O
O
O
O
O
P O
O
OH
OH
OH
HO
P
D-fruttoso-6-fosfato
O
O
D-eritroso-4-fosfato
Metabolismo dei carboidrati
Sintesi di NADPH e
ATP
- 245 -
β-D-Glucoso-6-fosfato
α-D-Glucoso-6-fosfato
O
O
O
P
O
O
O
O
HO
HO
• Energia
– La gliceraldeide-3fosfato e il fruttoso-6fosfato possono
entrare nella glicolisi
per la produzione di
ATP.
– Viene anche prodotto
del NADPH.
O
O
O
OH
OH
O
P
O
NADP+
O
HO
O
D-xiluloso-5-fosfato
OH
O
O
P
O
O
O
Ribuloso-fosfato
3-epimerasi
(EC 5.1.3.1)
OH
Fosfogluconato
deidrogenasi
(EC 1.1.1.44)
O
P
OH
HO
6-fosfo-D-gluconato
NADP+
CO
NADPH
O
2
O
Riboso-5-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.6)
O
O
O
P
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
P
O
D-sedoeptuloso-7-fosfato
OH
O
OH
O
D-gliceraldeide-3-fosfato
GLICOLISI
O
O
HO
H
O
O
OH
OH
HO
O
OH
6-fosfogluconolattonasi
(EC 3.1.1.31)
O
P
O
O
O
D-ribuloso-5-fosfato
O
HO
OH
Glucoso-6-fosfato
deidrogenasi
HO
(EC 1.1.1.49)
OH
HO
Glucoso-6-fosfato
isomerasi
(EC 5.3.1.9)
6-fosfo-D-glucono-1,5-lattone
NADPH
P
O
P
O
O
Transaldolasi
(EC 2.2.1.2)
O
H
ATP
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Transchetolasi
(EC 2.2.1.1)
OH
O
O P
O
O
D-gliceraldeide3-fosfato
Metabolismo dei carboidrati
O
OH
+
OH
O
O
O
O
P O
O
O
HO
OH
OH
OH
P
O
O
D-eritroso-4-fosfato
D-fruttoso-6-fosfato
- 246 -
123
Ossigeno
Aerobiosi e anaerobiosi
Indice
Aerobiosi
Glicogeno
Metabolismo
del Glicogeno
H
H OH
H
H
H
H
HO
OH
O
OH
H
H
OH
O
H
HO
H
H
OH
H
OH
OH
CH2OPO3--
H3C
3-fosfogliceraldeide
O
O
2NADH
Fermentazione
alcolica
(Anaerobiosi)
OH
2 Lattato
Ciclo dei
pentosi
Glicolisi
Piruvato
Fermentazione
lattica
(Anaerobiosi)
O
OH
2NADH
2ATP
2 Piruvato
H3C
OH
H
2NAD+
O
O
OH
H
Riboso-5-fosfato
Fruttoso-1,6-difosfato
Gluconeogensi
O
CH2OH
D-Glucoso
2ADP + 2Pi
H
H
2NAD+
Acetil-CoA
NADH
O2
2 CO2 + 2 etanolo
Ossidazione
aerobica NAD+
ADP + Pi
Ciclo di
Krebs
H+
Fosforilazione
ossidativa
H+
ATP
NAD+
6 CO2 + 6H2O
124
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 ).
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 249 -
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 250 -
125
Piruvato deidrogenasi
Produzione di acetil-CoA
(decarbossilazione del piruvato)
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).
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 252 -
126
Mitocondrio
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 253 -
Mitocondrio
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 254 -
127
Acetil-CoA
H
N
HS
H
N
O
HO
H
O H3C
O
CH3
O
CoA-SH
O
P
O
O
P
O
O
N
O
β-mercaptoetanolamina
HO
Acetile
NH2
N
N
N
OH
Acido Pantotenico
Adenosina-3'-difosfato
O
H 3C
S
H
N
H
N
O
HO
H
O H3C
O
CH3
O
O
P
O
O
P
O
O
N
O
HO
NH2
N
OH
N
N
Acetil-CoA
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 255 -
Acetil-CoA
CoA-SH
Acetile
β-mercaptoetanolamina
Acido pantotenico
Adenosina-3’-difosfato
Acetil-CoA
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 256 -
128
Complesso piruvato deidrogenasi
• Il complesso piruvato deidrogenasi è un gruppo di enzimi
associati non covalentemente che catalizzano la
decarbossilazione del piruvato e formazione di AcetilCoA.
• La reazione forma contemporaneamente NADH
trasferendo uno ione H- al NAD+.
• Il NADH passa gli elettroni alla catena respiratoria
• La reazione ha un ΔG°’ = -33.4 kJ/mol (essenzialmente
irreversibile).
NAD+
O
CoA
O
SH
NADH
S
H 3C
O
TPP, Lipoato, FAD
H3C
CoA
+
CO2
O
Complesso piruvato deidrogenasi
(E1 + E2 + E3)
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 257 -
Complesso piruvato deidrogenasi
• Il complesso piruvato deidrogenasi catalizza
cinque reazioni sequenziali, richiede tre
enzimi e cinque coenzimi.
• I cinque coenzimi sono:
•
•
•
•
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 258 -
129
I reagenti e i prodotti
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
S
H3C
O
H3C
S
HS
Diidrolipoil
transacetilasi
E2
O
NADH
S
CoA
S
O
H3C
CoA
HS
SH
R
Acetil-diidrolipoamide
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 259 -
Le cinque reazioni nel complesso
FAD
SH
NAD+
SH
Idrossietil-TPP
OH
CO2
H3C
1
O
C
S
TPP
Diidrolipoil
deidrogenasi
E3
FAD
R
2
NADH
S
HS
Diidrolipoamide
HS
R
O
S
3
HS
CoA
H3C
5
S
Diidrolipoil
transacetilasi
E2
O
O
4
S
Piruvato
deidrogenasi
E1
TPP
H3C
Lipoamide
S
H3C
CoA
O
SH
R
Acetil-diidrolipoamide
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 260 -
130
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
S
H3C
O
H3C
S
HS
Diidrolipoil
transacetilasi
E2
O
NADH
S
CoA
S
O
H3C
CoA
HS
SH
R
Acetil-diidrolipoamide
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 261 -
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
NADH
S
S
S
H3C
CoA
S
H3C
CoA
HS
O
SH
R
Acetil-diidrolipoamide
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 262 -
131
I cinque coenzimi
O
H3C
N
H3C
N
Base di Shiff
ridotta
N
HO
O
H3C
N
H3C
N
H
H
O
O
+ H+
NH
N
O
FAD
(ossidato)
O
O
P
N
NH2
N
N
N
OH
H
NADH
H
O
H
N
O
P
O
Tiamina pirofosfato (TPP)
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
N
O
P
O
O
P
O
O
R
O O
HO
P
N
O
OH
O
O
S
O
H
NH2
O
+
HO
NH2 CH
3
O
R
FADHz
(ridotto)
O
N
NH
N
NH2
Protone acido
H3C
N
O
NAD+
O O
HO
+
H3C
FADH+
O
N
N
O
P
Coenzima A
N
H3C
R
OH
H
HO
H
O
+
C
H
H
H
Ribosio in
forma aperta
H
+ H+
NH
NH2
N
OH
N
N
O
O
H
N
S
HS
+ 2H+ + 2e-
S
Lipoamide
Metabolismo dei carboidrati
H
N
HS
Diidrolipoamide
- 263 -
I tre enzimi
• Il complesso piruvato deidrogenasi PDC
consiste in tre enzimi:
– piruvato deidrogenasi EC 1.2.4.1
• (E1, arancio) (B),
– diidrolipoil transacetilasi EC 2.3.1.12
• (E2, verde) (A),
– diidrolipoil deidrogenasi EC 1.8.1.4
• (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).
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 264 -
132
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 265 -
CryoEM images.
Zhou Z H et al. PNAS 2001;98:14802-14807
v.
1.9.1
© gsartor
2001-2012
©2001
by National
Academy
of Sciences
Metabolismo dei carboidrati
- 266 -
133
Cut-away model of the fully assembled PDC viewed on its 3-fold axis.
Zhou Z H et al. PNAS 2001;98:14802-14807
v.
1.9.1
© gsartor
2001-2012
©2001
by National
Academy
of Sciences
Metabolismo dei carboidrati
- 267 -
3D reconstruction of bovine PDC (A and B) and diagrammatic representation of the structural
domains of E2 subunit (C).
Zhou Z H et al. PNAS 2001;98:14802-14807
v.
1.9.1
© gsartor
2001-2012
©2001
by National
Academy
of Sciences
Metabolismo dei carboidrati
- 268 -
134
Complesso Piruvato
deidrogenasi
La chimica
Piruvato deidrogenasi (E1)
CH3
R'
CH3
R'
+
+
N
S
S
R
N
C
CH3
R'
R
+
+
H
+
S
HO
H
N
R
CH3
O
TPP
O
O
CH3
O
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).
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
CH3
R'
+
N
S
C
HO
Metabolismo dei carboidrati
CH3
R'
R
CH3
S
HO
N
R
CH3
- 270 -
135
Piruvato deidrogenasi (E1) EC 1.2.4.1
Mg++
TPP
1L8A
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 271 -
Piruvato deidrogenasi (E1) EC 1.2.4.1
Cavità
Carbanione
TPP
1L8A
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 272 -
136
Piruvato deidrogenasi (E1) EC 1.2.4.1
TPP
1NI4
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 273 -
Piruvato deidrogenasi (E1) EC 1.2.4.1
TPP
1NI4
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 274 -
137
Piruvato deidrogenasi (E1) EC 1.2.4.1
Cavità
Carbanione
TPP
1NI4
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 275 -
Diidrolipoil transacetilasi (E2)
+
CH3
R'
+
N
S
C
HO
S
R
CH3
H
N
H
CH3
R'
+
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 276 -
138
Diidrolipoil transacetilasi (E2)
CH3
R'
S
N
C
O
• Il braccio del lipoato si
muove sul sito di legame del
acetil-CoA e ne
transesterifica il gruppo SH
formando AcetilCoA.
+
R
CH3
Diidroacetilipoamide
SH
S
H
N
HN
HN
H3C
CoA
S
H
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
S
O
HS
O
HS
CoA
S
CH3
HS
Metabolismo dei carboidrati
- 277 -
Diidrolipoil transacetilasi (E2) EC 2.3.1.12
Dominio catalitico
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 278 -
139
Diidrolipoil transacetilasi (E2) EC 2.3.1.12
Dominio catalitico
AcetilCoA
Lipoamide
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 279 -
Diidrolipoil deidrogenasi (E3)
HN
HN
FAD
FAD
FADH2
S
SH
S
S
HS
SH
S
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
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 280 -
140
Diidrolipoil deidrogenasi (E3) EC 1.8.1.4
NAD+
FAD
S
S
1LPV
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 281 -
Diidrolipoil deidrogenasi (E3) EC 1.8.1.4
NAD+
FAD
S
S
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 282 -
141
• 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).
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 283 -
Legame del piruvato
R
H3C
+
R'
N
S
E1
O
R
HN
C
O
CH3
S
O
CH3
N
CH3
S
Cys
S
Cys
E3
NH
E2
N
O
S
O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
N
CH3
Metabolismo dei carboidrati
- 284 -
142
Decarbossilazione del piruvato
CO2
R
O
H3C
+
R'
N
R
HN
S
S
E1
N
C
N
CH3
N
CH3
O
CH3
S
HO
S
Cys
S
Cys
E3
NH
CH3
E2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 285 -
Formazione di diidroacetillipoamide
R
O
H3C
+
R'
E1
N
S
C
R
H3C
O
HN
S
N
CH3
N
CH3
O
HS
E2
S
Cys
S
Cys
E3
NH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
N
CH3
Metabolismo dei carboidrati
- 286 -
143
Legame del Coenzima A
R
O
H3C
+
R'
N
S
E1
H3C
R
C
O
N
HN
S
H
HS
N
CH3
N
CH3
O
S
CoA
S
Cys
S
Cys
E3
NH
E2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
H3C
Metabolismo dei carboidrati
- 287 -
Formazione di Acetil-CoA
H3C
O
R
S
H3C
E1
CoA
+
R'
N
S
R
HS
HS
NH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
N
HN
C
E2
O
N
CH3
N
CH3
O
S
Cys
S
Cys
E3
H3C
Metabolismo dei carboidrati
- 288 -
144
Ossidazione della diidrolipoamide
R
O
H3C
+
R'
N
S
E1
R
N
HN
C
S
N
CH3
N
CH3
O
S
HS
Cys
HS
Cys
E3
NH
H3C
E2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 289 -
Riduzione del FAD
O
H3C
+
R'
E1
N
S
R
R
N
N
CH3
N
CH3
HN
S
C
O
S
NH
E2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
H
H
S
Cys
S
Cys
E3
CH3
Metabolismo dei carboidrati
- 290 -
145
Legame del NAD+
O
H
NH2
H3C
R'
N
S
E1
N
R
N
CH3
N
CH3
HN
R
S
C
H
N
+
R
+
O
O
S
H
S
Cys
S
Cys
NH
CH3
E2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
E3
Metabolismo dei carboidrati
- 291 -
Riduzione del NAD+
H H
H3C
E1
N
S
NH2
H+ +
+
R'
N
R
S
R
C
N
HN
N
CH3
N
CH3
S
Cys
S
Cys
E3
NH
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
R
O
O
S
E2
O
CH3
Metabolismo dei carboidrati
- 292 -
146
Ritorno al punto di partenza
R
H 3C
O
R'
N
S
HN
C
O
E1
N
R
+
CH3
S
CH3
N
CH3
O
S
O
O
N
S
Cys
S
Cys
E3
NH
E2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
H3C
O
O
O
OH
S
S
E1
E2
E3
FAD
CO2
NADH + H+
H3C
TPP
E1
S
E2
E3
TPP
E3
E2
E3
HS
E1
FAD
FAD
HS
CoA
HS
TPP
E2
S
O
FADH2
S
E1
S
NAD+
S
H
TPP
H3C
TPP
- 293 -
E1
E2
S
H
FAD
E3
CoA
S
O
CH3
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 294 -
147
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 295 -
Controllo della piruvato deidrogenasi
O
O
O
P
S
S
O
TPP
CH3
*
E2
E1
H3C
E3
FAD
ADP
H3C
H2O
S
O
TPP
*
HS
*
E1
Ca++ (alto Mg++)
Piruvato, ADP, K+
*
E2
H3C
E3
FAD
Piruvato
deidrogenasi
chinasi
Acetil-CoA
NADH
Piruvato
deidrogenasi
fosfatasi
Mg++ Ca++
S
H
ATP
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
S
O
CO2
TPP
O
O
H3C
O
*
CH3
E1
Metabolismo dei carboidrati
*
E2
H3C
E3
FAD
HPO4--
- 296 -
148
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 297 -
Controllo della piruvato deidrogenasi
O
O
P
O
O
TPP
CH3
E31
CH
H 3C
O
O
O
OH
S
STOP
S
CH3
E2
H3C
FAD
E3
H3C
TPP
CH
E31
E2
H3C
E3
TPP
FADH2
HS
CH3
H3C
E2
CH
E3
1
FAD
E3
FAD
HS
CoA
HS
TPP
H3C
E3
S
O
S
H 3C
CH3
E2
E1
S
NAD+
S
CH3
CO2
NADH + H+
S
H
TPP
H3C
CH
E3
1
H3C
E2
S
H
H 3C
E3
FAD
CoA
S
O
CH3
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 298 -
149
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 299 -
Ciclo di Krebs
Ciclo degli acidi tricarbossilici (TCA)
Ciclo dell’acido citrico
Ossidazione dell’acetil-CoA a CO2
Indice
150
Krebs e Lipmann
Premio Nobel per la Medicina 1953
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 301 -
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 302 -
151
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+
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 303 -
Krebs and Johnson (1937) “The role of citric acid in the
intermediate metabolism in animal tissues”.
Enzymologica 4:148-156.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 304 -
152
Ciclo di Krebs
AcetilCoA
NADH + H+
NAD+
O
O
O
O
OH
O
O
CoA
CoA
SH
O
O
H3C
O
Piruvato
O
Malato
O
O
OH
O
Citrato
O
Fumarato
O
SH
O
Ossalacetato
O
O
CO2
O
S
CH3
H2O
O
CoA
O
O
H2O
O
FADH2
O
FAD
O
cis-Aconitato
O
O
O
O
O
H
Succinato
O
O
CoA
O
H2O
SH
SuccinilCoA
GTP
O
O
O
Isocitrato
GDP + Pi
O
α-Chetoglutarato
O
S
CO2
CoA
CoA
Ossalosuccinato
SH
O
O
O
NADH + H+
O
H
O
NAD+
NADH + H+
O
O
HO
O
O
O
NAD+
O
O
O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 305 -
Ciclo di Krebs
AcetilCoA
NADH + H+
NAD+
O
S
O
O
OH
O
O
CoA
SH
O
O
O
H3 C
O
O
O
OH
O
Citrato
O
Fumarato
O
SH
Piruvato
Malato
O
CoA
O
Ossalacetato
O
CO2
O
CH3
H2O
O
CoA
O
O
O
H2O
O
FADH2
O
FAD
O
cis-Aconitato
O
O
O
O
O
H
Succinato
O
O
CoA
O
H2O
SH
SuccinilCoA
GTP
O
O
O
Isocitrato
GDP + Pi
O
α-Chetoglutarato
O
S
CO2
CoA
CoA
Ossalosuccinato
SH
O
O
O
NADH + H+
O
O
O
H
O
NAD+
NADH + H+
O
O
O
HO
O
O
O
NAD+
1937
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 306 -
153
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 307 -
Ciclo di Krebs
AcetilCoA
S
O
NADH + H+
NAD+
O
CH3
O
O
O
H2O
OH
O
O
SH
CoA SH
O
O
O
CoA
O
O
H3 C
O
O
Ossalacetato
O
CO2
CoA
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
FAD
Nucleotidi
trifosfati
O
H2O
Equivalenti
riducenti
FADH2
O
O
O
O
O
O
H
O
O
O
CoA SH
GTP
O
H2O
O
O
GDP + Pi
O
O
S
2CO2
O
O
CoA SH
CO2
CoA
O
HO
O
O
NADH + H+
O
O
O
O
O
O
O
O
NAD+
NADH + H+
O
NAD+
O
H
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 308 -
154
Ciclo di Krebs
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
S
O
CoA
O
OH
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
O
O
O
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
O
CoA
SH
O
O
H3 C
O
O
CH3
H2O
O
CoA
O
O
SH
O
O
OH
O
O
O
O
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
FADH2
O
O
O
O
O
O
O
H
O
CoA
O
GTP
SH
O
SuccinilCoA
sintetasi
EC 6.2.1.4
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
GDP + Pi
O
S
O
CO2
CoA
CoA
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
SH
O
O
O
NADH + H+
O
O
O
O
O
HO
H
O
O
NAD+
NADH + H+
O
NAD+
H2O
O
O
O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 309 -
Ciclo di Krebs
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
S
CoA
O
OH
O
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
O
O
O
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
CoA
SH
O
O
H3C
O
O
CH3
O
H2O
O
CoA
O
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
O
O
SH
O
O
OH
O
O
O
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
Deidrogenasi
CoA
O
GTP
SH
O
SuccinilCoA
sintetasi
EC 6.2.1.4
O
GDP + Pi
S
CO2
CoA
CoA
O
NADH + H+
O
O
HO
O
H
O
NAD+
NADH + H+
O
O
O
O
O
O
O
H2O
O
O
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
O
NAD+
O
H
Aconitasi
EC 4.2.1.3
SH
O
O
O
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
O
O
O
O
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
FADH2
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 310 -
155
Ciclo di Krebs
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
O
OH
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
O
FAD
GTP
O
O
GDP + Pi
S
CO2
CoA
CoA
O
OH
O
O
H2O
O
O
O
O
O
H
O
4
Aconitasi
EC 4.2.1.3
3
O
O
O
O
HO
O
H
O
O
NAD+
NADH + H+
O
O
H2O
O
O
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
NADH + H+
O
O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
SH
NAD+
O
H3C
O
O
2
5
O
SH
SH
1
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
O
O
6
SuccinilCoA
sintetasi
SH
EC 6.2.1.4
CoA
O
CoA
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
O
O
O
O
7 8
O
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
O
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
O
CoA
O
O
O
FADH2
S
CH3
H2O
O
CoA
O
O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 311 -
Ciclo di Krebs
CO2
NADH + H+
NAD+
S
O
O
CoA
O
OH
O
O
8
O
O
CoA
SH
O
O
H3C
O
O
CH3
H2O
O
CoA
O
O
SH
O
1
7
O
O
O
O
OH
O
O
O
H2O
O
FADH2
FAD
O
O
6
O
2
O
O
O
O
H
O
O
3
5
O
GTP
H2O
O
O
O
O
O
GDP + Pi
O
O
S
CO2
CoA
CoA
HO
SH
O
O
O
NADH + H+
4
O
O
NAD+
O
O
O
O
NADH + H+
O
NAD+
O
H
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 312 -
156
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
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 313 -
Citrato sintasi (EC 2.3.3.1)
AcetilCoA
S
O
CoA
CH3
NADH + H+
NAD+
O
O
O
O
O
H2O
CO2
CoA
SH
CoA SH
O
O
H3 C
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
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
FADH2
O
O
O
O
O
O
H
O
CoA
O
GTP
SuccinilCoA
sintetasi
SH EC 6.2.1.4
O
O
GDP + Pi
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
S
O
CO2
CoA
CoA
SH
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
O
O
NADH + H+
O
O
O
H
O
NAD+
O
O
O
HO
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
O
H2O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 314 -
157
Citrato sintasi (EC 2.3.3.1)
AcetilCoA
S
O
CoA
CH3
NADH + H+
NAD+
O
O
O
O
O
H2O
CO2
CoA
SH
CoA SH
O
O
H3 C
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
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
FADH2
O
O
O
O
O
O
H
O
CoA
O
GTP
SuccinilCoA
sintetasi
SH EC 6.2.1.4
O
O
O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
H2O
O
O
O
• Quando lega ossalacetato cambia conformazione,
• Si crea il sito per acetil-CoA,
• L’ossalacetato non è più accessibile all’acqua.
GDP + Pi
O
S
CO2
CoA
CoA
SH
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
O
O
NADH + H+
O
O
O
H
O
NAD+
NADH + H+
O
O
O
HO
O
O
O
NAD+
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 315 -
Citrato sintasi (EC 2.3.3.1)
• Quando lega ossalacetato cambia conformazione,
• Ci crea il sito per acetil-CoA,
• L’ossalacetato non è più accessibile all’acqua.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 316 -
158
Citrato sintasi (EC 2.3.3.1)
Ossalacetato
Acetil-CoA
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 317 -
Citrato sintasi (EC 2.3.3.1)
• 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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
His320
His320
H
H
N
O
O
O
H
S
O
Ossalacetato
His274
O
O
N
O
N
O
O
H
H2C
O
H
His274
O
O
CoA
N
S
O
CoA
HO
Asp375
Asp375
O
O
His-320
CoA
O
O
O
S
H
N
H2O
O
OH
O
O
Citrato
Metabolismo dei carboidrati
H
O
OH
O
O
His274
O
S
O
N
CoA
HO
Asp375
O
- 318 -
159
Citrato sintasi (EC 2.3.3.1)
• 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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 319 -
Citrato sintasi (EC 2.3.3.1)
Piruvato
carbossilasi
AcetilCoA
S
O
NADH + H+
NAD+
O
CH3
O
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
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
• La regolazione della citrato sintasi è data
dalla disponibilità di substrati,
• La concentrazione di ossalacetato è limitante,
• L’ossalacetato è anche substrato della
gluconeogenesi,
• In mancanza di ossalacetato si accumula
Acetil-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
CoA
GTP
SuccinilCoA
sintetasi
SH EC 6.2.1.4
O
O
GDP + Pi
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
S
O
CO2
CoA
CoA
SH
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
O
O
O
NADH + H+
O
O
O
H
O
NAD+
O
O
O
HO
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
O
H2O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 320 -
160
Aconitasi (EC 4.2.1.3)
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
S
CoA
O
OH
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
O
O
O
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
O
CoA
SH
O
O
H3C
O
O
CH3
O
H2O
O
CoA
O
SH
O
O
O
OH
O
O
Citrato
O
O
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
O
cis-Aconitato
O
GTP
GDP + Pi
O
S
CO2
CoA
CoA
O
O
O
O
H
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
O
O
O
SuccinilCoA
sintetasi
SH
EC 6.2.1.4
CoA
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
FADH2
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
SH
O
O
O
NADH + H+
O
Isocitrato O
O
O
O
O
HO
H
O
O
NAD+
NADH + H+
O
NAD+
H2O
O
O
O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 321 -
Aconitasi (EC 4.2.1.3)
CO2
NADH + H+
S
• Catalizza la conversione
stereospecifica del citrato in
Citrato sintasi
Malato
isocitrato attraverso unadeidrogenasi
EC 2.3.3.1
EC 1.1.1.37
deidratazione e una
reidratazione,
Fumarasi
NAD+
O
O
CoA
O
CH3
O
OH
O
O
O
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 FeSuccinilCoA
sono complessati
sintetasi
da un S di tre Cys,
il quarto è il
EC 6.2.1.4
sito che lega il substrato.
O
SH
SH
O
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
cis-Aconitato
O
CoA
GTP
O
O
S
CO2
CoA
CoA
O
H2O
O
O
O
SH
O
O
O
NADH + H+
O
O
O
O
NAD+
O
O
O
O
NADH + H+
O
NAD+
O
H
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
O
O
• Il ΔG della reazione è positivo, ilIsocitrato IsocitratoO
deidrogenasi
prodotto viene rimosso, il ΔG si EC 1.1.1.41
HO
H
avvicina a zero a concentrazioni
reali.
GDP + Pi
O
O
SH
O
O
O
O
O
H3C
O
FAD
O
O
OH
Citrato
FADH2
O
O
O
O
O
CoA
O
H2O
CoA
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 322 -
161
Aconitasi (EC 4.2.1.3)
Cys
Cys
Fe
S
S
S
S
Fe
S
Fe
Cys
S
Fe
S
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 323 -
Aconitasi (EC 4.2.1.3)
Fe
H
H
Asp-100
O
H
O
Ser642
O
O
2
O
cis-aconitato
intermedio
O
H
Rovesciamento
di 180°
Fe
H
Fe
H
H
Asp-100
O
O
2
3
H
Ser642
S
O
S
H
Asp-100
Arg+580
H H
S
Fe
S
S
Fe
H
Fe
S
O
His101
Fe
S
Fe
H H
H
O
O
His+101
Arg+580
Fe
S
O
3
H
Citrato
S
Fe
O
S
Fe
S
H
O
Arg+580
O
His101
O
O O
2
O
Fe
S
O
3
H
H
Asp-100
H
O
Arg+580
Ser642
S
Fe
H
Fe
H
S
Fe
His+101
H
O
O
S
Fe
S
O
O
O
2
O
O
O
O
3
Ser642
O
O
O
H
O
O
(2R,3S)-Isocitrato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 324 -
162
Aconitasi (EC 4.2.1.3)
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 325 -
Aconitasi (EC 4.2.1.3)
Cys
Cys
Fe
S
S
S
S
Cys
His101
S
Fe
Fe
Fe
S
S
Asp100
Arg580
Cys
Ser642
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 326 -
163
Aconitasi (EC 4.2.1.3)
trans-aconitato
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 327 -
Aconitasi (EC 4.2.1.3)
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 328 -
164
Isocitrato deidrogenasi (EC 1.1.1.41)
CO2
NADH + H+
NAD+
O
S
O
O
CoA
O
OH
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
O
O
O
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
O
CoA
SH
O
O
H3C
O
O
CH3
H2O
O
CoA
O
O
SH
O
O
OH
O
O
O
O
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
FADH2
O
O
O
O
O
O
O
H
O
CoA
O
GTP
O
SuccinilCoA
sintetasi
SH
EC 6.2.1.4
O
O
GDP + Pi
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
O
CoA
O
NADH + H+
NAD+
O
O
O
O
Mg++
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
NADH + H+
O
O
O
O
O
NAD+
O
O
O
Metabolismo dei carboidrati
- 329 -
Isocitrato deidrogenasi (EC 1.1.1.41)
CO2
CoA
SH
• Catalizza la decarbossilazione ossidativa del isocitrato,
• La porzione nicotinamidica del NAD+ (o del NADP+ in un
isoenzima) ossida il gruppo
OH aCitrato
carbonile,
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.
NADH + H+
NAD+
O
S
O
H2O
OH
O
O
O
O
H3C
O
O
CH3
O
O
O
CoA
O
CoA
SH
O
O
O
O
O
O
O
OH
O
O
O
H2O
O
FADH2
O
FAD
O
O
O
O
O
O
H
O
CoA
O
GTP
O
SuccinilCoA
sintetasi
SH
EC 6.2.1.4
O
O
GDP + Pi
O
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
O
CoA
O
NADH + H+
NAD+
O
O
O
O
NAD+
O
NADH + H+
O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
O
H2O
O
Mg++
Metabolismo dei carboidrati
- 330 -
165
Isocitrato deidrogenasi (EC 1.1.1.41)
CO2
CoA
SH
• La reazione è altamente spontanea, sia il processo di
decarbossilazione che quello di ossidazione sono
spontanei (ΔG°’ = -20.9
kJ/mol).
Citrato sintasi
Malato
EC 2.3.3.1
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
• L’isocitrato deidrogenasi
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.
NADH + H+
NAD+
O
S
O
O
CoA
O
OH
O
O
O
O
H3C
O
O
CH3
H2O
O
CoA
O
SH
O
O
O
O
O
O
O
OH
O
O
O
H2O
O
FADH2
O
FAD
O
O
O
O
O
O
H
O
CoA
O
GTP
O
SuccinilCoA
sintetasi
SH
EC 6.2.1.4
O
O
GDP + Pi
O
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
O
CoA
O
NADH + H+
NAD+
O
O
O
NADH + H+
O
CO2
O
O
NAD+
O
O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
O
H2O
O
O
O
Mg++
Metabolismo dei carboidrati
- 331 -
Isocitrato deidrogenasi (EC 1.1.1.41)
Isocitrato
Mg++
Esce come CO2
NADP+
C-OH ossidato a C=O
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
Isocitrato
- 332 -
166
α-chetoglutarato deidrogenasi (EC 1.2.4.2)
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
O
O
O
CoA
O
OH
O
O
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
CoA
SH
O
O
H3 C
O
O
S
CH3
H2O
O
CoA
O
O
SH
O
O
OH
O
O
O
O
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
FADH2
O
O
O
O
O
O
O
H
O
O
SuccinilCoA
sintetasi
CoA SH
EC 6.2.1.4
SuccinilCoA
O
O
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
GTP
GDP + Pi
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
Isocitrato
deidrogenasi
α-Chetoglutarato
EC 1.1.1.41
CoA SH
CO2
S
CoA
O
O
O
O
O
O
O
HO
H
O
NAD+
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
O
NADH + H+
H2O
O
O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 333 -
α-chetoglutarato deidrogenasi (EC 1.2.4.2)
CO2
CoA
SH
• È un complesso enzimatico che converte l’α-chetoglutarato a
succinil-CoA e CO2.
• La reazione produce NADH e conserva l’energia nel legame
Citrato sintasi
Malato
EC 2.3.3.1
deidrogenasi
tioestere
EC 1.1.1.37
Fumarasi
• La reazione è spontanea
EC 4.2.1.2 (ΔG°’ = -33.5 kJ/mol).
• Meccanismo quasi identico a quello del complesso piruvato
Aconitasi
deidrogenasi (E1,Succinato
E2, E3)
EC 4.2.1.3
NADH + H+
NAD+
O
CoA
O
S
CH3
O
O
OH
O
O
O
SH
O
O
O
O
O
O
CoA
O
H2O
O
H3 C
O
O
O
O
OH
O
O
O
H2O
O
FADH2
O
O
FAD
O
– E2 ed E3 sono deidrogenasi
conservati
nei due complessi enzimatici,
EC 1.3.5.1
O
O
O
O
– E1 ha diversa
specificità di substrato.
H
O
O
SuccinilCoA
sintetasi
EC 6.2.1.4
SuccinilCoA
O
O
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
CoA
O
GTP
GDP + Pi
O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
SH
O
Isocitrato
deidrogenasi
α-Chetoglutarato
EC 1.1.1.41
CoA SH
CO2
S
CoA
O
O
O
O
O
NADH + H+
O
O
HO
O
H
O
NAD+
O
O
O
O
NADH + H+
O
NAD+
O
H2O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 334 -
167
SuccinilCoA sintetasi (EC 6.2.1.4)
NADH + H+
NAD+
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
CO2
CoA
CoA
SH
SH
O
O
H3 C
O
O
S
CH3
H2O
O
CoA
O
O
O
O
OH
O
O
O
O
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
O
O
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
O
FADH2
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
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
S
CO2
CoA
SH
CoA
O
O
O
NADH + H+
O
O
O
O
HO
H
O
O
O
NAD+
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 335 -
SuccinilCoA sintetasi (EC 6.2.1.4)
CO2
NADH + H+
NAD+
O
CoA
O
S
CH3
O
O
CoA
SH
O
O
H3 C
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
EC
1.1.1.41
• La reazione
è vicina all’equilibrio
O
S
CoA
(ΔG°’=-2.9 kJ/mol).
OH
O
O
SH
O
O
O
O
O
CoA
O
H2O
O
O
O
OH
O
O
O
H2O
O
FADH2
O
O
O
FAD
O
O
H
O
H2O
O
O
O
O
CO2
CoA
HO
SH
O
O
O
NADH + H+
O
O
NAD+
O
O
O
O
NADH + H+
O
NAD+
O
H
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 336 -
168
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
N
O
+
NH
O
Succinato
NH2
GTP
O
O P
O P
O
O
O P
O
O
N
O
Enzima
HO
O
N
OH
N
GDP
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
NH
N
OH
HO
O
O
N
Metabolismo dei carboidrati
NH
NH2
- 337 -
SuccinilCoA sintetasi (EC 6.2.1.4)
Subunità β
CoA
Sito di
Fosforilazione
(fosfoistidina)
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Subunità α
Metabolismo dei carboidrati
- 338 -
169
Succinato deidrogenasi (EC 1.3.5.1)
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
S
CoA
O
OH
O
O
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
O
O
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
CoA
Citrato sintasi
EC 2.3.3.1
O
O
SH
O
O
O
O
OH
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
SH
GDP + Pi
S
CO2
CoA
CoA
O
H
O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
O
O
SuccinilCoA
sintetasi
EC 6.2.1.4
O
O
O
O
Succinato
CoA
GTP
O
O
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
O
O
O
O
FAD
O
H3 C
O
O
Fumarato
FADH2
SH
O
CH3
O
H2O
O
CoA
O
SH
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
O
O
O
NADH + H+
O
O
HO
O
H
O
NAD+
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
O
H2O
O
O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 339 -
Succinato deidrogenasi (EC 1.3.5.1)
• 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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
O
O
O
O
Succinato
O
O
O
O
Malonato
- 340 -
170
Fumarasi (EC 4.2.1.2)
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
CoA
O
S
CH3
O
CoA
O
H2O
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
O
O
CoA
O
SH
O
O
O
OH
O
O
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
H3C
O
O
O
Fumarato
FADH2
SH
O
O
O
O
O
O
O
O
H
O
CoA
O
GTP
SH
O
SuccinilCoA
sintetasi
EC 6.2.1.4
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
GDP + Pi
O
S
O
CoA
CO2
CoA
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
SH
O
O
O
NADH + H+
O
O
O
O
O
HO
H
O
O
NAD+
NADH + H+
O
NAD+
H2O
O
O
O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 341 -
Fumarasi (EC 4.2.1.2)
CO2
NADH + H+
NAD+
O
O
CoA
O
S
CH3
O
CoA
O
H2O
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
O
O
CoA
O
O
SH
O
O
O
OH
O
O
O
H2O
Aconitasi
EC 4.2.1.3
Succinato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
FAD
O
H3C
O
O
Fumarato
FADH2
SH
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
GTP
SH
O
SuccinilCoA
sintetasi
EC 6.2.1.4
O
GDP + Pi
Aconitasi
EC 4.2.1.3
α-Chetoglutarato
deidrogenasi
EC 1.2.4.2
O
S
O
CO2
CoA
CoA
SH
O
Isocitrato
deidrogenasi
EC 1.1.1.41
O
O
O
NADH + H+
O
O
O
HO
O
H
O
NAD+
NADH + H+
O
O
O
O
O
O
NAD+
H2O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 342 -
171
Meccanismo
Carbanione
O
H
OH-
O
C
O
+
OH
H
O
H
O
H
O
H
O
O
O
O
+
H
H
H
O
OH-
O
Fumarato
H
O
H
O
S-Malato
O
C
OH
H
+
H
O
Carbocatione
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 343 -
Malato deidrogenasi (EC 1.1.1.37)
CO2
NADH + H+
NAD+
O
OH
Malato
O
O
O
Fumarasi
EC 4.2.1.2
O
CoA
S
CoA
SH
O
O
H3C
O
O
CH3
O
H2O
O
O
CoA
O
O
O
Citrato sintasi
Ossalacetato
EC 2.3.3.1
Malato
deidrogenasi
EC 1.1.1.37
O
O
SH
O
O
OH
O
O
O
H2O
Aconitasi
O
EC 4.2.1.3
Succinato
• La L-malato deidrogenasi
ossida il malato
a ossalacetato
deidrogenasi
EC 1.3.5.1
rigenerando il composto di partenza del ciclo e
producendo NADH.
SuccinilCoA
sintetasi
Aconitasi
EC 6.2.1.4
• La reazione è sfavorita
(ΔG°’= 29.7 kJ/mol),
ma la
EC 4.2.1.3
concentrazione diα-Chetoglutarato
ossalacetato è bassa (<10-6 M), il che
deidrogenasi
Isocitrato
spinge la reazione ECin1.2.4.2
avanti. deidrogenasi
EC 1.1.1.41
• Inoltre la reazione successiva catalizzata dalla citrato
sintasi è altamente favorita (ΔG°’= -31.5 kJ/mole) e
sottrae ulteriormente l’ossalacetato dal mezzo.
FADH2
O
O
O
FAD
O
O
O
O
H
O
O
CoA
O
GTP
SH
O
H2O
O
O
O
O
GDP + Pi
O
O
S
CO2
CoA
CoA
HO
SH
O
O
O
NADH + H+
O
O
O
NAD+
O
O
O
O
NADH + H+
O
NAD+
O
H
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 344 -
172
ΔG (kJ/mol)
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
N E G A T IV O
Malato
deidrogenasi
-3 0
-4 0
1
2
3
Malato
deidrogenasi
Succinil-CoA
sintasi
5
4
5
Metabolismo dei carboidrati
6
Fumarasi
Succinato
deidrogenasi
α-chetoglutarato
deidrogenasi
4
Fumarasi
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
3
Succinato
deidrogenasi
-2 0
2
Succinil-CoA
sintasi
-1 0
1
Isocitrato
deidrogenasi
30
α-chetoglutarato
deidrogenasi
0
Aconitasi
10
Citrato sintasi
20
Isocitrato
deidrogenasi
Aconitasi
0
Citrato sintasi
ΔG°' (kJ/mol)
Energia
40
R e a zio n e
6
7
7
8
Metabolismo dei carboidrati
- 345 -
Energia
P O S IT IV O
R e a zio n e
8
- 346 -
173
Energia
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 347 -
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 348 -
174
CO2
(Asn) AMINOACIDI
AcetilCoA
NADH + H+
PIRIMIDINE GLUCOSO
NAD+
S
CO2
CoA
O
H2O
OH
O
Asp, Phe, Tyr
O
SH
O
O
O
COLESTEROLO
ACIDI GRASSI
O
O
OH
O
Citrato
O
Fumarato
O
O
H3C
O
Malato
O
SH
Piruvato
Ossalacetato
O
CoA
O
CH3
O
O
O
CoA
O
O
O
H2O
O
FADH2
FAD
O
O
cis-Aconitato
O
O
O
O
O
H
Succinato
O
O
CoA
O
H2O
SH
SuccinilCoA
GTP
O
O
O
α-Chetoglutarato
O
PORFIRINE
ACIDI GRASSI
DISPARI
Ile, Met, Val
S
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
CoA
CO2
CoA
Ossalosuccinato
SH
O
O
O
NADH + H+
O
O
HO
O
H
O
O
O
NAD+
NADH + H+
O
NAD+
O
O
O
Glu
PURINE
O
Isocitrato
GDP + Pi
O
O
O
CO2
AMINOACIDI
Metabolismo dei carboidrati
- 349 -
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.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 350 -
175
• Ci sono prove che suggeriscono la
formazione di complessi multienzimatici
per il ciclo di Krebs.
• Ciò potrebbe facilitare la canalizzazione
dei substrati tra i siti attivi.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 351 -
Controllo
• I fattori che controllano il flusso del ciclo sono:
– Disponibilità dei substrati
– Inibizione da prodotti
– Inibizione allosterica nei primi passaggi
• La citrato sintasi, la isocitrato deidrogenasi e
la α-chetoglutarato deidrogenasi possono
essere tutti punti di regolazione:
– La disponibilità di acetil-CoA e ossalacetato regolano
l’attività della citrato sintasi.
– L’accumulo di NADH inibisce le due deidrogenasi.
• L’accumulo di prodotto inibisce gli altri
passaggi.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 352 -
176
Controllo
• L’inibizione della citrato sintasi da ATP
è eliminata da ADP.
• Nei muscoli di vertebrato lo ione Ca++
attiva la isocitrato deidrogenasi e la αchetoglutarato deidrogenasi.
• Le velocità della glicolisi e del ciclo di
Krebs sono integrate.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 353 -
Controllo
AcetilCoA
NADH + H+
NAD+
O
O
O
OH
O
O
SH
O
O
H3C
O
O
O
OH
O
Citrato
O
Fumarato
O
SH
Piruvato
O
Malato
O
CoA
Ossalacetato
O
CoA
∅⊕
∅
O
O
CO2
O
S
CH3
H2O
O
CoA
O
O
H2O
O
FADH2
O
Succinato
O
ATP
ATP
O
CoA
O
O
H2O
O
O
α-Chetoglutarato
S
CO2
CoA
NADH + H+
CoA
Ossalosuccinato
SH
∅⊕
O
O
NAD+
O
O
O
∅⊕
O
O
O
O
Isocitrato
GDP + Pi
O
O
H
Ca++
SH
SuccinilCoA
GTP
O
cis-Aconitato
NADH
O
O
O
O
FAD
O
HO
O
H
O
O
NAD+
NADH + H+
O
O
O
ADP
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 354 -
177
Varianti al ciclo di Krebs
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 355 -
Mancanza di enzimi
AcetilCoA
NADH + H+
• In alcuni microrganismi il
ciclo di Krebs serve per
produrre intermedi e non
energia.
• Manca la α-chetoglutarato
deidrogenasi.
NAD+
O
O
CoA
O
S
O
O
OH
O
O
CoA
CoA
SH
O
O
H3C
O
Piruvato
O
Malato
O
O
OH
O
Citrato
O
Fumarato
O
SH
O
Ossalacetato
O
O
CO2
O
CH 3
H2O
O
CO2
O
H2O
O
FADH2
O
O
FAD
O
O
cis-Aconitato
O
O
O
H
Succinato
O
ATP
O
CoA
O
H2O
SH
SuccinilCoA
GTP
O
O
O
α-Chetoglutarato
Ossalosuccinato
O
S
Nucleotidi
Aminoacidi
Porfirine
O
Isocitrato
GDP + Pi
CoA
O
O
O
O
O
O
H
O
NAD+
NADH + H+
O
O
O
HO
O
O
O
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 356 -
178
Ciclo del gliossilato
AcetilCoA
NADH + H+
NAD+
O
CoA
O
CH3
O
O
O
OH
O
O
CoA
SH
O
O
CoA
O
H3C
O
O
Citrato
AcetilCoA
O
OH
O
SH
O
O
S
SH
Piruvato
Malato
CoA
CoA
O
Ossalacetato
O
CO2
O
S
O
H2O
CH3
O
O
H
O
O
Gliossilato
O
O
O
O
O
cis-Aconitato
O
H
Succinato
O
O
O
H2O
O
O
Isocitrato
O
O
HO
O
H
O
• In alcuni organismi (piante , microrganismi…) vi è la
conversione di acetato (acetil-CoA) a carboidrati attraverso il
ciclo del gliossilato.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 357 -
Ciclo del gliossilato e ciclo di Krebs
AcetilCoA
NADH + H+
NAD+
O
O
CH3
CoA
O
OH
O
O
O
Fumarato
CoA
O
SH
O
O
O
O
Citrato
O
O
O
AcetilCoA
H2O
CH3
FADH2
FAD
O
O
H
O
O
O
O
Gliossilato
O
O
O
H3C
OH
O
SH
S
SH
O
Malato
O
CoA
Piruvato
Ossalacetato
O
CoA
O
CO2
O
S
O
H2O
O
CoA
O
O
cis-Aconitato
O
H
Succinato
O
O
CoA
O
H2O
SH
SuccinilCoA
GTP
O
O
O
Isocitrato
GDP + Pi
O
α-Chetoglutarato
O
S
CO2
CoA
CoA
Ossalosuccinato
SH
O
O
O
NADH + H+
O
O
O
H
O
NAD+
NADH + H+
O
O
O
HO
O
O
O
NAD+
O
O
O
CO2
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 358 -
179
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 359 -
Da grassi a zuccheri
• Nei semi in germinazione
avviene la conversione di acidi
grassi in glucosio.
• Ciò avviene in tre
compartimenti diversi:
• I vacuoli lipidici, dove i grassi
vengono idrolizzati in acidi
grassi e glicerolo
• I gliossisomi, dove gli acidi
grassi vengono β-ossidati a
AceilCoA e si forma succinato
dal ciclo del gliossilato
• Nei mitocondri dove il
succinato entra per formare
malato che va formare
carboidrati.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 360 -
180
Da grassi a zuccheri
• Nei semi in germinazione
avviene la conversione di acidi
grassi in glucosio.
Triacilgliceroli
Vacuolo lipidico
ESOSI
• Ciò avviene in tre
compartimenti diversi:
Acidi grassi
Gluconeogenesi
Ossalacetato
Acidi grassi
• I vacuoli lipidici, dove i grassi OssalacetatoAcetilCoA
vengono idrolizzati in acidi
Malato
grassi e glicerolo
Citrato Ciclo del
Gliossilato
• I gliossisomi, dove gli acidi
grassi vengono β-ossidati a
AceilCoA e si forma succinato
dal ciclo del gliossilato
Malato
AcetilCoA
Fumarato
Gliossilato
Isocitrato
Malato
Ciclo di
Krebs
Ossalacetato
Succinato
Succinato
Citrato
Gliossisoma
• Nei mitocondri dove il
succinato entra per formare
malato che va formare
carboidrati.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Mitocondrio
Metabolismo dei carboidrati
- 361 -
Ciclo di Krebs nel Plasmodium falciparum
Spazio
extracellulare
Malato
Parassita
AcetilCoA
NADH + H +
AcetilCoA
CO2
NAD+
Glucoso
PEP
Piruvato
H 2O
Glicolisi
Acetilazione
degli istoni
Ossalacetato
Glucoso
Malato
Citrato
Fumarato
H 2O
AcetilCoA
FADH 2
FAD
cis-Aconitato
Succinato
H 2O
Globulo rosso
GTP
Isocitrato
GDP + Pi
SuccinilCoA
Sintesi
dell'eme
α-Chetoglutarato
Ossalosuccinato
CO 2
NAD+
NADH + H +
Digestione
dell'emoglobina
NADH + H +
NAD +
Glutamato
Glutamato
CO 2
Glutamina
Branched tricarboxylic acid metabolism in Plasmodium falciparum Kellen L. Olszewski, Michael W. Mather, Joanne M. Morrisey,
Benjamin A. Garcia, Akhil B. Vaidya, Joshua D. Rabinowitz, Manuel Llina NATURE, Vol 466, 5 August 2010, pp 774-778
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 362 -
181
Ciclo di Krebs nel Plasmodium falciparum
Spazio
extracellulare
Malato
Parassita
AcetilCoA
NADH + H +
AcetilCoA
CO2
NAD+
Glucoso
PEP
Piruvato
H 2O
Glicolisi
Acetilazione
degli istoni
Ossalacetato
Glucoso
Malato
Citrato
Fumarato
H 2O
AcetilCoA
FADH 2
FAD
Via
ossidativa
Succinato
cis-Aconitato
Via
riduttiva
H 2O
Globulo rosso
GTP
Isocitrato
GDP + Pi
SuccinilCoA
Sintesi
dell'eme
α-Chetoglutarato
Ossalosuccinato
CO 2
NAD+
NADH + H +
Digestione
dell'emoglobina
NADH + H +
NAD +
Glutamato
Glutamato
CO 2
Glutamina
Branched tricarboxylic acid metabolism in Plasmodium falciparum Kellen L. Olszewski, Michael W. Mather, Joanne M. Morrisey,
Benjamin A. Garcia, Akhil B. Vaidya, Joshua D. Rabinowitz, Manuel Llina NATURE, Vol 466, 5 August 2010, pp 774-778
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 363 -
Ciclo di Krebs nel Plasmodium falciparum
Branched tricarboxylic acid metabolism in Plasmodium falciparum Kellen L. Olszewski, Michael W. Mather, Joanne M. Morrisey,
Benjamin A. Garcia, Akhil B. Vaidya, Joshua D. Rabinowitz, Manuel Llina NATURE, Vol 466, 5 August 2010, pp 774-778
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 364 -
182
Ciclo di Krebs nel Plasmodium falciparum
Branched tricarboxylic acid metabolism in Plasmodium falciparum Kellen L. Olszewski, Michael W. Mather, Joanne M. Morrisey,
Benjamin A. Garcia, Akhil B. Vaidya, Joshua D. Rabinowitz, Manuel Llina NATURE, Vol 466, 5 August 2010, pp 774-778
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 365 -
Sommario
• Il piruvato è convertito in acetilCoA dalla
piruvato deidrogenasi (E1+E2+E3).
• L’acetilCoA è convertito in CO2 attraverso il
ciclo di Krebs, si generano: tre NADH, un
FADH2, e un ATP (per fosforilazione a livello
del substrato).
• Gli intermedi del ciclo di Krebs sono anche
precursori per la sintesi di altre biomolecole
(acidi grassi, steroidi, aminoacidi, porfirine
purine, pirimidine e glucoso).
• L’ossalacetato è riformato dal piruvato
attraverso la carbossilazione catalizzata dalla
piruvato carbossilasi.
v. 1.9.1 © gsartor 2001-2012
Metabolismo dei carboidrati
- 366 -
183
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.ambra.unibo.it/giorgio.sartor/ oppure da http://www. gsartor.org/
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 a Ravenna
Giorgio Sartor - [email protected]
184