Amilosio – polimero lineare

Amilopectina – ramificazione ogni 24-30 unità

Glicogeno – ramificazione circa ogni 10 unità

Struttura del granulo di glicogeno

Disaccaridi

Enzimi digestivi per i carboidrati a-amilasi salivare a-amilasi pancreatica a-destrinasi (isomaltasi) a-(16) Maltasi (a-glucosidasi) Saccarasi Lattasi a,aTrealasi

Digestione dell’amilopectina da parte delle a-amilasi salivare e pancreatica

Digestione e assorbimento dei carboidrati

Destino del glucosio

Alberts et al., L’ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005

Esochinasi

Esochinasi

NAD+

Niacina (o vitamina PP, Pellagra-Preventing, o vitamina B3) si intendono due molecole tra loro simili: Acido nicotinico Nicotinammide Fonti: Abbondante nelle carni, scarsa nel mais. Fabbisogno: 15 - 20 mg/die (anche da Trp) Carenza: Pellagra (malattia delle 3 D)

Gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi

Regione di legame del NAD nelle deidrogenasi (avvolgimento di Rossmann)

GLICOLISI (stechiometria): Glucosio + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O + 2 H+ DG°’ = -20 kcal mol-1

Utilizzo del fruttosio nel fegato

Regolazione della GLICOLISI La regolazione è a livello delle tre reazioni irreversibili Glucosio + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ --> 2Piruvato + 2ATP + 2H2O+ 2NADH + 2H+

1a reazione irreversibile: fosforilazione del glucosio Glucochinasi Il glucosio è trasportato attraverso la membrana plasmatica da permeasi (GLUT) che NON riconoscono G-6-P né altre forme di glucosio fosforilate La fosforilazione INTRAPPOLA il glucosio all’interno della cellula

1a reazione irreversibile: fosforilazione del glucosio L’esochinasi II (muscolo) è retroinibita allostericamente dal suo stesso prodotto, G-6-P, mentre la glucochinasi non lo è Glucosio + ATP G-6-P + ADP + H+ esochinasi glucochinasi Questo controlla il flusso di glucosio nelle vie che lo usano Se l’attività degli altri due enzimi di controllo (FFK e PK) è inibita, si accumula G-6-P , che inibisce la fosforilazione di altre molecole di glucosio Normalmente, però, G-6-P non si accumula poiché entra in altre vie metaboliche, che contribuiscono a mantenere i suoi livelli di concentrazione (omeostasi) Queste sono principalmente la via dei pentosi fosfato, e la biosintesi di glicogeno

Regolazione della glucochinasi epatica (GK) GK (esokinasi IV) non è inibita da G-6-P, come l’esochinasi II. Può continare a funzionare anche quando [G-6-P] è elevato (dopo il pasto). La proteina regolatrice della Glucokinasi (GKRP) agisce inibendo l’attività della GK e facendola traslocare nel nucleo (riducendo così la sua concentrazioni nel citoplasma) attiva L’interazione GK / GKRP è fortemente stimolata da F-6-P (inibizione a feedback indiretta) e inibita da glucosio.

Regolazione della glucochinasi epatica (GK) Il fruttosio 1-fosfato inibisce la traslocazione della GK nel nucleo (segnala che potrebbe essere assorbito anche glucosio)

2a reazione irreversibile: fosforilazione del fruttosio-6-P FFK1

FFK1

Effetto di [ATP] sulla FFK1

Attivazione allosterica della FFK1 FFK1 è attivata se [AMP] aumenta. Questo indica un elevato utilizzo di ATP e la necessità di ossidare glucosio per rigenerarlo

Attivazione allosterica della FFK1 Il fruttosio-2,6-bisfosfato (F-2,6-bisP) è il più potente attivatore allosterico di FFK1. E’ prodotto dallo stesso substrato, F-6-P, ma da un’altra chinasi. F-6-P F-2,6-P2 FFK2 FFK1 F-1,6-P2

Effetto del fruttosio-2,6-bisfosfato sulla FFK1

Enzima bifunzionale FFK2 / F-2,6-bisfosfatasi epatico

La [F-2,6-bisP] dipende da un enzima bifunzionale FFK2 F2,6BPase REGOLAZIONE per fosforilazione glucagone via cAMP  PKA: fosforilazione di FFK2/FBPase-2 in un singolo residuo di Ser nella regione regolatoria all’N-terminale (Ser32).  F2,6BPase  PFK-2  [F-2,6-bisP]  glicolisi Insulina  fosfoproteina fosfatasi1 (PP1)  defosforilazione di PFK2/FBPase-2  F2,6BPase  PFK-2  [F-2,6-bisP]  glicolisi (nel fegato) The bifunctional enzyme exists in five isozymic forms (isoforms) that differ in size and kinetics as well as immunological and regulatory properties. Recall that isoenzymes, or isozymes, have essentially the same architectural plan and catalytic properties but differ in how they are regulated. The L isoform, which predominates in the liver, and the M isoform, found in muscle are generated by alternative splicing (Section 28.3.6) of the transcription product of a single gene. The L isoform helps to maintain blood-glucose homeostasis. In the liver, the concentration of fructose 6-phosphate rises when blood-glucose concentration is high, and the abundance of fructose 6-phosphate accelerates the synthesis of F-2,6-BP. Hence, an abundance of fructose 6-phosphate leads to a higher concentration of F-2,6-BP, which in turn stimulates phosphofructokinase. Such a process is called feedforward stimulation

Recettore glucagone Glucagone

Struttura della proteina Gs trimerica

Adenilato ciclasi e subunità a della proteina Gs

Regolazione della PKA (--Arg-Arg-Gly-Ala-Ile--)

Spegnimento dell’attivazione della adenilato ciclasi

Adrenalina

Enzima bifunzionale FFK2 (blu)/ F-2,6-bisfosfatasi (verde) FFK-2/F2,6BPase è un enzima omodimerico con disposizione parallela delle catene.

Regolazione alternativa di FFK-2/F2,6BPase nel fegato e nel muscolo Nel fegato, la fosforilazione da parte di PKA (cAMP-dipendente, glucagone) disattiva FFK-2 e attiva F2,6BPase. La defosforilazione da parte di PP1 (sotto controllo dell’insulina) disattiva F2,6BPase e attiva FFK-2. Nel muscolo cardiaco la PKA (sotto controllo adrenalina via cAMP) invece attiva FFK-2 e disattiva F2,6BPase. PKA PP1 isozima epatico

isozima muscolo cardiaco Gli isozimi di FFK-2/F2,6BPase nel fegato e muscolo (splicing alternativo) sono fosforilati su due siti diversi nell’enzima bifunzionale, con effetti opposti. isozima epatico isozima muscolo cardiaco P 1 32 250 470 1 32 250 470 FFK-2/F2,6BPase nel fegato: fosforilazione Ser32  FFK-2i/F2,6BPasea FFK-2/F2,6BPase nel muscolo: fosforilazione Ser466  FFK-2a/F2,6BPasei Questo significa che: il glucagone disattiva la glicolisi nel fegato, aumentando la [cAMP] l’adrenalina attiva la glicolisi nel miocardio, aumentando la [cAMP].                                                                                                                 

Regolazione della piruvato chinasi (PK) Enzima allosterico attivato da F-1,6-bisP (feed-forward) e inattivato da ATP e ALANINA Elevati livelli di F-1,6-P portano la cinetica della reazione da sigmoide a iperbolica ATP aumenta la KM per il substrato (PEP)

Regolazione della piruvato chinasi (PK) PKA (glucagone) PP1 (insulina)

Logica della regolazione della Piruvato chinasi Perché inibire la reazione PEP piruvato se è già stata inibita la reazione F-6-P  F-1,6-bisP? Se [F-1,6-bisP] è bassa, dovrebbe essere bassa [PEP] quindi non basterebbe inibire la FFK1? Ma il glucosio non è l’unica fonte di PEP glucose G-6-P F-6-P F-1,6-P2 fructose F-1-P glyceraldehyde glycerol DHAP triacyl glycerol Fructokinase Glyceraldehyde Kinase Glycerol Kinase glycerol-3-P Glycerol phosphate Dehydrogenase G-3-P PEP pyruvate Phosphofructokinase 1 Aldolase A Pyruvate Kinase Aldolase B TPI

Struttura di un trasportatore GLUT

Famiglia dei trasportatori GLUT GLUT 1 (ad es. eritrociti) e GLUT 3 (ad es. cervello): Presenti in quasi tutte le cellule dei mammiferi e responsabili dell’entrata basale di glucosio (Km = 1 mM); GLUT 2: Presente nel pancreas (cellule b) e nel fegato (Km = 15-20 mM). Assicura che il glucosio entri nel fegato solo in periodi di abbondanza; GLUT 4: Media l’entrata di glucosio nel muscolo e nel tessuto adiposo (Km = 5 mM). L’insulina porta ad un suo aumento nella plasmamembrana delle cellule; GLUT 5: Presente nella membrana baso-laterale degli enterociti. Convoglia il fruttosio dall’enterocita al circolo sanguigno (lavora in tandem con il simporto Na+/glucosio);

Berg et al. , BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S. p. A Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007

Regolazione della glicolisi nel muscolo