Gluconeogenesi Flashcards
Cos’è la gluconeogenesi?
Consente di produrre GLUCOSIO per soddisfare le richieste energetiche a partire da metaboliti che non provengono dagli zuccheri.
Avviene nel FEGATO perché è l’organo che distribuisce il glucosio.
Viene ATTIVATA in condizioni di IPOGLICEMIA e da una CARICA ENERGETICA ALTA (alta [ATP])
Precursori gluconeogenici
PIRUVATO: prodotto finale della glicolisi
INTERMEDI DELLA GLICOLISI E DEL CICLO DI KREBS
GLICEROLO: demolizione dei triacilgliceroli
AA GLUCOGENICI: alanina che si trasforma in piruvato
LATTATO: si trasforma in piruvato
Questi vengono portati al fegato per essere convertiti in glucosio e distribuito agli organi
Tappe gluconeogenesi
Ha 11 tappe e ne condivide 7 con la glicolisi che avvengono in DIREZIONE OPPOSTA.
3 reazioni della glicolisi sono irreversibili cioè esoergoniche e non possono essere utilizzate nella gluconeogenesi (prima, terza e decima).
Queste 3 reazioni costituiscono le 3 DEVIAZIONI della gluconeogenesi e sono superate attraverso enzimi diversi che catalizzano reazioni irreversibili e esoergoniche
Prima deviazione
Trasformazione del PIRUVATO in FOSFOENOLPIRUVATO. Devono avvenire due reazioni in sequenza
CARBOSSILAZIONE DEL PIRUVATO: il piruvato viene carbossilato ad opera della PIRUVATO CARBOSSILASI che utilizza ATP formando OSSALACETATO (2 gruppi carbossilici)
TRASFORMAZIONE IN PEP: l’ossalacetato perde la CO₂ trasformandosi in enolpiruvato che viene fosforilato con GTP formando PEP
Trasporto piruvato
Il piruvato che si è formato nel citosol deve essere trasportato nella matrice mitocondriale per essere trasformato in ossalacetato perché la PIRUVATO CARBOSSILASI è un ENZIMA MITOCONDRIALE.
Il piruvato entra con un trasportatore nel mitocondrio dove viene trasformato in ossalacetato dalla piruvato carbossilasi. L’ossalacetato non ha un trasportatore per cui deve essere trasformato in malato che con il suo trasportatore può uscire nel citosol dove viene riconvertito in ossalacetato che può andare incontro alla seconda reazione della gluconeogenesi.
La reazione che converte l’ossalacetato in malato è catalizzata dalla MALATO DEIDROGENASI che utilizza il NADH: l’ossalacetato si riduce a malato e il NADH si ossida. Avviene nel mitocondrio.
Quando il malato esce nel citosol avviene la reazione inversa: il malato si ossida ad ossalacetato e il NAD⁺ si riduce
Piruvato carbossilasi
Primo enzima della via gluconeogenetica e richiede ACETIL CoA come EFFETTORE ALLOSTERICO POSITIVO.
Se [ATP] e [acetil CoA] sono ALTE il piruvato intraprende la GLUCONEOGENESI.
La piruvato carbossilasi è costituita da 4 SUBUNITA’ IDENTICHE: 4 siti dove LEGA la CO₂ e 4 siti dove la CO₂ viene TRASFERITA al piruvato.
Tutte le carbossilasi utilizzano la BIOTINA come coenzima che è legata all’enzima tramite un residuo di LISINA (legame amminico).
La biotina è costituita da DUE CICLI A 5 uniti fra loro e sul C4 c’è una catena laterale di VALERATO che termina con un GRUPPO CARBOSSILICO che sarà responsabile del legame con la lisina.
BC (N-term): dominio di CARBOSSILAZIONE della BIOTINA (lega ATP). La biotina lega la CO₂ che deve essere trasferita al piruvato per formare ossalacetato
CT (carbossil trasferasi): dominio di TRASFERIMENTO della CO₂ nel suo sito attivo (c’è piruvato). Trasferimento della CO₂ dalla biotina al piruvato
BCCP (trasportatore della biotina carbossilata): LEGA la BIOTINA tramite residui di lisina
Tra i domini funzionali ci sono domini di interconnessione
Reazione 1 della prima deviazione
La CO₂ prodotta nel tessuti reagisce con l’H₂O per formare ACIDO CARBONICO che in acqua si DISSOCIA formando HCO₃⁻ (bicarbonato) e H⁺.
Il BICARBONATO viene ATTIVATO e TRASFERITO alla BIOTINA.
Il bicarbonato reagisce con il P in γ dell’ATP che rilascia il legame e quindi l’ADP formando il CARBOSSIFOSFATO. Il bicarbonato viene quindi ATTIVATO perché si è generato un legame anidridico ad alta energia che quando rilasciato produce una energia necessaria ad altri legami. Il carbossifosfato si forma nel dominio BC della PIRUVATO CARBOSSILASI.
Il carbossifosfato RILASCIA il P formando CO₂ e Pi.
Nel sito BC è presente quindi la CO₂ e la BIOTINA che reagiscono formando la CARBOSSIBIOTINA.
A questo punto il braccio della biotina carbossilata si SPOSTA verso il DOMINIO CT dove è presente il PIRUVATO.
Per consentire il legame della CO₂ con il piruvato bisogna staccarla dalla biotina: elettrone dell’O sul C forma il doppio legame, il legame si sposta sull’N che forma il doppio legame e l’elettrone va sull’O. Si LIBERA la CO₂.
Il caricamento della BIOTINA prevede che si trovi nella FORMA NH NH per cui la biotina che si è formata deve essere rigenerata per ricominciare il ciclo. Per rigenerare la biotina si utilizzano gli elettrone di legame nell’anello a 5 e l’H del piruvato. Inoltre si forma il PIRUVATO ENOLATO.
A questo punto si hanno il piruvato enolato e la CO₂ nel dominio CT e bisogna formare l’ossalacetato. Il piruvato reagisce con la CO₂ formando così l’OSSALACETATO. Questa reazione avviene nel MITOCONDRIO ma l’ossalacetato non può uscire quindi viene RIDOTTO a MALATO. La riduzione a malato comporta l’OSSIDAZIONE del NADH ad opera della MALATO DEIDROGENASI.
Il malato con un suo TRASPORTATORE esce nel CITOSOL dove viene RICONVERTITO in OSSALACETATO con riduzione del NAD⁺
Reazione 2 della prima deviazione
L’OSSALACETATO viene DECARBOSSILATO formando il PIRUVATO ENOLATO che viene FOSFORILATO ad opera GTP. In questo modo si forma il FOSFOENOLPIRUVATO. La reazione è catalizzata dalla FOSFOENOLPIRUVATO CARBOSSICHINASI.
L’eliminazione della CO₂ fornisce l’energia per la formazione del piruvato enolato che è la forma meno stabile che viene subito stabilizzata dal legame con P formano il PEP. Il PEP subito viene indirizzato verso la produzione di glucosio.
Altro modo per far arrivare il PEP nel citosol: lattato prodotto negli eritrociti si trasforma in piruvato. Il piruvato nel mitocondrio si trasforma in ossalacetato.
C’è anche un PEP carbossichinasi mitocondriale che permette la formazione del PEP nel mitocondrio che poi con un trasportatore si sposta nel citosol
Continuo gluconeogenesi
Il PEP va incontro alle REAZIONI INVERSE della GLICOLISI fino alla formazione del FRUTTOSIO 1,6 BISFOSFATO
Seconda deviazione
Nella gluconeogenesi bisogna RIMUOVERE il P in posizione 1 del FRUTTOSIO 1,6 BISFOSFATO mediante la FRUTTOSIO 1,6 BISFOSFATASI che mediante idrolisi libera il P e forma FRUTTOSIO 6 P. La FBPasi ha un ΔG°’ di -16KJ/mol.
Il fruttosio 6 P isomerizza a glucosio 6 P
Terza deviazione
Il GLUCOSIO 6 P entra nell’RE con un trasportatore (T1). Qui la GLUCOSIO 6 FOSFATASI rimuove il fosfato generando GLUCOSIO e Pi che si trovano nel lume dell’RE ed escono nel CITOSOL tramite dei TRASPORTATORI (T2e T3).
Il GLUCOSIO citosolico trova GLUT2 che gli consente di entrare nel torrente circolatorio e arrivare agli altri organi.
La glucosio 6 fosfatasi ha un ΔG°’ di -13.8KJ/mol
Bilancio energetico della gluconeogenesi
Glucosio + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD⁺
ΔG°’= -16KJ/mol
Regolazione gluconeogenesi
Glicolisi e gluconeogenesi hanno una regolazione reciproca: se la glicolisi è attiva la gluconeogenesi deve essere inattiva e viceversa.
Glicolisi: bisogno di energia
Gluconeogenesi: surplus di energia
Fruttosio 2,6 bisfosfato
Il F2,6BP si forma a partire dal fruttosio 6 P in una reazione catalizzata dalla FOSFOFRUTTOCHINASI 2.
Per rimuovere il gruppo P e riformare il fruttosio 6 P c’è l’enzima FRUTTOSIO BISFOSFATASI 2.
Entrambi gli enzimi sono nel fegato.
PFK2 e FBPasi2 sono attività enzimatiche di due domini di una stessa proteina costituita da una catena polipeptidica di 470 aa (enzima bifunzionale).
Quindi la PFK2 e la FBPasi2 regolano la quantità di F2,6BP.
Il F2,6BP ha un ruolo centrale perché da una parte ATTIVA la GLICOLISI agendo sulla PFK1 e dall’altra INIBISCE la FBPasi1 al livello della stessa reazione.
MAGGIORE è la [F2,6BP] MAGGIORE è l’effetto di ATTIVAZIONE sulla PFK1 quindi sulla GLICOLISI.
MINORE è la [F2,6BP] MINORE è l’effetto di ATTIVAZIONE sulla PFK1 quindi la GLUCONEOGENESI prende il sopravvento
Regolazione ormonale
In condizioni di IPOGLICEMIA viene secreto il GLUCAGONE che comporta un aumento di [cAMP] che va ad attivare la PKA che è una chinasi che va a FOSFORILARE l’enzima bifunzionale PFK2/FBPasi2.
Quando l’enzima è FOSFORILATO, la PFK2 è INATTIVA mentre la FBPasi2 è ATTIVA (se una è attiva, l’altra deve essere inattiva). Quindi si ha una DIMINUZIONE di F2,6BP che INIBISCE la GLICOLISI e STIMOLA la GLUCONEOGENESI. Tramite la gluconeogenesi la [glucosio] aumenta per cui viene secreta l’INSULINA che ATTIVA la PP1 (proteina fosfatasi 1) che RIMUOVE il P dalla PFK2 rendendola ATTIVA consentendo la formazione di F2,6BP per cui STIMOLA la GLICOLISI e INIBISCE la GLUCONEOGENESI
