Metabolismo

Benessere

Il continuum delle reazioni di sintesi (anabolismo) e degradazione (catabolismo) dei substrati prende il nome di metabolismo.

Prima di iniziare è bene dire che il corpo umano funziona attraverso meccanismi molto complessi, sottoposti a diverse regolazioni.

La moneta di scambio energetico è l’ ATP, un ribonucleoside con tre gruppi fosforici, la quale idrolisi libera molta energia, che viene poi utilizzata dalla cellula per compiere le sue funzioni.

Con l’alimentazione assumiamo i macro e i micronutrienti che verranno utilizzati per produrre energia.

I micronutrienti sono molto spesso coenzimi che sono essenziali per il decorso di alcune reazioni, come la biotina durante la gluconeogenesi, mentre i macronutrienti vengono degradati in molecole sempre più piccole fino ai loro monomeri di base.

Il nostro organismo è una macchina complessa, ma allo stesso tempo affascinante, capace di autoregolarsi per sostenere l’ attività cellulare in moltissime condizioni.

METABOLISMO DEL GLUCOSIO

Il glucosio è un monosaccaride altamente energetico e il suo metabolismo comprende diversi processi:

Glicolisi

scissione della molecola di glucosio (a 6 atomi di carbonio) in 2 molecole di piruvato (a 3 atomi di carbonio). Durante questo processo esistono tre tappe fondamentali, che segnalano l’ andamento positivo del complesso delle reazioni: fosforilazione del glucosio in glucosio 6 fosfato, che verrà isomerizzato (convertito) in fruttosio 6 fosfato e poi fosforilato ulteriormente in fruttosio 1,6 bisfosfato dall’enzima fruttosio 6 fosfatasi.

Questo enzima è fortemente regolato dalla concentrazione di ATP e citrato (inibitori), ADP e fruttosio2,6 bisfosfato (attivatori). Da questo zucchero si ottengono due molecole di gliceraldeide, che dopo diverse reazioni daranno due molecole di piruvato.

Il guadagno netto della glicolisi è di 2 molecole di ATP. Il piruvato va incontro a diversi destini, dipendenti da diversi fattori, come la concentrazione di substrati, o di ormoni nel sangue.

Ciclo di Krebs

Se è presente ossigeno, attraverso il complesso della piruvato deidrogenasi, il piruvato viene convertito in acetilCoA, il quale reagisce con un intermedio del ciclo stesso (ossalacetato) formando l’ acido citrico.

L’ ossalacetato viene rigenerato al termine del ciclo e l’energia viene conservata tramite trasferimento di elettroni al FAD o al NAD+ con formazione di FADH2 o NADH.

Spesso gli intermedi del ciclo di Krebs vengono rimossi per essere utilizzati come precursori in molte vie biosintetiche.

Fosforilazione ossidativa.

La catena respiratoria è costituita da quattro complessi multienzimatici, siti nella membrana mitocondriale interna: Ubiquinone ossidoreduttasi, Ubiquinone ossidoreduttasi, Citocromo c ossidoreduttasi, Ossigeno ossidoreduttasi.

Gli elettroni presenti sul NADH passano attraverso la catena di trasportatori e il loro flusso è accompagnato da una traslocazione di protoni attraverso la membrana che crea un gradiente chimico.

L’ATP viene prodotto dall’ATP sintasi  formata da due componenti: F1 una proteina periferica di membrana ed F0, una proteina integrale di membrana. F0 costituisce il canale protonico.

SE IL PIRUVATO NON ENTRA NEL CICLO DI KREBS?

Il piruvato può avere diversi destini:

Fermentazione:

Quando c’ è carenza di ossigeno, il piruvato viene ridotto a lattato grazie all’enzima lattato deidrogenasi. Questo meccanismo ripristina i coenzimi NAD ossidati, che si erano ridotti durante la glicolisi. Il lattato può essere trasportato fino al fegato, dove viene convertito in glucosio (ad esempio durante un’ intensa attività muscolare). Il ciclo di reazioni che produce lattato nel muscolo e, da questo metabolita nel fegato viene rigenerato il glucosio, si chiama ciclo di Cori.

Essere riconvertito in glucosio:

Il piruvato (ma anche altri composti non saccaridici come alcuni aminoacidi, glicerolo, lattato) può essere convertito in glucosio in un processo che viene chiamato gluconeogenesi. Si potrebbe in teoria intendere tale processo come l’ opposto della glicolisi. Tuttavia, la presenza di reazioni fortemente esoergoniche impediscono una semplice riconversione da prodotto a reagente, come la conversione del fosfoenol-piruvato (PEP) al piruvato.

Ovviamente per fare in modo che ciò avvenga, la cellula è ben attrezzata con complessi enzimatici che fanno in modo di ‘’ andare in direzione opposta ai processi della glicolisi’’ passando per altri intermedi. Ad esempio non converte il piruvato direttamente nel PEP, ma lo carbossila prima a ossalacetato. Altri composti glucogenici sono alcuni intermedi del ciclo di Krebs, a volte generati dagli aminoacidi (grazie all’ eliminazione del gruppo aminico).

IL NOSTRO POLISACCARIDE DI RISERVA: IL GLICOGENO

Il glicogeno è composto da tante molecole di glucosio legate linearmente tramite il carbonio 1 di una molecola e il carbonio 4 dell’altra.

La catena è ramificata grazie ai legami tra altri due carboni di altre due molecole: carbonio 1 e 6.

Il glicogeno presente all’interno nel muscolo è una riserva di energia disponibile per il metabolismo aerobico e anaerobico e viene ‘’consumato’’  durante un esercizio intenso.

Il glicogeno epatico è una riserva di glucosio per gli altri tessuti quando non è presente glucosio introdotto con la dieta.

Come si ‘’costruisce’’.

Si parte dal glucosio 6 fosfato, convertendolo in glucosio 1 fosfato. Questa molecola reagisce con l’ UTP formando UDP-glucosio grazie all’azione di un enzima che si chiama UDP-glucosio pirofosforilasi.

A questo punto interviene un secondo enzima (glicogeno sinteasi) che trasferisce il glucosio della molecola neoformata a una catena di glicogeno preesistente formando il legame 1,4. Per formare il legame 1,6 interviene un altro enzima chiamato amilo1,4 1,6 transglicoliasi.

Questo trasferisce circa 7 residui di una catena che ne possiede almeno 11, al gruppo OH sul carbonio 6 di un residuo di glucosio più interno alla catena (o anche di un’ altra catena). Ovviamente sorge la domanda: ma se il glucosio viene aggiunto a una catena preesistente, questa quando viene creata?

Qui entra in gioco una proteina che si chiama glicogenina. Essa ha una funzione di ‘’innesco’’ per la formazione del glicogeno grazie alla presenza di un residuo di tirosina (aminoacido che presenta un gruppo OH sulla catena laterale).

Alla tirosina si lega il carbonio 1 dell’ UDP-glucosio e uno alla volta vengono aggiunti residui di glucosio (derivanti dall’ UDP-glucosio) formano una catena di otto residui uniti per legami 1,4. Da questo momento entra in gioco la glicogeno sintasi che estende la catena

Come si ‘’demolisce’’.

La demolizione del glicogeno avviene grazie all’azione di tre enzimi: glicogeno fosforilasi, enzima deramificante, fosfoglucomutasi. Il primo enzima riesce a scindere i legami 1,4 dei residui di glucosio fermandosi a 4 residui dal legame 1,6.

Quindi interviene l’ enzima deramificante a scindere il legame 1,6. A questo punto il glucosio si trova come glucosio1 fosfato, ma come sappiamo, la glicolisi parte dal glucosio 6 fosfato: interviene quindi la fosfoglucomutasi che catalizza la reazione glucosio 1 fosfato–>glucosio6 fosfato.

Nel muscolo questo è utilizzato come fonte energetica per la contrazione. Nel fegato, come detto precedentemente, ci sono dei processi che vengono attuati quando nel sangue c’ è poco glucosio.

Oltre in sede epatica, anche nei reni è presente un enzima che scinde il legame fosforico del glucosio e quest’ultimo lascia l’ epatocita grazie al trasportatore GLUT2.

Regolazione del metabolismo del glicogeno

La demolizione del glicogeno avviene dopo una serie di eventi a cascata. Si ricordi che a valle c’ è l’ enzima glicogeno fosforilasi che si può trovare in due forme: fosforilasi a (attiva), che presenta due gruppi fosforici sulle catene di due residui di serina, e fosforilasi b (inattiva) che non presenta gruppi fosforici.

Esiste un altro enzima (fosforilasi b chinasi) che trasferisce i gruppi fosforici sui residui di serina, attivato dall’ adrenalina o dal glucagone.

Un altro fattore che influisce è la quantità di cAMP, che in alta concentrazione provoca una serie di eventi, che attivano la proteina chinasi A (PKA), che fosforila la b chinasi, che fosforila a sua volta le serine della glicogeno fosforilasi.

Nel muscolo, oltre l’adrenalina, anche il calcio e l’ alta concentrazione di AMP (dovuta al consumo di ATP durante la contrazione) stimola la fosforilazione della fosfatasi.

Quando invece siamo a riposo un altro enzima, fosforilasi a fosfatasi (PP1) rimuove i gruppi fosforici dai residui di serina.

-Nel fegato invece è il glucagone che governa tali processi.

-Per quanto riguarda la sintesi del glicogeno, anche la glicogeno sinteasi ha due forme: la forma fosforilata, inattiva (tranne quando è presente glucosio 6 fosfato) e la forma non fosforilata, attiva.

-La presenza di glucosio 6 fosfato, modifica la conformazione della glicogeno sinteasi inattiva, che diventa un migliore substrato per la PP1, capace di rimuovere i residui fosforici.

IN PAROLE POVERE

Dopo aver ingerito un bel piatto di pasta, l’ innalzamento della glicemia provoca un rilascio di insulina.

Sulle cellule epatiche questa attiva la PP1, che attiva la glicogeno sinteasi e disattiva la fosforilasi.

Il glucosio entra negli epatociti attraverso il GLUT2 e l’ esochinasi 4 inizia a fosforilare il glucosio stimolando la glicolisi.

L’ eccesso di glucosio viene utilizzato per formare le catene di glicogeno.

Quando siamo a digiuno per un bel periodo, la abbassamento della glicemia fa rilasciare glucagone, il quale attiva la PKA, che fosforila la fosforilasi chinasi attivandola, che a sua volta attiva la glicogeno fosforilasi (tramite fosforilazione) e disattiva la glicogeno sinteasi (che quando è fosforilata è inattiva).