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Saccarasi, lattasi, maltasi, isomaltasi dell’intestino
Digestione degli oligosaccaridi maltosio, maltotriosio, destrine,Saccarosio, lattosio.
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Deficienza congenita o acquisita delle disaccaridasi intestinali:
1. DEFICIENZA ASPECIFICA
2. DEFICIENZA DI LATTASI
nell’adulto
nel lattante (intolleranza al lattosio)
6
Carrier per il glucosio.
Le cellule dell’epitelio intestinale assumono il glucosio proveniente dalla dieta mediante un simporto dipendente dal sodio.
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Modello di un trasportatore del glucosio nei mammiferi
Ciascun membro di questa famiglia è costituito da una singola catena polipeptidica lunga circa 500 residui
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Km= 15-20mMIl glucosio entra solo quando la [glucosio]ematico è alta.Quando il glucosio entra nelle cellule β del pancreas lo induce a sintetizzare insulina.
, pancreas
Nel fegato il glucosio viene assunto con un sistema insulino-indipendente realizzato dal trasportatore Glut-2.
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GLUT4
nel muscolo e nelle cellule adipose
L’assunzione di glucosio da parte del muscolo e delle cellule adipose viene regolata dall’esocitosiinsulino-dipendente di vescicole membranose contenenti GLUT4.Con la rimozione dell’insulina, il processo si inverte in un processo diendocitosi
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La glicolisi è la sequenza di reazioni che metabolizza una molecola di glucosio a due di piruvato con la produzione netta di due molecole di ATP. Questo processo è anaerobico
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La molecola del glucosio induce un cambiamento conformazionalenell’esochinasi.
EsochinasiReazione irreversibile
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Esochinasi:inibita dal glucosio 6-P
Isoenzima tipo I: nel cervello(attivato dal Pi)
Isoenzima tipo II: nel muscolo
Deficienza ereditaria di esochinasi(anemia emolitica)
Glucochinasi1. Presente nel fegato2. Specificità per il glucosio3. Bassa affinità4. Inducibile (dieta, insulina)
Nel fegato sono presentientrambi gli enzimi.
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Il metabolismo glucidico è importante per gli eritrociti• nel deficit di esochinasile concentrazioni di tutti gli intermedi glicoliticisono basse e di conseguenza la concentrazione di 2,3-bifosfoglicerato èanch’essa diminuita mentre l’affinitàdell’emoglobina per l’ossigeno risulta aumentata (curva verde)
• nel deficit di piruvato chinasi si ha un aumento nella concentrazione di 2,3-bifosfoglicerato con diminuzione dell’affinitàdell’emoglobina per l’ossigeno (curva blu)
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FosfofruttochinasiSvolge un ruolo centrale nel controllo della glicolisi
II tappa di utilizzo dell’ATP (reazione irreversibile)
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Gliceraldeide 3-P e diidrossiacetone fosfato sono interconvertibili
Trioso fosfato isomerasi (enzima perfetto, mantiene le concentrazioni in equilibrio).
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Gliceraldeide 3-P deidrogenasi
Reazione accoppiata: l’energia derivata dall’ossidazione dell’aldeide èutilizzata per la formazione del legame fosfo-anidridico.
(Primo intermedio ad alta energia)
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1 molecola di glucosio è stata trasformata in 2 molecole di GAP.
Sono stati consumati 2 ATP (investimento di energia).
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Glucosio + 2 NAD+ + 2 ATP + 2 Pi
2 piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4 H+
1. ATP. Per ogni molecola di glucosio: investimento di 2 ATP (fase I)sintesi di 4 ATP (fase II)
Resa netta 2 ATP
2. NADH. Fonte di energia libera che può essere recuperata mediante successiva ossidazione. In condizioni di aerobiosi:
NADH (e-) O2
trasportatori di e-
Sintesi di ATP (fosforilazione ossidativa
Rigenerazione di NAD+
3. PIRUVATO
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Fermentazione: il destino anaerobico del del piruvato
In condizioni aerobiche:
piruvato CO2 + H2O
In condizioni anaerobiche:
piruvato Via della fermentazione
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Fermentazione Fermentazione omolatticaomolattica ((muscolo)muscolo)
COO-
O
CH3
COO-
OH H
CH3
NADH + H+ NAD+
lattico deidrogenasi
Acido piruvico Acido lattico
Il Il lattatolattato ottenuto può essere riconvertito in glucosio ottenuto può essere riconvertito in glucosio
dal fegato nella fase di recupero dopo lo sforzo dal fegato nella fase di recupero dopo lo sforzo
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I lieviti (I lieviti (saccharomycessaccharomyces cerevisiaecerevisiae) e altri ) e altri
microorganismimicroorganismi fermentano fermentano il glucosio ad etanolo e il glucosio ad etanolo e
COCO22 invece che a invece che a lattatolattato, grazie alla presenza della , grazie alla presenza della
piruvatopiruvato decarbossilasidecarbossilasi e delle dell’’alcol alcol deidrogenasideidrogenasi
COO-
O
CH3
CH3
H
O
CH3CH
2OH
CO2 NADH + H+ NAD+
piruvatodecarbossilasi, TPP
alcol deidrogenasi
Fermentazione alcolica
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Meccanismo di reazione della piruvato decarbossilasi
Deficienza di tiamina (vit. B1):
beriberi
1. Attacco nucleofilodella TPP al carbonio carbonilico del piruvato.
2. Rilascio di CO2
(TPP=trappola per gli elettroni)
3. Protonazione del carbanione
4. Eliminazione della TPP e rilascio del prodotto.
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Bilancio energetico della Bilancio energetico della glicolisiglicolisi::
1) Glucosio G-6-P
2) F-6-P F-1,6-dP
3) 1,3 BPG 3-PG
4) PEP Piruvato
TAPPA
- 1
+ 2
+ 2
- 1
ATP
______
netto + 2
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1) Glucosio 2 Piruvato
2) 2 Piruvato 6 CO2
3) 2 NADH (H+) 2 NAD+
TAPPA
+ 2
+ 6
+ 30
ATP
______
netto + 38
Glicolisi citoplasmatica
Processi mitocondriali
Efficienza della glicolisi aerobica
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La velocitLa velocitàà del processo del processo èè
regolata da 2 enzimiregolata da 2 enzimi::
�� fosfofruttofosfofrutto chinasichinasi (PFK(PFK--1)1)
�� piruvatopiruvato chinasichinasi
Entrambi gli enzimi sono regolati Entrambi gli enzimi sono regolati
allostericamenteallostericamente
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La 6La 6--fosfofruttofosfofrutto--1cinasi 1cinasi èè il principale sito di regolazione della il principale sito di regolazione della glicolisiglicolisi
E’ un enzima tetramericocaratterizzato da due stati conformazionali, R e T.
L’ATP si comporta sia da substrato sia da inibitore allosterico
Ogni subunità della PFK ha due siti di legame per l’ATP:
Uno è il sito per il substrato (con eguale efficienza in entrambe le conformazioni)
Il sito dell’inibitore lega l’ATP esclusivamente nello stato T .
L’ altro substrato della PFK, il F6P, si lega allo stato R.Un’alta concentrazione di ATP agisce da inibitore allosterico,spostando l’equilibrio T R verso T con diminuizione dell’affinità della PFK per il F6P.
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PFK
Attivatori:AMP, F2,6P
Inibitore: ATP,pH acido, citrato
La glicolisi è stimolata quando la carica energetica diminuisce (ATP/AMP)
ADP + ADP ATP + AMP adenilato chinasi
AMP: segnale per lo stato a bassa energia
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Regolazione particolarmente sensibile da parte dell’AMP
[ATP] + [ADP] + [AMP] = K
[ATP] [ADP]
[ADP] [AMP]
Amplificazione:Piccole variazioni nella [ATP] generano grandi variazioni nella [AMP]
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pH
La sensibilità della 6PFK agli ioni H+ è un meccanismo di difesa contro l’acidosi lattica (diminuizione del pH ematico) insieme al simporto acido lattico-H+
Citrato
Un’elevata concentrazione di citrato indica che i precursori biosintetici sono abbondanti e non deve essere degradato altro glucosio (indispensabile per il cervello).
50Sequenza amminoacidica dell’enzima
Struttura dei domini dell’enzima bifunzionale fosfofruttochinasi 2
PFK2 e FBPasi sono presenti in una singola catena polipeptidica
1
2 3
51
Fegato e cuore contengono differenti isoenzimi dell’enzima bifunzionale PFK/FBPasi che danno differente risposta allo stesso ormone (adrenalina).
adrenalinaglucagone
Fegato:(inibizione della glicolisi)
Cuore:(attivazione glicolisi)
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Regolazione della sintesi e della degradazione del fruttosio 2,6-bisfosfato
(isoforma L, epatica)
1
[glucosio]
2
Una diminuzione del glucosio ematico segnalato dal glucagone, determina la fosforilazione dell’enzima bifunzionalecon coseguente diminuzione del fruttosio 2,6-bifosfato.
o
Un aumento della concentrazione di fruttosio 6-fosfato accelera la formazione di fruttosio 2,6.bifosfato facilitando la defosfrilazionedell’enzima bifunzionale
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Anche la Anche la piruvatopiruvato cinasicinasi èè un enzima un enzima glicoliticoglicolitico soggetto a regolazionesoggetto a regolazione
Piruvato chinasi
--+
ATP Alanina e precursori biosinteticiF1,6BP
2 isoenzimi: L (nel fegato) ed M (nel muscolo).
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PiruvatoPiruvato cinasicinasi (tipo L) (tipo L) èè soggetto a regolazione mediante soggetto a regolazione mediante
fosforilazionefosforilazione (per impedire al fegato di consumare glucosio quando (per impedire al fegato di consumare glucosio quando
ll’’encefalo e i muscoli hanno maggiore necessitencefalo e i muscoli hanno maggiore necessitàà di questo composto).di questo composto).
1
57
Le cellule cancerose crescono più rapidamente dei vasi sanguigni che le nutrono
• in assenza di ossigeno l’ HIF-1 ( fattore di trascrizione inducibile dall’ipossia ) aumenta l’espressione della maggior parte degli enzimi glicolitici e dei trasportatori del glucosio GLUT-1 e GLUT-3
• la captazione del glucosio è collegata alla aggressivitàdel tumore
• l’HIF-1 stimola la crescita di nuovi tumori aumentando l’espressione delle molecole segnale, come il fattore di crescita vascolare endoteliale ( VEGF ), che facilita la crescita dei vasi sanguigni
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Oltre al glucosio molti altri carboidrati possono Oltre al glucosio molti altri carboidrati possono
entrare nella via entrare nella via glicoliticaglicolitica e subire degradazioni e subire degradazioni
che liberano energia; i piche liberano energia; i piùù importanti sono:importanti sono:
•• polisaccaridi (amido, glicogeno)polisaccaridi (amido, glicogeno)
•• disaccaridi (maltosio, lattosio, saccarosio)disaccaridi (maltosio, lattosio, saccarosio)
•• altri monosaccaridi altri monosaccaridi (fruttosio, (fruttosio, mannosiomannosio, galattosio), galattosio)
61
�Nel muscolo il metabolismo del fruttosio è molto simile a quello del glucosio.
�L’esochinasi che trasforma il glucosio in G6P, fosforila il fruttosio un F6P.
�Poiché il fegato e il tessuto muscolare fosforilano più il glucosio anzicchè il fruttosio, il tessuto adiposo è esposto più al fruttosio che al glucosio.
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�Il fegato contiene una esochinasi e una glucochinasi caratterizzata da una bassa affinità per gli esosi, compreso il fruttosio.
�Il metabolismo del fruttosio nel fegato è diverso da quello del muscolo infatti il fegato trasforma il fruttosio in intermedi glicolitici tramite una via metabolica in cui sono presenti sette enzimi.
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Reazione 1:La fruttochinasi fosforila il fruttosio in C1 formandofruttosio-1-fosfato.Nè l’esochinasi né la PFK sono in grado di fosforilare il fruttosio-1-fosfato in C6 per formare il FBP.
Reazione 2:Il muscolo possiede un’aldolasi di tipo A, specifica per il FBP.Il fegato possiede un’aldolasi di tipo B, che utilizza il fruttosio-1.fosfato.Per scissione aldolica si ha:
Fruttosio-1-fosfato diidrossiacetonefosfato + gliceraldeide
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