Introduzione al Metabolismo - Biochimica Unito PDF

INTRODUZIONE AL METABOLISMO Metabolismo = insieme di reazioni, catalizzate da un enzima specifico, che avvengono nella cellula. Il prodotto di una reazione funzia da substrato per la seconda reazione (intermedi), fino alla trasformazione completa. Le vie metaboliche lineari hanno substrato e...

INTRODUZIONE AL METABOLISMO Metabolismo = insieme di reazioni, catalizzate da un enzima specifico, che avvengono nella cellula. Il prodotto di una reazione funzia da substrato per la seconda reazione (intermedi), fino alla trasformazione completa. Le vie metaboliche lineari hanno substrato e prodotto differenti (vedi via di sintesi dell’adrenalina), mentre le vie metaboliche cicliche substrato e prodotto coincidono (vedi ciclo di Krebs). Le vie metaboliche sono inoltre interconnesse, quindi alcuni intermedi possono essere “condivisi”, e regolate → compartimentazione di enzimi e substrati in una regione specifica della cellula (tutto dipende dalla disponibilità dei substrati nella regione e dall’efficienza dei sistemi di trasporto), regolazione genetica (quantità di materiale), regolazione allosterica (attività del materiale), modificazione covalente, zimogeni, isoenzimi. Regolazione genica → Un enzima è una proteina, quindi è codificato da un gene. In ipoglicemia, ad esempio, vengono attivati fattori di trascrizione che inducono la produzione di glucosio da riversare nel sangue. La regolazione genica risiede quindi nell’induzione e nella repressione di determinati enzimi, in base alle necessità dell’organismo in quel preciso momento. Regolazione allosterica → Gli enzimi allosterici sono modulati da effettori che si legano in un sito diverso da quello attivo e che inibiscono o attivano l’enzima in questione. La sintesi dell’acido palmitico, ad esempio, viene inibita mediante feedback negativo/inibizione retroattiva dal prodotto stesso della reazione. Modificazioni covalenti → Possono essere reversibili o irreversibili. La più comune è la (de)fosforilazione, operata da chinasi ed effettuata su serina, treonina e tirosina. N:B. La fosforilazione non corrisponde necessariamente all’attivazione dell’enzima. Zimogeni → Gli zimogeni sono enzimi in forma inattiva, che vengono attivati quando viene eliminato un peptide mediante proteolisi. Il tripsinogeno, ad esempio, prodotto dal pancreas per digerire le proteine, viene secreto e attivato (tripsina) a livello intestinale. Lo scopo del metabolismo è quello di ottenere energia tramite processi ossidativi delle macromolecole (catabolismo) e di sintetizzare macromolecole a partire da molecole più semplici (anabolismo). Tutte le sostanze nutrienti e molte di quelle endogene, ricche di energia, vengono degradate col catabolismo mediante reazioni di ossidazione per produrre sostanze povere di energia (CO2, acqua, ammoniaca) e ATP, oltre a NADH, NADPH, FADH2. Questi saranno utilizzati durante la fase anabolica, per trasformare precursori semplici in 1  macromolecole. Le reazioni di sintesi sono tutte endoergoniche, quindi hanno un ∆G0 positivo e devono necessariamente essere associate a reazioni esoergoniche, con ∆G0 negativo. L’ATP si compone di un’ adenosina, un ribosio e uno, due o tre fosfati, tra i quali sono presenti legami fosfoanidridici ad elevato potenziale di trasferimento. Il legame tra il ribosio e il fosfato è invece un legame estereo. Tutti e tre i fosfati possono subire attacchi nucleofili, quindi l’ATP verrà trasformata in ADP (trasferimento gruppo fosfato), AMP (trasferimento gruppo pirofosfato) o PPi (trasferimento gruppo adenilico). Per sintetizzare ATP, oltre che attraverso la fosforilazione ossidativa mitocondriale, si possono utilizzare anche l’1,3-bifosfoglicerato e il fosfoenolpiruvato, due intermedi glicolitici con un ∆G0 maggiore rispetto a quello dell’ATP, nella fosforilazione a livello del substrato. In totale, il 90% dell’ATP viene prodotta tramite la fosforilazione ossidativa grazie al gradiente elettrochimico della catena respiratoria e alla catalisi rotazionale della F0-F1-ATPsintasi. METABOLISMO TERMINALE Il metabolismo terminale parte dall’Acetil-CoA, che entra nel ciclo di Krebs e viene ossidato a 2CO2. Durante il processo (combustione), l’energia viene conservata in NAD+ e FAD ridotti. L’Acetil-CoA è un tioestere carbonilico (acido acetico legato al gruppo tiolico del CoA mediante legame tioestereo), che dal punto di vista biochimico è quindi una molecola attivata e rappresenta il punto di convergenza di tutte le vie cataboliche. Possiamo suddividere il catabolismo in tre fasi: 1. Digestione → avviene nel tratto gastrointestinale e non si hanno reazioni di ossidazione, quindi non si produce ATP, ma si ha una riduzione del grado di complessità delle molecole. Dalle proteine otteniamo amminoacidi, dai polisaccaridi otteniamo soprattutto glucosio, dai lipidi otteniamo acidi grassi e glicerolo. 2. Degradazione → si produce poca ATP, si ha una parziale ossidazione e diminuisce ulteriormente il grado di complessità della molecola. In questa fase si hanno tutti i catabolismi specifici delle molecole (glicolisi per il glucosio, β-ossidazione per gli acidi grassi, demminazione e riarrangiamento dello scheletro carbonioso per gli amminoacidi). 3. Fase ossidativa → sintesi di coenzimi ridotti e di ATP. Ciclo di Krebs/dell’acido citrico/degli acidi tricarbossilici → avviene nei mitocondri a partire dall’acetil-CoA e il suo obiettivo è quello di ossidare completamente l’acetil-CoA in 2CO2, per produrre 3NADH, 1FADH2 e 1GTP (non quello di produrre energia). I suoi intermedi possono essere utilizzati per altre vie biosintetiche. Sette reazioni sono catalizzate da enzimi presenti nella matrice mitocondriale, fatta eccezione della sesta, che viene catalizzata dalla succinato deidrogenasi della membrana interna dei mitocondri. Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi → 3NADH + H+ + FADH2 + GTP + CoASH + 2CO2 2 1. La citrato sintetasi (E1) sintetizza il citrato a partire da acetil-CoA + ossalacetato + H2O, grazie a istidina e aspartato nel sito attivo (catalisi acido-base). His attacca il C carbonilico dell’ossalacetato e gli dà una parziale carica positiva, che gli fa subire attacco nucleofilo dall’acetil-CoA (il suo gruppo metilico ha già perso un protone per via di Asp nel sito attivo). En somme, il gruppo metilico deprotonato dell’acetil-CoA attacca il C carbonilico dell’ossalacetato, formando il citril-CoA. L’enzima subisce un cambio conformazionale e intrappola una molecola di H2O, che viene sfruttata per idrolizzare il legame tioestereo del CoA e formare il citrato. La reazione è irreversibile e regolata mediante regolazione allosterica, in quanto la citrato sintasi è inibita dal NADH + H+ e dal succinil-CoA. 2. L’aconitasi (E2) effettua un’isomerizzazione del citrato in isocitrato, che avviene con eliminazione e riaddizione di H2O per spostare il gruppo alcolico terziario dalla posizione 2 alla 3 e farlo diventare secondario, passando per l’intermedio cis-aconitato. 3. L’isocitrato deidrogenasi (E3) effettua una decarbossilazione ossidativa, sfruttando il NAD+. Dal C2 dell’isocitrato si produce NADH + H+ e ossalosuccinato, che poi perde una CO2 e diventa α-chetoglutarato. La reazione è irreversibile ed è il primo punto di controllo del ciclo, che viene inibito dal NADH + H+ e dall’ATP, quindi quando la carica energetica è elevata → il ciclo rallenta, si accumula citrato (le reazioni a monte sono tutte reversibili) e questo viene trasportato nel 3  citosol per innescare la sintesi dei lipidi. N.B. L’enzima è attivo in forma tetramerica e inattivo in forma dissociata. 4. La α-chetoglutarato deidrogenasi (E4) effettua un’altra decarbossilazione ossidativa (con lo stesso meccanismo della piruvato deidrogenasi) e trasforma l’α-chetoglutarato in succinil-CoA, sfruttando il NAD+. Viene eliminato il COO- dell’α-chetoglutarato e si forma il succinil-CoA, che possiede un legame tioesterico ad alta energia che permette la prima reazione di fosforilazione a livello del substrato. Si producono quindi anche NADH + H+ e CO2. 5. La succinil-CoA sintetasi (E5) effettua una fosforilazione a livello del substrato, che sfrutta l’energia del succinil-CoA per formare GTP a partire da GDP + Pi. La molecola che si ottiene è il succinato. Entrano succinil-CoA e fosfato, si forma l’intermedio succinil-fosfato (con legame anidridico) e un’His accetta su di sé il fosfato. Esce il succinato, entra il GDP e accetta il fosfato da His. Voilà, mes amis. 4 6. La succinato deidrogenasi (E6) ossida il succinato in fumarato, sfruttando il FAD (legato covalentemente all’enzima). Si forma un doppio legame in configurazione trans e gli equivalenti riducenti vengono trasferiti direttamente dal FADH2 al coenzima Q. 7. La fumarasi (E7), una liasi, idrata il fumarato in posizione 2 a malato. La reazione è stereospecifica, quindi l’enzima riconosce il doppio legame in configurazione trans del fumarato. 8. La malato deidrogenasi mitocondriale (E8) ossida il malato in ossalacetato, sfruttando il NAD+ e producendo quindi NADH + H+. Siamo tornati al punto di partenza. TA-DAAAAAAAAAA. N.B. Dalle 3 molecole di NADH + H+ si ottengono 7,5 molecole di ATP, da una molecola di FADH2 se ne ottengono 1,5 e dal GTP se ne ottiene una. Il totale corrisponde a 10 molecole di ATP. Il ciclo di Krebs si può regolare con l’accesso dei metaboliti all’interno del mitocondrio (regolazione data dalla compartimentazione delle componenti nel mitocondrio - il piruvato deve essere nel mitocondrio), con la disponibilità degli intermedi di reazione (vari tipi di esigenze causano la “deviazione” di alcuni intermedi, con conseguente rallentamento o accelerazione del ciclo) e col potenziale energetico (rapporti NADH + H+/NAD+ e ATP/ADP). La regolazione avviene nelle tre tappe irreversibili: 1. Citrato sintetasi → inibizione con NADH + H+. 2. Isocitrato deidrogenasi → inibizione sulla base dei rapporti NADH + H+/NAD+ e ATP/ADP. 3. α-chetoglutarato deidrogenasi → inibita da NADH + H+ e succinil-CoA. 5 In alcune situazioni, gli intermedi del ciclo di Krebs possono essere utilizzati per consentire lo svolgimento di reazioni anaboliche. Il citrato, ad esempio, può essere trasportato a livello citosolico e cedere un gruppo carbonioso per sintetizzare acidi grassi e colesterolo, mentre l’α-chetoglutarato può rientrare in reazioni di transaminazione e il succinil-CoA può rientrare nella sintesi del gruppo EME. Malato e ossalacetato, a livello epatico, possono essere indirizzati verso la via di sintesi di glucosio (gluconeogenesi). Si dice dunque che il ciclo ha ruolo anfibolico. La portata del ciclo si può aumentare mediante “reazioni di riempimento” dette reazioni anaplerotiche, che hanno il compito di ristabilire l’equilibrio tra tutti i substrati. Quella più importante è catalizzata dalla piruvato carbossilasi, un enzima che carbossila il piruvato in ossalacetato mediante ATP e CO2. Si producono, oltre all’ossalacetato, ADP e Pi. Questo enzima, in forma tetramerica, sfrutta la biotina/vitamina B7, legata all’enzima l’aggancio tra il gruppo COO- dell’acido grasso e una Lys. Il gruppo reattivo, l’NH, lega la CO2 in forma attiva (carbossifosfato). La CO2 si lega, sotto forma di anione bicarbonato, sul fosfato in γ di un’ATP, si producono ADP e carbossifosfato e questo si lega all’N della biotina, che si sposta nel sito attivo dell’enzima e trasferisce la CO2 al piruvato. 6 METABOLISMO DEI CARBOIDRATI Digestione Metà delle calorie introdotte con la dieta è rappresentata dai carboidrati, in particolare amido (amilosio + amilopectina, legame α - 1,4), lattosio (glucosio + galattosio, legame β - 1,4), saccarosio (glucosio + fruttosio, legame α - 1,2) e cellulosa (glucosio + glucosio, legame β - 1,4). Dalla cellulosa, tuttavia, non si ricavano monosaccaridi, in quanto non possediamo un enzima in grado di digerire il legame → fonte di fibre, supporto alla peristalsi intestinale. La digestione comincia nella bocca con l’amilasi salivare, una idrolasi, in grado di scindere i legami α - 1,4 dell’amido. Ciò che otteniamo è una riduzione della complessità dell’amido, che porta a maltosio, trisaccaridi e destrine. L’azione dell’amilasi dipende anche dal tempo che si impiega nella masticazione (più mastico, più demolisco) e viene inibita a livello gastrico, per via del pH acido. A livello intestinale, il pancreas secerne amilasi pancreatica, che come quella salivare è un’endoglicosidasi e scinde a sua volta i legami α - 1,4. Se agisce sull’amilosio otteniamo una miscela di maltosio e maltotriosio, mentre se agisce sull’amilopectina otterremo una miscela di maltotriosio + maltosio (70%) e destrine limite (30%). La digestione procede grazie agli enzimi localizzati sui microvilli intestinali, rivolti verso il lume dell’organo, dove viaggiano ancora lattosio, saccarosio e cellulosa. Gli enzimi della mucosa intestinale sono specifici per un determinato legame e sono lattasi (scinde il legame β - 1,4 del lattosio), la saccarasi (scinde il legame α - 1,2 del saccarosio), la maltasi (scinde i legami α - 1,4 di maltosio e maltotriosio ) e isomaltasi (scinde i legami α - 1,6 delle destrine). N.B. Esistono deficienze congenite o acquisite delle disaccaridasi, che si definiscono aspecifiche se riguardano tutti gli enzimi e specifiche se ne riguardano solo uno. Un esempio è l’intolleranza al lattosio, data dalla deficienza di lattasi, cosa che porta il lattosio a essere utilizzato dal microbiota intestinale per produrre metaboliti a 2 atomi di carbonio, metaboliti a 3 atomi di carbonio, CO2 e H2. Queste sostanze richiamano H2O e si hanno gonfiore, diarrea e disidratazione. La produzione di H2 è stata sfruttata per mettere in atto il breath test per la diagnosi. I monosaccaridi vengono assorbiti dalle cellule della mucosa intestinale attraverso i carrier: il fruttosio sfrutta il GLUT-5, il glucosio e il galattosio sfruttano l’SGLUT-1 (“S” sta per Sodio, perché il glucosio viene trasportato insieme al sodio, presente a bassa concentrazione per via dell’azione delle pompe sodio-potassio sul dominio basale). I glucidi vengono ora riversati nel flusso ematico con il GLUT-2, meno specifico. I trasportatori differiscono sia per la localizzazione, sia per le loro proprietà: 7  SGLUT-1 → mucosa intestinale e tubuli renali. Fa co-trasporto di glucosio e galattosio sfruttando il sodio, secondo gradiente GLUT-1 → cervello, eritrociti, colon, muscoli. Enzima costitutivo. Elevata affinità per il glucosio GLUT-2 → fegato, insule beta del pancreas, tenue, rene. Bassa affinità per il glucosio + fa da sensore per la produzione di insulina GLUT-3 → cervello, placenta, rene. Principale trasportatore a livello neuronale Elevata affinità per il glucosio. GLUT-4 → muscolo scheletrico, adipociti, muscolo cardiaco. Elevata affinità ed elevata sensibilità all’insulina (può essere iper-espresso sulle membrane se c’è tanta insulina) GLUT-5 → intestino tenue. Trasporta fruttosio, ma non glucosio. Il glucide più abbondante che si ottiene è il glucosio, che è il combustibile universale utilizzato in tutti i tessuti ed esclusivo per il cervello. In casi di ipoglicemia vengono prodotti i corpi chetonici, combustibili alternativi, ma in teoria non dovremmo spingerci a questi livelli :) Dopo un pasto glucidico, la glicemia (concentrazione di glucosio nel sangue, misurata in mg/100 mL) si alza. A digiuno siamo intorno agli 80 mg / 100 mL, dopo i pasti arriviamo intorno ai 130 mg / 100 mL. Due ore dopo il pasto, il livello della glicemia torna normale. I livelli della glicemia dipendono anche dalla natura degli alimenti ingeriti, in quanto possiedono tutti un indice glicemico (rapidità con cui l’alimento determina un innalzamento della glicemia) diverso → l’aumento di glicemia determina il rilascio di insulina da parte del pancreas, ormone ipoglicemizzante e lipogenico. Non appena il glucosio entra nei tessuti viene immediatamente fosforilato a glucosio-6-fosfato, forma che non può più uscire dalla cellula e, in quanto attivata, può essere usata nel metabolismo. La reazione, irreversibile, avviene grazie alle esochinasi, trasferasi che sfruttano Mg2+ e che trasferiscono il fosfato in ɣ dell’ATP sul C6 del glucosio (legame fosfoesterico). Il magnesio scherma le cariche negative dei fosfati, quindi l’OH sul C6 effettua un attacco nucleofilo sul fosfato in ɣ e vengono rilasciati ADP e glucosio-6-fosfato. La reazione inversa può avvenire solo nel fegato, in condizioni di digiuno, con la glucosio-6-fosfato fosfatasi. N.B. Esistono più tipi di esochinasi, diverse per localizzazione, specificità, KM e regolazione. Esochinasi 1, esochinasi 2 ed esochinasi 3 sono presenti in tutti i tessuti, non hanno grande specificità (possono fosforilare tutti gli esosi), hanno un basso valore di KM (elevata affinità) e vengono inibite da prodotto, quindi quando c’è tanto glucosio-6-fosfato la loro attività rallenta. 8  L’esochinasi 4, invece, detta glucochinasi, è specifica per il glucosio, è presente solo nel fegato, ha un valore di KM elevato (bassa affinità) e non viene inibita da prodotto + è sensibile all’insulina. Questo permette, in condizioni di glicemia elevata, di assorbire il glucosio a livello epatico sotto forma di glucosio-6-fosfato e di destinarlo alle varie vie metaboliche (glicogenosintesi!). Il destino del glucosio-6-fosfato dipende dalle necessità del momento e dal tessuto in esame. Tutti i tessuti lo ossidano a piruvato attraverso la glicolisi (nel fegato permette di ottenere intermedi utili alla lipogenesi) o lo impiegano nella via dei pentosofosfati per ottenere ribosio e NADPH + H+. Nel fegato e nel tessuto muscolare, il glucosio-6-fosfato può essere utilizzato per formare glicogeno e solo nel fegato può essere defosforilato, per ristabilire un valore glicemico normale a partire dall’ipoglicemia. Glicolisi Con la glicolisi, a partire dal glucosio, si ottengono due molecole di piruvato, che può essere utilizzato per la fosforilazione ossidativa se siamo in condizioni aerobiche e per fermentazione alcolica e lattica (soprattutto nel globulo rosso e nel tessuto muscolare) in condizioni anaerobiche. La glicolisi avviene nel comparto citosolico delle cellule di tutti i tessuti e abbiamo due fasi: Fase preparatoria/di consumo: il glucosio viene incanalato verso l’ossidazione, consumando 2ATP. Abbiamo un totale di 5 reazioni: 1. Le esochinasi fosforilano il glucosio a glucosio-6-fosfato, trasferendo il fosfato in ɣ dall’ATP al C6. Nel fegato, questo passaggio sfrutta anche la glucochinasi. La reazione è sempre irreversibile, tranne che nel fegato, ed è un punto di controllo. 2. La fosfo esoso isomerasi isomerizza il glucosio-6-fosfato a fruttosio-6-fosfato, convertendo il glucosio da aldoso a chetoso mediante apertura dell’anello, isomerizzazione e nuova ciclizzazione. La reazione è reversibile ed è necessaria a mandare avanti la glicolisi, in quanto 9  nel passaggio successivo bisogna fosforilare nuovamente e avere dunque un OH disponibile sul C1 + l’aldolasi della quarta reazione ha bisogno di un C=O sul C2 per poter funzionare. 3. La fosfofruttochinasi 1 consuma una seconda molecola di ATP e fosforila il fruttosio-6-fosfato, sfruttando Mg2+, a fruttosio-1,6-bifosfato. La reazione è fortemente irreversibile e rappresenta il maggior punto di controllo dell’intera glicolisi. La regolazione della fosfofruttochinasi 1 avviene mediante effettori allosterici positivi e negativi, che agiscono in siti diversi da quello attivo. I modulatori negativi sono ATP (fa diminuire l’affinità dell’enzima per il substrato e aumenta dunque il valore di KM, quindi servono maggiori concentrazioni di substrato per raggiungere un valore di ½ Vmax) e citrato, molecole che indicano un elevato stato energetico, mentre i modulatori positivi sono ADP e AMP. Nel fegato, l’azione del fruttosio-2,6-bifosfato (effettore positivo) annulla l’azione dell’ATP come modulatore negativo e la glicolisi prosegue comunque, nonostante l’elevato stato energetico. Il fruttosio-2,6-bifosfato si forma a partire dal fruttosio-6-fosfato ad opera della fosfofruttochinasi 2, attiva in forma defosforilata e che possiede un dominio ad attività chinasica, un dominio ad attività fosfatasica e un dominio regolatore, che presenta una Ser fosforilabile (che risente dello stato ormonale). È un enzima bifunzionale, ha due siti attivi, ed è detto enzima tandem → in base allo stato ormonale, può agire in due modi diversi. In ipoglicemia, l’ormone in circolo è il glucagone, il quale innesca una segnalazione, che passa per guanilato ciclasi - cGMP - PKA, e culmina con la fosforilazione della fosfofruttochinasi 2 → la glicolisi rallenta. In iperglicemia, l’ormone in circolo è l’insulina, che spinge per la defosforilazione della fosfofruttochinasi 2 e per la produzione di fruttosio-2,6-bifosfato → la glicolisi accelera. Il fegato necessita della 10  fosfofruttochinasi 2 perché lì avviene la “glicolisi forzata”, che permette di ottenere intermedi utilizzabili per altre vie metaboliche tra cui la sintesi dei lipidi → dal fruttosio si ottiene il glicerolo (*). 4. L’aldolasi scinde il legame tra C3 e C4 del fruttosio-1,6-bifosfato e produce diidrossiacetone fosfato e gliceraldeide-3-fosfato. La reazione favorita sarebbe quella inversa, ma i triosi vengono utilizzati immediatamente e quindi ne servono subito di nuovi. 5. La trioso fosfato isomerasi converte il diidrossiacetone fosfato in gliceraldeide-3-fosfato. Fase ossidativa/di recupero: si ottengono 4ATP e 2 (NADH + H+), attraverso altre 5 reazioni: 6. La gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi sfrutta il NAD+ per ossidare il C1 del substrato e attaccarci un Pi, quindi l’energia dell’ossidazione viene conservata nel legame fosfoanidridico che ha portato alla formazione dell’1,3-bifosfoglicerato. La reazione avviene mediante una Cys, che attira il NAD+, fa un attacco sul C1 della gliceraldeide e forma un tioemiacetale intermedio, che verrà ossidato dal NAD+ a tioestere intermedio. A questo punto, con una fosforolisi, viene rilasciato l’1,3-bifosfoglicerato → può effettuare fosforilazione a livello del substrato. 11 7. La fosfoglicerato chinasi effettua una fosforilazione a livello del substrato, quindi trasferisce il fosfato sul C1 dell’1,3-bifosfoglicerato sull’ADP (otteniamo 2ATP, perché per ogni molecola di fruttosio-6-fosfato ne otteniamo due di gliceraldeide-3-fosfato e due di 1,3-bifosfoglicerato) e forma 3-fosfoglicerato e ATP. 8. La fosfoglicerato mutasi non sposta il fosfato dal C3 al C2, ma utilizza un pull di 2,3-fosfoglicerato presente nella cellula per ottenere il 2-fosfoglicerato. Il fosfato in C3 del 2,3-bifosfoglicerato viene trasferito su una His dell’enzima, cosa che porta alla formazione di 2-fosfoglicerato e di un fosfoenzima. A questo punto, il fosfato legato a His viene trasferito al C2 del 3-fosfoglicerato e si riottiene il “pull” di 2,3-bifosfoglicerato. 9. L’enolasi deidrata il 2-fosfoglicerato e forma il fosfoenolpiruvato, composto con elevato potenziale di trasferimento del gruppo fosfato. 12 10. La piruvato chinasi effettua una fosforilazione a livello del substrato e trasferisce il fosfato del fosfoenolpiruvato all’ADP, formando piruvato e ATP. La glicolisi viene regolata a livello delle tre tappe irreversibili, quindi esochinasi, fosfofruttochinasi 1 e piruvato chinasi. Le esochinasi vengono inibite da prodotto, quindi da glucosio-6-fosfato (NON LA GLUCOCHINASI, perché l’insulina ne stimola la sintesi), la fosfofruttochinasi 1 viene inibita da ATP e citrato (*), la piruvato chinasi viene inibita da ATP e acetil-CoA (inibizione da prodotto, perché dal piruvato si ottiene acetil-CoA) + nel fegato è regolata dalla (de)fosforilazione. N.B. La resa netta della glicolisi è di 2ATP + 2 (NADH + H+). La glicolisi è attiva su tutti i tessuti, ma ci sono delle distinzioni da fare. Nei globuli rossi, ad esempio, rappresenta l’unico stratagemma per poter produrre ATP, in quanto sono cellule che non possiedono mitocondri, mentre nel tessuto muscolare è fondamentale per sopportare un elevato esercizio fisico. Nel tessuto adiposo e nel fegato, oltre a fornire ATP, fornisce molecole utili a sintetizzare lipidi, e rappresenta il modo di nutrirsi esclusivo del cervello. In condizioni aerobiche e anaerobiche, il piruvato può andare verso vie metaboliche diverse. Anaereobiosi - fermentazione La fermentazione è un modo per ripristinare il NAD+. La fermentazione alcolica riguarda i lieviti e consiste in una decarbossilazione del piruvato ad acetaldeide e in una riduzione dell’acetaldeide ad etanolo, con ricostituzione del NAD+, mentre la fermentazione lattica consiste in una riduzione del piruvato a lattato mediante gli equivalenti del NADH + H+. Tutto ciò avviene a opera della lattato deidrogenasi e avviene soprattutto nei globuli rossi, dove il piruvato non può essere ossidato a livello mitocondriale (chi ha il pane non ha i denti). Per ogni molecola di glucosio, si ottengono due molecole di piruvato, 2ATP e 2 (NADH + H+), quindi la fermentazione porta a due molecole di etanolo/lattato e 2NAD+ Aerobiosi - ossidazione ad acetil-CoA Il piruvato entra nei mitocondri attraverso un trasportatore specifico e viene convertito in acetil-CoA dal complesso della piruvato deidrogenasi, che effettua una decarbossilazione ossidativa a livello della membrana mitocondriale interna. I suoi equivalenti vengono trasferiti al NAD+ e si ottengono CO2, NADH + H+ e acetil-CoA. Alla reazione partecipano, oltre al NAD+, il TTP, il lipoato, il CoA e il 13  FAD, e ognuno dei tre enzimi che compongono il complesso sfrutta un coenzima. E1 (piruvato deidrogenasi) sfrutta il TTP per decarbossilare il piruvato, il quale verrà ossidato e trasferito sul lipoato, legato ad E2 (diidrolipoil transacetilasi). Ora il CoA accetta su di sé l’acetile e il FAD va a riossidare E3. 1. Il TTP (tiamina pirofosfato, su E1. Parte reattiva = nucleo tiazolico) fa attacco nucleofilo sul C=O del piruvato, parzialmente carico positivamente, e si forma un idrossietile intermedio. Gli elettroni, delocalizzati dall’N del TTP, rende labile il legame del piruvato col COOH e questo si stacca come CO2. A questo punto, il piruvato ha lo stesso grado di ossidazione dell’acetaldeide. 2. Il lipoato (E2) si riduce e accetta su di sé l’idrossietile, che viene precedentemente ossidato da E1 e deve dunque conservare l’energia nel legame tioestere con il lipoato. 3. Il CoA sostituisce il suo legame tioestere a quello tra lipoato e idrossietile → acetil-CoA 4. Il FAD (E3) riossida il lipoato e accetta su di sé gli equivalenti riducenti. 5. Il FADH2 trasferisce i suoi equivalenti al NAD+, non legato covalentemente a nessun enzima e che si trasforma in NADH + H+. La reazione è irreversibile e, di conseguenza, non si potrà mai ottenere piruvato (e poi glucosio) a partire dall’acetil-CoA. La piruvato deidrogenasi è attiva in forma defosforilata, quando in circolo c’è l’insulina. Viceversa, l’enzima è inattivo quando in circolo c’è il glucagone. La chinasi deputata alla fosforilazione è inoltre attivata (e inattiva la piruvato deidrogenasi) da ATP, acetil-CoA e NADH, mentre viene inattivata (e attiva la piruvato deidrogenasi) da ADP, piruvato e NAD+. N.B. In presenza di ossigeno, l’acetil-CoA viene trasformato in CO2, si producono enzimi ridotti e ha luogo la fosforilazione ossidativa. Il NADH + H+ non può attraversare la membrana mitocondriale, quindi servono dei sistemi navetta/shuttle che facciano da intermediari: Shuttle del glicerolo-3-fosfato: nel citosol, la glicerolo-3-fosfato deidrogenasi citoplasmatica trasferisce gli equivalenti dal NADH + H+ al C=O del diidrossiacetone fosfato, che si riduce a glicerolo-3-fosfato. Questo attraversa la membrana mitocondriale e si ripristina il NAD+ a livello 14  citosolico, così che la glicolisi possa ripartire. La glicerolo-3-fosfato deidrogenasi mitocondriale riossida poi il glicerolo-3-fosfato a diidrossiacetone fosfato e questo torna nel citosol, con i suoi equivalenti trasferiti al FAD → FADH2. L’enzima mitocondriale è indotto dagli ormoni tiroidei e il risultato sono 1,5 ATP, quindi questo è lo shuttle meno efficiente. Shuttle malato-aspartato: la malato deidrogenasi citosolica sfrutta gli equivalenti del NADH + H+ per ridurre l’ossalacetato a malato, questo entra nel mitocondrio e becca la malato deidrogenasi mitocondriale. L’enzima riossida il malato a ossalacetato e trasferisce gli equivalenti al NAD+, che si riduce a NADH + H+; il risultato, dato che qua si sfrutta il NAD+, sono 2,5 ATP. L’ossalacetato non può tornare nel citosol, quindi avviene una transaminazione che lo trasforma in aspartato. Ora l’aspartato passa nel citosol e una seconda transaminazione rigenera l’ossalacetato. Nel citosol e nei mitocondri abbiamo gli stessi enzimi, nelle loro isoforme, e abbiamo metaboliti che possono attraversare la membrana e altri che non possono. Il primo shuttle ha una minor resa energetica e può trasferire gli equivalenti in una sola direzione, mentre il secondo (abbondantissimo nel fegato) ha una resa energetica maggiore e avviene in maniera bidirezionale, al fine di poter effettuare la gluconeogenesi. Bilancio energetico In condizioni anaerobiche, la resa energetica netta è di 2ATP, mentre in condizioni aerobiche riusciamo a ottenere 2ATP dalla glicolisi, 25ATP dall’ossidazione del piruvato a CO2 nel ciclo di Krebs (5 arrivano dal NADH + H+ prodotto dalla piruvato deidrogenasi, 20 arrivano dall’ossidazione dell’acetil-CoA + 2GTP) e 3-5 ATP dall’ossidazione del NADH + H+, in base agli shuttle che si utilizzano per trasportare gli equivalenti. Il risultato dell’ossidazione aerobica sono 30-32ATP. La glicolisi può essere stimolata anche da altri monosaccaridi, il fruttosio e il galattosio, dai quali si ottiene sempre e comunque glucosio-6-fosfato. Questi monosaccaridi vanno introdotti con la dieta mediante gli alimenti contenenti il saccarosio (saccarasi scinde in glucosio + fruttosio) e il lattosio (lattasi glucosio + galattosio). Il galattosio viene assorbito dagli enterociti tramite SGLUT-1, come il glucosio, e viene poi riversato nel flusso ematico con GLUT-2. Il fruttosio viene invece assorbito tramite il GLUT-5, ma viene sempre riversato nel flusso con GLUT-2 e può essere trasformato in fruttosio-6-fosfato nel muscolo e in triosi fosforilati nel fegato. 15  Metabolismo del fruttosio Fruttosio = chetoso esoso, fosforilato dalla esochinasi a livello del muscolo scheletrico → entra meno glucosio, quindi le esochinasi utilizzano il fruttosio (sono poco specifiche). Si ottiene quindi fruttosio-6-fosfato, che entra direttamente nella glicolisi. Nel tessuto epatico esiste la fruttochinasi, chinasi specifica per il fruttosio, che lo fosforila a fruttosio-1-fosfato. Il fegato possiede però anche un’aldolasi, l’aldolasi B, che scinde il fruttosio-1-fosfato in due triosi → diidrossiacetone fosfato e gliceraldeide. Il diidrossiacetone fosfato viene isomerizzato a gliceraldeide-3-fosfato, mentre la gliceraldeide becca la gliceraldeide chinasi e viene fosforilata a gliceraldeide-3-fosfato. La gliceraldeide può però essere anche ridotta a glicerolo dalla NAD+ deidrogenasi e successivamente fosforilata a glicerolo-3-fosfato → il glicerolo-3-fosfato può servire da scheletro carbonioso per sintetizzare i trigliceridi. N.B. Nel fegato, il metabolismo del fruttosio skippa brutalmente la fase catalizzata dalla fosfofruttochinasi 1, uno dei punti di controllo fondamentali, quindi si produce ATP tipo tantissimo. Il fruttosio viene inoltre utilizzato dagli spermatozoi per ottenere l’energia necessaria al movimento, quindi viene indirizzato alle vescicole seminali e convertito a glucosio. 1. Fruttosio + NADPH + H+ → Sorbitolo 2. Sorbitolo + NADPH + H+ → Glucosio Metabolismo del galattosio Il galattosio è l’epimero in C4 del glucosio e può essere convertito in glucosio, ma può anche accadere la reazione opposta. Nei neonati, il galattosio assunto mediante il latte materno assicura la disponibilità di un ottimo combustibile metabolico, mentre nell’adulto si può sintetizzare galattosio a partire dal glucosio → importantissimo per la madre durante l’allattamento, ma in generale per chiunque ne necessiti per sintetizzare glicolipidi e glicoproteine. 16 1. La galattochinasi utilizza ATP e Mg++ per fosforilare il galattosio sul C1, formando galattosio-1-fosfato e ADP. La fosforilazione permette di ottenere UDP-galattosio. 2. La galattosio-1-fosfato uridiltransferasi trasferisce l’uridina di un UDP-glucosio (forma attivata del glucosio, con un’UDP sul C1) sul galattosio, ottenendo UDP-galattosio e glucosio-1-fosfato. Questo glucosio viene poi isomerizzato a glucosio-6-fosfato, per essere mandato in glicolisi. 3. La galattowaldenasi, un’epimerasi, sfrutta il NAD+ per ossidare il C4 → UDP-chetoglucosio. 4. Sempre la galattowaldenasi riprende gli equivalenti dal NADH + H+ e riduce il C4, ottenendo una conformazione α e quindi UDP-glucosio → substrato della uridiltransferasi. Assicura un substrato per la seconda reazione, così che il glucosio-6-fosfato ottenuto dal glucosio-1-fosfato possa entrare in glicolisi. 17  N.B. La mancanza congenita di galattochinasi e galattosio-1-fosfato uridiltransferasi porta a galattosemia, responsabile di ritardo mentale, cataratta e danno epatico. Il galattosio può anche essere ottenuto a partire dal glucosio, soprattutto negli adulti. Nella ghiandola mammaria, infatti, la reazione catalizzata dalla galattowaldenasi è reversibile. 1. La galattowaldenasi ossida il C4 dell’UDP-glucosio e lo riduce nuovamente, formando UDP-galattosio. 2. La galattosil-trasferasi o lattosio sintasi fa sì che l’UDP-galattosio possa subire un attacco nucleofilo sul C1 da parte di un glucosio, con uscita di UDP. Si forma così il lattosio. La galattosil-trasferasi è presente in tutti i tessuti, ma l’interazione con la lattoalbumina (una proteina indotta dalla prolattina) le consente una specificità di reazione tale da far sì che, nella ghiandola mammaria, l’enzima produca lattosio → lattosio-sintasi. 18  Gluconeogenesi La gluconeogenesi è una via metabolica esclusivamente epatica, in quanto il fegato sintetizza il glucosio a partire da piruvato derivante da molecole non glucidiche in condizioni di ipoglicemia. Fatta eccezione delle tappe irreversibili, è la reazione inversa della glicolisi. N.B. Da due molecole di piruvato se ne ottiene una di glucosio. 1. La piruvato carbossilasi (enzima mitocondriale), sfruttando una molecola di ATP, una molecola di CO2 e il coenzima biotina, carbossila il piruvato ad ossalacetato. È la principale reazione anaplerotica della glicolisi (vedi sopra). L’ossalacetato esce ora dal mitocondrio sotto forma di malato, sfruttando il NAD+ ridotto a NADH + H+ per trasportare gli equivalenti (vedi shuttle), e la fosfoenolpiruvato carbossichinasi (enzima citosolico) decarbossila e fosforila poi il malato (riconvertito in ossalacetato) a fosfoenolpiruvato → formazione del legame enolfosforico sul C2 facilitata dall’espulsione di CO2. L’anione enolato che viene a formarsi attacca il fosfato di un GTP ed esce il GDP. Esiste tuttavia un enzima in grado di sintetizzare il fosfoenolpiruvato, a partire da acido lattico, all’interno del mitocondrio. Vedi sbobine. Seguono ora 6 tappe comuni alla glicolisi. 2. L’enolasi addiziona H2O al fosfoenolpiruvato, formando 2-fosfoglicerato. 3. La fosfoglicerato mutasi converte il 2-fosfoglicerato in 3-fosfoglicerato, sfruttando il famoso pull di 2,3-bifosfoglicerato. 4. La fosfoglicerato chinasi trasferisce un fosfato dall’ATP al 3-fosfoglicerato, formando 1,3-bifosfoglicerato e ADP. 5. La gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi riduce l’1,3-bifosfoglicerato a gliceraldeide-3-fosfato, sfruttando il NADH + H+. Durante la reazione, viene liberato un Pi. 6. La triosofosfato isomerasi converte parte della gliceraldeide-3-fosfato in diidrossiacetone fosfato. 7. L’aldolasi condensa gliceraldeide-3-fosfato e diidrossiacetone fosfato in fruttosio-1,6,-bifosfato. Seguono ora tappe non comuni alla glicolisi. 8. La fruttosio-1,6 bifosfatasi idrolizza il legame fosfoesterico del C1 e restituisce fruttosio-6-fosfato. 19 9. Un’isomerasi isomerizza il fruttosio-6-fosfato in glucosio-6-fosfato. 10. La glucosio-6 fosfatasi, presente esclusivamente nel RE degli epatociti, idrolizza il legame col fosfato sul C6 e trasforma il glucosio-6-fosfato in glucosio + Pi. Il GLUT-2 riversa poi il glucosio nel flusso ematico. La gluconeogenesi può partire da lattato, amminoacidi glucogenici e glicerolo. Il lattato si forma in tutti i tessuti dove avviene la glicolisi anaerobia (globuli rossi, muscoli, retina) ed entra nella gluconeogenesi dopo essere stato ossidato a piruvato ed essere entrato nei mitocondri. Per ciò che concerne gli amminoacidi, quando l’alanina può essere utilizzata per ottenere piruvato perde il gruppo amminico tramite transaminazione, ma ad esempio anche l’aspartato può fare transaminazione dare ossalacetato per contribuire comunque alla gluconeogenesi. Prolina, ornitina, istidina e glutammato danno α-chetoglutarato, treonina, isoleucina, valina e metionina danno il succinato, il glicerolo (prodotto a opera del glucagone) arriva al fegato e dà α-glicerofosfato, uno dei trioso fosfati utili alla sintesi di glucosio. Il fatto che il fegato possa usare il lattato prodotto dai muscoli è un esempio di integrazione metabolica: il muscolo produce lattato, questo entra in circolo, arriva al fegato e questo produce glucosio → rifornimento di energia al muscolo che aveva prodotto il lattato. In questo caso si parla di ciclo di Cori, ma esistono anche altri cicli → ciclo glucosio-alanina. L’alanina deriva dalle proteine muscolari e da tutti gli amminoacidi in grado di transaminare sul piruvato. Questo fa da alfa-chetoacido accettore degli amminoacidi e forma alanina, che può essere utilizzata dal fegato per ottenere piruvato e poi glucosio. La gluconeogenesi viene regolata da: Rapporto ATP/AMP → se il rapporto è basso (si ha poca ATP) si attiva la glicolisi, se il rapporto è alto (si ha tanta ATP) si attiva la gluconeogenesi. 20  Acetil-CoA → indica intenso catabolismo lipidico e attiva la piruvato carbossilasi, innescando la gluconeogenesi. Lattato → dalla sua ossidazione si ottiene NADH + H+, utilizzato nella gluconeogenesi. Insulina e cortisolo → ormoni iperglicemizzanti che reprimono la gluconeogenesi Quando abbiamo un’elevata concentrazione di glucosio, viene promossa la glicolisi e la gluconeogenesi sarà inibita → il fegato estrae dal flusso il glucosio mediante la glucochinasi (KM elevata, non inibita da prodotto, indotta dall’insulina) e abbassa la glicemia. Quando la glicemia è bassa, la glucochinasi interagisce con una proteina che la sottrae alla disponibilità a livello citosolico; quando la glicemia sale di nuovo, il glucosio dissocia la proteina regolatrice et voilà. Sempre quando la glicemia è bassa, il glucagone induce l’espressione della glucosio-6-fosfato fosfatasi, andando a interagire col recettore, con la PKA e col fattore di trascrizione. Il glucosio-6-fosfato torna a essere glucosio e viene riversato dal fegato nel circolo. La regolazione coordinata si ha a livello della reazione che fosforila il fruttosio-6-fosfato a fruttosio-1,6-bifosfato e viceversa. La fosfofruttochinasi 1 è regolata da fattori allosterici e viene quindi inibita da citrato e stimolata da ADP e AMP → ADP e AMP attivano la fosfofruttochinasi 1 e inibiscono la fruttosio-1,6-bifosfatasi, ma nel fegato c’è il fruttosio-2,6-bifosfato (prodotto dalla fosfofruttochinasi 2 defosforilata a opera dell’insulina) che se ne fotte di tutto e fa sì che la fosfofruttochinasi 1 continui a lavorare e che la glicolisi proceda. Se deve avvenire la gluconeogenesi, e quindi si ha il glucagone, la fosfofruttochinasi 2 è fosforilata e ciaone, niente fruttosio-2,6-bifosfato. Vedi appunti di quando avevi la testa collegata. La regolazione coordinata si ha anche a livello della piruvato chinasi, che in bassa glicemia è fosforilata e inattiva. Il fosfoenolpiruvato non viene quindi convertito in piruvato, ma viene utilizzato per la gluconeogenesi. Insulina → viene secreta dal pancreas in iperglicemia e la fa abbassare, inducendo gli enzimi della glicolisi e inibendo la produzione di quelli della gluconeogenesi. Vengono indotte la glucochinasi, la 21  fosfofruttochinasi 1 e la piruvato chinasi (quelli delle reazioni irreversibili), e parallelamente reprime la fosfoenolpiruvato carbossichinasi e la glucosio-6-fosfatasi. Il glucagone fa il contrario. La gluconeogenesi è un processo endoergonico, quindi per convertire 2 piruvato in glucosio bisogna consumare 4ATP e 2GTP. 2ATP vengono usate per carbossilare il piruvato ad ossalacetato (prima tappa) e 2GTP vengono usate per convertire l’ossalacetato in fosfoenolpiruvato. Altre 2ATP vengono usate per convertire il 3-fosfoglicerato in 1,3-bifosfoglicerato. Questa via viene indotta dalla β-ossidazione degli acidi grassi, in particolare dalla conseguente produzione di ATP, NADH + H+ e acetil-CoA. L’ossalacetato può inoltre essere usato nel ciclo di Krebs per produrre citrato, inibitore allosterico della fosfofruttochinasi 1. Via dei pentoso fosfati Attraverso questa via metabolica si ottengono ribosio-5-fosfato (partenza per sintetizzare i nucleotidi) e NADPH + H+ (fondamentale per neutralizzare i ROS e sintetizzare grassi e colesterolo). Avviene in tutti i tessuti dove sono attivi i processi di biosintesi riduttiva, nel compartimento citosolico delle cellule, e non è volta a produrre ATP. Questi tessuti sono il tessuto adiposo, la ghiandola mammaria, le cellule in proliferazione, midollo osseo, pelle, cellule sottoposte a stress ossidativo (eritrociti, cristallino, cornea) → via dei pentoso fosfati e glicolisi sono interconnesse. Fase ossidativa → 3 reazioni irreversibili che ossidano e decarbossilano il glucosio-6-fosfato a ribulosio-5-fosfato e NADPH + H+. 1. La glucosio-6-fosfato deidrogenasi catalizza l’ossidazione del glucosio-6-fosfato (C1) a 6-fosfogluconolattone, riducendo il NADP+ a NADPH + H+. La reazione è reversibile, ma è comunque un punto di controllo → reazione controllata dal rapporto (NADPH + H+)/NADP+. 22  2. La 6-fosfogluconato lattonasi sfrutta una molecola di H2O e apre l’anello del 6-fosfogluconolattone, restituendo acido 6-fosfogluconico. Otteniamo un acido carbossilico perché prima abbiamo ossidato il glucosio, che avrebbe restituito un gruppo aldeidico anziché quello carbossilico. Punto di controllo → “limita” la reversibilità della reazione precedente. 3. La 6-fosfogluconato deidrogenasi ossida l’acido 6-fosfogluconico sul C3, riducendo il NADP+ a NADPH + H+ e un α-chetoacido intermedio. Questo viene ora decarbossilato, grazie alla delocalizzazione degli elettroni sul C2, e si ottengono ribulosio-5-fosfato e CO2. Fase di interconversione → reazioni reversibili e non ossidative. 4. La ribulosio-5-fosfato isomerasi restituisce l’aldoso corrispondente al ribulosio-5-fosfato, ossia il ribosio-5-fosfato. Alternativamente, la ribulosio-5-fosfato epimerasi può cambiare la configurazione dell’OH sul C3 e restituire lo xilulosio-5-fosfato. Se siamo in cellule che hanno bisogno di pentosi per sintetizzare un acido nucleico si attiva la ribulosio-5-fosfato isomerasi, se invece servono intermedi glicolitici viene prodotta una maggioranza di xilulosio-5-fosfato (rapporto 1:2, vengono prodotte una molecola di ribosio-5-fosfato e due di xilulosio-5-fosfato). 23 N.B. Le transchetolasi trasferiscono frammenti bicarboniosi, le transaldolasi trasferiscono frammenti tricarboniosi. A prescindere dalle dimensioni dei frammenti, queste verranno sempre trasferite da un chetoso a un aldoso. 5. Una transchetolasi trasferisce C1 e C2 dello xilulosio-5-fosfato sul ribosio-5-fosfato, restituendo gliceraldeide-3-fosfato e sedoeptulosio-7-fosfato. L’enzima sfrutta il TTP, accettando il frammento bicarbonioso sul C2 del suo anello tiazolico (perde l’H acido e fa attacco nucleofilo sul C=O dello xilulosio-5-fosfato). NON DOBBIAMO SAPERE IL MECCANISMO. 6. Una transaldolasi trasferisce C1, C2 e C3 del sedoeptulosio-7-fosfato sulla gliceraldeide-3-fosfato, restituendo eritrosio-4-fosfato e fruttosio-6-fosfato. Questa volta, non vengono utilizzati coenzimi, ma viene sfruttata una Lys presente nel sito attivo dell’enzima per formare una base di Schiff e portare avanti la reazione → ALL’ESAME CHIEDONO QUALE ENZIMA USA IL TTP. Il fruttosio-6-fosfato può ora entrare in glicolisi. 24 7. Una seconda transchetolasi, sempre col TTP, trasferisce C1 e C2 della seconda molecola di xilulosio-5-fosfato all’eritrosio-4-fosfato (ottenuto nella reazione precedente) e restituisce nuovamente gliceraldeide-3-fosfato e fruttosio-6-fosfato → entrano in glicolisi. La via dei pentoso fosfati viene anche definita la via ossidativa diretta del glucosio, in quanto permette di liberare CO2 senza passare dal ciclo di Krebs e dal complesso della piruvato deidrogenasi; partendo da 6 molecole di glucosio-6-fosfato, se ne ottengono 12 di NADPH + H+ e 6 di CO2, oltre a 2 molecole di ribosio-5-fosfato e 4 di xilulosio-5-fosfato → con tutta la via, in totale, si ottengono 5 molecole di glucosio-6-fosfato. Glucosio-6-fosfato + 12NADP+ + 6H2O → 6CO2 + 12NADPH + H+ La possibilità di ossidare direttamente il glucosio-6-fosfato è importantissima per le cellule che non possiedono mitocondri, come gli eritrociti :D. Non si avrà nessun vantaggio energetico, ma verrà prodotto NADPH + H+.. Lo scopo primario della via dei pentoso fosfati è quello di produrre NADPH + H+.ed è quindi molto attiva in tessuto adiposo, ghiandola mammaria e corticale del surrene, mentre è quasi del tutto assente nel muscolo. L’attivazione di questa via dipende sostanzialmente dal bisogno di biosintetizzare nuove molecole, mentre se serve energia si attiva la glicolisi. L’intera via è regolata dalla reazione catalizzata dalla glucosio-6-fosfato deidrogenasi, ovvero quella della prima reazione della fase ossidativa, ed è condizionata dal rapporto NADPH + H+/NADP+. La via viene inoltre attivata dal glutatione ossidato, in quanto serve un coenzima che lo riporti alla sua forma ridotta dopo che ha neutralizzato i ROS → negli eritrociti deve esserci un ambiente fortemente ossidante. L’eritrocita usa il glucosio-6-fosfato sia per la glicolisi, sia per la via dei pentoso fosfati, così da ottenere intermedi glicolitici e NADPH + H+. A che serve tutta sta roba? Nell’eritrocita si formano tantissime molecole di anione superossido, il quale viene convertito in H2O2 dalla superossido 25 deidrogenasi e poi in 2H2O dalla glutatione perossidasi. Viene quindi prodotto glutatione ossidato, che viene ridotto dalla glutatione reduttasi mediante il NADPH + H+. Deficit della glucosio-6-fosfato deidrogenasi possono portare a mancata rimozione dell’anione superossido e a conseguenti emolisi e favismo → emolisi dei globuli rossi 24-48 ore dopo l'ingestione di fave o farmaci 26  antimalarici/antipiretici/antinfiammatori, che contengono elevate concentrazioni di sostanze ossidanti. Glicogenosintesi Il glicogeno è un omopolisaccaride di riserva, costituito da tanti monomeri di glucosio legati da ponti α - 1 → 4 e α - 1 → 6 (sia lineare, sia ramificato). La molecola risulta molto compatta e si deposita sotto forma di granuli. Nel fegato, il glicogeno rappresenta il 10% del peso e un’importante riserva di glucosio per le condizioni di ipoglicemia. Nel muscolo, invece, il glicogeno rappresenta l’1-2% del peso e una riserva di energia utile alla contrazione. Nella molecola, inoltre, si hanno tantissime molecole non riducenti e solo una riducente, che in vivo è legata alla glicogenina (37kDa) mediante un residuo di Tyr. Per la sintesi del glicogeno, che avviene in condizioni di iperglicemia, servono 1) la magica glicogenina, 2) UDP-glucosio, 3) glicogeno sintasi per formare i legami α - 1 → 4, 4) enzima ramificante per formare i legami α - 1 → 6. glicogeno + UDP-glucosio → glicogeno (+1) + UDP N.B. Il glicogeno non viene mai sintetizzato ex novo, semplicemente vengono addizionate molecole di glucosio grazie all’azione della glicogenina. 1. La fosfoglucomutasi isomerizza il glucosio-6-fosfato a glucosio-1-fosfato (reazione reversibile), mediante un residuo di Ser fosforilabile che possiede nel sito attivo → utilizza un pull di glucosio-1,6-bifosfato: il glucosio-6-P accetta sul C1 il fosfato dalla serina, fosforilata a partire dal pull di glucosio-1,6-bifosfato, poi il fosfato sul C6 viene accettato dalla serina ed esce il prodotto. 2. La glucosio-1-fosfato uridil trasferasi trasferisce UDP da una molecola di UTP al glucosio-1-fosfato, restituendo UDP-glucosio e gruppo pirofosfato libero (reazione irreversibile). 27 3. La glicogeno sintasi fa sì che il gruppo alcolico sul C4 di una delle estremità non riducenti del glicogeno faccia un attacco sull’UDP-glucosio, con liberazione dell’UDP e la formazione di un nuovo legame α - 1 → 4. Questo può avvenire su tutte le estremità non riducenti della molecola di glicogeno, cosa che accelera notevolmente il processo. Il problema è che la glicogeno sintasi non può creare legami α - 1 → 6. 4. L’enzima ramificante trasferisce frammenti di pochi residui sul C6 di un’altra molecola di glucosio, creando legami α - 1 → 6 e dando forma a una ramificazione. Le ramificazioni permettono di aumentare la solubilità della molecola e formare molte estremità non riducenti, così da favorire sia l’azione della glicogeno sintasi sia quella della glicogeno fosforilasi. Per ogni molecola di glucosio aggiunta, viene consumata una molecola di ATP → bisogna fosforilare l’UDP liberata dopo l’attacco dell’UDP-glucosio al glicogeno ad UTP, con liberazione di ADP. Questo serve per formare eventuali nuove molecole di UDP-glucosio. La glicogeno sintasi è un tetramero, che viene regolato allostericamente e tramite modificazioni covalenti. È attiva in forma defosforilata, come tutti gli enzimi che si lavorano quando c’è l’insulina in circolo, mentre è inattiva quando è fosforilata e sta circolando il glucagone. La fosforilazione è mediata dalla glicogeno sintasi chinasi, che è a sua volta attiva in forma defosforilata. Quando c’è 28  l’insulina, la glicogeno sintasi chinasi è fosforilata dalla PKB e non attiva, quindi non viene fosforilata la glicogeno sintasi e questa può sintetizzare glicogeno. Vedi biochimica I, segnalazione cellulare. Nel muscolo, la PKB indotta dall’insulina facilita anche l’esternalizzazione dei GLUT-4 sul sarcolemma e consente l’ingresso di glucosio nella fibrocellula. Nel fegato , la glicogeno sintasi risente anche della concentrazione di glucosio-6-fosfato, quindi può essere attivata anche quando la concentrazione dello zucchero aumenta → doppia regolazione, il fegato risponde sia a sollecitazione ormonale sia a disponibilità di glucosio-6-fosfato. Glicogenolisi La glicogenolisi avviene in condizioni di ipoglicemia, quando il fegato deve attingere al deposito di glicogeno per liberare glucosio in circolo. Se l’ipoglicemia persiste per tanto tempo, la glicogenolisi viene sostituita dalla gluconeogenesi. Nel muscolo, la glicogenolisi serve quando è richiesta ATP. 1. La glicogeno fosforilasi effettua una fosforolisi, quindi entra Pi, viene scisso il legame α - 1 → 4 di un’estremità non riducente e si restituisce glucosio-1-fosfato. In questo modo, parte dell’energia del legame glicosidico viene conservato nel legame fosfoestereo del glucosio. La glicogeno fosforilasi non riesce a scindere i legami α - 1 → 6, quindi la sua attività si arresta a una distanza di quattro unità di glucosio dal legame. N.B. La glicogeno fosforilasi sfrutta il piridossalfosfato (qui con catalisi acido-base), che rientra anche in transaminazioni e altre reazioni. 29 2. L’enzima deramificante è bifunzionale e ha attività glucan transferasica e α - 1 → 6 glucosidasica. Per prima cosa, l’enzima sposta tre residui di glucosio su un’altra catena, così che possano fare da nuovo substrato alla glicogeno fosforilasi, poi idrolizza il legame α - 1 → 6 e libera una nuova unità. Il glicogeno non viene mai completamente degradato, in quando glicogeno fosforilasi ed enzima deramificante si arrestano per assicurare la presenza di una piccola molecola di glicogeno che possa accettare nuove molecole con la glicogenosintesi. Per un 90% otteniamo glucosio-1-fosfato, per un 10% otteniamo glucosio libero. 3. La fosfoglucomutasi trasforma il glucosio-1-fosfato in glucosio-6-fosfato, che viene usato per sintetizzare ATP nel muscolo e per ottenere glucosio libero nel fegato (a opera della glucosio-6-fosfatasi). Il glucagone aumenta l’espressione del gene che codifica per la glucosio-6-fosfatasi, così che si possa ottenere glucosio e alzare la glicemia. La glicogeno fosforilasi (sia epatica che muscolare) è attiva quando è fosforilata, quando l’enzima in circolo è il glucagone, viceversa viene defosforilata quando a circolare è l’insulina. Le due glicogeno fosforilasi rispondono, però, ad altri effettori allosterici, caratteristici del tessuto in cui si trova l’enzima in esame. La glicogeno fosforilasi muscolare dipende dal rapporto ATP/ADP e dalla concentrazione di Ca++ e viene attivata da una chinasi, attivata a sua volta dal cAMP prodotto in seguito all’interazione con l’adrenalina. La chinasi viene modulata positivamente anche da AMP e Ca++ → se c’è tanto AMP significa che c’è bisogno di ATP, quindi si attiva la chinasi che fosforila la glicogeno fosforilasi. Nel fegato , invece, lo stimolo del glucagone fa aumentare il cAMP, si attiva la PKA e questa fosforila la glicogeno fosforilasi epatica. Quando si hanno elevati livelli di glucosio questo si legherà alla glicogeno fosforilasi attiva e le fa cambiare forma → vengono esposte le Ser fosforilate e viene facilitata l’azione dell’insulina, che sfrutta una fosfatasi per defosforilare la glicogeno fosforilasi e inattivarla. Anche in questo caso, si può parlare di regolazione coordinata → le attività di glicogeno sintasi e glicogeno fosforilasi dipendono dalla fosforilazione o meno degli enzimi stessi ed è la stessa chinasi che li regola. Esempio: siamo nel fegato e in ipoglicemia, quindi abbiamo il glucagone in circolo e bisogna attivare la glicogeno fosforilasi. La chinasi fosforila un’altra chinasi, che fosforila 30 e attiva la glicogeno fosforilasi e dà inizio alla demolizione del glicogeno, mentre la chinasi iniziale andrà a fosforilare e inattivare la glicogeno sintasi. Il glucagone induce inoltre la glucosio-6-fosfatasi, che defosforila il glucosio-6-fosfato a glucosio. Viceversa con l’insulina. Altro esempio: abbiamo fatto un pasto glucidico, quindi siamo in iperglicemia e abbiamo l’insulina in circolo. Viene aumentata la quantità di glucochinasi e il glucosio introdotto viene convertito in glucosio-6-fosfato. Il glucosio-6-fosfato viene ora usato per la glicolisi, ma se è tanto va in glicogenosintesi. N.B. Nel fegato si ha anche la glicolisi forzata, il cui scopo è quello di ottenere intermedi utili alla sintesi di trigliceridi → diidrossiacetone fosfato, convertito a glicerolo-3-fosfato e a cui si attaccano (con esterificazione) gli acidi grassi ottenuti da acetil-CoA di origine glucidica. Le VLDL trasportano poi i trigliceridi ottenuti al tessuto adiposo. 31 METABOLISMO DEI LIPIDI I lipidi sono molecole insolubili in acqua e rappresentano i principali costituenti delle membrane biologiche, ma sono anche una riserva di energia (a parità di massa, un lipide dà più energia del glucosio, ma quest’ultimo si ossida più velocemente), precursori di ormoni steroidei e vitamine, isolanti termici ed elettrici e trasduttori della segnalazione cellulare (ex. fosfatidilinositolo trifosfato). I lipidi di riserva sono neutri, mentre quelli che costituiscono le membrane sono polari. I lipidi neutri sono sostanzialmente i trigliceridi (glicerolo che lega 3 acidi grassi esterificati) e quelli polari sono fosfolipidi (glicerofosfolipidi e fosfosfingolipidi) e glicolipidi → a prescindere dal tipo di molecola, tutti i lipidi contengono acidi grassi, acidi carbossilici con 4 ≤ C ≤ 36 → tanto maggiore è la lunghezza della catena, tanto minore è la sua solubilità in acqua. Gli acidi grassi si dividono inoltre in saturi e insaturi, a seconda che possiedano doppi legami oppure no, e possiedono un basso stato di ossidazione; la conseguenza è che dal loro catabolismo, la β-ossidazione, riusciamo a ottenere tanti coenzimi ridotti e tanta ATP. Digestione Con l’alimentazione si introducono 60-150g di lipidi, di cui il 90% è costituito da trigliceridi, colesterolo e fosfolipidi, i quali possono essere esterificati con acidi grassi (anche essenziali) a corta e a lunga catena. La prima fase digestiva si ha a livello orale e gastrico, dove la lipasi linguale e la lipasi gastrica agiscono a pH acido e idrolizzano i legami esterei dei trigliceridi esterificati con acidi grassi a catena corta e media (ex. latte). Si formano acidi grassi che vengono direttamente assorbiti e trasportati dall’albumina nel flusso ematico, cosa fondamentale per i neonati e per i pazienti con fibrosi cistica (hanno insufficienza pancreatica). La digestione più importante avviene a livello duodenale, mediante l’azione combinata delle idrolasi pancreatiche e degli acidi biliari → l’intestino viene sollecitato dal chilo a produrre la colecistochinina/pancreozimina (CCK PZ), enzima che stimola la secrezione del pancreas (nei confronti di lipasi pancreatica, PLA2 e colesterolo esterasi) e della colecisti (acidi biliari). La bile consente sia di neutralizzare il pH acido in arrivo dallo stomaco (fondamentale affinché la lipasi pancreatica possa funzionare), sia di stimolare la peristalsi intestinale → facilitazione dell’assorbimento grazie all’emulsione degli acidi grassi. Gli acidi biliari vengono sintetizzati a 32 livello epatico a partire dal colesterolo e possiedono da due a tre gruppi alcolici + non hanno doppi legami e hanno una catena laterale a 5C con un COOH. N.B. Le porzioni polari sono rivolte tutte dalla stessa parte del piano, quindi gli acidi biliari possono agire con i trigliceridi con la porzione idrofobica e con il solvente con OH e COOH. Il primo enzima ad agire è la lipasi pancreatica, che, come quella linguale e quella gastrica, scinde i legami esterei che legano gli acidi grassi al glicerolo. Viene prodotta dal pancreas sotto forma di pro-lipasi e un altro enzima, la co-lipasi, lo stabilizza sul trigliceridi. A questo punto, prima scinde il legame tra il glicerolo e l’acido in C1, poi quello in C2 → per un trigliceride vengono prodotti due acidi grassi liberi e un monogliceride. Ora, la colesterolo esterasi scinde il legame tra il colesterolo e l’acido grasso con esso esterificato e la fosfolipasi A2 scinde i fosfolipidi in C2 → liberazione di un acido grasso e un lisofosfolipide (glicerolo, gruppo polare e acido grasso in C1). Procedendo dallo stomaco al digiuno, i lipidi vengono trasformati in micelle miste, ossia finissimi aggregati discoidali con i gruppi idrofobici rivolti all’interno e quelli idrofilici rivolti all’esterno. Questo è essenziale affinché le molecole possano essere assorbite a livello intestinale ed è reso possibile dagli acidi biliari (vengono espulsi con le feci in minima quantità, il resto viene riassorbito a livello epatico → circolo entero-epatico dei sali biliari). N.B. Per essere trasportati nel flusso ematico, i trigliceridi vengono associati a lipoproteina ApoB-48 (proteina che permette l’esocitosi) e danno forma ai chilomicroni nascenti, che vengono riversati prima nella linfa e poi nel sangue. Sintesi dei trigliceridi negli enterociti I lipidi assorbiti vengono riutilizzati dalle cellule intestinali per sintetizzare lipidi più complessi, in particolare trigliceridi, fosfolipidi e colesterolo esterificato. Perché questo avvenga, però, gli acidi grassi devono prima essere attivati → l’acil-CoA sintetasi utilizza acidi grassi, ATP e CoA per far fare attacco nucleofilo sul fosfato in α dell’ATP da parte del COOH del gruppo carbossilico e formare un intermedio attivato, ossia l’acido grasso associato all’AMP con un legame fosfoanidridico. A questo punto, il CoA si sostituisce al legame fosfoanidridico con un legame 33  tioestereo e forma acil-CoA, restituendo AMP libero e acido grasso attivato. Ora si può avviare la sintesi del trigliceride. 1. La monogliceride acil-CoA transferasi attacca 2-monoacilglicerolo all’acil-CoA, restituendo CoA libero e un diacilglicerolo intermedio. 2. la digliceride acil-CoA transferasi attacca il diacilglicerolo intermedio a una seconda molecola di acil-CoA, restituendo CoA libero e il trigliceride finito. Per essere trasportati, i trigliceridi vengono ora associati alla lipoproteina e formano i chilomicroni. Questi si compongono di un 90% di trigliceridi, una piccola percentuale di altre classi lipidiche e una piccola percentuale di proteine (tra cui la ApoB-48). Dopo un pasto ricco di grassi aumenta la lipemia, espressa in mg/100 mL di sangue → simile alla glicemia, ma il picco si raggiunge in 4h e si torna al plateau in 8h. Al picco, il plasma assume un aspetto lattescente. I chilomicroni rilasciati dall’enterocita non sono ancora funzionali, sono chilomicroni nascenti, quindi devono ricevere componenti da altre lipoproteine plasmatiche per poter funzionare. Queste proteine sono le HDL e cedono ai chilomicroni ApoC-II e ApoE → chilomicroni maturi, che possono attivare la lipoproteina lipasi presente nei vasi mediante l’ApoC-II (scinde i trigliceridi in acidi grassi e glicerolo). Le molecole risultanti possono ora essere utilizzate dal muscolo o essere depositate, nuovamente sotto forma di trigliceridi, nel tessuto adiposo. Ciò che rimane del chilomicrone viene distrutto a livello epatico, grazie all’interazione dell’ApoE col suo recettore. Altre lipoproteine che trasportano lipidi nel sangue sono le lipoproteine plasmatiche, costituite da una fosfolipidi, apoliproteine e lipidi. Tutti i componenti interagiscono con legami non covalenti, cosa che permette i vari scambi. Alcune apolipoproteine sono importanti per le interazioni con i recettori di membrana (ApoB-100, ApoE), altre per attivare degli enzimi come cofattori (ApoC-II, ApoA-I), altre ancora per permettere l’esocitosi (ApoB-48), e il diverso rapporto tra lipidi e proteine dà forma a 5 classi di lipoproteine plasmatiche → diverse dimensioni, densità e funzione. 34 1. Chilomicroni → tanti trigliceridi, poche proteine. Bassa densità e dimensioni grandi. Trasportano ai tessuti (soprattutto adiposo) i trigliceridi e il colesterolo di origine alimentare. Vedi sopra per il metabolismo :). 2. VLDL → tanti trigliceridi, poche proteine. Bassa densità e dimensioni grandi. Sono prodotte dal fegato e trasportano ai tessuti (soprattutto adiposo) lipidi sintetizzati a livello epatico a partire da molecole di natura glucidica. Sono simili ai chilomicroni e la loro esocitosi è mediata dalla ApoB-100, che lega i trigliceridi. Anche qui, per poter funzionare, le proteine devono interagire con le HDL → VLDL mature, provviste di ApoC-II e ApoE. Ora si attiva di nuovo la lipoproteina lipasi, come con i chilomicroni, ma i trigliceridi che vengono idrolizzati sono quelli neosintetizzati (non quelli alimentari) e vengono rilasciate le IDL. 3. IDL → densità intermedia. Derivano dalle VLDL e restano in circolo per poco tempo. Possono essere captate dal fegato e venire degradate (sempre grazie all’ApoE), ma possono anche essere convertite in LDL a livello plasmatico → ricche di colesterolo esterificato, in quanto si formano a partire da una lipasi che idrolizza i trigliceridi ma non il colesterolo. 4. LDL → derivano dalle IDL e trasportano il colesterolo necessario a produrre gli ormoni steroidei. Possiedono la ApoB-100, che interagisce con le estremità N-terminali dei suoi recettori (situati in zone della membrana ricche di clatrina) e fa sì che la LDL venga endocitata in un endosoma. Un’ATPasi acidifica ora il pH e la LDL si separa dal recettore, quindi lui viene riciclato in altre zone della membrana e lei viene degradata dagli enzimi lisosomiali. Il colesterolo esterificato all’interno della LDL può ora essere usato per sintetizzare gli ormoni steroidei. N.B. Difetti dei recettori possono determinare ipercolesterolemia. LDL = colesterolo cattivo. 5. HDL → pochi trigliceridi, tante proteine. Alta densità e dimensioni piccole. Vengono prodotte dal fegato e dall’intestino e contengono fosfolipidi, proteine e colesterolo libero. La loro funzione è quella di “fornire” ApoC-II, ApoE e ApoA-I, in grado di attivare la lecitina colesterolo acil-transferasi (LCAT) → consentono la rimozione del colesterolo in eccesso, che andrà poi al fegato. Appena prodotte, le HDL hanno forma discoidale e contengono LCAT, attivata dalla ApoA-I → si trasferisce l’acido grasso in C2 dalla lecitina stessa al colesterolo, restituendo colesterolo esterificato. Questo si deposita ora nel nucleo della lipoproteina plasmatica e può essere trasportato al fegato. N.B. HDL = colesterolo buono. 35  β-ossidazione degli acidi grassi PREMESSA: La β-ossidazione consiste nella conversione degli acidi grassi in acetil-CoA, avviene nella matrice mitocondriale e consente l’ingresso dei prodotti nel ciclo di Krebs. I trigliceridi alimentari vengono trasportati dai chilomicroni e dalle VLDL al tessuto adiposo e rappresentano una riserva di combustibile da utilizzare in ipoglicemia. In questi casi, il pancreas secerne il glucagone e questo agisce sull’adipocita, all’interno del quale i trigliceridi sono accumulati in un’unica grande goccia delimitata da perilipine. Glucagone → proteina G → cAMP → PKA → fosforilazione delle perilipine → fosforilazione della lipasi ormono sensibile → varco tra le perilipine e idrolisi dei trigliceridi in glicerolo + 3 acidi grassi. Gli acidi grassi si legano all’albumina e vengono trasportati a muscolo scheletrico, muscolo cardiaco, fegato e reni, al fine di produrre ATP. La lipasi ormono sensibile ha però prodotto anche glicerolo, che va nel fegato e fa da substrato per la gluconeogenesi. N.B. Diverse lipasi catalizzano la stessa reazione, ma in zone diverse e con prodotti diversi. I trigliceridi, per essere utilizzati, devono prima essere attivati e poi essere trasferiti ai mitocondri: 1. L’acil-CoA sintetasi crea il legame fosfoanidridico tra ATP e acido grasso, restituendo acil adenilato e PPi libero. L’SH del CoA spiazza ora l’AMP con un legame tiolico e si forma l’acido grasso attivato. N.B. esistono diversi tipi di acil-CoA sintetasi 2. Shuttle della carnitina (4-trimetilammino-3-idrossiburittato): la carnitina si sintetizza a partire da una Lys che rientra nella costituzione di una proteina. Attraverso una trimetilazione, che utilizza la SAM come donatrice di gruppi metilici, si produce una molecola che si staccherà dalla proteina e vedrà idrossilata sul Cβ, cosa che permette un’aldolazione/ossidazione e un’idrossilazione. Solo il fegato è in grado di idrossilare, sul C3, la deossicarnitina a carnitina. La carnitina acil transferasi 1, presente sulla membrana mitocondriale esterna, trasferisce l’acido grasso attivato dell’acil-CoA sull’OH in C3 della carnitina e restituisce acil-carnitina. Questa entra nella matrice mitocondriale con la carnitina acilcarnitina traslocasi, che a ogni ingresso di acil-carnitina 36  butta fuori carnitina libera → prodotta dalla carnitina acil transferasi 2, che sfrutta un pull di CoA intramitocondriale per agganciare l’acido grasso e ricostituire sia l’acil-CoA, sia la carnitina libera. A questo punto, la carnitina torna nel citosol e abbiamo sto benedetto acil-CoA nel mitocondrio. N.B. La carnitina acil transferasi 1 è inibita dal malonil-CoA, indice di elevato metabolismo glucidico → si forma dalla carbossilazione dell’acetil-CoA di origine glucidica. Il trasporto degli acili dipende anche dalla disponibilità di carnitina, che, se manca, determina l’accumulo di acidi grassi nel citosol e la sintesi di trigliceridi. TW: steatosi muscolare da deficienza di carnitina, da deficienza di carnitina acil transferasi (alterazione dei geni CPT1A e CPT2) o da deficienza di carnitina acilcarnitina traslocasi (alterazione del gene CACT). Iniziamo il catabolismo 1. L’acil-CoA deidrogenasi FAD dipendente ossida l’acido grasso attivato (di solito l’acido palmitico, legato al CoA → palmitoil-CoA) in posizione α, trasferendo gli equivalenti al FAD e portando alla formazione di un C=C tra Cα e Cβ. Il FADH2 viene riossidato e i suoi equivalenti vanno al Coenzima Q → 1,5 ATP. Il prodotto della reazione è α, β - trans - deidroacil-CoA. 2. Una idratasi addiziona H2O al C=C, attraverso una reazione stereospecifica, in modo da formare un β-idrossiacil-CoA (il Cβ ottiene un OH, ossidabile). 37 3. La β-idrossiacil-CoA deidrogenasi ossida il Cβ e trasferisce gli equivalenti al NAD+, che li trasferisce a sua volta al complesso I della catena di trasporto degli elettroni → 2,5 ATP. Si ottiene un β-chetoacil-CoA. 4. La acil-CoA acil transferasi, una tiolasi, sfrutta una Cys per aggiungere una nuova molecola di CoA e porta al distacco di acetil-CoA e miristoil-CoA (14C). Il miristoil-CoA entra ora in un altro ciclo di β-ossidazione e il tutto riparte. N.B. A ogni ciclo, l’acido grasso viene accorciato di 2C e vengono prodotti un FADH2 e un NADH + H+. Dalla β-ossidazione completa dell’acido palmitico/palmitato (7 cicli) si consumano 7FAD, 7H2O e 7NAD+ e si ottengono 8acetil-CoA, 7FADH2 e 7NADH + H+. Il risultato, che deriva da 28ATP prodotte dall’ossidazione dei coenzimi ridotti e -2ATP consumate per attivare gli acili, sono 26ATP totali. Nel ciclo di Krebs, gli 8acetil-CoA producono altre 80ATP → 106 ATP TOTALI, quasi quattro volte quelle che si ottengono con la glicolisi. Gli acidi grassi insaturi (ad esempio, l’acido oleico → oleil-CoA), con β-ossidazione, danno 1,5ATP in meno per ogni doppio legame presente nella catena. “Questo perché?” Perché sì. L’acido oleico entra nella β-ossidazione, si fanno tutta una serie di cicli e si arriva a un acile a 12C, che ha un 38  C=C cis tra Cβ e Cγ. La fregatura è che abbiamo il C=C nel posto sbagliato e nella configurazione inversa, quindi abbiamo saltato la deidrogenazione FAD dipendente e questo acido grasso non può essere substrato dell’idratasi → la ∆3-cis → 2-trans isomerasi sistema la situa e si riparte. Possono essere β-ossidati anche gli acidi grassi con un numero dispari di atomi di C, presenti in piante e alcuni organismi marini. Si ossida normalmente fino ad arrivare a un acido a 5C, poi questo entra nell’ultimo ciclo e si ottengono acetil-CoA e propionil-CoA (ottenibile anche dal catabolismo di metionina, treonina e isoleucina, ma anche con lo stesso processo che si usa per ottenere acidi biliari dal colesterolo). 1. La propionil-CoA carbossilasi carbossila il propionil-CoA a D-metilmalonil-CoA, aggiungendo CO2 (attivata a carbossifosfato) sul Cα mediante ATP e biotina. 2. La metilmalonil-CoA epimerasi trasforma il D-metilmalonil-CoA in L-metilmalonil-CoA. 3. La metilmalonil-CoA mutasi, sfruttando la vitamina B12, trasforma L-metilmalonil-CoA in succinil-CoA, intermedio del ciclo di Krebs → frammento glucogenico. “C’era un altro tipo di β-ossidazione ma l’abbiamo eliminata”. BRAVA LARAAAAAAAA La β-ossidazione è sotto controllo di insulina e glucagone. In ipoglicemia, il glucagone induce l’attivazione della lipasi ormono sensibile e all’internalizzazione degli acidi grassi nel mitocondrio attraverso lo shuttle della carnitina. La carnitina acil transferasi 1 viene però inibita dal 39  malonil-CoA, risultato della carbossilazione dell’acetil-CoA che è indice di un intenso metabolismo glucidico (c’è l’insulina in circolo). La β-ossidazione viene inoltre promossa quando i rapporti (NADH + H+)/NAD+, FADH2/FAD e ATP/ADP sono bassi. Chetogenesi In condizioni di digiuno prolungato o di diabete non trattato, il fegato utilizza gran parte dell’acetil-CoA prodotto dalla β-ossidazione per produrre i corpi chetonici, ottimi combustibili per il cervello. L’acetil-CoA non può essere completamente degradato nel ciclo di Krebs perché in queste condizioni, nel fegato, l’ossalacetato viene deviato verso la gluconeogenesi. “I grassi bruciano al fuoco degli zuccheri” → per bruciare l’acetil-CoA di derivazione lipidica, servono gli zuccheri. I corpi chetonici sono metaboliti idrosolubili degli acidi grassi, in grado di attraversare la barriera ematoencefalica. A digiuno, il 75% del fabbisogno energetico del cervello è rappresentato dai corpi chetonici. Questi corpi sono acetoacetato (β-chetoacido), acetone e D-β-idrossibutirrato (forma ridotta dell’acetoacetato) e la loro produzione avviene nei mitocondri, con una velocità pari a quella della β-ossidazione degli acidi grassi. 1. Una tiolasi compie l’inverso dell’ultima reazione della β-ossidazione, quindi sfrutta una Cys del suo sito attivo per svolgere una condensazione. Il Cβ di una molecola di acetil-CoA, dopo aver perso un H+, attacca il C=O di una seconda molecola di acetil-CoA ed escono acetoacetil-CoA e CoA. 2. Entrano H2O e una terza molecola di acetil-CoA, che fa nuovamente attacco sul C=O dell’acetoacetil-CoA. La HMG-CoA sintetasi catalizza la reazione ed escono CoA e β-idrossi-β-metilglutaril-CoA. 3. Una liasi stacca acetil-CoA dal β-idrossi-β-metilglutaril-CoA e si ottiene acetoacetato. Dall’acetoacetato si possono ottenere acetone e β-idrossibutirrato. L’acetone si ottiene con una decarbossilazione dell’acetoacetato, a opera dell’acetoacetato decarbossilasi, ed è altamente volatile, quindi viene eliminato con la respirazione e non fa da combustibile; il β-idrossibutirrato si ottiene invece riducendo l’acetoacetato, a opera della β-α-idrossibutirrato deidrogenasi e del NADH + H+. I corpi chetonici vengono sintetizzati solo dal fegato, ma vengono trasportati attraverso il sangue e utilizzati da tutti. Il corpo chetonico “preferito” è il β-idrossibutirrato, in quanto funziona anche da 40  trasportatore di equivalenti riducenti ai tessuti extraepatici, mentre l’acetoacetato deve essere attivato da una tioforasi o dall’acetoacetil-CoA sintetasi (enzimi non epatici) per poter essere utilizzato → acetoacetil-CoA. Prima opzione: l’acetoacetil-CoA sintetasi usa acetoacetato, CoA e ATP e restituisce acetoacetil-CoA, AMP e PPi Seconda opzione: la tioforasi usa succinil-CoA e acetoacetato per fare una condensazione e restituire acetoacetil-CoA. In ogni caso, a prescindere dalla via utilizzata precedentemente, una tiolasi può ora utilizzare una molecola di CoA per scindere l’acetoacetato in 2acetil-CoA. L’ossidazione dei corpi chetonici è relativamente utile per muscolo striato e cardiaco, mentre è fondamentale per il cervello. La chetogenesi è controllata dallo stato nutrizionale e dagli ormoni che rispondono alla concentrazione ematica di glucosio, come la β-ossidazione, quindi si sintetizzano corpi chetonici sotto effetto del glucagone e quanto i rapporti (NADH + H+)/NAD+, FADH2/FAD e ATP/ADP sono bassi. In questo contesto metabolico, inoltre, sebbene l’intensa lipolisi mandi il glicerolo al fegato, questo viene spedito in glicolisi. Se la produzione di corpi chetonici va troppo avanti, si arriva alla chetosi. In condizioni fisiologiche, la chetonemia è di 0,3-2 mg/100 mL di sangue, ma in condizioni di digiuno prolungato e/o di diabete non trattato di può ul arrivare anche a 70 mg/100 mL. Se i corpi chetonici non vengono eliminati con l’urina (chetonuria), il pH del sangue diventa più acido e si ricade in chetoacidosi, con rischio di coma. Si parte con astenia, malessere e sete eccessiva, poi insorge il vomito, l’alito sa di acetone e ci si disidrata. No, Luca, il digiuno intermittente non fa bene. “Prof, ha un fac simile delle domande che ci saranno all’esonero?”. “Eeeeeh… io ce l’ho”. 41  Lipogenesi Quando si ha un eccesso di glucidi, che non possono più essere accumulati, questi vengono utilizzati per sintetizzare trigliceridi da depositare nel tessuto adiposo. La sintesi degli acidi grassi comincia dall’acetil-CoA presente nel citosol, quello che deriva dai glucidi e dagli amminoacidi, e VIAAAAAA. L’acetil-CoA deriva però dal piruvato, che sta nei mitocondri, e non può attraversare la membrana mitocondriale → DOMANDA DA ESAME: in iperglicemia si ottiene piruvato e questo viene ossidato ad acetil-CoA. E mo? Mo l’acetil-CoA viene condensato con l’ossalacetato dalla citrato sintasi per formare il citrato, come per il ciclo di Krebs, ma abbiamo elevati rapporti (NADH + H+)/NAD+ e ATP/ADP e la isocitrato deidrogenasi non produce più α-chetoglutarato. Il citrato, che si accumula, esce dal mitocondrio attraverso il suo trasportatore e va nel citosol. N.B. Il trasportatore del citrato è a bassissima affinità, quindi può funzionare solo quando si ha un accumulo e si è in questo contesto metabolico. Ora, nel citosol, il citrato permette di riottenere acetil-CoA + NADPH + H+ a partire dallo shuttle citrato-piruvato: 1. La citrato liasi scinde il legame tra C2 e C3 del citrato con ATP e CoA, in modo da restituire acetil-CoA per la lipogenesi e ossalacetato. Prima si forma un intermedio attivato, il citril-CoA, poi si scinde il legame. 2. La malato deidrogenasi citoplasmatica sfrutta NADH + H+ per ridurre il C=O dell’ossalacetato e produrre malato. N.B. Il NADH + H+ utilizzato in questa reazione deriva dalla glicolisi. 3. Il malato viene utilizzato dall’enzima malico per decarbossilare ed ossidare il malato a piruvato. Si ossida il C4, questo si perde come CO2 e si produce, dal NADP+ in arrivo dalla via dei pentoso fosfati, il NADPH + H+. La sintesi degli acidi grassi avviene mediante l’aggiunta di unità bicarboniose, effettuando le reazioni inverse della β-ossidazione, e il donatore di queste unità è il malonil-CoA. L’acetil-CoA carbossilasi, enzima che sfrutta la biotina e che carbossila l’acetil-CoA per formare gli acidi grassi, è un polimero di 21 protomeri, il cui assemblaggio è stimolato dal citrato (modulatore allosterico positivo) e ostacolato dal palmitoil-CoA. L’enzima risente anche della regolazione ormonale, quindi di una (de)fosforilazione, in quanto l’insulina porta alla sua decarbossilazione e alla sua attivazione 42  (viceversa col glucagone, che porta a fosforilazione e inattivazione) → insulina = enzima ipoglicemizzante e lipogenico. Controlla sbobine. L’acido grasso sintetasi, l’enzima responsabile della sintesi degli acidi grassi, è un dimero. Ciascun monomero possiede un dominio volto a effettuare un passaggio specifico della sintesi e una proteina ACP (trasportatrice degli acili), che lega gli acili grazie a un gruppo tiolico. I due monomeri sono inoltre disposti in maniera antiparallela, quindi l’SH dell’ACP si troverà in corrispondenza dell’SH di una cisteina del dominio con attività sintetasica. Al primo SH si lega il malonil-Coa, al secondo si lega l’aceti-CoA. NON SI DEVE SAPERE LA STRUTTURA DELLA FOSFOPANTETEINA. 1. L’acetil-CoA transacilasi lega l’acetile dell’acetil-CoA sull’SH del dominio ad attività sintetasica, con liberazione di CoA. 2. La malonil-CoA transacilasi lega il malonile all’SH dell’ACP, con liberazione di CoA. 3. L’acetoacetil ACP sintetasi condensa acetile e malonile, decarbossilando il malonile e facendo sì che il C2 deprotonato possa fare attacco nucleofilo sul C=O dell’acetile e liberando CO2. L’SH del dominio ad attività sintetasica si è liberato. 4. La β-chetoacil ACP reduttasi sfrutta il NADPH + H+ per formare il β-idrossibutirrile. 5. La β-idrossiacil ACP deidratasi disidrata il β-idrossibutirrile tra Cα e Cβ, restituendo α, β-chetobutirrile e H2O. 6. L’enoil ACP reduttasi sfrutta di nuovo NADPH + H+ per ridurre Cα e Cβ e formare butirrile, che viene spostato sull’SH del dominio ad attività sintetasica e liberare l’SH dell’ACP. Adesso, su questo SH, può legarsi una nuova molecola di malonil-CoA → nuovo ciclo. 43 7. Il processo continua finché non si ottiene, legato all’SH dell’ACP, l’acido palmitico, che diventa suscettibile a una deacilasi (tioesterasi). La deacilasi scinde il legame sfruttando H2O, quindi riduce l’SH dell’ACP, e libera acido palmitico non attivato. Per sintetizzare una molecola di palmitato si usano acetil-CoA, 7malonil-CoA (derivante da 7acetil-CoA + 7CO2 + 7ATP, insieme a 7ADP + 7Pi) e 14NADPH + H+. [Inserire cose]. Per sintetizzare acido palmitico, si usano 7ATP, 8ATP e 14NADPH + H+ (prodotto con 25ATP). 8acetil-CoA + 7ATP + 14(NADPH + H+) → palmitato + 8CoA + 14 NADP+ + 6H2O + 7ADP + 7Pi La lipogenesi ha un controllo a breve termine e un controllo a lungo termine. Controllo a breve termine → l’insulina porta a defosforilazione e all’attivazione, il glucagone porta a fosforilazione e inattivazione Controllo a lungo termine → l’insulina porta all’aumento della sintesi degli enzimi lipogenici, quindi la citrato liasi, l’enzima malico, l’acetil-CoA carbossilasi e l’acido grasso sintetasi. Nel fegato, questi enzimi vengono a mancare con digiuno e diabete per effetto del glucagone. “Voi pensate che la lipogenesi sia finita”, ma dall’acido palmitico possiamo ottenere acidi grassi più lunghi. Prima si attiva l’acido palmitico a palmitoil-CoA, poi può avvenire un allungamento microsomiale o un allungamento mitocondriale. L’allungamento microsomiale è simile alla sintesi ex novo e avviene, a partire da palmitoil-CoA, 2NADPH + H+ e malonil-CoA, per ottenere β-chetoacil-CoA + CO2 + H2O + CoA. L’enzima che opera è l’elongasi microsomiale. Ora la β-chetoacil-CoA reduttasi sfrutta il NADPH + H+ per formare un β-idrossiacile e una β-idrossiacil deidratasi toglie H2O tra Cα e Cβ per ottenere un α, β-deidroacile. Questo viene ora ridotto da una reduttasi, mediante NADPH + H+, a stearoil-CoA (18:0). L’allungamento mitocondriale, invece, è il processo inverso della β-ossidazione e avviene a partire dal palmitoil-CoA e dall’acetil-CoA. Queste due molecole fanno da substrati a una tiolasi, per formare, in questo caso, un β-chetoacile. Ora la L-β-idrossiacil deidrogenasi sfrutta il NADH + H+ per formare un β-idrossiacil-CoA e una enoil-CoA idratasi lo disidrata a α, β-trans-deidroacil-CoA. Questo viene adesso ridotto, sempre sfruttando il NADPH + H+, a stearoil-CoA. 44  Dallo stearoil-CoA (18:0) si può ottenere, a opera di una acil-CoA desaturasi, l’oleil-CoA (18:1, ∆9). L’enzima ossida contemporaneamente l’acido grasso da desaturare e il NADPH + H+ e gli equivalenti riducenti vanno a ridurre O2 a 2H2O, questo perché vengono utilizzati citocromo B5 e citocromo B5 reduttasi FAD dipendente → gli equivalenti del NADPH + H+ vengono ceduti alla citocromo B5 reduttasi FAD dipendente per produrre FADH2, poi gli elettroni vengono ceduti a due ioni Fe3+ di due molecole di citocromo B5, che diventano Fe2+, e i protoni riducono l’ossigeno ad acqua. L’organismo può formare un C=C in posizione ω-9, ma non oltre, quindi acido linoleico e acido linolenico sono acidi grassi essenziali. Possiamo però sintetizzare l’acido arachidonico, che diventa essenziale solo se manca il linoleico (semiessenziale): 1. La ∆6 desaturasi microsomiale disidrata il linoleil-CoA (18:2∆9, 12) e crea un C=C tra C6 e C7. Si ottiene un γ-linoleoil-CoA (18:3 ω-6). Si usano 2NADPH + H+ e O2 2. L’elongasi microsomiale allunga il γ-linoleoil-CoA con del malonil-CoA ed esce eicosatrienoil-CoA (20:3, ω-6). Si usano 2NADPH + H+ ed esce CO2 + CoA. 3. La ∆5 desaturasi disidrata l’eicosatrienoil-CoA ad arachidonoil-CoA (20:4, ω-6). Gli acidi grassi prodotti non sono mai liberi, vanno usati per formare trigliceridi, fosfolipidi o colesterolo esterificato. Il diidrossiacetone fosfato prodotto in glicolisi viene ridotto a glicerolo-3-fosfato dalla glicerolo-3-P deidrogenasi, ma nel fegato si può usare anche il glicerolo semplice. Sto glicerolo non arriva dal tessuto adiposo, quello va verso la gluconeogenesi, è n'autra fé. Delle transferasi spostano la porzione acilica di un acil-CoA sull’OH in C1, dando acido lisofosfatidico, poi una seconda trasferasi lega il secondo acile sull’OH in C2 per dare acido fosfatidico → fosfolipide più semplice. Se serve un trigliceride, una fosfatasi rimuove il fosfato sul C3 e una digliceride acil transferasi attacca l’ultimo acido grasso. I trigliceridi sintetizzati nel fegato vengono ora trasportati nelle VLDL e depositati nel tessuto adiposo, in attesa di essere mobilitati in condizioni di digiuno. Sintesi dei glicerofosfolipidi I glicerofosfolipidi sono i principali costituenti delle membrane biologiche e vengono sintetizzati nella superficie del REL, ma anche nei mitocondri (pochi). Le prime fasi della loro sintesi è comune 45  alla sintesi dei trigliceridi, quindi abbiamo il diidrossiacetone fosfato che viene ridotto a glicerolo-3-fosfato e legato agli acidi grassi attivati con acetil-CoA, ma in questo caso non viene rimosso il fosfato sul C3 → partiamo da acido fosfatidico, che va incontro a diverse vie metaboliche in base al fosfolipide da formare. Se deve fare fosfaditilcolina, fosfatidiletanolammina e fosfaditilserina, il fosfato viene rimosso e la molecola andrà a interagire con una testa polare attivata, mentre se deve fare fosfatidilinositolo, cardiolipina e fosfatidilglicerolo (glicerofosfolipidi anionici) è l’acido fosfatidico attivato che interagisce con una testa polare (nel primo caso attivo una molecola aggiuntiva, nel secondo attivo lo scheletro). I glicerofosfolipidi possono però essere ottenuti anche con reazioni di interconversione (PS → PE mediante defosforilazione, PE → PC mediante trimetilazione, PE/PC → PS con transaminazione). Sintesi della fosfaditilcolina (PC) 1. La colina, un fattore vitamino-simile, viene attivata dalla colina chinasi a fosforilcolina. Da ATP, si ottiene ADP. 2. La fosforilcolina deve essere ulteriormente attivata, quindi una citidil transferasi la fa interagire con del CTP e restituisce CDP-colina + PPi. 3. Il diacilglicerolo, ottenuto con la defosforilazione dell’acido fosfatidico, reagisce con la CDP-colina mediante la fosforilcolina transferasi e il gruppo alcolico del diacilglicerolo fa attacco nucleofilo sul primo fosfato. Si liberano fosfatidilcolina (PC) e CMP. Sintesi di fosfatidiletanolammina (PE) - come quella della fosfaditilcolina 1. L’etanolammina (serina deamminata) viene attivata dalla etanolammina chinasi a fosfoetanolammina. Da ATP, si ottiene ADP. 2. La fosforilcolina deve essere ulteriormente attivata, quindi una citidil transferasi la fa interagire con del CTP e restituisce CDP-etanolammina + PPi. 3. Il diacilglicerolo, ottenuto con la defosforilazione dell’acido fosfatidico, reagisce con la CDP-etanolammina mediante la fosfoetanolammina transferasi e il gruppo alcolico del diacilglicerolo fa attacco nucleofilo sul primo fosfato. Si liberano fosfatidiletanolammina (PE) e CMP. Sintesi di fosfatidilinositolo (PI) 1. L’acido fosfatidico reagisce col CTP, mediante una PA citidil transferasi e si forma CDP-digliceride + PPi. 46 2. L’inositolo (alcol ciclico a 6C, non uno zucchero - manca l’O anomerico) fa attacco nucleofilo sul primo fosfato del CDP-digliceride, liberando CMP e fosfatidilinositolo → trovato nelle membrane come fosfatidilinositolo bifosfato (IP2). Sintesi del fosfatidilglicerolo (PG) 1. L’acido fosfatidico reagisce col CTP e si forma CDP-digliceride + PPi. 2. Il glicerolo entra sotto forma di glicerolo-3-fosfato e fa un attacco sul primo fosfato del CDP-digliceride, mediante una PG 3-fosfato sintasi. Si restituisce fosfatidilglicerolo-3-fosfato. 3. Il fosfatidilglicerolo-3-fosfato viene defosforilato dalla PG-3-fosfatasi, che sfrutta una molecola di H2O per ridurre la molecola e restituisce quindi fosfatidilglicerolo e Pi. Sintesi della cardiolipina (CL) → doppio fosfolipide, con quattro acidi grassi (due molecole di fosfatidilglicerolo che reagiscono). L’OH del fosfatidilglicerolo fa un attacco nucleofilo sul fosfato del CDP-diacilglicerolo e si forma la cardiolipina. La cardiolipina assume una forma conica, cosa che, quando più molecole interagiscono tra loro, porta ai ripiegamenti della membrana mitocondriale interna e all’ancoraggio del citocromo C. Ha inoltre un ruolo fondamentale durante la segnalazione cellulare in caso di apoptosi. I glicerofosfolipidi possono essere anche ottenuti con le reazioni di interconversione. Ad esempio, dalla PE o dalla PC possiamo ottenere la fosfatidilserina (PS) → la serina fa attacco nucleofilo con l’OH della catena laterale e va a sostituirsi alla colina o all’etanolammina. Dalla fosfatidilserina, però, attraverso una decarbossilazione a opera della fosfatidilserina decarbossilasi, si può ottenere la fosfatidiletanolammina (con rilascio di CO2). Nel fegato si può ancora proseguire e ottenere la fosfatidilcolina, attraverso una trimetilazione del gruppo amminico terminale a carico della metiltransferasi → lo zolfo della SAM (metionina) è legato a un CH3 facilmente cedibile, cosa super comoda per le reazioni di metilazione. In questo caso, usiamo tre molecole di SAM. LA SAM PIACE MOLTO ALL’ESAME. Catabolismo dei glicerofosfolipidi Più che di catabolismo, si parla di reazioni necessarie a rimodellare il glicerofosfolipide per variare la fluidità di una membrana o a produrre una molecola specifica. Gli enzimi che catabolizzano i glicerofosfolipidi sono le fosfolipasi, delle idrolasi che vanno a scindere legami specifici → la PLA1 scinde il legame tra CH2 e acido grasso in C1 (liberando acido grasso e lisofosfolipide), la PLA2 scinde il legame tra CH2 e acido grasso in C2 (sempre liberando acido grasso e lisofosfolipide), la PLC scinde il legame tra CH2 e “fosfotesta” (liberando diacilglicerolo e 47  fosfocolina/fosfoetanolammina ecc) e la PLD scinde il legame tra fosfato e testa (liberando fosfodiacilglicerolo e molecola). La PLA2 è super mega importante, perché se libera acido arachidonico gioca un ruolo fondamentale nei processi infiammatori. Una molecola che si può ottenere dalla PC è il surfactante polmonare, in quanto la PLA2 forma 1-acil lisoleucina → acidi grassi saturi su C1 e C2, cosa che mantiene alta la tensione superficiale all’interno degli alveoli. Sintesi degli sfingolipidi Gli sfingolipidi possono essere fosfosfingolipidi e glicosfingolipidi, costituenti delle membrane plasmatiche ad elevata concentrazione nel SNC. In questi casi, lo scheletro non è il glicerolo ma è la sfingosina, un amminoalcol → quando è legato a un acido grasso a lunga catena prende il nome di ceramide ed è una molecola anfipatica, in quanto l’OH da un lato è idrofilico e la catena idrocarburica dall’altro è idrofobica. Se all’OH aggiungiamo molecole fosforilate (ex. fosfocolina) otteniamo i fosfosfingolipidi, mentre se aggiungiamo dei glucidi otteniamo i glicosfingolipidi. Il ceramide