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LE PROTEINE Le proteine svolgono delle funzioni molto diverse, anche il loro stesso nome indica che sono di primaria importanza, perché esse vengono trovate come enzimi, quindi catalizzatori dell'attività delle reazioni chimiche. Molte proteine servono a trasportare e a conservar...

LE PROTEINE Le proteine svolgono delle funzioni molto diverse, anche il loro stesso nome indica che sono di primaria importanza, perché esse vengono trovate come enzimi, quindi catalizzatori dell'attività delle reazioni chimiche. Molte proteine servono a trasportare e a conservare delle molecole, per esempio ci sono delle proteine del sangue come l’albumina che trasporta tante molecole, tra cui gli acidi grassi che essendo molecole insolubili non potrebbero essere trasportati e che quindi legati all’albumina possono essere trasportati, oppure proteine come la transferrina che trasportano il ferro o la ferritina che lo conserva (il ferro svolge una funzione importante nel nostro organismo), funzioni quindi di trasporto e di deposito. Altre proteine invece servono per la contrazione muscolare, actina e miosina nel muscolo, hanno un’ulteriore forma. Molte proteine hanno forma e funzione diversa tra cui sostegno meccanico, la più importante di queste è il collagene. Altre proteine danno una protezione immunitaria, come ad esempio le immunoglobuline; altre servono per trasmettere impulsi nervosi, altre ancora controllano la crescita. Quindi le proteine svolgono funzioni diverse e per ciascuna di queste funzioni avranno forme diverse. Tutte le proteine nascono dal DNA che trascrive un RNA messaggero, poi quest’ultimo traduce a livello dei ribosomi le proteine, quindi tutte le proteine hanno la stessa struttura, però hanno funzioni diverse, ma in che cosa consiste la di erenza? Le proteine sono date da una sequenza di amminoacidi legati tra di loro che formano una catena polipeptidica, ma ciò che rende le proteine diverse sta proprio nel numero e nel tipo di amminoacidi presenti all’interno di quella catena polipeptidica. Nella catena polipeptidica si alternano amminoacidi che hanno delle catene laterali di erenti, e ciò che distingue i 21 amminoacidi presenti all’interno delle catene polipeptidiche è la catena laterale; quindi in base alla catena laterale, quindi in base al tipo di amminoacido queste catene tendono a ripiegarsi assumendo una forma speci ca che è strettamente correlata alla loro funzione. Per cui quando una catena polipeptidica viene fuori da un RNA messaggero che viene prodotto da quel pezzetto di DNA, quel RNA messaggero sintetizzerà una proteina con quegli amminoacidi, come ad esempio un enzima. La forma che assumeranno dipenderà dagli amminoacidi che sono presenti e che daranno la funzione speci ca a quella catena polipeptidica. La glicina è un amminoacido molto semplice, la sua catena laterale è composta solo da un atomo di H Quindi se all’interno di una catena polipeptidica che tende spontaneamente a ripiegarsi sono presenti amminoacidi aromatici, quando essa si ripiega, siccome sono ingombranti, il ripiegamento si presenterà più grande dato l’ingombro degli amminoacidi. Ad esempio se in una catena polipeptidica sono presenti tante glicine l’arrotolamento sarà meno tto, mentre una contente amminoacidi aromatici avrà una struttura più tta. fi fi fi ff fi ff Questi avvolgimenti avvengono spontaneamente quando le proteine sono corte una volta sintetizzate, altrimenti quando sono lunghe hanno bisogno di altre proteine che le aiutino ad avvolgersi in maniera corretta. Tante malattie, ad esempio del sistema nervoso, sono dovute ad un non corretto avvolgimento delle proteine, perché quando la proteina si avvolge assume una forma ben precisa senza errori e dentro la cellula sarà perfettamente solubile e svolge dentro la cellula la sua funzione, ma se invece è una proteina che per un problema qualunque si avvolge in maniera errata, o perché c’è una mutazione genica che inserisce un amminoacido diverso da quello che doveva esserci e quindi la formazione della struttura non è quella siologica, le proteine precipitano sottoforma di proteine insolubili, quelle del sistema nervoso prendono il nome di amiloidi creando danni. Quindi la sequenza in amminoacidi determina un corretto avvolgimento, che a sua volta determina una forma ben speci ca e una funzione corretta, ma quando tutti questi passaggi non avvengono così ripiegandosi in maniera errata, la proteina precipita sottoforma di sedimento e non svolge la sua funzione creando un danno alla cellula. Alcune catene laterali hanno degli amminoacidi aromatici, altri hanno nella catena laterale un altro gruppo amminico oltre a quello del carbonio e questi vengono detti aminoacidi basici per esempio l’arginino, la tisina. Altri amminoacidi invece, oltre al COH centrale, alla ne della catena centrale hanno un altro COH e vengono detti amminoacidi acidi. Quelli invece che non possiedono un altro gruppo amminico o un altro gruppo acido sono amminoacidi neutri, solitamente si presentano così: COH- e NH3+ Gli amminoacidi si legano all’interno della catena peptidica tramite legame peptidico, tale legame avviene con una reazione tra il gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo amminico di un altro amminoacido con l’eliminazione di una molecole di acqua. Per cui avremo un amminoacido con il gruppo carbossilico COO- e l’altro aminoacido che ha il gruppo amminico NH3+, quindi due atomi di H legati all’azoto e l’atomo di ossigeno legato al carbonio vengono eliminati sottoforma di acqua, e ciò che rimane C doppio legame O - NH e si forma il dipeptide. Reazione tra un dipeptide con reazione tra glicine e alanina, con formazione di ALANILGLICINA, con perdita di una molecola di acqua, e avendo un residuo carbossi- terminale e un residuo ammina-terminale, quello che è rimasto di quell’amminoacido per farli legare insieme. Quindi i singoli amminoacidi sono residui. In base agli amminoacidi presenti in una catena polipeptidica quella catena avrà una forma diversa. La struttura delle proteine si distingue in primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. Struttura primaria: La struttura primaria rappresenta la catena amminoacidica in forma lineare. La strutturazione di questa catena, dalla quale dipendono tutti i livelli organizzativi più complessi, è determinata dalle informazioni contenute in un gene. È così che la proteina si presenta prima che in essa avvengano le interazioni tali per cui acquisisce la sua funzionalità. La sequenza amminoacidica è molto importante perché ci permette di determinare le proteine di nostro interesse e studiarne le componenti o ci permette di valutare se in esse vi sono anomalie, quali mutazioni. Quella primaria indica la sequenza lineare degli amminoacidi. fi fi fi  Struttura secondaria: La struttura secondaria è determinata dall’instaurazione di legami idrogeno tra gli aminoacidi di una stessa catena. Possono essere contraddistinte due conformazioni strutturali: a-elica: l’avvolgimento che si forma è di tipo elicoidale e le interazioni (legami ad idrogeno) si hanno tra gli atomi di carbonio che si trovano in successione nella spirale. L’elica è l'unità di base delle proteine brose (lana, capelli e unghie). La forma a spirale consente elasticità. B-fogleietto: nel foglietto beta la molecola assume una forma a zig zag e i legami ad idrogeno si formano tra catene di erenti. Per questo la molecola assume una forma pieghettata. La molecola non sarà elastica ma essibile (seta). Beta foglietto può essere anche de nito come «lamina». Struttura terziaria: Il terzo livello organizzativo di una catena dipende da interazioni laterali ed è la forma complessiva raggiunta da una catena polipeptidica che gli consente di avere la caratteristica nale per cui è stata prodotta. È correlato a quattro fattori che permettono la formazione di una struttura globulare: Legami ad idrogeno Legami ionici tra gruppi -R positivi e quelli negativi Interazioni idrofobiche tra gruppi -R apolari Legami covalenti disolfuro (legame covalente singolo tra due atomi di S) tra le cisteine (-S-S-) Struttura quaternaria: La struttura quaternaria è la struttura più complessa. Deriva da interazioni tra due o più polipeptidi diversi la cui unione forma una macromolecola biologicamente attiva. Le tipologie di interazioni che avvengono tra questi polipeptidi sono le stesse che avvengono negli altri stadi. Composta da più catene polipeptidiche Due catene vicine collaborano tra loro per la funzione che quella proteina deve svolgere, ad esempio l’emoglobina, la quale è composta da due catene alfa e due catene beta che cooperano per legare l’ossigeno. Quando si parla di proteine si parla di collagene, perché il collagene è una proteina che da sostegno ed è distribuita in tutto il corpo, da sostegno a tutti i tessuti, nei tessuti, nelle ossa, nei denti, nelle gengive, nella pelle, nei vasi sanguigni, nella cornea. Per la sintesi del collagene è importante che l’enzima abbia il suo coenzima, che è la vitamina C, una volta soprattutto nei marinai era presente una malattia che si chiamava scorbuto, si scoprì che tale malattia era dovuta ad una mancata sintesi corretta del collagene poiché mancava il coenzima dell’enzima che era proprio la vitamina C, ovvero l’acido ascorbico. La caratteristica del collagene è quella di essere formato da tre catene polipeptidiche avvolte tra di loro, e queste tre catene possono essere o tutte uguali, quindi con la stessa composizione di collagene, oppure due uguali e una diversa come nelle ossa. Altre tre catene polipeptidiche uguali ma di diverso tipo possono essere trovate nei vasi sanguigni. fi fl fi ff fi Ciò che rende il collagene capace di svolgere funzione di sostegno è l’avvolgimento tto delle catene polipeptidiche , poiché gran parte degli amminoacidi presente è rappresentata dalla glicina e di conseguenza avendo un radicale piccolo si avvolge in maniera tta, rappresentando l’unità base del collagene che prende il nome di TROPOCOLLAGENE, che associandosi tra loro formano appunto il collagene. Sono quasi come una fune, la sua composizione gli consente di estendersi ma non troppo perché al suo interno si vengono a creare e attorce dei gruppi OH che permettono di agganciarsi tra loro, per cui se la molecola non è del tutto estensibili, grazie a questo ha la funzione di resistere, di svolgere la funzione di sostegno, non spezzandosi. Si estende ma non troppo, al suo interno si vengono creare dei gruppi OH, che agganciano le molecole di collagene vicine e impedisce l’estensibilità. Una volta sintetizzato il collagene va incontro a delle reazioni di idrossidazione, degli enzimi gli attaccano un gruppo OH, in particolare in particolare con l’aminoacido propria che diventa Idrossipropina, o l’amminoacido lisina che diventa idrossilisina. Quindi un collagene ben strutturato è un collagene che va incontro all’aggancio di gruppi OH che formano come dei ganci che impediscono alla molecola di estendersi troppo, ma l’enzima, che è una idrossilasi, per legare questi gruppi Oh ha bisogno del coenzima, ovvero l’acido ascorbico o vitamina C, ecco perché quando manca tale vitamina si ha la formazione di un collagene che non svolge la sua funzione strutturale perché mancano i gruppi OH che lo mantengono saldo. Le patologie associate al collagene sono lo scorbuto caratterizzato dea una carenza di vitamina C e l’osteogenesi imperfetta dove si ha una mutazione sul DNA che mette un amminoacido diverso all’interno della catena polipeptidica del collagene per cui non si ha la formazione del collagene presente nelle ossa, altra malattia genetica è data da una mutazione degli enzimi che agganciano i gruppi OH avendo così la malattia di Ehlers Danlos, una malattia genetica rara dove il collagene non avendo i legami OH i soggetti a etti presentano una iper estensibilità della pelle e alle articolazioni (indiano di gomma). - L’OCCHIO E LA VISIONE È importante vedere dove il collagene si trova presente a livello dell’occhio. Il collagene presente nell’occhio è presente appunto nella cornea che è lo stato più esterno dell’occhio, la quale viene attraversata dalla luce, dopo la cornea c’è l’umore acqueo, poi il cristallino, il corpo vitreo e la retina che sta alla base dell’occhio. Quindi la luce attraversa la cornea, nella cornea è presente collagene; la cornea è uno strato trasparente, circonda tutto l’occhio ma nella parte posteriore la parete è un o’ più scura e prende il nome di sclera. La corne è composta da collagene ma anteriormente è trasparente e permette il passaggio della luce mentre posteriormente prende il nome di sclera ed assume un colore più scuro. La parte esterna della cornea è bagnata dal liquido lacrimale, mentre all’interno è presente l’umore acqueo che contiene molecole che rappresentano un nutrimento per la cornea e per il cristallino tra il quale sta; contiene molecole di glucosio, sali, albumina e oltre a fornire sostanze nutritive allo stesso tempo allontana delle sostanze di scarto del metabolismo. Nella cornea distinguiamo vari strati, la parte centrale della cornea che prende il nome di stroma, è formata da collagene, ed è delimitata da due membrane, una che è rivolta verso l'esterno e si chiama membrana di Bowman e una che invece guarda verso l’interno, che guarda verso il cristallino, che prende il nome di membrana di Descement. La cornea è quindi compattata e tenuta ferma da queste due membrane. ff fi fi  La parte esterna, quindi la membrana di Bowman presenta uno strato di epitelio nel quali sono presenti cellule in continua proliferazione e rappresenta la barriera esterna dell’occhio tramite la quale a rontiamo tutti i patogeni e agenti esterni, facendoci da barriera. Nella parte interna dopo la membrana di Descement vi è un endotelio che contiene vasi sanguigni che trasportano nutrimento per l’occhio. La parte più importante che spiega il cristallino trasparente è lo stroma. Nella cornea sono presenti bre di collagene disposte in maniera ordinata formando degli strati sovrapposti, ed è proprio questa linearità e quest’ordine a rendere la cornea trasparente, permettendo alla luce di passare. L’endotelio che sta all’interno contiene cellule che non cambiano mai, sono perenni, e regola il contenuto in acqua della cornea contribuendola a renderla trasparente, grazie proprio a queste bre disposte in modo ordinato. Mentre nella sclera è presente il collagene ma la disposizione di queste bre di collagene non è perfettamente ordinata per cui da sostegno all’occhio ma senza necessariamente creare quella trasparenza necessaria invece nella parte anteriore a nché la luce possa attraversarla. Possiamo dunque dire che la cornea è formata da 5 strati dall’esterno verso l’interno: Epitelio La membrana di Bowman Lo stroma formato da collagene La membrana di Descement L’endotelio con i vasi sanguigni Il collagene nella cornea ha una struttura speciale che a seconda della disposizione da origine alla cornea e alla sclera. Continuando con la struttura delle proteine, quando si avvolgono possono assumere una struttura globulare oppure una struttura globulare può essere associata ad altre come nell’emoglobina. Altre proteine presenti nell’occhio sono le proteine presenti nel cristallino, il quale ha al suo interno le proteine Cristalline che si chiamano così poiché trovate al suo interno ma non ri ettono nel nome, sono delle proteine perfettamente solubili, quando l’occhio si forma nello sviluppo embrionale sono presenti nell’occhio delle vere e proprie cellule che hanno un nucleo, citsol, queste cellule sintetizzano queste proteine, poi pian piano le cellule muoiono e rimangono solo le proteine e da questo momento sono le proteine che per tutta la vita ci permettono di vedere, non cambieranno mai. Queste cristalline sono proteine perfettamente trasparenti che permettono la visione il passaggio della luce, non formano cristalli, sono molto concentrate all’interno dell’occhio e perfettamente solubili perché altrimenti il cristallino diventerebbe opaco e si avrebbe la cataratta. Ma cosa mantiene queste proteine sempre nello stato solubile? Queste proteine hanno struttura diversa nella composizione in amminoacidi e alcune di queste cristalline controllano che altre proteine non cambino forma e se una proteine dentro il cristallino sta cambiando forma, per vari motivi tra cui idratazione, invecchiamento, tendendo a precipitare sotto forma di aggregati solubili che rendono il cristallino opaco, altre cristalline si legano a tali proteine quasi abbracciandole e le controllano, a nché mantengano sempre la forma che le rende solubili no a quando il numero di quelle che tendono a cambiare forma non supera il numero di quelle che le aiutano a rimanere in forma, altrimenti si va in contro alla cataratta. L’unica maniera per fare in modo che la vista rimanga invariata è avere delle proteine che si chiamano cristalline alfa che agiscono come Choperoni, ovvero come delle proteine che aiutano altre proteine a mantenere la forma giusta. Solitamente quando tali proteine si aggregano formano dei complessi lattiginosi, ma nonostante questa protezione si può comunque andare incontro alla cataratta, soprattutto in seguito all’invecchiamento che spesso è associato alla formazione di radicali liberi. La produzione di radicali liberi è un processo che spesso accelera o spesso è causa di patologie oculari. fi fl ff fi fi fi ffi ffi  I Choperoni svolgono una funzione importante nel far ripiegare le proteine nella giusta maniera, perché quando sono corte si ripiegano da sole, ma quando sono lunghe necessitano dei Choperoni, c’è ne sono alcuni che sono HSP70, sono delle proteine che assistono la proteina, la fanno ripiegare bene, possono essere più o meno grandi, ci sono dei veri e propri complessi di Chaperonine, sono importanti perché quando le proteine non sono ripiegate bene precipitano sotto forma di amiloidi, e portando a malattie che prendono il nome di amiloidosi, questo può essere dovuto anche un errore genetico, a mutazioni, errore che porta ad un errore. Le proteine non ripiegate bene comportano tante malattie, l’Halzaimer, proteina a livello del nostro DNA che lo tiene agganciato evitando che inizi la duplicazione -> P53 mutata non si ripiega correttamente rappresentando un pericolo e quindi il nostro sistema va ala sua distruzione e alcune forme di tumore sono dovute proprio a questo, il Parkinson, il morbo di Huntington in cui la proteina in questione è l’huntintina (malati presi per ubriachi, camminata barcollando)… È il proteosoma che disgrega le proteine non corrette. - EMOGLOBINA L’emoglobina è una proteina contenuta all’interno dei globuli rossi, negli eritrociti che quando vengono formati a livello del midollo sono delle cellule che hanno un nucleo con la tipica struttura delle cellule, producendo una grande quantità di proteina emoglobina, producono anche enzimi che servono per il metabolismo del glucosio, in tale fase sono dei precursori e prendono il nome di ERITOBLASTI. Tali cellule man mano che vanno in contro al processo di maturazione espellono il nucleo, gli organuli cellulari, l’unica cosa che rimane è l’eritrocita che ha una forma biconcava, ricco di molecole di emoglobina e contiene anche enzimi della glicolisi ma è privo di organuli cellulari. L’emoglobina è formata da una parte proteica, ovvero la globina, e da una parte non proteica chiamata gruppo eme o gruppo prostetico. La proteina globina è data da una determinata sequenza di amminoacidi ed ha un ripiegamento terziario, formando come una sfera proteica e contenendo al suo interno il gruppo eme, un gruppo non proteico con struttura chimica, è una PROTOPORFIRINA-9; 4 di queste si associano strutture tra loro associandosi formando l’emoglobina. Dunque l’emoglobina è formata da 4 catene polipeptidiche, ognuna di queste catene polipeptidiche possiede un involucro esterno proteico che svolge la funzione di protezione e all’interno il gruppo eme, ossia il vero responsabile del legame con l’ossigeno. Il gruppo eme serve anche per far svolgere la funzione di trasporto, perché nel punto in cui il gruppo eme lega l’ossigeno al di sopra si trova il « guscio » della proteina rendendo il legame con l’ossigeno un po’ scomodo, è dunque un legame debole e proprio per questo l’emoglobina trasporta l’ossigeno; dato che lo lega debolmente quando va a livello dei tessuti lo rilascia, quindi l’emoglobina svolge la funzione di trasporto dell’ossigeno proprio si crea una combinazione tra il gruppo eme che lo lega e la parte proteica che lo avvolge. Il gruppo eme che prende il nome di protopor rina dal punto di vista chimico è formato da 4 anelli pirrolici, tenuti insieme da ponti chiamati retinici CH. A questi 4 anelli sono legati dei gruppi chimici, metile, CH3, CH2H. Infatti questa protopor rina-9 prende questo nome dato dai gruppi chimici presenti, perché in natura ci sono tante protopor rine. Al centro di questi anelli pirrolici è presente un atomo di ferro, prendendo il nome di FERROPROTOPORFIRINA-9 o comunemente chiamato gruppo eme. Il ferro può fare 6 legami, 4 di questi li fa con i quattro atomi di N dei quattro anelli pirrolici, incastrandosi all’interno della protopor rina-9, il quinto legame avviene invece sganciandosi ad un amminoacido della proteina, un amminoacido is, il sesto legame, chiamato legame di coordinazione, avviene con l’ossigeno o a volte con il monossido di carbonio data la grande a nità. L’emoglobina è dunque formata da una parte proteica, la globina, e da una parte non proteica, il gruppo eme. Il gruppo eme ha un’a nità per il monossido di carbonio molto più alta che per l’ossigeno ffi ffi fi fi fi fi  La struttura della MIOGLOBINA,che si trova nel muscolo assomiglia molto alla struttura dell’emoglobina, quasi fosse un pezzetto, è come se l’emoglobina fosse 4 volte la struttura della mioglobina. È una globina che ha al centro il gruppo eme, che possiede l’atomo di ferro, che fa tutti e 6 i legami. La mioglobina si trova nel muscolo, legando l’ossigeno, lo conserva e lo trasporta all’interno della cellula muscolare; l’emoglobina invece lega e trasporta l’ossigeno nel sangue all’interno degli eritrociti. Quando il legame con l’ossigeno avviene l’emoglobina prende il nome di ossiemoglobina, quando l’emoglobina deve invece ancora legare l’ossigeno, solitamente quando il sangue si dirige verso i polmoni, prende il nome di deossiemoglobina. È stato scoperto che le due forme, ovvero sia ossiemoglobina e deossiemoglobina, non sono uguali, ma quando l’emoglobina lega l’ossigeno lo spazio che è presente all’interno delle 4 catene, associate tra di loro, si riduce, cambiando forma,; tale cambiamento si ri etto sullo spazio più ridotto internamente. Succede che quando l’emoglobina si trova in presenza di ossigeno, questo non si lega a tutte e 4 le catene, ma prima si lega ad una poi a quella accanto e così via… questo accade perché queste 4 catene polipeptidiche si aiutano nel legame con l’ossigeno. Più nello speci co quando il primo gruppo eme si lega con l’ossigeno cambia forma, si appiattisce e dato che è legato alla proteina la tira, questo cambiamento di forma fa si che una di queste 4 catene fa cambiare forma pure alla catena vicina che espone il gruppo eme che altrimenti sarebbe nascosto e così via… Il legame con l’ossigeno è quello più di cile, avviene solo quando la pressione è alta, c’è tanto ossigeno, ma una volta avvenuto l’emoglobina attua il sistema spiegato precedentemente, ovvero adotta un atteggiamento tipico in cui le varie subunità cooperano tra di loro. La mioglobina invece riesce subito a legare l’ossigeno. Mentre la curva di saturazione della mioglobina è tale che anche a pressione di ossigeno piccolissime (p - espressa in Thor), essa riesce a legarsi all’ossigeno; per l’emoglobina invece di erisce, assumendo una forma ad esse italica, tipica delle proteine formate da più subunità che legano cooperando tra loro. A livello polmonare è molto importante la pressione dell’ossigeno; data l’elevata pressione l’emoglobina si satura e tutte e 4 le subunità legano una molecola di ossigeno. Dopo i polmoni l’emoglobina va con il sangue all’interno degli eritrociti verso i tessuti dove avviene il rilascio di ossigeno, che avviene grazie alla pressione, ma ciò che induce il rilascio di ossigeno da parte dell’emoglobina sono principalmente tre molecole: - Protoni, ovverosia ioni H+, prodotto del metabolismo derivanti dall’acqua - Biossido di carbonio, CO2, prodotto del metabolismo - 2,3bisfosfoglicerato, molecola che si forma all’interno dei globuli rossi, favorendo il rilascio di ossigeno in modo tale che all’interno del globulo rosso, quasi indipendentemente da quello che succede a livello dei tessuti, ci sia una molecola che controlla, (tale molecola non viene prodotta sempre nella stessa quantità). Quando siamo in alta montagna ci saranno meno molecole di emoglobina che legheranno l’ossigeno data la bassa pressione, però i globuli rossi produrranno più 2,3bisfosfoglicerato in modo tale da colmare. (Quando la pressione dell’ossigeno è bassa vengono prodotti più globuli rossi, perché viene rilasciata dal rene una molecola, che è anche una sostanza dopante, la eritropoietrina prodotta dai reni, rendendo però il sangue non molto uido, andando magari in contro ad infarti; usata però da coloro che sono sotto dialisi, che dunque hanno problemi ai reni e che non riescono a produrre tale sostanza). fi fl ffi ff fl  L’emoglobina quando arriva a livello dei tessuti dato che trova i prodotti nali del metabolismo, cioè quei prodotti che si sono originati in seguito all’ossidazione delle molecole, i quali fanno rilasciare altro ossigeno a nché sia utilizzato per la produzione di altri prodotti nali del metabolismo ossidativo. Acqua e anidride carbonica, entrambi prodotti nali del metabolismo reagiscono tra di loro portando alla formazione di H2CO3 o comunemente chiamato acido carbonico. Tale reazione è catalizzata da un enzima che si chiama anidrasi carbonica. H2CO3 è un acido che di dissocia immediatamente, è un acido forte; dissociandosi forma ioni H+ e lo ione bicarbonato HCO3-. Lo ione H+ quando l’emoglobina ossigenata giunge a livello dei tessuti induce il rilascio dell’ossigeno. Il rilascio di ossigeno da parte dell’emoglobina e il contrario che avviene a livello polmonare, tale processo prende il nome di e etto Bohr. Quindi a livello tessutale rilascia ossigeno e si carica di ioni H+ a livello polmonare rilascia ioni H+ e si carica di ossigeno. Tutto ciò riguarda la pressione, nei polmoni c’è una maggiore concentrazione di ossigeno dunque rilascia protoni e lega ossigeno, nei tessuti viceversa. L’emoglobina legando gli ioni H+ che sia trovano nel sangue contribuisce al sistema tampone del sangue. Gli ioni H+ si legano agli amminoacidi istidina che poi trovano distribuiti nelle 4 catene di emoglobina. L’amminoacido istidina ha una carica negativa che lega il protone. In una molecola di emoglobina sono presenti 38 istidine, quindi l’emoglobina lega tutti quegli ioni H+ che si possono trovare nel sangue, perché derivati dal metabolismo, che potrebbero fare abbassare il Ph del sangue; quindi l’emoglobina non ha solo la funzione di rilascio di ossigeno ma nel viaggio di « ritorno » controlla pure il Ph del sangue che deve mantenersi sempre costante, ovvero 7.4. Assorbe il 60% dell’acido prodotto nel sangue, anche in modo siologico ad esempio con i protoni H+. A livello del distretto polmonare è presente l’enzima anidrasi carbonica. Quando l’emoglobina rilascia i protoni e lega l’ossigeno, i protoni liberati si legano all’HCO3- che sta nel sangue e formano con la reazione inversa acqua che si trova nel sangue e anidride carbonica che viene eliminata con la respirazione. In un certo senso è come se l’emoglobina trasportasse lo ione bicarbonato, perché in realtà trasporta Co2 sotto forma di ione bicarbonato, riformandolo quando fa la reazione opposta. Protoni e ossigeno non si legano nello stesso sito, ma l’ossigeno si lega al ferro, mentre i protoni si legano a residui amminoacidici, (ciò che rimane nell’amminoacido legato nella catena polipeptidi) in particolare ai residui di istidina. Inoltre Co2 può essere legato dall’emoglobina a livello dei residui carbossiterminali. Ogni subunità, delle 4 subunità delle emoglobina è composta da una parte proteica che prende il nome di propina, dove gli amminoacidi sono legati e poi avvolti, che avrà un residuo ammino- terminale, NH2, che può legare CO2 e rilasciare protoni; quindi l’emoglobina lega anche CO2 in modo sico, quando la concentrazione di anidride carbonica è alta, diventando CARBAMMINOEMOGLOBINA. Tale legame promuove il rilascio di ossigeno in quei tessuti dove il metabolismo è particolarmente attivo e viene prodotta molta anidride carbonica. Quindi l’emoglobina trasporta ossigeno, protoni e CO2. Il 2,3bisfosfoglicerato ha tante cariche negative nella sua molecola e si inserisce tra le due catene beta dell’emoglobina. L’emoglobina dell’uomo adulto è formata da due catene alfa e due catene beta, però l’emoglobina non è sempre la stessa dal momento del concepimento no alla nascita. fi fi ffi ff fi fi fi fi Per esempio l’emoglobina fetale è formata da due catene alfa e da due catene gamma, cambia la composizione in amminoacidi, la struttura è sempre la stessa, poiché nell’embrione non sono presenti che catene beta ma le gamma che hanno una struttura leggermente diversa. Le beta dell’emoglobina di un adulto hanno una sequenza in amminoacidi che permette il legame con il 2,3bisfosfoglicerato per cariche opposte, e quando si lega fa rilasciare ossigeno. Nell’emoglobina embrionale dove le catene beta non ci sono questo legame non avviene, quindi nell’emoglobina fetale non si ha questa facilità di rilasciare ossigeno, è come se lo trattenesse un po’ di più rispetto a quella materna doc è presente tale molecola, questo dunque assicura che questa maggiore quantità di ossigeno che l’emoglobina fetale trattiene permetta lo sviluppo dei tessuti embrionali che per il loro metabolismo hanno bisogno di una grande quantità di ossigeno, sottraendola dunque alla madre. L’emoglobina ha un’a nità 250 volte più alta con il monossido di carbonio piuttosto che con l’ossigeno. Quando lega il monossido di carbonio e non lega l’ossigeno prende il nome di carbossiemoglobina, da distinguere con la carbamminoemoglobina che lega CO2, mentre questa lega CO. 14/10/2024 ffi  L’EMOGLOBINA GLICATA L’emoglobina sta dentro i globuli rossi e i globuli rossi, ne parleremo a breve quando inizieremo il metabolismo dei carbodrati, cioè come tutte le cellule dell’organismo utilizzano gli zuccheri che bruciamo con la dieta, poi parleremo dei grassi e poi delle proteine,questo glucosio che viene assorbito va nel sangue e proviene dalla digestione dei carboidrati, questo glucosio poi entra in tutte le cellule. Ora per entrare il glucosio in tutte le cellule del nostro organismo utilizza dei trasportatori, i trasportatori per il glucosio, hanno una differenza af nità di glucosio in base a dove si trovano per esempio nel cervello ci sono trasportatori che hanno un’elevata af nità per il glucosio, perché il cervello utilizza gli zuccheri per ottenere energia, nel muscolo i trasportatori per il glucosio possono aumentare se in circolo ci sono grandi quantità di molecole di glucosio, per cui questi trasportatori di glucosio che solitamente stanno nascosti nelle cellule muscolari migrano sulla membrana plasmatica e rappresentano tante porte di ingresso per il glucosio, stesso identico discorso per il tessuto adiposo. Si chiamano GLUT4, trasportatori del glucosio di tipo 4. Noi stiamo parlando dei globuli rossi che hanno dei trasportatori per il glucosio che sono delle vere e proprie porte aperte per il glucosio, cioè questo trasportatore ha un’af nità molto elevata per glucosio, quindi se c’è del glucosio nel sangue, questo glucosio entrerà negli eitrociti con una velocità tale secondo transiente che alla ne la concentrazione di glucosio dentro l’eritrocita sarà uguale alla concentrazione di glucosio nel sangue. Se nel sangue ci sono 100 molecole di glucosio, 50 entreranno negli eritrociti, una maniera tale che 50 stanno dentro e 50 stanno fuori. Gli eritrociti per ottenere energia metabolizzano il glucosio, lo fanno andare incontro alla glicolisi ed ottengono ATP. Gli eritrociti non hanno nucleo, ribosomi, mitocondri, dunque vanno incontro solo a glicolisi. Dunque il glucosio entra molto facilmente. Ma siologicamente quanto può essere la concentrazione di glucosio nel sangue? Subito dopo un pasto alla ma poi il pancreas secerna l’insulina, l’insulina induce l’attività di quei trasportatori che stanno dentro la cellula muscolare o adiposa, li fa migrare sulla super cie ed il glucosio entra nelle cellule muscolari. Se consideriamo che le cellule muscolari sono dappertutto appena l’insulina aumenta le porte d’entrata ed il glucosio entra nelle cellule muscolari e nelle cellule adipose, la glicemia si abbassa. Quindi siologicamente può entrare poco glucosio, quel poco che entra gli eritrociti lo utilizzano per il metabolismo. Ma questo siologicamente quando un paziente invece soffre di diabete e la quantità di insulina che prudé il pancreas è insuf ciente o non funziona per altri motivi, succede che la glicemia non si abbassa perché il glucosio non riesce ad entrare nelle cellule adipose o muscolari per quelle entrare sono favorite dall’insulina. Se l’insulina non è abbastanza, il glucosio non entra nelle cellule muscolari e la glicemia non si abbassa. Nel corso del diabete la concentrazione degli zuccheri dentro gli eritrociti dove c’è l’emoglobina è fuori nel sangue saranno le stesse. Ora il glucosio che entra negli eritrociti che ne fa? Gli eritrociti lo utilizzano perla glicolisi ma se è di più di quello che loro possono utilizzare, gli enzimi vengono riempiti dal prodotto nale della glicolisi o ancora meglio oltre che dal prodotto nale, acido piruvico, vengono inibiti da un prodotto intermedio 1-3 difos glicerato che inibisce l’enzima che regola la glicolisi. Ma se dentro l’eritrocita c’è ancora glucosio, questo glucosio con una reazione non enzimatica si lega all’emoglobina e forma emoglobine glicata. L’emoglobina glicata è una molecola di emoglobina che con ne glucosio legato e questa emoglobina è un indice importante per i pazienti diabetici. Quando si fanno le analisi questa emoglobina glicata (HBA1 – HB1C) quando questi valore è alto vuol dire che il paziente ha il diabete e non fa l’insulina perché chiaramente un paziente diabetico non ha il pancreas che produce l’insulina fa l’insulina dall’esterno e la glicemia si abbassa. Ma se non fa l’insulina si vede proprio l’emoglobina glicata. fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi  Perché era importante? Perché quando si fa il prelievo con la goccia di sangue e si misura la glicemia, succede che il valore di glicemia indica quanto glucosio quel paziente ha nel sangue in quel momento che si fa le analisi invece dosare l’emoglobina glicata, poiché si trova nei globuli rossi e quest’ultimi hanno una vita media di circa 30 giorni dopo di che vengono distrutti, questo valore indica la glicemia di una persona nell’ultimo mese. I globuli rossi diventano una sorta di registratore per quante volte quel paziente ha avuto la glicemia alta. Quando il valore dell’emoglobina glicata è inferiore al 6% signi ca che su 100 molecole di emoglobine, 6 sono glicate. Buono tra 6-7, mediocre tra 7-9, quando la concentrazione è maggiore del 9%, vuol dire che il paziente non si ècontrollato ed ha avuto dei picchi glicemici. Quest’emoglobina glicata subisce all’interno del globulo rosso una serie di maneggiamenti dove intervengono degli enzimi e viene trasformata in AGE (prodotti nali di avanzata glucosidazione). Questi prodotti nali sono fatti da emoglobina con glucosio attaccato rimaneggiata e diventano AGE che tramite il sangue giungono ai diversi tessuti e laddove i capillari si assottigliano ed il sangue arriva no si differenti tessuti, lì questi prodotti provocano un danno. Quali sono i tessuti maggiormente esposti? Gli occhi, la retina in particolare è quella particolarmente danneggiata, i microcalillari retinici che contengono tali prodotti determinano un danno alla retina e danno loro una patologia chiamata retinopatia diabetica. (I microvasi retinici vengono danneggiati, ma questi microvasi cosa fanno nell’occhio? I microvasi formano la barriera ematoretinica, questa è data da vasi sanguigni sottilissimi che sono fatti da cellule endoteliali che tutte legate tra loro formano un manicotto, solo che queste cellule sono sigillate tra loro mediante proteine chiamate TAIINT GIANSON, sono proteine a cerniera, mentre normalmente nei vasi sanguigni ci sono degli spazi attraverso i quali molecole possono entrare o possono uscire, nei microvasi della retina ci sono queste giunture serrate poiché la retina è fondamentale per l’occhio, per garantire la retina queste cellule la isolano da tutti veleni che possono essere presenti nel sangue, passano solo quelle sostante per le quali ci sono trasportatori precisi come il glucosio, quando si formano questi prodotti di avanzata glicosidazione, i microcapillari vengono danneggiati e le giunzioni strette si allargano e la barriera non funge più da barriera) ma anche i reni, i microcapillari renali subiscono dei danni e spesso questo porta, quando il diabete è in forma molto grave porta i pazienti alla dialisi ma anche il cuore, il sistema nervoso periferico, il piede diabetico. L’emoglobina glicata è un indice importantissimo per prevenire. - LE PATOLOGIE Quando l’emoglobina non è strutturata in maniera giusta si hanno l’emoglobinopatie che possono essere o l’anemia falciforme, che è data da una mutazione del DNA che porta ad una trascrizione del DNA messaggero ad una catena polipeptidica dove il glutammato viene sostituito dalla amminoacidovanina ha questa catena laterale che forma questa specie di incavo e quando l’emoglobina si associa nelle 4 subunità, si viene a creare questa tasca in una subunita per cui poi più molecole di emoglobina, che sono perfettamente solubili nel sangue, si associano fra di loro creando dei lamenti insolubili che precipitano e determinano la distorsione del globulo rosso che invece di avere forma a disco biconcavo, hanno forma a falce. Questi globuli rossi a falce scorrono nei grandi vasi però quando quei vasi si assottigliano questa forma a falce blocca lo scorrimento e determina una riduzione del usso sanguigno e di conseguenza in quelle zone non arriva ossigeno, glucosio non arrivano nutrienti e quelle aree vanno incontro alla morte. fi fl fi fi fi fi  La mancanza di ossigeno impedisce un metabolismo arebico per cui in quelle aree servirebbe un metabolismo anaerebico. I dolori possono colpire organi vitali. Il possibile vantaggio di chi ha questa malattia in stato di eterozigote è che non prende la malaria, poiché è dato un parassita che completa il suo ciclo vitale dentro gli eritrociti ma gli eritrociti non vivono 45 giorni come dovrebbero perché essendo forma a falce vengono distrutti prima e di conseguenza il parassita viene bloccato nel suo ciclo vitale. Un’altra riguarda le talassemie che possono essere alfa o beta, che sono caratterizzate dalla mancata sintesi di catene alfa o di catene beta, anche in questo caso si possono avere forme in omozigosi o eterozigosi e le forme per esempio della talassemia beta in eterozigosi detta anche talassemia beta minore, un gene è mutato mentre l’altro normale, questa è una forma di talassemia minore mentre in omozigosi le catene beta che vengono trascritte grazie a questi geni beta non vengono trascritte, allora si avrà una grande quantità di catene alfa, una piccola quantità di catene beta viene sintetizzata e allora succede che una piccola parte di emoglobina dell’adulto si forma, questo non avviene quando ovviamente è in omozigosi. Però questa grande quantità di catene alfa si associa alla nascita con le catene gamma dell’emoglobina fetale, per cui permane una grande quantità di emoglobina fetale che fa si che si abbia un’anemia perché i globuli rossi che hanno quest’emoglobina mutata comunque vengono distrutti più velocemente e si ha una forte di anemia importante ma non si muore diverso è il discorso per le talassemia alfa, possono essere sintetizzate da due differenti geni che si trovano nello stesso cromosoma ma in noci differenti. Le catene alfa sono prodotte dadue geni che sono vicini, questa è la condizione in cui i due cromatidi sia dell’uno che dell’altro sono entrambi sani, oppure uno di questi 4 può essere mutato e questo prende il nome di portatore silente, nel senso c’è una mutazione ma non se ne rende conto. Quando invece i due geni sono mutato si ha il tratto talassemico e questi geni possono essere in omozigosi o in eterozigosi. Ed anche questa è una forma di emoglobinopatia che prende una grave anemia ma non si muore. Invece quando 3 geni su 4 sono mutati si ha una malattia molto grave, mentre quando tutti e 4 sono mutati, si ha l’idrope fetale l’emoglobina del feto è fatta da due catene alfa e due catene gamma, quando mancano le alfa neanche l’emoglobina fetale può essere sintetizzata. - GLI ENZIMI Gli enzimi sono molto importanti, poiché senza di essi non avverrebbero le reazioni chimiche all’intento della cellula. Però gli enzimi hanno un valore anche in medicina, perché alcuni enzimi che si trovano strettamente racchiusi all’interno di cellule speci che se li ritroviamo nel sangue signi ca che è incorso una patologia che ha fatto morire quelle cellule di quel tessuto si è aperta la membrana plasmatica e si sono ritrovati nel sangue. Come gli enzimi che si cercano quando qualcuno ha un infarto, non è arrivato sangue il quella parte del cuore, alcune cellule sono morte e gli enzimi che hanno al loro interno si ritrovano nel sangue ma nel sangue non dovrebbero esserci, quindi ritrovarli nel sangue signi ca che avvenuto un danno. Gli enzimi sono studiati molto spesso per formulare dei farmaci che controllano determinati metabolismi. Ad esempio in caso di tumore le cellule si replicano velocemente, ma per potersi riprodurre richiedono che venga duplicano il DNA, ma af nché avvenga la duplicazione del DNA all’interno delle cellule è neccessario che avvenga la sintesi dei nucleotidi che che poi formano il DNA, i nucleotidi vengono sintetizzati allora alcuni farmaci bloccano la sintesi dei nucleotidi in maniera tale che le cellule tumorali non trovino i nuclei ni per replicare il DNA e di conseguenza non si possono replicarle. Gli enzimi sono molto studiati perché sono in base al tipo di reazione che catalizzano si può creare un farmaco contro quella reazione e bloccare alcuni eventi patologici. Questi enzimi hanno la capacità di legare un substrato e trasformarlo in un prodotto e per fare questo hanno bisogno di un coezima. Da soli non possono far avvenire una reazione chimica, i coenzimi derivano dalle vitamine. fi fi fi fi fi Oltre che capaci di legare un substrato e trasformarlo in prodotto gli enzimi hanno un’altra caratteristica possono essere regolati, in modo tale che all’intento del nostro organismo avvengano solo alcune reazioni in base allo stato in cui ci troviamo e non altre opposte. Per esempio nel metabolismo degli zuccheri il glucosio può essere utilizzato nella glicolisi e l’eccesso conservato sotto forma di glicogeno. La sintesi del glicogeno è catalizzata fa enzimi e questi enzimi nel momento in cui c’è abbastanza glucosio sono attivi, sono regolati positivamente ma contemporaneamente gli enzimi che demoliscono il gliconeno sono inattivi quando siamo a digiuno gli enzimi che demoliscono il glicogeno fanno rilasciare il glicogeno al glucosio e sono attivi ma gli enzimi di sintesi solo inattivi. Altrimenti avvenissero contemporaneamente sarebbe un ciclo futile. La cosa importante degli enzimi è che sono regolati. Ogni enzima lega uno speci co substrato. Però questo legame con il substrato, quando un enzima lega il substrato per trasformarlo in prodotto cambia forma lenzima e cambia forma il substrato. È un cambiamento di forma e di stato che in alcuni studi con particolari tecnologie è stato proprio messo in evidenza questo movimento dell’enzima. Per esempio l’enzima che fa entrare il glucosio nella glicolisi si chiama esochinasi, che trasforma il Glucosio in glucosio 6 fosfato. La reazione non è altro che una reazione di attacco di un gruppo fosfato al carbonio 6 del glucosio. È stato trovato che questo enzima è formato da 2 su unità ed al centro ha il sito catalitico, quando il glucosio si va a legare con il sito catalitico questo enzima è come se lo abbracciasse, lo trasforma in glucosio in 6 fosfato e lo libera. Questo cambiamento di forma è tipico degli enzimi. Questi hanno la necessità di lavorare con i coenzimi e con gli ioni (Magnesio). Ci sono alcuni coenzimi, in particolare i coenzimi avinici che si formano dalla vitamina B2 che è la bo avina e i coenzimi niacina che si formano dalla vitamina niacina che svolgono un ruolo molto importante. Dire che un enzima ha bisogno del coenzimi signi ca che se quel l’enzima deve aggiungere un gruppo amminico in una molecola che si trasforma in un amminoacido,avrà accanto a se un coenzina che porta il legame al gruppo amminico. L’enzima va dal suo cornzima prende il gruppo amminico lo attacca al substrato, il substrato diventa prodotto nale amminoacido (PERITOAALFOSFATO è tipico della sintesi degli amminoacidi), oppure se un enzima deve aggiungere CO2 ad un composto, avrà il coenzima che porta CO2 legato, l’enzima stacca questo CO2 cal coenzima e lo attacca al composto. Quando parleremo del metabolismo parlare no o delle reazioni di utilizzazione del glucosio ma soprattutto di reazioni di ossidazione, perché nei processi di ossidazione si ottiene energia, in particolare le molecole che noi ossidiamo vanno incontro ad un processo attraverso il quale vengono staccati atomi di idrogeno. Ridurre una molecola attaccare atomi diidrogeno. Ad esempio quando gli acidi grassi vengono ossidati, vengonobstrappati atomi di idrogeno, ma questi atomi sono potenzionaenge pericolosi perché potrebbero abbassare il PH allora l’enzima che stacca gli atomi di idrogeno che si chiama DEIDROGENASI, questi atomi di idrogeno li lega al coenzima, che può essere la niacina il NAD oppure il FAD dalla ribo avina. Questi coenzimi ossidati si caricano il FAD diventa FADH2 il BAD si riduce pure in maniera diversa. Questi due coenzimi ridotti nel mitocondrio con un meccanismo particolare porteranno alla sintesi di ATP. Il metabolismo è fatto di da demolizione per ottenere ATP ma anche reazioni di sintesi. Gli enzimi legandosi ad un composto e trasformandolo in un prodotto nale fanno avvenire questa reazione di trasformazione più velocemente. Gli enzimi accelerano la reazione. Quello che fanno è che legandosi a quel composto gli fanno assumere una forma che mini uno stato di transizione perché af nché un composto si trasformi in un prodotto deve avere all’intento un’elevata energia di attivazione. Allora l’enzima gli fa assumere la stessa forma che quel composto avrebbe qualora dall’esterno gli arrivasse una forte energia di attivazione. Man mano che la concentrazione di substrato aumenta anche la velocità della reazione aumenta. Un substrato viene trasformato in prodotto la velocità aumenta ma perché c’è l’enzima. Che la trasforma, ad un certo punto quando aumentando la concentrazione non aumenta più la velocità si dice che l’enzima è saturato dal suo substrato. fi fl fi fi fi fi fl fl fi  È stato scoperto che lenzima si lega proprio al subastato e poi libera il prodotto per poi rilegarsi ad un altro substrato e ciò è stato scoperto da Michelis e Mentel che hanno studiato la cinetica degli enzimi. Formulando un’equazione che dice la velocità di una reazione chimica dipende dalla concentrazione del substrato, dalla vmax (velocità che si appiattisce) e dipende anche da una costante che si chiama costante di Michelis Mendel Km. Questa ha un signi cato molto improntante per noi che dobbiamo parlare del metabolismo. In parole povere indica l’aggiunta di un enzima per il substrato. Vuol dire che ci sono enzimi che appena vedono piccolo molecole di substrato immediatamente lo legano e lo trasformano in prodotto altri enzimi che hanno una bassa af nità al substrato ed allora hanno bisogno che questo substrato sia presente in grande quantità e a quel punto lo trasformano in prodotto. In parole tecniche la Km indica la concentrazione di substrato a livello della quale la velocità di una reazione enzimatica è semimassimale, (signi ca metà della vmax). Se un enzima ha una piccola Km (gli basta una piccola concentrazione di substrato per arrivare alla velocità semimassimale) quell’enzima ha un’alta af nità se un’anziana ha bisogno che il substrato sia presente in maggiore quantità allora avrà una bassa af nità. Ad esempio questo è ciò che avviene nel nostro fegato (organò glucostato, conserva glucosio). Questa af nità enzimi che hanno una differente af nità di glucosio lo troviamo nel fegato. Il primo enzima della glicolisi abbiamo detto che è esochinasi, che si trova dietro tutte le cellule del nostro organismo. Quando il glucosio entra l’enzima gli attacca il gruppo fosfato. Così il glucosio è sequestrato, non esce più. Il trasportatore non gli permette di uscire così com’è entrato. Questo enzima esochinasi ha un elevata af nità per il glucosio se il glucosio entra viene sequestrato. L’esochinasi ha una bassa Km. Questo enzima si trova anche nel fegato, ma come viene regolato? Quando la glicolisi ad un certo punto avviene e già la cellula ha la sua quantità di ATP che gli basta, dunque la glicolisi non gli serve più, questo glucosio 6 fosfato si comincia ad accumulare, il glucosio 6 fosfato inibisce l’esochinasi. Ma il fegato non è una cellula comunque. Il fegato conserva glicogeno, c’è il glucosio in eccesso il fegato lo converte in glicogeno e quando siamo a digiuno stacca le molecole del glucosio dal glicogeno e le fa andare nel sangue, mantengo la glicemia. Ma l’enzima esochinasi è tanto inibito da prodotto nale e l’eccesso di glucosio è rimasto bloccato. Il fegato ha un altro enzima che si chiama gluco chinasi, fa la stessa identica reazione della esochinasi, cioè trasforma il glucosio in glucosio 6 fosfato, l’esochinasi non funziona più, mentre gluco chinasi si. La gluco chinasi ha una bassa af nità per il glucosio, se dopo un pasto al fegato arriva glucosio, il fegato l’ha utilizzato per farlo entrare nella glicolisi e non ne ha più bisogno per ottenere energia ma ancora c’è glucosio in circolo che ancora entra e quindi questo glucosio si accumula la gluco chinasi diventa attiva. Se questi fkucosio non è tanto la gluco-chinasi ha una bassa af nità. Quando il glucosio entra nel fegato perché ce n’è tanto nel sangue, la glochinasi lo trasforma in glucosio 6 fosfato non è inibito dal prodotto nale questo enzima e questo glucosio 6 fosfato viene riutilizzato per la sintesi del glicogeno. Ecco che due enzimi che catalizzano la stessa reazione esochinasi e gluco chinasi avendo una differente af nità per il glucosio diventano attivi in momenti diversi. Il primo si attiva quando inizia ad arrivare glucosio la seconda quando si concentra in grandi quantità. Il fegato è glucostato perché sintetizza glicogeno che poi quando siamo a digiuno scinde liberando molecole di glucosio che vanno nel sangue. Anche il muscolo sintetizza glicogeno precisamente quando al suo interno le cellule muscolari hanno abbastanza glucosio è il glicogeno che sintetizza il muscolo è ad uso del muscolo. Per questo non ha questo sistemaparticolare di regolazione. Perché è un glicogeno che il muscolo produce e quando siamo in digiuno e il muscolo si deve contrarre libera glucosio dal glicogeno e lo fa entrare nella glicolisi. 21/10/2024 fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi  - SECONDA PARTE: METABOLISMO DEGLI ENZIMI Quando un enzima reagisce con un substrato, ovverosia lega il substrato al sito catalitico, l’enzima è capace di trasformarlo in prodotto, velocizzando le reazioni che avvengono all’interno delle cellule. Il fatto che l’enzima si lega al substrato, il substrato si trasforma in prodotto, l’enzima libera il prodotto rimanendo solo l’enzima libero pronto a legare un altro substrato, è stato studiato da Michaelis-Menten che hanno individuato in questa modalità di reazione tale equazione. Secondo tale equazione la velocità di una reazione enzimatica dipende dalla concentrazione del substrato (chiaramente aumentando la concentrazione la velocità aumenta, ma no ad un certo punto) e da una variabile, ovvero una costante che indica l’af nità di un enzima con il substrato, corrisponde alla concentrazione del substrato. Se Km è piccola vuol dire che la concentrazione del substrato anche se piccola lo fa trasformare velocemente in prodotto dall’enzima, quindi l’enzima in presenza di una piccola quantità di substrato velocemente lo trasforma in prodotto, vuol dire che l’enzima ha una alta af nità per quel substrato, quindi una bassa km indica una alata af nità. Viceversa invece una alta Km indica una bassa af nità , perché l’enzima ha bisogno che quel substrato sia prese te in elevate concentrazioni af nché l’enzima possa trasformarlo in prodotto. Questo discorso è molto importante perché ci spiega cosa succede nel fegato quando noi introduciamo un pasto, essendo il fegato un organo glucostato, è un organo che mantiene costante la glicemia, per questo motivo il fegato così come fanno tutti gli altri tessuti del nostro organismo, quando il glucosio entra all’interno delle sue cellule lo utilizza nella glicolisi, avendo bisogno di energia dato che svolge tantissime funzioni. La prima reazione della glicolisi avviene in tutte le cellule e l’enzima che catalizza questa reazione prende il nome di esochinasi, la quale ha una alta af nità con il glucosio. Questo enzima catalizza questa reazione di formazione del glucosio 6-fosfato. Questo enzima quando forma glucosio 6- fosfato continua nella glicolisi, ma se all’interno della cellula c’è abbastanza energia la glicolisi potrebbe pure rallentare, rallentando il glucosio 6-fosfato che si forma dalla esochinasi non viene più trasformato, ma si accumula e questo enzima esochinasi viene inibito dal prodotto della sua reazione. Quindi l’enzima catalizza la sintesi di glucosio 6-fosfato a partire dal glucosio, che quando ottiene un gruppo fosfato si inizia ad accumulare, la glicolisi rallenta non andando avanti, dunque la cellula non ne ha bisogno perché ha già soddisfatto le sue necessità energetiche, allora il glucosio 6-fosfato inibisce l’enzima esochinasi. Nel fegato è presente un altro enzima che prende il nome di glucochinasi, questo enzima catalizza la stessa reazione della esochinasi, ma a differenza della esochinasi la glucochinasi ha una bassa af nità con il glucosio, cioè è un enzima che nel fegato funziona solo quando all’interno c’è tanto glucosio. Perché quando all’interno del fegato c’è tanto glucosio non succede quello che accadrebbe in una cellula qualunque, ma lo convoglio nella sintesi del glicogeno, ovvero una molecola di riserva. Quindi nel fegato se c’è tanto glucosio l’enzima glucochinasi lo trasforma in glucosio 6-fosfato che prende la via della sintesi del glicogeno, in questa maniera il glucosio può essere conservato e quando siamo a digiuno il fegato scinde questo glicogeno, liberando glucosio nel sangue. Quindi sono due enzimi che catalizzano la stessa reazione e che hanno una diffrente af nità per il glucosio. Il metabolismo può essere regolato in due differenti maniere, e per regolazione del metabolismo intendiamo enzimi di vie metaboliche, che si trovano solitamente all’inizio di una via metabolica e sono quelli che vengono regolati, funzionano o non funzionano in base a determinate situazioni. Alcuni enzimi agiscono all’inizio di una via metabolica (all’inizio perché se quella via non è necessaria si fermano all’inizio senza proseguire). Alcuni enzimi sono allosterici, che oltre ad avere il sito catalitico hanno un ito all’isterico; nel sito catalitico si lega il substrato, mentre nel sito all’isterico si lega una molecola che sta dentro la cellula e che indica la situazione energetica di quella cellula. Ci sono delle molecole che indicano che è presente un malessere energetico, che c’è poco ATP. In un enzima della glicolisi AMP agisce sull’enzima all’isterico della glicolisi e lo spinge a far avvenire la glicolisi af nché venga prodotto fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi ATP. Se dentro la cellula c’è abbastanza ATP, l’ATP che è all’interno di quella cellula si lega al sito allosterico inibendolo. Gli enzimi possono essere regolati dagli ormoni, dagli ormoni che vengono rilasciati o dopo un pasto o quando siamo a digiuni. Gli ormoni portano un messaggio a tutte le cellule del meccanismo, agendo su vari distretti, come l’adrenalina che agisce a livello del tessuto adiposo, fegato… In distretti diversi da lo stesso messaggio perché l’adrenalina quando arriva alle cellule del nostro organismo dei lega ad un recettore presente sulla membrana plasmatica di tutte le cellule e attiva dentro la cellula una via di segnale che porta all’attivazione di proteine che si chiamano chinasi. Le chinasi attaccano un gruppo fosfato a tutti gli enzimi che stanno dentro a quella cellula. Gli enzimi nel metabolismo sono enzimi catabolismi, cioè quelli che demoliscono le molecole organiche per ottenere ATP, ed enzimi anatolici, cioè enzimi di sintesi. Per esempio il glicogeno che sta dentro una cellula muscolare o ad una cellula epatica con gli enzimi cattolici viene demolito se c’è bisogno di ATp, con gli enzimi anatolici viene sintetizzato. Gli enzimi del catabolismo sono attivi quando hanno un gruppo fosfato attaccato, viceversa gli enzimi di sintesi, che con il gruppo fosfato attaccato sono inattivi; quindi quando l’adrenalina viene rilasciata nel sangue dalle cellule alfa pancreatiche e raggiunge tutti i tessuti del nostro organismo, attiva dentro quelle cellule le chinasi che attaccano a tutti gli enzimi un gruppo fosfato, così automaticamente gli enzimi del catabolismo diventano attivi e quelli di sintesi si spengono; e l’adrenalina porta il messaggio di demolire tutto quello che serve af nché si ricavi ATP, quindi il muscolo demolisce il glicogeno, liberando molecole di glucosio che serviranno per ottere ASTP per la contrazione muscolare. Oppure il tessuto adiposo demolisce i trigliceridi, si libereranno gli acidi grassi che verranno ossidati per ottenere ATP. Gli ormoni del digiuno, di cui fa parte anche l’adrenalina, il glucagone, invece al contrario rilasciano solo un ormone durante il benessere energetico, ovverosia l’insulina. L’insulina è un ormone del benessere, stimolando la glicolisi, ovvero l’utilizzazione del glucosio. Porta un messaggio di conservare glucosio sotto forma di glicogeno nel muscolo, nel fegato; conservare acidi grassi sotto forma di trigliceridi nel tessuto adiposo e anche nel fegato. L’insulina porta un messaggio af nché vengano costruite molecole di riserva. Quando l’insulina si lega al suo recettore, ovvero all recettore presente nella membrana plasmatica presente in tutte le cellule, attiva degli enzimi che si chiamano fosfatasi che staccano a tutti gli enzimi un gruppo fosfato, facendo diventare gli enzimi del catabolismo diventano dunque inattivi, mentre gli enzimi di sintesi si attivano. In questo modo un ormone manda un messaggio e dentro la baraonda di enzimi che catalizzano migliaia di reazioni se c’è un benessere provocato da un pasto appena introdotto sono attivi gli enzimi anatolici che costruiscono acidi grassi per costruire i trigliceridi, mettono da parte il glucosio sotto forma di glicogeno, sintetizzano le proteine dagli amminoacidi che introduciamo nel nostro pasto. Quindi l’insulina che attiva le fosfatasi, attiva le reazioni anaboliche e spegne quelle cataboliche. Gli enzimi sono composti da amminoacidi legati insieme e in vicinanza di un sito particolare ci sarà un amminoacido che espone il gruppo OH. Quando l’ormone che viene rilasciato è un ormone del digiuno, l’ormone attiverà la proteina chinasi che fa attaccare a tutti gli enzimi della cellula un gruppo fosfato, rendendo gli enzimi catabolici attivi. Se invece viene rilasciata l’insulina e dunque l’attivazione delle fosfatasi avviene il processo inverso, rendendo gli enzimi defosforilasi e attivando gli enzimi anabolici. Con questo semplice meccanismo le due vie metaboliche non sono mai attive in contemporanea ma sono un ri esso di quello che l’intero organismo sta subendo. Ci sono poi enzimi importanti come quelli del metabolismo del glicogeno, che hanno entrambe le regolazioni, allostericamente e con attacco e distacco del gruppo fosfato ovvero per modi ca covalente, dato che tramite un legame covalente viene attaccato un gruppo fosfato. Ma l’enzima che demolisce il glicogeno data la grande importanza del suo ruolo possiede entrambe le regolazioni, e questo enzima si chiama glicogenofosforilasi. Ha la doppia regolazione dato che il glicogeno si trova sia nel muscolo che nel fegato; il glicogeno del muscolo è ad uso proprio del muscolo, custodito dalle cellule muscolari utilizzandolo per se stesse. Garantiscono al muscolo una riserva di glucosio. fl fi fi fi Nel fegato il glicogeno conservato non serve al fegato, ma quando siamo a digiuno viene demolito in molecole di glucosio, riversato nel sangue rialzando la glicemia, raggiungendo tantissime cellule, tra cui le cellule del tessuto nervoso, ma anche tutti i muscoli. Il fegato è un organo glucostato e proprio li la doppia regolazione è importante, perché il fegato così può aiutare tutto l’organismo. - LA GLICOLISI La glicolisi avviene in tutti i tessuti del corpo; tutte le cellule fanno la glicolisi ma per alcune di queste è fondamentale. Ma questo cosa vuol dire? Che la glicolisi avviene nei tessuti ma tanti di questi tessuti oltre ad utilizzare il glucosio per ottenere energia, ATP, dall’utilizzo del glucosio, quindi dalla glicolisi, possono fare altri tipi di metabolismo che producono una maggiore quantità di energia, per esempio c’è il metabolismo lipidico; possono essere utilizzati i grassi per ottenere più energia, quindi molti tessuti nel nostro organismo fanno glicolisi e ottengono energia dai carboidrati e ossidano gli acidi grassi, quindi ottengono energia dai grassi, ma per il cervello, i globuli rossi e l’occhio, in particolare cornea, cristallino e retina, è fondamentale. Infatti questi tessuti utilizzano il glucosio per ottenere ATP e non lo possono ottenere dai grassi. Quindi il metabolismo glucidico è fondamentale per il cervello e per l’occhio, perché cosa succede nel cervello e nell’occhio? Sono gli organi più complessi, fondamentali per la vita del nostro organismo, l’occhio perché dà la vista, il cervello perché permette alle sinapsi di coordinare il linguaggio ecc. Essendo fondamentali come organi, sono protetti da barriere: il cervello è protetto dalla barriera ematoencefalica e l’occhio dalla barriera ematoretinica, in particolare la retina, dove ci sono le cellule che permettono la visione. Queste barriere isolano il cervello e l’occhio (retina) dalle sostanze potenzialmente nocive che circolano nel sangue, perché nel sangue possono circolare sostanze nocive che noi ingeriamo con alimenti, es. farmaci, sostanze che inaliamo, tossiche, che poi arrivano anche al fegato e vengono metabolizzate, però possono circolare nel sangue. Allora per proteggere il cervello e l’occhio da molecole potenzialmente nocive che circolano nel sangue ci sono le barriere ematoencefalica ed ematoretinica. Ora, queste barriere non fanno passare gli acidi grassi per cui il cervello e la retina hanno un metabolismo glucidico, solo da lì ottengono energia, solo dai carboidrati. Idem nei globuli rossi perché il metabolismo lipidico avviene all’interno dei mitocondri, mentre la glicolisi avviene nel citosol. Nella cellula, gli acidi grassi vengono ossidati nei mitocondri e i globuli rossi non ne hanno perché i globuli rossi nascono a livello del midollo come precursori dei globuli rossi e sono delle cellule vere e proprie con nucleo, ribosomi, mitocondri e in queste cellule comincia ad essere sintetizzata l’emoglobina, poi, man mano che i globuli rossi maturano e diventano eritrociti maturi, espellono tutti gli organuli, il nucleo, i ribosomi e rimane l’emoglobina perché fondamentalmente la sua funzione è trasportare ossigeno. Quindi il globulo rosso vive grazie alla glicolisi. Quindi globuli rossi, cervello e occhio utilizzano la glicolisi come fonte di energia, da altre parti non la possono prendere. La glicolisi si compone di 10 tappe, ed è suddivisa in due fasi: una prima fase in cui non viene rilasciato ATP ma si consuma ATP e una seconda fase in cui viene prodotto ATP (4 sono state prodotte e quindi la resa nale è di due). Quindi, nella prima fase detta endoergonica perché si consuma energia, una prima molecola di ATP viene utilizzata per attaccare il gruppo fosfato al glucosio che diventa glucosio 6 fosfato. L’enzima si chiama esochinasi, viene attaccato questo gruppo fosfato e si forma glucosio 6 fosfato ed è una reazione irreversibile. Il glucosio 6 fosfato, che si forma, con una isomerasi, cioè niente si aggiunge e si perde, ma semplicemente per spostamento dei legami e dei gruppi che compongono la molecola, si trasforma in fruttosio 6 fosfato. A questo punto un’altra molecola di ATP viene utilizzata e dona il suo gruppo fosfato, infatti fi da ATP diventa ADP e il gruppo fosfato si lega alla molecola del glucosio in posizione 1. Quindi, il fruttosio 6 fosfato diventa fruttosio 1,6 bisfosfato. Questa reazione è la reazione più importante della glicolisi ed è catalizzata da un enzima che si chiama fosfofruttochinasi, è un enzima che funziona in base a molecole che stanno dentro la cellula che si legano al sito allosterico. A questo punto, dopo che si è formata una molecola a 6 atomi di carbonio, che è il fruttosio, e che ha un gruppo fosfato in posizione 1 e un gruppo fosfato in posizione 6, abbiamo il fruttosio 1,6 bisfosfato, una molecola a 6 atomi di carbonio, nel primo o nell’ultimo c’è un gruppo fosfato attaccato. Questa molecola a 6 atomi di carbonio con due gruppi fosfato attaccati, viene tagliata in due molecole a 3 atomi di carbonio, ciascuno con un gruppo fosfato attaccato. Queste due molecole si chiamano gliceraldeide 3 fosfato e diidrossiacetone fosfato. Queste due molecole si interconvertono in una e nell’altra. Quindi entrambe sono a 3 atomi di carbonio con un gruppo fosfato attaccato. La glicolisi procede dalla gliceraldeide 3 fosfato ma siccome queste due sono molto simili e il glucosio acetone fosfato può diventare gliceraldeide fosfato, da questo momento in poi è sottinteso che tutto ciò che reagisce e si produce è rappresentato da due molecole, quindi da questo momento in poi due molecole di gliceraldeide fosfato proseguono nella glicosi, avremo quindi tutto doppio. La prima reazione della fase esoergonica inizia con la trasformazione della gliceraldeide fosfato in una molecola che sia chiama 1,3 bisfosfoglicerato. Questa reazione consiste nell’attacco di un gruppo fosfato in posizione 1, oltre a quello che ha in posizione 3. Questa molecola 1,3 bisfosfoglicerato si forma senza consumo di ATP e un gruppo fosfato che si trova all’interno della cellula. Questa reazione per attaccare un gruppo fosfato stacca dalla gliceraldeide fosfato due atomi di idrogeno che vengono caricati sul coenzima NAD che diventa NADH + H+. Tutti gli enzimi che catalizzano le reazioni all’interno della cellula hanno bisogno di un coenzima, l’enzima da solo non può funzionare. Un enzima come la deidrogenasi che stacca due atomi di idrogeno ha bisogno di un coenzima a cui attaccarli perché questi atomi di idrogeno se fossero liberi nell’ambiente cellulare potrebbero far abbassare il ph. Quindi questo enzima stacca due atomi di idrogeno e attacca un gruppo fosfato; questi due atomi di idrogeno li attacca al coenzima. Il coenzima è il NAD che deriva dalla vitamina b2, che si chiama niacina e questo coenzima è capace di legare gli atomi di idrogeno. Dal punto di vista chimico non si ossida il NAD perchè questi due atomi di idrogeno non ci entrano, la molecola del NAD è una molecola molto grande, elaborata e due atomi di idrogeno non riescono a legarsi. Quindi un atomo di idrogeno si lega per intero. Cosa vuol dire per intero? Dal punto di vista chimico un atomo di idrogeno è fatto da un protone e un elettrone e si legano per intero, nell’altro atomo di idrogeno non c’è spazio per far entrare il protone con l’elettrone ed entra solo l’elettrone. Per cui quando il coenzima NAD si riduce, diventa NADH + H+. Un altro coenzima che aiuta le deidrogenasi ma non nella glicolisi è il FAD, il FAD è un coenzima che deriva dalla vitamina avina. Quando un enzima deidrogenasi stacca due atomi di idrogeno e li vuole caricare sul suo coenzima che è il FAD, il FAD che è una molecola molto larga con tanto spazio li lega. Questo concetto dei coenzimi lo introduciamo adesso perché vedremo quando niremo il metabolismo anaerobico quello che succede nel mitocondrio, la sintesi di ATP che avviene nei mitocondri avviene grazie a questi coenzimi, NAD ridotto e FAD ridotto. La sintesi di ATP nei mitocondri è davvero tanta, mentre nel citosol, alla ne della glicolisi, la sintesi di ATP è molto poca. Quindi questa prima reazione di questa seconda fase la gliceraldeide fosfato diventa 1,3 bisfosfoglicerato e l’enzima deidrogenasi che catalizza questa reazione stacca due atomi di idrogeno e li carica sul NAD che diventa NAD ridotto, NADH + H+. fi fl fi  Ora questa molecola che si è formata, da una parte ha questi due atomi di idrogeno e dall’altra gli è stato attaccato il fosfato, come potete vedere è una molecola altamente energetica. In particolare, altamente energetica vuol dire che il gruppo fosfato che è stato aggiunto adesso in posizione 1, è legato al carbonio della gliceraldeide fosfato ed è legato con un legame altamente energetico. Anche la molecola dell’ATP è formata dal glucosio, che da una parte lega una base azotata che si chiama adenina e poi 3 gruppi fosfato. Questi 3 gruppi fosfato sono legami altamente energetici. Se l’ATP perde un gruppo fosfato e diventa ADP, l’energia che si libera da questa rottura viene usata per reazioni chimiche, attacchi di un gruppo ecc. L’ 1,3 bisfosfato è una molecola altamente energetica che va incontro alla reazione successiva in cui un enzima che si chiama fosfogliceratochinasi gli stacca un gruppo fosfato in posizione 1. L’energia che si libera dalla rottura di questo legame, di questo gruppo fosfato, viene utilizzata per legare all’ADP questo gruppo fosfato e l’ADP diventa ATP. Ecco che inizia la sintesi di ATP e siccome da questo momento in poi abbiamo detto che tutto viene moltiplicato per due: 2 molecole di gliceraldeide fosfato diventano due molecole di 1,3 bisfosfoglicerato e 1,3 bisfosfoglicerato diventa 2 molecole di 3 bisfosfoglicerato. Giusto per non impicciarci con i numeri, il 2 davanti indica il numero di molecole, il 3 fosfoglicerato indica che nella molecola di fosfoglicerato il gruppo fosfato è in posizione 3 del carbonio. Quindi vengono liberate quante molecole di ATP? 2. Successivamente il 3 fosfoglicerato con una isomerasi, per spostamento del gruppo fosfato dalla posizione 3 alla posizione 2, diventa 2 fosfoglicerato. Questa molecola di 2 fosfoglicerato, per perdita di una molecola d’acqua, si rimodula e diventa la penultima molecola della glicolisi che si chiama fosfoenolpiruvato. Anche il fosfoenolpiruvato subisce un rimaneggiamento per perdita di una molecola di acqua. Questo fosfoenolpiruvato perde un gruppo fosfato che è legato con un legame altamente energetico e diventa piruvato e nisce la glicolisi. E il gruppo fosfato che si è staccato grazie all’energia che si è liberata dal suo stacco si può legare ad una molecola di ADP che diventa ATP. Chiaramente due molecole di ATP. Si producono alla ne della glicolisi due molecole di piruvato. Il piruvato ha come formula chimica C3H4O3 è una molecola a tre atomi di carbonio. Quindi siamo partiti dalla molecola di glucosio a 6 atomi di carbonio e alla ne delle 10 reazioni della glicolisi se ne formano due a tre atomi carbonio. Grazie a tutte le reazioni che avvengono, si sono formate in questa seconda fase 4 molecole di ATP. Per avere una resa netta di energia bisogna togliere le due iniziali. Per questo motivo, ogni volta che si ha la glicolisi, si formano due molecole nette di ATP. Quindi la glicolisi forma due molecole di piruvato. Questo piruvato dentro le cellule può seguire strade diverse in base al tipo cellulare. Negli eritrociti che non hanno mitocondri o nelle cellule muscolari che hanno bisogno di ATP in maniera veloce, le cellule muscolari hanno mitocondri, questo piruvato può continuare la sua forma aerobica e produrre ATP però a volte quando la contrazione muscolare è intensa e c’è velocemente bisogno di ATP il piruvato viene trasformato in acido lattico. Con questa strategia le cellule muscolari oppure gli eritrociti fanno ricominciare la glicolisi, quindi una via che prende il piruvato è quella di essere trasformato in lattato grazie a questa reazione di queste cellule. La glicolisi ricomincia da capo. Oppure, in altre cellule per esempio nel tessuto adiposo oppure nel fegato, nel muscolo, in queste cellule il piruvato diventa acetil Coenzima A ed entra nel ciclo di Krebs che avviene nei mitocondri. Oppure nei microrganismi il piruvato può diventare etanolo, questa è detta fermentazione ed è quello che succede quando nel mosto, nei contenitori in cui viene raccolto, lo zucchero dell’uva viene trasformato dai batteri presenti in etanolo e si produce anidride carbonica, tant’è vero che la sensazione è come se bollisse, quando in realtà è l’anidride carbonica che sale. Questo discorso del lattato è importante perché in questa reazione, la prima della seconda fase, è necessario avere NAD ossidato, gli stacca la gliceraldeide fosfato due atomi di idrogeno, gli si attacca un altro gruppo fosfato e si forma questo composto ad alta energia. Se nella cellula non c’è il NAD questa reazione non può avvenire, cioè l’enzima se non ha il NAD a cui dare questi due fi fi fi atomi di idrogeno non può avvenire la reazione e la glicolisi non può avvenire anche se c’è glucosio. Senza il NAD la glicolisi non può avvenire. Quando in una cellula muscolare che si contrae attivamente e c’è bisogno che la glicolisi avvenga e il muscolo ce l’ha il glucosio, c’è un enzima che si chiama lattato deidrogenasi, che prende il NADH, stacca a questo due atomi di idrogeno e li carica sul piruvato. Grazie alla riduzione del piruvato in lattato, avviene una riduzione, cioè l’enzima lattato deidrogenasi attacca due atomi di idrogeno al piruvato che diventa lattato. In questo modo si forma di nuovo NAD ossidato ed ecco che la cellula può ricominciare la glicolisi perché avrà di nuovo NAD ossidato. Altrimenti nella cellula si accumulerebbe questo NADH e quindi c’è un enzima che trasforma il piruvato in acido lattico perché attacca al piruvato questi due atomi di idrogeno e così si forma di nuovo NAD ossidato che serve per la glicolisi. Quindi l’acido lattico che si forma quando il muscolo è in attiva contrazione è un prodotto vitale per il muscolo perché permette di far ricominciare la glicolisi. Che ne fa questo acido lattico? Il lattato è una molecola buona, si forma af nché nel muscolo ricominci la glicolisi, poi viene riversato nel sangue e raggiunge il fegato dove diviene di nuovo piruvato. La regolazione è principalmente una regolazione allosterica e questa già in parte l’abbiamo fatta perché abbiamo già detto che il glucosio 6 fosfato, prodotto nale della esochinasi, inibisce l’enzima, il prodotto nale inibisce l’enzima esochinasi. Il secondo punto della regolazione molto importante è quello della fosfofruttochinasi, cioè quell’enzima che catalizza la reazione di trasformazione del fruttosio 6 fosfato in fruttosio1,6 bisfosfato. Questo enzima utilizza ATP, il gruppo fosfato dell’ATP viene legato al fruttosio in posizione 1 e si forma questa molecola, 6 atomi di carbonio, gruppo fosfato in posizione 1 e gruppo fosfato in posizione 6. Questo enzima fosfofruttochinasi è l’enzima regolatore della glicolisi, è un enzima allosterico quindi oltre al sito catalitico dove si va a legare il fruttosio 6 fosfato e l’enzima fruttosio 1,6, oltre al sito attivo, ha un sito allosterico. È una sorta di concavità, una forma un po’ particolare, dove si vanno a legare molecole di cui c’è bisogno. Quali sono le molecole? Se dentro la cellula c’è ATP, e questo enzima catalizza una reazione che porta alla sintesi di ATP, l’ATP si lega al sito allosterico e inibisce l’enzima. Un’altra molecola che indica che c’è abbastanza energia è il citrato, questo è il primo prodotto del ciclo di KREBS. Se sta avvenendo il ciclo di Krebs vuol dire che c’è benessere energetico perché il ciclo di krebs avviene nei mitocondri e nei mitocondri viene prodotto ATP. Quindi se dentro la cellula c’è il citrato, indica che c’è energia e l’enzima viene inibito. Un’altra condizione che inibisce la glicolisi è il PH acido, siccome alla ne della glicolisi, soprattutto nei tessuti che la fanno continuamente, il tessuto muscolare ad esempio, si libera acido lattico che viene poi riversato nel sangue, se la glicolisi continuasse per ore, il ph del sangue si abbasserebbe e quindi il PH acido inibisce l’enzima. Ed è una valvola di sicurezza, oltre una certa soglia la glicolisi non può andare avanti. Quali sono lemolecole che attivano l’enzima? Che gli dicono di funzionare? L’AMP, questa è una molecola che indica che c’è bisogno di energia, un’altra molecola è il fruttosio 2,6 bisfosfato. Questo fruttosio abbiamo visto che nella glicolisi diventa fruttosio 1,6. Quando nella cellula c’è molto glucosio e si forma tanto fruttosio 6, una parte di questo fruttosio 6 diventa fruttosio 1,6 con la glicolisi, ma se veramente è tanto, una parte di questo fruttosio 6 prende un’altra strada e viene trasformato in fruttosio 2,6 che attiva questo enzima e lo fa andare ancora più velocemente, è fi fi fi fi fi l’attivatore dell’enzima fosfofruttochinasi. Quindi questo substrato, una parte si trasforma in prodotto e una parte si trasforma in attivatore che lo fa trasformare in prodotto più velocemente. Quindi, ricapitolando, il fruttosio 6 fosfato può essere convertito dalla fosfofruttochinasi 1 in fruttosio 1,6 bisfosfato oppure dalla fosfofruttochinasi 2 in fruttosio 2,6 bisfosfato. Questo 2 attira la fosfofruttochinasi 1. Ma perché vi sto dicendo questo? Perchè la fosfofruttochinasi 2 è regolata in maniera diversa a seconda se siamo a digiuno o se abbiamo appena mangiato perché questa fosfofruttochinasi 2 che produce il fruttosio 2,6 bisfosfato, che è un attivatore della fosfofruttochinasi 1, questo enzima fosfofruttochinasi 2 è attivato dall’insulina che fa avvenire facilmente la glicolisi, utilizzazione del glucosio. Chiaramente il segnale che porta l’insulina è di benessere, defosforilare questo enzima. Se invece questo enzima è fosforilato, vuol dire che siamo a digiuno e non verrà mai prodotto un attivatore della glicolisi, non servirebbe a nulla. A livello del fegato ci sarà la glicolisi inversa. Bisogna ricordare che il fruttosio 1,6 bisfosfato è il prodotto della fosfofruttochinasi 1, ed è glicolisi, mentre il fruttosio 2,6 bisfosfato è il prodotto di un enzima che è il prodotto della fosfofruttochinasi 2 e che in realtà non fa parte realmente della glicolisi ma produce un attivatore per la glicolisi. Questo 2 è quello che è regolato dall’insulina o dal glucagone. Se abbiamo mangiato l’insulina attiva la via glicolitica che utilizza il glucosio, se siamo a digiuno non viene prodotto l’attivatore della glicolisi. Quindi l’azione ormonale è su un enzima che produce un attivatore allosterico, quindi la regolazione dell’enzima principale che agisce sulla glicolisi è allosterica ma uno degli effettori allosterici viene prodotto da una regolazione ormonale. 28/10/2024