METABOLISMO DEL GLICOGENO - .fosforilasi chinasi b (α β γ δ) 4 fosforilasi chinasi a ATP ADP

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METABOLISMO DELGLICOGENO

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DESTINI DEL GLUCOSIO 6-FOSFATO

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RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DEL METABOLISMO DEL GLUCOSIORAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DEL METABOLISMO DEL GLUCOSIO

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Omeostasi del glicogeno

Nell'organismo animale, il glicogeno una riserva di carboidrati

Non possibile conservare all'interno delle cellule il glucosio in forma libera.

Glicogeno epatico: serve a mantenere costante il livello ematico di glucosio

Glicogeno dei muscoli: una riserva energetica (le cellule del muscolo non possiedono l'enzima glucosio-6-fosfatasi)

Glucosio-6-fosfatasi

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Struttura del glicogeno

Formula molecolare

Rappresentazione schematica

M.E.

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DEMOLIZIONE DEL

GLICOGENO

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La degradazione del glicogeno avviene, ad opera della glicogeno fosforilasi

Lenzima rimuove residui di glucosio dalle estremit non riducenti del polisaccaride mediante fosforolisi.

Parte dellenergia del legame glicosidico viene conservata nellestere fosforico del glucosio 1-fosfato

Lenzima lavora sino a raggiungere la quarta unitdi glucosio prima di una ramificazione.

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Lenzima deramificante

una (1,4) glicosiltransferasie una (1,6) glicosidasi; le 2 attivit sono localizzate in 2 siti separati della stessa proteina

In una prima fase, lenzima stacca (attivit transferasica) un blocco di tre residui dalla ramificazione ad una estremit non riducente vicina, con formazione di un legame (a 1-> 4) glicosidico.

Il residuo coinvolto nella formazione della ramificazione (legame a 1 -> 6) viene rilasciato direttamente come glucosio libero (attivitglucosidasica).

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La fosfoglucomutasi

La demolizione del glicogeno ad opera della glicogeno fosforilasiproduce G1P, che viene trasformato in G6P dalla fosfoglucomutasi

La fosfoglucomutasirichiede glucosio 1,6-bisfosfato come cofattore

Il G6P pu entrare nella glicolisi oppure nella via dei pentosi fosfati

Nel fegato la glucosio 6 fosfatasi idrolizza il G6P in glucosio che pu cos essere esportato ad altri organi

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RimodellamentoRimodellamento del glicogenodel glicogeno I legami 1,4-glicosidici

vengono scissi su ciascun

ramo dalla fosforilasi

La transferasi sposta

un blocco di tre residui

glicosidici da un ramo

etremo all altro

L -1,6-glucosidasi

rimuove i residui in

modo da lasciare una

molecola lineare con

tutti i legami -1,4-

glicosidici suscettibili

ad ulteriori scissioni

12Struttura ai raggi X della glicogeno fosforilasi

Disegno schematico

Catalizza la fosforolisi del glicogeno a glucosio-1-Pi

regolata sia da interazioni allostericheche da modificazioni covalenti

Utilizza il piridossal-5-fosfato come cofattore

Non pu staccare residui oltre 5 unit da un punto di ramificazione

La glicogeno fosforilasi

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1) Glicogeno fosforilasi : catalizza la fosforolisi del glicogeno

Glicogeno + Pi glicogeno + G 1P (n residui) (n - 1 residui)

2) Enzima deramificante del glicogeno

3) Fosfoglucomutasi

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GLICOGENO FOSFORILASIGLICOGENO FOSFORILASI un omodimero

ciascun sito catalitico

comprende un gruppo

piridossalfosfato ( PLP)

il PLP legato alla

lisina 680 dellenzima

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La La fosforilasifosforilasi a a fosforilata sulla serinaserina 1414 di ciascuna subunit che favorisce la struttura dello stato R pi attivo

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Sia la fosforilasi aa sia la fosforilasi bbesistono come equilibri tra uno stato RRpi attivo e uno stato TT meno attivo

La fosforilasi bb di solito inattiva poich lequlibrio favorisce lo stato TT

La fosforilasi a a di solito attiva poich lequilibrio favorisce lo stato RR

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Regolazione Regolazione allostericaallosterica della della fosforilasifosforilasi muscolaremuscolare

Una bassa, , carica energetica, rappresentata da

elevate concentrazioni di

AMPAMP favorisce la transizione allo stato Rstato R

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REGOLAZIONE ALLOSTERICA DELLA FOSFORILASI REGOLAZIONE ALLOSTERICA DELLA FOSFORILASI EPATICAEPATICA

Il legame del glucosio alla

fosforilasifosforilasi aa sposta l equilibrio verso lo stato Tstato T e inattiva lenzima

Il glicogenoglicogeno non viene mobilizzato quando il

glucosio gi abbondante

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Sintesi del glicogeno

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Sintesi del glicogeno

La catena del polisaccaride viene allungata (a partire da

una catena preformata di almeno 8 residui) dallenzima glicogeno sintasi.

Il glucosio attivato sotto forma di UDP-glucosio viene trasferito allestremit non riducente di una catena polisaccaridica, con

formazione di un legame (1-4) glicosidico.

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Sintesi dellUDP-glucosio

La formazione di uno zucchero attivato legato a nucleotidi avviene mediante una reazione di conden-sazione di un NTP con uno zucchero fosforilato.

La carica negativa dellossigeno serve da nucleofilo per un attacco sul gruppo fosforico interno del nucleoside trifosfato e libera PPi.

Lequilibrio della reazione viene complessivamente spinto verso destra dallidrolisi del pirofosfatoda parte della pirofosfatasiinorganica.

L UDP-glucosio una forma attivata di

glucosio cos come lATP e lacetil CoA sono

forme attivate dellortofosfato e dellacetato

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La glicogeno sintasi

Catalizza laggiunta di unit di glucosio (a partire dallUDPG) ad una catena di glicogeno di almeno 8 residui

Il primo step catalizzato dalla tirosina glicosiltransferasi, che attacca un residuo di glucosio allOH di una Tyr della glicogenina

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La proteina glicogenina (332 amminoacidi ) innesca la sintesi del glicogeno legando al gruppo OH di un residuo di Tyr del polipeptide un residuo di glucosio.

La reazione utilizza UDP-glucosio e avviene grazie allattivit autocatalitica della protein-tirosina glicosiltransferasica.

Allestremit non riducente di questa prima unit glucosidica legata alla glicogeninavengono aggiunti altri 7 residui di glucosio ad opera della glicogenina associata alla glicogeno sintasi

A questo punto, possibile lazione diretta della glicogeno sintasi che si dissocia dalla glicogenina e sintetizza una catena lineare.

Non appena il numero di residui aggiunti lo permette, abbiamo lazione dellenzima ramificante che aggiunge una seconda estremit non riducente sulla quale la glicogeno sintasi pu lavorare e cos via.

AUTOGLICOSILAAUTOGLICOSILA

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GLICOGENINA

Sezione trasversale di una molecola del glicogeno

25La reazione catalizzata della glicogeno sintasi.

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Lenzima ramificante

(amilo (1,4 1,6 transglicosilasi)

Le ramificazioni si formano grazie allazione dellenzima ramificante.

Lenzima lavora trasferendo un segmento terminale di 6-7 residui glucosidici dalle-stremitnon riducente di una catena poliglucosidicacomposta da almeno 11 residui, al gruppo OH del carbonio C-6 di un residuo di glucosio della stessa catena o di unaltra catena ma localizzato in un punto pi interno.

1

Ramificazione del glicogeno ad opera dellenzima ramificante

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Lenzima ramificante

(amilo (1,4 1,6 transglicosilasi)

Lazione combinata di glicogeno sintasi e dellenzima ramificantepermette la formazione di un polisaccaride a ramifi-cazione crescente che permette una crescita (e una demolizione) molto pirapida di un polisaccaride lineare.

2

Ramificazione del glicogeno ad opera dellenzima ramificante

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Vie opposte di sintesi e di degradazione del glicogeno

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Controllo del metabolismo

del glicogeno

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Regolazione della sintesi e della degradazionedel glicogeno

Sintesi e degradazione del glicogeno sono coregolate in modo da non funzionare simultaneamente

La regolazione comporta sia un controllo allosterico diretto sugli enzimi

Sia un controllo ormonale mediato da una modificazione covalente degli enzimi coinvolti

La glicogeno fosforilasi attivata da AMP e inibita da ATP e G6P

La glicogeno sintasi attivata dal G6P

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A) Controllo allosterico diretto

della glicogeno fosforilasi e della glicogeno sintasi

B) Modificazione covalente

della glicogeno fosforilasi e della glicogeno sintasi

C) Effetti ormonali sul metabolismo del glicogeno

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Controllo allosterico

[ATP] [G6P] [AMP]

Glicogeno fosforilasi +Glicogeno sintasi -

[ATP] [G6P]

Glicogeno fosforilasi Glicogeno sintasi +

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Il sistema enzimatico diinterconversione della glicogeno fosforilasi

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Protein chinasi A dipendente da AMPc

Le due subunit regolatrici

(subunit R) del complesso

R2C2 sono legate da due ponti

disolfuro.

Il legame di due molecole di

AMPc a ogni subunit R

provoca la flessione di ogni

subunit R nella regione

cerniera e la liberazione delle

due subunit catalitiche (C).

.Attivazione della proteina chinasi dipendente dal cAMP.

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Controllo dellattivit della glicogeno fosforilasi

La fosforilasi b ( inattiva) si trova nella configurazione T

La fosforilasi a (attiva) principalmente nello stato R

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La calmodulinacalmodulina una proteina ubiquitaria che lega il Ca 2+ e che partecipa