Glicolisi, gluconeogenesi, glicogeno e via del pentosio fosfato

Monosaccaridi

Singole unità poliossidriliche aldeidiche (aldosi) o chetoniche (chetosi) non ulteriormente idrolizzabili, costituenti base dei carboidrati (es. D-glucosio).

Oligosaccaridi

Corte catene formate da poche unità monosaccaridiche (da 2 a 10) unite tra loro da legami glicosidici (es. saccarosio, lattosio).

Polisaccaridi

Lunghe catene lineari o ramificate costituite da centinaia o migliaia di unità monosaccaridiche unite da legami glicosidici (es. glicogeno, amido, cellulosa).

Fase di investimento energetico (Glicolisi)

Le prime 5 tappe della glicolisi in cui vengono consumate 2 molecole di ATP per attivare il glucosio e scinderlo in due triosi fosfato (gliceraldeide 3-fosfato).

Fase di guadagno energetico (Glicolisi)

Le ultime 5 tappe della glicolisi in cui le 2 molecole di gliceraldeide3-fosfato vengono convertite in 2 piruvato, producendo 4 ATP (resa netta 2 ATP) e 2 NADH.

Esocinasasi (Tappa 1 della glicolisi)

Enzima che catalizza la prima reazione irreversibile della glicolisi, trasferendo un gruppo fosfato dall'ATP al glucosio per formare glucosio 6-fosfato, intrappolandolo nella cellula.

Fosfofruttocinasi-1 (PFK-1 - Tappa 3 della glicolisi)

Enzima allosterico chiave e principale punto di controllo della glicolisi; catalizza il trasferimento irreversibile di un gruppo fosfato dall'ATP al fruttosio 6-fosfato formando fruttosio 1,6-bisfosfato.

Piruvato cinasi (Tappa 10 della glicolisi)

Enzima che catalizza l'ultima tappa irreversibile della glicolisi, trasferendo il gruppo fosfato dal fosfoenolpiruvato (PEP) all'ADP per generare ATP (fosforilazione a livello del substrato) e piruvato.

Fosforilazione a livello del substrato

Meccanismo di sintesi dell'ATP che avviene mediante il trasferimento diretto di un gruppo fosfato ad alta energia da un metabolita reattivo all'ADP, senza il coinvolgimento della catena respiratoria.

Destino del piruvato in condizioni aerobiche

In presenza di ossigeno il piruvato entra nel mitocondrio, viene decarbossilato ad acetil-CoA e ossidato completamente nel ciclo di Krebs per produrre elevate quantità di ATP nella catena respiratoria.

Fermentazione lattica (Condizioni anaerobiche)

Via metabolica citosolica in cui il piruvato viene ridotto a lattato dall'enzima lattato deidrogenasi, ossidando il NADH a NAD* per permettere alla glicolisi di continuare in assenza di ossigeno.

Fermentazione alcolica

Processo in due tappe tipico dei lieviti: il piruvato viene decarbossilato ad acetaldeide dalla piruvato decarbossilasi (richiede TPP) e poi ridotto a etanolo dall'alcol deidrogenasi, rigenerando NAD+.

Gluconeogenesi

Via metabolica che porta alla biosintesi del glucosio a partire da precursori non saccaridici (lattato, amminoacidi, glicerolo), localizzata principalmente nel fegato e in parte nei reni.

Tessuti glucosio-dipendenti

Organi e cellule che richiedono glucosio come unica o principale fonte di energia energetica (cervello, sistema nervoso centrale, eritrociti, midollare del rene, testicoli).

Tessuti glucosio-dipendenti

Organi e cellule che richiedono glucosio come unica o principale fonte di energia energetica (cervello, sistema nervoso centrale, eritrociti, midollare del rene, testicoli).

Fosfoenolpiruvato carbossichinasi (PEP-CK)

Enzima della gluconeogenesi (citoplasmatico o mitocondriale) che converte l'ossalacetato in fosfoenolpiruvato (PEP) consumando GTP e liberando CO, superando l'ostacolo dell'ultima reazione della glicolisi.

Fruttosio 1,6-bisfofatasi-1 (FBPasi-1)

Enzima idrolitico della gluconeogenesi che rimuove il fosfato in posizione 1 del fruttosio 1,6-bisfosfato per dare fruttosio 6-fosfato, aggirando la reazione irreversibile della PFK-1.

Glucosio 6-fosfatasi

Enzima terminale della gluconeogenesi localizzato nella membrana del reticolo endoplasmatico, presente solo in fegato e rene; idrolizza il glucosio 6-fosfato a glucosio libero, permettendone il rilascio nel sangue.

Ciclo di Cori

Ciclo metabolico cooperativo tra muscolo e fegato: il lattato prodotto dalla glicolisi anaerobica nel muscolo si sposta nel sangue fino al fegato, dove viene riconvertito in glucosio tramite gluconeogenesi.

Fruttosio 2,6-bisfosfato (F26BP)

Il più potente regolatore allosterico coordinato della glicolisi e della gluconeogenesi: un'alta concentrazione stimola la PFK-1 (glicolisi) e inibisce la FBPasi-1 (gluconeogenesi).

Enzima tandem (PFK-2 / FBPasi-2)

Proteina bifunzionale responsabile della sintesi e degradazione del fruttosio 2,6-bisfosfato, regolata da modificazione covalente (l'insulina attiva la PFK-2 aumentando il F26BP; il glucagone fosforila l'enzima attivando la FBPasi-2).

Via del pentosio fosfato

Via metabolica citosolica secondaria di ossidazione del glucosio, priva di produzione diretta di ATP, il cui scopo è generare NADPH e zuccheri a 5 atomi di carbonio (ribosio 5-fosfato).

Ribosio 5-fosfato

Prodotto della fase ossidativa della via dei pentosi, essenziale come mattone strutturale per la sintesi dei nucleotidi, degli acidi nucleici (RNA/DNA) e di coenzimi come ATP, NAD, FAD e CoA.

Glucosio 6-fosfato deidrogenasi (G6PD)

Enzima regolatore della fase ossidativa della via del pentosio; catalizza la prima reazione di deidrogenazione producendo la prima moleco NADPH. È fortemente inibito da alti livelli di NADPH.

Fase non ossidativa (Via del pentosio fosfato)

Insieme di reazioni reversibili mediate da transcetolasi e transaldolasi che converte i pentosi fosfato in eccesso in intermedi della glicolisi (fruttosio 6-fosfato e gliceraldeide 3-fosfato).

Glutatione ridotto (GSH)

Tripeptide fondamentale per la difesa antiossidante cellulare; protegge la cellula eliminando i perossidi e i radicali liberi dell'ossigeno (ROS), venendo mantenuto attivo (ridotto) grazie agli elettroni forniti dal NADPH.

Glicogeno

Polisaccaride ramificato del D-glucosio che funge da riserva energetica intracellulare rapidamente mobilitabile, accumulato principalmente nei granuli citoplasmatici del fegato e del muscolo scheletrico.

Legami a-1,4 e a-1,6 glicosidici

I legami a-1,4 uniscono i residui di glucosio in sequenza lineare formando lo scheletro della catena; i legami a-1,6 generano i punti di ramificazione del glicogeno (ogni 8-12 residui).

Estremità non riducenti del glicogeno

Estremità terminali delle catene di glicogeno in cui il C-1 anomerico è impegnato nel legame glicosidico. Rappresentano i punti di attacco simultaneo per gli enzimi di sintesi e degradazione.

Glicogeno fosforilasi

Enzima catabolico che demolisce i legami a-1,4 del glicogeno staccando unità di glucosio dall'estremità non riducente mediante l'inserimento di un fosfato inorganico, producendo glucosio 1-fosfato (fosforolisi).

Enzima deramificante

Enzima bifunzionale che interviene quando la fosforilasi arriva vicino a un ramo: sposta 3 residui di glucosio su una catena lineare (attività transferasica) e idrolizza l'ultimo legame a-1,6 liberando glucosio libero.

Fosfoglucomutasi

Enzima reversibile che converte il glucosio 1-fosfato (prodotto dalla degradazione del glicogeno) in glucosio 6-fosfato, immettendolo direttamente nella glicolisi muscolare o nella via di rilascio del fegato.

UDP-glucosio

La forma attivata del glucosio (nucleoside diacil-glucosio) utilizzata come donatore di unità glucidiche dall'enzima glicogeno sintasi durante il processo di allungamento del glicogeno.

Glicogenina

Core proteico centrale e enzima auto-catalitico che funge da innesco (primer) per la sintesi del glicogeno, legando a se stessa le prime 8 unità di glucosio prima di passare il testimone alla glicogeno sintasi.

Regolazione ormonale del glicogeno (Fegato vs Muscolo)

Nel fegato il glucagone stimola la glicogenolisi per alzare la glicemia; nel muscolo l'adrenalina attiva la glicogenolisi per sostenere la glicolisi durante la contrazione muscolare. L'insulina spegne la degradazione e attiva la sintesi in entrambi i tessuti.