Gluconeogenesi

Question 1

Cos’è la gluconeogenesi?

Answer 1

La sintesi di glucosio ex-novo (a partire da precursori non glucidici). Quando la glicemia si abbassa (es. durante la notte) avviene la gluconeogenesi con lo scopo di mantenerla costante. I suoi precursori possono essere lattato, glicerolo o scheletri carboniosi degli amminoacidi glucogenici.

Question 2

Cosa sono gli amminoacidi glucogenici?

Answer 2

Quegli amminoacidi che, durante le vie degradative, si trasformano in intermedi del ciclo di Krebs o in piruvato, che può a sua volta diventare ossalacetato per reazione di carbossilazione. Il loro scheletro carbonioso può essere usato per fare glucosio.

Question 3

Cosa sono gli amminoacidi chetogenici e gluco-chetogenici?

Answer 3

I chetogenetici sono lisina e leucina: da essi si possono ricavare acetil-CoA, precursore dei corpi chetonici ma da cui non si può formare glucosio.
Gli amminoacidi gluco-chetogenici possono seguire entrambe le vie (essere convertiti sia in glucosio che in corpi chetonici).

Question 4

Durante il digiuno notturno, quale precursore della gluconeogenesi viene usato?

Answer 4

Nelle 8 ore di digiuno notturno (fisiologico), la gluconeogenesi va avanti usando principalmente lattato come precursore. Se la mattina non viene fatta colazione, e quindi non vengono introdotti carboidrati, aumenta sempre più la degradazione delle proteine del tessuto muscolare, per utilizzare gli amminoacidi come precursori. Dato che la formazione di tessuto muscolare è energeticamente dispendiosa, l’organismo cerca, quando possibile, di non degradarlo.

Question 5

Descrivi il 1° passaggio della gluconeogenesi

Answer 5

A partire da piruvato, bicarbonato e ATP si forma ossalacetato ad opera dell’enzima piruvato carbossilasi mitocondriale (come tutte le carbossilasi, è biotina-dipendente). Questo attacca il bicarbonato al piruvato, formando ossalacetato, ADP e un gruppo fosfato. L’enzima PEP carbossichinasi (PEPCK) decarbossila e fosforila questo ossalacetato formando il PEP, eliminando CO2 e convertendo un GTP in GDP.

Question 6

Qual è la differenza tra PEPCK1 e PEPCK2?

Answer 6

Sono entrambi PEP carbossichinasi, ma la 1 è citosolica mentre la 2 è mitocondriale. Nella gluconeogenesi, una volta che si è formato l’ossalacetato, quest’ultimo ha due possibilità:
1. Non potendo uscire autonomamente dal mitocondrio, viene trasformato in malato (riossidando un NADH a NAD+). Questo passa nel citosol, dove viene ritrasformato in ossalacetato, che la PEPCK1 (citosolica) trasforma in PEP.
2. La PEPCK2, invece, trasforma l’ossalacetato in PEP direttamente nel mitocondrio. Il PEP passerà poi nel citosol tramite un suo specifico trasportatore.

Question 7

Nella gluconeogenesi, quale parametro favorisce la via di PEPCK1 piuttosto che quella di PEPCK2?

Answer 7

Nella 1° via si ha, nel citosol, l’ossidazione di NAD+ in NADH al momento della trasformazione di malato in ossalacetato. Nella 2° il NADH si forma all’interno del mitocondrio. Quindi, con un rapporto NADH/NAD+ alto a livello mitocondriale e una buona disponibilità di NAD+ a livello citosolico, sarà favorita la via della formazione di PEP citosolico con la PEPCK1; questa è tra le due la più utilizzata.

Question 8

Pk l’ossalacetato prodotto nella 1° tappa della gluconeogenesi non entra nel ciclo di Krebs?

Answer 8

In periodi di digiuno, l’ossalacetato non entra nel ciclo di Krebs pk:
- PEPCK2 viene trascrizionalmente attivato durante il digiuno e, avendo un’elevata affinità per l’ossalacetato, lo tira verso la formazione del PEP.
- la beta-ossidazione porta ad avere nel mitocondrio molte molecole di ATP e di NADH. Alti livelli di NADH inibiscono la formazione del citrato a partire da ossalacetato e acetil-CoA, mentre alti livelli di ATP inibiscono la formazione dell’alfa-chetoglutarato.
- Nel digiuno il fegato produce corpi chetonici, che stimolano la gluconeogenesi.
Facendo andare il ciclo di Krebs il fegato sostenendo se stesso, producendo glucosio fornisce energia agli altri tessuti

Question 9

Poiché l’ossalacetato viene dirottato verso la gluconeogenesi, l’acetil-CoA prodotto dalla β-ossidazione non può entrare nel ciclo di Krebs. Per cosa verrà usato?

Answer 9

In condizioni di digiuno, l’ossalacetato viene dirottato verso la gluconeogenesi mentre l’acetil-CoA verso la sintesi di corpi chetonici.

Question 10

Descrivi il passaggio da PEP a fruttosio-1,6-difosfato che avviene nella gluconeogenesi

Answer 10

Il PEP viene convertito in 2-fosfoglicerato, che viene trasformato in 3-fosfoglicerato. Da questo, consumando 1 ATP, si forma 1,3-difosfoglicerato, che viene ridotto a gliceraldeide-3-fosfato ossidando un NADH. Da due molecole di gliceraldeide-3-fosfato, l’aldolasi epatica è in grado di formare il fruttosio-1,6-difosfato.

Question 11

Cos’è la fruttosiso-1,6-bifosfatasi?

Answer 11

L’enzima che, durante la gluconeogenesi, rimuove il fosfato in posizione 1 dal fruttosio-1,6-difosfato, formando fruttosio-6-fosfato. Questa reazione è one way ed è inibita dalla presenza di fruttosio-2,6-difosfato. Di conseguenza, questo step della gluconeogenesi è regolato, come il corrispettivo della glicolisi, dalla PFK2:
* in regime insulinico, la PFK2 si trova in stato di defosforilazione e, quindi, sarà attivo il suo dominio chinasico. Viene quindi a formarsi fruttosio-2,6-difosfato, che stimola la PFK1 (glicolisi) e inibisce la fruttosio-1,6-bifosfatasi (gluconeogenesi).
* in regime glucagonico, la PFK2 si trova in fosforilazione e sarà attivo il suo dominio fosfatasico. Così il fruttosio-2,6-difosfato diminuisce e la fruttosio-1,6-bifosfatasi (gluconeogenesi) non viene inibita, mentre la PFK1 (glicolisi) non viene favorita.

Question 12

Descrivi l’ultimo passaggio della gluconeogenesi

Answer 12

Il fruttosio 6-fosfato viene convertito in glucosio 6-fosfato impiegando lo stesso enzima della reazione diretta (fosfoglucosio isomerasi). La esochinasi o la glucochinasi, che nella glicolisi catalizzano la trasformazione di glucosio in glucosio-6-fosfato, essendo delle chinasi non sono in grado di catalizzare la reazione inversa. A fosforilare il glucosio-6-fosfato è quindi la glucosio-6-fosfatasi, che rimuove il fosfato in posizione 6 e forma D-glucosio. Questo, grazie ai trasportatori GLUT presenti nel fegato, può andare nel circolo sanguigno e contribuire al mantenimento della glicemia.

Question 13

Pk nell’ultimo passaggio della gluconeogenesi il glucosio non si forma direttamente nel citosol?

Answer 13

La glucosio-6-fosfatasi (che dà glucosio dal glucosio-6-fosfato) si trova nel REL. Il glucosio-6-fosfato deve quindi entrare nel lume del reticolo per essere convertito in glucosio che, se si formasse direttamente nel citosol, uscirebbe dalla cellula troppo velocemente (causando iperglicemia) a causa della differenza di concentrazione tra citosol e sangue. Questo è un modo per regolare la liberazione di glucosio nel sangue.

Question 14

Quali sono gli organi capaci di fare la gluconeogenesi?

Answer 14

Durante il digiuno notturno o in caso di digiuno fisiologico (1/1.5 giorni), viene principalmente fatta nel fegato. Nel caso di digiuno prolungato (oltre i 2 giorni), intestino e rene iniziano ad svolgerla, supportando il fegato che è impegnato a svolgere anche altre funzioni (ciclo dell’urea, transaminazione, beta-ossidazione).
Si ritiene che, in maniera molto limitata, anche gli astrociti possano produrre glucosio, da rilasciare alle cellule nervose nel caso in cui non arrivasse dal sistema circolatorio.

Question 15

Qual è il bilancio energetico della gluconeogenesi?

Answer 15

Vengono spese 6 molecole ad alta energia (4 ATP e 2 GTP) e 2 NADH.
2 molecole di ATP e 2 molecole di GTP vengono spese per convertire due piruvati in due PEP. Le altre 2 molecole di ATP servono per la formazione dell’1,3-difosfoglicerato e 2 molecole di NADH per la riduzione di quest’ultimo a gliceraldeide-3-fosfato.

Question 16

Oltre al controllo covalente (fosforilazione/defosforilazione) operato da insulina e glucagone, quali altre regolazioni influenzano la gluconeogenesi?

Answer 16

Il cortisolo, ormone steoroideo (glucocorticoide) prodotto dalla corticale del surrene, stimola la trascrizione della PEPCK2.
Anche altri enzimi della gluconeogenesi sono soggetti a una regolazione trascrizionale, mediata da regolatori come PPARs e SREBP1.

Question 17

Quali danni all’organismo sono caratteristici di una patologia causata da una carenza della PEP carbossichinasi 1 o 2?

Answer 17

Già dai primi mesi di vita compaiono dei sintomi, tra cui ipoglicemia, acidosi lattica, insufficienza epatica e problemi renali. Inoltre, i pazienti presentano danni multisistemici progressivi, ritardo sia nella crescita sia encefalico. L’acidosi e i problemi cardiopatici che ne conseguono determinano la bassa aspettativa di vita. I bambini affetti da questo deficit, come quelli affetti da glicogenosi, dovranno portare un sondino che fornisce glucosio per evitare di andare in ipoglicemia (soprattutto la notte).