Appunti di Biochimica:

Appunti di 
Biochimica
Appunti di Luca Sciarabba
Università degli Studi di Palermo
Facoltà di Medicina e Chirurgia
Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia
Esame di Biochimica
Docente: Italia Di Liegro
Anno Accademico 2015/2016C A T E C O L A M I N E
Tutte le catecolam ine deri vano dal l ’ am m inoacido FEN ILALAN IN A . La fe n ila la n in a viene id r o ssila t a dalla
fe n ila la n in a id r o ssila si in TIRO SIN A , a sua volta id r o ssila t a (dalla tirosina id r o ssila si ) in DOPA
( diidrossifenilalani na). La DOPA viene a sua volta decarbossilata da un enzim a, la DOPAdecarbossi l asi , per
fo rm a re un neurotrasm etti rore, la DOPAMINA . La dopam ina è anche un precursore di altre catecolam ine
in fa t t i pu ò essere id r o ssila t a in NORADRENALINA . La noradrenalina pu ò anche essere meti l ata ) attraverso
SAM ) in ADRENALINA .
Tutte queste reazioni avvengono nel l a mi dol l are del surrene che poi li rilascia all ’ esterno.
Il mec c ani s mo di trasduzione di segnale del l e catecolam ine è lo stesso di quello del glucagone. L ’ adrenalina
ha diversi recettori in com une con la noradrenalina, alcuni dei quali hanno affinit à maggi ore verso uno o
l ’ altro lig a n d o . I recettori in questi one sono chiam ati RECETTORI ADRENERGICI e sono recettori accoppiati a
proteine G. Esistono 2 categorie di recettori adrenergici:
 ALFA : esistono gli α 1 e gli α 2
a) I re ce tto ri α 1 uti l i zzano una protei na Gq pertanto l ’ attivazione di questo recettore attiva la
produzione di IP 3 , con conseguente rilascio di calcio dal reticolo endoplasm atico.
b) I re ce tto ri α 2 uti l i zzano la protei na Gi , quindi proteina G in ib it o r ia , provocando una dim inuzione del
cAM P e qui ndi di PKA.
I recettori α controllano la contrazione del l e cellule muscol ar i lis c e di vasi e di al cuni organi . I recettori
α 2 hanno fu n z io n i opposte anche a quelle dei recettori β .
 BETA : esistono i β 1 e β 2. Entram bi uti l i zzano proteine Gs, quindi stim olatorie, che in c r e m e n t a n o la
produzione di cAM P.
I recettori β svolgono di verse fu n z io n i:
- Aumento del l a glicogenolisi epati ca e muscol ar e (effetto ip e r g lic e m iz z a n t e )
- Aumento del l a lip o lis i del tessuto adi poso
- Aumento del ritm o contrattile e rila ssa m e n to cellule muscol ar i del l ’ aorta e del l e arteri e pol monari
( fe n o m e n o uti l e per attutire l ’ aum ento della pressione per l ’ aum entato ritm o contrattile).
- Ri l asci amento cellule muscol ar i lis c e dei vasi e di al cuni organi
La risposta met abol i ca di pende dal recettore prevalente nel tessuto e i meccani s mi attivati dai vari recettori
sono utili per preparare l ’ organism o a situazioni di em ergenza .
N.B: la noradrenal i na le g a gli stessi recettori ma ha un effetto mi nore. Noradrenal i na e adrenalina che
agiscono da orm oni vengono el i m i nati dagl i enzim i MAO e COM T nel fe g a to .
Il calcio, oltre a rivestire un ruolo im p o r t a n t e nella contrazione mus col are, svolge una fu n z io n e im p o r t a n t e
anche nella glicogenolisi medi ata da catecolam ine. In fa tti il calcio pu ò le g a r si a delle mol ecol e, tra cui la
CALMODULINA fo rm a n d o il com plesso calcio-calm odulina. Questo com plesso è in grado di attivare la
GLICOGENO FO SFO RILASI CHINASI ( vedi meccani s mo di trasduzione del segnale del glucagone). In realt à il
com plesso calcio-calm odulina costituisce una porzione della fo sfo rila si chinasi, cio è la SU BU N IT À DELTA . La
fo sfo rila si chinasi pu ò essere qui ndi attivata sia dalle PKA che dal com plesso calcio-calm odulina.
C O A G U L A Z I O N E
La coagulazione del sangue è consiste in quella serie di processi che portano alla fo rm a z io n e di coagulo nella
parete di un vaso danneggi ato, uti l e per arrestare la fu o riu scita di sangue. Il processo di coagulazione
avviene attraverso la produzi one di fib rin a , la degradazione del coagulo cio è la fib ro n o lisi.
P R O D U Z I O N E D I F I B R I N A
In situazioni norm al i le cellule endotel i al i hanno effetto antitrom botico tram ite la produzione di NO e
prostagl andi na PG-I2 . Quando avviene un danno al vaso , gli endeteliociti rilasciano mol ecol e che
provocano la contrazione del l a mus col atura lisc ia del vaso, quindi si genera vasocostrizione che evita
l ’ eccessiva perdi ta di sangue. In seguito al danno le cellule endoteliali secernono il FATTO RE DI VON
WI L L EBRAND che trova il propri o recettore sulle piastrine e perm ette di fa r aderire le piastrine stesse al
collagene subendoteliale che è stato esposto in seguito al danno. Le piastrine rilasciano anche mol ecol e
contenute in granuli in t r a c e llu la r i, tra cui SERO TO N IN A ( che provoca l ’ ulteriore costrizione del vaso), e
anche ADP e TRO M BO SSAN I che perm ettono l ’ ulteriore aggregazione piastrinica e fa n n o aderire le piastrine
al fib rin o g e n o . Al l ’ attivazione del l e pi astri ne partecipa anche il FATTO RE PAF prodotto dalle cellule
endoteliali.
L ’ aggregazione pi astri ni ca fo rm a cos ì un coagulo prim ario che per ò non è ancora stabile.
La fa se successiva consiste nel l a stabilizzazione del coagulo prim ario in coagulo secondario, che si raggiunge
attraverso l ’ attivazione del fib rin o g e n o in fib rin a . Questa attivazione pu ò avvenire secondo due vie, che
com unque non sono nettam ente di verse perch é l ’ una richiam a anche l ’ altra:
 VIA IN TR IN SE C A : è sostenuta da fa tto ri tutti presenti nel sangue. Il le g a m e della piastrina con il
collagene attiva il FATTO RE XII in FATTO RE XIIA . Quest ’ ultim o attiva il FATTO RE XI in FATTO RE XIA che
a sua volta attiva il FATTO RE IX in FATTO RE IXA . Questo attiva il FATTO RE X o FATTO RE DI STU ART in
FATTO RE XA che perm ette la trasform azione della protrom bina in trom bina.
 VIA ESTRINSECA : è attivata da fa tto ri non presenti norm al m ente nel sangue, ma che sono di origine
tissutale e che giungono nel lu m e vasale in seguito al danno. In questa via il FATTO RE VIIA ( anche
chiam ato PRECONVERTINA ATTIVATA ) in sie m e al fa tto re tissutale TRO M BO PLASTIN A attivano il
fa tto re X ricollegandosi alla via in t r in se c a .
N.B: ovviam ente una le sio n e tissutale perm ette di attivare entram be le vie, perch é vengono im m e ssi in
circolo i fa tto ri tissutali e le cellule endotel i al i prendono contatto con il collagene. La sola via in t r in se c a si
attiva in v e c e in situazioni patol ogi che.
Il fa tto re XA in entram be le vie si uni sce poi al FATTO RE VA perm ettendo di convertire la PROTROM BINA in
TRO M BIN A , la qual e attiva poi il FIBRIN O GEN O in FIBRIN A . La fib rin a crea delle reti che in t r a p p o la n o
ulteriori piastrine e altre cellule em ati che perm ettendo di fo rm a re il coagulo secondario stabile.
La protrom bina, il fib rin o g e n o e la maggi or parte dei fa tto ri sono prodotti dal fe g a to , quindi alterazioni della
fu n z io n a lit à epati ca possono provocare di fetti di coagulazione.
Tutti i vari fa tto ri sono proteasi a serina che quando vengono prodotti vengono carbossilati sui residui di
glutam m ato per fo rm a re residui di GAMMA-CARBOSSI-GLUTAMMATO . Queste reazioni avvengono grazie a
enzim i che utilizzano la VITAM INA K com e co-fattore quindi una sua carenza pu ò provocare sanguinam enti.
I residui carbossilati perm ettono di le g a r e io n i Ca ⁺ ² che attiva l ’ enzim a e pu ò perm ette la proteolisi. In fa tti
gli agenti anticoagulanti com e EDTA o citrato sono chelanti del calcio, cio è lo le g a n o , e non gli perm ettono
di attivare gli enzi m i .
Durante la reazione di carbossilazione la vitam ina K ridotta viene ossidata e poi in t e r v e n g o n o reduttasi che
la riducono nuovam ente. Esistono dei fa rm a ci che appartengono alla fa m ig lia delle DICUMARINE , i quali
in ib isc o n o la riduzione del l a vitam ina K e quindi sono fa rm a ci anticoagulanti. Vengono utilizzati qui ndi com e
antitrom botici in patol ogi e che aum entano il rischio di coagulazione.
La vitam ina K è contenuta negl i alim enti ed è in prodotta in parte dalla flo ra batterica; una sua carenza pu ò
derivare quindi da mal as s orbi mento o da alterazioni della flo ra in t e st in a le .
D E G R A D A Z I O N E D E L C O A G U L O : F I B R O N O L I S I
Pochi giorni dopo la fo rm a z io n e del coagulo il PLASM INOGENO , prodotto dai reni, viene attivato in
PLASM INA che degrada le reti di fib rin a . L ’ attivazione del plasm inogeno è stim olata dall ’ UROCHINASI ,
prodotta anch ’ essa dal rene, dal l a STREPTO CHIN ASI , prodotta dallo streptococco em olitico, e
dall ’ ATTIVATORE TISSU TALE DEL PLASM INOGENO prodotto dalle cellule endoteliale che a differenza dei
precedenti attiva il pl asm i nogeno solo quando si fo rm a un coagulo.
Esistono dei test che perm ettono di valutare la velocit à della coagulazione com e il tem po della
trom boplastina parzi al e attivata ( che mi s ura la via in t r in se c a ) o il tem po della trom bina ( che mi s ura la via
estrinseca). In questi test, che in situazioni ottim ali hanno velocit à standard, si usa il plasm a privato di
piastrine e contenente citrato che chela gli io n i calcio.
F O S F O R I L A Z I O N E O SS I D A T I V A
La fo sfo rila z io n e ossidativa è quel processo mi tocondri al e in cui si ossidano i substrati per ottenere ATP a
partire da ADP. La fo sfo rila z io n e ossidativa rappresenta il processo fin a le delle reazioni cataboliche che
perm ettono di ottenere ATP.
C A T E N A R E S P I R A T O R I A
La catena respiratoria rappresenta la pri m a tappa della fo sfo rila z io n e ossidativa in cui si perm ette il
trasporto degli el ettroni nel l a membrana mi tocondri al e in t e r n a . Avvi ene grazie a specifici enzim i coniugati a
gruppi non protei ci che fo rm a n o in sie m e dei com plessi ancorati alla membrana stessa. Si tratta quindi di
una serie di reazioni redox in cui l ’ energi a che si lib e r a è utilizzata per produrre ATP e anche per perm ettere
il flu sso di protoni attraverso la membrana, in modo tale da generare un gradiente io n ic o utile per la sintesi
di ATP.
C O M P O N E N T I D E LL A C A T E N A R E S P I R A T O R I A
I com ponenti del l a catena respiratoria sono rappresentati da una serie di proteine enzim atiche coniugate a
gruppi prostetici che nel lo r o in sie m e fo rm a n o dei com plessi ancorati alla membrana mi tocondri al e in t e r n a .
 COMPLESSO I : è un com plesso enzi m atico fo rm a to da un enzim a il NADH DEIDROGENASI le g a t o a
un gruppo non protei co FM N . Questo gruppo accetta gli elettroni provenienti dal NADH e li
trasferisce poi ai cosiddetti CENTRI Fe-S . Tali centri sono delle proteine fo rm a te da un atom o di
zolfo le g a t o ad uno di fe rro , che cam bia ciclicam ente tra la fo rm a + 2 a quella + 3. I centri sono di
vario tipo e sono anche num erosi nei vari com plessi; ricevono un elettrone alla volta e li cedono poi
al CoQ che viene ridotto a CoQH2. Il com plesso I quindi catalizza la prim a fa se della catena
respiratoria.
La prim a fa se del l a catena pu ò avvenire anche in una via alternativa in cui si utilizzano altre
deidrogenasi che perm ettono l ’ ossidazione del SU CCIN ATO , GLICEROLO-3P o degli ACIL-CoA . In
particolare la succinato dei drogenasi costituisce il COMPLESSO II della catena; gli altri due enzim i
non parteci pano strutturalm ente alla fo rm a z io n e dei com plessi. Tutte queste deidrogenasi le g a n o il
gruppo non protei co FAD che acquista gli elettroni dai substrati e li cede ai centri Fe-S che poi
riducono il CoQ. Il com plesso II le g a anche un gruppo em e b che serve per evitare la fo rm a z io n e
delle specie reattive all ’ ossigeno (ROS) che sono dannose per l ’ organism o.
 COENZIM A Q : è un benzochi none che gode di am pia mobi l i t à nella membrana mi tocondr i al e
in t e r n a . Acqui sta gli el ettroni dai centri Fe-S del com plesso I o delle altre deidrogenasi, riducendosi
a CoQH2 e li cede al citocrom o b.
 CITOCROM I: sono crom oproteine che perm ettono il trasporto degli elettroni a partire dal CoQ.
Sono protei ne costituite da una catena polipeptidica le g a t a ad un gruppo prostetico em e che, a
differenza di quel l o del l ’ em ogl obi na e della mi ogl obi na, oscilla tra lo stato + 2 e quello + 3. Esistono
diversi citocrom i che si di fferenzi ano per la catena polipeptidica e sono organizzati in mani er a
diversa nel l a membrana mi tocondri al e in t e r n a :
 - CITOCROM I B e C1: sono associati ad altre proteine e costituiscono il COMPLESSO III , ancorato alla
membr ana e qui ndi non mobi l e. Ri cevono gli elettroni dal CoQ e li cedono al citocrom o c.
- CITOCROM O C : è una pi ccol a proteina che è le g a t a al versante esterno della membrana e gode di
am pia mobi l i t à . Ri ceve gli el ettroni dal com plesso III e li cede al prossim o citocrom o. È quindi un
in t e r m e d io tra il com plesso III e il com plesso IV .
- CITOCROM O A e A3 : in sie m e ad altre proteine costituiscono il COMPLESSO IV . Anche questi
citocrom i non hanno capacit à di movi mento.
La catena respiratoria com incia dal l ’ uti l i zzo di equivalenti riducenti, NADH e FADH2, provenienti dai processi
ossidativi dei nutri enti assunti con la di eta. Con il term ine di equivalente riducente si in d ic a un elettrone
lib e r o associato ad un protone o ad un atom o di id r o g e n o fo rm a n d o rispettivam ente un atom o di id r o g e n o
o uno io n e id r u r o H ⁻ che viene trasferito da un donatore ad un accettore. Il NADH si fo rm a grazie
all ’ acquisto di due el ettroni che vengono ceduti da substrati ossidabili, medi ante l ’ azione di deidrogenasi. In
particolare un el ettrone fo rm a lo io n e id r u r o che passa al NAD ⁺ che diventa NADH; l ’ altro elettrone fo rm a
un atom o di id r o g e n o che si perde nel l ’ am biente. Le deidrogenasi che fo rm a n o NADH non fa n n o parte della
catena respiratoria e si trovano nel citosol o nella matri ce mi tocondri al e.
* Il NADPH viene uti l i zzato pri nci pal m ente nella sintesi di altre mol ecol e anche se pu ò originare NADH grazie
alla perdita del fo sfa to .
TAPPE:
1. Il NADH viene ossidato e cede due elettroni all ’ FM N della NADH deidrogenasi ( o com plesso I) che
diventa FM NH2. Questa a sua volta perde i due elettroni che passano ai centri Fe-S che poi
trasferiscono gli el ettroni al CoQ che viene ridotto a CoQH2. Durante il passaggio degli elettroni nel
com plesso I viene lib e r a t a energi a che serve per pom pare i protoni contro gradiente dalla mat r i c e
verso lo spazio in t e r m e m b r a n a del mi tocondri o.
La prim a tappa pu ò avvenire anche attraverso una via alternativa del com plesso II e delle altre
deidrogenasi che per ò non hanno fu n z io n e di pom pa protonica. La acil-CoA deidrogenasi uti li zza i
NADH ottenuti dal l a β - ossidazione degli acidi grassi.
2. Il CoQH2 viene ossidato perdendo gli elettroni, che vengono acquistati dal com plesso III che li cede
a sua volta al citocrom o c. Il CoQ ridotto è in grado di trasportare due elettroni alla volta, ment r e il
citocrom o c ne trasporta solo uno: il com plesso III fo rm a cos ì un meccani s mo che perm ette di
ossidare totalm ente il CoQ che viene chiam ato ciclo dell ’ ubichinone . In o ltre il com plesso III, cos ì
com e il com plesso I, è in grado di svolgere la fu n z io n e di pom pa protonica sem pre verso lo spazio
in t e r m e m b r a n a .
Il com plesso III è costituito dal citocrom o b, dalla PROTEINA DI RIESKE fe rro -sp e cifica , dal citocrom o
c1e da altre protei ne. Il citocrom o b ha 2 gruppi em e che acquistano gli elettroni del CoQ, li cedono
poi alla protei na di Ri eske che a sua volta li cede al citocrom o c1. In fin e il citocrom o c1 ced egli
elettroni al citocrom o c, che non fa parte del com plesso III.
3. 4 mol ecol e di citocrom o c cedono 4 elettroni al com plesso IV , l ’ ultim o com ponente della catena.
Il com plesso IV è fo rm a to da di verse proteine, due gruppi em e e tre atom i di ram e, tutti coinvolti
nel trasporto degl i el ettroni . Gl i atom i di ram e A ricevono gli elettroni dal citocrom o c, poi vengono
trasferiti sull ’ em e a ( citocrom o a) e in fin e all ’ in sie m e em e a3-Cu B ( citocrom o A3- ram e b). Questo
in sie m e in fin e cede gli el ettroni ad una mol ecol a di O2 per fo rm a re due mol ecol e di H2O. La
fo rm a z io n e di acqua avviene quasi senza la fo rm a z io n e di in t e r m e d i com e H202, dannoso per la
cellula. Il com plesso IV ha attivit à di pom pa protonica
Il trasferim ento degl i el ettroni avviene pri m a per due elettroni alla volta, poi per un elettrone alla volta
perch é i citocrom i possono le g a r e solo un elettrone. Il trasferim ento avviene secondo un potenziale redox
decrescente dal NADH con potenzi al e negati vo pi ù alto a quello positivo dell ’ ossigeno.
I N I B I T O R I D E LL A C A T E N A R E S P I R A T O R I A
Gl i in ib it o r i della catena respiratoria sono com posti in grado di in ib ir e il flu sso degli elettroni in determ inati
siti. Il ROTENONE in ib isc e l ’ ossidazione del NADH nel com plesso I, quindi solo il com plesso II e le altre
deidrogenasi perm ettono l ’ avvio del processo. L ’ ANTIMICINA A blocca il com plesso III e perm ette solo
l ’ ossidazione del l ’ ascorbato che im m e t t e gli elettroni nel citocrom o c. Il CIANURO e il MONOSSI DO DI
CARBONIO bloccano il com plesso IV im p e d e n d o la riduzione dell ’ ossigeno e quindi il processo non avviene
in nessun modo. Per questo moti vo quest ’ ul tim e mol ecol e sono mortal i .
I com plessi I, III e IV hanno fu n z io n e di pom pa protonica in quanto sfruttano l ’ energia lib e r a t a dal passaggio
degli elettroni per pom pare in totale 10 io n i id r o g e n o contro gradiente di concentrazione dalla matri c e allo
spazio in t e r m e m b r a n a . Il gradiente protonico cos ì fo rm a to viene utilizzato poi per la sintesi degli ATP
quando gli id r o g e n i ritornano alla matri ce. Si crea cos ì una fo rz a motri c e protonica e il meccani s mo che
porta alla produzi one di ATP viene in d ic a t o com e MODELLO CHEMIOSMOTICO .
Da ogni mol ec ol a di NADH si fo rm a n o 2,5 mol ecol e di ATP, da una mol ecol a di succinato o dagli altri
substrati si ottengono 1,5 mol ecol e di ATP. La mi nore resa energetica del succinato è dovuta al fa tto che il
succinato stesso non viene ossidato dal com plesso I che ha fu n z io n e di pom pa, cos ì non vengono pom pati i
protoni dal com plesso I e qui ndi il gradiente protonico è mi nore. Da questi dati deriva che per la fo rm a z io n e
di una mol ec ol a di ATP devono essere pom pati nella matri ce 4 id r o g e n i.
Il com plesso enzi m ati co che perm ette la sintesi di ATP, ovvero l ’ ATP SIN TASI , è stato in d iv id u a t o nei corpi
peduncolati ancorati alla membrana mi tocondri al e in t e r n a e che sporgono nella matri ce. L ’ enzim a è
fo rm a to da due porzi oni , F0 e F1 . La porzi one F0 è quella ancorata alla membrana e perm ette il passaggio
dei protoni da un com partim ento all ’ altro; la porzione F1 sporge nella matri ce ed è fo rm a ta da 9 subunit à
proteiche tra cui tre subunit à β ognuna del l e quali ha un sito catalitico per la fo rm a z io n e di ATP.
La porzione F0 è in grado di le g a r e l ’ antibiotico OLIGOMICINA che in ib isc e la fo rm a z io n e di ATP.
Per CONTROLLO RESPIRATORIO si in t e n d e l ’ in ib iz io n e della catena respiratoria in mancanza di ADP da
fo sfo rila re (quando per esem pi o tutto l ’ ADP è stato fo sfo rila to o per azione dell ’ oligom icina). Il controllo
respiratorio è qui ndi un meccani s mo che evi ta il consum o di ossigeno.
Esistono delle mol ecol e che sono defi ni te AGENTI DISACCOPPIANTI perch é fa n n o perdere al mi tocondr i o la
capacit à di produzi one di ATP. In parti col are la produzione di ATP non è pi ù dipendente dalla fo sfo rila z io n e
ossidativa e l ’ energi a che si fo rm a nel l a catena respiratoria si lib e r a com e calore. Uno degli agenti
accoppianti è il CCCP : questo, cos ì com e altre mol ecol e, ha la capacit à di attraversare le membr ane
mi t oc ondr i al i ; nel l o spazio in t e r m e m b r a n a si protona, attraversa la membrana in t e r n a arrivando all a
mat r i c e in cui si di ssoci a rilasciando i protoni; cos ì fa ce n d o il gradiente protonico fo rm a to dalla catena
respiratoria si annulla. Esistono anche mol ecol e endogene ( cio è prodotte dall ’ organism o) che sono agenti
disaccoppianti com e la TIRO XIN A ( che viene ip e r p r o d o t t a in caso di ip e r t ir o id ism o ) e gli acidi grassi.
Si è detto che l ’ energi a prodotta durante la catena respiratoria, nei mi tocondri disaccoppiati, viene lib e r a t a
com e calore. La produzi one di calore da parte dell ’ organism o ( term ogenesi) è proprio le g a t a al fisio lo g ico
disaccoppiam ento dei mi tocondri . Questo processo avviene soprattutto nel grasso bruno, ricco di
mi t oc ondr i e avviene grazie alla protei na di saccoppiante TERM O GEN IN A che annulla il gradiente protonico.
La term ogenina è attivata dagl i acidi grassi.
M E CC A N I S M O D E LL A F O S F O R I L A Z I O N E O SS I D A T I V A
Com e accennato in precedenza il model l o chem iosm otico spiega la correlazione tra la catena di traporto
degli elettroni e la sintesi di ATP, qui ndi perm ette di spiegare com e l ’ energia lib e r a t a durante la catena di
trasporto (processo esoergoni co) sia uti l i zzata per la sintesi di ATP (processo endoergonico).
Il passaggio dei protoni dal l a matri ce allo spazio in t e r m e m b r a n a perm ette di creare un gradiente di pH
( alcalino all ’ in t e r n o ) ed el ettri co ( negati vo all ’ in t e r n o ). L ’ energia che si lib e r a da questo gradiente è
chiam ata FO RZA MOTRI CE PROTONICA . I protoni ritornano dallo spazio in t e r m e m b r a n a alla matri ce grazie
alla com ponente F0 del l ’ ATP sintasi.
Il processo di sintesi di ATP grazie all ’ uti l i zzo della fo rz a motri ce è alquanto com plicato: secondo Boyer
l ’ energia che si lib e r a dal passaggi o dei protoni non viene utilizzata per la sintesi di ATP ma per staccare
l ’ ATP fo rm a to dal l ’ enzi m a. In parti col are l ’ energia serve per fa r dim inuire l ’ affinit à dell ’ enzim a verso l ’ ATP
che cos ì si stacca; l ’ enzi m a adesso ha maggi ore affinit à verso l ’ ADP da cui si fo rm a ulteriore ATP. Wal k er
conferm ò ulteri orm ente questa teoria dim ostrando che l ’ energia serve per in d u r r e modi f i c he
conform azionali nel l e subunit à β del l ’ enzi m a le quali perm ettono il rilascio di ATP.
L ’ ATP prodotto nel l a matri ce passa nel citosol, mentre ADP entra nel mi tocondri o. Questo trasporto avviene
tram ite un sistem a di antiporto chiam ato CARRIER ADP/ATP , in cui si utilizza una proteina carrier della
membr ana mi t ocondri al e in t e r n a con un sito di le g a m e in t e r n o che le g a ATP e uno esterno che le g a ADP. Il
rapporto del trasporto è di 1:1 ed è stato di m ostrato com e in mancanza di ADP, l ’ ATP rim ane nella mat r i c e e
viene utilizzato solam ente per i processi mi tocondri al i . La proteina carrier sfrutta il gradiente protonico
generato dalla catena respiratoria perch é l ’ ATP tende ad annullare l ’ am biente positivo dello spazio
in t e r m e m b r a n a con le sue 4 cariche negati ve, maggi ori delle 3 cariche dell ’ ADP.
G L U C A G O N E
Il glucagone è un orm one prodotto dal l e CELLULE Α delle iso le del pancreas in seguito a stim oli di natura
nervosa che riguardano l ’ abbassam ento dei liv e lli di glucosio nel sangue ( ip o g lice m ia ) . Vi ene prodotto anche
in seguito all ’ aum ento di am m inoacidi nel sangue e sotto stim olo del GH ( orm one della crescita), con cui ha
un effetto sinergico.
Il glucagone svolge di verse e im p o r t a n t i fu n z io n i mol te delle quali sono svolte anche da altri orm oni:
adrenalina e noradrenal i na ( che sono orm oni di stress con un meccani s mo d ’ azione sim ile a quello del
glucagone), e glucocorticoidi ( che sono orm oni steroidei, quindi la trasduzione del lo r o segnale dipende dal
lo r o in g r e sso all ’ in t e r n o del l a cellula). Queste fu n z io n i riguardano:
1. IN IB IRE LA GLICOLISI : il meccani s mo di trasduzione del segnale del glucagone si basa sull ’ utilizzo di
recettori transm em brana accoppiati a proteine G. Quest ’ ultim e attivano l ’ adenilato ciclasi con
conseguente produzi one di cAM P e successiva attivazione delle PKA. Le PKA attivate dal glucagone
attivano la FO SFO FRU TTO CHIN ASI II che adesso non è in pi ù in grado di catalizzare la sintesi di
FRU TTO SIO -2,6-BIFO SFATO che è il principale attivatore della glicolisi nel fe g a to . La glicolisi cos ì
viene in ib it a , in fa t t i siam o in una condizione di ip o g lic e m ia , quindi sarebbe in u t ile utilizzare altro
glucosio.
2. FAVO RIRE LA GLICOGENOLISI ( produzione di glucosio a partire da glicogeno a liv e llo epatico): Le
PKA attivano anche una FO SFO RILASI CHINASI , un enzim a che fo sfo rila la FO SFO RILASI .
Quest ’ ul ti m o è un enzi m a che si pu ò trovare nella fo rm a A attiva o nella fo rm a B meno attiva.
Quando viene fo sfo rila to , la fo sfo rila si si trova nella fo rm a A e adesso pu ò catalizzare la rottura dei
le g a m i del glucosio all ’ in t e r n o del l e mol ecol e di glicogeno, tram ite fo sfo ro lisi ( = rottura dei le g a m i
attraverso l ’ uso di fo sfa to ). Dopo tutti i conseguenti passaggi, si fo rm a GLUCOSIO 1P che pu ò essere
trasform ato in GLUCOSIO 6P . Quest ’ ultim o viene defosforilato dalla glucosio-6-fosfatasi per
ottenere glucosio che viene mes s o in circolo.
Le PKA attivano anche degl i in ib it o r i di fo sfa ta si, enzim i in grado di fo sfo rila re gli enzim i della
glicogenolisi e qui ndi in grado di in ib ir la . L ’ in su lin a ha un azione opposta al glucagone che si basa
sull ’ attivazione di queste fo sfa ta si.
N.B: il glucagone fa v o risce la glicogenolisi epatica ma non quella mus col are, fu n z io n e svolta
dall ’ adrenalina.
3. FAVO RIRE LA GLUCONEOGENESI ( produzione di glucosio a partire da alcuni am inoacidi, dall'acido
la t t ic o e dal glicerolo). Le PKA attivano i fa tto ri trascrizionali CREB che perm ettono la trascrizione dei
geni per gli enzi m i del l a gluconeogenesi.
4. Il glucagone in t e r v ie n e anche nel metabol i s mo lip id ic o , stim olando la mobi l i tazi one degli acidi grassi
dal tessuto adiposo, fa v o re n d o la lo r o ossidazione ed in ib e n d o n e la sintesi.
I N S U L I N A
L ’ in su lin a è un orm oneprodotto dal l e cellule β del pancreas in seguito ad aum ento della glicem ia. È un
orm one con effetto ip o g lic e m iz z a n t e :
 PROM UOVE L ’ IN G RESSO DEL GLUCOSIO nelle cellule mus col ari lisc e e adipose (GLUT-4) e negli
epatociti . Nel l e cellule mus col ari lisc e e in quelle adipose, il glucosio entra utilizzando i trasportatori
GLUT4 il cui num ero presente nel l a membrana aum enta in seguito alla produzione di in su lin a . Negl i
epatociti viene richiam ato sem pre pi ù glucosio ( in condizioni di ip e r g lic e m ia ) perch é il glucosio
in t r a c e llu la r e viene subito fo sfo rila to a glucosio-6-fosfato che viene subito utilizzato.
 PROM UOVE LA GLICOLISI : aum enta la trascrizione dei geni degli enzim i e attiva quelli gi à presenti
per defosfori l azi one
 PROM UOVE LA GLICOGENOSINTESI : il glucosio viene trasform ato in glucosio-6-fosfato e poi in
glucosio-1-fosfato. Quest ’ ul ti m o è trasform ato in UDPgl ucosi o che viene utilizzato per fo rm a re il
glicogeno.
 IN IB ISCE LA GLUCONEOGENESI: in ib isc e i fa tto ri trascrizionali dei geni degli enzim i della
gluconeogenesi
 IN IB ISCE IL RILASCIO DI GLUCAGONE
 STIM O LA LA LIPO GEN ESI ( in fa t t i alcuni definiscono l ’ in su lin a com e orm one in g r a ssa n t e ): attiva i
fa tto ri trascrizionali dei geni degl i enzim i della lip o lisi
La trasduzione del segnale del l ’ in su lin a avviene con lo stesso meccani s mo dei fa tto ri di crescita ( pag 578)
anche perch é l ’ in su lin a è un vero e propri o fa tto re di crescita.
L ’ in su lin a è un di m ero fo rm a to da una CATENA A e una CATENA B , unite tram ite ponti disolfuro. Quando è
in circolo, essa tende a fo rm a re degl i esam eri o aggregati ancora pi ù grandi.
Il recettore dell ’ in su lin a è fo rm a to da una CATENA α , rivolta esternam ente che si le g a all ’ in su lin a , e una
CATENA β , che ha la porzi one transm em brana e quella citoplasm atica ad attivit à tirosino-chinasica. In realt à
il recettore è fo rm a to da 2 catene α e due catene β costantem ente le g a t e , quindi è diverso rispetto ai
recettori dei fa tto ri di crescita che si di m eri zzano quando le g a n o i lig a n d i; i due com plessi α - β del recettore
in su lin ic o sono sem pre le g a t i tra lo r o , ma i lo r o le g a m i hanno una certa distanza che fa si che il recettore
non sia sem pre attivo. Quando si le g a il lig a n d o , il recettore cam bia la sua conform azione e attiva la sua
com ponente tirosino-chinasica che autofosforila i residui di tirosina delle catene β .
Le tirosine fo sfo rila te richiam ano una protei na con dom ini SH chiam ata IRS-1 ; IR S-1 è un in t e r m e d ia r io in
pi ù rispetto alle mol ecol e dei meccani s mi di trasduzione per i fa tto ri di crescita poich é , dopo che viene
fo sfo rila ta , IR S-1 richiam a GRB2 . GRB2 poi attiva SO S che scam bia GDP con GTP in RAS che si attiva. Poi RAS
attiva RAF che è una chinasi che fo sfo rila un'altra chinasi e cos ì via. In fin e si produce una MAPK , una chinasi
che entra nel nucl eo e fo sfo rila i fa tto ri di trascrizione in modo da regolare l ’ espressione genetica. Per
questo mot i vo, l ’ in su lin a viene considerata anche un fa tto re di crescita soprattutto per le cellule β del
pancreas e anche per alcune popol azi oni neuronali.
È stata scoperta anche un'al tra cascata: IR S-1 , oltre che richiam are GRB2, richiam a anche una chinasi
chiam ata PI-3K . Questa chinasi è fo rm a ta da una porzione regolativa p85 ( che contiene il dom inio SH2 che si
le g a a IR S-1 ) e dal l a subunit à p110 che ha fu n z io n e catalitica. PI-3K fo sfo rila una mol ecol a di PIP2 ( vedi
pag569), in parti col are fo sfo rila il suo in o sit o lo in posizione 3. Cos ì fa ce n d o PIP2 viene trasform ata in PIP3 .
PIP3 è un secondo mes s aggero che le g a una chinasi fo sfo io n o sitile dipendente chiam ata PDK , che a sua
volta fo sfo rila PKB le g a t a a PIP3. PKB viene cos ì attivata ed è im p lic a t a in due processi im p o r t a n t i:
 ATTIVAZIONE DELLA GLICOLGENO SINTESI
PKB è in grado di fo sfo rila re una chinasi, la GLICOGENO SIN TETASI CHINASI . Questa è in grado di
fo sfo rila re e qui ndi rendere in a t t iv a la GLICOGENO SIN TETASI ; ma nel momento in cui viene
fo sfo rila ta , la glicogeno sintetasi chinasi viene in a t t iv a t a , cos ì non è in grado di fo sfo rila re la
glicogeno sintetasi che avvia la glicogenosintesi.
 AUMENTO DELL ’ ESPRESSIONE IN MEMBRANA DI GLUT-4 NELLE CELLULE MUSCOLARI E ADIPOSE
PKB è in grado di fo sfo rila re e in a t t iv a r e una proteina chiam ata AS160 che in t e r a g isc e con un
enzim a che è RAB . RAB è presente nelle membrane delle vescicole citosiliche e controlla il traffico
cellulare. È mol to sim ile a RAS per la sua attivit à GTPasi ca ( cio è id r o liz z a GTP fa ce n d o lo diventare
GDP) che la in a t t iv a . Questa attivit à , in condizioni norm ali, avviene le n t a m e n t e ; AS160 attivit à
questa capacit à di RAB che si in a t t iv a . Ma se AS160 viene in a t t iv a t a da PKB, la stessa AS160 non è
pi ù in grado di in ib ir e RAB che cos ì rim ane attiva. Cosi fa ce n d o RAB perm ette di in c r e m e n t a r e la
velocit à con cui le vescicole citosoliche contenenti GLUT-4 si fo n d o n o con la membrana plasm atica.
Qui ndi GLUT-4 viene espresso pi ù velocem ente.
Il segnale trasdotto dal l ’ in su lin a viene spento attraverso l ’ azione di PTP , una fo sfa ta si che defosforila i
residui di tirosina del recettore. Una mutazi one a carico del gene della fo sfa ta si pi ò essere una mutazi one
in a t t iv a n t e che porta alla non produzi one della proteina; in questo modo l ’ in su lin a agisce maggi orment e
com e fa tto re di crescita e qui ndi pu ò verificarsi l ’ in so r g e n z a di tum ori. Il gene di PTP è un oncosoppressore.
Anche l ’ in su lin a pu ò essere un fa tto re di oncogenicit à . Mol to diffusa nella popolazione è l ’ ip e r in su lin e m ia ,
ovvero la condizione in cui com pare la resistenza all ’ in su lin a , ma non si pu ò parlare ancora di diabete.
Questa dose mas s i va di in su lin a pu ò causare un attivazione delle IG F che sono fa tto ri di crescita, sim ili
all ’ in su lin a ma pi ù attivi; ci ò potrebbe causare l ’ in so r g e n z a di tum ori.
L ’ in so r g e n z a del l a resistenza all ’ in su lin a sem bra che sia dovuta alle abitudini alim entari. Se si mangi ano
troppi zuccheri vi sar à una condizione continua di ip e r g lic e m ia con continua produzione di in su lin a . Cos ì
fa ce n d o dim inui scono i recettori per l ’ in su lin a e com paiono i prim i segni di resistenza, il fe g a to continua a
produrre glucosio perch é non ci sono pi ù segnali in ib it o r i.