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GLUCONEOGENESI, A FAVORE DELLA GLUCONEOGENESI:, A FAVORE DELLA GLICOLISI:,…

- - - - :check: GLUCONEOGENESI
    - - :no_entry: GLUCONEOGENESI
    - - :no_entry: GLUCONEOGENESI
      - ChREB
        La regolazione genica passa attraverso un fattore di trascrizione chiamato ChREBP, regolato anch’esso mediante livello di fosforilazione/defosforilazione.  Alcuni metaboliti possono indurre la defosforilazione di uno dei residui del fattore (serina e treonina) attivandolo, consentendone la migrazione nel nucleo dal citosol, dove può, tramite un’ulteriore defosforilazione, legare e attivare le sue sequenze specifiche bersaglio sull’mRNA.  Ciò porta alla regolazione dell’espressione di alcuni enzimi della glicolisi, e anche alla sintesi di lipidi, grazie all’interconnessione del metabolismo lipidico e glicolitico.   Esempio: l’insulina stimola la biosintesi di lipidi a partire dal glucosio per ovviare alla sua elevata concentrazione ematica 
        DEFOSFORILAZIONE --> ATTIVATORIA
        FOSFORILAZIONE --> INIBITORIA
    - - Regolazione allosterica
        
        ATP (indice di alta carica energetica) con azione inibitoria: ad alte concentrazioni diminuisce l’affinità dell’enzima per il fruttosio-6-P, partecipando come molecola alla reazione da substrato e da regolatore allosterico inibendo la reazione.  :green_cross:
        
        AMP (indice di basso livello energetico) con effetto attivatorio. :check:
        
        Citrato (Indice di alto livello di precursori per la biosintesi) con azione inibitoria:
        
        la concentrazione di citrato nelle cellule ci riporta all’ossidazione degli acidi grassi che produce molte più molecole di ATP, quindi segnala che non c’è bisogno di produrre ATP ulteriormente. E' un metabolita non correlato direttamente alla via glicolitica, ma funge da spia. :green_cross:
        
        [H+] (per prevenire l’eccessiva formazione di Lattato) con azione inibitoria. :green_cross:
        
        Fruttosio 2,6-Bisfosfato prodotto dalla Fosfofruttochinasi-2 (PFK-2) che aumenta l’affinità della PFK-1 per il substrato ed ha azione fortemente attivatoria.
        Dal punto di vista metabolico ha il significato di contrastare l’inibizione della PFK-1 dovuta alle elevate concentrazioni di ATP, per trasformare in acidi grassi il glucosio in eccesso.   :check:
        
        Il Fruttosio 2,6-BP viene prodotto dalla Fosfofruttochinasi-2 (PFK-2) in tandem con l’enzima Fruttosio-2,6-Bisfosfatasi (FBPasi-2).
        --> Quando l’enzima tandem è fosforilato dalla PKA (i cui livelli si alzano grazie al glucagone, ad esempio), la FBPasi-2 con funzione fosfatasica è attiva e viene inibita la PFK-2, ciò porta alla rimozione di una Pi dal Fruttosio-2,6-BP convertendolo in Fruttosio-6-P (che in equilibrio con la forma isomerizzata Glucosio-6-P) inibisce per feedback negativo da prodotto l’Esochinasi (I-III) bloccando a monte la glicolisi. Il glucagone ha infatti l'obiettivo di alzare la concentrazione di glucosio nel sangue.
        
        --> Quando l’enzima tandem è defosforilato ad opera della Fosfoproteina Fosfatasi-1 (PP-1)(attivata dalla PKB tramite una fosforilazione su un sito diverso rispetto a quello della PKA, la cui attivazione avviene grazie all'insulina) la PFK-2 è attiva con funzione chinasica mentre la FBPasi-2 è inattiva, ciò porta alla fosforilazione del Fruttosio-6-P convertendolo in Fruttosio 2,6-BP. Infatti, logicamente, guardando alla stimolazione ormonale, l'insulina ha l'obiettivo di abbassare il glucosio nel sangue, stimolando la glicolisi.
        :!!:
      - La reazione catalizzata dalla PFK-1 è la tappa di controllo principale che indirizza unicamente alla glicolisi.
      - Collegamento dalla regolazione della glicolisi
  - - - :check: INSULINA
      - :red_cross: GLUCAGONE
    - - :check: GLUCAGONE
      - :red_cross: INSULINA
- - - - GLI ENZIMI:
        
        PIRUVATO CARBOSSILASI
        
        COFATTORE:
        La piruvato carbossilasi usa come cofattore la biotina (così come molte altre carbossilasi), legata covalentemente all’enzima attraverso un legame isopeptidico che si forma tra la sua catena laterale che termina con un gruppo carbossilico, e il gruppo aminico della catena R di un residuo di Lisina dell’enzima. La biotina presenta un atomo di zolfo e due di azoto a livello di uno dei quali viene caricata anidride carbonica.  
        
        REGOLAZIONE ALLOSTERICA:
        L’Acetil CoA è l’attivatore allosterico principale della piruvato carbossilasi perché la sua abbondanza segnala all’enzima che c’è sufficiente piruvato, e che una parte di questo può essere utilizzata non per la produzione di ulteriore Acetil-CoA, ma per produrre ossalacetato. Questa reazione richiede energia sotto forma di ATP. L’enzima è praticamente inattivo se non lega Acetil-CoA.
        
        STRUTTURA
        La lunga catena (biotinil-lisina) connette due siti catalitici diversi all’interno dell’enzima: 
        
        Il primo è quello che porta alla formazione di carbossibiotina realizzando così la prima parte della reazione. 
        
        Il secondo sito è sede di formazione dell’ossalacetato.
        
        :!: Il passaggio da un sito catalitico all’altro avviene grazie allo spostamento del braccio mobile di biotinil-lisina, capace di oscillare tra i due siti catalitici dell’enzima. 
        
        MECCANISMO DI REAZIONE:
        
        1° SITO CATALITICO:
        La CO2 è una molecola poco reattiva, quindi se si vuole aggiungere un atomo di carbonio ad un composto partendo dalla CO2, essa deve essere necessariamente attivata:
        
        --> L’attivazione della CO2 in soluzione acquosa, dove si trova sotto forma di bicarbonato, avviene grazie al trasferimento del gruppo fosfato terminale di una molecola di ATP alla molecola di bicarbonato, con formazione dell’intermedio carbossifosfato.
        
        --> In seguito, il carbossifosfato nelle vicinanze del sito reattivo della biotin-lisina (gruppo NH), libererà la CO2, che si legherà alla biotina, formando la carbossibiotinillisina legata all’enzima.
        
        2° SITO CATALITICO:
        La carbossibiotina viene trasportata al secondo sito attivo dell’enzima dove la CO2 si stacca dalla biotina e si lega al piruvato in forma enolica, formando l’ossalacetato.
        
        DOVE?
        Nel mitocondrio.
        
        FOSFOENOLPIRUVATO CARBOSSICHINASI
        
        DOVE?
        Nel citosol.
        
        Perché non è possibile usare direttamente il piruvato presente nel citosol per ottenere il fosfoenolpiruvato nella gluconeogenesi? 
        Esistono due ragioni per cui ciò non avviene: 
        
        La piruvato carbossilasi è un enzima che effettua una reazione anaplerotica, ed è necessario che questa reazione avvenga nel mitocondrio.
        
        La seconda ragione è legata alla modalità con cui l’ossalacetato deve essere fatto uscire dal mitocondrio.
        
        :question:
        
        In seguito alla formazione di ossalacetato questo deve essere trasferito nel citosol.
        
        MECCANSIMO DI USCITA DELL'OSSALACETATO DAL MITOCONDRIO:
        L’ossalacetato non attraversa la membrana mitocondriale, quindi per portarlo fuori deve intervenire un meccanismo di shuttle (navetta).
        --> L’ossalacetato, infatti, reagisce con un enzima, la malato deidrogenasi mitocondriale, che lo trasforma in un composto permeabile alla membrana mitocondriale e che passa nel citosol, cioè il malato, usufruendo di elettroni provenienti dal pool di NADH mitocondriale. 
        --> L’enzima malato deidrogenasi citosolico, che ne è un’isoforma, fa il contrario, quindi ossida l’atomo di carbonio del malato trasformandolo in un atomo di carbonio carbonilico e, contemporaneamente, trasferendo elettroni ad un NAD+ del pool citosolico con formazione di NADH + H+. 
        :recycle: :!!:
        
        VANTAGGI DEL TRASPORTO DEL MALATO AL CITOSOL:
        Il trasporto del malato dal mitocondrio al citosol permette di fare due cose contemporaneamente:  
        
        Trasportare l’ossalacetato nel citosol. 
        
        Produrre NADH nel citosol a partire dagli elettroni presenti sul NADH mitocondriale.
        --> Neanche i NAD+, infatti, possono attraversare la membrana mitocondriale, di conseguenza il modo per trasportare alcuni elettroni mitocondriali al di fuori del mitocondrio è appoggiarli su una molecola.
        
        :!!: :!!: :red_flag:
        
        :question: Perché è fondamentale produrre NADH citosolico? 
        Dato che la gluconeogenesi è l’inverso della glicolisi, se nella glicolisi c’è produzione di NADH, nella gluconeogenesi c’è il consumo di NADH.
        Il rapporto NADH/NAD+ è molto più basso nel citoplasma rispetto al mitocondrio quindi, il NADH necessario nella gluconeogenesi per la trasformazione del 1,3 bifosfoglicerato in gliceraldeide 3-P lo si sintetizza sfruttando gli elettroni temporaneamente appoggiati sul malato (shuttle del malato) che dal mitocondrio passano al citosol. Senza il NADH questa reazione non potrebbe svolgersi e, di conseguenza, nemmeno la gluconeogenesi. 
        
        MECCANISMO DI REAZIONE:
        La PEP carbossichinasi catalizza la reazione che, a partire dall’ossalacetato, porta alla formazione di fosfoenolpiruvato in due tappe: 
        
        Il rilascio di un atomo di carbonio dell’ossalacetato sotto forma di CO2 (decarbossilazione) con formazione di piruvato nella sua forma enolica, cioè enolpiruvato.
        
        Il gruppo fosfato di GTP viene trasferito all’atomo di C2 dell’enolpiruvato con formazione di fosfoenolpiruvato. 
      - Perché la reazione di svolge in due tappe, ed è così complessa, anziché procedere con una semplice fosforilazione? :red_flag:
        Il PEP possiede un’energia libera di idrolisi del gruppo fosforico di circa -61 Kj/mol quindi la semplice fosforilazione da parte dell’ATP del Piruvato non è sufficiente a far procedere la reazione in modo energicamente favorito.
    - - MECCANISMO:
        La reazione che porta alla formazione del fruttosio 6-fosfato, è catalizzata dall’enzima fruttosio-1,6-bisfosfatasi 1. Ciò che accade è l’idrolisi di uno dei due gruppi fosfato del fruttosio 1,6-bisfosfato con produzione di fruttosio 6-fosfato e Pi. 
    - - DOVE?
        Esso è presente solo nei tipi cellulari che sono capaci di fare la gluconeogenesi, in particolare nel reticolo endoplasmatico delle cellule epatiche e cellule della corteccia renale.
      - MECCANISMO DELLA REAZIONE E TRASPORTO VERSO L'ESTERNO:
        Il sistema della glucosio-6-fosfatasi permette, in seguito alla produzione di glucosio 6-fosfato, la sua trasformazione e liberazione all’esterno della cellula sotto forma di glucosio.
        Esso comprende anche tre trasportatori (T1,T2,T3) indispensabili per il trasporto verso l’esterno del glucosio.
        --> Il glucosio 6-fosfato formato dalla gluconeogenesi viene trasportato nel lume del reticolo endoplasmatico da un trasportatore T1 presente sulla membrana dello stesso. Solo una volta nel lume del reticolo, il glucosio 6-fosfato trova la glucosio-6-fosfatasi.  
        --> Il glucosio così formato ed il fosfato inorganico vengono trasportati fuori dal reticolo. Il trasportatore del glucosio presente sulla membrana del reticolo endoplasmatico (T2) è in stretto contatto con il trasportatore presente sulla membrana plasmatica (GLUT2): è come se si realizzasse un doppio trasporto accoppiato attraverso due membrane, che non permette al glucosio di essere accumulato nel citosol, ma fa sì che venga portato fuori dalla cellula.