Ciclo di Cori - Ciclo Glucosio-Alanina - Sistemi navetta PDF

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Biochimica per scienze motorie...

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CICLO DI CORI In attività fisiche impegnative, che comportano l’utilizzo di un metabolismo muscolare anaerobico lattacido, il LATTATO prodotto dal muscolo può essere utilizzato dalle fibre muscolari scheletriche di tipo I e dal cuore, ma la quota maggiore è inviata al fegato. Infatti, durante la fase di recupero dallo sforzo, il LATTATO diffonde dal muscolo nel sangue ed è captato a livello epatico. Questo scambio ciclico di glucosio e acido lattico tra fegato ed eritrociti è detto ciclo di Cori, o ciclo dell’acido lattico. Nel ciclo, il glucosio, dopo essere stato trasformato nel prodotto finale della glicolisi, l’acido piruvico (PIRUVATO) è ridotto ad acido lattico (LATTATO) tramite l’enzima LATTATO DEIDROGENASI utilizzando il NADH + H+ prodotto nella glicolisi, ed è riversato in circolo dalle cellule muscolari o dagli eritrociti; una volta giunto al fegato e, in misura minore al rene, l’acido lattico è utilizzato come molecola di partenza per la sintesi di glucosio attraverso la gluconeogenesi. La gluconeogenesi è la via metabolica, soprattutto epatica, deputata a produrre glucosio da altre sostanze. A tale scopo, la molecola di partenza può essere l’acido lattico presente in circolo. Il glucosio formato può essere immesso nel sangue grazie all’azione dell’enzima epatico GLUCOSIO 6-FOSFATO FOSFATASI e ricaptato a livello muscolare, dove può ricostituire le scorte di glicogeno. Fegato e rene possono utilizzare come molecola di partenza per la sintesi di glucosio nella gluconeogenesi anche il glicerolo liberato dal metabolismo dei trigliceridi nel tessuto adiposo e quindi riversato in circolo.

CICLO GLUCOSIO ALANINA La produzione netta di glucosio da molecole non glucidiche attraverso la gluconeogenesi epatica richiede l’utilizzo delle catene carboniose di amminoacidi provenienti soprattutto dalla degradazione delle proteine del tessuto muscolare. Tra questi amminoacidi predomina l’ alanina, per la quale è stata dimostrata l’esistenza di un ciclo glucosio-alanina, o ciclo dell’alanina. Grazie a questo ciclo, l’acido piruvico proveniente dal metabolismo muscolare dei carboidrati sarebbe transaminato ad alanina; questa, una volta immessa in circolo, sarebbe captata dal fegato e transaminata ad acido α-chetoglutarico (α-CHETOGLUTARATO) con formazione di acido glutammico (GLUTAMMATO) e acido piruvico (PIRUVATO). Quest’ultimo prenderebbe la via della gluconeogenesi mentre il gruppo amminico dell’acido glutammico (GLUTAMMATO) procederebbe verso la sintesi dell’urea attraverso l’azione della glutammico deidrogenasi (GLUTAMMATO DEIDROGENASI). Il glucosio così sintetizzato e immesso in circolo sarebbe utilizzato anche dalle cellule muscolari per le loro esigenze energetiche con nuova produzione di acido piruvico che alimenterebbe il ciclo stesso. Il ciclo glucosio-alanina è un esempio dell’integrazione del metabolismo tra due diversi tessuti. Esso ha per effetto un trasferimento di azoto amminico dal muscolo al fegato, che lo utilizza per produrre urea, e di energia chimica (glucosio) dal fegato al muscolo che, per sintetizzare il glucosio, utilizza l’energia fornita dal metabolismo degli acidi grassi.

SISTEMI NAVETTA I coenzimi ridotti NADH e FADH 2 prodotti nella matrice mitocondriale durante il ciclo di Krebs possono essere direttamente riossidati nella catena di trasporto degli elettroni senza richiedere alcun trasporto o compartimentazione cellulare. Al contrario, in condizioni di disponibilità di ossigeno, il NADH ottenuto nel citoplasma formatosi durante la prima fase della respirazione cellulare (glicolisi, reazione 6), non diffonde spontaneamente attraverso la membrana mitocondriale interna e deve essere trasportato nella matrice mitocondriale per essere riossidato. Esistono due SISTEMI NAVETTA (SHUTTLE) principali che permettono di trasferire per VIA INDIRETTA gli elettroni di NADH citosolico nella matrice mitocondriale e quindi alla catena di trasporto degli elettroni. Questi sistemi navetta sono:  Sistema navetta del Glicerolo 3-Fosfato (Diidrossiacetone fosfato/Glicerolo-3-Fosfato). Il Diidrossiacetonefosfato e il Glicerolo 3-Fosfato possono diffondere attraverso la membrana mitocondriale esterna ed essere trasportati nello spazio intermembrana. Il sistema si basa su due forme dell’enzima glicerolo 3 fosfato deidrogenasi; la glicerolo-3-fosfato deidrogenasi citosolica (enzima NAD+ dipendente) che riduce (converte nel citoplasma) il diidrossiacetonefosfato prodotto nella reazione 4 della glicolisi in glicerolo-3-fofstato, a spese di NADH + H + in modo tale da ripristinare il NAD+ utilizzato nel processo glicolitico; gli elettroni del coenzima ridotto sono trasferiti al Glicerolo 3-Fosfato (forma ridotta del Diidrossiacetonefosfato). Il glicerolo-3-fosfato prodotto può diffondere attraverso la membrana mitocondriale esterna ed essere nuovamente convertito (ossidato) dalla glicerolo-3-fosfato deidrogenasi mitocondriale (FAD dipendente) nuovamente in diidrossiacetone, il quale è nuovamente riportato nel citoplasma per ripetere il ciclo a spese di FADH 2, legato alla glicerolo-3-P deidrogenasi mitocondriale, che cede gli idrogeni al CoQ e si riduce a QH2 per formare 2 molecole di ATP. Questa reazione permette di trasferire INDIRETTAMENTE gli elettroni di NADH citosolico alla catena di trasporto degli elettroni mitocondriale ;  Sistema navetta del Malato/Aspartato. Questo sistema è più complesso rispetto al precedente: in tal caso gli elettroni di NADH citosolico prodotto nella glicolisi sono ceduti all’OSSALACETATO che è ridotto a MALATO. Per quanto la diffusione di OSSALACETATO e MALATO attraverso la membrana mitocondriale esterna sia possibile, l’OSSALACETATO non può diffondere mentre per il malato esiste un trasportatore antiporter. Nel sistema navetta malato-aspartato, l’OSSALACETATO per azione della malato deidrogenasi citoplasmatica è ridotto a MALATO a spese del NADH + H +, formatosi durante la glicolisi, che può essere ossidato a NAD +. Il trasporto di malato nella matrice mitocondriale avviene con il contemporaneo rilascio nello spazio intermembrana di α-chetoglutarato. Il malato penetra nella matrice mitocondriale ed è nuovamente riossidato a ossaloacetato dalla malato deidrogenasi mitocondriale, con riduzione di NAD+ a NADH + H+. In tal modo il NADH + H + citoplasmatico è ossidato a NAD +, di pronta utilizzazione in un altro ciclo glicolitico, mentre il NAD + mitocondriale è ridotto a NADH + H +, utile per la produzione di 3 ATP nella fosforilazione ossidativa. L’ossaloacetato presente nel mitocondrio, non può diffondere spontaneamente la membrana mitocondriale interna poiché non esistono specifici trasportatori. Per limitare l’accumulo di OSSALACETATO e fare in modo che le concentrazioni di tale composto nello spazio intermembrana siano ripristinate, esso è riportato nel citoplasma in forma di aspartato: la transaminazione avviene tramite l’enzima glutammato-ossaloacetato transaminasi mitocondriale (ASPARTATO AMMINOTRANSFERASI) che trasferisce un gruppo amminico dal glutammato a OSSALACETATO. In tale reazione il glutammato è trasformato in α-chetoglutarato che è indispensabile al trasporto del malato citosolico nella matrice mitocondriale mediante il sistema antiporter. Nel citoplasma della cellula l’aspartato può essere trasportato nello spazio intermembrana mediante un secondo trasportatore antiporter, il trasportatore glutammato-aspartato che trasporta nel citosol l’aspartato con contemporaneo trasporto di glutammato nella matrice. Tale meccanismo rigenera il glutammato nella matrice. L’aspartato trasferito nello spazio intermembrana e nel citosol è riconvertito in ossaloacetato e l’α-chetoglutarato in glutammato ad opera della GLUTAMMATOOSSALOACETATO TRANSAMINASI CITOPLASMATICA (ASPARTATO AMMINOTRANSFERASI CITOSOLICA), reazione associata alla contemporanea trasformazione dell’α-chetoglutarato in glutammato. L’OSSALACETATO così prodotto può essere convertito in MALATO dando inizio nuovamente al ciclo. Il sistema navetta malato-aspartato è prevalente nel fegato e a ogni ciclo (trasferimento di NADH + H+) prevede la formazione di 3 molecole di ATP....