Le reazioni di conversione del fosfoenolpiruvato a piruvato, e del piruvato ad acetil-CoA nei vertebrati, sono talmente esoergoniche da essere praticamente irreversibili, per questo motivo gli esseri umani non possono convertire gli acidi grassi in carboidrati. Se una cellula non può convertire l'acetato in fosfoenolpiruvato, l'acetato non può essere utilizzato come materiale di partenza della via gluconeogenetica che va dal fosfoenolpiruvato al glucosio.
Nelle piante, in alcuni invertebrati e microrganismi, l'acetato può servire come fonte di energia e come precursore del fosfoenolpiruvato in un ciclo metabolico chiamato ciclo del gliossilato, in cui avviene una conversione netta dell'acetato in succinato o in altri intermedi del ciclo di Krebs. La stechiometria della reazione è:
2 acetil-CoA + NAD+ + 2 acqua --> succinato + 2 CO2 + NADH + H+
L'insieme di reazioni, che avvengono in maniera ciclica, sono le seguenti.
- L'acetil-CoA si condensa con l'ossalacetato formando il citrato, che a sua volta viene convertito in isocitrato esattamente come avviene nel ciclo di Krebs.
- L'isocitrato viene successivamente scisso in una reazione catalizzata dalla isocitrato liasi, formando succinato e gliossilato.
- Il gliossilato si condensa ancora con acetil-CoA formando il malato in una reazione catalizzata dalla malato sintasi.
- Il malato viene ossidato ad ossalacetato, che condensandosi nuovamente con acetil-CoA inizia un nuovo giro del ciclo.
Quindi, tirando le somme, 2 acetil-CoA vengono utilizzati in ogni ciclo del gliossilato, con la concomitante produzione di una molecola di succinato, disponibile nei processi biosintetici. A sua volta il succinato può essere convertito in ossalacetato attraverso gli intermedi fumarato e malato, e successivamente in fosfoenolpiruvato nella reazione catalizzata dalla fosfoenolpiruvato carbossichinasi (reazione anaplerotica), di modo tale da essere poi utilizzato come precursore del glucosio nella gluconeogenesi.
Nella pianta, il ciclo del gliossilato avviene in un organello cellulare chiamato gliossisoma; gli enzimi del ciclo in comune con quelli del ciclo di Krebs sono presenti in due isoforme, una localizzata nel mitocodrio ed una nel gliossisoma. I gliossisomi sono presenti nei semi delle piante in fase di germinazione, ovvero prima che la pianta acquisisca la capacità di generare il glucosio mediante la fotosintesi clorofilliana. I gliossisomi contengono anche tutti gli enzimi necessari alla degradazione degli acidi grassi conservati negli oli dei semi.
L'acetil-CoA formato dai lipidi viene convertito il succinato ed esportato nei mitocondri, dove grazie agli enzimi del ciclo di Krebs viene convertito in malato. Una isoforma di malato deiderogenasi ossida il malato ad ossalacetato, un precursore della gluconeogenesi.
I vertebrati non dispongono della malato sintasi e della isocitrato liasi, per tale motivo non possono fare il ciclo del gliossilato.
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