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Metabolismo del glucosio

Il metabolismo del glucosio è uno dei principali meccanismi attraverso i quali l’organismo riesce a ricavare l’energia necessaria per lo svolgimento delle sue funzioni vitali. I pathways metabolici cellulari coinvolti nel metabolismo del glucosio sono sia di natura anabolica (gluconeogenesi) che di natura catabolica (glicolisi). Verranno illustrati anche i pathways metabolici del glicogeno, che rappresenta un modo efficace di immagazzinamento del glucosio, che funge da riserva energetica. Tutti questi pathways sono soggetti a controllo ormonale, in questo modo è possibile mantenere un corretto equilibrio tra il rilascio di glucosio nella circolazione sanguigna e la sua utilizzazione da parte dei tessuti.

Glicolisi

La glicolisi è una via catabolica costituita da 10 reazioni enzimatiche che catalizzano la trasformazione di una molecola di glucosio in due molecole di piruvato (Figura 1). Questo processo rilascia energia, infatti al bilancio netto finale vengono prodotte 2 molecole di ATP, e 2 molecole di NAD+ sono state ridotte a NADH + H+. Essa non richiede il consumo di ossigeno ed è pertanto un processo anaerobico. Il piruvato, nel corpo umano, può andare incontro a due destini: 1- in condizioni aerobiche subisce una completa ossidazione a CO2 e H2O tramite il ciclo di Krebs; 2- in condizioni anaerobiche viene trasformato in lattato, tramite la fermentazione lattica; questo processo consente di rigenerare NAD+, che va a rifornire la via glicolitica. La fermentazione lattica ha luogo nel muscolo, quando c’è un’alta domanda di ATP ma un scarso apporto di O2 (es. intensa attività fisica), ed è guidata dall’enzima lattato deidrogenasi (LDH) (2).

Gluconeogenesi

La gluconeogenesi è la via anabolica che sintetizza glucosio partendo da precursori non glucidici come lattato, piruvato, amminoacidi e intermedi del Ciclo di Krebs. Tale processo subisce un incremento quantitativo quando i depositi di glicogeno si riducono e/o la glicemia si abbassa (e.g. digiuno, attività fisica). La gluconeogenesi avviene nel fegato e in piccola parte anche nella corticale del rene, sotto stimolazione del glucagone, ormone secreto dalle α cellule del pancreas. La via ha inizio nel mitocondrio per poi spostarsi nel citoplasma della cellula e si conclude con la produzione di glucosio all’interno del reticolo endoplasmatico. Grazie all’attivazione di questo meccanismo l’organismo, in assenza di fonti di glucosio, riesce a evitare l’instaurarsi di uno stato di ipoglicemia.

Figura 1. Reazioni energetiche che costituiscono il processo della glicolisi (1).

Metabolismo del Glicogeno

Il glicogeno è un polimero ramificato costituito da monosaccaridi di glucosio uniti tra loro da un legame di tipo α-glucidico, che si presenta sotto forma di granuli localizzati nel citoplasma della cellula, costituendo una vera e propria riserva energetica. Esso si deposita nelle cellule muscolari e negli epatociti. Il suo metabolismo è caratterizzato sia da una via catabolica (Glicogenolisi) che da una via anabolica (Glicogenosintesi) (Figura 2).

Glicogenolisi

La glicogenolisi è la via catabolica che degrada il glicogeno per ottenere molecole di glucosio da usare come fonte di energia. È un processo che consta di tre fasi mediate da altrettanti enzimi e avviene per la maggior parte nel fegato e nel muscolo (2). Si attiva in seguito allo stimolo ormonale del glucagone nel fegato, e adrenalina e noradrenalina nel muscolo, nel momento in cui aumenta il fabbisogno energetico dell’organismo. L’attivazione di questa via a livello epatico contribuisce a rifornire di glucosio gli altri tessuti, principalmente:

  • durante il digiuno, ad esempio di notte;
  • nell’intervallo tra i pasti;
  • durante l’attività fisica intensa.

Glicogenosintesi

La glicogenosintesi è la via anabolica del glicogeno che porta alla sintesi di molecole di glicogeno partendo dal glucosio. Avviene nelle cellule epatiche e in quelle muscolari in presenza di ATP (infatti è un processo che richiede energia), e in queste ultime è innescato dall’insulina. Gli enzimi coinvolti sono principalmente 3: l’UDP-glucosio pirofosforilasi, la glicogeno sintetasi e l’enzima ramificante del glicogeno.

Figura 2. Vie metaboliche del glicogeno.

Trasporto del Glucosio

Il glucosio dal flusso sanguigno entra nelle cellule attraverso specifici trasportatori, le proteine GLUT. Ci sono diversi tipi di questi trasportatori, di cui alcuni espressi in modo tessuto-specifico:

  • GLUT1 è il più generico ed è espresso pressoché ubiquitariamente poiché è deputato all’assunzione basale di glucosio; è un trasportatore che ha un’elevata affinità per il glucosio, quindi consente alle cellule di assorbirlo anche quando si trova a concentrazioni ematiche più basse del normale (fino a 1mM).
  • GLUT2 è un trasportatore del glucosio specifico per epatociti, β-cellule del pancreas, intestino tenue e rene. Partecipa al processo di percezione del glucosio permettendo la modulazione della secrezione di insulina in risposta alle variazioni glicemiche, e presenta una minore affinità per il glucosio rispetto a GLUT-1.
  • GLUT4 è un trasportatore di glucosio presente sulle cellule adipose, muscolari scheletriche e cardiache. La sua affinità per il glucosio è nell’ordine dei 5mM. A differenza dei precedenti è insulino-sensibile, infatti la presenza di questo ormone aumenta il numero e la traslocazione dei trasportatori dal citoplasma sulla membrana cellulare, in seguito al legame dell’insulina con un recettore di membrana (3).

Metabolismo del glucosio nel diabete di tipo 2

Il diabete di tipo 2 è caratterizzato da uno stato di iperglicemia sia a digiuno sia post-prandiale. In particolare, lo stato di iperglicemia a digiuno deriva da un aumento della gluconeogenesi, accompagnato dalla stimolazione della glucosio-6-fosfatasi e l’inibizione della glucochinasi, il che causa un aumento della concentrazione di glucosio (4). Tra i diversi meccanismi che regolano l’iperglicemia post-prandiale le alterazioni a carico del metabolismo del glucosio riguardano principalmente una riduzione dell’inibizione della gluconeogenesi epatica.

Bibliografia

  1. Nelson, D.L, Cox, M.M 2004. Lehninger Principles of Biochemistry, 4th edition. W. H. Freeman.
  2. Voet, Voet, Pratt. Fondamenti di Biochimica. Seconda edizione. Zanichelli, 2007.
  3. Ward, Colin. Glucose metabolism [internet]. 2015 Jan 20; Diapedia 5104085176 rev. no. 15. Available from: https://doi.org/10.14496/dia.5104085176.15
  4. Riccardo C. Bonadonna. Alterations of Glucose Metabolism in Type 2 Diabetes Mellitus. An Overview. Reviews in Endocrine & Metabolic Disorders 2004;5:89–97. 2004 Kluwer Academic Publishers.
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