Focus: il glucosio

I principali substrati energetici del fegato sono gli acidi grassi. Il galattosio, ottenuto in massima parte dal latte, nel fegato si converte in glucosio-1-fosfato e questo a sua volta è isomerizzato a glucosio-6-fosfato. Il fruttosio si converte in fruttosio -1-fosfato e successivamente si inserisce nella via glicolitica a livello dei triosi fosfato.

Entrambi gli zuccheri possono produrre anche derivati acidi o amminici usati nella formazione di glicoproteine.

Il fegato inoltre può metabolizzare zuccheri o derivati degli zuccheri anche diversi da quelli citati (esempio: il sorbitolo). Il fegato forma grassi dal glucosio post-prandiale; non li immagazzina bensì li invia al tessuto adiposo con questo fine o ad altri tessuti per fini energetici.

Da un punto di vista nutrizionale, un aspetto importante della situazione epatica postprandiale è evidenziata dagli zuccheri: essi, assorbiti, provenienti dalla digestione dei carboidrati, si trasformano fondamentalmente in composti di riserva energetica, glicogeno e trigliceridi, che potranno essere utilizzati nei periodi interdigestivi.

In questo modo si evita anche un innalzamento della glicemia. I tessuti utilizzano il glucosio (dopo l'assorbimento di carboidrati).
Per alcuni, come il tessuto adiposo (o quello muscolare) è uno dei combustibili per eccellenza. Il consumo di glucosio da parte dei tessuti periferici produce una diminuzione graduale della glicemia nel periodo post-prandiale.

Di conseguenza, il metabolismo epatico si adatta per inviare glucosio in circolo. In questo contesto è particolarmente rilevante la situazione del sistema nervoso data la sua importanza per il funzionamento dell'organismo e la sua dipendenza esclusiva dal glucosio (salvo nei casi di digiuno prolungato) come fonte energetica cellulare.

Il rifornimento di glucosio da parte del fegato si ottiene in primo luogo con la degradazione del glicogeno (glicogenolisi) che produce glucosio-6-fosfato.

Quando un regime nutrizionale ha deficit di glucosio, l'organismo umano lo può sintetizzare a partire da molecole non glucidiche e da amminoacidi.

Nel fegato si realizzano le vie metaboliche dei carboidrati, ergo il fegato è idoneo alle seguenti funzioni:

1. Immagazzinare il surplus di glucosio come glicogeno, per poter fornire glucosio al resto dei tessuti nei periodi interdigestivi.
2. Metabolizzare il fruttosio ed il galattosio: al fine di convertirli in derivati del glucosio o intermedi della glicolisi.
3. Sintetizzare derivati glucidici per specifiche funzioni.
4. Convertire parte del glucosio in trigliceridi per inviarli agli altri tessuti sotto forma di lipoproteine.
5. Sintetizzare glucosio da substrati non glucidici (fenomeno della gluconeogenesi) in situazione di digiuno.
6. Sintetizzare amminoacidi a partire da intermedi glicolitici e del ciclo di Krebs.

Come risultato dell'assorbimento intestinale, giungono al fegato, glucosio, fruttosio e galattosio. Il glucosio penetra nelle cellule epatiche grazie all'esistenza di veicolatori ad hoc, ed è fosforilato dalla glucochinasi, un enzima con elevata KM ed inducibile dal substrato e dall'insulina. Anche i "veicolatori" GLUT2 mostrano scarsa affinità per il glucosio. In questo modo, questo zucchero è metabolizzato a livello epatico solo quando si trova in quantità sufficiente.

Oppure, attraversa i sinusoidi epatici senza essere metabolizzato e termina direttamente nella circolazione sistemica attraverso la vena sovraepatica per essere utilizzato dagli altri tessuti. Il galattosio ed il fruttosio vengono fosforilati nel fegato da specifiche chinasi a bassa KM, che assicura la loro metabolizzazione in quest'organo, passando alla circolazione sistemica solo in caso di eccesso. Il glicogeno epatico costituisce la riserva di glucosio che si potrà liberare nel sangue nei periodi interdigestivi.

La quantità di glicogeno che si può immagazzinare nel fegato è variabile e non supera i 200 g.Mentre nella maggior parte dei tessuti la glicolisi avviene per metabolizzare il glucosio a fini enegetici, nel fegato (e nel tessuto adiposo) la via glicolitica funziona principalmente per la sintesi di trigliceridi (lipogenesi). In questo modo il fegato canalizza l'eccesso di glucosio assorbito che non può essere stoccato.

I trigliceridi si possono formare completamente a partire da glucosio: gli acidi grassi si ottengono dall'acetil-CoA mentre il glicerolo fosfato si ottiene dai triosi fosfati. Tanto i triosi fosfato come l'acetil-CoA sono prodotti della via glicolitica.

Dulcis in fundo, il potere riducente necessario alla sintesi degli acidi grassi si ottiene tramite il funzionamento della via dei pentosi.
La lipogenesi epatica è importante come quella che si produce nel tessuto adiposo.

La maggiore differenza tra i due tessuti è che i trigliceridi epatici vengono distribuiti al resto dei tessuti mentre i trigliceridi del tessuto adiposo vengono immagazzinati negli adipociti.

Questo composto può essere utilizzato per la biosintesi dei polisaccaridi (mucopolisaccaridi, eparina, ecc.) ma è importante per i processi di detossificazione epatica, nella quale sostanze endogene (ormoni, bilirubina) o esogene (medicamenti, veleni) coniugandosi con il residuo glucuronico dell'UDP-glucuronato, formano dei glucuronidi atossici e idrosolubili che vengono poi eliminati con le urine.

La via dei pentosi fosfato deve funzionare in modo significativo nei tessuti con intensa lipogenesi (fegato e tessuto adiposo) così come in quelli che hanno un elevato livello di proliferazione, come la mucosa intestinale.

Il glucosio può produrre altri zuccheri e derivati (glucosammina, N-acetilglucosammina, ecc.) con target finale le glicoproteine di membrana.
Alcuni intermedi della via glicolitica possono essere utilizzati per la sintesi di amminoacidi non essenziali. Per esempio la serina si forma dal 3- fosfoglicerato e l'alanina dal piruvato.

La capacità di riserva di glicogeno è limitata e quindi in condizioni interdigestive prolungate si deve formare glucosio da altre sostanze non glucidiche (gluconeogenesi). Il fegato può sintetizzare glucosio dal glicerolo (ottenuto dal tessuto adiposo in seguito ad idrolisi dei trigliceridi), del lattato (che proviene dal metabolismo muscolare e degli eritrociti) e da alcuni amminoacidi, specialmente alanina (che provengono dalla massa muscolare).

Il metabolismo del glucosio nei tessuti periferici presenta le seguenti specifiche sfumature.

A - Tessuto adiposo: nel tessuto adiposo, il glucosio attraversa la membrana grazie ad un meccanismo di trasporto (trasportatore GLUT4) ad alta affinità e stimolato dall'insulina; è il motivo per cui questo tessuto consuma glucosio specialmente in situazione post-prandiale, quando cioè esistono livelli adeguati dell'ormone.

Come negli altri tessuti periferici, l'enzima fosforilante è l'esochinasi, estremamente specifica e con bassa KM, che facilita la metabolizzazione completa del glucosio nell'intervallo delle sue concentrazioni fisiologiche.

Il destino principale del glucosio negli adipociti è la trasformazione in trigliceridi con una via metabolica simile a quella epatica. Questo destino è quantitativamente più importante della produzione energetica.

B - Muscolo scheletrico: nel muscolo scheletrico il glucosio attraversa la membrana grazie ad un meccanismo di trasporto simile a quello del tessuto adiposo (trasportatore GLUT4) stimolato da insulina ed è fosforilato da una esochinasi.

Vi è sintesi di glicogeno, non lipogenesi. Il glicogeno muscolare ha funzioni di riserva come quello epatico; in questo caso però il glucosio proveniente da questa "riserva" è utilizzabile solo dalle cellule muscolari.

Ciò avviene perché il prodotto della glicogenolisi è glucosio-6-fosfato, come nel fegato, le cellule muscolari sono carenti di glucosio-6-fosfatasi e quindi non possono liberare glucosio nel sangue. La degradazione di glucosio-6-fosfato nella via glicolitica può avvenire in aerobiosi o anaerobiosi a seconda dell'intensità dell'attività muscolare.

Quando si realizza un esercizio molto intenso, la necessità di ossigeno per ossidare i carboidrati è elevata e il flusso ematico può non essere sufficiente a trasportare la quantità di ossigeno richiesta.

In questa situazione funziona la via anaerobica, si produce lattato che passa in circolo, si può convertire successivamente in glucosio mediante la gluconeogenesi a livello epatico o renale o essere ossidato (soprattutto nel fegato e nel muscolo cardiaco) a seconda delle condizioni fisiologiche dell'individuo.