Glicolisi: cos'è e gli step

La glicolisi

La glicolisi è una via che viene considerata parte del catabolismo. È una via catabolica che degrada il glucosio a piruvato, con produzione di ATP a partire da ADP e P e riduzione di NAD⁺ a NADH. La glicolisi è localizzata nel citosol, all’esterno dei vari organuli. La principale funzione fisiologica della glicolisi è la produzione di ATP.

Localizzazione e funzioni

Nelle cellule eucariotiche, la glicolisi è localizzata nel citosol. È la via catabolica in cui zuccheri a 6 atomi di carbonio sono scissi (glico-lisi) a dare composti a 3 atomi di carbonio con concomitante produzione di ATP e NADH. È una via ubiquitaria, e quindi evolutivamente antichissima, comparsa precocemente nell'evoluzione: probabilmente esisteva già 3,5 miliardi di anni fa.

Glicolisi negli organismi anaerobici e aerobici

Negli anaerobi, la glicolisi avviene senza ossidazione netta del substrato (è cioè una fermentazione). Molti anaerobi dipendono esclusivamente da essa per il loro fabbisogno energetico (ATP). Negli aerobi, la glicolisi è solo la parte iniziale di un processo degradativo più ampio per la produzione di ATP, che alla fine porta alla completa ossidazione del substrato con l’impiego di O₂ come ossidante.

La via è ubiquitaria, cioè presente in tutte le cellule e in tutti gli organismi, quindi è universale: suggerisce che sia una via metabolica presente già nelle forme ancestrali viventi da cui derivano tutti gli esseri viventi di oggi. È presente sia negli organismi anaerobici che aerobici: nei primi avviene senza ossidazione netta del substrato; infatti, i prodotti finali hanno uno stato complessivo di ossidazione uguale a quello del carbonio e si chiamano fermentazione. Negli aerobi, la glicolisi è solo una parte dell’intera ossidazione degli zuccheri di partenza.

Fonti di glucosio e significato della glicolisi

Oltre a questa funzione, la glicolisi genera anche una serie di intermedi utilizzati da altre vie biosintetiche, anche dell’anabolismo, e ha anche un significato anabolico. Le fonti del glucosio possono essere diverse: dall’alimentazione, dalle riserve di polisaccaridi o prodotte da altri anaboliti attraverso la gluconeogenesi. Il glucosio e la glicolisi sono un metabolita e una via metabolica centrali in tutte le cellule e in tutti gli organismi energetici sia perché fanno parte del metabolismo, sia per la produzione di metaboliti intermedi.

Negli animali (chemo-organotrofi), il substrato diretto della glicolisi, il glucosio, può provenire dalla idrolisi di carboidrati assunti con l’alimentazione (p. es. saccarosio, galattosio, amido), oppure dalla degradazione (mobilizzazione) dei polisaccaridi di riserva (glicogeno). Monosaccaridi diversi dal glucosio possono essere degradati nella glicolisi secondo varie modalità (vengono trasformati in glucosio o in intermedi della glicolisi).

Fasi e reazioni della glicolisi

La glicolisi è centrale nel metabolismo. La glicolisi converte una molecola di glucosio in due molecole di piruvato in 10 passaggi. Affinché la glicolisi possa procedere, è necessario riconvertire il NADH in NAD⁺. Gli aerobi riossidano il NADH nel processo della fosforilazione ossidativa con produzione di ulteriore ATP. Gli anaerobi possono ossidare il NADH riducendo vari substrati. Il modo più semplice per rigenerare il NAD⁺ è di ridurre il piruvato prodotto dalla glicolisi a lattato (batteri lattici e glicolisi anaerobica nei vertebrati).

Il processo può essere scomposto in due fasi:

• Fase di investimento energetico;
• Fase di produzione di energia.

Nella prima fase ci sono i primi 5 passaggi, e una molecola di ATP viene usata per la fosforilazione. Alla fine della prima fase si ha la lisi dello zucchero e vengono generati due zuccheri fosforilati a tre atomi di carbonio. La seconda fase, invece, completa il processo formando molecole di ATP. Tutti gli intermedi sono fosforilati.

Importanza della fosforilazione

Perché gli intermedi sono fosforilati?

• Le due fosforilazioni ATP-dipendenti iniziali sono reazioni fortemente esoergoniche che creano due passaggi irreversibili, che avvengono in condizioni lontane dall’equilibrio (tappe di comando). Esse creano dei punti utili ad essere regolati efficacemente regolando la glicolisi stessa.
• Queste due fosforilazioni fanno sì che tutti gli intermedi glicolitici siano fosforilati. Carboidrati fosforilati non possono diffondere all’esterno della cellula. Per gli zuccheri non modificati esistono invece sistemi di trasporto passivo.
• La presenza di gruppi fosfato nei substrati rende le reazioni enzimatiche più specifiche. I gruppi fosfato degli intermedi glicolitici sono ottimi gruppi affinché gli enzimi della glicolisi stabiliscano con essi interazioni proteina-ligando.
• Dato che l’energia metabolica è veicolata dai gruppi fosforici, la loro presenza serve a veicolare l’energia.

Diidrossiacetone fosfato e gliceraldeide 3-fosfato sono zuccheri a 3 atomi di carbonio fosforilati.

Reazione 1: primo investimento di ATP

La prima reazione è una fosforilazione in posizione 6: si forma un gruppo fosfoestere. La reazione avviene in condizioni lontane dall’equilibrio (è una reazione irreversibile). L’enzima si chiama esochinasi (EC 2.7.1.1), e il nome deriva da “esoso”, in quanto l’enzima è in grado di fosforilare diversi zuccheri a 6 atomi di carbonio. “Chinasi”, invece, deriva dall’inglese ed è un enzima che trasferisce un gruppo fosforico dall’ATP ad un altro metabolita. L’esochinasi è un enzima ubiquitario e presente in molte cellule.